Способ снижения образования вторичного сероводорода при подготовке нефти и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области подготовки нефти, а именно к технологическим схемам, обеспечивающим снижение давления насыщенных паров и очистку нефти от сероводорода физическими методами. Изобретение может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности непосредственно в процессах первичной подготовки нефти в составе установок комплексной подготовки нефти (УКПН) при подготовке сероводородсодержащих нефтей и газоконденсатов с высоким содержанием сероводорода и других газов. Техническая задача, решаемая настоящим изобретением, - расширение возможностей использования трубчатых печей для нагрева и поддержания давления в колонне с минимальным образованием вторичного сероводорода в подогреваемой нефти, проходящей через трубный змеевик печи. В изобретении использован принцип способа подготовки нефти (мягкая отпарка) с накоплением воды и легких фракций в кубе колонны, снабженной насадкой АВР, без использования рибойлера, предлагаемый комплекс также может заменить концевой сепаратор типовой установки комплексной подготовки нефти (УКПН). В качестве десорбционного агента используются пары воды в смеси с легкими фракциями С₃÷C₅, которые многократно превращаются в пар и конденсируются внутри колонны, снабженной насадкой АВР, но здесь вместо рибойлера подогрев нефти осуществляется непосредственно в трубчатой печи, только режим подогрева подобран таким образом, что температура нефти не повышается до пределов, при которых содержание сероводорода в подготовленной нефти превышает 100 ppm, а затем в сепараторе происходит ее разделение на два потока, один из которых в виде паров возвращается в колонну с насадкой АВР, где пары противотоком к подаваемой нефти поднимаются вверх колонны, разогревая поток нефти. Способ, как и указанные аналоги, касается концевой ступени сепарации нефти. Для реализации способа в качестве концевого этапа устанавливается колонна, снабженная насадкой АВР, в комплексе с печью подогрева и сепаратором, причем сепаратор соединен через поток паров с колонной. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области подготовки нефти, а именно к способам, обеспечивающим снижение давления насыщенных паров и очистку нефти от сероводорода физическими методами. Изобретение может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности непосредственно в процессах первичной подготовки нефти в составе установок комплексной подготовки нефти (УКПН) при подготовке сероводородсодержащих нефтей и газоконденсатов с высоким содержанием сероводорода и других газов.

В технологическом процессе подготовки нефти ее подвергают стабилизации, т.е. удалению низкомолекулярных углеводородов (метана, этана и пропана), а также сероводорода, с целью сокращения потерь от испарения и улучшения условий транспортирования. Содержащиеся в составе подготавливаемой нефти сероводород и легкие меркаптаны, являются высокотоксичными и коррозионноактивными компонентами в связи с чем подлежат удалению.

Удаление их основного количества производится на стадиях сепарации и стабилизации совместно с попутными газами С₁÷С₄, которые подвергают очистке на газоперерабатывающих заводах. Остаточное содержание сероводорода (H₂S) и суммы метил- и этилмеркаптанов (C₁SH и C₂SH) в нефти не должно превышать соответственно 20 и 40 ppm для первого вида и 100 и 100 ppm для нефти второго вида по ГОСТ 31378-2009.

Известен способ подготовки нефти (RU №2557002 20.07.2015 C10G 7/00, C10G 33/00), включающий предварительную сепарацию, блок обезвоживания, обессоливания и концевую сепарацию с использованием колонны с насадкой АВР, и рибойлера, обеспечивающего нагрев и поддержание давления в колонне. Рибойлер предполагает мягкий нагрев подготавливаемой нефти за счет использования промежуточного теплоносителя, что не приводит к образованию вторичного сероводорода, однако применение такого способа нагрева нефти требует дополнительных затрат, не всегда оправданных в процессах подготовки нефти.

Известна установка очистки нефти (варианты) (ПМ RU №56207 10.09.2006 B01D 17/00) включающая в себя колонну отдувки газом, буферную емкость, узел приготовления, хранения и дозировки водно-щелочного раствора катализатора окисления и блок окислительной очистки нефти, устройство для смешения воздуха с нефтью, реактор окисления и емкость-сепаратор реакционной смеси. Основное количество (до 80-95%) сероводорода в этой установке удаляется в колонне отдувки, а доочистка нефти до норм ГОСТ 31378-2009 по сероводороду и меркаптанам, производится в реакторах окисления. Недостатками данной установки являются потери химических реагентов с нефтью, необходимость регенерации реагента и строительство очистных сооружений.

Наиболее близким к предложенному является способ и устройство подготовки нефти (Я.Г. Соркин. Особенности переработки сернистых нефтей и охрана окружающей среды М.: Химия, 1975 стр. 113-115). Способ заключающийся в том, что нефть поступает для сепарации в колонну с последующим нагревом в печи. Устройство состоит из колонны, трубчатой печи, конденсатора углеводородов и блока рекуперационных теплообменников. Недостатком данного способа является образование в товарной нефти вторичного сероводорода и меркаптанов в результате термического разложения более тяжелых сераорганических соединений. Данный процесс является следствием того, что пристенный слой нефти в трубах змеевика печи, при технологических скоростях прохождения нефти через печь, образует ламинарный подслой с низкой скоростью движения, который перегревается, и при средней температуре в нефти 120°С, в тонком пристенном слое температура достигает 200°С-300°С и более. Данные температурные значения обеспечивают разложение серосодержащих компонентов нефти с выделением сероводорода. Недостатком устройства является наличие дополнительных аппаратов в виде конденсатора углеводородов и блока рекуперационных теплообменников установка которых требуют дополнительных затрат.

Технической задачей, на решение которой направленно изобретение, является повышение эффективности процесса подготовки нефти до второго вида, с содержанием сероводорода до 100 ppm, и минимизации дополнительных затрат.

Технический результат достигается тем, что в способе снижения образования вторичного сероводорода при подготовке нефти, заключающемся в подаче нефти в колонну снабженную насадкой АВР и ее сепарации, новым является то, что нефть при сепарации дополнительно обогащается сконденсировавшимися парами воды и фракциями С₃-С₅ при ее прохождении через куб колонны, чем обеспечивает себе последующий мягкий нагрев, при перекачивании ее в трубчатую печь, а затем в сепаратор, где происходит разделение на два потока, один из которых в виде паров возвращается в колонну с насадкой АВР, где пары противотоком к подаваемой нефти поднимаются вверх колонны, разогревая поток нефти. Устройство для осуществления способа снижения образования вторичного сероводорода при подготовке нефти, содержащее колонну, трубчатую печь, дополнительно снабжено сепаратором, причем сепаратор соединен через поток паров с колонной, а колонна снабжена насадкой АВР.

Осуществление обогащения нефти сконденсировавшимися парами воды, фракциями С₃-С₅ расширяет возможности использования трубчатых печей, т.к. легкокипящие компоненты соприкасаясь с нагревательным элементом печи вскипают и постоянно разрушают ламинарный подслой, за счет теплоты фазового перехода жидкость-газ, способствует снижению температуры нефти у внутренней стенки змеевика трубчатой печи и снижает образование вторичного сероводорода в подогреваемой нефти.

Снабжение устройства сепаратором и использование насадки АВР в колонне позволяет снизить содержание сероводорода в подготовленной нефти до значений менее 100 ppm, а также увеличить объем подготавливаемой нефти за счет сохранения в ней части фракции С₃ и основной объем фракций С₄-С₅.

Изобретение поясняется графически на Фиг. 1, изображено устройство подготовки нефти.

Устройство содержит колонну с насадкой АВР 1, трубчатую печь 2 и сепаратор 3.

Способ снижения образования вторичного сероводорода при подготовке нефти реализуется устройством следующим образом. В верх колонны с насадкой АВР 1 подается обессоленная нефть с содержанием воды от 0,2 до 0,5% при температуре 45-60°С, которая самотеком проходя через насадку АВР спускается в низ колонны 1, и затем перекачивается в трубчатую печь 2, в которой проходит со скоростью, необходимой для подогрева до 90-130°С и перетекает в сепаратор 3, где разделяется на два потока, один из которых, в виде паров возвращается в колонну снабженную насадкой АВР 1, а второй в виде подготовленной нефти второго вида, направляется в резервуар с товарной нефтью. Технологический режим, обеспеченный реализацией настоящего изобретения, предполагает постепенное накопление паров воды и фракции С₃-С₅ в кубе колонны с насадкой АВР 1, которые смешиваются с поступающей на подготовку нефтью и выпариваются в трубчатой печи 2 так, что со временем, после нескольких циклов, в потоке нефти направляемом из колонны с насадкой АВР 1 в трубчатую печь 2 концентрация воды доходит до 1,5÷2%, а в потоке из сепаратора 3 в колонну снабженную насадкой АВР 1 до 10÷20%, при этом в данном потоке, в колонну снабженную насадкой АВР 1 из сепаратора 3 выводятся фракции С₃-С₅ в концентрации 30-40% и сероводород, которые противотоком к потоку нефти, подаваемому на подготовку через насадку АВР поднимаются вверх колонны 1, разогревают поток нефти, подаваемой на подготовку. В процессе прохождения через насадку АВР вода и часть фракции С₃-С₅ конденсируются и остаются в колонне с насадкой АВР 1, а сероводород, фракция С₂, большая часть фракции С₃ и малая часть фракций С₄-С₅ уходят через верх колонны с насадкой АВР 1. Таким образом, создается технологический режим, обеспечивающий накопление паров воды фракций С₃-С₅ до уровня, необходимого для очистки нефти от H2S при давлении пара порядка 2÷4,5 атмосферы.

Эффективность предлагаемого изобретения определялась расчетным методом в программе для ЭВМ HYSYS. Расчеты показали, что при равных начальных условиях по составу нефти направляемой на подготовку, в количестве 587 т/ч, температуре потока нефти 50°С, давлении 5,3 кг/см² и начальному содержанию сероводорода 175 ppm на входе в колонну снабженную насадкой АВР 1 предлагаемый способ по отношению к способу взятому за прототип позволяет обеспечивать ту же производительность по товарной нефти второй группы, но при этом циркуляционная часть процесса уменьшается с 1000 до 587 т/ч, температура куба колонны 1 понижается со 135 до 83,2°С, доля легкокипящих фракций С₃-С₅ и воды в нефти, идущей и разрушающей пристенный ламинарный перегревающийся подслой нефти в трубчатой печи 2 увеличивается в три раза с 0,04 до 0,12, количество сероводорода снижается с 15 до 12 ppm. При этом средняя молекулярная масса отходящих газов с верха колонны 1 незначительно, но снижается с 41 до 40,9 г/моль, а количество отходящих газов снижается с 2,18 до 2,006 т/ч, а это означает, что большая часть легких бензинов остается в нефти. Расчеты содержания сероводорода, воды, и фракций C₂÷C₅ в потоках устройства для осуществления способа снижения образования вторичного сероводорода при подготовке нефти представлены в Табл.

Очевидно, что снижение образования вторичного сероводорода при подготовке нефти происходит за счет накопления легкокипящей фракции и конденсата воды в нефти, поступающей в печь, с дальнейшим разделением в сепараторе и возвратом в колонну испарившейся воды и легкокипящей фракции, используемой для мягкого нагрева нисходящего потока нефти и извлечения в режиме мягкой отпарки сероводорода в колонне с насадкой АВР. Эксперименты, проведенные нами, показали, что после подогрева нефти с начальным содержанием сероводорода 50 и 175 ppm в трубчатой печи до 125°С, происходит увеличение содержания сероводорода на 25÷35 ppm, что уже не позволяет относить нефть к первому виду. Полученные результаты позволяют утверждать, что предложенный способ позволяет получить товарную нефть второй группы при прямом нагреве в трубчатой печи за счет снижения образования вторичного сероводорода благодаря накоплению легкокипящих фракций и конденсата воды в нефти.

1. Способ снижения образования вторичного сероводорода при подготовке нефти, заключающийся в подаче нефти в колонну, снабженную насадкой АВР, и ее сепарации, отличающийся тем, что нефть при сепарации дополнительно обогащается сконденсировавшимися парами воды, фракциями С₃-С₅ при ее прохождении через куб колонны, чем обеспечивается ее последующий мягкий нагрев, при перекачивании ее в трубчатую печь, а затем в сепаратор, где происходит разделение на два потока, один из которых в виде паров возвращается в колонну с насадкой АВР, где пары противотоком к подаваемой нефти поднимаются вверх колонны, разогревая поток нефти.

2. Устройство для осуществления способа снижения образования вторичного сероводорода при подготовке нефти, содержащее колонну, трубчатую печь, отличающееся тем, что дополнительно снабжено сепаратором, установленным последовательно после печи, причем сепаратор соединен через поток паров с колонной, а колонна снабжена насадкой АВР.