Введение к работе
Актуальность проблемы. Попутный нефтяной газ, выделяемый из нефти при ее сепарации на объектах добычи и подготовки, является одним из важнейших ресурсов углеводородного сырья. Значительный рост мирового потребления нефти и природного газа, наблюдаемый в последние десятилетия, наряду с истощением их запасов, требует максимально эффективного использования всех видов углеводородных ресурсов. В этой связи попутный нефтяной газ (ПНГ) рассматривается как ценный источник энергии и сырьё химической промышленности.
В настоящее время по разным оценкам в мире ежегодно сжигается 100-150 млрд. м3 попутного газа, и Россия находится на первом месте по объёму сжигаемого на факелах ПНГ (20-35 млрд. м3/год). Помимо безвозвратных потерь ценнейшего сырья, сжигание попутного газа вызывает глобальное ухудшение экологической ситуации. Постановлением Правительства РФ с 1 января 2012 года установлен целевой показатель степени утилизации попутного газа не ниже 95%. В то же время на пути к достижению данного показателя существуют объективные препятствия.
Попутный нефтяной газ месторождений сернистых нефтей Урало-Поволжья и ряда других регионов России характеризуется относительно невысокими объёмами его производства при сепарации нефти и высоким содержанием сероводорода. Часть промысловых объектов получают сернистый попутный газ низкого давления, что затрудняет его подготовку и использование. Транспортирование попутного газа до объекта переработки при отсутствии системы газопроводов не представляется возможным, и в таких случаях необходимо рассматривать вопрос использования газа в пределах нефтепромысла. При любом варианте использования сернистого ПНГ (как топлива, сырья переработки) необходимо предварительное удаление сероводорода для исключения коррозионной активности и токсичности попутного газа.
Существующие процессы удаления из газов сероводорода по технологическим и технико-экономическим показателям имеют весьма ограниченное применение для попутного газа, особенно на мало- и среднедебетных объектах нефтедобычи. Поэтому разработка новых методов для решения проблемы рационального использования сероводородсодержащего попутного нефтяного газа является актуальной задачей.
Работа выполнена в рамках государственной программы «Энергетическая стратегия России на период до 2030 года», в соответствии с постановлением Правительства РФ № 7 от 08.01.2009 г. и стратегиями развития нефтегазодобывающих предприятий России.
Цель работы: разработка научно-технологических основ хемосорбцион-ного удаления сероводорода из попутного нефтяного газа в нефтепромысловых условиях.
Задачи исследования: - разработка методики эксперимента для изучения совместного поглощения сероводорода и диоксида углерода водно-щелочным раствором из газовой
среды; определение основных закономерностей их реакций в процессе жидкофазной хемосорбционной очистки газа;
изучение каталитической реакции окисления кислородом сульфида натрия для процесса регенерации щелочного раствора, образуемого при поглощении сероводорода; оценка возможности утилизации отработанного щелочного раствора;
изучение хемосорбционного процесса удаления сероводорода на твердофазном металлооксидном сорбенте.
Научная новизна работы:
установлены особенности совместного поглощения сероводорода и диоксида углерода водным раствором гидроксида натрия при их различной концентрации в газовой смеси, выявлена роль вторичной реакции карбоната натрия, образуемого при поглощении диоксида углерода, с сероводородом и предложен метод расчета селективности поглощения сероводорода; на основе кинетических исследований впервые установлен эффект снижения скорости и глубины окисления сульфида натрия, образуемого при поглощении сероводорода водно-щелочным раствором, кислородом в присутствии карбоната и сульфата натрия с применением кобальтфталоцианин-марганцевого бинарного гомогенного катализатора; определены закономерности процесса поглощения сероводорода из попутного нефтяного газа твердофазным природным металлооксидным хемосорбентом (железо-марганцевыми конкрециями), изучена фазовая структура исходного и отработанного хемосорбента.
Практическая значимость работы: разработаны технологические основы процессов жидкофазной и твердофазной хемосорбционной очистки попутного нефтяного газа от сероводорода; разработана и внедрена в 2007 году на промысловом объекте ГЗНУ-560 Нагорного месторождения ЗАО «Троицкнефть» технология жидкофазной щёлочно-каталитической очистки попутного нефтяного газа от сероводорода, производительность установки сероочистки ПНГ составляет до 3 млн. м3 газа в год. Очищенный от сероводорода попутный газ используется в качестве топлива газоэлектростанции, выработано около 5 млн. кВт электроэнергии для полного обеспечения кустов нефтедобывающих скважин и установки предварительной подготовки нефти. Даны рекомендации по применению разработанных хемосорбционных технологий для удаления сероводорода из попутного газа на нефтепромысловых объектах.
Личный вклад автора состоит в обосновании цели и постановке задач исследования, выборе объектов и методов исследования, анализе и обобщении экспериментальных и опытно-промышленных данных, формулировке научных положений, результатов и выводов. Автор выражает благодарность д-ру техн. наук, профессору Вильданову А.Ф., д-ру техн. наук Башкирцевой Н.Ю. и канд. техн. наук Хазимуратову Р.Х. за оказанную помощь при выполнении работы и практической реализации результатов.
Апробация работы: материалы диссертации докладывались на конференциях: международной конференции «НЕФТЕГАЗ-ИНТЕХЭКО-2008» (Москва, 2008г.), конференции «Химия нефти и газа» (Томск, 2009г.) Международной научно-практической конференции «Нефтегазопереработка - 2009» (Уфа, 2009г.), Международном форуме «Попутный нефтяной газ: возможности достижения 95% использования» (Москва, 2010г.), Международной конференции «Экобезопасность-2010» (Москва, 2010г.)
Публикации работы: Основные результаты диссертации изложены в 3 научных статьях (в том числе 2 статьи в издании, рекомендованном ВАК), а также в тезисах 5 докладов конференций.
Объём и структура диссертации: диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, библиографического списка из 139 наименований, приложения и содержит 133 страницы текста, 25 рисунков, 30 таблиц.
