СПОСОБ ПОДГОТОВКИ НЕФТИ

Изобретение относится к способам подготовки нефти, а именно способам снижения давления насыщенных паров и очистки нефти от сероводорода физическими методами, и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности непосредственно на промысле в составе комплексной установки подготовки нефти при подготовке сероводородсодержащих нефтей и газоконденсатов с высоким содержанием сероводорода и других газов.

На промыслах или на головных перекачивающих станциях нефть подвергают стабилизации, т.е. удалению низкокипящих углеводородов, с целью сокращения потерь от испарения (Гуревич И.Л. Технология переработки нефти и газа. - М.: Химия, 1972, с. 194-196). В нефти присутствуют также серосодержащие соединения, в том числе сероводород и легкие меркаптаны, которые являются высокотоксичными и коррозионно-активными, а потому подлежат удалению в процессе подготовки нефти. Удаление основного их количества производится на стадиях сепарации и стабилизации совместно с попутными газами, однако оставшаяся часть легких серосодержащих компонентов в нефти может составлять 100÷600 ррт. В соответствии с требованиями ГОСТ остаточное содержание сероводорода (H₂S) и суммы метил- и этилмеркаптанов (C₁SH и C₂SH) в нефти первой и второй группы не должно превышать соответственно 20 и 40 ррт и 100 ррт (ГОСТ 31378 «Нефть. Общие технические условия.» М.: Госстандарт РФ, 2009 г.).

Известна установка очистки нефти (варианты) ПМ RU №56207 с колонной отдувки газом, установленной на входе. Основное количество (до 80-95%) сероводорода в этой установке удаляется в колонне отдувки, а доочистка нефти до норм ГОСТ по сероводороду и меркаптанам производится в реакторах окисления. Недостатками данного способа являются потери химических реагентов с нефтью, необходимость регенерации реагента, строительство очистных сооружений.

Известна схема комплексной подготовки нефти, включающая узел стабилизации нефти, который (Я.Г. Соркин. Особенности переработки сернистых нефтей и охрана окружающей среды М.: Химия, 1975), состоит из ректификационной колонны, печи нагрева, конденсатора углеводородов и блока рекуперационных теплообменников, в которых осуществляется выделение из нефти легких углеводородов С₂-С₅ (ШФЛУ) - это классическая схема. Процесс осуществляется при температуре t=200÷240°С, давлении Р=5÷8 атм. При этом снижается давление насыщенных паров нефти (ДНП), удаляются сероводород H₂S и легкие меркаптаны. Недостатком данного способа является появление в товарной нефти вторичного сероводорода и меркаптанов в результате термического разложения более тяжелых сероорганических соединений в пристенном слое трубчатых печей, что не позволяет достигнуть нормативных требований по содержанию сероводорода и меркаптанов [2].

Известен способ стабилизации нефти ректификацией по двухколонной схеме (Каспарьянц К.С. Промысловая подготовка нефти и газа. М.: Недра, 1973, с. 151-153).

Известен способ стабилизации сероводород- и меркаптансодержащей нефти по патенту RU №2409609 «Способ стабилизации сероводород- и меркаптансодержащей нефти», в котором нагрев и ректификация нефти осуществляется в двух последовательно работающих колоннах при абсолютном давлении 0.1-0.2 МПа, и температуре нагрева нефти до 120-160°С при подаче отпаривающего агента - перегретого водяного пара в количестве 0,3-0,7% масс., на исходную нефть на тарелках со сливными устройствами удвоенной глубины.

Этот способ имеет следующие недостатки. Во-первых, барботажные тарелки сами по себе являются генераторами пены, которую образует неподготовленная нефть при прохождении через нее пузырьков пара или другого газа. Во-вторых, на тарелках в результате расслоения постепенно скапливается вода, что приводит к снижению эффективности колонны, кроме того, подача пара может приводить к дополнительной обводненности товарной нефти.

За прототип выбран наиболее распространенный способ подготовки нефти, включающий предварительную сепарацию, обезвоживание и обессоливание и концевую сепарацию с использованием горячего сепаратора в качестве концевой ступени (РД 39-0148311-60586. Унифицированные технологические схемы сбора, транспорта и подготовки нефти, газа и воды нефтедобывающих районов. Куйбышев, 1986, с. 8, рис. 1). Недостатками этого способа являются: невозможность довести содержание H₂S в товарной нефти до нормативных требований при начальном содержании свыше 150 ppm; значительный объем газов сепарации; низкое давление газов сепарации, усложняющее их утилизацию; высокая плотность и молекулярная масса газов сепарации из-за значительного содержания бензиновых компонентов.

Предметом изобретения является способ подготовки нефти, включающий одновременно очистку нефти от сероводорода и других легких газов, таких как углекислый газ, метан, азот, и стабилизацию, а именно извлечения фракций С₂-С₄, которые определяют давление насыщенных паров нефти.

Решаемой технической задачей является снижение давления насыщенных паров нефти, которое в дальнейшем влияет на потери нефти при транспортировке, снижение молекулярной массы газа, выходящего из колонны, что означает увеличение количества нефти на выходе за счет снижения потерь фракций С₅-С₆, а также очистка нефти от сероводорода и других легких газов.

Способ по изобретению назван мягкой отпаркой, так как в качестве отпаривающего агента используется вода, оставшаяся в нефти после процесса обезвоживания и обессоливания, в отличие от аналогов, способов, где используется подача перегретого водяного пара в нижнюю часть колонны. Способ, как и прототип, включает в себя предварительную сепарацию, блок обезвоживания и обессоливания и концевую сепарацию. Для реализации способа вместо концевого горячего сепаратора устанавливается колонна, снабженная насадкой АВР (аппарата с вертикальными решетками), ее место в технологическом процессе представлено на фиг. 1, процесс подробно иллюстрирован на фиг. 2.

В верх колонны 1 подается обессоленная нефть с содержанием воды от 0,2 до 0,5% при температуре 35-60°С - поток I, которая, самотеком проходя через насадку АВР, спускается в низ колонны, затем поступает в рибойлер 2 с переливом - поток II, где подогревается до 90-120°С. После рибойлера нефть разделяется на два потока: поток III, который в виде паров возвращается в колонну I и поток IV - подготовленная нефть, который направляется на рекуперацию тепла, а затем в товарный резервуар. Технологический режим по изобретению предполагает подбор технологических параметров, при которых происходит постепенное накопление паров воды в колонне 1, выпаривающейся в рибойлере 2 так, что со временем в потоке II концентрация воды доходит до стабильных 1,5-3%, в потоке III - до 15-25%. Поток III содержит выпаренную воду, сероводород, легкие фракции нефти С₂-С₄. Возвращаясь в колонну I противотоком к нефти поднимается вверх, разогревая его и извлекая сероводород и легкие фракции, при этом вода конденсируется и остается в колонне 1, а легкие газы под давлением уходят потоком V через верх колонны. Таким образом создается технологический режим, обеспечивающий накопление паров воды до уровня, необходимого для очистки от H₂S, при давлении пара порядка 1,6-3,6 атмосферы. Пары воды накапливаются внизу колонны и при выходе на технологический режим мягкой отпарки содержание паров воды в потоке III достигает 15-25%. Эксперимент показал, что эффективная очистка нефти от сероводорода и легких газов, при которой тяжелые C₅-С₆ остаются в нефти, может производиться в диапазоне давлений 1,6-3,6 кг/см². Насадка АВР лучше всего подходит для реализации способа, так как на ней происходит интенсивное взаимодействие газожидкостных потоков и не образуется накоплений воды на контактных устройствах.

Выход на технологический режим процесса мягкой отпарки иллюстрируется ростом содержания паров воды W% в рециркуляционном потоке III в нижней части колонны, фиг. 3. Нижняя граница по температуре и давлению определяется достижением требуемого качества очистки, верхняя граница определяется достижением максимума, после которого содержание воды в паровом потоке действующего агента очистки начинает снижаться.

Для моделирования способа использовалась нефть средней летучести плотностью ρ=0.86 г/см³ (Urals), с содержанием воды 0,5%, допустимым в соответствии с ГОСТ по товарной нефти. Результаты моделирования установок подготовки нефти производительностью 225 тонн/час со ступенью горячей сепарации и по предлагаемому способу мягкой отпарки представлены на фиг. 4, где показано сравнение таких показателей подготовки нефти, как количество удаляемых газов сепарации и содержание сероводорода для технологических режимов горячей сепарации и мягкой отпарки. Для горячей сепарации моделирование производили в диапазоне давлений Р=1,05-1,15 кг/см², это условия большинства работающих установок. Для мягкой отпарки моделирование производилось для условий 80-120°С и давлении Р=1,6-3,6 кг/см². Очевидно, что для режима горячей сепарации даже при сравнительно низких температурах (50-60°С) количество отходящих газов велико - 3,5-5,5 тонн/час, газ отходит с давлениями, малопригодными для утилизации, близкими к атмосферному, а количество оставшегося в нефти сероводорода не соответствует требованиям стандарта и требует дополнительных мер по его удалению. При мягкой отпарке, несмотря на более высокие температуры за счет повышенного давления, количество отходящих газов существенно меньше - 1-3 тонны в час, а количество сероводорода, остающееся в нефти, не превышает допустимых значений для товарной нефти.

Большая часть легких бензинов остается в нефти, и выход подготовленной нефти больше, чем по прототипу. Подготовленная нефть потоком IV после выхода на стабильный технологический режим направляют в товарный резервуар.

Сравнение качества подготовки нефти методом горячей сепарации и в колонне мягкой отпарки были произведены на Заглядинской УПН, на действующей установке. Результаты промышленного испытания способа представлены в таблице 1 (фиг. 5). Видно, что нефть достигает товарного качества по содержанию сероводорода и ДНП менее 300 мм рт.ст. при использовании способа по изобретению.

Технический результат или преимущества предложенного способа:

1. Очистка от сероводорода и других легких газов.

2. Снижение давления насыщенных паров нефти до 250 мм рт. ст. по сравнению с 500 по прототипу.

3. Легкие газы выходят из верха колонны под давлением и имеют низкую молекулярную массу, что позволяет утилизировать их на промысле.

4. В нефти сохраняются фракции C₅-C₆, таким образом количество подготовленной нефти увеличивается.