Результат интеллектуальной деятельности: Способ очистки нефти от сероводорода и установка для его реализации

Предлагаемое изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к установкам очистки нефти от сероводорода и легких метил-, этилмеркаптанов до уровня современных требований в соответствии ГОСТ Р 51858-2002 и может быть использовано для промысловой подготовки сероводородсодержащей нефти.

Известна установка очистки нефти от сероводорода и меркаптанов (патент RU №2313563, МПК C10G 27/06, B01D 19/00, опубл. 27.12.2007), включающая подводящий трубопровод сернистой нефти, блок нейтрализации сероводорода и легких меркаптанов, содержащий узел приема и хранения реагента-нейтрализатора, насос-дозатор, напорный трубопровод которого соединен с трубопроводом сернистой нефти, смесительное устройство, установленное на трубопроводе нефти после точки ввода реагента-нейтрализатора, и буферную емкость. Установка снабжена подводящим трубопроводом малосернистого или сероочищенного углеводородного газа и дополнительно содержит колонну отдувки газом, установленную на входе установки, нефтегазовый сепаратор, установленный после колонны отдувки, и трубчатый реактор, выполненный в виде трубопровода расчетной длины от смесительного устройства до буферной емкости, при этом верхний боковой штуцер колонны соединен с подводящим трубопроводом сернистой нефти, нижний боковой штуцер ее соединен с подводящим трубопроводом углеводородного газа, куб ее соединен трубопроводом с нефтегазовым сепаратором, верх колонны и нефтегазового сепаратора сообщены с системой сбора и утилизации нефтяных газов и/или с факельной системой, а нижняя (кубовая) часть нефтегазового сепаратора соединена трубопроводом со смесительным устройством.

Известен способ подготовки сероводородсодержащей нефти (патент RU №2283856, МПК C10G 19/02, C10G 29/06, опубл. 20.09.2006), включающий ее многоступенчатую сепарацию, отдувку углеводородным газом до достижения не более 90%-ной степени удаления содержащегося в нефти сероводорода и последующую нейтрализацию остаточных количеств сероводорода введением в нефть при перемешивании химического реагента-нейтрализатора. В качестве последнего в нефть вводят водно-щелочной раствор нитрита натрия или водный раствор сульфита и бисульфита (гидросульфита) натрия.

Недостатками указанных установки и способа являются то, что для проведения процесса отдувки высокосернистой нефти с целью снижения в ней массовой доли сероводорода ниже 20-100 млн^-1 требуется подача в нефть большого количества углеводородного газа (от 5 м³/м³ нефти и выше), не содержащего сероводорода, в результате чего значительно снижается выход товарной нефти из-за перехода большого количества ценных углеводородов С_4+В в газ отдувки. При этом в случае недостаточной очистки нефти от сероводорода прибегают к химическому способу очистки, заключающемуся в том, что добавляют нейтрализаторы, которые могут иметь различный состав. Что приводит к значительным материальным затратам на очистку высокосернистой нефти из-за высокого расхода дорогостоящего реагента на нейтрализацию содержащегося сероводорода, т.к. расход нейтрализующих реагентов составляет около 300 л/ч или более 2,6 тыс.м³/год. Кроме того, эксплуатация данной установки и способа приводит к загрязнению очищенной товарной нефти нежелательными продуктами нейтрализации сероводорода реагентом и увеличению содержания в ней воды (за счет образования реакционной воды и воды, поступающей в составе применяемого реагента-нейтрализатора).

Наиболее близкой к заявленному техническому решению является установка подготовки сероводородсодержащей нефти (патент РФ №2412740, МПК B01D 19/00, C10G 29/00, опубл. 27.02.2011), включающая десорбционную колонну, оснащенную подводящими и отводящими газопроводами и нефтепроводами, блок охладителя сероводородсодержащего газа, расположенного на отводящем газопроводе. Установка также включает нефтепровод, ступени сепарации, установку обезвоживания и обессоливания нефти, состоящую из ступени предварительного обезвоживания нефти с резервуарами-отстойниками, сырьевых насосов, нагревателя нефти, отстойников ступени глубокого обезвоживания и отстойников ступени обессоливания нефти с трубопроводом сброса отстоявшейся в них воды и трубопроводом пресной промывочной воды, соединенным с участком нефтепровода перед отстойниками обессоливания, установку очистки нефти от сероводорода и легких меркаптанов, содержащую блок отдувки сероводорода, состоящий из десорбционной колонны с подводящими и отводящими газопроводами и нефтепроводами, расходомера газа, установленного на подводящем газопроводе перед колонной, и сепаратора с выкидным нефтепроводом, блок химической нейтрализации сероводорода и меркаптанов, состоящий из узла приема и хранения реагента, насосов-дозаторов с напорным трубопроводом и установленным на нем гасителем пульсаций давления, смесительное устройство, соединенное с напорным трубопроводом насосов-дозаторов, резервуары товарной нефти. Выкидной нефтепровод сепаратора снабжен расходомером нефти и завихрителем потока, который охвачен байпасной линией со смесительным устройством, причем напорный трубопровод узла приема и хранения реагента, сообщенный с входом смесительного устройства, снабжен игольчатым вентилем, а насосы-дозаторы снабжены частотным регулятором, функционально связанным с расходомером нефти, при этом напорный трубопровод узла приема и хранения реагента между входом смесительного устройства и игольчатым вентилем выполнен с возможностью сообщения со входом установки обезвоживания и обессоливания нефти перед сырьевыми насосами при остановке блока отдувки, подводящий нефтепровод десорбционной колонны снабжен дополнительным расходомером нефти, а подводящий газопровод - регулирующим клапаном, функционально связанным с дополнительным расходомером нефти.

На данной установке осуществляют способ очистки нефти от сероводорода, включающий многоступенчатую сепарацию, одновременную подачу обезвоженной и обессоленной нефти в верхнюю часть десорбционной колонны по подводящему нефтепроводу и газа, не содержащего сероводород или газа сепарации с низкой концентрацией сероводорода, в нижнюю часть десорбционной колонны по подводящему газопроводу, очистку нефти от сероводорода газом в десорбционной колонне, отвод насыщенного сероводородом газа с верхней части десорбционной колонны но отводящему газопроводу в охладитель, охлаждение газа, направление потребителю в систему газосбора. При охлаждении часть тяжелых фракций из газовой фазы конденсируется и отводится в предназначенную для сбора конденсата емкость. Нефть, очищенная от основной массы сероводорода и содержащая легкие меркаптаны, после десорбционной колонны по отводящему нефтепроводу поступает в сепаратор и затем нефть из сепаратора по выкидному нефтепроводу через смесительное устройство поступает в резервуары товарной нефти, в случае необходимости в нефть из емкостей узла приема и хранения реагентов с помощью насосов-дозаторов на прием смесительного устройства подается заданное количество реагента-нейтрализатора.

Указанная установка и способ позволяют снизить массовую долю сероводорода и метил- и этилмеркаптанов до 20-100 млн^-1 и ниже 40-100 млн^-1 соответственно, т.е. до норм, соответствующих требованиям ГОСТ Р 51858-2002, за счет сочетания физического воздействия на нефть путем отдувки сероводорода газом и химической нейтрализации остаточного содержания сероводорода и меркаптанов при введении в нефть реагентов-нейтрализаторов. Очистку нефти от сероводорода газом осуществляют при давлении, равном 0,012-0,07 МПа, и температуре нефти 20-70°С, при которых осуществляется удаление из нефти основного количества сероводорода в количестве не менее 80% от исходного его содержания в нефти. Отвод газа происходит под собственным давлением. В описании расписаны пределы давлений в процессе отдувки. На практике не редко давление в колонне выскакивает за эти пределы и соответственно происходит ухудшение качества нефти на выходы, что приводит к необходимости либо увеличения газа отдувки, либо уменьшения количества нефти, подаваемой в колонну (в нынешних условиях не реально).

Недостатками указанной установки и способа являются значительный унос отдувочного углеводородного газа (растворенного и свободного) с очищенной нефтью в процессе проведения отдувки при повышенном давлении в пределах от 0,05 МПа до 0,07 МПа, что позволяет получить товарную нефть, соответствующую требованиям ГОСТ Р 51858 и недостаточно высокий выход товарной нефти из-за потерь ценных углеводородов С_4+выше с отходящим с отдувочным углеводородным газом, особенно при проведении процесса отдувки при повышенных температурах (45-65°С и выше). Также увеличение объемов подачи отдувочного углеводородного газа с целью получения товарной нефти, соответствующей требованиям ГОСТ Р 51858 приводит к увеличению объемов конденсата, образующегося в отводящем газопроводе, что в свою очередь приводит к увеличению давления в системе сбора газа в целом на всей установке, при этом, увеличение давления выше пределов от 0,05 МПа до 0,07 МПа, приводит к ухудшению качественных характеристик товарной нефти в части содержания сероводорода по ГОСТ Р 51858.

Техническими задачами предполагаемого изобретения являются повышение эффективности подготовки и очистки нефти за счет стабилизации процессов отдувки, повышения качества товарной нефти, снижения уноса отдувочного углеводородного газа (растворенного и свободного) с очищенной нефтью, стабилизации давления в системе сбора газа, а также снижение материальных затратах.

Поставленные технические задачи решаются способом очистки нефти от сероводорода, включающим многоступенчатую сепарацию, одновременную подачу обезвоженной и обессоленной нефти в верхнюю часть десорбционной колонны по подводящему нефтепроводу и газа, не содержащего сероводород, или газа сепарации с низкой концентрацией сероводорода, в нижнюю часть десорбционной колонны по подводящему газопроводу, очистку нефти от сероводорода газом в десорбционной колонне, отвод насыщенного сероводородом газа с верхней части десорбционной колонны по отводящему газопроводу в охладитель, охлаждение газа, направление потребителю в систему газосбора.

Новым является то, что очистку нефти от сероводорода газом в десорбционной колонне осуществляют при давлении от 0,0005 МПа до 0,02 МПа и температуре нефти 20-70°С, газ после охладителя отбирают устройством отбора сероводородсодержащего газа, выполненным в виде установки улавливания легких фракций, соединенным с охладителем и приемным трубопроводом системы сбора и/или утилизации газа.

Поставленные технические задачи решаются установкой подготовки сероводородсодержащей нефти, включающей десорбционную колонну, оснащенную подводящими и отводящими газопроводами и нефтепроводами, блок охладителя сероводородсодержащего газа, расположенного на отводящем газопроводе.

Новым является то, что на отводящем газопроводе после охладителя сероводородсодержащего газа, соединенного с верхней частью десорбционной колонны, расположено устройство отбора сероводородсодержащего газа, выполненное в виде установки улавливания легких фракций, сообщенное с приемным трубопроводом системы сбора и/или утилизации газа.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема установки подготовки сероводородсодержащей нефти.

Заявленный способ реализуется, например в составе установки содержащей нефтепровод 1, функционально участками соединяющий все технологические элементы установки, ступени сепарации 2 с газопроводом 3, резервуары-отстойники 4 ступени предварительного обезвоживания нефти, сырьевые насосы 5, нагреватель 6, отстойники 7 ступени глубокого обезвоживания нефти и отстойники 8 ступени обессоливания нефти с трубопроводом 9 сброса отстоявшейся в них воды, трубопровод 10 пресной промывочной воды, десорбционную колонну 11 с подводящим нефтепроводом 12, подводящим газопроводом 13, отводящим газопроводом 14, на котором расположен блок охладителя сероводородсодержащего газа 15, соединенный с верхней частью десорбционной колонны и устройством отбора сероводородсодержащего газа 16, выполненного в виде установки улавливания легких фракций, сообщенного с приемным трубопроводом системы сбора и/или утилизации газа, с отводящим нефтепроводом 17, сепаратор 18 с выкидным нефтепроводом 19, на котором установлено смесительное устройство 20, емкости 21 узла приема и хранения реагентов, насосы-дозаторы 22, снабженные частотным регулятором, напорный трубопровод 23, соединенный с приемом смесительного устройства 20, трубопровод 24, соединяющий напорный трубопровод 23 насосов-дозаторов 22 с входом установки обезвоживания и обессоливания нефти перед сырьевыми насосами 5, резервуары товарной нефти 25.

Способ очистки нефти от сероводорода реализуется посредством установки подготовки сероводородсодержащей нефти. Сырую сероводородсодержащую нефть с массовой долей сероводорода 500-700 млн^-1 по нефтепроводу 1 подают в сепараторы первой и второй 2 ступеней сепарации, откуда газ по газопроводу 3 поступает потребителю на установку сероочистки или в систему газосбора. Нефть после ступеней сепарации 2 подают в резервуар 4 ступени предварительного обезвоживания нефти, откуда сырьевыми насосами 5 через нагреватель 6 направляют последовательно в отстойники 7 ступени глубокого обезвоживания нефти и отстойники 8 обессоливания нефти, из которых отстоявшуюся воду сбрасывают по трубопроводу 9 в резервуар 4 ступени предварительного обезвоживания нефти. Перед отстойниками 8 обессоливания нефти по трубопроводу 10 вводят пресную промывочную воду. Обезвоженную и обессоленную нефть после отстойников 8 подают в верхнюю часть десорбционной колонны 11 по подводящему нефтепроводу 12. Одновременно в нижнюю часть десорбционной колонны 11 по подводящему газопроводу 13 подают газ, не содержащий сероводорода, или газ сепарации с низкой концентрацией сероводорода. В десорбционной колонне 11 очистку нефти от сероводорода газом осуществляют при давлении от 0,0005 МПа до 0,02 МПа, и температуре нефти 20-70°С, при которых осуществляется удаление из нефти основного количества сероводорода в количестве не менее 80% от исходного его содержания в нефти. Насыщенный сероводородом газ с верхней части десорбционной колонны 11 по отводящему газопроводу 14 поступает в блок охладителя сероводородсодержащего газа 15, соединенного с верхней частью десорбционной колонны где газ охлаждается. Часть тяжелых фракций из газовой фазы конденсируется и отводится в предназначенную для сбора конденсата емкость, а газ принудительно отбирается устройством отбора сероводородсодержащего газа 16, выполненного в виде установки улавливания легких фракций (УУЛФ), и направляется потребителю в систему газосбора и/или утилизации газа. При достижении давления перед УУЛФ 0,002 МПа автоматически включается компрессор УУЛФ, который откачивает легкие фракции по выкидному трубопроводу в систему утилизации, принятую в проекте. Если давление в системе продолжает возрастать - компрессор в автоматическом режиме переходит на откачку при повышенных оборотах, увеличивая производительность. Если давление в системе снижается - компрессор переходит на откачку на пониженных оборотах, снижая производительность. При снижении давления на приеме до минимальной запрограммированной величины (0,0005 МПа) компрессор останавливается.

Нефть, очищенная от основной массы сероводорода и содержащая легкие меркаптаны, после колонны 11 самотеком по отводящему нефтепроводу 17 поступает в сепаратор 18, из которого отделившийся газ направляется в охладитель 15 совместно с потоком газа из колонны 11 или по автономному газопроводу - в систему газосбора, например, на компрессорную станцию. Нефть из сепаратора 18 по выкидному нефтепроводу 19 через смесительное устройство 20, в качестве которого используют преимущественно вихревой или центробежный насос небольшой производительности, поступает в резервуары товарной нефти 25. Из емкостей 21 узла приема и хранения реагентов с помощью насосов-дозаторов 22 на прием смесительного устройства 20 подают заданное количество реагента-нейтрализатора.

Устройство, обеспечивающее отбор сероводородсодержащего газа, установленное после блока охладителя сероводородсодержащего газа, соединенного с верхней частью десорбционной колонны и приемным трубопроводом системы сбора и/или утилизации газа, обеспечивает стабильный и постоянный его отбор, что в свою очередь позволяет получить существенную экономию углеводородного газа, подаваемого в десорбционную колонну для отдувки сероводорода из товарной нефти, за счет использования заявленного технического решения, т.к. заявленное техническое решение по сравнению с прототипом позволяет экономить до 2-х м³ газа на 1 м³ нефти, против показателей прототипа, у которого расход углеводородного газа составляет до 5 м³ на 1 м³ очищаемой нефти.

Устройство отбора сероводородсодержащего газа, выполненного в виде установки улавливания легких фракций, установленного после охладителя сероводородсодержащего отдувочного газа, позволяет за счет снижения давления до 0,02 МПа в десорбционной колонне, осуществить отделение (сепарацию) нефти от легких углеводородов C₁-C₃, растворенных в нефти с использованием меньшего объема углеводородного газа. Снижение объемов углеводородного газа, подаваемого на отдувку позволяет снизить объемы выпадаемого в газопроводах конденсата.

Применение способа и устройства на Сулеевской ТХУ. Нефть с массовой долей сероводорода 500-700 млн^-1 после отстойника обессоливания и обезвоживания 8 подают в верхнюю часть десорбционной колонны 11 по подводящему нефтепроводу 12. Одновременно в нижнюю часть десорбционной колонны 11 по подводящему газопроводу 13 подают газ сепарации с низкой концентрацией сероводорода. В десорбционной колонне 11 очистку нефти от сероводорода газом осуществляют при давлении от 0,0005 МПа до 0,02 МПа, и температуре нефти 20-70°С. Насыщенный сероводородом газ с верхней части десорбционной колонны 11 по отводящему газопроводу 14 поступает в блок охладителя сероводородсодержащего газа 15, соединенного с верхней частью десорбционной колонны где газ охлаждается. Часть тяжелых фракций из газовой фазы конденсируется и отводится в предназначенную для сбора конденсата емкость, а газ принудительно отбирается устройством отбора сероводородсодержащего газа 16, выполненного в виде установки улавливания легких фракций, и направляется в систему утилизации газа.

В результате содержание массовой доли сероводорода снизилось на 82% от исходного его содержания в нефти.

В связи со снижением убыли массы нефти с 2,1% до 1,85% увеличился выход товарной нефти на 14 тн/сут.

Сокращение потерь нефти с отходящим отдувочным газом составил порядка 5110 тн/год.

Таким образом, как видно из вышеизложенного, предлагаемый способ по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества:

- повышается качество товарной нефти за счет поддержания постоянно стабильных параметров работы;

- обеспечивается снижение давления в десорбционной колонне без ухудшения качества товарной нефти в части содержания сероводорода, согласно требований ГОСТ Р 51858;

- обеспечивается сокращение потерь нефти с отходящим отдувочным газом и, следовательно, повышение выхода очищенной товарной нефти;

- обеспечивается снижение объемов конденсата, выпадаемого в трубопроводах;

- снижаются материальные и энергетические затраты, связанные с подготовкой сероводородсодержащей нефти до требований ГОСТ Р 51858-2002 за счет стабилизации процесса отдувки сероводорода.

Заявляемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности «новизна», вследствие того, что указанная совокупность заявленных признаков ранее не была известна, из исследованного уровня техники.

Заявляемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень», предъявляемому к изобретениям, т.к. по мнению заявителя не является очевидным для специалиста в силу неизвестности совокупности признаков, приведенных в независимых пунктах формулы и не известности полученных технических результатов, которые реализованы с применение указанной совокупности признаков, а именно достигнуто:

- повышение качества товарной нефти за счет поддержания постоянно стабильных параметров работы;

- обеспечено снижение давления в десорбционной колонне без ухудшения качества товарной нефти в части содержания сероводорода, согласно требований ГОСТ Р 51858;

- обеспечено сокращение потерь нефти с отходящим отдувочным газом и, следовательно, повышение выхода очищенной товарной нефти;

- обеспечено снижение объемов конденсата, выпадаемого в трубопроводах;

обеспечено регулирование процесса отдувки и снижены материальные и энергетические затраты, связанные с подготовкой сероводородсодержащей нефти до требований ГОСТ Р 51858-2002 за счет стабилизации процесса отдувки сероводорода.

Заявляемое техническое решение соответствует критерию «промышленная применимость», предъявляемому к изобретениям, т.к. реализовано и испытано в полевых условиях и показало свою большую эффективность при применению по назначению, а именно обеспечило возможность получения заявленных технических результатов, а именно обеспечило возможность, по сравнению с прототипом получить технический результат в виде повышение эффективности подготовки и очистки нефти и ее качества при минимальных материальных затратах за счет стабилизации процессов отдувки, при этом для реализации заявленного технического решения не потребовалось использовать сложные системы и оборудование, т.к. оно реализовано на стандартном технологическом оборудовании с использованием известных технических средств.