CC BY
9
НАУЧНАЯ СТАТЬЯ УДК 622.692.4
СЕРООЧИСТКА НИЗКОНАПОРНОГО ГАЗА: ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ НЕФТЕНАЛИВА
1 2 Валерий Павлович Мешалкин , Евгений Александрович Бабаков , Николай Александрович Бумагин 3, Михаил Яковлевич Мельников 4, Людмила Александровна Тюрина 5
1 2
' Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева 2' 3' 5 ООО «Старт-Катализатор»
3' 4' 5 МГУ имени М.В. Ломоносова, химический факультет
Автор, ответственный за переписку: Евгений Александрович Бабаков, [email protected]
Аннотация. Разработаны технология и оборудование для очистки газовых потоков с низким давлением от примесей сероводорода и меркаптанов. На примере модельных смесей низконапорного газа в дисковом пленочном аппарате показана эффективность каталитической сероочистки до остаточного содержания серосодержащих соединений (SH) <10 ppm. Рассмотрены перспективы создания блоков сероочистки для рекуперации паров налива нефти с получением углеводородов товарного качества, а также очистки атмосферных выбросов от серосодержащих экотоксикантов и углеводородов в процессах нефтеналива.
Ключевые слова: сероводород, меркаптаны, сероочистка, рекуперация паров углеводородов, технология, оборудование
Финансирование. Финансовая поддержка исследования осуществлялась в рамках государственного задания АААА-А21-121011590090-7.
Для цитирования: Мешалкин В.П., Бабаков Е.А., Бумагин НА., Мельников М.Я., Тюрина Л.А. Сероочистка низконапорного газа: технология и оборудование для нефтеналива // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. Т. 63. № 6. С. 418-421.
ORIGINAL ARTICLE
DESULPHURIZATION OF LOW-PRESSURE GAS: TECHNOLOGY AND EQUIPMENT FOR OIL RECOVERY
1 2 3
Valery P. Meshalkin , Evgeny T. Babakov , Nikolay A. Bumagin , Mikhail Ya. Melnikov 4, Lyudmila A. Tjurina 5
1, 2
' D.I. Mendeleev Russian University of Chemical Technology 2' 3' 5 Start-Catalyst LLC
3' 4' 5 Lomonosov Moscow State University, Faculty of Chemistry Corresponding author: Evgeny T. Babakov, [email protected]
Abstract. Technology and equipment have been developed for cleaning low-pressure gas streams from hydrogen sulfide and mercaptan impurities. The efficiency of catalytic desulphurization to a residual content of sulfur-containing compounds (SH) <10 ppm is shown on the example of model mixtures of low-pressure gas in a disk film apparatus. The prospects for the creation of desulphurization units for the recovery of oil loading vapors with the production of commercial quality hydrocarbons, as well as
© Мешалкин В.П., Бабаков Е.А., Бумагин Н.А., Мельников М.Я., Тюрина Л.А., 2022
for the purification of atmospheric emissions from sulfur-containing ecotoxicants and hydrocarbons in the processes of oil loading, are considered.
Keywords: hydrogen sulfide, mercaptans, desulfUrization, vapor recovery unit, technology, equipment
Financial Support. Financial support for the research was carried out within the framework of the state task AAAA21-121011590090-7.
For citation: Meshalkin V.P., Babakov E.T., Bumagin N.A., Melnikov M.Ya., Tjurina L.A. Desulphurization of Low-Pressure Gas: Technology and Equipment for Oil Recovery // Vestn. Mosk. un-ta. Ser. 2. Chemistry. T. 63. № 6. S. 418-421.
Сероводород и меркаптаны относятся к числу наиболее агрессивных и токсичных примесей в составе углеводородного сырья. Содержание этих экотоксикантов в товарной продукции и атмосферных выбросах регламентировано на уровне сотых долей процента. В современной газовой промышленности используется целый ряд технологий для обеспечения нормативных значений по количеству сероводорода и меркаптанов в очищаемом сырье, а также требований к утилизации сероводорода в серу и атмосферной эмиссии серосодержащих примесей. Однако применение этих технологий к очистке низконапорного сырья с избыточным давлением <<1 атм затруднено. В частности, процессы налива нефти сопровождаются образованием газовых потоков в количестве 4000-40 000 м3/ч. Содержание углеводородов в парах налива
составляет 200-800 г/м , а примесей сероводорода, меркаптанов - около 0,1%. Состав паров нефтеналива определяет необходимость сепарации углеводородных компонентов, присутствующих в них в количестве до 10 т/ч, а также требования к очистке атмосферных выбросов от углеводородов и серосодержащих экотоксикантов.
В настоящей работе исследован процесс сепарации углеводородов раствором дизельного топлива в дисковом пленочном аппарате [1] при избыточном давлении <<1 атм.
Результаты моделирования абсорбции углеводородов дизельным топливом, проведенные с использованием программного пакета Aspen Hysys [2] приведены на рисунке. Как видно из рисунка, абсорбция углеводородов дизельным топливом в дисковом пленочном аппарате [1] обеспечивает снижение их
Зависимость концентрации углеводородов в атмосферных выбросах при наливе нефти от расхода абсорбента при исходном содержании углеводородов (г/м3): 500 (1), 420 (2), 250 (3), 120 (4). Расход сырья на очистку 1000 м3/ч, Т = 25 оС, р = 0,07 атм
Содержание сероводорода (Н^) и метилмеркаптана до и после сероочистки модельной смеси
в присутствии гомогенного катализатора при температуре 25 оС и атмосферном давлении
Номер опыта Объем раствора катализатора в дизельном топливе, мл Количество катализатора, мл* Скорость газа, л/мин [H2S], ppm [CH3SH], ppm
вход выход вход выход
1 200 0,1 8,0 250 6 250 10
2 200 0,1 7,0 250 7 250 10
3 200 0,3 6,0 250 7 250 10
4 200 0,3 5,0 250 0* 250 0*
5 200 0,5 5,0 250 0* 250 0*
* Ниже предела определения по методике ГОСТ 22387.2-2014.
атмосферной эмиссии. Выход углеводородов при этом может составлять от 1 до 10 т/ч в зависимости от производительности процесса по газу и углеводородам.
Для получения углеводородов товарного качества с содержанием производных серы не более 10 ррт исследована каталитическая сероочистка модельной смеси газа (состав модельной смеси метан, воздух 5000 ррт, сероводород 250 ррт, метилмеркаптан 250 ррт) в растворе катализатора в дизельном топливе.
Сероочистку/демеркаптанизацию газа проводили по реакции
Н28 + 2 Я8Н + 02 = 8 +Я88Я + 2 Н20, по методике, предложенной в [3] при температуре 25 оС и атмосферном давлении. Содержание сероводорода и меркаптанов на входе и выходе для сероочистки в лабораторном реакторе барботажного типа приведено в таблице.
Как видно из данных таблицы, реакция протекает в процессе барботажа очищаемой смеси через раствор катализатора. Содержание се-
росодержащих экотоксикантов снижается до < 10 ррт, как и в случае промысловой очистки ПНГ [4]. Реакция может быть реализована и в дисковом пленочном аппарате, если давление газа <<1 атм [3].
Реализация каталитической очистки в дисковом пленочном аппарате [3] позволяет очистить газ от примесей сероводорода и меркаптанов. Конструкция аппарата при этом обеспечивает абсорбцию углеводородов из потока низконапорного газа одновременно с сероочисткой.
Таким образом, в настоящей работе установлена возможность совмещения сероочистки и абсорбции углеводородов из потока низконапорного газа в дисковом пленочном аппарате. Предлагаемая новая технология отвечает основным требованиям к блокам сероочистки для установок рекуперации паров (УРП) налива нефти [5-8], а УРП с блоком сероочистки смогут обеспечить не только отсутствие атмосферных выбросов углеводородов и серосодержащих экотоксикантов, но и получение товарных углеводородов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Babakov E.A., Tyurin A.A. // RU Pat 2768952. 2022 [Бабаков Е.А., Тюрин А. А., Пат. РФ. 2768952. 2022].
2. HYSYS Simulation Basis // Aspen Technology. Inc. 2005.527 p.
3. Akhmadeev A.A., Kabanov I.A., Svetkin A.V., Tyurin A.A., Babakov E.A., Tyurina L.A. // RU Pat 2649442. 2022 [Ахмадеев А.А., Кабанов И.А., Светкин А.В., Тюрин А.А., Бабаков Е.А., Тюрина Л.А. Пат. РФ. 2649442. 2022].
4. Ахмадеев А.А., Кабанов И.А., Светкин А.В., Сергеев А.П., Тюрин А .А., Бабаков Е.А., Бума-
гин Н .А., Мельников М.Я., Тюрина Л.А. // Нефтяное хозяйство. 2020. № 12. С. 143.
5. Fetisov V.G., Mohammadi A.H., Pshenin V.V., Ku-pavykh K.S., Artyukh D.E. // Revue d'IFP Energies Nouvelles. 2021. № 76. P. 1.
6. Meshalkin V.P., Dovi VG., Bobkov VI., Belyakov A.V, Butusov O.B., Garabadzhiu A.V., Burukhina T.F., Khodchenko S.M. // Mendeleev Commun. 2021. Vol. 31. P. 593.
7. Rajabi Hamid, Mosleh Mojgan Hadi, Mandal Par-thasarathi, Lea-Langton Amanda, Sedighi Majid.
Science of The Total Environment. 2020. Vol. 727. 8. Khan F.I., Ghoshal, A.K. // Journal of Loss Prevention P. 132. in the Process Industries 2000. Vol. 13. P. 527.
Информация об авторах
Мешалкин Валерий Павлович - зав. кафедрой Российского химико-технологического университета имени Д.И. Менделеева, докт. техн. наук, академик, [email protected];
Бабаков Евгений Александрович - аспирант Российского химико-технологического университета имени Д.И. Менделеева, сотр. ООО «Старт-Катализатор», [email protected];
Бумагин Николай Александрович - вед. науч. сотр. МГУ имени М.В. Ломоносова, сотр. ООО «Старт-Катализатор», докт. хим. наук, [email protected];
Мельников Михаил Яковлевич - зав. кафедрой МГУ имени М.В. Ломоносова, докт. хим. наук, [email protected];
Тюрина Людмила Александровна - вед. науч. сотр. МГУ имени М.В. Ломоносова, докт. хим. наук, генеральный директор ООО «Старт-Катализатор», [email protected].
Вклад авторов
Все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Статья поступила в редакцию 16.04.2022; одобрена после рецензирования 12.05.2022; принята к публикации 14. 05.2022.
