Технологическая схема оборотного газоснабжения при подготовке товарной нефти

Шамкаева А.И.

УДК 62 - 1/ - 9 А. И. Шамкаева

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ОБОРОТНОГО ГАЗОСНАБЖЕНИЯ ПРИ ПОДГОТОВКЕ ТОВАРНОЙ НЕФТИ

Ключевые слова: технологическая схема очистки, оборотное газоснабжение.

Предлагается технологическая схема оборотного газоснабжения, которая позволит использовать очищенный газ при подготовке товарной нефти повторно. Для очистки газа предлагается насадочный скруббер. В качестве насадки - кольцо Рашига. Выполнены технологический, конструктивный, прочностной, детальный расчеты скруббера. Проведено технико - экономическое обоснование.

Keywords: processing engineering scheme,recycling gas supply.

The article suggests gas reuse process flow scheme during crude oil processing that will allow to reuse the gas processed during the crude oil treatment. The packed-bed scrubber is suggested for gas treatment. The Rashig ring is used as a packed bed. The process, rational, strength, detailed designs of the scrubber were performed. The feasibility study was prepared.

Введение

Нефтяная и газовая промышленность являются потенциально опасными для окружающей среды и ее отдельных объектов (воздуха, воды, почвы, растительного и животного мира и др.). Характерные для нефтяной и газовой промышленности вредные выбросы в окружающую среду отрицательно воздействуют на условия жизни и труда современного человека. Поэтому необходима реализация эффективного комплекса природоохранных мероприятий при разработке месторождений нефти и газа, подготовке, транспорта и хранения природных углеводородов и продуктов их переработки. В России разрабатываются несколько нефтегазовых месторождений: Туймазинское, Ромашкинское, Бугурусланское, Грозненское, Сураханское. Ромашкинское нефтяное месторождение — крупнейшее месторождение Волго-Уральской провинции на юге Татарстана. Открыто в 1948 году, разрабатывается c 1952 года. Центр добычи — г. Альметьевск. Альметьевская нефть нафтеново-парафинового состава, плотностью 796-820 кг/м3, метан (37%), этан (20%), пропан (18,5%), бутан (8,2%), высшие углеводороды (4,7%), N2, С02, H2S (11,6%) из них Н^ до 7%. Сера содержится в нефти в виде самородной, сероводорода и меркаптанов. С увеличением объемов добычи высокосернистой нефти актуальной становится проблема удаления сероводорода и меркаптанов из нефти. С 1 января 2009 года согласно ГОСТ Р 51858-2002 «Нефть. Общие технические условия» вступают в действие требования, ограничивающие массовую долю сероводорода в товарных нефтях на уровне не выше 20 и 100 ррт [1].

В настоящее время существует много химических, физических и физико-химических способов очистки газа от серосодержащих соединений. Некоторые из этих способов могут быть использованы только при больших объемах природного газа, т.к. они требуют значительных капитальных и эксплуатационных затрат. Выбор технологии очистки нефти зависит от содержания

сероводорода. Альметьевская нефть содержит 500 ррт сероводорода и для очистки подходит технология отдувки газом. Загрязненный газ после отдувки направляется в аппарат газоочистки [2].

Технологическая схема подготовки товарной нефти. Расчет скруббера

Предложенная технологическая схема подготовки товарной нефти состоит в следующем.

Рис. 1- Технологическая схема подготовки товарной нефти: 1 - Колонна отдувки; 2 -Буферная емкость; 3 - Аппарат воздушного охлаждения; 4 - Конденсатосборник; 5, 6 -Регулирующие клапаны; 7 - Резервуар №ОН; 8 - Блок подготовки воды; 9 - Система удаления Fe; 10 - Система смягчения воды; 11 - Нижняя часть колонны скруббера; 12 - Скруббер; 13 -Форсунка; 14 - Насосная станция для стока; 15 -Газоанализатор; 16 - Блок анализа газа

Газ после отдувки от сероводорода и меркаптанов (рис.1) подается в нижнюю часть колонны скруберра 11 и движется в колонне 12 снизу вверх. В скруббере 12 находится форсунка 13 для распыления жидкости. 10 % раствор NaOH из емкости 7 подается на орошение колонны 12. Заданная концентрация поддерживается путем подачи в блок подготовки воды 8 и раствора щелочи из резервуара 7. После очистки газ вновь поступает в колонну отдувки. На выходе установки очищенный газ соответствует требованиям: Н^ =

20 мг/м3, меркаптанов 10 мг/м3. Степень очистки по предложенной схеме 92 %. Для улучшения контакта газа с жидкостью применяют смачиваемую насадку, которую встраивают в полый скруббер. Насадочные скрубберы широко применяют для улавливания из газа таких компонентов, как S02, HCl, H2S и др., а также для охлаждения и увлажнения мало запыленного газа. В данном проекте была выбрана насадка - кольцо Рашига размером 50 мм [3]. Кольца Рашига - керамические насадки, нашли широкое применение в промышленности. Насадка имеет следующие характеристики: удельная поверхность - 93 м2/м3; свободный объём - 0,74

3 3 3

м /м ; насыпная плотность - 580 кг/м . Общее количество - 1050 шт. Керамические насадки для эффективной абсорбции должны отвечать ряду специфических требований: должны иметь высокую удельную поверхность, значительный свободный объем, обладать незначительным удельным весом для того, чтобы производить минимальное давление на поддерживающие конструкции, оказывать незначительное сопротивление газовому потоку, эффективно распределять по поверхности жидкость и характеризоваться отличной коррозионной стойкостью к тем средам, в которых они будут находиться (чаще всего речь идет о кислотных и щелочных средах).

На поверхности насадок происходит химическая абсорбция. Очистка газа от сероводорода и меркаптанов осуществляется за счет химической абсорбции щелочью NaOH в соответствии с

уравнениями реакций:

Н^ + NaOH = NaHS + Н20 (1);

С02 + 2NaOH = №2СОэ + Н20 (2);

Н^ + 2№ОН = + 2Н20 (3);

С02 + NaOH = NaHCOз (4);

№2СОэ + Н^ = NaHS + NaHCO3 (5);

С02 + №2С03 + Н20 = 2№НС03 (6)

RSH + NaOH = RSNa + Н20, где R - алкильная

группа: СН3 ; С2Н5; С3Н7; С4Н9 (7)

Направление химического процесса (в пользу

сероводорода или углекислого газа) зависит от концентрации газов, уровня рН, а также от температуры и давления системы. Образующиеся в ходе процесса очистки химические отходы 2 — 4 классов опасности находят применение. Меркаптиды подвергаются утилизации, разлагаются на гидроксид натрия и меркаптаны. Меркаптаны разлагают с получением серы. Сероводород и меркаптаны (пересчет на этилмеркаптан) являются токсичными веществами. Преимущественное агрегатное состояние в условиях производства -пары, вещества 2 класса опасности. ПДК в воздухе рабочей зоны соответственно: 10 мг/м и 1 мг/м .

Сероводород в смеси с углеводородами С1 - С5 - 3 класса опасности, в условиях производства пары, ПДК= 3 мг/м3.

Выполнены: технологический, конструктивный, прочностной, детальный расчеты скруббера, производительностью 20 000 м3/ч. На основании проведенного конструктивного расчета аппарата, принимаем: нормальный диаметр колоны D = 3 м, w - рабочая скорость газа 0,14 м/с, объёмная плотность орошения 0,078 м3/м2 • с; высота насадки, требуемая для создания этой поверхности массопередачи Н = 3,9 м; общая высота абсорбера Н = 10,4 м; гидравлическое сопротивление Л Р = 4,39 • 103 Па. Необходимость расчета гидравлического сопротивления обусловлено тем, что оно определяет энергетические затраты на транспортировку газового потока через абсорбер. Объёмной плотностью орошения (скоростью жидкости) в насадочных колоннах обычно выражают объёмный расход жидкости на 1 м2 площади поперечного сечения слоя насадки в единицу времени, Существует некоторая минимальная эффективная плотность орошения ит^ выше которой всю поверхность насадки можно считать смоченной. Для колец Рашига размером 50 мм и = 3,069 • 10-3 м3/м2 • с. В данном проекте рассматривается и рассчитывается центробежно-струйная форсунка с завихряющими вставками. Проведен детальный расчет. Диаметр сопла форсунки dc = 0,620 м; диаметр вкладыша и равный ему внутренний диаметр корпуса форсунки D = 1,19 м; высота вкладыша h = 2,39 м; длина соплового канала 11 = 0,31 м; высота камеры смещения 12 = 130 мм; диаметр центрального канала do = 500 мм; суммарная площадь закручивающих каналов Sк, = 840 мм2; угол наклона закручивающих каналов а = 89°; размер закручивающих каналов а = 347 мм; средний объемно - поверхностный диаметр капель жидкости dж= 0,397 мм.

Для аналитического контроля газа используют электрохимический сенсор газоанализатор АНКАТ — 7631М.

Рассчитана вентиляционная система в операторной площадью 18 м и высотой 3 м, оборудованной искусственной вентиляцией. Воздух в помещение поступает через вентиляционное отверстие площадью 0,04 м2, со скоростью 1,5 м/с, удаляется через два круглых вентиляционных отверстия, диаметром 0,2 м, со скоростью 1,0 м/с. Расчет вентиляционной системы состоял в:

- определении необходимого воздухообмена в помещении. При расчетах воздухообмена помещений определяется расход приточного воздуха, необходимого для поглощения избыточного тепла, влаги, вредных веществ. Рассчитан необходимый объем воздуха. Если в помещении качество воздуха ухудшается только в результате присутствия людей, то расчет объема вентиляции проводится по количеству диоксида углерода выдыхаемого человеком и составил 37,7 м3;

- определении и оценки эффективности вентиляционных систем. Для того чтобы оценить приточную вентиляцию рассчитано количество поступающего воздуха- 216 м3 . Также рассчитан объем помещения- 54 м3. Рассчитана кратность воздухообмена по притоку - 4. Для того чтобы оценить вытяжную вентиляцию рассчитаны: площади вентиляционных отверстий - 0,06 м2; количество удаляемого воздуха - 216 м3; кратность воздухообмена по вытяжке - 4.

Согласно нормам пожарной безопасности НПБ 105 - 03 наружная установка относится к категории Ан взрывопожароопасная [4]. Для своевременного обнаружения возгорания в щитовой и на территории установки предусматривается автоматическая установка пожарной сигнализации (АУПС). В качестве извещателей АУПС приняты: дымовые и ручные в щитовой; ручные на территории установки (около технологической площадки). На территории установки размещаются две блочно-комплектные электростанции типа БКЭС на базе газотурбинных электроагрегатов, в которых предусматривается автоматическая установка пожаротушения (АУПТ). Так как в помещении щитовой на территории установки не предусматривается круглосуточное дежурство персонала, а предусматривается

организация охранной сигнализации щитовой и передача сигналов «Пожар», «Тревога» и «Неисправность» в операторную.

Класс условий труда по всем факторам воздействия у мастера и у оператора-аппаратчика -допустимый уровень труда (2 класс). У машиниста установки газоочистки по степени вредности и опасности - вредные третий класс 1 степень (3.1) [5].

Проведено технико - экономическое обоснование. Экономический эффект от предложенной технологической схемы подготовки товарной нефти составил 105 614,56 руб./год. Срок окупаемости проекта - 7 лет.

Литература

1. ГОСТ Р 51858-2002 Нефть. Общие технические условия

2. А. Г. Ветошкин, Процессы и аппараты газоочистки. Изд-во ПГУ, Пенза, 2006. С. 201

3. ТУ 3611-004-25545812-08 Кольцо Рашига

4. НПБ 105 -03 Нормы пожарной безопасности

5. СанПиН 2.2.2776-10 Гигиенические требования к оценке условий труда при расследовании случаев профессиональных заболеваний

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Шамкаева А.И.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Шамкаева А.И.

Текст научной работы на тему «Технологическая схема оборотного газоснабжения при подготовке товарной нефти»