Природный газ содержит в своем составе ряд газообразных примесей, основными из которых являются азот, углекислота и сероводород. Если первые два влияют лишь на теплотворную способность, то сероводород является вредной примесью, оказывающей негативное влияние как на окружающую среду и здоровье человека, так непосредственно на оборудование обработки и транспортировки природного газа. Реагируя с содержащейся в природном газе водой, он образует сероводородную кислоту, которая вызывает питтинговую коррозию, а также образует сульфиды, которые составляют гальваническую пару со сталью, что приводит к разрушению технологического оборудования и транспортных трубопроводов. Сероводород токсичен даже при небольших концентрациях, поэтому природный газ с его содержанием непригоден для использования в быту.
Рис. 1. Сероводородная коррозия
Эти негативные факторы являются причиной того, что предельное содержание сероводорода в природном газе ограничено законодательством. Таким образом мероприятия по очистке газа от сероводорода являются обязательными для обеспечения необходимого его качества.
Существует множество способов очистки природного газа от сероводорода. Все они используют два основных типа устройств: башенного типа, в которых газ очищается при помощи жидких или твердых реагентов или адсорбентов, и прямого впрыска в трубопровод жидких реагентов. Устройства первого типа обладают большими размерами, сложностью и стоимостью, поэтому прямой впрыск является предпочтительным, особенно для морских добывающих платформ ввиду недостатка свободного места. Прямой впрыск абсорбента в трубопровод обеспечивает компактность оборудования и низкий уровень аэродинамических потерь, что облегчает его установку в непосредственной близости от скважины.
Рис. 2. Схема установки прямого впрыска абсорбента в трубопровод
Установка прямого впрыска абсорбционного реагента (рис.) состоит из насоса для подачи реагента, устройства впрыска в трубопровод и сепаратора отработанного реагента и его излишков.
Известные в настоящее время устройства подачи жидкого реагента в поток природного газа представляют собой форсунки, введенные в магистраль. Эффективность их работы зависит от следующих факторов:
- Длина трубопровода от устройства впрыска до сепаратора. Чем больше длина, тем дольше реагент остается в контакте с обрабатываемым газом и тем больше степень очистки и расход реагента. Поэтому существующие установки прямого впрыска жидкого реагента могут достигать значительных размеров, что может быть неприемлемо в условиях ограниченного пространства. Эффективность распыления. Чем лучше распылен реагент, тем больше площадь контакта газа и реагента, и тем быстрее падает концентрация сероводорода относительно длины трубы. Особенно сильно распыление влияет на эффективность очистки при больших диаметрах трубы, низких скоростях потока обрабатываемого газа и при ограниченной длине трубы, отведенной для монтажа установки очистки.
- Эффективность распыления. Чем лучше распылен реагент, тем больше площадь контакта газа и реагента, и тем быстрее падает концентрация сероводорода относительно длины трубы. Особенно сильно распыление влияет на эффективность очистки при больших диаметрах трубы, низких скоростях потока обрабатываемого газа и при ограниченной длине трубы, отведенной для монтажа установки очистки.
Для повышения эффективности смешивания реагента с газом и уменьшения требуемой для эффективного удаления сероводорода длины трубопровода разработано устройство вихревого впрыска жидкого реагента. Форсунки для подачи реагента расположены тангенциально основному потоку очищаемого газа, что приводит к образованию в нем эффекта вихревой трубы.
Рис. 3. Устройство впрыска
В ходе вихревого движения происходит интенсивное перемешивание распыленного реагента с потоком газа что значительно увеличивает площадь контакта. Благодаря тангенциальной составляющей вихревого движения, увеличивается время нахождения реагента в установке, что позволяет сократить ее размер.
Установка позволяет использовать масштабный фактор для формирования массивов последовательного подключения, что позволяет производить обработку при любых диаметрах газопроводов и скоростях потока в них.
Рис. 4. Последовательное подключение
Заключение.
Разработанное устройство за счет используемого вихревого эффекта позволяет повысить эффективность распыления реагента, и как следствие уменьшить его расход и обеспечить компактность установки.
Литература:
- Fisher, Kevin S., Aqil Jamal, Dennis Leppin, “Design of Direct-Injection H2S Scavenging Systems”, // 55th Annual Laurance Reid Gas Conditioning Conference, Norman, Oklahoma, 2005. — С. 279–303.
- Н. В. Попадин, А. Ф. Нурахмедова, Е. М. Прохоров, Г. В. Тараканов Некоторые аспекты нейтрализации сероводорода в остаточных углеводородных топливах.// Вестник АГТУ. — 2014. — № 2. — С. 31–41.
- G. Kenreck “Manage hydrogen sulfide hazards with chemical scavengers” // Hydrocarbon processing — 2014 — December — С. 73–76.
