Совершенствование технологий очистки углеводородного газа от сероводорода в промысловых условиях

В данной статье решается важная проблема обоснования выбора ресурсосберегающего метода очистки природного газа от сероводорода (H₂S), меркаптанов и углекислого газа (CO₂), которые негативно влияют на оборудование.Рассмотрены различные типы аминов, используемых в процессе очистки газа, такие как моноэтаноламин (МЭА), диэтаноламин (ДЭА), метилдиэтаноламин (МДЭА) и дигликольамин (ДГА), а также их типичные концентрации. Исследование показало важность правильного выбора типа и концентрации амина для оптимизации процесса очистки.

Исследование показало, что оптимальным решением для месторождения Карачаганак является смесь ДЭА и МДЭА, обеспечивающая селективное удаление H₂S и снижение энергозатрат.

Ключевые слова: сероводород, аминовая очистка, бешофит, диэтаноламин, метилдиэтаноламин, снижение энергозатрат.

Сероводород (H₂S), меркаптаны и углекислый газ (CO₂) часто выступают в роли «загрязнителей» углеводородного сырья. Их наличие, особенно при превышении допустимых уровней, оказывает пагубное влияние на оборудование и стальные трубы, приводя к коррозии. Поэтому удаление этих веществ из сырьевого потока является ключевым этапом подготовки углеводородов к последующей переработке и использованию.

Одним из самых распространенных и надежных методов очистки газа от H₂S, CO₂ и меркаптанов считается аминовая очистка [1].

На Карачаганакском нефтегазоконденсатном месторождении в Казахстане для удаления сероводорода (H₂S) из извлекаемого газа внедряется метод аминоочистки. Этот способ считается одним из самых эффективных и экономически целесообразных для отделения H₂S и прочих кислых газов от природного газа. Процесс основывается на использовании водных растворов аминов, таких как моноэтаноламин (МЭА) или метилдиэтаноламин (МДЭА), которые вступают в химическую реакцию с сероводородом, формируя устойчивые соединения. После того как амины достигли насыщения, они поддаются регенерации при нагревании, что позволяет выделить H₂S и вновь использовать раствор в цикле очистки [2]. Применение аминовой очистки на Карачаганакском месторождении способствует эффективному снижению уровня сероводорода в природном газе до необходимых стандартов, что, в свою очередь, предотвращает коррозию оборудования, увеличивает безопасность производственных процессов и улучшает качество конечного продукта.

При подборе амина для очистки природного газа ключевыми аспектами выступают его разновидность и концентрация в водном растворе. Эти параметры непосредственно влияют на степень удаления нежелательных примесей и общую эффективность технологического процесса.

Карачаганакское месторождение представляет собой сложный и высокотехнологичный объект, требующий внедрения инновационных методик и комплексного подхода к решению производственных и экологических задач. Значительное содержание кислых газов, большие объемы добычи попутного газа и высокий уровень автоматизированных процессов определяют специфику эксплуатации месторождения. Это обуславливает необходимость непрерывного усовершенствования технологий для обеспечения эффективной, безопасной и экологически устойчивой добычи и переработки газа.

На рисунке 1 представлена взаимосвязь между концентрацией сероводорода в газе, массовым содержанием сорбента и эффективностью нейтрализации на Карачаганакском месторождении. Эти данные подтверждают, что увеличение содержания сорбента способствует достижению высокой степени очистки газа. Но при этой технологии происходит повышение температуры, способствующей улучшению эффективности, особенно в диапазоне от 40°C до 80°C.

Рис. 1. Зависимость количества сорбента от уровня сероводорода в газовой смеси

Удаление сероводорода (H₂S) из газа является критически важным этапом в подготовке природного газа к его следующему использованию. В таблице 1 представлено сравнение трех распространенных методов: аминовая очистка, очистка бешофитом с использованием инжекторно-пенных скрубберов и очистка смесью аминов (ДЭА+МДЭА). Каждый из этих методов демонстрирует определенные преимущества, такие как эффективность в удалении сероводорода или экономичность, но также и недостатки, которые стоит учитывать при выборе подхода для конкретных условий. Сравнение этих технологий позволяет определить наиболее подходящий метод в зависимости от требований к качеству газа и экономической целесообразности.

Таблица 1

Сравнение методов удаления сероводорода из природного газа

Моноэтаноламин (МЭА) — один из наиболее востребованных аминов, применяемых при очистке природного и технологического газа от кислых примесей, включая сероводород (H₂S) и углекислый газ (CO₂). Его популярность обусловлена высокой эффективностью и сравнительно доступной стоимостью. Однако процесс его использования требует значительных энергозатрат, поскольку регенерация МЭА сопровождается интенсивным потреблением энергии.

Суть этого процесса заключается в отделении поглощенных H₂S и CO₂ с последующим возвратом амина в технологический цикл, что требует нагрева раствора до высокой температуры. Одним из недостатков МЭА является его высокая коррозионная активность, особенно в присутствии сероводорода и углекислого газа. Для минимизации коррозионного воздействия необходимо применять специальные ингибиторы коррозии, а также подбирать материалы оборудования, устойчивые к агрессивным средам [3].

Смесь диэтаноламина (ДЭА) и метилдиэтаноламина (МДЭА) обладает рядом уникальных свойств, которые делают ее привлекательным выбором для очистки природного газа. Во-первых, эта смесь обеспечивает селективное удаление H₂S в присутствии CO₂, что критически важно для некоторых технологических процессов, где необходимо сохранить CO₂ в газе. Во-вторых, использование смеси ДЭА и МДЭА может привести к снижению энергозатрат на регенерацию по сравнению с использованием моноэтаноламина (МЭА), что делает процесс очистки более экономически эффективным. В-третьих, смесь ДЭА и МДЭА может обеспечить более высокую производительность по сравнению с использованием отдельных аминов, что позволяет обрабатывать большие объемы газа за единицу времени [4].

Очистка бешофитом с использованием инжекторно-пенных скрубберов представляет собой экологически безопасный метод, подходящий для очистки газов с невысоким и средним содержанием H₂S. Интенсивный контакт газа и раствора бешофита, обеспечиваемый инжекторно-пенными скрубберами, повышает эффективность очистки [5].

Таким образом, выбор метода очистки газа от сероводорода зависит от конкретных условий, таких как состав газа, требуемая степень очистки, экономические соображения и экологические требования. В условиях Карачаганакского месторождения для селективного удаления H₂S и снижения энергозатрат на регенерацию, предпочтительным вариантом может быть использование смеси диэтаноламина (ДЭА) и метилдиэтаноламина (МДЭА).

Литература:

1. Агаев, Г. А. Окислительные процессы очистки сернистых природных газов и углеводородных конденсатов / Г. А. Агаев, В. И. Настека, З. Д. Сеидов. — М.: Недра, 1996. — 301 с.
2. Шпелева, Л. С. Комплексное решение проблемы качества рабочих растворов амина на установках очистки высокосернистых газов / Л. С. Шпелева, P. P. Альгириева, Д. А. Чудиевич // II Научно-практическая молодежная конференция «Новые технологии в газовой отрасли: опыт и преемственность». Тезисы докладов. М: Газпром ВНИИГАЗ, 2010. — 51 с.
3. Антонов, В. Г. Механизм коррозии углеродистой стали в смешанном абсорбенте МДЭА/ДЭА / Антонов В. Г. [и др.] // Газовая промышленность. — 2000 -№ 10 — С. 58–60.
4. Панжиев, О. Х. Повышение эффективности очистки газа регенерации на установках аминовой сероочистки / О. Х. Панжиев, Б. Н. Кенжаев, М. З. Завкиев // Universum: химия и биология: электрон. научн. журн. 2020. 12(78). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/10975
5. Салех А. И. Ш. Ресурсосберегающая технология нейтрализации сероводорода в углеводородных газах с применением бишофита / А. И. Ш.Салех, Н. И. Юркив, Р. А. Воронцов // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. — 2002. — № 10. — С.25–27.