76 №7 июль • 2010

HYDROCARBON PROCESSING: ПЕРЕРАБОТКА ГАЗА

НЕФТЕГАЗОВЫЕТ Е Х Н О Л О Г И И

УНИКАЛЬНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ПРИРОДНОГО ГАЗА C. Baker, Anadarko Pinnacle Gas Treating Inc., Техас; T. Barnette, Merichem Chemicals and Refinery Services LLC, Шаимбург, Иллинойс

Повышение эффективности затрат при высокой надежности процесса

За последнее десятилетие компания Anadarko Petroleum эксплуатирует две системы удаления серо-водорода в жидком окислительно-восстановительном процессе переработки. Конечная цель – удаление серы из аминового кислого газа вплоть до 40 тонн в сутки (long tons per day – LTPD).

В 1996 г. Western Gas Resources применила процесс жидкого окисления-восстановления для очистки амино-кислотных газов. Первоначально Western Gas Resources приобрела установку регенерации серы (sulfur recovery unit – SRU) 2-LTPD на основе жидкого окисления-вос-становления. Однако вскоре выяснилось, что потенциал серы значительно превышен в процессе. И поэтому компания Western Gas приобрела установку 7-LTPD.

Первоначально установка SRU 7-LTPD была разра-ботана для очистки аминокислотных газов в условиях процессапроцесса (табл. 1).

Как указано в табл. 1, SRU была спроектирована для удаления H2S в жестком режиме 155:1 (для газа) и 45:1 (для концентрированной H2S).

Хотя установка была спроектирована на широкий диапазон расхода жидкости и концентрации серово-дорода, включая 7-LTPD серы, необходимо было под-держивать процесс с диапазоном изменения нагрузки серы от 100 фунт/сут до проектной мощности.

Поскольку на газоперерабатывающем заводе тре-бования по извлечению серы растут, завод добавил к мощности SRU установку Клауса 40-LTPD. Цель этого нововведения заключалась в том, чтобы использовать окислительно-восстановительный процесс вплоть до 7-LTPD удаления серы и затем применить систему Клауса, действующую как очиститель отходящих газов, чтобы достигнуть требуемой высокой эффективности извлечения серы. Ключевым моментом является гиб-кость системы, которая отражена в табл. 2.

С 1997 по 2000 гг. система переработки газа работала исключительно для удаления сероводорода. В 2000 г.

была введена в эксплуатацию система Клауса, которая состояла из следующих этапов.

• Обогащение кислых газов (acid gas enrichment – AGE) для достижения концентрации 2–3 % H2S до 25 % минимальной концентрации сырья системы Клауса.

• SRU Клауса 40-LTPD.• Гидроочистка отходящих газов для превращения

всех серных соединений в сероводород.• Охлаждение.• Подача отходящих газов в существующую установ-

ку жидкого окисления-восстановления, выполняющую функцию устройства для очистки отходящих газов.

При эксплуатации системы были выявлены некото-рые проблемы, связанные с системой гидроочистки и установкой Клауса.

Что касается проблем, то они относятся к вышеупо-мянутому перебросу нагрузки, которая в данной системе недопустима. После года сложной эксплуатации систе-мы компания Anadarko Pinnacle Gas Treating решила остановить ряд процессов AGE/Клаус/гидроочистка и начать применение системы окислительно-восста-новительной переработки исключительно для SRU. Это решение создало проблему, так как были жестоко ограничены возможности компании для дальнейшего расширения переработки природного газа и также ог-раничено производство сырья.

С 2001 по 2005 гг. компания сосредоточила свое внимание на оптимизации существующего окисли-тельно-восстановительного процесса переработки и на поддержание процесса в режиме реального вре-мени. В 2005 г., однако, Anadarko начала переговоры с добытчиками газа, которые потенциально выдвинули требования по поводу производительности существу-ющей установки жидкого окислительно-восстанови-тельного процесса. На протяжении следующего года расширение требований привело к увеличению про-изводительности от 10- до 15-LTPD и окончательно к

Таблица 1. Условия процесса для очистки аминового газа

Показатель Вариант 1 Вариант 2

Газ Аминокислотный газ

Расход, млн фут3/сут 9,3 0,06

H2S в кислотном газе, % 2 90,0

Эффективность удаления 99,99+% 99+%

Выход H2S, фунт/ч <2 <2

Сера LTDP 7 7

Таблица 2. Рабочая схема для оборудования

Содержание серы Процесс

<2-LTPD Окислительно-восстановительная установка 2-LTPD

2-LTPD–7-LTPD Окислительно-восстановительная установка 7-LTPD

>7-LTPD Установка Клауса, AGE/гидролиз/переработка TGU

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

77 №7 • июль 2010

HYDROCARBON PROCESSING: ПЕРЕРАБОТКА ГАЗА

НЕФТЕГАЗОВЫЕТ Е Х Н О Л О Г И И

увеличению суммарной производительности 40-LTPD. Было рассмотрено несколько вариантов, некоторые из которых затем исключили, так как увеличилась суммар-ная нагрузка серы, а кроме того, возникли сложности с переоборудованием и восстановлением системы Клауса (демонтаж и вывоз установки AGE). В 2007 г. пришли к выводу, что следует оставить два варианта.

• Введение дополнительной системы жидкого окис-лительно-восстановительного процесса переработки.

• Непосредственное окисление с существующим процессом окисления-восстановления, модифицирован-ным и работающим как установка очистки отходящих газов (tail gas clean up unit – TGCU).

Установка отработанного кислого газа первоначально предназначалась для прямого окисления (direct oxidation – DO), так как сернистый газ обычно имел низкую кон-центрацию H2S (2–4 об. %). Дальнейшие исследования потенциальных эксплуатационных условий показали, что уровень H2S может достичь 8 % на длительный период и периодически достигать 16 %. Процесс отработанного кислого газа может «не выдержать» такие отклонения, поэтому этот вариант был исключен из рассмотрения. Успешные промышленные исследования, проведенные компанией Anadarko Pinnacle Gas Treating, Inc., работа в режиме реального времени и «легкость», при которой установка работает с переменной нагрузкой серы, делает систему очень восприимчивой к добавлению модульных последовательных агрегатов, обеспечивающих больший объем системы окислительно-восстановительного про-цесса переработки. Эти системы работали параллельно с существующей установкой 7-LTPD и продолжают ра-ботать в настоящее время.

В систему с суммарной производительностью 40-LTPD включили установку 7-LTPD как часть общей системы и, кроме того, три блока производительностью 11-LTPD каждый, причем первая система 11-LTPD была запущена в сентябре 2007 г. Такая система удовлетворяла нуждам завода благодаря производителям, предусмотревшим в июне 2008 г. эксплуатацию ее в режиме реального време-ни. Свое будущее производители газа связывают с заводом Pinnacle; с запуском второго блока 11-LTPD потребуется дополнительная система очистки кислого газа.

Система потоков в окислительно-восстановительном процессе представлена на рис. 1.

Кислый газ из аминовой установки проходит через ловушку для удаления сконденсированных жидкостей и/или переброса амина. Затем кислый газ поступает на установку автоциркуляции (окисления-восстановления жидкости). На установке автоциркуляции сернистый газ барботирует через раствор растворенного хелатного железа в секции абсорбера. Внутри абсорбера H2S аб-сорбируется (реакция A) и превращаеся в элементарную серу (реакция B) в следующем виде.

H2S (газ) + H2O → H+ + HS– + H2O (А)HS– + 2Fe+++ → H+ + SO + 2Fe+++ (В)

Затем раствор двухвалентного железа поступает в аппарат для окисления, где воздух барботирует через раствор, чтобы «переокислить» хелатное железо до пер-воначального состояния трехвалентного железа (Fe+++) в соответствии с реакцией С.

1/2O2 + H2O + 2Fe++ → 2OH– + 2Fe+++(C)

Благодаря оригинальному расположению перегоро-док сливного отверстия и заслонок в аппарате автоцирку-ляции циркуляция жидкости между секциями абсорбера и окислителя поддерживается пневмоподъемниками, так что в системе не требуется циркуляционный насос. Потоки воздуха и кислого газа, очищенного от активных соединений серы, попадают в свободное пространство емкости автоциркуляции и направляются либо в печь для прокаливания, либо непосредственно в атмосферу. Общий вид установки представлен на рис. 2.

Перевел А. Степанов

T. Barnette (Т. Барнетт), менеджер-технолог ком-пании Merichem Chemicals and Refinery Services LLC (MCRS), шт. Иллинойс. Барнетт более 20 лет занимается вопросами продуктов технологии газов. В Основное внимание м-р Барнетт уде-ляет процессам десульфуризации. М-р Барнетт получил степень бакалавра по химической тех-нологии в Высшей школе по разработке недр и

технологий (Южная Дакота).

Рис. 1. Технологическая схема обработки «мокрого» газа с использованием новейших абсорбентов

Рис. 2. Общий вид установки жидкого окислительно-восста-новительного процесса 7-LTPD

Сырьевой насос

Ловушка

Выход газа

Воздуходувка

Фильтр

Отстойник серы

Автоциркуляция (абсорбер,

окислитель)

На сепарацию серы

Сернистый газ

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»