Обезвреживание газов горения

 

При реализации процесса ВГ из добывающих скважин вместе с жидкостью извлекается большое количество газообразных продуктов, содержащих токсичные вещества. Состав и степень их вредности зависят от особенностей химического состава ПБ, режима процесса и других факторов. В состав газов помимо азота, остаточного кислорода и двуокиси углерода могут также входить продукты термического крекинга нефти: окись углерода, двуокись серы, сероводород, цианистые и меркаптановые соединения, бензоперин и др. токсичные вещества. Свободный выпуск этих продуктов в атмосферу недопустим с точки зрения охраны окружающей среды. Вместе с тем, нейтрализация таких отходов представляет собой сложную проблему [119].

В настоящее время основным методом предотвращения локальной загазованности территории является рассеивание или сжигание газов ВГ на факеле, а в случае их низкой калорийности – в печах дожига. Ни один из этих методов не обеспечивает достаточной степени нейтрализации.

Существуют несколько методов нейтрализации токсичных компонентов газовых смесей в различных производствах. Например, при очистке природных газов от сероводорода широко используют технологию хемосорбции на основе моноэтаноламина и диаэтаноламина. Недостатки этого способа – высокие энергетические затраты на регенерацию абсорбента (2500 – 3000 ккал на 1 м³ удаленных кислых компонентов), значительные потери аминов при их регенерации, отсутствие селективности хемосорбционных методов по отношению к СО₂ (содержание СО₂ в газах ВГ – 15 – 16 %) – делают эти методы малопригодными для нейтрализации газов ВГ.

Определенный интерес представляют методы жидкофазного окисления сероводорода до свободной серы. В промышленных масштабах способ, основанный на использовании в качестве катализатора гидроокиси железа, достаточно прост, дешев, но еще недостаточно изучена возможность его применения для условий ВГ при высоком содержании в продукции углекислого газа. В процессе жидкофазного окисления вместе с мелкодисперсной серой удаляется значительное количество гидроокиси железа, что вызывает необходимость периодического его добавления. Потери железа по данным «Сев-КавНИИгаза» составляют 10 – 25 % общего количества извлеченного сероводорода.

В СКТБ катализаторов разработана другая технология нейтрализации сероводорода, согласно которой очищенный газ поступает в адсорбер, орошаемый поглотительным раствором, в котором происходит жидкофазное каталитическое окисление сероводорода в присутствии тетрасульфоната фталоционина кобальта до свободной серы (ТСФК – катализатор, разработанный институтом катализа АН России). Сера удаляется в виде мелкодисперсного порошка. Эта технология очистки газов от сернистых соединений, несмотря на ряд достоинств, требует периодически добавлять катализатор в поглотительный раствор и пока трудно поддается регулированию.

Большими потенциальными возможностями обладают каталитические методы. Например, каталитическое сжигание углеводорода и окиси углерода по сравнению с термическим окислением позволяет в 20 – 30 раз уменьшить время пребывания газа в аппарате, что существенно сокращает его объем. Степень каталитического окисления обычно составляет 96 – 98 %.

Реализация той или иной технологии нейтрализации газов горения возможно только после систематических, комплексных исследований конкретного месторождения. Принятая технология должна характеризоваться такими показателями качества, которые включают степень конверсии токсичных компонентов; экологическую чистоту; величину утилизации теплотворной способности очищенного газа и продуктов нейтрализации; эксплуатационную надежность и универсальность; безопасность и простоту обслуживания; величину капитальных и эксплуатационных расходов; степень использования дефицитных материалов.

Для решения проблемы нейтрализации газов горения необходимо подобрать несколько вариантов технологии и установок, применение которых будет диктоваться конкретными условиями разрабатываемого месторождения. В зависимости от наличия и концентрации токсичных компонентов газы ВГ можно условно разделить на несколько составов и для каждого принять свой метод очистки.

Нейтрализация газов, практически, не содержащих сернистые соединения (сероводорода – не более 0,003%), должна осуществляться в аппаратах каталитического дожига, в существующих печах подогрева нефти или же в специальных рекуператорных печах, разработанных Запорожским НИИгаза, с обязательной утилизацией возникающего тепла. При наличии сернистых соединений (диокиси серы) возможно поглощение образующихся кислых компонентов газа в абсорбере путем их контакта с пластовой водой, особенно в случае ее высокой минерализации. При этом происходит как частичное растворение кислых компонентов газа, так и ряд химических реакций с солями, содержащимися в пластовой воде. Последнюю после абсорбера можно использовать для закачки в пласт, деэмульсации нефти и очистки ее от солей. При высоком содержании сернистых соединений (более 7 тыс. т в год) технология нейтрализации должна предусматривать в обязательном порядке утилизацию серы.