H2S меркаптан тазартқышын қалай таңдау керек?

Углеводородты жүйелердегі H2S және меркаптандарды түсіну

Мұнай мен табиғи газдағы H2S және меркаптандардың болуы

Сутегі сульфиді (H2S) және әртүрлі меркаптаналдар барлық мұнай кен орындарының шамамен 78 пайызында және табиғи газ кен орындарының шамамен 65 пайызында табылады. Олар микроағзалар органикалық материалдарды ыдыратқанда немесе молекулалық байланыстарды жылу ыдырату процестері арқылы пайда болады. Күкіртке негізделген бұл химикаттар көмірсутекті ағындарға оңай еріп кетеді. Күкіртті мұнай жиі 50 миллионнан астам бөліктен (ppm) асатын H2S деңгейін қамтиды, бұл оны өңдеу зауыттары үшін ерекше қиындық туғызады. Ал меркаптаналдар — бұл химия сабақтарында жиі айтылатын сипатты тиол топтары бар қосылыстар. Олардың мөлшері жер астында қандай тау жыныстарында орналасқанына байланысты шамамен 10-дан 200 ppm-ге дейінгі аралықта болуы мүмкін.

H2S және меркаптаналдарды басу қолданыстарымен байланысты улылық, иіс және коррозия қаупі

Сутегі сульфидіне 100 миллионнан бір бөлік концентрация деңгейінде әсер етсе де, өлімге дейінгі салдарлар болуы мүмкін. Меркаптанда толығымен басқа оқиға, әйтеуір олар әлі де өте күшті заттар. Біз оларды шамамен миллиардтан 10 бөлікте сезе аламыз, бұл бүкіл олимпиадалық жүзу бассейніндегі сұйықтың бір тамшысын табуға ұқсайды. Осы қосылыстар құбырлар материалдарын да нақты түрде бүлдіреді. Қышқыл түзілуіне байланысты коррозия процесін 20-ден 40 пайызға дейін жылдамдатады және бұл министрлік операторлары үшін аса қауіпті мәселелер туғызады, олар өткен жылы Ponemon зерттеуі бойынша жылына жоспарланбаған техникалық қызмет көрсету мәселелерін шешуге жуық 740 мың доллар жұмсайды. Соңғы қауіпсіздік бойынша зерттеулер сонымен қатар компаниялар H2S-ті дұрыс өңдемесе, жұмысшылар объектіде ә существенно жоғары қауіптермен кездесетінін көрсетеді. Қауіп деңгейі тіпті қантты мұнаймен жұмыс істегенге қарағанда сегіз есе өседі.

Төменгі өңдеу мен өнім сапасына әсері

H2S өңдеу кезінде дұрыс байланбаса, ол әдеттегіден 30-50 пайызға тезірек мұнай өңдеу катализаторларын бүлдіреді, бұл жүйелеріміздің өткізу қабілетін айтарлықтай төмендетеді. Содан кейін меркаптан заттарының дайын отындарға түсу мәселесі туындайды. Бұл қосылыстар октан санын шамамен 2-3 баллға төмендетеді және күкірт мөлшерінің шекті нормаларына қатысты EPA ережелеріне сай келмейді, нақты айтқанда, 15 миллионнан бір бөліктен аспау керек, әйтпесе ауыр салымдар төленеді. Петрохимиялық өндіріс аймақтарында осындай кедергілер полимерлеу процестеріне де әсер етеді. Мәселе шынымен қарапайым – егер полимерлеу кезінде бәрі жоспар бойынша жүрмесе, жыл сайынғы стандарттан тыс өнімдердің мөлшері белгілі дәрежеде өседі. Салалық есептерге сәйкес, осындай мәселелермен шұғылданатын Солтүстік Американың көптеген зауыттарында осындай өнімдердің шығарылымы 12-18 пайызға дейін артады.

H2S меркаптан тазартқыш технологияларының түрлері және олардың механизмдері

Триазин негізіндегі H2S меркаптан тазартқыш: Механизмі мен тиімділігі

Триазин негізіндегі құрамдар нуклеофильді қосылу реакциялары арқылы сутектің сульфиді молекулаларын байланыстыру арқылы жұмыс істейді және қауіпті H2S газын оңай буланбайтын тұрақты тритиандық қосылыстарға айналдырады. Зертханалық сынақтар триазиннің температура 93 градус Цельсий немесе 200 Фаренгейт шамасында болған кезде газ ағымдарынан сутектің сульфидінің шамамен 95 пайызын алып тастай алатынын көрсетті. Бұл оларды табиғи газ өңдеу зауыттары мен мұнай қайта өңдеу фабрикаларында, онда H2S-ті бақылау маңызды болып табылатын жерлерде ерекше пайдалы етеді. Өнеркәсіптік сынақтар олардың меркаптандардың концентрациясын миллионға 10-15 бөлікке дейін төмендететінін растады, бұл аминдік өңдеу жүйелерімен үйлесімділік мәселелерін туғызбай отырып, әлі де жақсы жұмыс істейтінін ескере отырып, елеулі нәтиже болып табылады.

Триазин емес қоспалар: Тотығу және сіңіру жолдары

Нитроқосылыстары бар металл негізді скавенджерлер сутек сульфидін (H2S) элементтік күкірге немесе сульфат өнімдеріне айналдыру үшін тотығу-тотықсыздану реакциялары арқылы жұмыс істейді. Мысалы, темір оксиді пеллеттері химиялық адсорбция процестері арқылы ластанған мұнай құбырларынан H2S-тің 80-90 пайызын шығара алады. Бұл материалдар температура 150 градус Цельсийден жоғары болған кезде де жақсы жұмыс істейтіндіктен және pH-пен байланысты мәселелерге душар болмайтындықтан, дәстүрлі триазин химиясының нұсқаларына қарағанда артықшылықтары бар. Негізгі ереже — операторлар құрылғы бетінде темір сульфидінің масштабталуымен байланысты мәселелерді болдырмау үшін оттегі мен H2S деңгейлері арасында дәл тепе-теңдікті сақтау қажет.

Суда еритін және майда еритін H2S меркаптан скавенджерлерінің құрамы

Су араластыру процестерінде суға еритін скавенджерлер, мысалы MEA триазин жиі қолданылады, себебі олар сулы ерітінділерде тез таралады. Мысалы, мұнай өндіру операцияларынан шыққан сумен жұмыс істеуге өте жақсы келеді. Екінші жағынан, алкилдендірілген аминдерден жасалған майға еритін нұсқалар сутегі сульфидіне гидрокарбондардың немесе қою мұнайдың көп болатын жерлерінде нақты түрде қарсы тұрады. Өткен жылғы соңғы зерттеулер майға еритін жүйелер туралы қызықты нәрсе көрсетті. Олар қиын жоғары TAN мұнай жағдайларында сутегі сульфидінің деңгейін шамамен 92% дейін төмендетті. Оларды одан да жақсартатын фактор – нақты қолданыста маңызды болатын өте қою сұйықтықтармен жұмыс істегенде сулы аналогтарынан шамамен 18% жоғары нәтиже көрсетті.

Регенеративті және регенеративті емес скавенджерлер: Ұзақ мерзімді жұмыс әсері

Құрамында мырыш тотығы бар абсорберлер қайта қалпына келтірілетін технологияға жатады және алмастыру қажет болғанша шамамен бес-жеті рет қайта пайдаланылуы мүмкін, бұл бір рет қолданылатын триазин нұсқаларымен салыстырғанда химикаттардың шығынын шамамен 40 пайызға дейін төмендетеді. Мәселе мынада: көпшілік жоғары өнімділіктегі жүйелер тәжірибеде болжанатын нәтиже беретін және орнатуы оңай болғандықтан регенерацияланбайтын реагенттерді қолданудан тартынбайды. Сала бойынша есеп берулерге сәйкес, дәстүрлі жүйелер өңдеу кезінде газ ағымдарынан сутекті сульфидті 99,9% деңгейінде тұрақты түрде алып тастауға қол жеткізеді. Бірақ бұл жерде дауын бар: көптеген өндіріс орындары жылына регенеративті нұсқалармен салыстырғанда 30-50 пайызға көп химиялық қалдық өндіреді.

H2S және меркаптандарды жоятын реагентті таңдаудағы негізгі факторлар

H2S концентрациясы мен қажетті зиянсыздандыру қуаты

Емдеудің тиімділігі жүйеде қанша сульфид барына тығыз байланысты. Сутегі сульфидінің концентрациясы миллиондағы 200 бөліктен жоғары болған кезде, саңылаулардың газ құбыры стандарттарын өту үшін кем дегенде 90 пайыз тиімді жұмыс істеуі қажет. Дозалаудың дұрыс тепе-теңдігін табу өндірістік операторлар үшін қиын мәселе болып табылады. Егер олар қоспаға жеткілікті мөлшерде саңылаушы енгізбесе, қауіпті газ жүйеде қалады. Бірақ тым көп енгізілсе, химикаттарға кететін шығындар өнеркәсіптегі нақты жұмыс істеу нәтижелеріне сәйкес 15-40 пайызға дейін өсуі мүмкін. Сондықтан көптеген қондырғылар қазір тәулік ішінде қышқыл газ деңгейлері өзгерген сайын химикаттардың пайдаланылуын динамикалық түрде реттейтін автоматтандырылған енгізу жүйелерімен үздіксіз бақылау жабдықтарына сүйенеді, бұл қауіпсіздік пен бюджеттік шектеулерді сақтауға көмектеседі.

Саңылаушылардың өнімділігіне жұмыс істеу температурасы мен қысымның әсері

Триазин негізіндегі құрамдар температура 140°F (60°C) жоғары болғанда ыстықтың әсерінен тез бұзылуына байланысты 35% өнімділігін жоғалтады, ал металды зиянсыздандырғыштар 320°F (160°C) дейін тұрақты жұмыс істейді. Жоғары қысымды жүйелерде (>1,500 psi) сжатие циклдары кезінде H2S-тің таралуын болдырмау үшін реакция кинетикасы жылдам, регенерацияланбайтын зиянсыздандырғыштар қолданылады.

Көпфазалы көмірсутек ағымдарындағы ерігіштік пен фазалық үйлесімділік

Суға еритін зиянсыздандырғыштар сұйық көмірсутектің мөлшері 2%-ден аспайтын газ өңдеуде үстемдік құрады, ал мұнайға еритін түрлері 15–30% тең тұзды су құрамы бар шикі мұнай ағымдарында эмульсия пайда болуын болдырмайды. Фазалық бөліну сынақтары зиянсыздандырғыштың қажетсіз фазаларға 5%-ден аспайтын мөлшерде өтуін растауы тиіс, бұл шығындардың тиімділігін сақтауға мүмкіндік береді.

Шикізаттың химиялық құрамы мен ықтимал кедергілер

Гликоль контракторларында ластануды болдырмау үшін меркаптанмен бай шикізатты (>500 ppm RSH) H2S/меркаптанға деген екідайлы сіңіргіштер талап етеді. Амин негізді жүйелер оттегісі бар қоспаларға ұшырағанда 20–50% тиімділігін жоғалтады, сондықтан еріген О² мөлшері >10 ppm құрайтын ағымдар үшін алдын ала сүзу қажет.

Өнімділікті салыстыру: Триазин негізді және триазин емес H2S меркаптан сіңіргіштері

Реакция механизмдері: Химиялық байланысу мен тотығу-тотықсыздану түрлендіру

Триазин негізіндегі зиянсыздандырғыштар сутегі сульфидімен нуклеофильді қосылу реакциялары арқылы химиялық байланыс орнату арқылы жұмыс істейді. Бұл процесс зиянды газды зиянсыз трисульфид қосылыстарына айналдырады. Триазиннен тыс шешімдерді іздеп жүргендер үшін нитраттар сияқты триазин емес нұсқалар басқаша жұмыс істейді. Бұл альтернативалар негізінен тотығу-тотықсыздану реакцияларына негізделген, негізінде H2S-ті элементтік күкірт немесе сульфат қосылыстарына айналдырады. 2024 жылғы соңғы Зиянсыздандырғыштың Тиімділігі туралы есепке сәйкес, триазин жүйелері температура шамамен бөлме деңгейінде (шамамен 25 градус Цельсий) болған кезде сутегі сульфидінің шамамен 95% -ын жояды. Алайда температура 80 градус Цельсийден жоғары көтерілгенде материал жылулық тұрақсыздыққа ұшырап, оның тиімділігінен шамамен 12% төмендейді. Тотығу-тотықсыздану негізіндегі жүйелерге келетін болсақ, олар триазин аналогтарына қарағанда кеңірек температуралық диапазонда тіпті ыстық жағдайларда да 88% -дан астам тиімділікті сақтап, қанағаттанарлықтай жақсы жұмыс істей береді.

Әртүрлі жағдайлардағы алып тастау тиімділігі

Сланец газымен жұмыс істеу кезіндегі өрістегі сынақтар триазиннің жоғары ағынды жағдайларда эквивалентті H2S төмендету үшін триазин емес нұсқаларға қарағанда 20% жоғары дозалауды қажет ететінін көрсетті.

Бөлінді өнімдердің пайда болуы және жабдыққа әсері

Триазин реакцияға түскенде, құбырлардың ішкі жағында шөгінділер түзуге бейім трисульфид тұздарын құрайды. Бұл кальций мөлшері көп аймақтарда шайырлану проблемасын шамамен 18% арттырады. Екінші нұсқа — триазин емес тотығу-тотықсыздану жүйелері — қалдық өнім ретінде қышқылдық заттар түзеді, сондықтан оларға pH деңгейін ұқыпты түрде басқару қажет. Бірақ кем дегенде олар құбырларды бітелтетін қатты шөгінділер қалдырмайды. Қандай жолмен болмасын, коррозияны бақылау маңызды. Триазин жүйелері үшін құбыр қабырғалары әр жыл сайын шамамен 0,03 мм шығындалады. Қышқыл газ ортасында нитрат негізіндегі нұсқалар құбырларды жылына шамамен 0,05 мм шығындағанын ескере отырып, салыстырыңыз. Бұл ұзақ мерзімді техникалық қызмет көрсету құнын қарастырған кезде үлкен айырмашылық.

Ұзақтық пайдаланудың шығын-пайда талдауы

Триазин әр фунт сайын 1,20 доллар тұрса, алдыңғы қатарлы триазин емес зиянсыздандырғыштар әр фунт сайын 1,50 доллар тұрады, бірақ көлемі үлкен қолдануларда операциялық үнемдеулер байқалады:

• триазин емес жүйелер үшін дозалау талаптарының 30% төмендеуі
• суға еритін өнімдердің болуына байланысты қалдықтарды тасымалдау шығындарының 50% азайуы

5 жылдық салалық талдау триазиннің жалпы иелік шығындары орташа 740 мың доллар, ал оптимизацияланған триазин емес шешімдердің шығындары 620 мың доллар құрайтынын көрсетеді, бұл келесі ұрпақ формулаларына алғашқы инвестицияның дәйектілігін негіздейді.

H2S меркаптан зиянсыздандырғыштарды қолданудағы операциялық және экологиялық ескертулер

Коррозияны болдырмау стратегияларына әсері

H2S-ті жоятын реагенттер сульфидтік кернеулік сынудың негізгі себептерінің бірі болып табылатын сутегі сульфидіне қарсы коррозиялық мәселелерге қарсы күреседі, ол құбырлар мен сақтау резервуарларында да кездеседі. Зерттеулер бұл өнімдер H2S деңгейін 1 миллионға 10 бөліктен (ppm) төмендеткенде, ашық газ жүйелерінде ұстап тұру шығындарын шамамен 40 пайызға дейін қысқартуы мүмкін екенін көрсетеді. Әртүрлі түрдегі реагенттер химиялық тұрғыдан әртүрлі әрекет етеді. Триазин негізіндегі реагенттер тұрақты тиадиазин қосылыстарын қалдық ретінде түзсе, триазинсіз басқа нұсқалар, мысалы, әртүрлі метал карбоксилаттары, коррозияға әкелмейтін заттарды қалдырады. Реагенттің қандай түрін қолдану керектігін таңдағанда операторлар қолданылатын металл түрін де ескеруі қажет. Мысалы, кейбір амин негізіндегі өнімдер көміртегілі болат жабдықтарында жоғары температурада жұмыс істеген кезде шұңқырлы коррозияның дамуын тездетуі мүмкін.

Құбырлар, сепараторлар және өңдеу қондырғыларымен химиялық үйлесімділік

Скэвенджерлердің дұрыс жұмыс істеуі үшін олар өндіру ортасында кездесетін үш негізгі фазада — газ, мұнай және шығарылған су — ерігіш болып қалуы керек. Әйтпесе, біз кейінірек ластану проблемасына тап боламыз. Суда еритін түрлері, мысалы натрий сілтісінің қоспалары, бір уақытта бірнеше фаза арқылы ағып өткенде эмульсия түзуге бейім. Керісінше, майда еритін нұсқалар өңдеу жабдығының ішіндегі резеңке сыналарға уақыт өте келе зақым келтіруі мүмкін. Нақты өрістегі нәтижелерге назар аударсақ, температура 120 градус Цельсийден жоғары болған кезде операторлар тиімділіктің шамамен ширегіне дейін төмендеуін байқайды, себебі активті компоненттер жылулық тұрғыдан ыдырауға бастайды. Сонымен қатар, ағын қамтамасыз ету үшін қолданылатын құбыр өткізгіштегі қоспалармен үйлесімділік тестерін де ұмытпау керек. Бұл заттар бір-бірімен үйлеспеген кезде, жиі қабылдағыштардың ішінде қою саз бөлініп, техникалық қызмет көрсету кезінде ешкім де қажет етпейтін қиыншылық туғызады.

Қоршаған ортаға әсері және реттеу нормаларына сәйкестік қиындықтары

Регенеративті зиянкестерді бір рет қолданылатындармен салыстырғанда шығарылатын қалдықтар шамамен 60-70 пайызға дейін азаяды. Дегенмен, белсендіру процесі үшін осындай жүйелерге көп мөлшерде энергия қажет болады, бұл қымбатқа түсуі мүмкін. Мырыш оксиді эмульсиялары сияқты регенерацияланбайтын альтернативалар ауыр металдарды қамтиды, сондықтан олардың тасқынына қатысты ережелермен қиындықтар туындап отыр. Қоршаған ортаны қорғау агенттігі 2023 жылы шығаратын мырыш мөлшерін теңіз суларына 1 миллионға тек 2 бөлікке дейін шектейтін жаңа нұсқаулар шығарды. Өткен жылы жарияланған зерттеу триазин негізіндегі қосылыстар өндірістік суларды тазарту құрылғыларында биохимиялық оттегі қажеттілігін шамамен 35 пайызға арттыратынын көрсетті, бұл қажетті тасқын рұқсатын алу қиынға түседі. Осы факторлардың бәріне байланысты көптеген объектілер менеджерлері ISO 14001 сертификатталған, 80 пайыздан астам жағдайда табиғи түрде ыдырайтын зиянкестерге көшу үстінде, бұл халықаралық экологиялық стандарттарға сай келуге және операциялық тиімділікті сақтауға көмектеседі.

Сұрақтар мен жауаптар бөлімі

Мұнайдағы меркаптан дегеніміз не?

Мұнайдағы меркаптандар — иісі байқалатын күкірт құрамындағы қосылыстар, олар коррозия тудыруы мүмкін және өздерінің химиялық қасиеттеріне байланысты әдетте бақыланады.

H2S-пен әсерленудің қауіпі неде?

H2S-пен әсерлену тіпті 100 миллионнан бір (ppm) шамасындағы төменгі концентрацияларда да улы сипатта болғандықтан қауіпті және өлімге дейінгі салдарлар туғызуы мүмкін.

Өңдеу зауыттарында H2S-ті алу неліктен маңызды?

H2S-ті алу маңызды, себебі ол коррозияны тездетеді, мұнай өңдеу катализаторларын бүлдіреді және өнімдердегі күкірт мөлшеріне қойылатын талаптарға сәйкес келмейді, бұл қауіпсіздік пен өнім сапасына әсер етеді.

Триазин негізіндегі скавенджерлер қалай жұмыс істейді?

Триазин негізіндегі скавенджерлер сутегі сульфидін тұрақты өнімдерге химиялық байланыстырып, технологиялық ағымдардағы оның концентрациясын және байланысты қауіптерді тиімді түрде төмендетеді.

Триазин емес скавенджерлер қоршаған орта үшін қолайлы ма?

Триазин емес скавенджерлер тұнба өнімдерін аз шығару арқасында және кейде температураның кең ауқымы сияқты операциялық артықшылықтары бар болуы арқасында экологияға қолайлырақ болуы мүмкін.