Як вибрати поглинач H2S меркаптану?

Розуміння H2S та меркаптанів у системах вуглеводнів

Наявність H2S та меркаптанів у нафті та природному газі

Сірководень (H2S) разом із різними меркаптанами може бути знайдений природним чином у приблизно 78 відсотках усіх родовищ нафти та близько 65% родовищ природного газу. Вони утворюються, коли мікроорганізми розкладають органічні матеріали, або внаслідок процесів, пов’язаних із руйнуванням молекулярних зв’язків під дією тепла. Ці сполуки на основі сірки легко змішуються з потоками вуглеводнів. Кислі сорти нафти часто містять рівень H2S понад 50 частин на мільйон, що ускладнює їх переробку на нафтопереробних заводах. Що стосується меркаптанів, ці сполуки мають характерні тіолові групи, про які так багато говорять на уроках хімії. Їхня концентрація варіюється приблизно від 10 до навіть 200 ppm, залежно переважно від типу гірських порід, у яких вони залягають під землею.

Токсичність, запах та корозійні ризики, пов’язані з застосуванням знешкоджувачів H2S та меркаптанів

Вплив сірководню може бути смертельним навіть при концентрації 100 частин на мільйон. Меркаптани — це зовсім інша історія, хоча вони теж досить потужні. Ми насправді можемо відчувати їх запах приблизно за 10 частин на мільярд, що приблизно відповідає одній краплі рідини в цілому олімпійському басейні. Ці сполуки також активно руйнують матеріали трубопроводів. Вони прискорюють процеси корозії на 20–40% через утворення кислот, що створює серйозні проблеми для операторів середнього сегменту, які витрачають приблизно 740 тисяч доларів щороку лише на усунення неочікуваних проблем з технічним обслуговуванням, згідно з дослідженням Ponemon минулого року. Останні дослідження з безпеки також показують, що коли компанії неправильно поводяться з H2S, працівники піддаються значно вищому ризику на місці. Рівень небезпеки зростає в вісім разів порівняно з роботою зі солодкою нафтою.

Вплив на процеси на нижчих щаблях та якість продукту

Коли H2S не видаляється належним чином під час переробки, він руйнує каталізатори очищення зі швидкістю, що перевищує нормальний знос на 30–50 відсотків, через що значно знижується продуктивність наших систем. Потім є проблема з меркаптанами, які потрапляють у готове паливо. Ці сполуки знижують октанове число приблизно на 2–3 пункти та порушують вимоги EPA щодо обмеження вмісту сірки, зокрема поріг у 15 частин на мільйон, перевищення якого тягне за собою серйозні штрафи. У секторах нафтопереробки всі ці небажані домішки також створюють проблеми для процесів полімеризації. Ситуація досить проста — коли процес полімеризації проходить не так, як планувалося, щороку виробляється значно більше продуктів, що не відповідають специфікаціям. Згідно з галузевими звітами, у більшості нафтопереробних заводів Північної Америки кількість таких проблемних відходів зростає на 12–18 відсотків.

Типи технологій поглиначів меркаптану H2S та їх механізми

Поглинач H2S на основі триазину: механізм і ефективність

Формулювання на основі триазину працюють за рахунок зв'язування молекул сірководню через реакції нуклеофільного приєднання, перетворюючи небезпечний газ H2S на стабільні сполуки трітіану, які не випаровуються легко. Випробування на місці показали, що ці хімічні поглиначі можуть видаляти близько 95 відсотків сірководню з газових потоків, якщо температура залишається нижче 93 градусів Цельсія або 200 градусів Фаренгейта. Це робить їх особливо корисними на заводах з переробки природного газу та нафтопереробних заводах, де контроль H2S має критичне значення. Випробування в промисловості підтвердили, що вони знижують концентрацію меркаптанів до 10–15 частин на мільйон, що є вражаючим результатом, враховуючи, що вони продовжують добре працювати разом із існуючими системами амінної обробки без виникнення проблем із сумісністю.

Альтернативи без використання триазину: шляхи окиснення та абсорбції

Металеві скавенджери та ті, що містять нітровмісні сполуки, працюють за рахунок окисно-відновних реакцій, які перетворюють сірководень (H2S) на елементарну сірку або сульфатні побічні продукти. Візьмемо, наприклад, гранули заліза оксиду, які можуть видаляти близько 80–90 відсотків H2S із трубопроводів сирої нафти шляхом процесів хемосорбції. Ці матеріали мають переваги порівняно з традиційними варіантами триазинової хімії, оскільки не страждають від проблем, пов’язаних з рН, і добре функціонують навіть за температур вище 150 градусів Цельсія. Проте операторам потрібно підтримувати правильний баланс між рівнями кисню та H2S, щоб запобігти утворенню відкладень сульфіду заліза на поверхнях обладнання.

Водорозчинні та нафторозчинні формулювання скавенджерів сірководню та меркаптанів

У процесах очищення води зазвичай використовуються водорозчинні очищальні засоби, такі як триазин MEA, оскільки вони швидко поширюються через розчинки на воді. Наприклад, вони дуже добре працюють при очистці води, що виходить з нафтових заводів. З іншого боку, розчинні в нафті версії, зроблені з алкілізованими амінами, вирішують проблему сірководню особливо в місцях, де є багато вуглеводнів або густої сирої нафти. Нещодавнє дослідження минулого року показало щось цікаве про ці розчинні в нафті системи. Вони змогли знизити рівень сірководню приблизно на 92% у тих важких ситуаціях з високим рівнем ТАН. Що робить їх ще кращими, так це те, що вони перемагають свої водоподібні аналоги приблизно на 18% при роботі з дуже товстими рідинами, що дуже важливо для реальних застосувань.

Регенеративні та нерегенеративні сквагендери: довгостроковий операційний вплив

Абсорбери на основі оксиду цинку відносяться до категорії регенеративних технологій, які можна використовувати приблизно п'ять-сім разів перед заміною, що знижує витрати на хімікати близько на 40 відсотків у порівнянні з одноразовими варіантами триазину. Справа в тому, що більшість систем великого обсягу все ще використовують нерегенеративні скавенджери, оскільки вони працюють передбачувано та простіші у практичному застосуванні. Згідно з галузевими звітами, ці традиційні системи забезпечують майже повне видалення сірководню з газових потоків на переробних об'єктах, стабільно досягаючи позначки 99,9%. Однак існує компроміс: занадто багато підприємств щороку виробляють на 30–50 відсотків більше хімічних відходів, ніж при використанні регенеративних альтернатив.

Ключові фактори вибору правильного скавенджера сірководню та меркаптанів

Рівні концентрації H2S та необхідна потужність очищення

Ефективність обробки тісно пов'язана з кількістю сульфіду, наявного в системі. Коли концентрація сірководню перевищує 200 частин на мільйон, очисники мають працювати щонайменше на 90 відсотків ефективності, щоб відповідати стандартам трубопроводу. Визначення оптимальної дози — складне завдання для операторів установки. Якщо вони додають недостатньо очисника, небезпечний газ залишається в системі. Але якщо додати забагато, витрати на хімікати зростають на 15–40 відсотків, залежно від фактичних показників роботи на підприємствах галузі. Саме тому багато об'єктів тепер використовують системи безперервного моніторингу, інтегровані з автоматизованими системами дозування. Такі комплекти дозволяють динамічно регулювати використання хімікатів у міру зміни рівня кислого газу протягом дня, забезпечуючи виконання вимог безпеки та дотримання бюджетних обмежень.

Вплив робочої температури та тиску на продуктивність очисників

Триазинові склади втрачають 35% ефективності при температурах понад 140°F через прискорене термічне руйнування, тоді як металеві реагенти демонструють стабільну роботу до 320°F. У системах високого тиску (>1 500 psi) переважають нерегенеративні реагенти з швидкою кінетикою реакції, щоб запобігти прориву H2S під час циклів стиснення.

Розчинність і сумісність фаз у багатофазних вуглеводневих потоках

Водорозчинні реагенти домінують у газопереробці з вмістом рідких вуглеводнів <2%, тоді як олієрозчинні модифікації запобігають утворенню емульсій у сиропродуктах із вмістом 15–30% розсолу. Випробування розподілу за фазами мають підтверджувати, що перенесення реагенту в небажані фази становить <5%, щоб забезпечити економічну ефективність.

Хімічний склад сировини та потенційні перешкоди

Сировина, багата на меркаптани (>500 ppm RSH), потребує використання поглиначів із подвійною спорідненістю до H2S/меркаптанів, щоб запобігти забрудненню контактних апаратів гліколем. Амінові системи демонструють зниження ефективності на 20–50%, коли піддаються дії оксигеновмісних домішок, що вимагає попереднього фільтрування для потоків, які містять понад 10 ppm розчиненого O².

Порівняння продуктивності: триазинові та не триазинові поглиначі H2S та меркаптанів

Механізми реакції: хімічне зв'язування проти редокс-перетворення

Скавенджери на основі триазину працюють шляхом хімічного зв'язування з сірководнем через так звані реакції нуклеофільного додавання. Цей процес перетворює шкідливий газ на безпечні трисульфідні сполуки. Для тих, хто шукає альтернативи поза межами триазину, існують рішення на основі нітратів, які функціонують інакше. Ці альтернативи ґрунтуються на окисно-відновних реакціях, які фактично перетворюють H2S або на елементну сірку, або на сульфатні сполуки. Згідно з останнім Звітом про ефективність скавенджерів за 2024 рік, системи на основі триазину забезпечують приблизно 95% видалення сірководню за температур близько кімнатних (приблизно 25 градусів Цельсія). Однак ситуація ускладнюється, коли температура піднімається вище 80 градусів Цельсія, оскільки матеріал починає термічно розкладатися, що знижує його ефективність приблизно на 12%. Системи на основі окисно-відновних реакцій демонструють іншу картину — вони продовжують добре працювати навіть за високих температур, зберігаючи ефективність понад 88% у значно ширшому температурному діапазоні, ніж їхні аналоги на основі триазину.

Ефективність видалення за різних умов експлуатації

Випробування на місці при видобутку сланцевого газу показали, що для досягнення еквівалентного зниження H2S у умовах високого потоку триазину потрібна доза на 20% вища, ніж у варіантів без триазину.

Утворення побічних продуктів і наслідки для обладнання

Під час реакції триазин утворює солі трисульфіду, які схильні до відкладення всередині трубопроводів. Це фактично збільшує проблему відкладення солей приблизно на 18% у районах із високим вмістом кальцію. Інші варіанти — системи окиснення-відновлення без триазину — утворюють кислотні речовини як побічні продукти, тому вони потребують ретельного контролю рН. Але принаймні вони не залишають твердих відкладень, які забивають обладнання. У будь-якому разі важливо стежити за корозією. У разі систем на основі триазину стінки труб зношуються приблизно на 0,03 мм щороку. Порівняйте це з варіантами на основі нітратів, які руйнують труби приблизно на 0,05 мм на рік у середовищах кислого газу. Це суттєва різниця, якщо враховувати довгострокові витрати на технічне обслуговування.

Аналіз витрат і вигод тривалого використання

Хоча триазин коштує 1,20 дол. США/фунт у порівнянні з 1,50 дол. США/фунт для передових поглиначів без вмісту триазину, експлуатаційна економія досягається в застосуваннях з великим обсягом:

• на 30% нижчі вимоги до дозування для систем без вмісту триазину
• на 50% знижені витрати на утилізацію відходів завдяки водорозчинним побічним продуктам

Аналіз галузі за 5 років показує, що загальні витрати власності на триазин у середньому становлять 740 тис. дол. США проти 620 тис. дол. США для оптимізованих рішень без вмісту триазину, що виправдовує первинні інвестиції в формулювання нового покоління.

Експлуатаційні та екологічні аспекти при використанні поглиначів сірководню та меркаптану

Вплив на стратегії запобігання корозії

Скавенджери H2S запобігають корозійним проблемам, видаляючи сірководень, що є однією з основних причин сульфідного тріщинування в трубопроводах та резервуарах для зберігання. Дослідження показують, що ці продукти можуть знизити витрати на технічне обслуговування приблизно на 40 відсотків у системах кислого газу, коли рівень H2S знижується до менш ніж 10 частин на мільйон. Різні типи скавенджерів мають різну хімічну дію. Ті, що ґрунтуються на триазинах, як правило, утворюють стабільні сполуки тіадіазину як залишки, тоді як інші варіанти без триазинів, наприклад різні карбоксилати металів, залишають матеріали, які менш схильні до корозії. Вибираючи тип скавенджера, оператори також повинні враховувати тип використовуваного металу. Наприклад, певні аміновмісні продукти можуть прискорювати утворення поглибинної корозії в обладнанні з вуглецевої сталі при експлуатації за підвищених температур.

Хімічна сумісність із трубопроводами, сепараторами та установками для обробки

Щоб скавенджерні формулювання працювали належним чином, вони повинні залишатися розчинними у всіх трьох основних фазах, що зустрічаються в умовах видобутку: газ, сира нафта та попутна вода. В іншому випадку ми стикаємося з проблемами забруднення обладнання. Типи, розчинні у воді, наприклад, суміші на основі гідроксиду натрію, схильні утворювати емульсії під час одночасного руху через кілька фаз. З іншого боку, розчинні в нафті варіанти можуть з часом пошкодити гумові ущільнення всередині технологічного обладнання. Аналізуючи реальні результати на місцях, оператори відзначають приблизно чвертьове зниження ефективності, коли температура перевищує 120 градусів Цельсія, оскільки активні компоненти починають термічно руйнуватися. І не забувайте про тести сумісності з тими добавками для трубопроводів, які використовуються для забезпечення потоку. Коли ці речовини несумісні, часто утворюється густий шлам, який накопичується всередині сепараторів, і з яким ніхто не хоче мати справу під час технічного обслуговування.

Вплив на навколишнє середовище та виклики щодо дотримання нормативних вимог

Регенеративні скавенджери зменшують утворення відходів приблизно на 60–70 відсотків порівняно з одноразовими аналогами. Однак ці системи потребують значної кількості енергії для процесу реактивації, що може бути витратним. Не регенеративні альтернативи, такі як суспензії оксиду цинку, стикаються з проблемами утилізації через наявність важких металів. Агентство з охорони навколишнього середовища ще в 2023 році опублікувало нові рекомендації, які обмежують кількість цинку, що скидається у морські води, до всього 2 частин на мільйон. Дослідження, опубліковане минулого року, показало, що сполуки на основі триазину збільшують рівень біохімічного споживання кисню на очисних спорудах приблизно на 35 відсотків, ускладнюючи отримання необхідних дозволів на скид. Через усі ці фактори багато керівників об'єктів переходять на скавенджери, сертифіковані за ISO 14001, які розкладаються природним шляхом у більш ніж 80 відсотках випадків, що допомагає їм дотримуватися міжнародних екологічних стандартів і одночасно зберігати експлуатаційну ефективність.

Розділ запитань та відповідей

Що таке меркаптани, які знаходяться в нафти?

Меркаптани в нафті — це сполуки, що містять сірку, з помітним запахом, які можуть бути корозійними і зазвичай контролюються через свої хімічні властивості.

Яка небезпека від впливу H2S?

Вплив H2S небезпечний і потенційно смертельний навіть при низьких концентраціях, починаючи з приблизно 100 частин на мільйон, через його токсичну природу.

Чому важливо видаляти H2S на установках переробки?

Видалення H2S є критично важливим, оскільки воно прискорює корозію, погіршує каталізатори переробки та порушує специфікації продукту щодо вмісту сірки, що впливає як на безпеку, так і на якість продукту.

Як працюють скавенджери на основі триазину?

Скавенджери на основі триазину працюють шляхом хімічного зв'язування сірководню у стабільні побічні продукти, ефективно знижуючи його концентрацію та пов'язані ризики в технологічних потоках.

Чи є скавенджери, що не містять триазину, більш екологічно чистими?

Нетриазинові реагенти можуть бути екологічнішими, оскільки утворюють менше твердих відкладень і часом мають експлуатаційні переваги, такі як ширший діапазон ефективних температур.