DE1157569B

DE1157569B - Verfahren zur Verhuetung des Schwefelabsatzes in den Steigrohren bei der Foerderung schwefelwasserstoffhaltiger Erdgase, die Schwefel geloest enthalten

Info

Publication number: DE1157569B
Application number: DEG34657A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Chem Dr Otto Buchholz; Dipl-Chem Dr Siegfried Peter
Original assignee: Gewerkschaft Elwerath
Current assignee: Gewerkschaft Elwerath
Priority date: 1962-04-06
Filing date: 1962-04-06
Publication date: 1963-11-21
Also published as: US3331657A

Description

Verfahren zur Verhütung des Schwefelabsatzes in den Steigrohren beider Förderung schwefelwasserstoffhaltiger Erdgase, die Schwefel gelöst enthalten Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verhütung des Absetzens von elementarem Schwefel aus methanhaltigen Gasen, insbesondere aus Erdgasen, die infolge eines höheren Gehaltes an Schwefelwasserstoff elementaren Schwefel gelöst enthalten. Es ist bekannt, daß bei Drücken von einigen hundert Atmosphären und höheren Temperaturen ° Gase mit höheren Gehalten an Schwefelwasserstoff merkliche Mengen an elementarem Schwefel aufzulösen vermögen. Diese Erscheinungen wurden von K e n n e d y und W i e 1 a n d eingehend studiert (H. T. K e n n e d y und D. R. W i e -land, Petr. Trans. AIME, 219, S. 166 [1960]). Sie fanden, daß die Löslichkeit des elementaren Schwefels in der Gasphase mit zunehmendem Schwefelwasserstoffgehalt, mit zunehmender Temperatur und wachsendem Druck ansteigt.
Im Verlauf der Förderung durchstreicht das Gas beim Aufsteigen kältere Gebirgsschichten und kühlt sich ab. Entsprechend der mit der Kühlung verbundenen Herabsetzung der Löslichkeit fällt der gelöste Schwefel aus und setzt sich an der Rohrwandung ab, wodurch Verstopfungen entstehen können. Besonders kompakt und festhaftend wird der Schwefelabsatz, wenn er bei Temperaturen in der Nähe seiner Schmelztemperatur entsteht.
Das erfindungsgemäße Verfahren bedient sich zur Verhütung des Ansetzens von festem Schwefel an der Rohrwandung der Förderleitung der Gase der Tatsache, daß sich Schwefel in wäßrigen Alkalisulfidlösungen unter Bildung von Alkalipolysulfiden auflöst. Dabei bilden sich Polysulfide mit verschiedenem Schwefelgehalt, die sich von den Polyschwefelwasserstoffen H.S1, H.S., H2S4, H2S5 USW. ableiten. Als besonders stabil werden vielfach Polysulfide, die 4 und 5 Schwefelatome im Molekül besitzen, angesehen. Nach dem Verfahren vorliegender Erfindung wird daher dem aufsteigenden Gasstrom in geeigneter Teufe, wie beispielsweise am Kopf der Lagerstätte, eine wäßrige Alkalilösung zugesetzt. Die Alkalilösung reagiert mit dem Schwefelwasserstoff des Gases unter Bildung von Alkalisulfid, und in der Alkalisulfid enthaltenden Lösung wird bei höheren Temperaturen mit ausreichenden Geschwindigkeiten der in der Gasphase befindliche elementare Schwefel zu Alkalipolysulfiden wechselnder Zusammensetzung aufgelöst. Die Lösung wird mit dem Gasstrom entweder in Tropfenform oder stoßweise (in Slugs) ausgetragen und in einem Abscheider über Tage abgetrennt. Das im Gasstrom befindliche Kohlendioxyd löst sich zwar ebenfalls in Alkalilösung unter Bildung von Karbonaten auf; doch vermag dasselbe keine ernsthaften Störungen zu erzeugen, weil Polyschwefelwasserstoffe eine wesentlich höhere Acidität als Kohlensäure besitzen und die Kohlensäure aus der Lösung zurückdrängen.
Das erfindungsgemäße Verfahren der Auflösung des mitgeförderten elementaren Schwefels unter Bildung von Alkalipolysulfiden hat gegenüber den Verfahren, bei denen Schwefel in fester Form vom Gasstrom mitgeführt wird, den Vorteil, daß aus dem Gasstrom über Tage lediglich Flüssigkeit abgeschieden werden muß. Erdgas pflegt nämlich durch das im Gebirge vorhandene Haftwasser mit Wasserdampf gesättigt zu sein. Bei der Förderung durchstreicht das Gas beim Aufsteigen kältere Gebirgsschichten und kühlt sich ab. Dadurch wird der Gasstrom an Wasserdampf übersättigt, und Wasser fällt in flüssiger Form in einer der Abkühlung entsprechenden Menge aus. So muß in der Regel Wasser, d. h. Flüssigkeit, über Tage abgeschieden werden. Bei der gleichzeitigen Anwesenheit von Feststoffen in größerem Umfang und Flüssigkeit ist jedoch die Abtrennung der kondensierten Phasen aus dem Gasstrom immer erschwert, weil die Gefahr von Verklebungen und Bildung von Agglomeraten vorhanden ist.
Aus den nach dem Verfahren vorliegenden Erfindung aus dem Gasstrom über Tage abgeschiedenen Alkalipolysulfidlösungen kann der Schwefel durch Ansäuern, beispielsweise mit Salz- oder Schwefelsäure, gefällt und anschließend abfiltriert werden. Werden leicht flüchtige Alkalien, wie beispielsweise Ammoniak, zugesetzt, so kann auch der gelöste Schwefel durch Abtreiben des Ammoniaks durch Erhitzen und/oder Strippen der Polysulfidlösung gefällt und anschließend abfiltriert werden. In diesem Fall wird zweckmäßigerweise das gefilterte, vom Schwefel befreite Wasser nach Zusatz einer entsprechenden Menge Ammoniakgas im Kreislauf wieder in die Sonde gepumpt und dem aufsteigenden Gasstrom in geeigneter Teufe, wie beispielsweise am Kopf der Lagerstätte, zur Auflösung des mitgeführten elementaren Schwefels zugesetzt. So kann die an der Sonde anfallende Wassermenge, deren Ableitung in einen Vorfluter infolge der Verunreinigung durch geringe Mengen sulfidischen Schwefels Schwierigkeiten bereitet, auf ein Minimum beschränkt werden.
Beispiel Das zu fördernde Gas habe folgende Zusammensetzung: 13 Volumprozent H2S,10 Volumprozent C02, 5 Volumprozent Stickstoff, 72 Volumprozent Methan. In der Lagerstätte in einer Teufe von etwa 3000m herrscht eine Temperatur von 145° C. Der Gasdruck beträgt 390 at. Die Lagerstätte enthält so viel elementaren Schwefel, daß das Gas mit Schwefel gesättigt ist. Nach Untersuchungen von Kennedy und Wieland vermag ein Gas obiger Zusammensetzung unter den genannten Bedingungen 2,5g Schwefel je Normalkubikmeter zu lösen. Das Gas wird durch eine 2 7/8 "-Förderrohrtour gefördert, die sich in einer 5"-Schutztour befindet. Durch den Ringraum zwischen diesen beiden Rohrtouren werden 2m3 einer 10o/oigen wäßrigen Ammoniaklösung je Tag dem aufsteigenden Gasstrom von 100 000 Nmg am Kopf der Lagerstätte zugesetzt. Sie kann auch durch den Ringraum zwischen den Förderrohren und den Futterrohren oder durch einen besonderen Rohrstrang dem aufsteigenden Gasstrom zugeführt werden. Im. Hochdruckabscheider über Tage fallen bei einer Temperatur von 30° C täglich etwa 3 ms wäßrige Ammoniumpolysufdlösung an. Der als Ammoniumpolysulfid gelöste Schwefel wird entweder durch Erwärmen und/oder Strippen der Lösung mit Luft oder Gas ausgefällt. Er liegt in gut filtrierbarer Form vor. Das Wasser kann von dem ausgefallenen Schwefel entweder durch Filtration oder durch Dekantieren abgetrennt oder abgeleitet werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Verhütung des Schwefelabsatzes in den Steigrohren von Erdgassonden, aus denen Gase mit höherem SchwefelwasserstofF-gehalt gefördert werden, die, bedingt durch die in den Lagerstätten herrschenden höheren Temperaturen und Drücke, größere Mengen von elementarem Schwefel gelöst enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß dem aufsteigenden Gasstrom in geeigneter Teufe, wie beispielsweise am Kopf der Lagerstätte, eine wäßrige Lösung von Alkalien in solcher Menge zugesetzt wird, daß der vom Gas mitgeführte Schwefel in der zunächst entstehenden Alkalisulfidlösung vollständig als Alkalipolysulfid gelöst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Alkali Ammoniak benutzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwefel aus der AlkalipolysuMdlösung durch Säuren ausgefällt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwefel aus der anfallenden Ammoniumpolysulfidlösung durch Erwärmen der Lösung und/oder Strippen der Lösung mit Luft oder Gas ausgefällt wird.