Назначение противовыбросового оборудования. Условное обозначение и его расшифровка.
Гетерогенный катализ – каталитические реакции, идущие на поверхности раздела фаз, образуемых катализатором и реагирующими веществами. Механизм гетерогенно-каталитических процессов значительно более сложен, чем в случае гомогенного катализа. В каждой гетерогенно-каталитической реакции можно выделить как минимум шесть стадий:
1. Диффузия исходных веществ к поверхности катализатора.
2. Адсорбция исходных веществ на поверхности с образованием некоторого промежуточного соединения:
А + В + К ––> АВК
3. Активация адсорбированного состояния (необходимая для этого энергия есть истинная энергия активации процесса):
АВК ––> АВК#
4. Распад активированного комплекса с образованием адсорбированных продуктов реакции:
АВК# ––> СDК
5. Десорбция продуктов реакции с поверхности катализатора.
СDК ––> С + D + К
6. Диффузия продуктов реакции от поверхности катализатора.
Специфической особенностью гетерокаталитических процессов является способность катализатора к промотированию и отравлению.
Промотирование – увеличение активности катализатора в присутствии веществ, которые сами не являются катализаторами данного процесса (промоторов). Например, для катализируемой металлическим никелем реакции
СО + Н2 ––> СН4 + Н2О
введение в никелевый катализатор небольшой примеси церия приводит к резкому возрастанию активности катализатора.
Отравление– резкое снижение активности катализатора в присутствии некоторых веществ (т. н. каталитических ядов). Например, для реакции синтеза аммиака (катализатор – губчатое железо), присутствие в реакционной смеси соединений кислорода или серы вызывает резкое снижение активности железного катализатора; в то же время способность катализатора адсорбировать исходные вещества снижается очень незначительно.
Для объяснения этих особенностей гетерогенно-каталитических процессов Г. Тэйлором было высказано следующее предположение: каталитически активной является не вся поверхность катализатора, а лишь некоторые её участки – т.н. активные центры, которыми могут являться различные дефекты кристаллической структуры катализатора (например, выступы либо впадины на поверхности катализатора).
В настоящее время нет единой теории гетерогенного катализа.
Теория мультиплетов была разработана для металлических катализаторов. Основные положения мультиплетной теории состоят в следующем:
1. Активный центр катализатора представляет собой совокупность определенного числа адсорбционных центров, расположенных на поверхности катализатора в геометрическом соответствии со строением молекулы, претерпевающей превращение.
2. При адсорбции реагирующих молекул на активном центре образуется мультиплетный комплекс, в результате чего происходит перераспределение связей, приводящее к образованию продуктов реакции.
Теорию мультиплетов называют иногда теорией геометрического подобия активного центра и реагирующих молекул. Для различных реакций число адсорбционных центров (каждый из которых отождествляется с атомом металла) в активном центре различно – 2, 3, 4 и т.д. Подобные активные центры называются соответственно дублет, триплет, квадруплет и т.д. (в общем случае мультиплет, чему и обязана теория своим названием).
Например, согласно теории мультиплетов, дегидрирование предельных одноатомных спиртов происходит на дублете, а дегидрирование циклогексана – на секстете (рис. 40.1 – 40.2). Теория мультиплетов позволила связать каталитическую активность металлов с величиной их атомного радиуса.
Рис. 40.1 Дегидрирование спиртов на дублете
Рис. 40.2 Дегидрирование циклогексана на секстете
Теория активных ансамблей. Согласно этой теории, предложенной Н. И. Кобозевым,в 1939 г., каталитически активным центром является совокупность (ансамбль) свободных атомов катализатора, находящихся на отдельном участке блока поверхности твердого тела. Эти атомы не входят в кристаллическую решетку и могут свободно мигрировать в пределах каждого блока. Разделение поверхности на отдельные блоки происходит вследствие образования микроскопических трещин, наличия примесей и различного рода неоднородностей поверхности реальных тел. Предполагается, что остальные атомы катализатора образуют кристаллическую фазу и играют роль неактивной подложки.
Опыты показали, что каталитическая активность адсорбционных катализаторов с увеличением количества атомов катализатора, находящихся на поверхности носителя, обычно возрастает лишь до некоторого предела, а затем снова уменьшается. Образование максимума на кривой активности с ростом степени заполнения поверхности атомами катализатора (отношение площади, занятой поверхности ко всей поверхности катализатора) объясняется изменением числа, ансамблей, состоящих для каждой реакции из строго определенного количества атомов.
Теория активных ансамблей позволяет использовать опытные данные для расчета количественного состава и, активности каталитически активных центров. Было установлено, что для окислительных процессов активен одноатомный ансамбль, для реакций гидрирования - двухатомный и т. п. Изменение структуры поверхности и размера блоков, происходящее при введении примесей или вследствие термообработки и рекристаллизации, влияет на количество атомов в ансамблях. Этим объясняется промотирование, действие ядов и влияние способа приготовления катализатора на его активность.
Теория активных ансамблей не учитывает химическую природу катализатора и реагирующих веществ. Все случаи катализа с ансамблем, состоящим из одинакового количества атомов, оказываются равноценными вне зависимости от химической природы веществ и условий протекания реакции.
Назначение противовыбросового оборудования. Условное обозначение и его расшифровка.
Согласно "Правил безопасности в нефтяной и газовой промышленности" М. 2003 г., при бурении скважин из – под кондуктора или технической колонны, а так же при ремонте скважин с возможным газонефтеводопроявлением, устье скважины должно быть оснащено противовыбросовым оборудованием.
Оборудование противовыбросовое (ОП) предназначено для герметизации устья нефтяных, газовых и водонагнетательных скважин при газонефтеводопроявлениях, выбросах и открытых фонтанах в процессе их строительства и ремонта.
ОП должно обеспечивать герметизацию устья как при наличии в скважине труб, так и при их отсутствии, позволять производить циркуляцию промывочной жидкости с противодавлением на пласт, а так же расхаживать, проворачивать инструмент и разгружать его на плашки, при необходимости.
Комплекс ОП состоит из:
а) стволовой части, включающий колонную головку, крестовину с задвижками, блока превенторов, надпревенторную катушку, разъемный желоб;
б) манифольда с линиями дросселирования и глушения;
в) гидравлической системы управления превенторами и гидрозадвижками.
Согласно требованиям Государственного общероссийского стандарта ГОСТ 13862 – 90 предусмотрено десять типовых схем обвязки устья скважины противовыбросовым оборудованием (см. приложение 1).
Схемы № 1 и № 2 используются, как правило, при ремонте скважин, так как имеют механический (ручной) привод плашечных превенторов и задживек.
Схемы № 3 и № 4 используются как при капитальном ремонте, так и при строительстве скважин и имеют дистанционное гидравлическое управление превенторами и устьевыми задвижками.
Схемы с № 5 по № 10 имеют дистанционное гидравлическое управление превенторами и устьевыми задвижками. Используются, как правило, только при строительстве скважин.
В случае отказа дистанционного гидравлического управления превентора и гидрозадвижки должны иметь ручное управление.
Согласно требованиям Государственного общероссийского стандарта ГОСТ 13862-90 противовыбросовое оборудование имеет следующее условное обозначение:
Оборудование ОП 3 – 230/80×35 К2 ГОСТ 13862 – 90расшифровывается следующим образом:
ОП 3 – оборудование противовыбросовое по схеме № 3;
230 – условный проход превенторного блока, мм;
80 – условный проход манифольда, мм;
35 – рабочее давление, МПа (350 кгс/см2);
К2 – для скважинной среды с содержанием СО2 и Н2 до 6%.
В зависимости от содержания углекислого газа (СО2) и сероводорода (Н2S) в эксплуатируемой среде (в промывочной жидкости) оборудование противовыбросовое выпускается в следующем коррозионностойком исполнении:
· К1 – для сред с объёмным содержанием СО2 до 6%
· К2 – для сред с объёмным содержанием СО2 и Н2S до 6% каждого
· К3 – для сред с объёмным содержанием СО2 и Н2S до 25%
Следующий пример обозначения:
ППГ – 156 × 320 расшифровывается следующим образом:
ППГ – превентор плашечный гидроуправляемый;
156 – условный проход превентора;
320 – рабочее давление, кгс/см2