勝利油田超稠高硫原油汽提法脫除硫化氫工藝

張巧瑩 勝利油田地質科學研究院

勝利油田原油具有高黏度、高含硫化氫特點，硫化氫對油田管道、設備及下游煉化裝置有較強的腐蝕性，且含硫原油在火車裝卸、運輸過程中，由于傳熱傳質過程導致溶解在原油中的硫化氫溢出，因硫化氫有毒，給鐵路沿線和裝車、卸車過程帶來不安全因素。為此，油田開展了多級分離脫硫、閃蒸脫硫、旋流分離脫硫、汽提脫硫等技術研究論證，綜合比較后選擇了汽提法脫硫工藝，并在某聯(lián)合站試驗應用。

1 脫硫工藝

（1）工藝流程。進站含硫稠油經加熱后進兩相分離器，分離后含水原油進脫硫塔一段脫硫，一次脫硫后原油經一次沉降、二次沉降脫水后，經提升泵提升至加熱爐，加熱原油進脫硫塔二段脫硫后進凈化罐儲存外輸；來自于輕烴站的汽提氣自二段塔底進入脫硫塔，從塔頂流出后進入一段塔底，與原油逆向接觸進行脫硫后，自一段塔頂流出，經冷卻、分離后去輕烴處理站處理。脫硫工藝流程如圖1所示。

（2）脫硫塔結構。脫硫塔為平堰雙溢流篩板塔，規(guī)格d=3 000mm×25 800mm；基本結構分上、下兩段：下段進行原油一段汽提脫硫，6層塔盤，塔盤間距600mm；上段進行原油二段汽提脫硫，8層塔盤，塔盤間距600mm。

圖1 某聯(lián)合站脫硫工藝流程

2 脫硫效果分析

2.1 實測脫硫效果

經計算，2009年、2010年某聯(lián)合站一段平均脫硫效率分別為37%、39.2%，二段脫硫效率分別為47.7%、43.4%，脫硫總效率分別為65.2%、65.9%。脫出硫化氫后，2009年原油中殘余硫化氫含量平均為20.9mg/m3，2010年平均為15.6mg/m3。

2.2 敏感性分析

2.2.1 分析條件

利用PROII軟件，依據實際運行條件模擬計算。模擬條件：進塔總液量6 850 t/d，其中含水率30%，硫化氫含量63.8mg/L；汽提氣流量2 500m3/h，硫化氫含量529mg/h；一段塔壓0.21MPa，二段塔壓0.22MPa。模擬所用原油和汽提氣物性見表1和表2。

表1 三號聯(lián)脫硫塔進口混合原油物性

表2 汽提氣組分 %

2.2.2 分析結果

模擬結果顯示，經過兩級汽提后原油中硫化氫含量從63.8 mg/L下降為24.6 mg/L，脫硫率為61%。而在實際生產試驗中，經過兩級汽提后原油中硫化氫含量為20.9mg/L，脫硫率為65.2%。模擬值比試驗值略低，但基本一致。

（1）汽提氣流量的影響。從模擬結果可以看出，隨著汽提氣流量的增加，汽提后原油剩余硫化氫明顯減少，脫硫效率提高，增加汽提氣流量有助于提高脫硫效率。

（2）汽提氣溫度的影響。從模擬結果可以看出，在較低溫度段，汽提氣進塔溫度增大，脫硫率沒有變化。因此汽提氣溫度的變化對原油脫硫影響甚微。

（3）汽提氣中硫化氫含量的影響。從模擬結果可以看出，汽提氣中硫化氫含量越大原油中剩余硫化氫量越多，脫硫效率也就越差。因此，為保證脫硫效果，汽提氣硫化氫含量需要控制，不宜過高。

（4）原油含水率的影響。從模擬結果可以看出，原油中含水率越高原油中剩余硫化氫量越多，脫硫效率也就越差。因此，為保證脫硫效果，進入汽提塔的原油含水率不宜過高。

（5）處理液量的影響。從模擬結果可以看出，處理液量越大原油中剩余硫化氫量越多，脫硫效率也就越差。因此，為保證脫硫效果，處理液量應該盡量小。

3 影響原油脫硫的因素

（1）汽提氣來氣中硫化氫含量較高。從汽提氣中硫化氫含量分析可見，汽提來氣中硫化氫含量較高：2009年平均為529mg/m3，2010年有2個化驗數據，平均為172mg/m3。聯(lián)合站輕烴站天然氣脫硫未達到設計標準15mg/m3。分析原因主要有兩方面：一方面，隨著10區(qū)高含硫天然氣的不斷進入，來氣硫化氫含量高于設計值；另一方面，天然氣胺法脫硫處理能力不能滿足要求，目前已擴建1座天然氣脫硫塔，該問題將得以解決。

（2）進塔原油含水較高。硫化氫在水中溶解度較高，常溫常壓下，1體積水可溶解2.6體積的硫化氫，由于進塔原油含水較高，在脫硫塔內停留時間較短，水中溶解的硫化氫很難經過汽提氣脫除。同時，當含水原油經脫硫塔脫硫后，進入沉降罐沉降分離時，由于停留時間長、溫度高，水中溶解的硫化氫析出，導致硫化氫進入超稠原油中。初步分析認為，這是導致二段進口原油和一段出口原油中檢測的硫化氫含量相當或二段進口略高于一段出口的主要原因。

4 優(yōu)化措施

4.1 節(jié)能工藝改造

從現(xiàn)有脫硫工藝調查可知，經脫硫后的天然氣溫度較高，需空冷降溫，耗電量較大（年耗電約13.14×104kW·h），可利用冷天然氣和熱天然氣換熱，降低出塔天然氣溫度和提高進塔天然氣溫度。工藝流程：其他工藝流程不變，只增加1臺天然氣換熱器，將汽提氣進口天然氣（37.3℃）與脫硫塔出口含硫氣（70℃）換熱，汽提氣溫度升高至約50℃后再進脫硫塔與原油對流脫硫。節(jié)約的電費在2年內即可回收換熱器的投資。

4.2 工藝及運行參數優(yōu)化

（1）提高汽提氣量。從模擬計算可知，提高汽提氣量對提高效率的貢獻很大，而前期投產運行時間較短，未能很好評價出最佳汽提氣量，因此，可以進一步開展提高汽提氣量試驗。試驗模擬計算分析，汽提氣量提高至3 000m3/h，脫硫效率可提高至70%。

（2）降低汽提氣中硫化氫含量。改造脫硫塔進氣工藝，兩塔分別進不含硫或低含硫天然氣。

（3）原油進塔工藝改造，兩段均處理凈化油。經模擬計算可知，脫水量降低至10%，脫硫效率可提高至93%。因此，可改進脫硫塔原油進料工藝，將兩段分別處理含水油和凈化油改造為兩段同時處理凈化油。