YS1井絡(luò)合鐵脫硫液參數(shù)優(yōu)化研究

林飛　熊重寒

摘? 要：YS1井原料氣中的硫化氫含量為5.23%，為高含硫氣井，采用絡(luò)合鐵脫硫工藝。脫硫液指標(biāo)對絡(luò)合鐵脫硫效果影響重大，該文基于YS1開井試采運行情況，在絡(luò)合鐵脫硫工藝原理研究的基礎(chǔ)上，對絡(luò)合鐵脫硫工藝裝置運行過程中的脫硫液參數(shù)進行優(yōu)化。最終根據(jù)優(yōu)化結(jié)果，指導(dǎo)藥劑添加量，保證YS1井的平穩(wěn)運行。該文對絡(luò)合鐵脫硫液參數(shù)優(yōu)化研究對絡(luò)合鐵脫硫工藝在國內(nèi)的推廣應(yīng)用具有一定的借鑒及指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：海相;高含硫氣藏;絡(luò)合鐵脫硫工藝;脫硫液;參數(shù)優(yōu)化

中圖分類號：TE832? ? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A

0 引言

YS1井脫硫前原料氣中硫化氫含量為5.23%，為高含硫氣井，采用絡(luò)合鐵脫硫工藝進行脫硫處理。為滿足海相含硫氣井的大規(guī)模開發(fā)，在YS1井開展試采工作，以便在該構(gòu)造圈閉內(nèi)開展不同儲層類型、不同井型的氣藏產(chǎn)能評價，并落實開發(fā)技術(shù)，為下步整體建產(chǎn)做準(zhǔn)備。同時，絡(luò)合鐵雙塔脫硫工藝在目前國內(nèi)外油氣田中都沒有大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用，需要在YS1井試采，根據(jù)試驗情況對脫硫工藝進行調(diào)整及優(yōu)化。該文通過對YS1井脫硫液運行參數(shù)進行統(tǒng)計、匯總，分析不同運行參數(shù)下的脫硫效果及裝置運行情況，對比優(yōu)化后，確定最佳運行參數(shù)。同時，采用實驗與理論研究相結(jié)合的方式，指導(dǎo)現(xiàn)場藥劑的添加，確保脫硫液指標(biāo)在最優(yōu)的范圍內(nèi)運行。

1 絡(luò)合鐵脫硫工藝原理

絡(luò)合鐵脫硫工藝為脫除H2S提供了一種常溫、低成本運行的方法，絡(luò)合鐵脫硫總反應(yīng)為。

H2S + 1/2 O2 → H2O + S ? ? ? （1）

這一反應(yīng)發(fā)生于鐵系水基溶液中，通過加入水溶性金屬離子完成該反應(yīng)。因為在空氣或酸氣中，水溶性金屬離子容易被氧氣氧化，并有穩(wěn)定的電極將硫離子氧化成單質(zhì)硫。在水配比溶液中，含有金屬離子的水配比溶液易于將二價硫（HS-）的電子釋放形成單質(zhì)硫，并在再生過程中將電子轉(zhuǎn)移給氧氣。

1.1 堿性水溶液吸收H2S、CO2

K2CO3 +H2S → KHCO3 + KHS? ? ? ? ? （2）

K2CO3 + CO2 +H2O→2KHCO3? ? ? ? ? ? ? （3）

1.2 析硫過程

2Fe3+（絡(luò)合態(tài)） + HS-→ 2Fe2+ （絡(luò)合態(tài)） + S↓ + H+ （4）

1.3 再生反應(yīng)

2Fe2+ （絡(luò)合態(tài)） + 1/2O2 +H+ → 2Fe3+ （絡(luò)合態(tài)） + OH-

（5）

2KHCO3→K2CO3+ CO2 +H2O? ? ? ? ? ? ? （6）

2 脫硫液參數(shù)優(yōu)化研究

2.1 脫硫液pH值優(yōu)化研究

溶液吸收H2S、CO2后呈弱酸性，為穩(wěn)定脫硫液的pH值，需在系統(tǒng)中加入堿性物質(zhì)KOH。pH值過低，硫化氫吸收不完全，嚴重影響脫硫效果;pH過高，則會導(dǎo)致副反應(yīng)的產(chǎn)生，造成藥劑的消耗。

通過實驗總結(jié)分析，絡(luò)合鐵脫硫工藝裝置穩(wěn)定運行期間富液pH值保持在7.8～8.4，貧液pH值在8.4～8.8時脫硫效果最佳。

2.2 脫硫液ORP值優(yōu)化研究

ORP值代表氧化還原能力，也即Fe3+與Fe2+的比例，ORP越高，氧化能力越強，F(xiàn)e3+/Fe2+的比值越高，反之，ORP越低，F(xiàn)e3+/Fe2+的比值越低。ORP較高時（大于-100 mV），系統(tǒng)操作運行穩(wěn)定，但過高的ORP（大于-75 mV）會形成過度氧化，導(dǎo)致硫代硫酸鹽被氧化為硫酸鹽。另外，過低的ORP（-320 mV～-350 mV）會造成脫硫液的過度還原，導(dǎo)致催化劑鈍化失活。通常情況下，為保證系統(tǒng)催化劑的活性，富液ORP需維持在-250 mV～-350 mV，貧液ORP維持在-100 mV～-220 mV。

2.3 表面活性劑對硫磺起泡的研究

富液在氧化塔中再生成貧液，同時生成單質(zhì)硫。大量的單質(zhì)硫沉積于氧化塔錐形底，由硫漿泵抽出至硫磺成型單元。由于富液再生成貧液的過程中需要持續(xù)鼓入空氣，因此在單質(zhì)硫形成的過程中，細小的硫顆粒會成為氣泡聚集的凝結(jié)核。硫周圍包裹著氣泡，會導(dǎo)致硫不能因重力而沉淀并積聚，反而會因為密度的原因漂浮在溶液表面，在宏觀上表現(xiàn)為脫硫液表面形成硫磺泡沫。脫硫液中不僅含有空氣，還含有其他有機化合物，也會導(dǎo)致硫泡沫的形成。

為了避免硫泡沫的形成，使硫沉積在氧化塔底部，需要在溶液中加入適量的表面活性劑。表面活性劑可以阻止氣泡聚集在硫顆粒周圍，從而使硫顆粒能夠順利沉降在氧化塔底部。

開車初始階段，表面活性劑的添加量依賴封瓶試驗來確定。封瓶試驗的主要步驟為：首先用透明的玻璃瓶或塑料瓶取氧化塔溶液樣品，用力搖勻后靜置樣品，同時注意觀察樣品中硫的沉降。若1分鐘之內(nèi)硫完全沉降在底部，則不需要添加表面活性劑;若1分鐘后樣品表面仍懸浮有硫泡沫，向樣品中加入4滴表面活性劑，此時若硫磺迅速沉降則需要將表面活性劑的添加量增加5%～10%;若加入4滴表面活性劑后樣品表面產(chǎn)生白色泡沫或有漂浮的硫磺，則需要減少表面活性劑的添加量。

經(jīng)過多次封瓶試驗并調(diào)整表面活性劑的添加量后，目前確定的穩(wěn)定適用于YS1井脫硫裝置的表面活性劑添加量為，若每天產(chǎn)出1 t液體硫磺，需要每小時添加0.15 L表面活性劑。實際表面活性劑添加量的調(diào)整按此比例根據(jù)日產(chǎn)液硫的量來計算。

2.4 脫硫液固含量優(yōu)化研究

脫硫液中含固量太高易導(dǎo)致設(shè)備及系統(tǒng)流程管線堵塞，有效降低溶液含固量，提高硫膏脫出效率，對整個脫硫系統(tǒng)平穩(wěn)、長期運行至關(guān)重要?？赏ㄟ^優(yōu)化硫漿泵機封冷卻管線、更換真空過濾機不銹鋼軸承、優(yōu)化操作規(guī)程等方式提高硫膏產(chǎn)出效率，將脫硫液中含固量控制在4%以下。

3 脫硫液添加量優(yōu)化

脫硫溶液是由一定比例的藥劑配比而成，生產(chǎn)中定時對脫硫溶液取樣化驗，并根據(jù)化驗數(shù)據(jù)來調(diào)整藥劑添加量。鐵離子催化劑添加速率為1.5 L/h～2 L/h，螯合劑47 L/h～55 L/h，殺菌劑0.3 L/h～0.4 L/h，表面活性劑1.5 L/h～2 L/h，45%KOH20-30 L/h。

4 結(jié)語

（1）絡(luò)合鐵脫硫液指標(biāo)優(yōu)化范圍：富液pH值7.8～8.4，貧液pH值8.4～8.8;富液ORP-250 mV～-350 mV，貧液ORP-100 mV～-220 mV，溶液含固量在4%以下，產(chǎn)出1 t液體硫磺，需要每小時添加0.15 L表面活性劑。

（2）采用實驗與理論研究相結(jié)合的方式，指導(dǎo)現(xiàn)場藥劑的添加，確保脫硫液指標(biāo)在最優(yōu)的范圍內(nèi)運行，該研究方式為海相含硫氣井的進一步開發(fā)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

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