三嗪類脫硫劑在海上油田天然氣系統(tǒng)的應(yīng)用研究

劉 霞

（東營職業(yè)學(xué)院，山東東營 257091）

渤海某油田于2002 年投產(chǎn)，共有7 個井口平臺，1個中心處理平臺，隨著注水開發(fā)的不斷進(jìn)行，油田天然氣中的硫化氫呈現(xiàn)了從無到有從低到高的變化，目前伴生氣中檢測的最高值為1 500 mg/L。硫化氫屬于高毒氣體，當(dāng)其濃度達(dá)到1 000 mg/L 時(shí)，可瞬間致人死亡，此外硫化氫對油田的金屬設(shè)備腐蝕非常嚴(yán)重，它能使設(shè)備產(chǎn)生氫脆及應(yīng)力腐蝕，嚴(yán)重危害油田的安全生產(chǎn)。為降低天然氣中的硫化氫含量，減少硫化氫對人員及設(shè)備的危害，本工作通過篩選不同類型的脫硫劑，優(yōu)選出并在現(xiàn)場成功應(yīng)用了新型三嗪類脫硫劑有效降低了天然氣中硫化氫含量[1，2]。

1 試驗(yàn)部分

1.1 室內(nèi)試驗(yàn)裝置

玻璃吸收管；100 mL 具塞量筒；秒表；標(biāo)準(zhǔn)硫化氫鋼瓶；減壓閥；量程6 mL/min～60 mL/min 的流量計(jì)；2 %氫氧化鈉溶液；指示劑；橡皮管若干；電子天平。

1.2 室內(nèi)評價(jià)方法

將20 g 脫硫劑置于100 mL 帶密封塞的磨口量筒中，使用標(biāo)準(zhǔn)硫化氫鋼瓶向其中按一定的速度鼓入H2S 氣體，當(dāng)指示劑變色時(shí)，表示脫硫劑吸收H2S 已飽和，結(jié)束試驗(yàn)，記錄最終的吸收時(shí)間。

1.3 現(xiàn)場試驗(yàn)工況

現(xiàn)場天然氣處理系統(tǒng)包括冷凝器、氣液分離器、脫硫劑注入設(shè)備、氣液混合反應(yīng)器、分離塔等，詳細(xì)流程（見圖1）。通過在現(xiàn)場管道投加脫硫劑，考察脫硫劑的應(yīng)用效果以及加注量及天然氣溫度對脫硫效果的影響。

圖1 現(xiàn)場天然氣處理流程圖

表1 不同類型脫硫劑的脫硫效果

2 結(jié)果與討論

2.1 室內(nèi)脫硫效果測試

選取市面上不同類型的脫硫劑，按照室內(nèi)評價(jià)方法，將1 020 mg/m3的H2S 標(biāo)準(zhǔn)氣以30 mL/min 的速度鼓入20 g 中脫硫劑，記錄反應(yīng)時(shí)間，其結(jié)果（見表1）。

從表1 中可知，在相同條件下，三嗪類脫硫劑效果優(yōu)于醇胺類及醛類脫硫劑。三嗪類脫硫劑作為一種新興的液體脫硫劑，可直接加注在天然氣管道內(nèi)，無需其他設(shè)備，使用方便且反應(yīng)產(chǎn)物可降解，因此適用于海上油田生產(chǎn)。

2.2 脫硫劑理論加注量

油田現(xiàn)場天然氣產(chǎn)量為42.47×104m3/d，硫化氫含量1 110 mg/m3，處理后天然氣中硫化氫含量要求為100 mg/m3，因此每天需要吸收的硫化氫量為：

根據(jù)前期室內(nèi)評價(jià)得知，脫硫劑3#對硫化氫的吸收能力為140 kg/t，現(xiàn)場脫硫劑的有效利用率為33 %，因此脫硫劑的理論加注量計(jì)算如下：

2.3 脫硫劑現(xiàn)場驗(yàn)證試驗(yàn)

根據(jù)理論推薦濃度在現(xiàn)場投加脫硫劑，加注量為9.3 t/d，持續(xù)檢測處理前后天然氣中硫化氫含量，數(shù)據(jù)結(jié)果（見圖2）。

從圖2 中得知，投加脫硫劑3#后，天然氣硫化氫含量由1 000 mg/m3降低至100 mg/m3，說明脫硫劑3#具有良好的脫硫效果?，F(xiàn)場試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，三嗪類脫硫劑不僅脫硫效果良好，而且反應(yīng)后產(chǎn)物對現(xiàn)場原油及污水處理流程均無影響，適用于海上應(yīng)用。

2.4 藥劑加注量對脫硫效果的影響

維持其他操作條件不變，考察不同加注量下，脫硫劑的脫硫效果，數(shù)據(jù)結(jié)果（見圖3）。

從圖3 中可以看出，隨著藥劑加注量的增多，處理后天然氣中硫化氫含量逐漸降低，說明脫硫反應(yīng)隨著反應(yīng)物的增多持續(xù)進(jìn)行。綜合現(xiàn)場指標(biāo)及經(jīng)濟(jì)效益考慮，將現(xiàn)場加注量固定在9 t/d。

2.5 溫度對脫硫效果的影響

保持脫硫劑加注量不變，通過調(diào)整冷凝器的操作參數(shù)，控制天然氣溫度在40 ℃到80 ℃內(nèi)變動，每個溫度梯度維持6 h，連續(xù)取樣測試，考察溫度對脫硫劑脫硫效果的影響，數(shù)據(jù)結(jié)果（見圖4）。

圖2 現(xiàn)場脫硫劑處理效果

圖3 不同加注量下脫硫效果

圖4 不同溫度下脫硫效果

從圖4 中可以看出，當(dāng)天然氣溫度在40 ℃時(shí)，天然氣中硫化氫平均值為160 mg/m3，當(dāng)溫度升高至60 ℃后，硫化氫平均值降低至80.8 mg/m3，隨著溫度的繼續(xù)升高，天然氣硫化氫含量平均值雖仍有降低，但變化值較小。溫度升高會促進(jìn)脫硫反應(yīng)的進(jìn)行，但由于三嗪類脫硫劑與H2S 反應(yīng)活化能較低，反應(yīng)速率相對較快，當(dāng)溫度升高到60 ℃后，熱力學(xué)對反應(yīng)的促進(jìn)作用減弱，脫硫劑反應(yīng)速度趨于平穩(wěn)。

3 結(jié)論

（1）室內(nèi)評價(jià)試驗(yàn)表明，三嗪類脫硫劑在穿透硫容量方面優(yōu)于傳統(tǒng)的醇胺類及醛類脫硫劑。

（2）現(xiàn)場驗(yàn)證試驗(yàn)表明，三嗪類脫硫劑適用于海上油田，且隨著藥劑加注量的增多，處理后天然氣中硫化氫含量越低。

（3）現(xiàn)場溫度梯度試驗(yàn)表明，當(dāng)溫度低于60 ℃時(shí)，反應(yīng)效率隨著溫度的升高而升高，當(dāng)反應(yīng)溫度高于60 ℃后，熱力學(xué)對反應(yīng)的促進(jìn)作用減弱，脫硫劑反應(yīng)速度趨于平穩(wěn)。