海上油田天然氣脫硫化氫工藝方法選擇

肖峰超

(中海油能源發展裝備技術有限公司 天津300452)

0 引 言

近年來渤海油田逐漸發現了高含硫油田，高含硫油田中當硫以硫化氫形態存在時，對管網和裝置的腐蝕均會產生較大影響。硫化氫是一種較強的滲氫介質，在特定條件下將導致材料氫脆和氫損傷。對于海上油田生產過程伴生氣中高含硫化氫，需要將其中的硫化氫濃度降低到安全臨界濃度，才可以保證海上平臺生產設備設施以及相關人員的安全。

1 海上油田脫硫化氫處理方案

根據脫硫劑的不同，可分為固體脫除法和液體脫除法。固體脫除法常用的脫硫劑有活性炭、氧化鐵等，液體脫除法常用醇胺法脫硫及SDT漿液法[1]。

在渤海某油田，伴生氣中硫化氫含量最高可達到3000mg/m3，最大油氣水量分別為1000m3/d、8×104Sm3/d、3000m3/d。針對渤海某油田出現高含硫的伴生氣，要求脫除后硫化氫濃度小于20mg/m3。因此針對氧化鐵脫硫方案、醇胺法脫硫方案以及SDT漿液法進行了比較分析，旨在篩選出不同硫化氫含量下合適的脫除方法。

2 不同硫化氫含量的脫除方法選擇

2.1 氧化鐵法脫硫方案

2.1.1 氧化鐵法基本原理

氧化鐵法是利用固體脫硫劑上的微孔來吸附硫化氫，在微孔表面脫硫劑中氧化鐵與硫化氫發生反應，從而達到脫除氣體中硫化氫的目的。

2.1.2 氧化鐵法脫硫流程

含硫伴生氣進入洗滌器來脫除攜帶的液滴，而后進入脫硫塔進行硫化氫脫除。脫除硫化氫的天然氣經過濾器后外輸。本方案采用2塔流程。正常操作時，一塔脫硫，一塔備用。當檢測到正在使用的脫硫塔出口硫化氫含量上升到20mg/m3以上時，將備用塔導入到在用塔下游。具體設備見表1。

表1 方案設備表Tab.1 Equipments table

2.1.3 氧化鐵法脫硫方案小結

此方案流程簡單，設備少，操作少，基本無公用物料消耗。通過氧化鐵法可將硫化氫從3000mg/m3降至20mg/m3。由于脫硫劑不可再生，更換新藥劑及處理廢舊藥劑都需要費用。當硫化氫含量高時，脫硫藥劑費用太高，因此在高含硫時此方法不經濟，后期藥劑成本高。天然氣流量8萬m3/d，入口硫化氫含量按照最大含量3000mg/m3計，每天消耗2.5m3脫硫劑，費用約為3.15萬元/d。經過與其他方案對比分析，在硫化氫含量在低于1500mg/m3，推薦使用氧化鐵脫硫方案。

2.2 醇胺法脫硫方案

2.2.1 醇胺法基本原理

利用酸堿平衡反應，使伴生氣的硫化氫含量大幅減少，以達到脫除的目的。此外改變反應條件，使吸收了硫化氫的溶液進行逆向化學反應，放出酸氣，可以使溶液進行再生[2]。

2.2.2 醇胺法脫硫流程

含硫伴生氣經洗滌器后在吸收塔內與貧液逆流接觸，貧醇胺吸收天然氣中的硫化氫，脫硫后伴生氣外輸。將吸收了硫化氫富醇胺溶液輸入再生系統進行再生[2]。采用HYSYS模擬軟件進行模擬計算[3]，并根據模擬計算的結果對處理流程進行優化，具體設備見表2。

表2 方案設備表Tab.2 Equipments table

2.2.3 醇胺法脫硫方案小結

此方案脫硫流程技術成熟，適用性強。脫硫溶液可以再生，只需補充少量損耗，操作彈性好，操作費用相對較低。通過此方案可以將入口硫化氫從3000mg/m3降至20mg/m3。但是工藝流程復雜，機泵設備多，維保時間和費用多，對公用物料需求量大和要求高，且生產硫磺品質不高、價格低。使用此方法需要先進行脫水，否則塔中介質將發泡，嚴重影響脫硫效果。

2.3 SDT漿液法脫硫方案

2.3.1 SDT漿液法基本原理

SDT漿液法以無定型羥基氧化鐵水漿液作為脫硫劑，與硫化氫反應生成的硫鐵化合物為巰基硫化，且在有氧環境可以氧化生成單質硫。巰基硫化鐵可以再生還原為無定型羥基氧化鐵。

2.3.2 SDT漿液法脫硫流程

含硫伴生氣經洗滌器后進入脫硫塔中，伴生氣中的硫化氫被無定型羥基氧化鐵水漿液反應吸收，伴生氣出口含硫量小于20mg/m3。脫硫后的凈化氣外輸，富液進入閃蒸罐和氧化再生槽進行氧化再生，將再生的貧液經貧液循環泵進入至脫硫塔底部，實現循環利用。再生出的硫磺定期進行分離脫除，得到粗硫磺產品。SDT漿液法脫硫具體設備見表3。

表3 方案設備表Tab.3 Equipments table

2.3.3 SDT漿液法脫硫方案小結

此方案流程較為簡單，脫硫溶液可以再生，只需補充少量損耗，操作彈性好，操作費用相對較低。通過SDT漿液法脫硫可以將伴生氣的硫化氫從3000mg/m3降至20mg/m3。但由于脫硫劑不可再生，更換新脫硫劑和廢脫硫劑處理都需要費用，而且此方案對公用物料需求量大、要求高。

3 結論與建議

醇胺法脫硫工藝流程較為復雜，氧化鐵法方案和SDT漿液法工藝流程相對較為簡單，但氧化鐵法在硫化氫含量高時，投產后脫硫藥劑注入費用大，導致后期成本較高。

經過反復計算對比分析，當項目硫化氫含量在低于1500mg/m3，推薦使用氧化鐵脫硫方案，此方案此時費用較低；當硫化氫含量高于1500mg/m3，推薦使用SDT脫硫方案，此方案技術比較成熟，操作彈性好，適應性強，在高含硫化氫時，此方案費用相對較低。