三嗪類脫硫劑在低含硫天然氣田中的性能評價

楊勇

摘????? 要： 采用在輸送管線上直接注入液體脫硫劑的技術，在X氣田低含硫天然氣中，對優選出的4種三嗪類液體脫硫劑進行現場試驗，評價了各種脫硫劑的脫硫效果，結果表明，BHCL-19C可以有效脫除硫化氫，在m（BHCL-19C）∶m（硫化氫）=20∶1的情況下脫硫率約50%。

關? 鍵? 詞：三嗪類;低含硫天然氣;脫硫劑

中圖分類號：TQ113.26⁺4.1? ?????文獻標識碼： A?????? 文章編號： 1671-0460（2020）06-1208-04

Performance Evaluation of Triazine Desulfurizer in Low Sulfur Gas Fields

YANG Yong

（CNOOC Nanhai East Petroleum Bureau Baiyun Natural Gas Operating Company， Shenzhen Guangdong 518000， China）

Abstract： The technology of injecting liquid desulfurizer directly into the conveying line was used in the low sulfur natural gas of X gas field， 4 liquid triazine desulfurizers was tested in the field， and the desulfurization effect of various desulfurizer was evaluated. The results showed that the BHCL-19C could effectively remove hydrogen sulfide， and the desulfurization rate was about 50% when the injection concentration was 20∶1.

Key words： Triazine; Low sulfur gas field; Desulfurizer

硫化氫是一種劇毒氣體，對人體傷害極大，當硫化氫質量分數達到100 μg·g^-1時，人員接觸4 h以上可能導致死亡，且濃度越高其危險性越高。另外，硫化氫也是一種酸性氣體，對設備有著嚴重的腐蝕性，因此天然氣生產平臺及下游天然氣處理終端在運行時有著巨大的腐蝕風險。

X氣田屬于中國某海域內的深水氣田，在投產后H₂S質量分數逐步上升并穩定在10 μg·g^-1，屬于低含硫天然氣田，X氣田由海上平臺進行開采，其H₂S質量分數較低但已超過最低允許值，為了不影響下游海管及設備，在綜合考慮了經濟因素和現場占地空間及設備重量限制等條件后，采用在輸送管線上直接注入液體脫硫劑的方法進行脫硫^[1]。并采用經過前期優選出的三嗪類液體脫硫劑，該脫硫劑是目前海上平臺應用最多的脫硫劑產品，具有與硫化氫反應快、低毒、可生物降解等特點^[2]。此外，該脫硫劑還有如下優點：

1）全有機化合物，具有烷基的結構;

2）具有選擇性，與H₂S、硫醇反應，不與CO₂作用;

3）反應是不可逆化學反應;

4）脫硫產物水溶性，易于從系統中分離;

5）脫硫產物具有一定的緩蝕作用。

1 ?三嗪H₂S脫硫劑在海上平臺的應用

三嗪化合物，是在環己烷或苯環的基礎上，用氮原子進行取代，形成的，形成的1，3，5位為氮原子的六元環化合物，見圖1所示。三嗪類及其衍生物在化工領域用途很廣，可做除草劑、潤滑劑等^[3]。近年來，三嗪類又作為高效的海上石油平臺脫硫劑在我國海洋石油已經有多處的實際應用，取得了良好的效果^[4]。如圖1所示為三嗪類脫硫劑結構示意圖。

在南海某油田，其水源井硫化氫質量分數超過500 μg·g^-1，極大地加重了設備及管線的腐蝕，經過最終的評價優選，對該油田使用三嗪類BHCL-12/13脫硫劑，當加注質量分數為500 μg·g^-1時，水源井硫化氫質量分數可降至20 ug·g^-1，脫硫效果顯著。

在渤海某油田生產系統中，水相硫化氫質量分數最高可達1 000 ug·g^-1，該系統最終采用三嗪類BHCL-08脫硫劑，當加注質量分數為60 ug·g^-1時，即可滿足國家標準。表1為三嗪類脫硫劑在海上各海域使用情況。

2? X氣田評價方案

2.1? 試驗流程

X氣田生產平臺設置有一套生產分離器、一套測試分離器，測試分離器通過倒井可以對單井進行計量測試，經過計量測試后油氣水三相再次匯合后進入生產分離器進行油氣水分離。原設計在測試分離器和生產分離器上分別有消泡劑和破乳劑注入點。但氣田在實際開采過程中產液較少，未有發泡現象，因此從投產至今未進行消泡劑的注入。根據該平臺的實際情況，采用平臺原設計的消泡劑注入點作為脫硫劑注入點開展三嗪類脫硫劑的性能評價試驗，圖2所示為加注示意圖。

監測生產分離器氣相出口、海管外輸及三甘醇閃蒸罐出口硫化氫質量分數。

2.2? 試驗條件及加注說明

原料氣為X氣田在投產的2#、5#及7#井天然氣，天然氣的溫度為50 ℃，壓力為9.5 MPa，總產量為120萬m³·d^-1，硫化氫質量分數基本穩定在10 ug·g^-1左右。尾氣測定設備為Drager硫化氫檢測手動泵配合低質量分數硫化氫檢測管進行檢測^[5]。表2為藥劑加注說明。

3? 不同BHCL型號脫硫劑評價

3.1? 性能評價結果

對三嗪類BHCL-19、BHCL-19B、BHCL-19A、BHCL-19C分別在m（脫硫劑）∶m（硫化氫）為5∶1、8∶1、15∶1、25∶1時進行加注試驗，每4 h對生產分離器氣相出口、外輸以及三甘醇閃蒸罐進行硫化氫取樣檢測，表3為注入BHCL-19的部分現場監測數據。

根據數據分別繪制注入BHCL-19 后生產分離器氣相出口、外輸及三甘醇閃蒸罐氣出口的硫化氫質量分數變化。根據表3繪制了如圖3所示的注入BHCL-19后各點硫化氫質量分數曲線圖。

通過圖3可以看出，不論低質量分數還是高質量分數注入，對三處的硫化氫檢測其質量分數均無明顯變化，BHCL-19無效果。

3.2? 評價方法優化

三嗪類化合物目前處于較成熟產品，經過長期的大量研究表明，對脫硫效率的影響因素主要有脫硫劑質量分數、pH值、反應溫度、反應時間、注入速率等，其規律為：脫硫劑質量分數越大，pH 值越大，反應溫度越低，反應時間越短^[2];反應溫度越高、脫硫劑質量分數越大、反應時間越長、脫硫劑注射速率越快，則脫硫效率越高，水相較油相的脫硫效率更高^[6]。

由于前期進行三嗪類選型時為現場取樣實驗，與工況下的溫度、流速等都具有較大的差異，因此現場工況下的實際加注試驗的評價顯得尤為重要。為了使得現場的評價試驗更具有參考性，做如下優化措施：

1）增加測試分離器出口硫化氫檢測;

2）將脫硫劑加注點更改至生產分離器原消泡劑注入點;

3）進一步加大注入質量分數或者增大化學藥劑濃度。

優化后的評價方法具有如下優點：

1）可避免因三嗪類部分溶于水后使得進入生產分離器的質量分數減低引起的誤差;

2）生產分離器設計氣相、液相停留時間為測試分離器的兩倍，增大反應時間;

3）三嗪類為水溶性化學藥劑，可避免經過測試分離器后大部分藥劑已經溶于水對生產分離器中天然氣不能達到脫硫效果;

4）生產分離器平均操作溫度較測試分離器溫度高，利于脫硫劑的反應^[7]。

3.3? 優化后性能評價結果

對BHCL-19、BHCL-19B、BHCL-19A重新進行高質量比（20∶1）試驗評價，在測試分離器出口進行取樣檢測硫化氫時均有一定程度的下降，但是脫除率最高僅為10%。

對已經有效果的BHCL-19C進行高質量比（20∶1）試驗評價，現場實際測試數據如表4所示。

可見，脫硫劑BHCL-19C注入測試分離器后，測試分離器出口硫化氫質量分數顯著降低，并隨著注入質量分數的增加，脫硫效果越來越好，但生產分離器及外輸并沒有明顯變化，主要原因為三嗪類溶于水使得進入生產分離器的質量分數減低引起。當注入點更改至生產分離器后，生產分離器出口硫化氫質量分數顯著降低，此時脫除率達到50%（圖4）。

4? 結 論

1）三嗪類脫硫劑對低質量分數的硫化氫具有脫除效果，在初始選擇種類時應充分考慮其敏感性;

2）生產水對三嗪類整體脫除效果影響較大，應將注入點設計在氣相匯合處，盡可能減少生產水的影響;

3）BHCL-19C脫硫劑參數有待進一步優化，增加其脫硫效果。

本文針對X氣田低含硫天然氣對四種三嗪類脫硫劑的試驗評價進行了現場和理論分析，在此基礎上提出了針對低含硫天然氣脫硫劑的評價建議，為以后的低含硫天然評價試驗提供了一定的借鑒。

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