含硫深水天然氣脫硫裝置的試驗及效果

王 磊 陸 原，2 劉權升 董日新 夏 力

（1. 中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300450；2. 中海油（天津）油田化工有限公司，天津 300450）

0 引言

為響應國家“雙碳戰略”，未來中海油能源結構體系中天然氣的比例將逐步增加，“十四五”之后天然氣的開采量比例將提高到20%，而深水天然氣將成為重中之重，如何更好地利用這種經濟、安全、環保的優勢能源，將成為未來研究和探討的熱點。深水天然氣的主要成分為甲烷和水蒸氣，但通常還會含有一些酸性氣體，主要是CO2、H2S、COS與硫醇等[1]。目前大多數深水天然氣處理平臺管線了采用雙相不銹鋼，并嚴格控制水分，避免了管道及設備的CO2/H2S腐蝕，但各種硫化物將腐蝕銅件，并導致天然氣及其相關產品，如液化石油氣等，無法銷售。因此，含硫的深水天然氣中硫化物的脫除是非常必要的。

根據國標GB 17820-2018《天然氣》[2]要求天然氣硫化氫含量降低到6mg/L，總硫含量低于20mg/L，同時相關研究表明[3]，COS與硫醇會在液化石油氣中富集，因此，即使極少量的COS與硫醇也需要脫凈。

海上油田處理流程短，氣體流量大，因此要求技術脫硫速度快，脫硫率高，目前天然氣脫硫技術應用最廣泛的就是氧化鐵干法脫硫和濕法醇胺脫硫，氧化鐵脫硫裝置占地面積大，填料更換頻繁，經濟性差，不適合海上氣田應用；醇胺脫硫裝置投資較高、再生需要供熱導致運行成本高等諸多問題[4-9]。故本文研究了一種新的裝置脫硫技術，并在某深水天然氣處理平臺應用成功。

1 材料與儀器

硫化氫檢測儀器采用德國Dr?ger硫化氫檢測氣泵和硫化氫測試管，測試材料與儀器如圖1所示。羰基硫和硫醇含量檢測采用日本GASTEC檢測手泵和測試管。

圖1 硫化氫檢測氣泵（上）和檢測管（下）

圖2 COS和硫醇檢測儀（上）、COS檢測管（中）和硫醇檢測管（下）

2 實驗方法

2.1 脫硫裝置樣機及工藝流程

裝置樣機及工藝流程如圖3所示。含硫深水天然氣進入裝置，先通過一個預處理，防止形成段塞流，穩定的氣體均勻地從底部進入反應塔中，氣流自下而上流到脫硫液液面以上，實現氣體中的硫化物的脫除，處理后的氣體流回流程或火炬系統；反應塔內部脫硫液中的三價鐵氧化天然氣中硫化物，生產硫磺和二價鐵，下層含硫的二價鐵溶液流入到再生罐，在再生罐中鼓入空氣將二價鐵溶液氧化成三價鐵溶液，從上層利用貧液重新流回反應塔中（期間通過消泡劑，硫磺沉降劑、pH值調節劑來確保藥劑充分再生和硫磺的及時沉降及排空），再生罐中的單質硫不斷沉降到槽底部，當硫磺含量達到一定量時，打開閥門進入板框式過濾機中，進行硫磺同藥劑的固液分離，排除硫磺，剩余藥劑在通過循環泵打入到再生槽中循環使用。

2.2 銅片腐蝕測試

在設備運行過程中，分別取設備進出口氣體樣品至掛有標準銅片的高壓釜中，壓力9MPa，在35℃下進行動態腐蝕試驗，運行24h后，釋放壓力，并取出銅片。裝置示意圖如圖4所示。

圖3 脫硫裝置樣機及工藝流程

圖4 天然氣銅片腐蝕裝置示意圖

3 結果與討論

3.1 脫硫裝置在某深水天然氣處理平臺試驗情況

3.1.1 某深水天然氣處理平臺氣體參數

該處理平臺處理的是來自兩個水下氣井開采的深水天然氣，處理量每天345萬Nm3/d，來氣壓力9MPa，溫度30℃，氣體組分詳如表1所示。

3.1.2 平臺處理流程和試驗準備

平臺處理流程如圖5所示。根據流程和裝置特點，裝置氣體進口接在天然氣外輸計量單元之后，裝置放置在35m甲板北側調貨口位置。

表1 平臺來氣組分

圖5 平臺處理流程示意圖

表2 裝置脫硫測試結果

3.2 試驗效果

3.2.1 脫硫效果

設備運行3d，進出口H2S、COS和硫醇測試結果如表2所示。

3.2.2 銅片腐蝕測試效果

實驗結束后，銅片的狀態如圖6所示。可以看出，脫硫前的天然氣對銅片有輕微腐蝕，腐蝕等級約為1b，而處理后的天然氣基本不腐蝕銅片，腐蝕等級為1a。雖然后續石油氣產品如液化石油氣的相關標準GB11174-2011[10]對銅片腐蝕等級的要求為不大于1，該深水天然氣也能滿足要求，但由于COS和硫醇將在液化石油氣中富集[3]，因此，脫硫工作還是非常必要的！

圖6 銅片腐蝕結果

4 結語

所開發的裝置可以同時有效去除H2S、COS和硫醇。裝置在某深水天然氣處理平臺連續運行3d，脫硫效果穩定優異且不影響現場正常處理流程，說明該技術適用于深水天然氣硫化物處理，同時處理后的深水天然氣的銅片腐蝕達到的1a等級，滿足現場腐蝕處理要求。