劉百春趙軍艷寧長春趙建彬王蒙蒙佟瑞鑫宋成舉

（1.中國石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司；2.中油遼河工程有限公司巴州塔里木分公司；3.寧波威瑞泰默賽多相流儀器設(shè)備有限公司）

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用于單井上的濕法脫硫工藝

劉百春1趙軍艷2寧長春1趙建彬1王蒙蒙2佟瑞鑫3宋成舉3

（1.中國石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司；2.中油遼河工程有限公司巴州塔里木分公司；3.寧波威瑞泰默賽多相流儀器設(shè)備有限公司）

塔中西部凝析氣田普遍含H2S，部分試采單井硫化氫潛流量700 kg/d以上，現(xiàn)場采用的干法脫硫工藝成本高，能耗大，為了解決這一問題研究了一種適用于單井的濕法脫硫工藝，該工藝可以降低高含硫天然氣回收成本，降低能耗，每噸硫處理成本控制在3.5萬元以內(nèi)，同時(shí)該工藝與傳統(tǒng)濕法脫硫工藝相比每年節(jié)約能量440.928×104MJ。

單井；濕法脫硫；液相氧化法；硫化氫；能耗

塔中西部凝析氣田屬于碳酸鹽巖氣田，目前正常開井72口，單井油氣普遍含H2S，氣相硫化氫濃度為121×10-6～198 099×10-6，平均18 000×10-6，需要對油氣進(jìn)行脫硫處理。單井天然氣通過CNG（壓縮天然氣）回收，主要采用干法脫硫，天然氣產(chǎn)量少于2000 m3/d或天然氣中H2S濃度大于50 000×10-6的井采用天然氣放空。采用干法脫硫后CNG回收成本高，每噸處理硫磺成本6萬元以上。針對塔中西部含硫油氣生產(chǎn)現(xiàn)狀和存在問題，研究了一種應(yīng)用在單井的濕法脫硫工藝，以達(dá)到降低高含硫天然氣回收成本，節(jié)能降耗的目的。

1　單井天然氣脫硫工藝

油氣田領(lǐng)域的脫硫方法，主要分為干法脫硫、濕法脫硫［1］。

干法脫硫：采用固體型的脫硫吸附劑，這類固體物質(zhì)主要包括海綿鐵、分子篩和天然泡沸石等。目前最常用的干法脫硫就是海綿鐵法。干法脫硫目前存在二次污染、硫容低，運(yùn)行費(fèi)用高等問題。

濕法脫硫：主要是醇胺法及液相氧化法脫硫。醇胺法是以弱堿性溶劑為吸收劑的脫硫方法，最常用的脫硫劑有MDEA、DEA和MEA及它們的混合溶劑，工藝復(fù)雜，投資高，適合處理廠。液相氧化法是脫硫工藝研究最多的方法之一，絡(luò)合鐵脫硫［2-4］工藝是研究熱點(diǎn)，它集脫硫與硫磺回收于一體，吸收和再生均可在常溫下進(jìn)行。絡(luò)合鐵工藝工作原理如下：

1）吸收部分反應(yīng)式

2）再生部分反應(yīng)式

3）總的反應(yīng)式

在總反應(yīng)中，鐵離子的作用只是轉(zhuǎn)移電子的作用，既不生成也不消耗。

干法脫硫、醇胺法以及液相氧化法脫硫主要特點(diǎn)見表1。

表1　脫硫工藝主要特點(diǎn)

通過以上方法的對比，干法脫硫和液相氧化法脫硫可以在單井脫硫進(jìn)行應(yīng)用，而干法脫硫運(yùn)行成本比較高，液相氧化法脫硫可以通過工藝改進(jìn)，減小設(shè)備尺寸，降低能耗，完成橇裝化，以適應(yīng)井場的條件。

2　單井天然氣脫硫工藝選擇

2.1傳統(tǒng)液相氧化法脫硫工藝

通常在處理含H2S天然氣的脫硫工藝選取的是傳統(tǒng)雙塔液相氧化法脫硫工藝，工藝流程見圖1。

圖1　雙塔液相氧化法脫硫工藝流程

由于塔中西部凝析氣田井現(xiàn)場只有電力供應(yīng)無儀表風(fēng)、工廠風(fēng)、脫鹽水等公用系統(tǒng)，傳統(tǒng)雙塔脫硫工藝流程相對于單井現(xiàn)場來說流程有些復(fù)雜，需要依托的公用系統(tǒng)較多，能耗較大。

2.2單井的濕法脫硫工藝

針對塔中西部凝析氣田井現(xiàn)場實(shí)際情況，研究了一種適于單井的濕法脫硫工藝，該工藝能耗低，公用工程消耗小，適用于只提供電力工況的單井，工藝流程見圖2。

圖2　適于單井濕法脫硫工藝流程

絡(luò)合鐵液相氧化法工藝通過兩個(gè)吸收塔互相切換的工作方式，達(dá)到脫除H2S的目的。具體流程如下：含H2S天然氣經(jīng)過氣液分離器進(jìn)入1個(gè)吸收塔（V-002A）中。在吸收塔內(nèi)H2S轉(zhuǎn)化為S單質(zhì)，同時(shí)Fe3+被還原成Fe2+，待溶液中Fe3+消耗完時(shí)，在反應(yīng)過程中需要做ORP（氧化還原電位）實(shí)驗(yàn)，當(dāng)OPP小于或等于-450 mv時(shí)，證明鐵離子消耗完。將吸收塔（V-002A）進(jìn)氣閥關(guān)閉，同時(shí)打開另一個(gè)吸收塔（V-002B）進(jìn)氣閥，反應(yīng)原理、時(shí)間同吸收塔（V-002A）一樣；吸收塔（V-002A）進(jìn)氣閥關(guān)閉后，立即打開塔頂部的泄壓閥，將吸收塔（如V-002A）塔內(nèi)壓力完全泄放后，通過富液泵（P-001）將富液輸送至氧化塔（V-003）內(nèi)。打開鼓風(fēng)機(jī)（BL-001）進(jìn)氣閥門進(jìn)行絡(luò)合鐵催化劑的再生過程。待富液再生完成后，將貧液通過富液泵打回到吸收塔（如V-002A）內(nèi)，完成一個(gè)吸收塔吸收、再生循環(huán)過程。氧化塔錐底部的硫磺漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%左右時(shí)開啟過濾機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行硫磺過濾。

2.3兩種工藝比對

針對塔中西部凝析氣田部分試采單井H2S淺硫量為700 kg/d工況，進(jìn)行傳統(tǒng)雙塔脫硫工藝和單井脫硫工藝的比較，如表2、表3所示。

表2　工藝設(shè)備參數(shù)對比

表3　公用工程消耗對比

2.4節(jié)能分析

傳統(tǒng)雙塔裝置與單井脫硫裝置能耗消耗對比如表4所示。

表4　兩種裝置能耗對比

通過以上工藝參數(shù)與節(jié)能對比發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)雙塔工藝存在設(shè)備尺寸偏大、能耗偏高以及流程所用設(shè)備偏多的問題。相對于單井現(xiàn)場可依托公用系統(tǒng)少，作業(yè)流動性強(qiáng)以及外部配套設(shè)施少的特點(diǎn)，研究單井脫硫工藝更具實(shí)際意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，同時(shí)可以為油田邊遠(yuǎn)含硫井的開發(fā)提供技術(shù)儲備。

3　結(jié)論

1）單井脫硫裝置比傳統(tǒng)雙塔脫硫裝置年節(jié)約能量440.928×104MJ，使得單井脫硫裝置運(yùn)行成本大幅低于傳統(tǒng)雙塔裝置。

2）單井脫硫裝置具有設(shè)備尺寸小，投資低，能耗低，運(yùn)行成本低，可撬裝移動等優(yōu)點(diǎn)，適于作業(yè)流動性強(qiáng)、只供應(yīng)電力的單井。

3）塔中西部凝析氣田原有干法脫硫后CNG回收成本高，本單井脫硫工藝是處理后H2S濃度小于20×10-6，噸硫處理成本控制在3.5萬元以內(nèi)，以達(dá)到降低高含硫天然氣回收成本、節(jié)能降耗的目的。

［1］王開岳，汪忖理，李志良，等.天然氣凈化工藝：脫硫脫碳、脫水、硫磺回收及尾氣處理問題［M］.北京：石油工藝出版社，2005：194-205.

［2］肖九高，楊建平，郝愛香.國外絡(luò)合鐵法脫硫技術(shù)研究進(jìn)展［J］.化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù)，2003，24（5）：41-43.

［3］吳振中，曹作鋼，李永發(fā).絡(luò)合鐵法脫硫工藝研究進(jìn)展［J］.石化技術(shù)，2006，13（1）：45-48.

［4］尚海茹，劉有智，于永.絡(luò)合鐵法脫除硫化氫技術(shù)的發(fā)展［J］.天然氣化工，2010（1）：71-75.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.09.006

2016-07-28

（編輯莊景春）

劉百春，高級工程師，1977年畢業(yè)于江漢石油學(xué)院，從事油田油氣工程設(shè)計(jì)開發(fā)，E-mail：libd843@sohu.com.cn，地址：新疆維吾爾自治區(qū)塔里木油田油氣工程研究院，841000。