吳基榮

中國石化西南油氣分公司

中國石化西南油氣分公司元壩凈化廠脫硫裝置采用中國石化“十條龍”科技攻關(guān)成果UDS-2國產(chǎn)化復(fù)合脫硫溶液，取得了良好的脫硫凈化效果，裝置于2014年建成投產(chǎn)后，實(shí)現(xiàn)了安全、環(huán)保、穩(wěn)定、長周期、高負(fù)荷的優(yōu)質(zhì)運(yùn)行，為“川氣東送”沿線城市供應(yīng)清潔能源提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障[1-2]。元壩氣田屬于高含硫氣田，H2S摩爾分?jǐn)?shù)5.95%，CO2摩爾分?jǐn)?shù)4.16%，高含量酸性組分對(duì)管線設(shè)備造成嚴(yán)重的腐蝕，為保證氣田集輸系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要連續(xù)向管網(wǎng)系統(tǒng)加注緩蝕劑，并定期采取批處理涂膜的方式進(jìn)行管線內(nèi)壁防腐處理。由于批處理屬于間歇式操作過程，在兩只清管球之間加入陽離子薄膜胺類等油溶性緩蝕劑及其配合溶劑，以高壓天然氣作為動(dòng)力源，推動(dòng)導(dǎo)向清管器和涂膜清管器進(jìn)行工作，使得管道內(nèi)壁涂上一層緩蝕劑保護(hù)膜[3-4]。在批處理期間，管道天然氣壓力存在波動(dòng)，天然氣容易攜帶緩蝕劑和氣田水等積液進(jìn)入天然氣凈化廠的脫硫系統(tǒng)，導(dǎo)致胺液遭受污染，引起脫硫溶液發(fā)泡，吸收塔攔液，閃蒸氣量間歇性波動(dòng)，凈化氣氣質(zhì)下降，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致裝置處理能力降低[5]。

為了確保天然氣凈化裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行，通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M，定性定量地評(píng)價(jià)了緩蝕劑對(duì)UDS-2脫硫溶液各項(xiàng)性能的影響。同時(shí)，通過工業(yè)化應(yīng)用過程的數(shù)據(jù)分析，提出了有針對(duì)性的預(yù)防措施和建議，可為天然氣凈化裝置的長周期安全平穩(wěn)運(yùn)行提供保障。

1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

新鮮UDS-2復(fù)合脫硫溶液，華東理工大學(xué)；元壩氣田純緩蝕劑(油溶性緩蝕劑)，美國GE公司；元壩氣田含輔助溶劑緩蝕劑(輔助溶劑和緩蝕劑的質(zhì)量比為1∶1)；N2，99.9%(φ)，四川恒發(fā)氣體有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，ZNN-D6B型，肯測儀器(上海)有限公司；恒溫水浴，HH-M4型，上海赫田科學(xué)儀器有限公司；全自動(dòng)表面張力儀，Sigma700型，芬蘭Biolin；傅里葉紅外光譜，Tensor-27型，德國布魯克公司；氣相色譜-質(zhì)譜儀，TSQ9000型，美國賽默飛公司；自組裝脫硫溶液發(fā)泡測定裝置。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

(1) 溶液黏度測定：液體黏度對(duì)起泡性能和泡沫穩(wěn)定性具有較大影響。因此，首先測定脫硫溶液中緩蝕劑濃度對(duì)液體黏度的影響規(guī)律。在25 ℃的恒溫水浴中，向UDS-2脫硫溶液中分別加入不同量的純緩蝕劑和含輔助溶劑緩蝕劑，充分?jǐn)嚢瑁昧傩D(zhuǎn)黏度計(jì)測定緩蝕劑的濃度對(duì)脫硫溶液黏度的影響。因?yàn)榫徫g劑具有一定的表面活性，緩蝕劑的黏度與脫硫溶液存在差異，當(dāng)二者充分混合后，可能因物質(zhì)官能團(tuán)不同產(chǎn)生一定的物理化學(xué)性質(zhì)變化，從而引起黏度、表面張力、導(dǎo)熱性能等物理性質(zhì)的變化。

(2) 溶液表面張力測定：根據(jù)天然氣凈化廠多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，每當(dāng)上游輸送來的原料天然氣中雜質(zhì)攜帶量增加，通常容易造成系統(tǒng)脫硫溶液發(fā)泡，運(yùn)行不穩(wěn)定[6-8]。主要原因是這些雜質(zhì)很多屬于氣田開發(fā)處理劑，如緩蝕劑、壓裂液、泡排劑等，它們多具有表面活性，會(huì)改變脫硫溶液表面張力，引起發(fā)泡。采用全自動(dòng)表面張力儀測定在25 ℃下脫硫溶液中加入不同量的純緩蝕劑和含輔助溶劑緩蝕劑引起的脫硫溶液表面張力的變化。

(3) 脫硫溶液受緩蝕劑污染的化學(xué)鑒定。在正常脫硫操作過程中，原料氣中不會(huì)攜帶上游各種氣田開發(fā)試劑。因此，導(dǎo)致脫硫溶液發(fā)泡的概率較低。而井口或集輸系統(tǒng)操作不穩(wěn)定或進(jìn)行批處理作業(yè)時(shí)，容易使氣田試劑帶入天然氣凈化廠脫硫單元的溶液中引起發(fā)泡。通過紅外光譜測定新鮮脫硫溶液和正在運(yùn)行的脫硫溶液的化學(xué)組成差異，由此推斷脫硫溶液是否受到上游氣田試劑的污染。

(4) 脫硫溶液發(fā)泡性能測試。根據(jù)氣流法測定原理[9]，采用如圖1所示的自組裝脫硫溶液發(fā)泡測定裝置，發(fā)泡管直徑40 mm，高度300 mm，以N2為氣源，在25 ℃下測定發(fā)泡管中停止通氣時(shí)脫硫溶液發(fā)泡的高度，并記錄泡沫高度衰減到原來高度一半時(shí)所需的時(shí)間，以泡沫高度和消泡時(shí)間判斷脫硫溶液的發(fā)泡傾向。

2 結(jié)果與討論

2.1 脫硫溶液黏度分析

油氣田常用緩蝕劑包括有機(jī)胺及其衍生物、咪唑啉及其鹽、季胺鹽類等。以連續(xù)加注方式進(jìn)行管道防腐的緩蝕劑通常配制成水溶液使用[10]。對(duì)于高含硫氣田而言，由于腐蝕速度快，集輸管線1～3個(gè)月要定期開展批處理緩蝕劑預(yù)膜作業(yè)。所選用的緩蝕劑主要包括油溶性緩蝕劑和水溶性緩蝕劑兩類，這兩種緩蝕劑黏度差異較大，且要求緩蝕劑在水相或油-水系統(tǒng)中能夠良好分散[11]?，F(xiàn)場管線防腐施工時(shí)，通常先將純緩蝕劑與輔助溶劑按一定比例混合后再噴注或涂敷在管壁上形成防腐膜層，所添加的輔助溶劑包括水或柴油等。在25 ℃的條件下，向脫硫溶液中分別加入質(zhì)量濃度為0～10 000 mg/m3的純緩蝕劑和含輔助溶劑的緩蝕劑(柴油和緩蝕劑的質(zhì)量比1∶1)，考察緩蝕劑濃度對(duì)脫硫溶液黏度的影響，結(jié)果見圖2。

從圖2可知，未加緩蝕劑的新鮮UDS-2脫硫溶液黏度為8.56 mPa·s，當(dāng)加入純緩蝕劑后，隨著加入緩蝕劑質(zhì)量濃度的增加，黏度先小幅度下降，再逐漸升高。直到緩蝕劑質(zhì)量濃度增加至10 000 mg/m3時(shí)，黏度達(dá)到8.61 mPa·s。脫硫溶液中逐漸加入含輔助溶劑的緩蝕劑，液體黏度緩慢下降，最終降至8.48 mPa·s。在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，無論是純緩蝕劑還是加有輔助溶劑的緩蝕劑，因添加濃度較低，對(duì)脫硫溶液黏度影響波動(dòng)范圍-0.93%～+0.58%，變化幅度絕對(duì)值低于1%，黏度值變化未超過±0.1 mPa·s，故緩蝕劑對(duì)脫硫溶液黏度的影響較小。

2.2 脫硫溶液表面張力分析

UDS-2脫硫溶液是由多種有機(jī)胺、阻聚劑、消泡劑、緩蝕劑等活性組分復(fù)配的混合溶液[12]，與單純MDEA水溶液相比，其組分更加復(fù)雜。從普光和元壩氣田兩座高含硫天然氣凈化廠使用該溶液的情況來分析，該溶液在正常脫硫操作條件下運(yùn)行平穩(wěn)，一旦原料氣中帶入液固雜質(zhì)或氣體流量、壓力發(fā)生頻繁波動(dòng)，就容易引起脫硫溶液發(fā)泡。通過向脫硫溶液中加入不同質(zhì)量濃度的純緩蝕劑和含輔助溶劑緩蝕劑，考察緩蝕劑質(zhì)量濃度對(duì)脫硫溶液表面張力的影響，結(jié)果見圖3。

由圖3可知，未加入緩蝕劑的UDS-2脫硫溶液，表面張力為21.6 mN/m。當(dāng)緩蝕劑質(zhì)量濃度從0提高至600 mg/m3時(shí)，脫硫溶液表面張力迅速增加至23.65 mN/m(純緩蝕劑)和23.02 mN/m(含輔助溶劑緩蝕劑)。緩蝕劑質(zhì)量濃度繼續(xù)從600 mg/m3提高至5 000 mg/m3時(shí)，脫硫溶液表面張力分別增至23.8 mN/m(純緩蝕劑)和23.43 mN/m(含輔助溶劑緩蝕劑)，此階段兩種緩蝕劑的增加均使得脫硫溶液表面張力緩慢增加。當(dāng)緩蝕劑質(zhì)量濃度由5 000 mg/m3增至10 000 mg/m3時(shí)，表面張力分別增至25.62 mN/m(純緩蝕劑)和23.76 mN/m(含輔助溶劑緩蝕劑)?？梢钥闯?，增加相同質(zhì)量濃度的純緩蝕劑和含輔助溶劑緩蝕劑，前者引起的脫硫溶液表面張力增加更顯著，說明純緩蝕劑表面張力較大。文獻(xiàn)[13]報(bào)道在30～40 ℃下，45%(w)的MDEA水溶液表面張力由51.54 mN/m降至49.72 mN/m，表明常溫下溫度變化對(duì)脫硫溶液表面張力的影響不大，但因UDS-2復(fù)配脫硫溶液中加入了多種表面活性成分，使其表面張力比傳統(tǒng)MDEA溶液明顯降低了約50%，這是該脫硫溶液容易發(fā)泡的一個(gè)重要原因。根據(jù)一般規(guī)律，表面活性劑加入水溶液會(huì)使溶液表面張力降低，溶液發(fā)泡趨勢增強(qiáng)。而從圖3發(fā)現(xiàn)，緩蝕劑加入脫硫溶液使水溶液的表面張力增加，但脫硫溶液的實(shí)際發(fā)泡傾向卻增強(qiáng)了。由此推測，表面張力不是影響發(fā)泡的唯一原因，應(yīng)該還有其他因素影響泡沫的形成和穩(wěn)定。

2.3 緩蝕劑對(duì)脫硫溶液抗發(fā)泡性能影響實(shí)驗(yàn)研究

2.3.1純緩蝕劑對(duì)脫硫溶液抗發(fā)泡性能的影響

在25 ℃的條件下，調(diào)節(jié)N2流量為250 mL/min和400 mL/min，分別考察不同質(zhì)量濃度的純緩蝕劑對(duì)UDS-2脫硫溶液抗發(fā)泡性能的影響，結(jié)果見圖4～圖6。

由圖4、圖5可知，UDS-2脫硫溶液的泡沫高度和消泡時(shí)間總體上均隨著緩蝕劑質(zhì)量濃度的增加而增大。其中，緩蝕劑質(zhì)量濃度從0增加到750 mg/m3這一階段，泡沫高度和消泡時(shí)間均呈現(xiàn)較緩和的上升，泡沫高度僅達(dá)到約15 mm，消泡時(shí)間為4～4.5 s，此階段泡沫層高度較低，消泡快，對(duì)脫硫系統(tǒng)不易構(gòu)成影響。在緩蝕劑質(zhì)量濃度從750 mg/m3增加到900 mg/m3這一階段，出現(xiàn)了泡沫層高度和消泡時(shí)間同時(shí)迅速增加的現(xiàn)象，表明緩蝕劑作為一種具有表面活性的物質(zhì)，當(dāng)積累到一定濃度后，在泡沫的液膜上形成一定膠束濃度的緩蝕劑，它增大了液膜的黏度和韌性，此時(shí)泡沫的穩(wěn)定性取決于液膜的排液速率，排液速率則受表面黏度的控制，表面黏度越大，排液速率越小，泡沫的壽命越長[14]。

從圖6可知，在緩蝕劑質(zhì)量濃度相同的情況下，氣速為400 mL/min引發(fā)的泡沫層高度及消泡時(shí)間均明顯高于氣速為250 mL/min的情況，說明實(shí)驗(yàn)條件下較高氣速可以起到良好的氣液攪拌作用，激發(fā)更多氣泡，且消散時(shí)間增長。在相同的氣速下，隨著緩蝕劑濃度的提高，泡沫變得更具穩(wěn)定性。因此，泡沫層厚度變高，消散時(shí)間延長。

2.3.2含輔助溶劑緩蝕劑對(duì)脫硫溶液抗發(fā)泡性能的影響

在分析了純緩蝕劑對(duì)脫硫溶液發(fā)泡影響的規(guī)律之后，考慮到集輸管線的批處理過程，為了提高管線的防腐效果，一般是將溶劑與緩蝕劑按一定比例調(diào)配好，形成一定黏度的工作液，通過設(shè)備涂敷到管線內(nèi)壁上。因此，需要對(duì)比分析加有輔助溶劑的緩蝕劑對(duì)脫硫溶液發(fā)泡的影響規(guī)律。

在25 ℃的條件下，調(diào)節(jié)N2流量為250 mL/min和400 mL/min，分別考察不同質(zhì)量濃度的含輔助溶劑緩蝕劑對(duì)UDS-2脫硫溶液抗發(fā)泡性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖7～圖9。

由圖7～圖9可知，當(dāng)氣速為250 mL/min時(shí)，隨著含輔助溶劑緩蝕劑的質(zhì)量濃度從0增至3 500 mg/m3，UDS-2脫硫溶液的泡沫高度從6 mm增至36 mm，消泡時(shí)間從3 s增至13 s。在400 mL/min的氣速下，不斷提高緩蝕劑質(zhì)量濃度，泡沫高度從13 mm增加到47 mm，消泡時(shí)間從3 s增至16.5 s。兩種氣速下泡沫高度和消泡時(shí)間均隨緩蝕劑質(zhì)量濃度的提高呈現(xiàn)較均勻的增長趨勢。

UDS-2脫硫溶液屬于復(fù)配溶劑，其組分中添加有阻泡劑。因此，少量緩蝕劑帶入脫硫溶液中，可依靠脫硫溶液本身阻泡劑產(chǎn)生一定的泡沫抑制效果，但從圖7～圖9可知，緩蝕劑質(zhì)量濃度增大后，脫硫溶液的抗發(fā)泡性就逐漸下降。與低氣速相比，高氣速導(dǎo)致氣液混合加劇，泡沫層高度增加，消泡時(shí)間延長，不利于脫硫溶液的穩(wěn)定運(yùn)行，氣液夾帶趨勢更趨嚴(yán)重，需要考慮加入阻泡劑抑制泡沫。

2.3.3不同緩蝕劑對(duì)脫硫溶液抗發(fā)泡性能的影響

為了考察在相同氣速下兩種緩蝕劑引起脫硫溶液發(fā)泡的差異性，分別在250 mL/min和400 mL/min兩種典型氣速下進(jìn)行脫硫溶液發(fā)泡實(shí)驗(yàn)，緩蝕劑質(zhì)量濃度變化范圍為0～3 500 mg/m3，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖10和圖11。

由圖10可知，在250 mL/min的低氣速下，當(dāng)緩蝕劑質(zhì)量濃度在小于750 mg/m3的低濃度范圍時(shí)，加有兩種不同緩蝕劑的脫硫溶液泡沫高度很接近，約為15 mm。當(dāng)緩蝕劑質(zhì)量濃度從750 mg/m3開始逐漸增加，兩種脫硫溶液泡沫高度的差異增大，其中，含純緩蝕劑的脫硫溶液泡沫高度明顯高于含溶劑的緩蝕劑。原因是加入純緩蝕劑，其在脫硫溶液中有效濃度明顯高于加入含輔助溶劑的緩蝕劑，緩蝕劑濃度越高，越有利于在泡沫表面形成穩(wěn)定液膜。因此，泡沫不易破裂消散。將圖10與圖11對(duì)比發(fā)現(xiàn)，隨著氣速的增加，加純緩蝕劑的脫硫溶液泡沫高度繼續(xù)顯著增加，其質(zhì)量濃度增加到1 700 mg/m3時(shí)，泡沫層高度達(dá)到77 mm，但加有相應(yīng)質(zhì)量濃度含輔助溶劑緩蝕劑的脫硫溶液，泡沫高度僅35 mm。由此說明，將含有溶劑的緩蝕劑加入脫硫溶液，其發(fā)泡趨勢比加入純緩蝕劑更為輕微。

2.4 緩蝕劑對(duì)工業(yè)裝置脫硫溶液的影響

2.4.1緩蝕劑污染脫硫溶液化學(xué)鑒定及其含量分析

取元壩凈化廠4套脫硫裝置的貧液樣品與新鮮UDS-2脫硫溶液樣品做紅外光譜圖分析。經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，4個(gè)貧液樣品的紅外光譜在2 170.2～2 183.3 cm-1、1 257.7～1 260.5 cm-1、1 197.6～1 198.0 cm-1和1 134.4～1 136.0 cm-1這4個(gè)區(qū)域均出現(xiàn)了新鮮UDS-2脫硫溶液未出現(xiàn)的吸收峰，表明再生貧液中含有不屬于原UDS-2溶劑的雜質(zhì)組分官能團(tuán)，推測這些雜質(zhì)組分可能源于緩蝕劑等成分，見圖12。

進(jìn)一步對(duì)緩蝕劑樣品進(jìn)行紅外光譜比對(duì)發(fā)現(xiàn)(見圖13)，除2 170～2 184 cm-1范圍內(nèi)未出現(xiàn)明顯的吸收峰以外，緩蝕劑的紅外光譜中1 267.6 cm-1、1 210.6 cm-1和1 126.3 cm-1這3處出現(xiàn)的吸收峰均與上述貧液中雜質(zhì)組分官能團(tuán)的吸收峰相吻合，表明脫硫貧液中的確含有緩蝕劑組分。

為了進(jìn)一步確認(rèn)脫硫貧液中緩蝕劑的存在，對(duì)取自不同聯(lián)合的脫硫貧液進(jìn)行頂空氣質(zhì)聯(lián)用外標(biāo)法分析測試，分析測試結(jié)果與緩蝕劑樣品的頂空氣質(zhì)聯(lián)用分析結(jié)果一致，且與紅外光譜分析結(jié)果相吻合。根據(jù)氣質(zhì)聯(lián)用儀譜圖中緩蝕劑保留時(shí)間9.153 min的質(zhì)譜峰響應(yīng)值，結(jié)合各樣品響應(yīng)峰的峰強(qiáng)度，可初步判斷各裝置脫硫溶液中緩蝕劑含量的大小順序?yàn)椋?聯(lián)合>2聯(lián)合>3聯(lián)合> 4聯(lián)合。

2.4.2脫硫貧液與新鮮脫硫溶液理化性質(zhì)對(duì)比

表1 脫硫貧液和新鮮UDS-2脫硫溶液理化性質(zhì)樣品MDEA質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%密度(25 ℃)/(g·cm-3)黏度(25 ℃)/(mm2·s-1)表面張力(25 ℃)/(mN·m-1)1聯(lián)合脫硫貧液47.811.040 86.2749.32聯(lián)合脫硫貧液51.111.044 27.0250.53聯(lián)合脫硫貧液45.321.046 76.0751.44聯(lián)合脫硫貧液48.261.038 66.4651.8新鮮UDS-2脫硫溶液50.001.048 07.9423.0

由表1可知，4套聯(lián)合裝置的脫硫貧液MDEA質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體上比新鮮脫硫溶液偏低，密度均為1.04 g/cm3左右，也比新鮮脫硫溶液偏低，其原因是脫硫溶液中MDEA質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降了，水分比例升高，導(dǎo)致脫硫溶液密度輕微下降。4種脫硫貧液的黏度均小于新鮮UDS-2脫硫溶液的黏度，這是因?yàn)镸DEA黏度遠(yuǎn)大于水的黏度，當(dāng)脫硫溶液中MDEA質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降，其黏度亦隨之下降。從4套聯(lián)合裝置脫硫貧液的表面張力數(shù)據(jù)分析，最大值為51.8 mN/m，最小值為49.3 mN/m，但都遠(yuǎn)高于相近質(zhì)量分?jǐn)?shù)下新鮮UDS-2脫硫溶液的表面張力23.0 mN/m，說明脫硫貧液的理化性質(zhì)的確因緩蝕劑的帶入發(fā)生了明顯變化，是誘發(fā)脫硫溶液發(fā)泡的重要因素。

2.4.3脫硫裝置溶液抗發(fā)泡性能測試

從4套聯(lián)合裝置分別取再生之后的脫硫貧液，與新鮮UDS-2脫硫溶液一起進(jìn)行抗發(fā)泡實(shí)驗(yàn)對(duì)比，結(jié)果見表2。

表2 脫硫貧液和新鮮UDS-2脫硫溶液的抗發(fā)泡性能對(duì)比溶劑氣速/(mL·min-1)N2氣流泡沫高度/mm消泡時(shí)間/s1聯(lián)合脫硫貧液25082.168.82聯(lián)合脫硫貧液25051.322.33聯(lián)合脫硫貧液25057.922.04聯(lián)合脫硫貧液25036.417.6新鮮UDS-2脫硫溶液25010.09.1

由表2數(shù)據(jù)可知，4種脫硫貧液的抗發(fā)泡性能與新鮮脫硫溶液相比均明顯變差，其中1聯(lián)合脫硫貧液的發(fā)泡高度最高，達(dá)到82.1 mm，是新鮮脫硫溶液的8.2倍，消泡時(shí)間為68.8 s，為新鮮脫硫溶液的7.5倍。

2.4.4工業(yè)應(yīng)用中的實(shí)際影響

在元壩氣田5年的工業(yè)運(yùn)行過程中，批處理緩蝕劑進(jìn)入脫硫溶液系統(tǒng)主要表現(xiàn)出的影響為：緩蝕劑影響了脫硫溶液的理化性質(zhì)，使溶液穩(wěn)定性變差，抗發(fā)泡性能降低，從而導(dǎo)致脫硫裝置沖塔，嚴(yán)重時(shí)甚至造成產(chǎn)品氣放空、脫硫溶液竄入三甘醇脫水系統(tǒng)等問題。表3為元壩氣田近3年因緩蝕劑進(jìn)入脫硫溶液引發(fā)的脫硫系統(tǒng)故障案例。

表3 元壩氣田緩蝕劑引發(fā)脫硫系統(tǒng)故障案例日期裝置批處理導(dǎo)致處理量下降值(104 m3·h-1)實(shí)際影響2017-10-153聯(lián)合70迅速發(fā)泡,再生塔沖塔2018-01-023聯(lián)合60閃蒸罐超壓,引發(fā)再生塔淹塔2016-12-031聯(lián)合60脫硫塔沖塔,溶劑跑損2016-01-044聯(lián)合120脫硫塔沖塔

2.4.5緩蝕劑引發(fā)脫硫溶液發(fā)泡原因分析

根據(jù)已有的研究表明，泡沫的穩(wěn)定性取決于以下因素：

(1) 表面張力。單純的表面張力并不是影響泡沫穩(wěn)定性的決定因素。從能量角度考慮，低表面張力有利于泡沫的形成，但不能保證泡沫具有較好的穩(wěn)定性，只有當(dāng)表面膜具有一定強(qiáng)度，能形成多面體的泡沫時(shí)，低表面張力才有助于泡沫的穩(wěn)定[15]。本研究中被緩蝕劑污染的脫硫溶液表面張力明顯高于新鮮UDS-2脫硫溶液，推測表面張力可能不是引發(fā)起泡的最主要因素。

(2) 溶液黏度影響液膜的排液過程。由于液膜是由兩層表面活性劑中夾一層溶液構(gòu)成，如果液體本身黏度較大，則液膜中的液體不易排出，液膜厚度變小的速度較慢，因而延緩了液膜破裂時(shí)間，增加了泡沫的穩(wěn)定性。但是應(yīng)該注意，液體內(nèi)部黏度僅為輔助因素，若沒有形成表面膜，則內(nèi)部黏度再大也不一定能形成穩(wěn)定泡沫。若體系中既有增大液相黏度的物質(zhì)又有增大表面黏度的物質(zhì)時(shí)，泡沫的穩(wěn)定性就會(huì)大大提高。本研究中受污染的脫硫溶液黏度比新鮮脫硫溶液低，因?yàn)榍罢咚趾勘群笳吒?，所以黏度所致溶液起泡可能也不是?dǎo)致脫硫溶液發(fā)泡的主要原因。

(3) 表面黏度。表面黏度是指表面膜液體單分子層內(nèi)的黏度。這種黏度主要是表面活性分子在其表面單分子層內(nèi)的親水基間相互作用及水化作用而產(chǎn)生。表面黏度越大，膜的強(qiáng)度越大，泡沫穩(wěn)定性也就越好。表面膜的強(qiáng)度與表面吸附分子間的相互作用有關(guān)，相互作用越大，膜強(qiáng)度也越大。由于高分子有機(jī)化合物分子量通常較大，分子間作用力較強(qiáng)，故其水溶液所形成的泡沫穩(wěn)定性較高。批處理緩蝕劑多為有機(jī)胺衍生物、季胺鹽、咪唑啉等物質(zhì)，夾帶柴油溶劑或其他黏性液體，當(dāng)上述物質(zhì)引入脫硫溶液時(shí)，可能會(huì)提高泡沫表面膜的黏度和彈性，使穩(wěn)定性提高。

3 結(jié)論

(1) 緩蝕劑對(duì)脫硫溶液黏度的影響很小，但對(duì)脫硫溶液表面張力的影響比較顯著，被污染脫硫溶液的表面張力均隨緩蝕劑質(zhì)量濃度的增加而增大，脫硫溶液的泡沫高度和發(fā)泡時(shí)間隨緩蝕劑質(zhì)量濃度的增加而升高；當(dāng)緩蝕劑質(zhì)量濃度相同時(shí)，脫硫溶液的泡沫高度隨氣速的增加而增大。

(2) 應(yīng)用于元壩氣田的緩蝕劑雖導(dǎo)致脫硫溶液表面張力增加，但緩蝕劑有可能改變泡沫表面膜黏度和彈性，起到穩(wěn)定泡沫的作用。高含硫天然氣帶來的強(qiáng)烈腐蝕引起脫硫溶液中Fe2+離子濃度增加，進(jìn)而與H2S生成FeS細(xì)小顆粒附著在泡沫表面，增強(qiáng)了泡沫的穩(wěn)定性，可能是引起脫硫溶液發(fā)泡的主要原因。加之脫硫溶液本身是多種活性組分的復(fù)配溶劑，各種化學(xué)組分在氣液流速變化、壓力波動(dòng)、外界雜質(zhì)多因素的共同影響下促進(jìn)了泡沫的穩(wěn)定形成。

(3) 在工業(yè)裝置運(yùn)行過程中，上游批處理時(shí)緩蝕劑隨原料氣攜帶進(jìn)入脫硫溶液系統(tǒng)，引發(fā)裝置發(fā)泡、沖塔、溶劑損失等問題。有效的解決措施是：①針對(duì)氣田緩蝕劑的理化性質(zhì)，使用段塞流捕集器、重力式分離器進(jìn)行預(yù)處理；②加強(qiáng)上下游之間的信息溝通，在批處理前將裝置調(diào)控在一個(gè)穩(wěn)定、抗發(fā)泡性強(qiáng)的工況，通常以加注表面活性劑的方式進(jìn)行控制；③調(diào)控裝置參數(shù)，控制原料氣流速，即在有嚴(yán)重發(fā)泡趨勢的工況下，合理降低裝置處理負(fù)荷，以避免發(fā)泡。