油田含硫污水气提塔酸度调节剂的筛选研究

2018-11-08孙士平

石油工程建设 2018年5期

孙士平

中油（新疆）石油工程有限公司，新疆克拉玛依 834000

1 项目背景

某油田含硫污水来液温度为80℃，矿化度为220 000 mg/L，含等。其中Ca2+含量高达11 000 mg/L，Cl-含量达135 900 mg/L，H2S含量200 mg/L，具有高矿化度、高氯离子、高硫化氢特点。油田含硫污水会对设备、管道造成严重腐蚀[1-4]。因管道腐蚀穿孔泄漏而停产、维修设备，不仅大大降低了管道的输送效率，而且增加了管道运行费用和维护的难度[5-6]。同时，由于油田污水中含有一些具有毒性且难以快速降解的物质，一旦污水泄漏将导致土壤、地下水环境、周边的水域、耕地以及环境严重污染，且难治理恢复。为降低H2S对油田设备、管道等设施的腐蚀，抑制污水结垢[9-10]，根据油田含硫污水当前处理方法[11-13]，采用气提塔[14-16]对含硫污水进行处理，脱除污水中的H2S，使脱硫后污水的H2S含量小于30 mg/L。为确保污水中H2S以游离态形式存在，避免脱除H2S的过程中，因污水中H+转化为游离态H2S而使污水pH值增加，原污水系统的电离平衡破坏，导致腐蚀结垢趋势增大，故需在气提塔上游加注酸度调节剂[17]。

加注酸度调节剂将水的pH值调节至酸性，防止碱性垢的形成；同时，与结垢离子形成配合物，减小沉淀物。考虑含硫污水的pH值（pH=5.61），优选加注酸度调节剂。

酸度调节剂分为两大类：无机酸和有机酸[18]。无机酸主要包括盐酸、硫酸、磷酸，常见的有机酸包括柠檬酸、酒石酸、己二酸等。考虑到酸强度和浓度，在气提塔工艺过程中，分别采用无机酸（盐酸、硫酸）和有机酸（柠檬酸）为酸度调节剂，以加药量、脱除率和失钙率为评价指标，选择适用于某油田含硫污水气提塔工艺要求的酸度调节剂。

2 实验条件

实验药剂：工业级浓盐酸、浓硫酸、柠檬酸。

实验仪器：精密恒温水浴、瑞士万通916自动电位滴定仪、脱硫评价实验装置。

实验方法：H2S含量的测定按照纳锘仪器《石油产品中硫化氢、羰基硫、硫醇的电位滴定法测量》[19]；pH值的测定采用SY/T 5523-2016《油气田水分析方法》[20]第5.2.6节规定的方法进行；失钙率的测定采用SY/T 5523-2016《油气田水分析方法》[20]第5.2.3节规定的方法进行。

3 实验装置

根据气提塔原理，建立了1套用于气提塔脱硫评价实验装置。该装置主要由氮气瓶、气体转子流量计、精密恒温水浴、循环冷却水、气体缓冲瓶、多通阀和H2S吸收瓶组成。实验装置如图1所示。

图1 气提塔脱硫实验装置

4 实验步骤

（1）试样制备：向含硫污水中加注一定量酸度调节剂。

（2）精密恒温水浴的温度设置为80℃，打开循环冷却水，打开多通阀。

（3）装载试样：打开脱硫器试样加载（标记为红色），将80℃250 mL试样放入脱硫器中，并拧紧塞子。

（4）脱硫：打开氮气瓶的出口阀，通过气体转子流量计调节氮气流量，通气至实验所需时间。

（5）测试：关闭氮气瓶的出口阀，打开脱硫器样品加载口，转移脱硫后的试样，测试试样中H2S含量和失钙率。

（6）评价：通过实验前后的pH值、H2S含量和Ca2+浓度的变化来确定各酸度调节剂加药量对H2S脱除率和失钙率的影响。

5 实验结果及分析

通过各酸度调节剂脱硫实验，得各酸度调节剂加药量、实验前后的pH值、H2S含量和失钙率结果，详见表1。

由表1可知：其一，三种酸度调节剂均可达到调节含硫污水pH值要求。当pH值为定值时，各酸度调节剂加药量大小顺序：盐酸＜硫酸＜柠檬酸。其二，加注各酸度调节剂含硫污水气提2 min和10 min，均达到脱硫指标要求，脱硫效果随气提时间延长而增强。加注各酸度调节剂含硫污水同一气提时间脱硫效果顺序：硫酸＞盐酸＞柠檬酸。其三，含硫污水气提后，pH值增大，进一步证明污水中的H+转化至游离态H2S中被氮气气提脱除。当初始pH值为某定值时，加注各酸度调节剂则含硫污水不同气提时间对应的pH值增大顺序：盐酸＞硫酸＞柠檬酸。此实验数据说明柠檬酸加注的H+转至游离态H2S中，H2S被氮气气提脱除过程中对原含硫污水系统的电离平衡影响最小，pH值变化最小。其四，含硫污水气提后，因含硫污水系统的电离平衡影响，均有失钙现象发生，失钙率随气提时间增大而增大。当初始pH值为某定值时，加注各酸度调节剂则含硫污水同一气提时间对应的失钙率顺序：硫酸＞盐酸＞柠檬酸，此结果与前述分析一致。当向含硫污水中加注硫酸后，与污水中含有的Ca2+、Se2+反应，会产生CaSO4和SeSO4等硬垢。此种硬垢不能用常规试剂清洗，需要使用特殊试剂清除，不利于气提塔的长期运行。