脱硫塔处理尾气工艺技术

摘要：针对辽河油田某蒸汽驱油藏尾气处理存在的问题，通过调研和研究，开展了一种新的脱硫方式，经现场应用后见到好的效果。

关键词：蒸汽驱;尾气;硫化氢;脱硫

前言

蒸汽驱是在一定的井网条件下，通过注入蒸汽将地下原油加热，并驱到周围生产井后产出。由于石油的特殊组分及油层加热后温度影响，采出的气体（尾气）由水蒸汽、二氧化碳、甲烷、硫化氢和其他少量气体组成，其中硫化氢为有毒气体，XX 块在吞吐开发阶段就有少量的硫化氢产生，但产出量相对较少。转蒸汽驱后，随着蒸汽的不断注入及汽驱产量的不断增加，硫化氢的产出逐渐增多，为现场生产带来一定的危害。因此，建立一套稠油尾气回收利用工艺技术，使尾气变废为宝，对于稠油蒸汽驱的生产具有重要的意义。

1 硫化氢分布现状

XX块蒸汽驱油井内的平均硫化氢浓度已经由转驱前的89mg/m3上升到目前的796 mg/ m3，上升了近8 倍。并且部分油井硫化氢浓度已经达到1500 mg/ m3。目前硫化氢浓度较高的油井主要集中在XX块的主题部位[1]。随着油井硫化氢含量的升高，生产系统的尾气危害也随之增大。

2.硫化氢的物理性质及产生机理

硫化氢为一种无色透明，有臭鸡蛋味的气体，可溶于水，有毒，可燃，密度为1.52g/L。油井中产生硫化氢的主要原因：原油中硫醇、硫醚等有机硫化物在高温下反应生成硫化氢;地层中含硫矿物在高温下反应生成硫化氢;地层水中硫酸盐还原菌在油层条件下将硫酸盐还原成硫化氢。蒸汽驱是稠油热采的一种主要手段。在高温蒸汽作用下，油藏中的硫化物极易发生化合作用生成硫化氢，然后伴随原油从井底流到地面，并从原油中释放出来。XX 块硫化氢的产生主要是高温作用下原油中有机硫化物在高温下反应生产硫化氢。

3早期尾气处理措施

3.1 回收燃烧

利用硫化氢的可燃性，采取套管气回收燃烧的办法去除硫化氢。具体方法是：在井口水套炉制作两个火嘴，一是外来气火嘴，二是本井套管气火嘴。当两火嘴同时燃烧时，由于二氧化碳含量过高（达到80%左右），套管气火嘴易将外来气火嘴吹灭，造成无法同时燃烧。同时，燃烧后的硫磺滞留在加热炉内，需定期清理。

3.2 碱性溶液稀释中和

利用硫化氢呈酸性且易溶于水的物理化学性质，将尾气排入高架罐，灌口连接管线，导入碱性溶液喷淋稀释硫化氢气体。这种方法可在一定程度上可中和硫化氢气体，但处理不彻底，工作场所硫化氢气味浓重，中和后液体进入系统，需二次处理。

3.3 集中回收排放

由于硫化氢密度低于空气密度，高空排放的结果是硫化氢在院里排放地点处回到地面，造成地面局部地区硫化氢含量增高，易发生中毒。

以上三种处理方式，都存在较大弊病，特别是对大气环境污染较大。

4 脱硫塔处理尾气工艺技术

根据尾气中各成分气体的物理和化学性质不同[2]，通过处理工艺将各成分气体分离和转化，具体流程为：尾气随产出液一起进入采油站，经采油站分离器和空冷器处理后，脱去气体中的水蒸气进入脱硫塔。经过脱硫處理脱硫后进入处理厂，分离出干冰和天然气。脱硫塔内药回收处理提取硫磺。最终使蒸汽驱井伴生的具有污染性的尾气变成了具有商业价值的硫磺、干冰和天然气。

干法脱硫技术所使用的固体脱硫剂包括氧化铁、泡沸石和分子筛等，其原理主要是脱硫剂中的碱性物质（如氧化铁）与H2S（酸性）反应生成硫化物和水，从而脱出H2S。

化学反应方程式：

2Fe（OH）3·XH2O+3H2S=Fe2S3·XH2O+6H2O（脱硫）

Fe2O3·XH2O+3H2S=Fe2S3·XH2O+3H2O（脱硫）

Fe2S3=2FeS+S（大部分分解）

XX块共有23个基层站，根据油井及基层站分布以及各站产气量的大小，建立了脱硫点8个，共计32个脱硫塔。处理后的气体硫化氢含量均达到国家规定的小于10mg/m3。

对干法脱硫应用情况进行总结归纳，具有以下特点：

（1）干法脱硫技术具有工艺简单、方便灵活、便于实施、一次性投资少的优势。

（2）脱硫精度高，能使脱硫后的天然气中的硫化氢含量小于10mg/m3。

（3）干法脱硫技术便于操作，脱硫装置只是固定的脱硫塔，无需增加额外的操作人员。

（4）成本低，XX块处理天然气脱硫成本不超过0.3元/m3。

（5）脱硫后药品进处理后，可重复使用。

5 脱硫药剂投放量匹配

更换塔内脱硫剂为每半年一次，脱硫剂在下次换药前，其活性会不断下降，这时脱硫塔在转化硫化氢时，使后期处理尾气能力下降，转化率降低，通过实验制定合理配比脱硫剂的投入量。

实验机理为：过量的乙酸锌溶液吸收气样中的硫化氢，生成硫化锌沉淀（反应式：H2S+Zn（Ac）2=ZnS+2HAc），然后加入碘溶液氧化生成的硫化锌，剩余的碘用硫代硫酸钠标准溶液滴定测量硫化氢的浓度[3]。

通过采用不同配比实验计算硫化氢转化率。实验结果表明，在药剂量为63Kg/1000m3时，转化率到达96%的峰值，药剂量继续加大，转化率没有明显变化，因此，确定加药量为62Kg/1000m3进行最广应用。

6二氧化碳、天然气和硫磺回收

利用二氧化碳和天然气的临界压力不同，将除去硫化氢气体经过压缩，可将二氧化碳转化成干冰，预计年回收干冰3.87万吨，天然气收集后进入系统。处理脱硫药剂，将滤出的硫磺通过熔硫装置提取纯度较高的硫磺，可作为产品销售。

7 结论

（1）该项工艺技术，有效的治理了蒸汽驱尾气污染问题，对比以往的处理方法，工艺简单、方便灵活、便于实施，转化率可达95%以上。

（2）通过处理厂对脱硫气体的处理，可以将脱硫气体分离出天然气和干冰，脱硫后药品可重复使用。

（3）优化脱硫药剂优化配比，最终确定单塔脱硫剂合理投加量为处理1000m3气加入62kg。

参考文献：

[1] 付崇清.石油地质与工程[J].2007（21）：39～41.

[2] 李孟涛，单文文，刘先贵，尚根华.超临界二氧化碳混相驱油机理实验研究 [J].石油学报，2006（3）：81～82.

[3] 张方礼，赵洪岩.辽河油田稠油注蒸汽开发技术[M].北京：石油工业出版社，2007：99 ～100.

作者简介：

刘军（1978.10—），男，工程师，2004年毕业于东北师范大学“公司管理”专业，2005年毕业于华东石油大学“石油工程”专业，现从事油气田开发和管理工作。