三嗪类脱硫剂在海上油田天然气系统的应用研究

2020-09-19刘霞

石油化工应用 2020年8期

刘霞

（东营职业学院，山东东营 257091）

渤海某油田于2002 年投产，共有7 个井口平台，1个中心处理平台，随着注水开发的不断进行，油田天然气中的硫化氢呈现了从无到有从低到高的变化，目前伴生气中检测的最高值为1 500 mg/L。硫化氢属于高毒气体，当其浓度达到1 000 mg/L 时，可瞬间致人死亡，此外硫化氢对油田的金属设备腐蚀非常严重，它能使设备产生氢脆及应力腐蚀，严重危害油田的安全生产。为降低天然气中的硫化氢含量，减少硫化氢对人员及设备的危害，本工作通过筛选不同类型的脱硫剂，优选出并在现场成功应用了新型三嗪类脱硫剂有效降低了天然气中硫化氢含量[1，2]。

1 试验部分

1.1 室内试验装置

玻璃吸收管；100 mL 具塞量筒；秒表；标准硫化氢钢瓶；减压阀；量程6 mL/min～60 mL/min 的流量计；2 %氢氧化钠溶液；指示剂；橡皮管若干；电子天平。

1.2 室内评价方法

将20 g 脱硫剂置于100 mL 带密封塞的磨口量筒中，使用标准硫化氢钢瓶向其中按一定的速度鼓入H2S 气体，当指示剂变色时，表示脱硫剂吸收H2S 已饱和，结束试验，记录最终的吸收时间。

1.3 现场试验工况

现场天然气处理系统包括冷凝器、气液分离器、脱硫剂注入设备、气液混合反应器、分离塔等，详细流程（见图1）。通过在现场管道投加脱硫剂，考察脱硫剂的应用效果以及加注量及天然气温度对脱硫效果的影响。

图1 现场天然气处理流程图

表1 不同类型脱硫剂的脱硫效果

2 结果与讨论

2.1 室内脱硫效果测试

选取市面上不同类型的脱硫剂，按照室内评价方法，将1 020 mg/m3的H2S 标准气以30 mL/min 的速度鼓入20 g 中脱硫剂，记录反应时间，其结果（见表1）。

从表1 中可知，在相同条件下，三嗪类脱硫剂效果优于醇胺类及醛类脱硫剂。三嗪类脱硫剂作为一种新兴的液体脱硫剂，可直接加注在天然气管道内，无需其他设备，使用方便且反应产物可降解，因此适用于海上油田生产。

2.2 脱硫剂理论加注量

油田现场天然气产量为42.47×104m3/d，硫化氢含量1 110 mg/m3，处理后天然气中硫化氢含量要求为100 mg/m3，因此每天需要吸收的硫化氢量为：

根据前期室内评价得知，脱硫剂3#对硫化氢的吸收能力为140 kg/t，现场脱硫剂的有效利用率为33 %，因此脱硫剂的理论加注量计算如下：

2.3 脱硫剂现场验证试验

根据理论推荐浓度在现场投加脱硫剂，加注量为9.3 t/d，持续检测处理前后天然气中硫化氢含量，数据结果（见图2）。

从图2 中得知，投加脱硫剂3#后，天然气硫化氢含量由1 000 mg/m3降低至100 mg/m3，说明脱硫剂3#具有良好的脱硫效果。现场试验中发现，三嗪类脱硫剂不仅脱硫效果良好，而且反应后产物对现场原油及污水处理流程均无影响，适用于海上应用。

2.4 药剂加注量对脱硫效果的影响

维持其他操作条件不变，考察不同加注量下，脱硫剂的脱硫效果，数据结果（见图3）。

从图3 中可以看出，随着药剂加注量的增多，处理后天然气中硫化氢含量逐渐降低，说明脱硫反应随着反应物的增多持续进行。综合现场指标及经济效益考虑，将现场加注量固定在9 t/d。

2.5 温度对脱硫效果的影响

保持脱硫剂加注量不变，通过调整冷凝器的操作参数，控制天然气温度在40 ℃到80 ℃内变动，每个温度梯度维持6 h，连续取样测试，考察温度对脱硫剂脱硫效果的影响，数据结果（见图4）。

图2 现场脱硫剂处理效果

图3 不同加注量下脱硫效果

图4 不同温度下脱硫效果

从图4 中可以看出，当天然气温度在40 ℃时，天然气中硫化氢平均值为160 mg/m3，当温度升高至60 ℃后，硫化氢平均值降低至80.8 mg/m3，随着温度的继续升高，天然气硫化氢含量平均值虽仍有降低，但变化值较小。温度升高会促进脱硫反应的进行，但由于三嗪类脱硫剂与H2S 反应活化能较低，反应速率相对较快，当温度升高到60 ℃后，热力学对反应的促进作用减弱，脱硫剂反应速度趋于平稳。