天然氣脫硫技術研究及應用分析

朱華，劉歡，趙永利，曾鳳玲

（新疆油田公司石西油田作業區，新疆 克拉瑪依 834000）

硫化氫是一種無機化合物，化學式為H2S。正常情況下是一種無色、易燃的酸性氣體，濃度低時帶惡臭，氣味如臭蛋,濃度高時反而沒有氣味，也是一種急性劇毒，吸入少量高濃度硫化氫可于短時間內致命。低濃度的硫化氫對眼、呼吸系統及中樞神經都有影響。油田天然氣中如含有一定量的硫化氫,則會對生產和人身帶來安全隱患,為確保天然氣中的硫化氫含量合格（H2S ≤20mg/m3），消除硫化氫對輸送管路、設備等造成腐蝕而帶來的安全隱患，需要對天然氣進行脫硫處理。

1 天然氣脫硫工藝研究

1.1 脫硫劑的選擇

從天然氣中脫除H2S 及有機硫有很多方法，從脫硫采用介質的物理表觀性質來說，有濕法與干法兩大類。

（1）濕法。濕法包括吸收法和濕式氧化法，以醇胺吸收為代表的化學吸收法已在工業大量應用，吸收法本質上是對氣體中的H2S 進行提濃，該法工藝本身存在腐蝕、溶液降解及發泡等操作困難；濕式氧化法脫硫效率高，可將H2S 一步轉化為單質硫，但廉價、高效、易再生、組成簡單、穩定性好的脫硫劑是濕式氧化法發展的難點。雖然濕法工藝脫硫負荷高，但由于工藝流程長、輔助支援系統復雜、投資高、能耗大，不適合脫除低壓、低含硫天然氣。

（2）干法。干法脫硫則包括氧化鐵法、活性碳法、分子篩法、離子交換法、電子柬照射法、膜分離法、生化法等。干法工藝通常適用于低含硫天然氣處理，雖然大部分干法工藝所用脫硫劑均不能再生，但具有流程短、輔助支援系統簡單、操作彈性大、脫除程度高、能耗小、投資低等優點，特別適用于氣體精細脫硫。干法工藝大多是利用固體脫硫劑吸收或者是轉化作用，將H2S 變成單質硫或者形成其他固體化合物。

在研究石西油田伴生氣壓力低（0.20 ～0.40MPa），H2S 含量低（130.00mg/Nm3），有機硫少，含重烴少（C5 及以上組分體積百分比小于2%），氣量不大10×104Nm3/d 等情況下，采用濕法脫硫不僅工藝流程長、輔助支援系統復雜，而且投資高、能耗大，不宜采用，而應采用干法脫硫。干法脫硫的缺點是脫硫劑可以再生，但是再生困難，過程不易控制，脫硫劑裝填與更換勞動強度大。

CT8-4 系列脫硫劑由四川天然氣研究院針對天然氣脫硫研制，以氧化鐵為基料研制，有CT8-4、CT8-4A 及CT8-4B 三種，近年又開發了CT8-6 脫硫劑，硫容高達30%以上。工業常用的是CT8-4B，主要差別是CT8-4B 不宜再生，但價格便宜。

FeS2具有燃點低，可在空氣中自燃的特性，與O2發生氧化還原反應又還原為Fe2O3，這一燃燒過程就是脫硫劑的再生過程（直接注入空氣即可），這一過程必須嚴格控制，否則將會燃燒成明火，損壞設備及脫硫劑，造成安全事故。同時脫硫劑再生不僅中斷脫硫過程，而且再生過程中析出的硫也易使床板結垢。

考慮到干法脫硫再生困難，過程難以控制，所以不采用再生工藝，采用CT8-6 脫硫劑，脫硫裝置主要設備有前端分離器1 臺、脫硫塔2 座，主要公用條件是冷卻水上水系統及污水排放系統。脫硫工藝流程如圖1。

圖1 CT8-4 系列脫硫工藝流程

1.2 脫硫流程

石西油田來伴生氣，壓力0.2 ～0.3MPa，氣量10×104Nm3/d，先經過高效旋流分離器分離，再通過新建的脫硫裝置脫硫，脫硫后的天然氣經增壓、冷卻、分離、脫水后外輸至石西氣站。

脫硫工藝采用二脫硫塔串并聯操作。脫硫工程首次開工時，可先開第一塔，待第一塔尾氣硫含量超過標準時，與第二塔串聯，在第二塔穿透前，更換第一塔脫硫劑，作為新的第一塔使用，雙塔倒換操作，從而即可保證脫硫劑的硫容又可保證脫硫產品氣的質量，脫硫劑更換可在不停車的條件下進行。脫硫劑用量，11 噸/年。單塔有效容積：12.56m3。10 個月更換一次，更換下來的脫硫劑可拉運至站外進行安全處理。脫硫裝置的塔底廢液經管道排入已建凝析油罐。

2 應用效果分析

2.1 現場應用情況

石西油田脫硫裝置在投產后，經3 次檢測伴生氣中H2S 含量經脫硫裝置處理后大幅降低，外交氣硫化氫含量為0.32mg/m3，效果明顯。表1 為石西油田脫硫裝置效果檢測表。

表1 石西油田脫硫裝置效果檢測表

該伴生氣系統干法脫硫裝置采用雙塔切換操作模式，1個操作周期的運行狀態如下：

（1）A 塔運行，B 塔待運；（2）A 塔—B 塔串聯運行；（3）B 塔運行，A 塔更換脫硫劑；（4）B 塔運行，A 塔待運；（5）B 塔—A 塔串聯運行；（6）A 塔運行，B 塔更換脫硫劑。

2.2 經濟效益

伴生氣經過脫硫處理后，大大降低了對設備、工藝管線的腐蝕。例如，石西油田壓縮機在往年大修時發現動力活塞、火花塞有嚴重的腐蝕，就是由于高含硫天然氣燃燒造成的，需要更換2 個動力活塞。在脫硫處理后，按每年節約2 個動力活塞和10 個火花塞估算,節約費用為12.05 萬元。

2.3 結論及下步建議

結論：通過脫硫裝置的合理選擇，降低了脫硫裝置設計處理量，充分利用已建設施，節省工程直接投資。伴生氣經過脫硫處理后，有利于對天然氣進行深處理，降低對設備、管線的腐蝕。采取增設脫硫處理工藝，消除了硫化氫對人身安全造成的安全隱患，降低了操作風險，降低檢修時發生硫化亞鐵自燃的風險。保障了外輸氣硫化氫含量合格。該裝置的建成，為油田后續開發處理高含硫天然氣奠定了基礎。