YS1井絡合鐵脫硫液參數優化研究

林飛　熊重寒

摘? 要：YS1井原料氣中的硫化氫含量為5.23%，為高含硫氣井，采用絡合鐵脫硫工藝。脫硫液指標對絡合鐵脫硫效果影響重大，該文基于YS1開井試采運行情況，在絡合鐵脫硫工藝原理研究的基礎上，對絡合鐵脫硫工藝裝置運行過程中的脫硫液參數進行優化。最終根據優化結果，指導藥劑添加量，保證YS1井的平穩運行。該文對絡合鐵脫硫液參數優化研究對絡合鐵脫硫工藝在國內的推廣應用具有一定的借鑒及指導意義。

關鍵詞：海相;高含硫氣藏;絡合鐵脫硫工藝;脫硫液;參數優化

中圖分類號：TE832? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

YS1井脫硫前原料氣中硫化氫含量為5.23%，為高含硫氣井，采用絡合鐵脫硫工藝進行脫硫處理。為滿足海相含硫氣井的大規模開發，在YS1井開展試采工作，以便在該構造圈閉內開展不同儲層類型、不同井型的氣藏產能評價，并落實開發技術，為下步整體建產做準備。同時，絡合鐵雙塔脫硫工藝在目前國內外油氣田中都沒有大規模工業應用，需要在YS1井試采，根據試驗情況對脫硫工藝進行調整及優化。該文通過對YS1井脫硫液運行參數進行統計、匯總，分析不同運行參數下的脫硫效果及裝置運行情況，對比優化后，確定最佳運行參數。同時，采用實驗與理論研究相結合的方式，指導現場藥劑的添加，確保脫硫液指標在最優的范圍內運行。

1 絡合鐵脫硫工藝原理

絡合鐵脫硫工藝為脫除H2S提供了一種常溫、低成本運行的方法，絡合鐵脫硫總反應為。

H2S + 1/2 O2 → H2O + S ? ? ? （1）

這一反應發生于鐵系水基溶液中，通過加入水溶性金屬離子完成該反應。因為在空氣或酸氣中，水溶性金屬離子容易被氧氣氧化，并有穩定的電極將硫離子氧化成單質硫。在水配比溶液中，含有金屬離子的水配比溶液易于將二價硫（HS-）的電子釋放形成單質硫，并在再生過程中將電子轉移給氧氣。

1.1 堿性水溶液吸收H2S、CO2

K2CO3 +H2S → KHCO3 + KHS? ? ? ? ? （2）

K2CO3 + CO2 +H2O→2KHCO3? ? ? ? ? ? ? （3）

1.2 析硫過程

2Fe3+（絡合態） + HS-→ 2Fe2+ （絡合態） + S↓ + H+ （4）

1.3 再生反應

2Fe2+ （絡合態） + 1/2O2 +H+ → 2Fe3+ （絡合態） + OH-

（5）

2KHCO3→K2CO3+ CO2 +H2O? ? ? ? ? ? ? （6）

2 脫硫液參數優化研究

2.1 脫硫液pH值優化研究

溶液吸收H2S、CO2后呈弱酸性，為穩定脫硫液的pH值，需在系統中加入堿性物質KOH。pH值過低，硫化氫吸收不完全，嚴重影響脫硫效果;pH過高，則會導致副反應的產生，造成藥劑的消耗。

通過實驗總結分析，絡合鐵脫硫工藝裝置穩定運行期間富液pH值保持在7.8～8.4，貧液pH值在8.4～8.8時脫硫效果最佳。

2.2 脫硫液ORP值優化研究

ORP值代表氧化還原能力，也即Fe3+與Fe2+的比例，ORP越高，氧化能力越強，Fe3+/Fe2+的比值越高，反之，ORP越低，Fe3+/Fe2+的比值越低。ORP較高時（大于-100 mV），系統操作運行穩定，但過高的ORP（大于-75 mV）會形成過度氧化，導致硫代硫酸鹽被氧化為硫酸鹽。另外，過低的ORP（-320 mV～-350 mV）會造成脫硫液的過度還原，導致催化劑鈍化失活。通常情況下，為保證系統催化劑的活性，富液ORP需維持在-250 mV～-350 mV，貧液ORP維持在-100 mV～-220 mV。

2.3 表面活性劑對硫磺起泡的研究

富液在氧化塔中再生成貧液，同時生成單質硫。大量的單質硫沉積于氧化塔錐形底，由硫漿泵抽出至硫磺成型單元。由于富液再生成貧液的過程中需要持續鼓入空氣，因此在單質硫形成的過程中，細小的硫顆粒會成為氣泡聚集的凝結核。硫周圍包裹著氣泡，會導致硫不能因重力而沉淀并積聚，反而會因為密度的原因漂浮在溶液表面，在宏觀上表現為脫硫液表面形成硫磺泡沫。脫硫液中不僅含有空氣，還含有其他有機化合物，也會導致硫泡沫的形成。

為了避免硫泡沫的形成，使硫沉積在氧化塔底部，需要在溶液中加入適量的表面活性劑。表面活性劑可以阻止氣泡聚集在硫顆粒周圍，從而使硫顆粒能夠順利沉降在氧化塔底部。

開車初始階段，表面活性劑的添加量依賴封瓶試驗來確定。封瓶試驗的主要步驟為：首先用透明的玻璃瓶或塑料瓶取氧化塔溶液樣品，用力搖勻后靜置樣品，同時注意觀察樣品中硫的沉降。若1分鐘之內硫完全沉降在底部，則不需要添加表面活性劑;若1分鐘后樣品表面仍懸浮有硫泡沫，向樣品中加入4滴表面活性劑，此時若硫磺迅速沉降則需要將表面活性劑的添加量增加5%～10%;若加入4滴表面活性劑后樣品表面產生白色泡沫或有漂浮的硫磺，則需要減少表面活性劑的添加量。

經過多次封瓶試驗并調整表面活性劑的添加量后，目前確定的穩定適用于YS1井脫硫裝置的表面活性劑添加量為，若每天產出1 t液體硫磺，需要每小時添加0.15 L表面活性劑。實際表面活性劑添加量的調整按此比例根據日產液硫的量來計算。

2.4 脫硫液固含量優化研究

脫硫液中含固量太高易導致設備及系統流程管線堵塞，有效降低溶液含固量，提高硫膏脫出效率，對整個脫硫系統平穩、長期運行至關重要。可通過優化硫漿泵機封冷卻管線、更換真空過濾機不銹鋼軸承、優化操作規程等方式提高硫膏產出效率，將脫硫液中含固量控制在4%以下。

3 脫硫液添加量優化

脫硫溶液是由一定比例的藥劑配比而成，生產中定時對脫硫溶液取樣化驗，并根據化驗數據來調整藥劑添加量。鐵離子催化劑添加速率為1.5 L/h～2 L/h，螯合劑47 L/h～55 L/h，殺菌劑0.3 L/h～0.4 L/h，表面活性劑1.5 L/h～2 L/h，45%KOH20-30 L/h。

4 結語

（1）絡合鐵脫硫液指標優化范圍：富液pH值7.8～8.4，貧液pH值8.4～8.8;富液ORP-250 mV～-350 mV，貧液ORP-100 mV～-220 mV，溶液含固量在4%以下，產出1 t液體硫磺，需要每小時添加0.15 L表面活性劑。

（2）采用實驗與理論研究相結合的方式，指導現場藥劑的添加，確保脫硫液指標在最優的范圍內運行，該研究方式為海相含硫氣井的進一步開發奠定了堅實的基礎。

參考文獻

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