脫硫塔處理尾氣工藝技術

摘要：針對遼河油田某蒸汽驅油藏尾氣處理存在的問題，通過調研和研究，開展了一種新的脫硫方式，經現場應用后見到好的效果。

關鍵詞：蒸汽驅;尾氣;硫化氫;脫硫

前言

蒸汽驅是在一定的井網條件下，通過注入蒸汽將地下原油加熱，并驅到周圍生產井后產出。由于石油的特殊組分及油層加熱后溫度影響，采出的氣體（尾氣）由水蒸汽、二氧化碳、甲烷、硫化氫和其他少量氣體組成，其中硫化氫為有毒氣體，XX 塊在吞吐開發階段就有少量的硫化氫產生，但產出量相對較少。轉蒸汽驅后，隨著蒸汽的不斷注入及汽驅產量的不斷增加，硫化氫的產出逐漸增多，為現場生產帶來一定的危害。因此，建立一套稠油尾氣回收利用工藝技術，使尾氣變廢為寶，對于稠油蒸汽驅的生產具有重要的意義。

1 硫化氫分布現狀

XX塊蒸汽驅油井內的平均硫化氫濃度已經由轉驅前的89mg/m3上升到目前的796 mg/ m3，上升了近8 倍。并且部分油井硫化氫濃度已經達到1500 mg/ m3。目前硫化氫濃度較高的油井主要集中在XX塊的主題部位[1]。隨著油井硫化氫含量的升高，生產系統的尾氣危害也隨之增大。

2.硫化氫的物理性質及產生機理

硫化氫為一種無色透明，有臭雞蛋味的氣體，可溶于水，有毒，可燃，密度為1.52g/L。油井中產生硫化氫的主要原因：原油中硫醇、硫醚等有機硫化物在高溫下反應生成硫化氫;地層中含硫礦物在高溫下反應生成硫化氫;地層水中硫酸鹽還原菌在油層條件下將硫酸鹽還原成硫化氫。蒸汽驅是稠油熱采的一種主要手段。在高溫蒸汽作用下，油藏中的硫化物極易發生化合作用生成硫化氫，然后伴隨原油從井底流到地面，并從原油中釋放出來。XX 塊硫化氫的產生主要是高溫作用下原油中有機硫化物在高溫下反應生產硫化氫。

3早期尾氣處理措施

3.1 回收燃燒

利用硫化氫的可燃性，采取套管氣回收燃燒的辦法去除硫化氫。具體方法是：在井口水套爐制作兩個火嘴，一是外來氣火嘴，二是本井套管氣火嘴。當兩火嘴同時燃燒時，由于二氧化碳含量過高（達到80%左右），套管氣火嘴易將外來氣火嘴吹滅，造成無法同時燃燒。同時，燃燒后的硫磺滯留在加熱爐內，需定期清理。

3.2 堿性溶液稀釋中和

利用硫化氫呈酸性且易溶于水的物理化學性質，將尾氣排入高架罐，灌口連接管線，導入堿性溶液噴淋稀釋硫化氫氣體。這種方法可在一定程度上可中和硫化氫氣體，但處理不徹底，工作場所硫化氫氣味濃重，中和后液體進入系統，需二次處理。

3.3 集中回收排放

由于硫化氫密度低于空氣密度，高空排放的結果是硫化氫在院里排放地點處回到地面，造成地面局部地區硫化氫含量增高，易發生中毒。

以上三種處理方式，都存在較大弊病，特別是對大氣環境污染較大。

4 脫硫塔處理尾氣工藝技術

根據尾氣中各成分氣體的物理和化學性質不同[2]，通過處理工藝將各成分氣體分離和轉化，具體流程為：尾氣隨產出液一起進入采油站，經采油站分離器和空冷器處理后，脫去氣體中的水蒸氣進入脫硫塔。經過脫硫處理脫硫后進入處理廠，分離出干冰和天然氣。脫硫塔內藥回收處理提取硫磺。最終使蒸汽驅井伴生的具有污染性的尾氣變成了具有商業價值的硫磺、干冰和天然氣。

干法脫硫技術所使用的固體脫硫劑包括氧化鐵、泡沸石和分子篩等，其原理主要是脫硫劑中的堿性物質（如氧化鐵）與H2S（酸性）反應生成硫化物和水，從而脫出H2S。

化學反應方程式：

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

Fe2O3·XH2O+3H2S=Fe2S3·XH2O+3H2O（脫硫）

Fe2S3=2FeS+S（大部分分解）

XX塊共有23個基層站，根據油井及基層站分布以及各站產氣量的大小，建立了脫硫點8個，共計32個脫硫塔。處理后的氣體硫化氫含量均達到國家規定的小于10mg/m3。

對干法脫硫應用情況進行總結歸納，具有以下特點：

（1）干法脫硫技術具有工藝簡單、方便靈活、便于實施、一次性投資少的優勢。

（2）脫硫精度高，能使脫硫后的天然氣中的硫化氫含量小于10mg/m3。

（3）干法脫硫技術便于操作，脫硫裝置只是固定的脫硫塔，無需增加額外的操作人員。

（4）成本低，XX塊處理天然氣脫硫成本不超過0.3元/m3。

（5）脫硫后藥品進處理后，可重復使用。

5 脫硫藥劑投放量匹配

更換塔內脫硫劑為每半年一次，脫硫劑在下次換藥前，其活性會不斷下降，這時脫硫塔在轉化硫化氫時，使后期處理尾氣能力下降，轉化率降低，通過實驗制定合理配比脫硫劑的投入量。

實驗機理為：過量的乙酸鋅溶液吸收氣樣中的硫化氫，生成硫化鋅沉淀（反應式：H2S+Zn（Ac）2=ZnS+2HAc），然后加入碘溶液氧化生成的硫化鋅，剩余的碘用硫代硫酸鈉標準溶液滴定測量硫化氫的濃度[3]。

通過采用不同配比實驗計算硫化氫轉化率。實驗結果表明，在藥劑量為63Kg/1000m3時，轉化率到達96%的峰值，藥劑量繼續加大，轉化率沒有明顯變化，因此，確定加藥量為62Kg/1000m3進行最廣應用。

6二氧化碳、天然氣和硫磺回收

利用二氧化碳和天然氣的臨界壓力不同，將除去硫化氫氣體經過壓縮，可將二氧化碳轉化成干冰，預計年回收干冰3.87萬噸，天然氣收集后進入系統。處理脫硫藥劑，將濾出的硫磺通過熔硫裝置提取純度較高的硫磺，可作為產品銷售。

7 結論

（1）該項工藝技術，有效的治理了蒸汽驅尾氣污染問題，對比以往的處理方法，工藝簡單、方便靈活、便于實施，轉化率可達95%以上。

（2）通過處理廠對脫硫氣體的處理，可以將脫硫氣體分離出天然氣和干冰，脫硫后藥品可重復使用。

（3）優化脫硫藥劑優化配比，最終確定單塔脫硫劑合理投加量為處理1000m3氣加入62kg。

參考文獻：

[1] 付崇清.石油地質與工程[J].2007（21）：39～41.

[2] 李孟濤，單文文，劉先貴，尚根華.超臨界二氧化碳混相驅油機理實驗研究 [J].石油學報，2006（3）：81～82.

[3] 張方禮，趙洪巖.遼河油田稠油注蒸汽開發技術[M].北京：石油工業出版社，2007：99 ～100.

作者簡介：

劉軍（1978.10—），男，工程師，2004年畢業于東北師范大學“公司管理”專業，2005年畢業于華東石油大學“石油工程”專業，現從事油氣田開發和管理工作。