三嗪類脫硫劑在海上油田天然氣系統的應用研究

劉 霞

（東營職業學院，山東東營 257091）

渤海某油田于2002 年投產，共有7 個井口平臺，1個中心處理平臺，隨著注水開發的不斷進行，油田天然氣中的硫化氫呈現了從無到有從低到高的變化，目前伴生氣中檢測的最高值為1 500 mg/L。硫化氫屬于高毒氣體，當其濃度達到1 000 mg/L 時，可瞬間致人死亡，此外硫化氫對油田的金屬設備腐蝕非常嚴重，它能使設備產生氫脆及應力腐蝕，嚴重危害油田的安全生產。為降低天然氣中的硫化氫含量，減少硫化氫對人員及設備的危害，本工作通過篩選不同類型的脫硫劑，優選出并在現場成功應用了新型三嗪類脫硫劑有效降低了天然氣中硫化氫含量[1，2]。

1 試驗部分

1.1 室內試驗裝置

玻璃吸收管；100 mL 具塞量筒；秒表；標準硫化氫鋼瓶；減壓閥；量程6 mL/min～60 mL/min 的流量計；2 %氫氧化鈉溶液；指示劑；橡皮管若干；電子天平。

1.2 室內評價方法

將20 g 脫硫劑置于100 mL 帶密封塞的磨口量筒中，使用標準硫化氫鋼瓶向其中按一定的速度鼓入H2S 氣體，當指示劑變色時，表示脫硫劑吸收H2S 已飽和，結束試驗，記錄最終的吸收時間。

1.3 現場試驗工況

現場天然氣處理系統包括冷凝器、氣液分離器、脫硫劑注入設備、氣液混合反應器、分離塔等，詳細流程（見圖1）。通過在現場管道投加脫硫劑，考察脫硫劑的應用效果以及加注量及天然氣溫度對脫硫效果的影響。

圖1 現場天然氣處理流程圖

表1 不同類型脫硫劑的脫硫效果

2 結果與討論

2.1 室內脫硫效果測試

選取市面上不同類型的脫硫劑，按照室內評價方法，將1 020 mg/m3的H2S 標準氣以30 mL/min 的速度鼓入20 g 中脫硫劑，記錄反應時間，其結果（見表1）。

從表1 中可知，在相同條件下，三嗪類脫硫劑效果優于醇胺類及醛類脫硫劑。三嗪類脫硫劑作為一種新興的液體脫硫劑，可直接加注在天然氣管道內，無需其他設備，使用方便且反應產物可降解，因此適用于海上油田生產。

2.2 脫硫劑理論加注量

油田現場天然氣產量為42.47×104m3/d，硫化氫含量1 110 mg/m3，處理后天然氣中硫化氫含量要求為100 mg/m3，因此每天需要吸收的硫化氫量為：

根據前期室內評價得知，脫硫劑3#對硫化氫的吸收能力為140 kg/t，現場脫硫劑的有效利用率為33 %，因此脫硫劑的理論加注量計算如下：

2.3 脫硫劑現場驗證試驗

根據理論推薦濃度在現場投加脫硫劑，加注量為9.3 t/d，持續檢測處理前后天然氣中硫化氫含量，數據結果（見圖2）。

從圖2 中得知，投加脫硫劑3#后，天然氣硫化氫含量由1 000 mg/m3降低至100 mg/m3，說明脫硫劑3#具有良好的脫硫效果。現場試驗中發現，三嗪類脫硫劑不僅脫硫效果良好，而且反應后產物對現場原油及污水處理流程均無影響，適用于海上應用。

2.4 藥劑加注量對脫硫效果的影響

維持其他操作條件不變，考察不同加注量下，脫硫劑的脫硫效果，數據結果（見圖3）。

從圖3 中可以看出，隨著藥劑加注量的增多，處理后天然氣中硫化氫含量逐漸降低，說明脫硫反應隨著反應物的增多持續進行。綜合現場指標及經濟效益考慮，將現場加注量固定在9 t/d。

2.5 溫度對脫硫效果的影響

保持脫硫劑加注量不變，通過調整冷凝器的操作參數，控制天然氣溫度在40 ℃到80 ℃內變動，每個溫度梯度維持6 h，連續取樣測試，考察溫度對脫硫劑脫硫效果的影響，數據結果（見圖4）。

圖2 現場脫硫劑處理效果

圖3 不同加注量下脫硫效果

圖4 不同溫度下脫硫效果

從圖4 中可以看出，當天然氣溫度在40 ℃時，天然氣中硫化氫平均值為160 mg/m3，當溫度升高至60 ℃后，硫化氫平均值降低至80.8 mg/m3，隨著溫度的繼續升高，天然氣硫化氫含量平均值雖仍有降低，但變化值較小。溫度升高會促進脫硫反應的進行，但由于三嗪類脫硫劑與H2S 反應活化能較低，反應速率相對較快，當溫度升高到60 ℃后，熱力學對反應的促進作用減弱，脫硫劑反應速度趨于平穩。

3 結論

（1）室內評價試驗表明，三嗪類脫硫劑在穿透硫容量方面優于傳統的醇胺類及醛類脫硫劑。

（2）現場驗證試驗表明，三嗪類脫硫劑適用于海上油田，且隨著藥劑加注量的增多，處理后天然氣中硫化氫含量越低。

（3）現場溫度梯度試驗表明，當溫度低于60 ℃時，反應效率隨著溫度的升高而升高，當反應溫度高于60 ℃后，熱力學對反應的促進作用減弱，脫硫劑反應速度趨于平穩。