含硫深水天然氣脫硫裝置的試驗(yàn)及效果

王 磊 陸 原，2 劉權(quán)升 董日新 夏 力

（1. 中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300450；2. 中海油（天津）油田化工有限公司，天津 300450）

0 引言

為響應(yīng)國(guó)家“雙碳戰(zhàn)略”，未來中海油能源結(jié)構(gòu)體系中天然氣的比例將逐步增加，“十四五”之后天然氣的開采量比例將提高到20%，而深水天然氣將成為重中之重，如何更好地利用這種經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保的優(yōu)勢(shì)能源，將成為未來研究和探討的熱點(diǎn)。深水天然氣的主要成分為甲烷和水蒸氣，但通常還會(huì)含有一些酸性氣體，主要是CO2、H2S、COS與硫醇等[1]。目前大多數(shù)深水天然氣處理平臺(tái)管線了采用雙相不銹鋼，并嚴(yán)格控制水分，避免了管道及設(shè)備的CO2/H2S腐蝕，但各種硫化物將腐蝕銅件，并導(dǎo)致天然氣及其相關(guān)產(chǎn)品，如液化石油氣等，無法銷售。因此，含硫的深水天然氣中硫化物的脫除是非常必要的。

根據(jù)國(guó)標(biāo)GB 17820-2018《天然氣》[2]要求天然氣硫化氫含量降低到6mg/L，總硫含量低于20mg/L，同時(shí)相關(guān)研究表明[3]，COS與硫醇會(huì)在液化石油氣中富集，因此，即使極少量的COS與硫醇也需要脫凈。

海上油田處理流程短，氣體流量大，因此要求技術(shù)脫硫速度快，脫硫率高，目前天然氣脫硫技術(shù)應(yīng)用最廣泛的就是氧化鐵干法脫硫和濕法醇胺脫硫，氧化鐵脫硫裝置占地面積大，填料更換頻繁，經(jīng)濟(jì)性差，不適合海上氣田應(yīng)用；醇胺脫硫裝置投資較高、再生需要供熱導(dǎo)致運(yùn)行成本高等諸多問題[4-9]。故本文研究了一種新的裝置脫硫技術(shù)，并在某深水天然氣處理平臺(tái)應(yīng)用成功。

1 材料與儀器

硫化氫檢測(cè)儀器采用德國(guó)Dr?ger硫化氫檢測(cè)氣泵和硫化氫測(cè)試管，測(cè)試材料與儀器如圖1所示。羰基硫和硫醇含量檢測(cè)采用日本GASTEC檢測(cè)手泵和測(cè)試管。

圖1 硫化氫檢測(cè)氣泵（上）和檢測(cè)管（下）

圖2 COS和硫醇檢測(cè)儀（上）、COS檢測(cè)管（中）和硫醇檢測(cè)管（下）

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 脫硫裝置樣機(jī)及工藝流程

裝置樣機(jī)及工藝流程如圖3所示。含硫深水天然氣進(jìn)入裝置，先通過一個(gè)預(yù)處理，防止形成段塞流，穩(wěn)定的氣體均勻地從底部進(jìn)入反應(yīng)塔中，氣流自下而上流到脫硫液液面以上，實(shí)現(xiàn)氣體中的硫化物的脫除，處理后的氣體流回流程或火炬系統(tǒng)；反應(yīng)塔內(nèi)部脫硫液中的三價(jià)鐵氧化天然氣中硫化物，生產(chǎn)硫磺和二價(jià)鐵，下層含硫的二價(jià)鐵溶液流入到再生罐，在再生罐中鼓入空氣將二價(jià)鐵溶液氧化成三價(jià)鐵溶液，從上層利用貧液重新流回反應(yīng)塔中（期間通過消泡劑，硫磺沉降劑、pH值調(diào)節(jié)劑來確保藥劑充分再生和硫磺的及時(shí)沉降及排空），再生罐中的單質(zhì)硫不斷沉降到槽底部，當(dāng)硫磺含量達(dá)到一定量時(shí)，打開閥門進(jìn)入板框式過濾機(jī)中，進(jìn)行硫磺同藥劑的固液分離，排除硫磺，剩余藥劑在通過循環(huán)泵打入到再生槽中循環(huán)使用。

2.2 銅片腐蝕測(cè)試

在設(shè)備運(yùn)行過程中，分別取設(shè)備進(jìn)出口氣體樣品至掛有標(biāo)準(zhǔn)銅片的高壓釜中，壓力9MPa，在35℃下進(jìn)行動(dòng)態(tài)腐蝕試驗(yàn)，運(yùn)行24h后，釋放壓力，并取出銅片。裝置示意圖如圖4所示。

圖3 脫硫裝置樣機(jī)及工藝流程

圖4 天然氣銅片腐蝕裝置示意圖

3 結(jié)果與討論

3.1 脫硫裝置在某深水天然氣處理平臺(tái)試驗(yàn)情況

3.1.1 某深水天然氣處理平臺(tái)氣體參數(shù)

該處理平臺(tái)處理的是來自兩個(gè)水下氣井開采的深水天然氣，處理量每天345萬Nm3/d，來氣壓力9MPa，溫度30℃，氣體組分詳如表1所示。

3.1.2 平臺(tái)處理流程和試驗(yàn)準(zhǔn)備

平臺(tái)處理流程如圖5所示。根據(jù)流程和裝置特點(diǎn)，裝置氣體進(jìn)口接在天然氣外輸計(jì)量單元之后，裝置放置在35m甲板北側(cè)調(diào)貨口位置。

表1 平臺(tái)來氣組分

圖5 平臺(tái)處理流程示意圖

表2 裝置脫硫測(cè)試結(jié)果

3.2 試驗(yàn)效果

3.2.1 脫硫效果

設(shè)備運(yùn)行3d，進(jìn)出口H2S、COS和硫醇測(cè)試結(jié)果如表2所示。

3.2.2 銅片腐蝕測(cè)試效果

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，銅片的狀態(tài)如圖6所示。可以看出，脫硫前的天然氣對(duì)銅片有輕微腐蝕，腐蝕等級(jí)約為1b，而處理后的天然氣基本不腐蝕銅片，腐蝕等級(jí)為1a。雖然后續(xù)石油氣產(chǎn)品如液化石油氣的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)GB11174-2011[10]對(duì)銅片腐蝕等級(jí)的要求為不大于1，該深水天然氣也能滿足要求，但由于COS和硫醇將在液化石油氣中富集[3]，因此，脫硫工作還是非常必要的！

圖6 銅片腐蝕結(jié)果

4 結(jié)語

所開發(fā)的裝置可以同時(shí)有效去除H2S、COS和硫醇。裝置在某深水天然氣處理平臺(tái)連續(xù)運(yùn)行3d，脫硫效果穩(wěn)定優(yōu)異且不影響現(xiàn)場(chǎng)正常處理流程，說明該技術(shù)適用于深水天然氣硫化物處理，同時(shí)處理后的深水天然氣的銅片腐蝕達(dá)到的1a等級(jí)，滿足現(xiàn)場(chǎng)腐蝕處理要求。