干法脱硫工艺在原油污水处理中的应用

刘振国 方健

（中海能源发展股份有限公司人力资源服务公司碧海环保服务公司）

干法脱硫工艺在原油污水处理中的应用

刘振国 方健

（中海能源发展股份有限公司人力资源服务公司碧海环保服务公司）

针对渤海S油田原油处理厂污水处理系统排空气体硫化氢含量较高的情况，经过脱硫方法比选，确定采用活性炭精脱硫剂干法脱硫工艺。介绍了脱硫工艺设计、脱硫工艺流程，通过计算说明了工艺设计的依据。脱硫工艺投用后，调储罐脱硫塔和气浮选罐脱硫塔脱硫效率达100%，厂区周围空气中硫化氢含量为未检出，低于0.01 m g/m3，达到G B 14554—93《恶臭污染物排放标准》一级标准。

干法脱硫工艺；原油污水处理；硫化氢含量

0 引 言

渤海S油田原油处理厂是对渤海S油田上游平台来液进行分离、存储、外输等的终端处理厂。该油田属于酸性油田，地层中油气除了含有H2S气体外，一般均含有矿化水，在高温高压下，有时还含有多硫和单质硫类的络合物。原油在处理厂中集输储运过程中，受温度升高、压力降低等因素的影响，溶解于原油或污水中的硫化氢气体从油、水中逸出并从气相出口直接排到大气中，硫酸盐还原菌与流体中的硫酸根反应也会生成硫化氢气体。硫化氢不仅对设备具有较强的腐蚀性，而且危害人体健康。通过对绥中36-1原油处理厂污水处理系统调储罐和气浮选罐罐顶排空气体以及厂区四周空气质量进行检测，结果显示，污水系统调储罐及气浮选罐排空气体的硫化氢含量相对较高，必须对硫化氢进行治理。

1 脱硫方法的选择

目前国内脱除硫化氢的方法主要有化学吸收法、物理吸收法、联合吸收法、直接氧化法、干式床层法、膜分离法和低温分离法。其中采用溶剂或溶液作为脱硫剂的化学吸收法、物理吸收法、联合吸收法以及直接转化法，习惯上统称为湿法；采用固定床脱硫的海绵铁法、分子筛法统称为干法［1-5］。

通过借鉴硫化氢综合治理方面的先进技术以及涠洲终端处理厂脱硫项目的成功经验，并结合国外脱硫方面成功的应用经验，选择对绥中36-1原油处理厂进行干法脱硫，主要以固体吸附剂为载体，吸附气体中的硫化氢。应用较广的固体吸附剂主要有氧化铁、氧化锌、复合氧化物和活性炭精脱硫剂等，氧化铁见水易泥化，易自燃；氧化锌吸附硫的容量低，价格高；复合氧化物对环境要求较为苛刻。通过反复筛选和实验，发现活性炭精脱硫剂具有吸附速度快、吸附硫容量高、遇水或水蒸气不破碎等一系列优点，最终确定采用活性炭精脱硫剂干式脱硫法脱除污水系统中的硫化氢气体。

2 脱硫工艺设计

2.1 活性炭精脱硫剂干式脱硫法原理

废气中的H2S与O2作用生成单质硫，沉积在脱硫剂的微孔中，从而达到除硫净化气体的目的，反应方程式如下：

该方法脱硫精度高，H2S≤0.01 m g/m3；反应速度快；工作硫容高达20%，对有机硫有较好的脱除作用；强度好，遇水或水蒸气不破碎；安全性高，卸出的旧脱硫剂不发热、不自燃。

2.2 脱硫方案的相关数据计算

①现场相关数据：日气体总量8 000～10 000 m3；硫化氢平均含量1 000 m g/m3。

②每年硫排放量2 920 kg；年耗催化剂19.5 t，其中，脱硫剂硫容按15%计。

③塔装填相关数据：脱臭剂装量24 m3；脱硫剂使用周期≥7个月；脱硫后的H2S含量≤0.1 m g/m3。

2.3 复合氧化物脱硫剂

2.3.1 脱硫原理

其中，M代表金属。H2S、元素硫与脱硫剂中的活性金属氧化物作用生成硫化物或硫酸盐，达到脱硫防腐蚀的目的。

2.3.2 脱硫剂物性参数

复合氧化物主要理化性能及技术指标见表1。

表1 复合氧化物主要理化性能及技术指标

2.3.3 安全及环保

①脱臭剂硫容量大，使用寿命长，消耗量小，无废液废气排放。

②不需动力能耗，生产正常时不需专人管理，操作安全。

③能适用于工况波动较大的废气处理，安全性高。

④失活催化剂主要组分为活性炭和稳定金属硫化物，可作为一般工业垃圾掩埋处理。

3 流程工艺设计及改造

3.1 工艺流程介绍

脱硫塔工艺流程见图1。

图1 脱硫塔工艺流程

来自一次沉降罐和二次沉降罐的罐顶气通过各自原有/改造的管道汇集至增加的脱硫塔气相总管（原去空气压缩机的管线用盲板盲死），气相总管接入Ф3 200脱硫塔（V-201），含硫气体穿越塔中脱硫剂床层，与脱硫剂中的活性金属氧化物作用生成硫化物或硫酸盐，达到除硫净化的目的，同时脱硫后的罐顶气从脱硫塔气相出口去往压缩机，最后经火炬燃烧。由于罐顶气中伴随着部分水蒸汽，在罐顶气进入脱硫塔后，水蒸汽被冷凝成水积聚于脱硫塔底部，当废水到达一定液位后可由操作人员手动排放。

3.2 流程工艺设计

通过对绥中36-1原油处理厂多次现场调研，结合实际数据，进行设计。

3.2.1 天然气压缩机控制参数及运行状态

3.2.1.1 A、B、C三台压缩机自动运行状态

（1）当罐顶压力升高，压缩机自动运行状态

①天然气压缩机全停时，罐顶压力达到350 Pa时，启动压缩机A变频运行；

②压缩机A运行频率达到50 H z，且在罐压力达到250 Pa以上，状态维持60 s后，压缩机A变频为工频，同时启动压缩机B变频运行；

③压缩机B运行频率达到50 H z，且罐压力达到250 Pa以上，状态维持30 s后，压缩机B变频为工频，同时启动压缩机C变频运行。

（2）当罐顶压力下降，压缩机自动运行状态

①罐顶压力低于100 Pa时，10 s后压缩机A停止运行；

②罐顶压力持续低于100 Pa时，10 s后第二台工频运行压缩机B停止运行；

③罐顶压力持续低于30 Pa时，变频运行压缩机C停止运行。

3.2.1.2以A、B两台压缩机自动运行、C切出为例

（1）当罐顶压力升高，压缩机自动运行状态

①天然气压缩机全停时，罐顶压力达到350 Pa时，启动压缩机A变频运行；

②A运行频率达到50 H z，且在罐顶压力达到250 Pa以上，状态维持60 s后，压缩机A变频为工频，同时启动压缩机B变频运行。

（2）罐顶压力下降，压缩机自动运行状态

①罐顶压力低于100 Pa时，10 s后工频运行压缩机A停止运行；

②罐顶压力持续低于30 Pa时，变频运行压缩机B停止运行。

3.2.1.3天然气压缩机系统控制点的技术指标

压缩机进口压力控制在300～350 Pa；压缩机进口压力高于450 Pa报警，500 Pa放空；压缩机进口压力低于250 Pa报警，手动补气；压缩机进口压力低于150 Pa报警，自动补气。

3.2.2 含硫油气的排放量

根据2.2中数据，可得出该装置含硫油气排放最大量约为416.7 m3/h。由于原油沉降罐的液位变化很小，由液位引起压力及排放气量变化可以忽略不计。

3.2.3 系统脱硫设备阻力计算

最大气体逸出体积为416.7 m3/h，再考虑一定的安全系数，脱硫塔最大处理量确定为500 m3/h，脱硫塔直径Ф=3.2 m，脱臭剂空隙率0.41，

则床层总空隙面积脱硫塔内气体流速

v=ΔV/（S·t）=500/（3.30×3 600）=0.042 m/s

根据Ergun固定床压降半经验公式：

式中：Δ P/L为通过单位床层高度的压降，Pa/m；E为颗粒床层空隙率：0.41；μ为流体黏度，以空气计，1.73×10-5Pa·s；ρ为气体密度，以空气计，1.29 kg/m3；ФS为颗粒球形度，取0.71；dp为颗粒当量直径，4.8×10-3m；v为流速，0.042 m/s。

脱硫剂床层高度L=1.97 m

计算得到ΔP/L为49.11 Pa/m

床层压降ΔP=49.11×1.97=96.75 Pa

3.2.4 管线阻力计算

气体流量按最大：500 m3/h，现场管线为D N400，管线当量长度L=50 m计算

气体流速：μ=Q/（3 600×1/4Πd2）=500/（3 600× 0.785×0.42）=1.11（m/s）

查相关文献，得雷诺数Re=60 758，ε=0.2，ρ= 1.3

由化工设计手册查λ=0.03

通过以上计算可知：系统脱硫设备及管线阻力很小，脱硫塔气相出口压力能够满足压缩机入口压力要求。

4 现场应用

在脱硫塔投用后，对厂区空气质量进行检测，并与投用前的检测结果对比。本次检测采用的是《空气和废气监测分析方法》中硫化氢——碘量法（G B/T 11060.1—1998《天然气中硫化氢含量的测定碘量法》）。在厂区四周布设检测点，投用前检测数据分析见表2，投用后东、南、西、北四围栏处硫化氢含量均为未检出（仪器最小测定值为0.001 m g/m3）。

表2 脱硫工艺投用前硫化氢含量m g/m3

检测结果合格，表明脱硫工艺设计符合现场要求，脱硫效果满足厂区硫化氢控制指标。

通过对调储罐脱硫塔和气浮选罐脱硫塔气相入口、出口的检测，脱硫效率达100%，有效地控制了污染源；同时厂区环境得到较大改善，在脱硫塔投用后，厂区及脱硫塔放空气中H2S含量为未检出，达到G B 14554—93《恶臭污染物排放标准》一级标准不超过0.01 m g/m3的要求。

5 结 论

通过对调储罐脱硫塔和气浮选罐脱硫塔气相入口、出口的检测，脱硫效率达100%，有效地控制了污染源；脱硫塔投用后，厂区及脱硫塔排放空气中H2S浓度达到G B 14554—93《恶臭污染物排放标准》一级标准要求。此干法脱硫工艺有较高的社会效益与经济效益，具有推广价值。

［1］ 李勇.塔河油田含硫伴生气脱硫工艺［J］.油气田地面工程，2010，29（8）：57-58.

［2］ 吴家文，崔红霞，姚为英，等.大庆油田天然气干法脱硫剂的比选与应用［J］.油田化学，2007，24（4）：329-331.

［3］ 王京博.干法脱硫剂的优选及在地下储气库的应用［J］.西南石油大学学报（自然科学版），2008，30（3）：119-122.

［4］ 朱冬梅，聂成元，董金国.干法脱硫中E F-2型精脱硫剂硫容技术探讨［J］.化工设计，2002，12（3）：14-15.

［5］ 邱炜，周刚，付英杰.干法烟气脱硫综述［J］.电站系统工程，2005，21（3）：19-20.

（编辑 王薇）

10.3969/j.issn.1005-3158.2015.05.015

1005-3158（2015）05-0052-03

2015-04-07）

刘振国，2002年毕业于大连理工大学精细化工专业，现在中海能源发展股份有限公司人力资源服务公司碧海环保服务公司从事油田生产工艺处理及化工应用方面的研究工作。通信地址：天津市滨海新区塘沽区上海道碧海鸿庭8-3-1401，300452