海上油田天然气脱硫化氢工艺方法选择

肖峰超

(中海油能源发展装备技术有限公司 天津300452)

0 引 言

近年来渤海油田逐渐发现了高含硫油田，高含硫油田中当硫以硫化氢形态存在时，对管网和装置的腐蚀均会产生较大影响。硫化氢是一种较强的渗氢介质，在特定条件下将导致材料氢脆和氢损伤。对于海上油田生产过程伴生气中高含硫化氢，需要将其中的硫化氢浓度降低到安全临界浓度，才可以保证海上平台生产设备设施以及相关人员的安全。

1 海上油田脱硫化氢处理方案

根据脱硫剂的不同，可分为固体脱除法和液体脱除法。固体脱除法常用的脱硫剂有活性炭、氧化铁等，液体脱除法常用醇胺法脱硫及SDT浆液法[1]。

在渤海某油田，伴生气中硫化氢含量最高可达到3000mg/m3，最大油气水量分别为1000m3/d、8×104Sm3/d、3000m3/d。针对渤海某油田出现高含硫的伴生气，要求脱除后硫化氢浓度小于20mg/m3。因此针对氧化铁脱硫方案、醇胺法脱硫方案以及SDT浆液法进行了比较分析，旨在筛选出不同硫化氢含量下合适的脱除方法。

2 不同硫化氢含量的脱除方法选择

2.1 氧化铁法脱硫方案

2.1.1 氧化铁法基本原理

氧化铁法是利用固体脱硫剂上的微孔来吸附硫化氢，在微孔表面脱硫剂中氧化铁与硫化氢发生反应，从而达到脱除气体中硫化氢的目的。

2.1.2 氧化铁法脱硫流程

含硫伴生气进入洗涤器来脱除携带的液滴，而后进入脱硫塔进行硫化氢脱除。脱除硫化氢的天然气经过滤器后外输。本方案采用2塔流程。正常操作时，一塔脱硫，一塔备用。当检测到正在使用的脱硫塔出口硫化氢含量上升到20mg/m3以上时，将备用塔导入到在用塔下游。具体设备见表1。

表1 方案设备表Tab.1 Equipments table

2.1.3 氧化铁法脱硫方案小结

此方案流程简单，设备少，操作少，基本无公用物料消耗。通过氧化铁法可将硫化氢从3000mg/m3降至20mg/m3。由于脱硫剂不可再生，更换新药剂及处理废旧药剂都需要费用。当硫化氢含量高时，脱硫药剂费用太高，因此在高含硫时此方法不经济，后期药剂成本高。天然气流量8万m3/d，入口硫化氢含量按照最大含量3000mg/m3计，每天消耗2.5m3脱硫剂，费用约为3.15万元/d。经过与其他方案对比分析，在硫化氢含量在低于1500mg/m3，推荐使用氧化铁脱硫方案。

2.2 醇胺法脱硫方案

2.2.1 醇胺法基本原理

利用酸碱平衡反应，使伴生气的硫化氢含量大幅减少，以达到脱除的目的。此外改变反应条件，使吸收了硫化氢的溶液进行逆向化学反应，放出酸气，可以使溶液进行再生[2]。

2.2.2 醇胺法脱硫流程

含硫伴生气经洗涤器后在吸收塔内与贫液逆流接触，贫醇胺吸收天然气中的硫化氢，脱硫后伴生气外输。将吸收了硫化氢富醇胺溶液输入再生系统进行再生[2]。采用HYSYS模拟软件进行模拟计算[3]，并根据模拟计算的结果对处理流程进行优化，具体设备见表2。

表2 方案设备表Tab.2 Equipments table

2.2.3 醇胺法脱硫方案小结

此方案脱硫流程技术成熟，适用性强。脱硫溶液可以再生，只需补充少量损耗，操作弹性好，操作费用相对较低。通过此方案可以将入口硫化氢从3000mg/m3降至20mg/m3。但是工艺流程复杂，机泵设备多，维保时间和费用多，对公用物料需求量大和要求高，且生产硫磺品质不高、价格低。使用此方法需要先进行脱水，否则塔中介质将发泡，严重影响脱硫效果。

2.3 SDT浆液法脱硫方案

2.3.1 SDT浆液法基本原理

SDT浆液法以无定型羟基氧化铁水浆液作为脱硫剂，与硫化氢反应生成的硫铁化合物为巯基硫化，且在有氧环境可以氧化生成单质硫。巯基硫化铁可以再生还原为无定型羟基氧化铁。

2.3.2 SDT浆液法脱硫流程

含硫伴生气经洗涤器后进入脱硫塔中，伴生气中的硫化氢被无定型羟基氧化铁水浆液反应吸收，伴生气出口含硫量小于20mg/m3。脱硫后的净化气外输，富液进入闪蒸罐和氧化再生槽进行氧化再生，将再生的贫液经贫液循环泵进入至脱硫塔底部，实现循环利用。再生出的硫磺定期进行分离脱除，得到粗硫磺产品。SDT浆液法脱硫具体设备见表3。

表3 方案设备表Tab.3 Equipments table

2.3.3 SDT浆液法脱硫方案小结

此方案流程较为简单，脱硫溶液可以再生，只需补充少量损耗，操作弹性好，操作费用相对较低。通过SDT浆液法脱硫可以将伴生气的硫化氢从3000mg/m3降至20mg/m3。但由于脱硫剂不可再生，更换新脱硫剂和废脱硫剂处理都需要费用，而且此方案对公用物料需求量大、要求高。

3 结论与建议

醇胺法脱硫工艺流程较为复杂，氧化铁法方案和SDT浆液法工艺流程相对较为简单，但氧化铁法在硫化氢含量高时，投产后脱硫药剂注入费用大，导致后期成本较高。

经过反复计算对比分析，当项目硫化氢含量在低于1500mg/m3，推荐使用氧化铁脱硫方案，此方案此时费用较低；当硫化氢含量高于1500mg/m3，推荐使用SDT脱硫方案，此方案技术比较成熟，操作弹性好，适应性强，在高含硫化氢时，此方案费用相对较低。