YS1井络合铁脱硫液参数优化研究

林飞　熊重寒

摘  要：YS1井原料气中的硫化氢含量为5.23%，为高含硫气井，采用络合铁脱硫工艺。脱硫液指标对络合铁脱硫效果影响重大，该文基于YS1开井试采运行情况，在络合铁脱硫工艺原理研究的基础上，对络合铁脱硫工艺装置运行过程中的脱硫液参数进行优化。最终根据优化结果，指导药剂添加量，保证YS1井的平稳运行。该文对络合铁脱硫液参数优化研究对络合铁脱硫工艺在国内的推广应用具有一定的借鉴及指导意义。

关键词：海相;高含硫气藏;络合铁脱硫工艺;脱硫液;参数优化

中图分类号：TE832        文献标志码：A

0 引言

YS1井脱硫前原料气中硫化氢含量为5.23%，为高含硫气井，采用络合铁脱硫工艺进行脱硫处理。为满足海相含硫气井的大规模开发，在YS1井开展试采工作，以便在该构造圈闭内开展不同储层类型、不同井型的气藏产能评价，并落实开发技术，为下步整体建产做准备。同时，络合铁双塔脱硫工艺在目前国内外油气田中都没有大规模工业应用，需要在YS1井试采，根据试验情况对脱硫工艺进行调整及优化。该文通过对YS1井脱硫液运行参数进行统计、汇总，分析不同运行参数下的脱硫效果及装置运行情况，对比优化后，确定最佳运行参数。同时，采用实验与理论研究相结合的方式，指导现场药剂的添加，确保脱硫液指标在最优的范围内运行。

1 络合铁脱硫工艺原理

络合铁脱硫工艺为脱除H2S提供了一种常温、低成本运行的方法，络合铁脱硫总反应为。

H2S + 1/2 O2 → H2O + S       （1）

这一反应发生于铁系水基溶液中，通过加入水溶性金属离子完成该反应。因为在空气或酸气中，水溶性金属离子容易被氧气氧化，并有稳定的电极将硫离子氧化成单质硫。在水配比溶液中，含有金属离子的水配比溶液易于将二价硫（HS-）的电子释放形成单质硫，并在再生过程中将电子转移给氧气。

1.1 碱性水溶液吸收H2S、CO2

K2CO3 +H2S → KHCO3 + KHS          （2）

K2CO3 + CO2 +H2O→2KHCO3              （3）

1.2 析硫过程

2Fe3+（络合态） + HS-→ 2Fe2+ （络合态） + S↓ + H+ （4）

1.3 再生反应

2Fe2+ （络合态） + 1/2O2 +H+ → 2Fe3+ （络合态） + OH-

（5）

2KHCO3→K2CO3+ CO2 +H2O              （6）

2 脱硫液参数优化研究

2.1 脱硫液pH值优化研究

溶液吸收H2S、CO2后呈弱酸性，为稳定脱硫液的pH值，需在系统中加入碱性物质KOH。pH值过低，硫化氢吸收不完全，严重影响脱硫效果;pH过高，则会导致副反应的产生，造成药剂的消耗。

通过实验总结分析，络合铁脱硫工艺装置稳定运行期间富液pH值保持在7.8～8.4，贫液pH值在8.4～8.8时脱硫效果最佳。

2.2 脱硫液ORP值优化研究

ORP值代表氧化还原能力，也即Fe3+與Fe2+的比例，ORP越高，氧化能力越强，Fe3+/Fe2+的比值越高，反之，ORP越低，Fe3+/Fe2+的比值越低。ORP较高时（大于-100 mV），系统操作运行稳定，但过高的ORP（大于-75 mV）会形成过度氧化，导致硫代硫酸盐被氧化为硫酸盐。另外，过低的ORP（-320 mV～-350 mV）会造成脱硫液的过度还原，导致催化剂钝化失活。通常情况下，为保证系统催化剂的活性，富液ORP需维持在-250 mV～-350 mV，贫液ORP维持在-100 mV～-220 mV。

2.3 表面活性剂对硫磺起泡的研究

富液在氧化塔中再生成贫液，同时生成单质硫。大量的单质硫沉积于氧化塔锥形底，由硫浆泵抽出至硫磺成型单元。由于富液再生成贫液的过程中需要持续鼓入空气，因此在单质硫形成的过程中，细小的硫颗粒会成为气泡聚集的凝结核。硫周围包裹着气泡，会导致硫不能因重力而沉淀并积聚，反而会因为密度的原因漂浮在溶液表面，在宏观上表现为脱硫液表面形成硫磺泡沫。脱硫液中不仅含有空气，还含有其他有机化合物，也会导致硫泡沫的形成。

为了避免硫泡沫的形成，使硫沉积在氧化塔底部，需要在溶液中加入适量的表面活性剂。表面活性剂可以阻止气泡聚集在硫颗粒周围，从而使硫颗粒能够顺利沉降在氧化塔底部。

开车初始阶段，表面活性剂的添加量依赖封瓶试验来确定。封瓶试验的主要步骤为：首先用透明的玻璃瓶或塑料瓶取氧化塔溶液样品，用力摇匀后静置样品，同时注意观察样品中硫的沉降。若1分钟之内硫完全沉降在底部，则不需要添加表面活性剂;若1分钟后样品表面仍悬浮有硫泡沫，向样品中加入4滴表面活性剂，此时若硫磺迅速沉降则需要将表面活性剂的添加量增加5%～10%;若加入4滴表面活性剂后样品表面产生白色泡沫或有漂浮的硫磺，则需要减少表面活性剂的添加量。

经过多次封瓶试验并调整表面活性剂的添加量后，目前确定的稳定适用于YS1井脱硫装置的表面活性剂添加量为，若每天产出1 t液体硫磺，需要每小时添加0.15 L表面活性剂。实际表面活性剂添加量的调整按此比例根据日产液硫的量来计算。

2.4 脱硫液固含量优化研究

脱硫液中含固量太高易导致设备及系统流程管线堵塞，有效降低溶液含固量，提高硫膏脱出效率，对整个脱硫系统平稳、长期运行至关重要。可通过优化硫浆泵机封冷却管线、更换真空过滤机不锈钢轴承、优化操作规程等方式提高硫膏产出效率，将脱硫液中含固量控制在4%以下。

3 脱硫液添加量优化

脱硫溶液是由一定比例的药剂配比而成，生产中定时对脱硫溶液取样化验，并根据化验数据来调整药剂添加量。铁离子催化剂添加速率为1.5 L/h～2 L/h，螯合剂47 L/h～55 L/h，杀菌剂0.3 L/h～0.4 L/h，表面活性剂1.5 L/h～2 L/h，45%KOH20-30 L/h。

4 结语

（1）络合铁脱硫液指标优化范围：富液pH值7.8～8.4，贫液pH值8.4～8.8;富液ORP-250 mV～-350 mV，贫液ORP-100 mV～-220 mV，溶液含固量在4%以下，产出1 t液体硫磺，需要每小时添加0.15 L表面活性剂。

（2）采用实验与理论研究相结合的方式，指导现场药剂的添加，确保脱硫液指标在最优的范围内运行，该研究方式为海相含硫气井的进一步开发奠定了坚实的基础。

参考文献

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