盧洪源

（中油遼河工程有限公司）

0 引言

遼河油田稠油區(qū)塊普遍含有 H2S，其伴生氣具有壓力低、H2S含量低、潛硫量小、碳硫比高的特點(diǎn)［1］。目前，遼河油田采用不可再生固定床法脫硫工藝［2］處理含H2S伴生氣，脫硫劑采用無定型羥基氧化鐵，屬于非再生固體脫硫劑，廢脫硫劑委托有處理資質(zhì)的單位進(jìn)行回收。

不可再生固定床法屬于干法脫硫，對(duì)于低潛硫量伴生氣具有較好的適應(yīng)性，且一次投資低、運(yùn)行成本適中。但是，隨著稠油熱采的深入，遼河油田油井伴生氣體中H2S含量由100～1 000 mg/m3逐漸上升至5 000～15 000 mg/m3，伴生氣量也逐步上升至原來的1.2～1.8倍，潛硫量也由0.001～0.200 t/d升高至0.200～3.000 t/d?，F(xiàn)有脫硫工藝不能適應(yīng)H2S含量的大幅增加，加速了藥劑更換頻率，大幅提高了運(yùn)行成本，同時(shí)，伴生氣量的增大對(duì)前端氣液分離系統(tǒng)造成沖擊，導(dǎo)致脫硫塔水淹、藥劑反應(yīng)不充分、藥劑板結(jié)失效等現(xiàn)象時(shí)而發(fā)生，進(jìn)而造成脫硫塔出口伴生氣中H2S含量超標(biāo)。針對(duì)這一情況，通過研究和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，擬采用 LO-CAT（液相氧化催化法硫磺回收技術(shù)）演變的濕式氧化法作為部分高潛硫量區(qū)塊伴生氣脫硫接替技術(shù)。

1 濕式氧化法脫硫工藝簡介

LO-CAT法［3］是一種濕法脫硫技術(shù)，其原理是H2S在堿性溶液中被絡(luò)合鐵氧化成單質(zhì)硫，被還原的催化劑用空氣再生。該技術(shù)能高效脫除 H2S，脫除效率高達(dá) 99.9%，且操作彈性大，能處理不同濃度的含H2S氣體。目前，以LO-CAT法為代表的絡(luò)合鐵法液相氧化還原脫硫技術(shù)［4-7］已成為天然氣凈化中重要的脫硫工藝之一。

濕式氧化法是借鑒LO-CAT液相氧化催化技術(shù)原理而研發(fā)的。針對(duì)遼河油田伴生氣氣量大、H2S含量相對(duì)較低的特點(diǎn)，以螯合鐵離子作為脫硫液中的催化劑，降低運(yùn)行成本，催化效率高。

濕式氧化法工藝流程見圖1所示。其主要工藝流程為：含有H2S的氣體進(jìn)入吸收塔后與催化劑溶液接觸，H2S被轉(zhuǎn)換成單質(zhì)硫，并隨已使用的催化劑溶液離開吸收塔進(jìn)入氧化塔，脫硫氣體則離開吸收塔回到天然氣系統(tǒng)；空氣通過壓縮機(jī)被鼓入氧化塔中，與已使用的含硫催化劑溶液發(fā)生反應(yīng)，重新生成鐵催化劑，單質(zhì)硫則沉淀入氧化塔底部的漏斗形成濃縮的硫漿，硫漿被泵到過濾機(jī)經(jīng)過沖洗后以硫餅形式收集。大部分催化劑被回收并循環(huán)使用，而小部分催化劑隨硫餅離開脫硫橇。

圖1 濕式氧化法脫硫工藝流程

濕式氧化法脫硫工藝特點(diǎn)：

（1）H2S脫除率高，可達(dá)99.9%；

（2）操作彈性大，原料氣流量可在 0～100%范圍內(nèi)大幅度波動(dòng)；

（3）適應(yīng)性強(qiáng)，該法能夠適應(yīng)不同H2S含量的原料氣；

（4）環(huán)境友好，無三廢產(chǎn)生，避免了飽和脫硫劑的卸除及后續(xù)處理的問題；

（5）工藝簡單，易于操作，占地面積??；

（6）運(yùn)行可靠，氧化塔底部可定期吹掃，防止錐體處硫磺堆積，保證長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

2 濕式氧化法的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用

由于濕式氧化法在遼河油田未有應(yīng)用，為驗(yàn)證該脫硫工藝在遼河油田的適用性，在歡喜嶺采油廠30#站進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)應(yīng)用。以30#站集輸伴生氣為實(shí)驗(yàn)氣源，原料氣組分詳見表1。該站天然氣進(jìn)站壓力為50 kPa，最大原料氣量為7 000 m3/d，伴生氣中H2S平均濃度為4 500 mg/m3。

表1 實(shí)驗(yàn)原料氣組分

2.1 實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)裝置主要由吸收塔、氧化塔、溶液罐、循環(huán)泵、硫漿泵、鼓風(fēng)機(jī)、離心過濾機(jī)、溶液加熱器等組成，主要設(shè)備規(guī)格及數(shù)量詳見表2。

表2 實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)主要工藝設(shè)備

實(shí)驗(yàn)裝置為橇裝，其現(xiàn)場(chǎng)圖片見圖2所示。實(shí)驗(yàn)工藝流程詳見圖3。

圖2 濕式氧化法脫硫?qū)嶒?yàn)裝置

圖3 濕式氧化法脫硫?qū)嶒?yàn)工藝流程

在原伴生氣脫硫塔的進(jìn)口管道上開口，將伴生氣通過管道導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)裝置。伴生氣進(jìn)入吸收塔后，采用鼓泡+噴淋氧化吸收方法，通過氣體分布器與脫硫液接觸，氣體中的H2S與脫硫液發(fā)生反應(yīng)，生成單質(zhì)硫，溶液中的 Fe3+被還原成 Fe2+；處理后的氣體經(jīng)過塔頂?shù)慕z網(wǎng)進(jìn)行液體分離捕集后回到原伴生氣管道；含硫溶液經(jīng)循環(huán)泵導(dǎo)入氧化塔，在氧化塔內(nèi)，溶液中的 Fe2+被空氣氧化為 Fe3+，剩余空氣經(jīng)活性炭吸附后排放；沉降在塔底的單質(zhì)硫通過硫漿泵抽到離心機(jī)中進(jìn)行單質(zhì)硫和吸附液的分離。

2.2 實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)溶液 pH值、原料氣進(jìn)出口 H2S濃度、吸收塔和氧化塔液位、空氣供給量、反應(yīng)溫度等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)整，伴生氣經(jīng)處理后H2S含量小于6 mg/m3，達(dá)到GB 17820—2012《天然氣》中的相關(guān)要求。操作要點(diǎn)如下：

（1）溫度影響反應(yīng)進(jìn)程。反應(yīng)溫度在25～40 ℃時(shí)，隨著溫度上升，H2S與溶液的催化反應(yīng)效果也越來越好。

（2）空氣流量影響氧化塔內(nèi)溶液再生效果。為保證溶液完全再生，以及維持吸收塔與氧化塔液位平衡，空氣流量應(yīng)與伴生氣流量相匹配。

（3）應(yīng)根據(jù)伴生氣的流量及H2S含量，定期進(jìn)行硫磺回收，以避免硫磺沉積過多，造成管路堵塞。

（4）伴生氣與溶液的接觸時(shí)間對(duì)于H2S的脫除至關(guān)重要，因此，應(yīng)保證吸收塔、氧化塔內(nèi)液位高度。液位越高，處理效果越好。

2.3 經(jīng)濟(jì)性分析

濕式氧化法與已建不可再生固定床法脫硫工藝的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比見表3。表3僅對(duì)脫硫工藝中不同的工程內(nèi)容進(jìn)行了對(duì)比。

表3 濕式氧化法與已建脫硫工藝經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

由表3可知，與已建脫硫工藝相比，濕式氧化法脫硫工藝在綜合一次投資及運(yùn)行成本后，年值較低，同時(shí)，濕式氧化法可產(chǎn)出硫磺，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

3 結(jié)論

由于稠油熱采的深入，遼河油田部分區(qū)塊潛硫量升高，現(xiàn)有不可再生固定床法脫硫工藝無法滿足生產(chǎn)需求。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)表明，借鑒LO-CAT液相氧化催化技術(shù)原理研發(fā)的濕式氧化法脫硫技術(shù)可行，可作為部分高潛硫量區(qū)塊伴生氣脫硫接替技術(shù)。