海上采油平臺(tái)三相超重力脫硫技術(shù)的應(yīng)用

劉 杰，張曉雷，余國(guó)賢，閆化云，李曉成，王 海

(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司上海采油技術(shù)服務(wù)分公司，天津300452;2.華東理工大學(xué)，上海200237)

超重力技術(shù)是20世紀(jì)80年代快速發(fā)展成熟的新一代化工分離技術(shù)，使氣－液在旋轉(zhuǎn)填料層中充分接觸，達(dá)到強(qiáng)化傳質(zhì)、傳熱的目的［1－2］。目前海上平臺(tái)藥劑脫硫技術(shù)在三相中的應(yīng)用瓶頸在于如何強(qiáng)化過(guò)程傳質(zhì)，傳統(tǒng)的在線(xiàn)混合裝置無(wú)法滿(mǎn)足要求。超重力技術(shù)可大大強(qiáng)化多相流體之間的傳質(zhì)，加快藥劑與硫化氫的反應(yīng)效率同時(shí)可大大節(jié)省平臺(tái)空間。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用驗(yàn)證超重力技術(shù)海上平臺(tái)應(yīng)用的可行性，同時(shí)積累可靠數(shù)據(jù)為今后工藝優(yōu)化及推廣提供重要依據(jù)?，F(xiàn)場(chǎng)硫化氫監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為:GB/T 11060.1－2010《碘量法測(cè)定硫化氫含量》。

1 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

1.1藥劑及設(shè)備

脫硫劑GCL－203，有效成分有機(jī)胺;超重力脫硫裝置;活化劑。

1.2 轉(zhuǎn)速對(duì)硫化氫解析的研究

不加藥劑，測(cè)定不同轉(zhuǎn)速(100，300，500 r/min)時(shí)超重力機(jī)出、入口氣相中硫化氫含量，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

出口硫化氫濃度明顯高于入口，高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的超重力將液相中的硫化氫解析到氣相中。進(jìn)口碘量法分析的主要是游離氣體，出口分析的氣體大部分來(lái)源于液相解析氣，從而造成了出口硫化氫濃度較高。

1.3 轉(zhuǎn)速對(duì)脫硫效果的影響

超重力機(jī)入口硫化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為600 μg/g，加藥量為200 L/min，測(cè)定轉(zhuǎn)速為100，300和500 r/min時(shí)出口硫化氫濃度，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖1 轉(zhuǎn)速對(duì)其進(jìn)出口流體硫化氫濃度的影響Fig．1 Effect of speed on H2S concentration of the import and export flow

隨著超重力機(jī)轉(zhuǎn)速增加，出口硫化氫質(zhì)量濃度降低，脫硫效果增強(qiáng)。轉(zhuǎn)速增加流體獲得的超重力增加，流體湍流加劇，相界面更新速度加快，氣液接觸面積增加，傳質(zhì)系數(shù)、傳質(zhì)速率增加，脫硫效果明顯增強(qiáng)［4－5］。

1.4 溫度對(duì)脫硫效果的影響

超重力機(jī)加藥量為200 mL/min，超重力機(jī)轉(zhuǎn)速為500 r/min，操作溫度分別為62℃和70℃，測(cè)定超重力機(jī)進(jìn)、出口硫化氫濃度，結(jié)果如圖3所示。

圖2 超重力機(jī)轉(zhuǎn)速與出口硫化氫濃度關(guān)系Fig．2 Relationship of super gravity speed and export H2S concentration

圖3 溫度對(duì)超重力機(jī)脫硫效果的影響Fig．3 Effect of temperature on super gravity desulfurization

溫度由62℃上升到70℃時(shí)，入口硫化氫濃度變化不大，出口硫化氫濃度由106 μg/g下降為38μg/g，升高溫度有利于藥劑脫硫。溫度升高降低了原油黏度和表面張力，更有利于旋轉(zhuǎn)填料床將液相分散為更細(xì)小的液滴，降低傳質(zhì)阻力，加快反應(yīng)速率，增強(qiáng)脫硫效果。

1.5 加劑點(diǎn)及藥劑分配對(duì)脫硫效果的影響

固定井口和超重力機(jī)口的加劑總量為200，250 mL/min時(shí)，超重力機(jī)轉(zhuǎn)速為500 r/min，操作溫度為70℃，考察了井口和超重力機(jī)入口藥劑分配對(duì)脫硫效果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

加劑總量一定情況下，單獨(dú)井口和超重力機(jī)加劑脫除效果要比在井口和超重力機(jī)兩處加劑效果差。GLT－203藥劑同硫化氫反應(yīng)為多級(jí)反應(yīng)，一級(jí)反應(yīng)為快反應(yīng)，后續(xù)反應(yīng)逐級(jí)速度降低。一部分藥劑加入井口，立即同水相中的硫化氫反應(yīng)，同時(shí)反應(yīng)掉部分油相中的硫化氫;井口加藥混合效果不佳，難以脫除氣相中的硫化氫，在超重力機(jī)入口加藥，在超重力機(jī)超強(qiáng)傳質(zhì)作用下，迅速將氣相中的硫化氫脫除。多點(diǎn)加劑以及藥劑優(yōu)化分配能充分發(fā)揮藥劑的脫硫作用［5］。

表1 藥劑量分配對(duì)脫硫效果的影響Table 1 Effect of the drug dose distribution on desulfurization result mL/min

1.6 藥劑加量對(duì)脫硫效果的研究

固定井口和超重力機(jī)口藥劑分配為2∶3，超重力機(jī)轉(zhuǎn)速為500 r/min，操作溫度為70℃，考察不同藥劑總加量下超重力機(jī)進(jìn)、出口硫化氫的濃度。結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 總藥劑濃度對(duì)流體硫化氫濃度的影響ig．4 Influence of the total agents added concentration on the liquid hydrogen sulfide concentration

在低的藥劑用量時(shí)，出口硫化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于入口;總加劑量高于200 L/d時(shí)，出口硫化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于入口，隨著總加劑的增加，進(jìn)、出口液相硫化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)都降低，藥劑總加劑量360 L/d時(shí)，出口硫化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)將為63 μg/g，加劑量增加到400 L/d時(shí)，出口硫化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在20 μg/g以?xún)?nèi)，有非常好的脫硫效果。

1.6 吸收活化劑的強(qiáng)化作用試驗(yàn)

固定井口和超重力機(jī)口藥劑分配為2:3，超重力機(jī)轉(zhuǎn)速為500 r/min，操作溫度為70℃，為進(jìn)一步加強(qiáng)藥劑的脫硫效果，在藥劑中加入少量(10L/t)堿性有強(qiáng)吸附作用的活化劑，加快藥劑液相脫出硫化氫的反應(yīng)速度，結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 吸收活化劑對(duì)GLT－203脫硫性能的影響Fig．5 Influence of absorption activator on desulfurization performance of H2S removal agent GLT–203

對(duì)比加入吸收活化劑前后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，加入吸收活化劑后脫硫效果明顯增強(qiáng)，加藥量360 L/d將超重力機(jī)出口硫化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低至21 μg/g，加藥量400 L/d純將超重力機(jī)出口的硫化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低至15 μg/g。吸收活化劑加入在一定程度可減少藥劑用量。

2 結(jié)論及建議

在某平臺(tái)進(jìn)行了全世界首例超重力海管混輸原油多相流體脫硫化氫現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)，得到以下結(jié)論:

(1)GLT－203脫硫劑在混輸海管多相流體中具有優(yōu)良的脫硫性能;

(2)超重力機(jī)使藥劑和流體充分混合并使其獲得較大加速度，流體在填料床中湍流加劇，相界面生成和更新速度加快，傳質(zhì)速率增加，使藥劑脫硫效果明顯增加;

(3)升高溫度、增加轉(zhuǎn)速、多點(diǎn)加劑以及藥劑量的優(yōu)化分配、加入吸收活化劑能充分發(fā)揮藥劑的脫硫作用;

(4)超重力脫硫設(shè)備協(xié)同藥劑可以將多相流體中的硫化氫含量降至15μg/g以下，高效、經(jīng)濟(jì)地脫除混輸原油多相流體中的硫化氫;

(5)藥劑與硫化氫反應(yīng)為不可逆反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物為緩蝕劑，建議開(kāi)展反應(yīng)產(chǎn)物的腐蝕性評(píng)價(jià)工作。

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