海上原油深度脫硫化氫工藝方案研究

王振伍，陳 賓，陳文峰，嚴(yán)雪蓮，穆家華

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

1 前言

硫化氫是一種無色氣體，有臭雞蛋氣味，溶于水、乙醇、汽油、煤油以及原油中；硫化氫溶解在原油中會降低原油的品質(zhì)，硫化氫的存在不僅會引起原油管道、設(shè)備的腐蝕，而且還嚴(yán)重威脅操作人員安全。為防止安全事故發(fā)生，硫化氫在原油中質(zhì)量濃度一般限定在10 mg/kg～60 mg/kg的范圍內(nèi)[1]；陸上為保證設(shè)備及人員安全，提高原油品質(zhì)，需在原油集輸過程中降低原油硫化氫含量，甚至脫除硫化氫[2]。

目前絕大部分海上油田開發(fā)過程中含硫化氫的量較低，基本不需要進(jìn)行脫除；但隨著近年來海上邊際油田的開發(fā)，部分油田原油中硫化氫含量達(dá)到155 mg/kg，伴生氣中硫化氫的體積含量達(dá)到了19 000 mg/kg；嚴(yán)重影響著海上設(shè)施以及人員的安全。海上設(shè)施中最重要的設(shè)施為原油主機，為整個油田區(qū)域進(jìn)行供電，主機的運行安全影響著整個平臺的生產(chǎn)和生活。原油主機對硫化氫的要求是小于2 mg/kg，這就要求海上必須針對原油進(jìn)行深度脫硫化氫，以保證原油主機的安全穩(wěn)定運行。文章以南海某油田開發(fā)項目為例，對技術(shù)方案進(jìn)行研究，為以后的原油深度脫硫化氫項目提供了經(jīng)驗和借鑒。

2 項目簡介

項目采用氣提法進(jìn)行原油深度脫除硫化氫，該方法的基本原理是：向氣提塔的底部通入脫除硫化氫的合格燃料氣或者氮氣，氣體向上流動與從塔頂流下的原油逆向接觸，利用氣液平衡原理降低原油中的硫化氫含量，該原油深度脫硫化氫處理系統(tǒng)的設(shè)計能力為12.5 m3/h，處理指標(biāo)要求合格原油中硫化氫含量小于2 mg/kg。

3 方案研究

項目采用專業(yè)軟件進(jìn)行模擬計算，采用燃料氣和氮氣兩種氣提氣源進(jìn)行模擬分析。該軟件具有巨大的化學(xué)組分庫和熱力學(xué)方法，在化學(xué)、石油、天然氣以及合成燃料工業(yè)方面可提供復(fù)雜、正確以及可靠的模擬功能，在石油和石化領(lǐng)域得到廣泛認(rèn)可。

3.1 微正壓+燃料氣/氮氣氣提方案

來自電脫水器的原油壓力為400 kPaG，溫度為93 ℃，進(jìn)入氣提塔壓力降為30 kPaG，溫度為93 ℃進(jìn)入氣提塔，分別采用燃料氣和氮氣進(jìn)行氣提，當(dāng)氣提氣量為52 m3/h時，可以達(dá)到硫化氫處理指標(biāo)；采用氮氣和燃料氣氣提量差別不大，推薦以燃料氣為主，氮氣作為備用氣源。流程圖見圖1、模擬計算結(jié)果見表1。

圖1 微正壓+燃料氣/氮氣氣提流程圖Fig.1 Flow chart of micro postive pressure +fuel gas/nitrogen stripping

表1 微正壓+燃料氣/氮氣氣提方案模擬結(jié)果Tab.1 Simulation results of micro positive pressure+fuel gas/nitrogen stripping scheme

3.2 加熱器+微正壓+燃料氣/氮氣氣提方案

在維持氣提塔操作壓力的情況下，提高氣提塔的進(jìn)料溫度能夠提高原油的脫硫化氫效率，也能夠降低氣提氣的耗量，同時能夠增加裝置的適應(yīng)性，以滿足現(xiàn)場的操作需求。在微正壓+燃料氣/氮氣氣提方案基礎(chǔ)上，在氣提塔原油入口增加一臺450 kW加熱器，將原油溫度提高至150 ℃，當(dāng)氣提氣量為23 m3/h時，可以達(dá)到硫化氫處理指標(biāo)。流程圖如見2、模擬計算結(jié)果見表2。

圖2 加熱器+微正壓+燃料氣/氮氣氣提流程圖Fig.2 Flow chart of heater+micro positive pressure+fuel gas/nitrogen stripping

表2 加熱器+微正壓+燃料氣/氮氣氣提方案模擬結(jié)果Tab.2 Simulation results of heater+micro positive pressure+fuel gas/nitrogen stripping scheme

3.3 負(fù)壓閃蒸方案

在真空條件下，可提高氣提塔的脫硫效率，原油經(jīng)過全真空操作條件進(jìn)入氣提塔，不用加熱和加入額外氣提氣的情況下，也可以達(dá)到硫化氫處理指標(biāo)。流程圖見圖3、模擬計算結(jié)果見表3。但經(jīng)過咨詢真空泵廠家，真空泵價格在1 000萬左右，負(fù)壓方案費用過高。

圖3 負(fù)壓閃蒸方案流程圖Fig.3 Flow chart of negative pressure flash scheme

表3 負(fù)壓閃蒸方案模擬結(jié)果Tab.3 Simulation results of negative pressure flash scheme

4 結(jié)論

考慮工程投資費用以及現(xiàn)場操作靈活性，保證現(xiàn)場原油脫除硫化氫合格，以確保原油主機運行安全穩(wěn)定，建議采用加熱器+微正壓+燃料氣/氮氣氣提方案，合格原油經(jīng)過流量控制閥穩(wěn)定入塔原油流量為12.5 m3/h，合格原油經(jīng)過入口加熱器加熱到150 ℃后從氣提塔頂部進(jìn)料，原油與塔底進(jìn)料的氣提氣逆向接觸，達(dá)到脫除硫化氫目的，塔底出料燃料油硫化氫含量控制在2 mg/kg以下。正常操作條件下，氣提氣使用脫硫后的燃料氣，氮氣作為備用氣源，氣提氣設(shè)計流量為50 m3/h。處理合格的燃料油從氣提塔塔底流出，經(jīng)過泵增壓到400 kPaG和冷卻器冷卻到50 ℃后，進(jìn)入燃料油艙儲存。