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)
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(huì)降低原油的品質(zhì),硫化氫的存在不僅會(huì)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(jī),為整個(gè)油田區(qū)域進(jìn)行供電,主機(jī)的運(yùn)行安全影響著整個(gè)平臺(tái)的生產(chǎn)和生活。原油主機(jī)對(duì)硫化氫的要求是小于2 mg/kg,這就要求海上必須針對(duì)原油進(jìn)行深度脫硫化氫,以保證原油主機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。文章以南海某油田開發(fā)項(xiàng)目為例,對(duì)技術(shù)方案進(jìn)行研究,為以后的原油深度脫硫化氫項(xiàng)目提供了經(jīng)驗(yàn)和借鑒。
項(xiàng)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?dú)?,氣體向上流動(dòng)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(jì)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。
項(xiàng)目采用專業(yè)軟件進(jìn)行模擬計(jì)算,采用燃料氣和氮?dú)鈨煞N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。
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?dú)膺M(jìn)行氣提,當(dāng)氣提氣量為52 m3/h時(shí),可以達(dá)到硫化氫處理指標(biāo);采用氮?dú)夂腿剂蠚鈿馓崃坎顒e不大,推薦以燃料氣為主,氮?dú)庾鳛閭溆脷庠?。流程圖見圖1、模擬計(jì)算結(jié)果見表1。
圖1 微正壓+燃料氣/氮?dú)鈿馓崃鞒虉DFig.1 Flow chart of micro postive pressure +fuel gas/nitrogen stripping
表1 微正壓+燃料氣/氮?dú)鈿馓岱桨改M結(jié)果Tab.1 Simulation results of micro positive pressure+fuel gas/nitrogen stripping scheme
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(shí)能夠增加裝置的適應(yīng)性,以滿足現(xiàn)場(chǎng)的操作需求。在微正壓+燃料氣/氮?dú)鈿馓岱桨富A(chǔ)上,在氣提塔原油入口增加一臺(tái)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(shí),可以達(dá)到硫化氫處理指標(biāo)。流程圖如見2、模擬計(jì)算結(jié)果見表2。
圖2 加熱器+微正壓+燃料氣/氮?dú)鈿馓崃鞒虉DFig.2 Flow chart of heater+micro positive pressure+fuel gas/nitrogen stripping
表2 加熱器+微正壓+燃料氣/氮?dú)鈿馓岱桨改M結(jié)果Tab.2 Simulation results of heater+micro positive pressure+fuel gas/nitrogen stripping scheme
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(jì)算結(jié)果見表3。但經(jīng)過咨詢真空泵廠家,真空泵價(jià)格在1 000萬左右,負(fù)壓方案費(fèi)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
考慮工程投資費(fèi)用以及現(xiàn)場(chǎng)操作靈活性,保證現(xiàn)場(chǎng)原油脫除硫化氫合格,以確保原油主機(jī)運(yùn)行安全穩(wěn)定,建議采用加熱器+微正壓+燃料氣/氮?dú)鈿馓岱桨?,合格原油?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?dú)庾鳛閭溆脷庠?,氣提氣設(shè)計(jì)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(chǔ)存。