海上原油深度脱硫化氢工艺方案研究

王振伍，陈 宾，陈文峰，严雪莲，穆家华

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

1 前言

硫化氢是一种无色气体，有臭鸡蛋气味，溶于水、乙醇、汽油、煤油以及原油中；硫化氢溶解在原油中会降低原油的品质，硫化氢的存在不仅会引起原油管道、设备的腐蚀，而且还严重威胁操作人员安全。为防止安全事故发生，硫化氢在原油中质量浓度一般限定在10 mg/kg～60 mg/kg的范围内[1]；陆上为保证设备及人员安全，提高原油品质，需在原油集输过程中降低原油硫化氢含量，甚至脱除硫化氢[2]。

目前绝大部分海上油田开发过程中含硫化氢的量较低，基本不需要进行脱除；但随着近年来海上边际油田的开发，部分油田原油中硫化氢含量达到155 mg/kg，伴生气中硫化氢的体积含量达到了19 000 mg/kg；严重影响着海上设施以及人员的安全。海上设施中最重要的设施为原油主机，为整个油田区域进行供电，主机的运行安全影响着整个平台的生产和生活。原油主机对硫化氢的要求是小于2 mg/kg，这就要求海上必须针对原油进行深度脱硫化氢，以保证原油主机的安全稳定运行。文章以南海某油田开发项目为例，对技术方案进行研究，为以后的原油深度脱硫化氢项目提供了经验和借鉴。

2 项目简介

项目采用气提法进行原油深度脱除硫化氢，该方法的基本原理是：向气提塔的底部通入脱除硫化氢的合格燃料气或者氮气，气体向上流动与从塔顶流下的原油逆向接触，利用气液平衡原理降低原油中的硫化氢含量，该原油深度脱硫化氢处理系统的设计能力为12.5 m3/h，处理指标要求合格原油中硫化氢含量小于2 mg/kg。

3 方案研究

项目采用专业软件进行模拟计算，采用燃料气和氮气两种气提气源进行模拟分析。该软件具有巨大的化学组分库和热力学方法，在化学、石油、天然气以及合成燃料工业方面可提供复杂、正确以及可靠的模拟功能，在石油和石化领域得到广泛认可。

3.1 微正压+燃料气/氮气气提方案

来自电脱水器的原油压力为400 kPaG，温度为93 ℃，进入气提塔压力降为30 kPaG，温度为93 ℃进入气提塔，分别采用燃料气和氮气进行气提，当气提气量为52 m3/h时，可以达到硫化氢处理指标；采用氮气和燃料气气提量差别不大，推荐以燃料气为主，氮气作为备用气源。流程图见图1、模拟计算结果见表1。

图1 微正压+燃料气/氮气气提流程图Fig.1 Flow chart of micro postive pressure +fuel gas/nitrogen stripping

表1 微正压+燃料气/氮气气提方案模拟结果Tab.1 Simulation results of micro positive pressure+fuel gas/nitrogen stripping scheme

3.2 加热器+微正压+燃料气/氮气气提方案

在维持气提塔操作压力的情况下，提高气提塔的进料温度能够提高原油的脱硫化氢效率，也能够降低气提气的耗量，同时能够增加装置的适应性，以满足现场的操作需求。在微正压+燃料气/氮气气提方案基础上，在气提塔原油入口增加一台450 kW加热器，将原油温度提高至150 ℃，当气提气量为23 m3/h时，可以达到硫化氢处理指标。流程图如见2、模拟计算结果见表2。

图2 加热器+微正压+燃料气/氮气气提流程图Fig.2 Flow chart of heater+micro positive pressure+fuel gas/nitrogen stripping

表2 加热器+微正压+燃料气/氮气气提方案模拟结果Tab.2 Simulation results of heater+micro positive pressure+fuel gas/nitrogen stripping scheme

3.3 负压闪蒸方案

在真空条件下，可提高气提塔的脱硫效率，原油经过全真空操作条件进入气提塔，不用加热和加入额外气提气的情况下，也可以达到硫化氢处理指标。流程图见图3、模拟计算结果见表3。但经过咨询真空泵厂家，真空泵价格在1 000万左右，负压方案费用过高。

图3 负压闪蒸方案流程图Fig.3 Flow chart of negative pressure flash scheme

表3 负压闪蒸方案模拟结果Tab.3 Simulation results of negative pressure flash scheme

4 结论

考虑工程投资费用以及现场操作灵活性，保证现场原油脱除硫化氢合格，以确保原油主机运行安全稳定，建议采用加热器+微正压+燃料气/氮气气提方案，合格原油经过流量控制阀稳定入塔原油流量为12.5 m3/h，合格原油经过入口加热器加热到150 ℃后从气提塔顶部进料，原油与塔底进料的气提气逆向接触，达到脱除硫化氢目的，塔底出料燃料油硫化氢含量控制在2 mg/kg以下。正常操作条件下，气提气使用脱硫后的燃料气，氮气作为备用气源，气提气设计流量为50 m3/h。处理合格的燃料油从气提塔塔底流出，经过泵增压到400 kPaG和冷却器冷却到50 ℃后，进入燃料油舱储存。