海水改性LO-CATⅡ法用于海上采油伴生氣中H2S的脫除研究.pdf

1、石油伴生氣同石油和天然氣一樣，也是不可再生的優(yōu)質(zhì)能源和化工原料。目前，海上采油伴生氣由于一般產(chǎn)量少、海上鉆井平臺(tái)體積和承受能力有限、干法脫硫和MDEA法脫硫均不太適合選用，使得伴生氣得不到有效開發(fā)，很大一部分被放空燒掉，造成巨大的能源浪費(fèi)和環(huán)境污染。天然氣制造液體燃料技術(shù)(GTL技術(shù))可以使石油伴生氣成為含有烷烴、芳香烴等組分的燃料凈化氣，為生產(chǎn)清潔能源開辟了一條新的途徑，也是回收利用石油伴生氣的一種有效途徑。但是通過GTL技術(shù)處理后，

2、大部分凈化氣中仍然含有H2S等雜質(zhì)，所以燃料凈化氣必須經(jīng)過脫硫處理才能加以利用。
　　 海上鉆井平臺(tái)遠(yuǎn)離海岸線，對(duì)平臺(tái)安全有極高的要求。因此，海上鉆井平臺(tái)石油伴生氣的脫硫凈化最好選擇周圍環(huán)境中價(jià)廉易得的原料和不易燃、易爆的溶劑，對(duì)海洋沒有污染的脫硫劑、占地面積小和低溫低壓高安全系數(shù)的設(shè)計(jì)工藝。顯然利用和部分利用天然海水的堿性脫硫是最佳的選擇。
　　 本論文利用天然海水的堿性和“pH緩釋劑”作用，通過添加Fe3+、螯合劑、

3、緩釋劑等配制成氧化還原介質(zhì)吸收液，用N2+H2S配制成H2S濃度為10g/m3的原料氣模擬海上石油開采伴生氣，并結(jié)合LO-CATⅡ脫硫工藝在自制的氣升式內(nèi)環(huán)流反應(yīng)器中進(jìn)行脫除H2S的實(shí)驗(yàn)研究。并考察了絡(luò)合劑、空氣過剩因子、溫度、吸收液初始pH值、Fe3+濃度等因素對(duì)H2S脫除效果的影響，還進(jìn)行了海水與蒸餾水配制吸收液脫硫效果對(duì)比實(shí)驗(yàn)，并對(duì)吸收液和產(chǎn)生的硫磺進(jìn)行回收，考察了濾液與原始吸收液脫除H2S效果比較，對(duì)回收的硫磺進(jìn)行了XRD、SE

4、M、TG-DSC表征，最后對(duì)LO-CATⅡ脫硫工藝脫除H2S進(jìn)行了熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。
　　 LO-CATⅡ脫硫工藝脫除H2S研究結(jié)果表明：Fe3+與配方溶液C中的絡(luò)合劑絡(luò)合形成的絡(luò)合物較穩(wěn)定，穿透時(shí)間最長(zhǎng)，可達(dá)980min，液相硫容約為其它配方溶液的17倍；空氣過剩因子是該系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)自循環(huán)的關(guān)鍵，為了在保證脫硫效果的前提下減少生產(chǎn)成本，確定配方溶液的最小空氣過剩因子εmin=60。在配方溶液和空氣過剩因子確定的前提下，最佳工

5、況為：溫度為25℃，吸收液初始pH值為8，F(xiàn)e3+濃度為0.001mol/L。
　　 海水與蒸餾水配制吸收液脫硫效果對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在相同的操作條件下，海水配制吸收液中H2S轉(zhuǎn)化率比同期蒸餾水配制吸收液中H2S轉(zhuǎn)化率要稍高，且海水配制吸收液中H2S的穿透時(shí)間比蒸餾水配制吸收液中H2S的穿透時(shí)間稍長(zhǎng)。
　　 吸收液回收利用結(jié)果表明：濾液脫除H2S的穿透時(shí)間不到原始吸收液脫除H2S穿透時(shí)間的一半；液相硫容僅約為原始吸收液所

6、得液相硫容的2/5。
　　 XRD分析結(jié)果表明產(chǎn)物主要為單質(zhì)硫磺；SEM表征顯示產(chǎn)物硫磺顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象比較嚴(yán)重，有利于硫磺聚沉，易于固液分離。
　　 通過熱力學(xué)分析求出了常溫常壓下LO-CATⅡ脫硫工藝脫除H2S總反應(yīng)H2S(g)+1/2O2(g)=S(s)+H2O(l)的△rHmθ=-265.2kJ/mol<0，說(shuō)明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，結(jié)合范特霍夫方程可知溫度升高，不利于正向反應(yīng)的進(jìn)行；且該反應(yīng)的△rGmθ=-203.56