重质含硫原油脱硫工艺技术评价及优化研究-孙相博教案资料

1、文档编码 : CW9S8Y6X10T9 HB5I7Q4P4B9 ZL6S3O3D10P4重 质 含 硫 原 油 脱 硫 工 艺 技 术 评 价 及 优 化 研 究 _孙 相 博精品学习资料勤奋,是踏入成功之门的阶梯第 1 页,共 36 页精品文档题目：重质含硫原油脱硫工艺技术评判及优化争辩姓名：孙相博指导老师：陈微专 业：学 院：学习形式：助学单位：论文完成日期：年月日收集于网络,如有侵权请联系治理员删除精品学习资料勤奋,是踏入成功之门的阶梯第 2 页,共 36 页精品文档重质含硫原油脱硫工艺技术评判及优化争辩摘要H2S是一种毒性很大的气体 , 造成环境污染 , 对人体也会产生严肃危害 , 并

2、且在工业生产过程中 ,H2S的存在仍会对设备造成腐蚀, 我国油田所采原油大部分为低硫原油, 在过去 , 原油的产量尚可自给自足 , 但是随着经济的进展 , 人民生活水平的提高, 我国对原油的需求量越来越大, 进口原油逐年增多 , 其中有很大一部分为含硫原油, 因此随之而来的就是对脱硫技术的迫切需求；而对于高含硫稠油 , 由于稠油本身的高密度、高粘度等特点 , 使其脱硫存在确定的困难 , 目前国内没有形成比较成熟的原油脱 H2S 技术, 然而 , 原油的脱硫问题却不容忽视；H2S的常压沸点介于乙烷 C2 和丙烷 C3 之间, 因此 , 在原油脱气的过程中 , 分别出 C2和 C3的同时也可以将其

3、中所含的 H2S分别 出来 , 基于这一原理 , 在汽液相平稳理论的基础上进行了原油脱 H2S 的争辩；在对状态方程和活度系数方程等热力学模型争辩的基础上 , 依据现场试验数据优选适合原油脱硫的运算模型；然后对多级分别、负压闪蒸、分馏以及气提四种工艺进行了软件模拟争辩 , 对每种工艺的影响因素进行敏捷性分析 , 在此基础上优化各工艺的操作参数 , 并做详细的对比分析 , 确定每种工艺的适用范畴；争辩结果说明气提工艺的脱硫成效最好 关键词 ：含硫稠油,脱, 适合含硫量高的原油的脱硫化氢处理；H2S,多级分别,负压闪蒸,分馏,气提收集于网络,如有侵权请联系治理员删除精品学习资料勤奋,是踏入成功之门

4、的阶梯第 3 页,共 36 页精品文档Study and Optimization of H2S Removing Methods of Heavy Crude Oil Containing H2S Abstract H2Sis an acid gas with great toxicity. It causes environmental pollution and damage to human beings. Many industrial processes produce H 2S and a lot of fabrication equipments corrosion is ca

5、used by H2S. Most crude oil that produced in our country is low crude oil. In the past, the quantity of crude oil extracted at home is enough for peoples life and economic development. But in the recent years, with the remarkable improvement growth of peoples life and the great development of nation

6、al economy, the quantity of oil demanded become larger and larger. The oil import is growing every year and a large part of it is sour crude oil with H2S. In view of the above, the demand of the oil desulfurization technology is becoming urgent. But for the viscous oil, because of its high density a

7、nd high viscosity properties, it is much harder to remove the H 2S in it. H2Sremoving experiences at home. So the Until now, there havent been any mature study on the desulfurization methods is extremely needed. The atmospheric boiling point of H2S is between the point of ethane and propane. In the

8、process of gas-liquid separation of oil, H2Scan be removed from the oil along with there moving of ethane and propane. Study the H 2Sremoving method according to the equilibrium theory based on the above principle. 2Sremoving methods Elect reasonable calculating models that are suitable for the H by

9、 studying the principle of equations of state and activity coefficient models and according to the experimental data in the field of production. Then simulates the multistage separation method, vacuum flash evaporation method, distillation method and gas stripping method. Every influence factor for

10、each method is analyzed and detailed comparative analysis is done. The suitable range of each method is obtained. The study results shows that the effects of the gas stripping method is the best of all and it is suitable for heavy oil with big amounts of H2S. Keywords ：Viscous Oil with H 2S, H2SRemo

11、ving, Multistage Separation, Vacuum Flash Evaporation, Distillation, Gas Stripping 收集于网络,如有侵权请联系治理员删除精品学习资料勤奋,是踏入成功之门的阶梯第 4 页,共 36 页精品文档目 录摘要 . I Abstract . II 目录 . III 第一章 绪论 . 11.1 争辩目的与争辩意义 1.2 国内外脱硫工艺争辩. 1 . 21）多级分别法 . 2 2）负压闪蒸法 . 2 3）分馏法 . 3 4）气提法 . 3 1.3 论文的争辩 . 4其次章 含硫稠油热力学模型分析和选择 . 12.1 引言 .

12、 1 2.2 状态方程法 . 1 2.3 活度系数模型 . 3 2.3.1Wohl 型方程 . 3 2.3.2 局部组成概念模型 . 4 2.3.3 基团贡献概念模型 . 42.4 其他重要的热力学模型争辩 2.4.1Grayson-StreedGS. 5 模型 . 52.4.2BraunK10 模型 . 5 2.4.3Sour 模型 . 5第三章含硫稠油脱硫工艺及影响因素分析及优化方案 . 63.1 引言 . 6 3.2 多级分别工艺 . 6 3.2.1 分别压力的影响 . 93.2.2 多级分别脱硫参数优化. 103.3 负压闪蒸工艺 . 113.3.1 操作压力与操作温度的影响. 12收

13、集于网络,如有侵权请联系治理员删除精品学习资料勤奋,是踏入成功之门的阶梯第 5 页,共 36 页精品文档3.3.2 负压闪蒸脱硫参数优化. 143.4 分馏工艺 . 173.4.1 分馏塔塔板数的影响 3.4.2 塔内操作压力的影响 3.4.3 分馏法脱硫参数优化. 18 . 19 . 20结论 . 21 参考资料 . 23收集于网络,如有侵权请联系治理员删除精品学习资料勤奋,是踏入成功之门的阶梯第 6 页,共 36 页精品文档第一章 绪论1.1 争辩目的与争辩意义原油是一个国家重要的战略性能源物质,直接关系到国家的经济命脉,与国民的生活息息相关；近几年来,我国的国民经济进展快速,对原油的需求

14、量也日益增加,但是由于国内原油的产量和供应才能有限,我国原油的对外依存度不断上升,原油进口量大幅度增加,1996 年首次超过 2022 万吨,进口量高于出口量,我国由此成为了原油净进口国；到 2022 年,我国原油进口依存度达到 46%以上,净进口量由原先的 228 万吨增加到了 1.63 亿吨；进口原油作为大宗资源性商品,在我国的国民经济中发挥着举足轻重的作用；世界原油质量将趋向于重质化、含硫化 推测情形见表 1-1 ；1 ；2,2022 年,美国世界炼油杂志表 1-1 世界原油品质趋势2022年2022 年2022 年硫% 1.19 1.43 1.25 3 ,目前,密度硫% 密度硫% 密度

15、东半球0.8550 1.08 0.8550 1.12 0.8565 西半球0.8870 1.33 0.8897 1.42 0.8892 世界平均0.8628 1.14 0.8629 1.19 0.8637 在国外,高含硫油田的开发和生产开头较早,已有几十年的历史了美国和加拿大正在加快加工处理含硫重质原油的进程4 ；但是,在国内对高含硫油田的开发尚未大规模形成,生产体会较少,特殊是国内开发的高含硫稠油油田更 是寥寥无几；我国生产的原油大部分为低硫原油,在过去原油需求量少的时期,国内所产原油仍可自给自足,此时原油的含硫问题仍不是主要冲突；然而,随着 我国国民经济的飞速进展,人民生活水平的日益提高,

16、对石油的需求量也不断增 大；到 2022 年,我国已一跃成为世界上其次大石油消费国,而且仍在以每年 9% 的速度快速增加 5 ；2022 年我国进口原油中硫含量高于 1%的含硫原油或高硫原 油,占进口原油总量的 1/3 ,比 2022 年进口量提高了 22.4% 6 ；目前我国加工的原 油大部分仍为国产原油,但是进口原油已增加到原油加工总量的 1/3 以上,并且这一比例仍在连续上升,估量今年将达50%左右；并且随着近年来我国进口含硫原油的增多以及塔河油田含硫稠油的开发,我国对原油脱硫技术的需求日益迫切；收集于网络,如有侵权请联系治理员删除精品学习资料勤奋,是踏入成功之门的阶梯第 7 页,共 3

17、6 页精品文档1.2 国内外脱硫工艺争辩在油田原油的处理工艺中,脱H2S 工艺的应用仍比较少,目前国内仍没有原油脱 H2S 的先例,依据国外的相关资料,商品原油内溶解的 H2S的质量浓度常限定在1060mg/kg范畴以下 12 ；国内油田没有对原油进行过脱硫处理,没有比较成熟的体会可以借鉴；依据国外原油脱硫体会,H2S在常温常压条件下为气态,原油中所含的H2S 一般为溶解状态；从汽液相平稳的角度来看,任何原油分别的过程（加热、减压）都可以转变 H2S 的溶解平稳,降低原油中的H2S含量； H2S的常压沸点为 -60.3 ,介于 C2和 C3 之间,因此在原油分别的过程中从原油内分出 C2和 C

18、3的同时也可以将其中所含的 H2S 气体分别出来；国外的一些石油公司对原油进行的脱硫处理就是根据这一原理进行的,他们利用油气分别的原理,在原油脱气的过程中脱除 H2S,也有些公司接受通气鼓泡并加药剂机械搅拌来脱除；依据国外脱硫体会,本文接受在原油脱气的同时脱除原油中所含的H2S,目前国内外常用的方法主要有多级分别法、负压闪蒸法、提馏法和气提法等；1）多级分别法 多级分别是常用的一种原油脱气工艺,因此也可以作为原油脱 H2S 的一种方法,它指的是原油沿管路流淌的过程中,压力会降低,压力降到某一数值时,原 油中会有部分气体析出,在油气两相保持接触的条件下,把压降过程中析出的气体排出,剩余的液相原油

19、连续沿管路流淌,当压力降低到另一较低数值时,再把 该降压过程中析出的气体排出,如此反复,最终产品进入储罐,系统的压力降为 常压；多级分别法在国外部分油田得到了特殊广泛的应用,由于多级分别法的分离程度不深该,主要将其用于H2S含量少的原油,该方法要求油气藏的能量高,井口有足够的剩余压力,然而我国的高压油田不多,多级分别方法的应用并不 多,国内尚且仍未将其用于原油脱 H2S处理；2）负压闪蒸法 图 1-1 所示是原油的 P-T 相图,点 C 是临界点, B 段是原油的泡点线, D 段是露点线；泡点线上方的区域是液相区,露点线下方的区域为气相区,泡点线和露点线包围的区域为汽液两相混合区；从原油的P-

20、T 相图可知,在压力不变的条件收集于网络,如有侵权请联系治理员删除精品学习资料勤奋,是踏入成功之门的阶梯第 8 页,共 36 页精品文档下上升饱和原油温度,或在温度不变时降低饱和原油压力,都可使原油部分汽化,原油状态点移至气液两相区内,原油中的H2S会部分闪蒸进入气相,实现原油脱 H2S的目的,负压闪蒸就是靠降低分别压力的原理进行原油脱 H2S 的；图 1-1 原油的 P-T 相图负压闪蒸法的主要耗能单元是压缩机和冷凝器,该方法的优点是闪蒸温度和闪蒸压力低,流程简洁,难点在于负压压缩机的运行和操作难度较大；3）分馏法分馏方法可用于作为原油脱H2S处理的手段,分馏方法是利用精馏原理对原油进行处理

21、的过程；精馏过程实质上是多次平稳汽化和冷凝的过程；它对物料的 分别较为精细,产品收率高,分别较完善；精馏过程主要是利用混合物中各组分 挥发才能的差异,通过塔底气相和塔顶液相回流,使气、液两相在分馏塔内逆向 多级接触,在热能驱动和相平稳关系的约束下,在各接触塔板上,易挥发的轻组 分（H2S）不断从液相往气相中转移,与此同时难挥发的重组分也不断由气相进入 液相,从而实现脱除 H2S的目的,该过程中传热、传质同时进行；精馏过程的热 力学基础是体系各组分之间的相对挥发度,而多次的接触级蒸馏为精馏过程供应 了实现的手段；在一个精馏塔内自上而下温度逐级上升,塔顶温度最低,塔斧温 度最高；4）气提法 德士古

22、进展公司接受气提工艺与机械搅拌相结合的方法脱除原油中所含的 H2S,依据相平稳原理,只要有效地降低轻组分蒸汽分压,就能促使原油中轻组分 气化,气提工艺就是应用这一原理向气提塔内通入确定的更易分别的气体,削减 塔内轻烃蒸汽的分压,使得原油中轻组分更易气化；如原油中的 H2S含量较高,经负压闪蒸或多级分别处理后,H2S 的含量仍是达不到原油的脱硫要求；此时可采收集于网络,如有侵权请联系治理员删除精品学习资料勤奋,是踏入成功之门的阶梯第 9 页,共 36 页精品文档用气提法,向分馏塔或提馏塔的底部通入自然气或经再沸炉加热后的原油蒸汽,自然气 H2S的含量要尽量低,或者不含H2S；气体向上流淌过程中与

23、向下流淌的原油在塔板上逆流接触,由于气相内 H2S的分压很低、液相内 H2S 含量高,产生浓度差促使 H2S进入气相,降低原油内溶解的 H2S 含量；与减压蒸馏相比,该方法所通入的惰性气体中H2S分压很低,在总压不变的情形下相当于降低了气相中H2S的分压,有利于H2S 从液相向气相的传质；气提气的作用主要有以下两个：气提气的主要组分为C1C3,由于气提气中 H2S 的含量低,有效地降低了H2S 在塔内气相中的分压,促使原油的 H2S 由液相进入气相；气提气在塔内自下而上运动,对原油中已分别出的气相组分起到确定程度的冲击携带作用,有利于气相的分出；1.3 论文的争辩内容本文主要依据国外的脱硫体会

24、,接受在原油脱气的同时脱除 H2S,依据原 油汽液相平稳的原理和方法,查找一套适合含硫重质原油的脱 H2S 工艺；1）调研稠油脱硫过程中存在的困难以及国外相关脱硫体会,确定本文的争辩 方向；2）原油脱 H2S 的理论基础是汽液相平稳,本文分析比较常用的相平稳学模 型,对常用模型的适用范畴进行分析比较,然后利用试验数据选择适合稠油脱硫 运算的相平稳模型；3）从影响原油脱 H2S 的因素入手,接受模拟的手段对多级分别、负压闪蒸、分馏工艺以及稠油气提油气分别工艺分别进行争辩,分析稠油脱 H2S 的影响因素及 影响规律,确定原油品质与脱 H2S 工艺及操作参数之间的关系,提出各种脱 H2S方 法的应用

25、范畴；4）在稠油脱 H2S 影响因素争辩的基础上,优化各工艺的脱 H2S操作参数,并 进行对比争辩,优选出含硫稠油的脱硫处理方法和相关的操作参数；5）提出适合塔河 12 区稠油物性的脱硫工艺,优化关键参数,把握原油中的 H2S含量,并将所提出的工艺在塔河三号联进行实际应用,对生产成效做一下分析 比较；收集于网络,如有侵权请联系治理员删除精品学习资料勤奋,是踏入成功之门的阶梯第 10 页,共 36 页精品文档其次章 含硫稠油热力学模型分析和选择2.1 引言本文利用他人多级分别、气提等工艺对原油进行脱硫处理的结果,其理论基础是汽液相平稳原理,相平稳在分别过程中有着特殊重要的意义；他认为相平稳是多种

26、多样的；最为典型、争辩最为透彻的是汽液平稳【13】；而工程上许多问题的解答运算都需要用到汽液相平稳关系式；汽液相平稳理论是物质分别运算以及分 离设备开发、设计的基础,所以认为因此它在石油开采、化工等领域占有特殊重要的位置T1 T22Tp 1p2 pf 11 f 12f 1MMMf1 f mfmm【14】； 2-1 式2-1 为判定相平稳的三个基本准就；即各相的温度、压力和各组分的逸度 均应相等,而且与标准态无关；这三个方程是相平稳运算的基础,是解决相平稳问题的起点,在解决相平稳问题的实际过程中,我们需要进一步建立逸度if和可测量的独立变量（如压力p、温度 T、体积 V和组成 x）之间的关系；为

27、建立两者之间的运算关系,可接受两种方法：状态方程法（汽液两相逸度都以逸度系数表 示）和活度系数法（汽相逸度用逸度系数表示,液相逸度用活度系数表示）；2.2 状态方程法状态方程是有关体积、压力、温度以及组成之间的数学关系式,大多数的状 态方程是压力显函数形式的,状态方程法是依据状态方程供应的 p-V-T 函数,然 后利发、设计的基础,所以认为因此它在石油开采、化工等领域占有特殊重要的 位置【14】；用逸度与 p-V-T 数据之间的关系求出逸度或逸度系数；如下：收集于网络,如有侵权请联系治理员删除精品学习资料勤奋,是踏入成功之门的阶梯第 11 页,共 36 页精品文档式2-2 与式 2-3 为逸度

28、 if或逸度系数 i 与p-V-T 之间普遍而严格的关系式；如具有表示成以下形式的函数供应体积信息行为,就可以严格地运算逸度或 逸度系数（其他热力学性质亦如此）；lnilnfipv iRT dp22dvlnz 23 yip0PRTlnlnfi1VPT, V, n iiyipRTnivv ivn i T,p, n i24v ifip25y iVF T,P,n 1,n 2,L26 PFT, V,n i,n 2,L27 F 虽然不愿定是解析函数（例如可接受列表数据）,但最为常用的仍是由状态 方程供应的 p-V-T 之间的关系；到目前为止,文献上发表的各种状态方程以体会性状态方程为主；理想气体的状态方

29、程pv=RT是最简洁和最古老的状态方程；它是仅适用于理想气体的状态方程,可用于高温存低压下气体体积性质的工程估 算,而且在 p0 或 T的条件下,任何状态方程均应回到该式；到目前为止,状态方程的进展已比较成熟,常用的状态方程主要有 程和 PR方程等,状态方程可以精确地表示很大范畴内的RK方程、 vdW方程、 SRK方 p-V-T 数据,利用状态方程可大大削减试验测定的工作量,并且可用来运算超临界状态下不形成液体状态 的组分,可以描述较宽温度压力范畴内的气相和液相行为,适合于高压系统,能 够推测混合物的临界点,正确的运算临界点及临界点邻近条件下的 K值,得到所 有的热力学性质,比如焓等；用状态方

30、程来运算高压系统的汽液平稳即简洁又准 确；下面对常用的状态方程的应用范畴做一下介绍：理论上讲,对任意组成的混合物,如某一状态方程可以描述从气相到液相整个范畴的 用一个状态方程来同时运算汽液两相的逸度；p-V-T 行为,就可以只1）经过对 RK方程进行修正得到的 PR方程和 SRK方程,在保留 RK方程形式简洁的优点外,仍提高了运算精度；它们在推测蒸汽压时比较精确,其缘由是由于它们有了很好的温度函数 ；在估量稠密区的摩尔体积方面,PR比 SRK方程更优越；收集于网络,如有侵权请联系治理员删除精品学习资料勤奋,是踏入成功之门的阶梯第 12 页,共 36 页精品文档2）SRK方程适用于全部温度、压力

31、下非极性、弱极性混合物,但在接近混合物临界点区域内运算精确性降低；方程中的参数是由常见的烃类物质试验数据拟 合得到的,因此不适极性组分,如水；3）PR方程可用来运算非极性或弱极性混合物组成的体系,适用的温度和压力 范畴为 -273650,035MPa；2.3 活度系数模型烃类溶液属正规溶液,与理想溶液的偏差较小,因而大多数状态方程可同时 应用于此类体系气相和液相逸度的运算,但对生产中常见的另一类溶液,比如电 解质溶液和极性溶液,就由于其与理想溶液偏差较大,液相的非理想性较强,将 状态方程应用于该类体系的汽液相性质运算时,结果并不精确；因此需查找另一 种途径解决此类问题的运算,目前常用活度系数模

32、型来运算该类溶液中各组分的 逸度；活度系数模型利用活度系数模拟液相行为；活度系数模型法与状态方程法有 着基本的不同之处,在状态方程方法中,气相和液相的逸度系数都是通过状态方 程运算的,它们的标准状态为纯组分的理想气体状态；在活度系数方法中,气相 的逸度是用前面的状态方程来运算的,而液相的逸度用活度系数方程来运算,液 相中各组分的标准状态为在混合物温度和压力下纯物质的液相状态；标准液相状态的逸度定义为在混合物温度压力下组分i 纯液相状态的逸度；在这个定义的前提下,当 x 趋向于 1 时,偏摩尔 Gibbs 自由能 g 趋向于 1；式中的指数项称为坡印亭因子,它代表了压力对液体逸度的影响；假如压力

33、 略高于大气压,这个修正可以忽视不计；因此,活度系数方法的基本思路是先利 用活度系数方程求出液相活度系数,然后依据逸度与活度系数的关联式 2-8 ,求 出液相逸度；最终依据汽液相平稳准就,处于汽液平稳状态时,气相逸度与液相 逸度相等；活度系数模型适合于求解组分挥发性相差不大的混合物体系以及高度非理想 的液体混合物；活度系数的运算需要通过活度系数模型来求得；活度系数的运算 大致可分为三种类型：2.3.1 Wohl 型方程此类方程是在正规溶液的基础上得出的；收集于网络,如有侵权请联系治理员删除精品学习资料勤奋,是踏入成功之门的阶梯第 13 页,共 36 页精品文档Hildebrand 定义了一个正

34、规溶液：当液体在恒温恒容下混合时,过量熵不存在的溶液；在各组分分子大小相差不大的前提下,这对于大多数非极性化合物的混合体系来说是成立的；此时,过量Gibbs 自由能主要由分子间的相互吸引力所准备；正规溶液理论是 Scatchard 和 Hildebrand 各自争辩得出的,他们做了一个 简化假设,将混合物之间的相互作用与纯组分物质中的相互作用关联起来；在这 个假设的基础上得到了一个简洁理论,液相活度系数仅是纯组分性质的函数,液 相活度系数与纯组分的溶解度参数有关,而溶解度参数与饱和液体恒温蒸发到理 想气体状态的能量变化有关,在一些文献中给出了某些常用组分的溶解度参数和 摩尔体积数据,可供查阅；

35、2.3.2 局部组成概念模型此类模型大多是建立在无热溶液理论基础上的；混合自由焓包括混合焓项和 混合熵项；在前面争辩的正规溶液理论中,分子大小被认为相近,不存在过量 熵,溶液的混合熵相当于理想溶液的混合熵,因此在正规溶液中主要争辩有关混 合焓的问题；但有一类溶液其混合热很小,甚至接近于零,但却严肃不符合 Ragout 定律；这类溶液中比较典型的为高分子聚合物溶液,如聚苯乙烯在聚二甲 硅氧烷中的溶液以及在乙苯或甲苯中的溶液；对这类分子大小相差悬殊而溶剂和 溶质化学性质相近的溶液,可假设溶液的混合焓为零而主要争辩其混合熵；过量 焓或混合焓为零的溶液就被称为无热溶液,但严格说来真正的无热溶液是不存在

36、 的；2.3.3 基团贡献概念模型在前面所列的活度系数方法中,均含有一些二元交互作用能量参数,而这些 参数需关联二元气 - 液平稳数据得到的,例如某一多元溶液含有 c 个组分,就需要 每组二元对的参数,即 cc-1 个二元参数值；虽然一些手册上总结了一些常见二 元对的参数值,但由于实际生产中所处理的体系包含的组分特殊复杂,而且数量 甚多,往往二元参数值的收集并不完整,导致在实际应用并不便利；基于上述存 在的问题提出了基团贡献法；基团贡献法中,各组分的性质是由其结构基团的有关性质叠加而得到的,即 假设各个基团的作用是相互独立的,与分子中其他的基团并无关联；在此基础上可将各种各样的化合物分子划分成

37、为数不多的基团（2050 个,至多 100 个）,收集于网络,如有侵权请联系治理员删除精品学习资料勤奋,是踏入成功之门的阶梯第 14 页,共 36 页精品文档仅考虑基团间的交互作用,认为分子之间不存在相互作用,从而可以利用少量数 目的基团参数来推测大量多元混合物的性质,大大简化了混合物的物性运算；将 基团作用的概念应用于混合物体系具有特殊重要的实际意义,虽然化合物的种类 特殊多,但在工业生产以及化学工业中常见的各种多组元液体混合物,其物性由 少量数目的（几十个）基团性质就可以进行简洁推算；2.4 其他重要的热力学模型争辩H2S 为酸性气体,查找适合稠油脱H2S的热力学方法,也可以考虑酸性溶液模

38、型,本文用 PROII 软件模拟,软件模型中包含一些酸性体系的模型,如 Sour 模 型、GPA Sour Water 模型等；下面介绍两个常用的适合含水原油系统的热力学模型以及两个酸性溶液系统 模型；2.4.1 Grayson-StreedGS模型Grayson 和 Streed45 于 1963 年对 Chao-Seeder 模型16 进行了修改,将Chao-Seeder 模型延长到 20MPa、420,可以有 H2S；该方法可以用来运算重质馏分油 的塔处理工艺,如常压蒸馏塔和减压蒸馏塔等；2.4.2 BraunK10 模型 该方法是在 Colander 等绘制的图表的基础上得到的；利用该

39、图表可推测系统 压力为 10psia 状态下组分的 k 值；此法接受 Braun 的收敛法,供应一个组分的正常沸点,运算系统温度和10psia 下的 K值；每一组分的 K值是系统温度、压力和汽液相组成的函数；该模型可严格的用于低压重烃体系,但在推测轻组分的平稳 常数 K值时有确定的局限性；2.4.3 Sour 模型液相中全部主要化学平稳是由于酸性气体分子的电离,这些化学平稳在该模 型中也被考虑在内了；反应平稳常数表示成温度、未电离酸性气体分子的组成以 及离子强度的函数；在该模型运算时,液体焓和密度是由Ideal 方法运算得到的；收集于网络,如有侵权请联系治理员删除精品学习资料勤奋,是踏入成功之

40、门的阶梯第 15 页,共 36 页精品文档第三章 含硫稠油脱硫工艺及影响因素分析及优化方案3.1 引言本文主要引用他人争辩含硫稠油的脱H2S 方法,其接受模拟的手段对多级分离、负压闪蒸、分馏、气提等多种方法在重质稠油脱 H2S 方面的应用进行了争辩,利用争辩各种脱 H2S 过程中 H2S含量等参数的变化规律,提出各种脱 H2S 方法使用的边界条件,为优化原油脱H2S 分别设备结构和关键操作参数供应依据；其争辩过程中所用的原油物性数据来自塔河 12 区重质含硫稠油,所用原油是将稀油和稠油按 1.2 ：1 的掺稀比进行混合得到的；利用稠油接受12 区 TK1240、TK1250、TK1257三口井

41、原始油样依据 1：1：1 混合而成,混合稠油的物性,掺稀原油取自塔河一号联混合原油,原油轻组分相关数据是塔河 的测试数据,原油、自然气物性见；气油比接受12-1 计转站分别器出口自然气 12-1 计转站 2022 年 8 月 1521日七天的气液相流量的平均值（气：油 =6.28Nm3/m3）,原油含水 15%；通过运算得到混合原油中最初的 H2S 含量为 1001.4mg/kg ,进站原油的温度和压力分别为90, 0.3MPa；利用软件运算得到的原油组成数据；他第一对各种工艺方法进行相同条件下的对比争辩,选用的评判参数主要有原油收率、饱和蒸汽压和原油的相对密度等,得到各种因素的影响规律,最终

42、提出适用于稠油脱 H2S 的工艺方法；3.2 多级分别工艺图 3-1 三级分别流程图影响多级分别工艺分别脱H2S 成效的主要操作参数有分别级数、温度和各级压力,下面对这三个操作参数对多级分别成效的影响关系进行争辩；图 3-1 所示是一个三级分别的模拟流程图；收集于网络,如有侵权请联系治理员删除精品学习资料勤奋,是踏入成功之门的阶梯第 16 页,共 36 页精品文档对一级分别、二级分别和三级分别三种工况分别进行争辩,原油的最初压力为 0.3MPa,脱水温度为 90；模拟时一级分别的分别压力为 0.1MPa；二级分别的第一级分别压力为 0.2MPa,其次级分别压力为 0.1MPa；三级分别的第一级

43、分别压力为 0.25MPa,其次级分别压力为 0.15MPa,第三级分别压力为 0.1MPa；运算温度为 90120时分别后原油中的H2S含量、原油收率、原油饱和蒸汽压以及原油的相对密度,结果如图 3-2 所示；图 3-2 分别温度和分别级数对脱 从图 3-2 中可以得出以下结论：H2S 成效的影响1）原油中 H2S 的含量随分别级数的增多而增多；从分别级数对原油收率的影 响图中可以看出,分别级数越多,就分别后所得原油的收率越高,通过分析可知 在分别过程中原油中的重组分基本都存在于液相中,其液相收率接近 100%,基本收集于网络,如有侵权请联系治理员删除精品学习资料勤奋,是踏入成功之门的阶梯第

44、 17 页,共 36 页精品文档不受分别级数多少的影响,因此,分别级数越多,原油收率越高,说明原油中的 轻组分含量越多, H2S的性质介于 C2和 C3之间,所以,汽液分别后原油中的 H2S含 量随分别级数的增加而增多；2）分别级数越多,原油收率越大,并且分别后原油的密度越小,饱和蒸汽压 也越小；饱和蒸汽压随着分别级数的增加而削减,有利于原油脱 H2S 过程中对蒸汽 压的把握,但是对于高含硫的特超稠油,原油中的重组分较多,饱和蒸汽压的合 格不是原油处理的主要目的,主要目的是原油中 H2S 的脱出；3）分别温度越高,原油中的H2S 含量越少,原油收率越低,原油的饱和蒸汽压越小,密度越大；这是由于

45、,平稳常数受温度的影响,温度越高,各组分的平 衡常数越大,就各组分在液相中的含量削减,气相含量增多,因此原油收率会减 小；并且组分越轻,其平稳常数受温度的影响越大,相比较来说,随温度的升 高,液相中轻组分的量是削减的,重组分可以认为是基本不变的,原油的饱和蒸 汽压主要受轻组分含量的影响,因此温度越高,所得原油的饱和蒸汽压越小,密 度越大 . 图 3-3 分别级数对组分收率的影响分别级数对分别后原油组成的影响关系见图3-3 ,从图中可以看出三级分别所得原油 C1含量少,原油蒸汽压低,在常压储罐内储存时蒸发损耗少,并且 C2C6组分的收率高,当接受一级分别时,将有大量的汽油组分进入气相白白烧掉,使

46、油田产品贬值,工业上常把多级分别作为原油稳固的一种措施；为什么分别级数越多获得的液体量越多,并且液相组成较合理（C1浓度低、C5+浓度高）,这一现象可从分子运动学方面来说明；其缘由是：在多元混合物中,轻组分分子的运动速度较高,在分子运动的过程中,轻组分分子与速度低的收集于网络,如有侵权请联系治理员删除精品学习资料勤奋,是踏入成功之门的阶梯第 18 页,共 36 页精品文档重组分分子相撞击,在撞击的过程中,轻组分分子失去了本身可以进入气相的能 量,而留在了液相中,重组分分子获得了相应的能量,最终进入气相；这就是在 多元体系中原先应处于液态的分子量较大的物质会有分子进入气相,以及在纯态 时呈气态的

47、物质会有部分存在于液相中的缘由；在体系压力较高时,分子的间距 小、引力大,分子进入气相所需具备的能量较大；对于速度小的重组分分子来 说,由于其自身能量低,因此进入气相更困难,所以体系中处于气相的分子数量 较少,并且重组分所占的浓度也较低；但假如在较高压力下把体系中已分别出的 气体排出,此时排出的气体中重组分含量很少,这样就削减了体系中具有较高能 量的轻组分分子,那么在压力降低到另一较低数值时,就削减了重组分分子被轻 组分分子撞击、携带的机率；因此,气体排出越准时,重组分被携带气化的机率 越小；由此可知,一次平稳分别的液相收率最小,连续分别的液相收率最多,多 级分别居中；并且在多级分别中,分别级

48、数越多,越接近连续分别,得到的液体 量越大,液体的密度越小；3.2.1 分别压力的影响保护分别温度为 90的条件下,在二级分别工艺中转变第一级分别压力的大小（0.1 0.3MPa）,以此来分析分别压力对脱H2S 成效的影响；图 3-4 分别压力对脱 H2S 成效的影响收集于网络,如有侵权请联系治理员删除精品学习资料勤奋,是踏入成功之门的阶梯第 19 页,共 36 页精品文档从图 3-4 中可以出, H2S含量随第一级分别压力的上升先增多后削减,第一级分别压力在 0.17MPa左右时,原油中的 H2S 含量达到最多；在压力降低到 0.1MPa或压力上升到 0.3MPa（此时变为一级分别了）时,原

49、油中的 H2S含量最少；原油的收率随分别压力的变化趋势与H2S 含量的变化趋势相同,第一级分别压力从 0.1MPa变化到 0.3MPa的过程中,原油收领先增多后削减,同样也是在0.17MPa左右时,原油收率达到最多,当压力降低至 为一级分别）时,原油收率最小；0.1MPa或上升到 0.3MPa（变原油的饱和蒸汽压和相对密度随分别压力的变化趋势是相同的,压力上升,原油的饱和蒸汽压和相对密度先减小后增大；原油的饱和蒸汽压主要受到原油中C1 含量的影响,从前面的分析知,第一级分别压力为0.1MPa或 0.3MPa（一级分离）时,原油中的 C1含量比较高,因此原油的蒸汽压较高,而原油相对密度较大的主要

50、缘由是由于分别后原油中所含的 油中 C2C4轻组分含量的影响；3.2.2 多级分别脱硫参数优化C2 组分较多,此时原油的密度主要受到原于多级分别所得的原油组成较合理,原油收率高,并且对于 H2S 含量高的原油可以通过上升分别温度的方法将原油中的H2S 含量把握在较低的水平,因此,为了既保证原油收率和合理的原油组成又保证脱硫成效,初步确定接受三级分别方法,第一级分别压力取为0.208MPa,其次级分别压力为0.144MPa,第三级分别压力 0.1MPa,通过把握分别器的温度,使原油中的H2S含量中意要求,得到所需温度与 H2S 含量的关系,如表 3-1 和图 3-5 所示；表 3-1 多级分别优

51、化数据 H2S 含量（mg10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 kg）温度；（136.134.133.132.132.131.131.131.130.130.130.4 8 7 9 3 8 3 0 6 3 0 C）收集于网络,如有侵权请联系治理员删除精品学习资料勤奋,是踏入成功之门的阶梯第 20 页,共 36 页精品文档图 3-5 H2S 含量不同的影响从表 3-1 和图 3-5 中可以看出,操作温度达到130136时可以使脱 H2S后原油中的 H2S 浓度把握在 1060mg/kg,中意脱硫要求；脱 H2S 后原油中的 H2S含量越多,就原油的收率越高,并且单位质

52、量原油收率所需要的能耗（能耗比）也越少,原油的饱和蒸汽压越大,原油的密度越大；多级分别方法虽然可以通过升高分别温度的方法中意脱硫要求,但是原油的收率却比较低,能耗也较高；综合考虑脱硫成效和原油的收率以及组成,确定多级分别脱硫方案接受三级分别法,第一级分别压力取为0.208MPa,其次级分别压力为0.144MPa,第三级分离压力为 0.1MPa,通过上升分别温度（ 130136）将 H2S含量把握在较低的水平；3.3 负压闪蒸工艺负压闪蒸主要是靠降低闪蒸压力,增加轻重组分的相对挥发度,使原油中的H2S部分脱出,负压闪蒸模拟流程图如图 3-6 所示：收集于网络,如有侵权请联系治理员删除精品学习资料

53、勤奋,是踏入成功之门的阶梯第 21 页,共 36 页精品文档图 3-6 负压闪蒸流程图负压闪蒸的流程描述如下：原油经过初步气液分别后,经节流减压呈气液两相状态进入闪蒸罐,罐顶部与压缩机入口相连,塔的操作压力一般为 0.05 0.07MPa的负压；原油在塔内闪蒸,包括H2S在内的易挥发组分在负压下析出进入气相,并从塔顶流出,经增压冷却后,在分别器中分出不凝气、凝析油（或称粗 轻油）和污水；由塔底流出的原油,增压后送往下一级处理单元；负压闪蒸方法的主要影响参数是负压塔的操作压力和操作温度；下面主要对 这两个因素进行分析；3.3.1 操作压力与操作温度的影响分别转变负压闪蒸罐的操作压力（0.06 0

54、.085MPa）和操作温度（ 7090）,得到压力和温度对闪蒸脱 H2S 成效的影响关系,如图 3-7 ；由图 3-7 可见负压闪蒸过程中,操作温度和压力对脱H2S 成效的影响特殊显著,随着闪蒸塔操作压力的上升,原油中的 H2S 含量会增多,然而所得原油收率也会增加,原油的蒸汽压增大,密度减小；在相同的操作压力下,原油中的 H2S 含量随操作温度的上升而削减,原油收率降低,原油的蒸汽压减小,密度增大；收集于网络,如有侵权请联系治理员删除精品学习资料勤奋,是踏入成功之门的阶梯第 22 页,共 36 页精品文档图 3-7 闪蒸压力和温度的影响从能耗比图中可以看出,在80,90进行闪蒸时,能耗比较低

55、,而当在100进行闪蒸时,所需要的能耗大大上升,这是由于,原油脱水温度为 90,在90以下进行闪蒸时,基本不需要对原油另行加热,能耗主要考虑压缩机的能耗,而当在 100进行闪蒸时,要对原油进行加热,所需要的能耗包括压缩机的能耗和加热原油所需的能耗；负压闪蒸工艺主要是通过降低闪蒸压力实现原油脱 H2S目的的,因此负压闪蒸最好能利用原油脱水温度进行,而不对原油另行加热；由于不需要换热、加热设施,从而使工艺简化,投资和能耗都比较低；收集于网络,如有侵权请联系治理员删除精品学习资料勤奋,是踏入成功之门的阶梯第 23 页,共 36 页精品文档压缩机和冷却器是负压闪蒸装置耗能的主要单元；为在经济上获得较高

56、利 益,常用负压闪蒸处理溶解气量少、所需气化率小的重质原油,以削减压缩机功 耗；3.3.2 负压闪蒸脱硫参数优化通过前面的分析可知,负压闪蒸方法的主要影响参数为闪蒸温度和闪蒸压 力,下面分别针对这两个因素对负压闪蒸工艺进行优化,从两个方面进行：1）优化闪蒸压力闪蒸温度取原油脱水温度90,固定闪蒸温度不变,通过改变闪蒸罐操作压力使分别后原油中的 H2S 含量把握在 10 60mg/kg 以下,得到所需要的真空度见表 3-2 ；表 3-2 90 时负压闪蒸优化数据H2S 含量（mg10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 kg）操作压力20.3 22.5 24.0 25.1 26

57、.0 26.7 27.4 28.1 28.7 29.3 （kPa）图 3-8 温度确定时 H2S不同含量的影响从图 3-8 中可以看出,随着所要求的原油中H2S 含量的削减,就需要闪蒸罐内的操作压力越低,此时脱 H2S 后原油的收率会减小,并且原油的饱和蒸汽压降低,收集于网络,如有侵权请联系治理员删除精品学习资料勤奋,是踏入成功之门的阶梯第 24 页,共 36 页精品文档相对密度增大；由于闪蒸罐的分别压力降低,因此压缩机的负荷会增大,所需要的能耗增多,与此同时,由于原油的收率减小,因此能耗比会增大；从表 3-2 中可以看出,要使汽液闪蒸后原油中的H2S 含量低于 1060mg/kg,就要求闪蒸

58、罐内的压力低于 0.03MPa,闪蒸罐内的真空度是由于压缩机的抽吸作用造成的,因此闪蒸罐的操作压力受到压缩机入口所能达到真空度的限制,目前国内生产的负压压缩机所能达到的入口压力为0.06MPa,引进压缩机可达 0.04MPa,不论是国内所产压缩机仍是进口压缩机都不能达到低于 0.03MPa的真空度,因此,对于密度和粘度较高的稠油脱H2S 不能在不加热的条件下仅通过降低闪蒸压力方法使原油中的 H2S 含量中意要求；下面考虑分别在 0.04Mpa和 0.06MPa 的压力下,通过上升闪蒸温度的方法使 原油中的 H2S 含量中意要求；2）优化闪蒸温度依据国产和进口压缩机入口真空度的限制,分别在0.0

59、4MPa和 0.06MPa压力下转变闪蒸温度,使闪蒸分别后原油中的 H2S 含量把握在 1060mg/kg,得到所需的加热温度与 H2S 含量的关系见表 3-3 和图 3-9 ；表 3-3 H2S 含量在 1060mg/kg 时所需要的闪蒸温度（）H2S 含量（mg10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 kg）0.04113.108.106.104.103.102.101.100.100.99.7 99.1 MPa 4 7 2 6 4 4 6 9 2 0.06129.123.120.117.117.115.115.114.113.113.112.MPa 8 7 5 1

60、 1 9 0 2 6 0 4 从表 3-3 和图 3-9 中可以看出,通过上升闪蒸温度使原油中H2S 含量中意要求时,对于进口压缩机（入口真空度可达0.04MPa）,要使原油中 H2S含量把握在收集于网络,如有侵权请联系治理员删除精品学习资料勤奋,是踏入成功之门的阶梯第 25 页,共 36 页精品文档1060mg/kg,就要求加热温度在 可达 0.06MPa）,要求加热温度在100113以上；对于国产压缩机（入口真空度 113130以上；所需要的操作温度比较高,仅依靠原油的进站温度很难实现,需要进行再加热,并且在这样的操作温度下,原油的收率比较低,原油蒸汽压特殊低,原油中的轻组分大量缺失,所需