一种高温高含硫伴生气处理系统及处理方法与流程

本发明属于页岩油原位转化大规模开发的地面回收处理，具体涉及一种高温高含硫伴生气处理系统及处理方法。

背景技术：

1、页岩油地下原位转化是利用水平井电加热轻质化技术，将埋深300～3000m页岩中的重质油、沥青和各类有机物大规模转化为轻质油和天然气的物理化学过程，可称为“地下炼厂”，在清洁开采、总量规模与产出物品质等方面具有明显优势。

2、国内主要含油气盆地石油资源探明程度高，新发现规模高效储量难度越来越大，新增石油探明储量品位变差，新储量建产难度加大：近几年发现储量中，低渗-特低-致密油占65％；低丰度-特低丰度占70％，因此有必要去探索新的领域，而中低成熟度页岩油可能是未来石油工业希望所在，将是一场真正革命。

3、页岩油原位转化地面工程设计主要面临高温、高腐蚀、高风险、高耗能以及生产工况变化大等难点，目前国内暂无可直接借鉴的工艺模式。

4、因此，针对以上难点，需要研究形成高温高含硫伴生气处理系统，消除高温对脱硫技术的不利因素，解决凝液达标外售、污水达标外排或回注的问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种高温高含硫伴生气处理系统及处理方法，目的在于实现页岩油原位转化大规模开发的高温高含硫伴生气的100％回收利用。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种高温高含硫伴生气处理系统，包括高温高含硫伴生气降温单元、三相分离器以及连接于三相分离器气相出口的伴生气脱硫单元，连接于三相分离器油相出口的轻油脱硫单元，连接于三相分离器水相出口的污水处理单元；

4、所述高温高含硫伴生气降温单元至少包括空冷器，所述轻油脱硫单元包括换热器、轻油精馏塔、轻油精馏塔底重沸器、轻油精馏塔顶空冷器、轻油回流罐、轻油回流泵、轻油空冷器；

5、所述的空冷器入口经输气管道连通高温高含硫伴生气输入管线，空冷器出口经管道和三相分离器入口连接；三相分离器气体出口经管道和伴生气脱硫单元入口连接，三相分离器含硫轻油出口经管道和换热器的含硫轻油入口连接，换热器的含硫轻油出口经管道和轻油精馏塔入口连接，轻油精馏塔塔顶气相经管道和轻油精馏塔顶空冷器入口连接，轻油精馏塔顶空冷器出口经管道和轻油回流罐入口连接，轻油回流罐分离出的气相经管道和污水处理单元的气提气增压机入口连接，轻油回流罐分离出的液相经管道和轻油回流泵入口连接，轻油回流泵出口经管道和轻油精馏塔回流口连接，轻油精馏塔底部出料口经管道和轻油精馏塔底重沸器进料口连接，轻油精馏塔底重沸器气相出料口经管道和轻油精馏塔底部进料口连接，轻油精馏塔底重沸器液相出料口经管道和换热器的净化轻油入口连接，换热器净化轻油出口经管道和轻油空冷器入口连接，轻油空冷器出口经管道连接至下游的轻油储运单元；三相分离器含硫污水出口经管道和污水处理单元入口连接，污水处理单元分离出的含酸气体经管道连接至伴生气脱硫单元入口处，污水处理单元分离出的液相经管道连接至三相分离器入口处进行二次油水气的分离。

6、进一步地，所述污水处理单元包括污水气提塔、气提气增压机、气提气空冷器、气提气分离器；

7、所述污水气提塔顶端入口经管道和三相分离器含硫污水出口连接，污水气提塔底部液相出口经管道连接至下游净化水储运单元，污水气提塔顶部气相经管道和气提气增压机入口连接，气提气增压机出口经管道和气提气空冷器入口连接，气提气空冷器出口经管道和气提气分离器入口连接，气提气分离器的液相出口经管道和三相分离器入口连接，气提气分离器的气相出口经管道和伴生气脱硫单元入口连接；伴生气脱硫单元的气相出口分为两路，一路连接下游燃气发电单元；另一路和污水气提塔底部入口连接。

8、作为本发明的进一步改进，所述高温高含硫伴生气降温单元还包括水箱和循环水泵，所述空冷器喷淋水经喷水管道连接循环水泵出口，空冷器喷淋回水经回水管道连接水箱入口，水箱出口经管道连接循环水泵入口。

9、进一步地，所述输气管线上安装有紧急截断阀。

10、作为本发明的进一步改进，所述输气管线上还连接有放空管线，所述放空管线上安装有旁通放空阀。

11、进一步地，所述伴生气脱硫单元包括脱硫塔、净化气分离器、贫富液换热器、再生塔、贫液回流泵、管道冷却器、尾气分离器、新鲜贫液储罐、新鲜贫液增压泵，所述脱硫塔底部入口经管道和三相分离器气相出口连接，脱硫塔顶部气相出口经管道和净化气分离器入口连接，净化气分离器的气相出口分为两路，一路经燃料气输出管道连接下游燃气发电单元，另一路经出口管道和污水气提塔底部入口连接，净化气分离器的液相出口经管道连接至脱硫塔底部液相出口管道上，脱硫塔底部的液相出口管道和贫富液换热器富液入口连接，贫富液换热器富液出口经管道和再生塔入口连接，再生塔液相出口经管道和贫富液换热器贫液入口连接，贫富液换热器贫液出口经管道和贫液回流泵入口连接，贫液回流泵出口经管道和脱硫塔顶部入口连接，再生塔顶部气相出口经管道和管道冷却器入口连接，管道冷却器出口经管道和尾气分离器入口连接，尾气分离器的气相出口连接高点排空管道，尾气分离器的液相出口和新鲜贫液储罐连接，新鲜贫液储罐出口经管道和新鲜贫液增压泵入口连接，新鲜贫液增压泵出口经管道和贫液回流泵连接。

12、作为本发明的进一步改进，所述伴生气脱硫单元还包括板框式压滤机和罗茨鼓风机，罗茨鼓风机入口连接有再生空气入口管道，罗茨鼓风机出口经管道m和再生塔底部连接，罗茨鼓风机出口经管道n和板框式压滤机吹扫口入口连接，板框式压滤机的滤料出口连接硫磺储运单元，板框式压滤机吹扫出口经管道和管道冷却器入口连接，板框式压滤机的滤除液出口经管道和新鲜贫液储罐入口连接，所述新鲜贫液储罐上还连接有新鲜贫液进口管道。

13、作为本发明的进一步改进，所述伴生气脱硫单元还包括再生塔底含硫脱硫液提升泵和脱硫塔底富硫脱硫液提升泵，所述脱硫塔底部含硫脱硫液出口经管道和脱硫塔底富硫脱硫液提升泵入口连接，再生塔底部含硫脱硫液出口经管道和再生塔底含硫脱硫液提升泵入口连接，脱硫塔底富硫脱硫液提升泵出口和再生塔底含硫脱硫液提升泵出口汇合后经管道和板框式压滤机入口连接。

14、本发明还保护一种高温高含硫伴生气处理方法，包括以下步骤：

15、s1、井场的高温高含硫伴生气经空冷器冷却至35～45℃后经管道连接至三相分离器，进行油、水、气三相分离；

16、s2、三相分离器分离出的含硫轻油经和净化轻油换热升温至115～120℃后，进入轻油精馏塔中上部，经轻油精馏塔底重沸器提供的热源将轻油中的甲烷、乙烷、丙烷、h2s及co2等组分蒸馏从塔顶逸出，逸出的含酸烃类气体经轻油精馏塔顶空冷器冷却至40℃～45℃后进入轻油回流罐，轻油回流罐分离出的含酸烃类气体经管道连接至气提气增压机入口处，轻油回流罐分离出的液相经轻油回流泵泵入轻油精馏塔塔顶，轻油精馏塔底重沸器热源由电加热器提供，轻烃精馏塔塔底的净化轻油经和含硫轻油换热降温至55～60℃后再经轻油空冷器冷却至40℃后经管道连接至轻油储运单元；

17、s3、三相分离器分离出的含硫污水进入污水气提塔顶部，在污水气提塔塔内与塔底部上来的气提气进行传质传热，污水气提塔塔顶逸出的含酸烃类气体经管道连接至气提气增压机入口处，污水气提塔塔底流出的净化水经管道连接至净化水储运单元；

18、s4、轻油回流罐分离出的含酸烃类气体和污水气提塔顶部逸出的含酸烃类气体混合后经气提气增压机增压至1.0mpa并经气提气空冷器冷却至40℃～45℃后进入气提气分离器，气提气分离器分离出的含酸气体经管道连接至伴生气脱硫单元入口处，气提气分离器分离出的液相经管道连接至三相分离器入口处进行二次油水气的分离；

19、s5、三相分离器分离出的含酸烃类气体和气提气分离器分离出的含酸烃类气体混合后进入伴生气脱硫单元，对所有含硫烃类气体进行脱硫处理，经脱硫处理后得到的净化气一部分作为污水气提塔所用的气提气；另一部分作为燃料气至下游燃气发电单元。

20、作为本发明的进一步改进，s5三相分离器分离出的含酸烃类气体和气提气分离器分离出的含酸烃类气体混合后进入伴生气脱硫单元，对所有含硫烃类气体进行脱硫处理，具体包括以下步骤：

21、s501、三相分离器分离出的含酸烃类气体和气提气分离器分离出的含酸烃类气体混合后进入脱硫塔塔底，在脱硫塔内经和铁基离子液脱硫剂接触的过程中完成将h2s转换成单质s的过程；脱硫塔塔顶净化气经净化气分离器分离出携带的液滴后所得净化气经燃料气输出管道连接下游燃气发电单元；净化气分离器分离出的液滴回收至脱硫后贫硫富铁基脱硫液管道上，贫硫富铁基脱硫液管道与贫富液换热器的富液入口连接；脱硫塔塔底的富硫富铁基脱硫液经脱硫塔底富硫脱硫液提升泵泵入板框压滤机入口，脱硫塔塔底的贫硫富铁基脱硫液靠自压和贫铁基脱硫液换热后进入再生塔；

22、s502、罗茨鼓风机提供的再生空气经管道m进入再生塔底部，通过再生塔底部的鼓泡器实现空气中氧气将贫硫富铁基脱硫液中的fe2+氧化成fe3+，再生塔塔底再生后贫硫贫铁基脱硫液返回贫液回流泵入口处，经增压后泵入脱硫塔顶部，实现铁基脱硫液的循环使用；

23、s503、罗茨鼓风机提供的再生空气经管道n进入板框压滤机，为板框压滤机提供吹扫气，板框压滤机的吹扫出口经管道和管道冷却器入口连接；

24、s504、再生塔顶部逸出的气体经管道冷却器冷却后进入尾气分离器，尾气分离器分离出的尾气经管道接至高点排空，尾气分离器分离出的液体经管道接入新鲜贫液储罐，新鲜贫液储罐出口经管道和新鲜贫液增压泵入口连接，新鲜贫液增压泵出口经管道和贫液回流泵连接；

25、s505、脱硫塔塔底的富硫铁基脱硫液通过脱硫塔底富硫脱硫液提升泵泵入板框压滤机，再生塔塔底的富硫铁基脱硫液通过再生塔底含硫脱硫液提升泵泵入板框压滤机，板框式压滤机的滤料出口连接硫磺储运单元，板框式压滤机的滤除液进入新鲜贫液储罐。

26、进一步地，所述高温高含硫伴生气压力为1.0mpa，温度为300℃，h2s含量为19100～63900ppm，co2含量为4.22～19.39％，h2含量为4.08％～6.72％，其余均为c1～c30之间的烷烃类及饱和水组分。

27、进一步地，所述的含酸烃类气体压力为0.995mpa，温度为40℃，h2s含量为21100～66000ppm，co2含量为4.54～22.58％，h2含量为5.89％～11.5％，其余均为c1～c10之间的烷烃类及饱和水组分。

28、进一步地，所述空冷器采用斜顶干湿联合闭式空冷器型式，高温高含硫伴生气夏季时被冷却至40℃是依靠水箱和循环水泵运行实现，喷淋水采用软化水，水箱补水采用外购软化水，不定期弥补循环水喷淋降温的过程中消耗水量。

29、进一步地，轻油精馏塔内件采用规整填料，规整填料具有分离效率高、持液量少、变工况迅速等特点。轻油精馏塔底重沸器采用卧式电加热型式，取消导热油供热系统，降低装置投资成本；分馏后的净化轻油的硫化氢含量为0.0146mg/kg油，满足《油气田地面工程油气集输处理工艺设计规范第一部分：通则》中要求原油中硫化氢含量不宜大于60mg/kg的控制指标。

30、采用上述技术方案，本发明的有益效果如下：

31、1、本发明的高温高含硫伴生气处理系统避免了高温状态下的脱硫效果不佳及产量变化情况下的安全风险，实现了具有针对性的一套处理高温高含硫伴生气的工艺流程系统；生产的产品多样化(净化气、轻油、工业级硫磺)使得采出的伴生气100％回收利用，即节能减排，又具有经济效益。产生的净化天然气作为燃料气发电，除了满足自身系统使用外可以外售，也可以作为原料气生成干气、液化石油气和稳定轻烃达标外售；产生的轻油达标外售；副产品为高纯度硫磺，易销售；处理后的污水达标排放，符合清洁生产的总体要求；同时该处理系统可以有效降低装置投资和运行费用，并对国内外页岩油原位转化大规模开发的高温高含硫伴生气回收利用技术的选择和技术理论的发展起到了引领作用。

32、2、轻油精馏是利用轻油中的含硫物质h2s挥发性介于轻油中c1～c4组分的挥发性之中，采用“降压+升温”配合精馏原理实现轻油脱硫目的。较负压闪蒸法具有工艺流程简单、投资低的优点；较气提法具有轻油收率高的优点；较液相不可再生脱硫剂脱硫具有运行成本低的优点。

33、3、伴生气脱硫单元采用非水相脱硫剂，该脱硫剂是一种具有优良特性的绿色材料，具有2～4g/l的高硫容、高净化率(净化率≥99％)、在正常运行过程中可以实现零消耗的优点，副产品硫磺为工业级硫磺，不仅解决了常规水相脱硫剂的二次污染问题，且具有一定的经济效益。

34、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚的了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。