原油化學脫硫劑的研究與應用現狀
北極星大氣網訊:原油中的硫化物已鑒定的有百余種,主要可分為三類:第一類為酸性含硫化合物,主要包括硫化氫和硫醇;第二類為中性硫化合物,主要為硫醚和二硫化物;第三類為熱穩定性好的硫化物,主要為噻吩和四氫化噻吩、苯硫酚等。硫化物通常具有惡臭、劇毒和強腐蝕性,對原油的集輸、加工及成品油的品質有不良影響。溶解在原油中的硫化物會嚴重腐蝕管道、設備,威脅人身安全,在原油煉制過程中硫化物會導致設備腐蝕、催化劑失活、成品油硫含量不合格等一系列問題。
脫硫劑的研制及各種脫硫技術的開發成為解決上述問題的重要手段。目前,脫硫方法按脫除方法的特點可分為吸收法、吸附法、氧化法、生物法、脈沖電暈法等;按工藝可分為再生溶劑吸收脫硫、固定床吸附脫硫、膜分離方法脫硫、生物脫硫、以及物理場脫硫等;依據物質所處的狀態又可分為濕法和干法兩大類。本文主要介紹濕法脫硫中所用的化學脫硫劑的研究現狀。
1原油化學脫硫劑研究現狀
1.1胺脫硫劑
乙醇胺類及其衍生物具有較強的H2S吸收能力,因而受到廣泛關注,許多研究機構及企業均在此方面進行了大量研究。
揚子石油化工股份有限公司研制的脫硫劑組成為:羥胺10%~20%、酮肟30%~50%、有機酸30%~60%,脫硫溫度100~150℃,反應時間0.5~1.5h,脫硫劑質量濃度為10~1000mg/L,向原油中注入2%~10%的蒸餾水,控制電脫鹽罐的電場為300~900kV/cm,繼續保持高溫1~3h,使脫硫劑與原油中的含硫化合物反應,反應完畢后靜置約1h,使水油分離。該方法使原油的硫含量降低15%~20%。
西安建筑科技大學研制了兩種脫硫劑,一種為油溶性,一種為水溶性。其中油溶性脫硫劑的成分為:50%~70%(體積分數,后同)純苯,10%~30%乙醇和10%~30%二乙醇胺。先讓乙醇和純苯反應,再滴定加入二乙醇胺,加熱至溶解,靜置即成脫硫劑。該油溶性脫硫劑能有效溶解于原油,可用于降低原油中的硫化氫氣體。水溶性脫硫劑的成分為:16%~27%(質量分數,后同)甲基二乙醇胺(MDEA),2.8%~4.2%二乙醇胺(DEA),3.3%~4.8%環丁砜,60%~68%亞硝酸鈉,溶質為水。該劑具有優良的瞬間脫硫性能,還能降低原油中硫酸鹽還原菌的數量,減少由硫酸鹽還原菌代謝產生的硫化氫氣體,從而達到提高脫硫劑持續能力的目的。經測算,該脫硫劑的硫容為80mg/L,添加量為40mL,30min內可將硫含量由0.12%降低至0.001%。
西南石油大學研制了一種水溶性脫硫劑,該劑配方為:10%~25%羥乙基六氫均三嗪、5%~20%醇胺、5%~20%小分子醇,其余為水。該劑能有效降低原油或天然氣中的硫化氫,同時除硫劑與硫化氫生成的產物溶于水,不會堵塞井筒、影響油氣井的正常生產。
Magsumovic等以甲醇乙醇胺、二甲醇二乙醇胺、甲醇二乙醇胺為原料復配形成脫硫劑,該劑能脫除原油中的硫化氫,使用溫度為20~80℃。Khan等[16]將原油加熱至149℃,向其中通入惰性氣體,并添加二乙烯三胺、四乙烯五胺、氨乙基哌啶等聚烷基胺脫除硫化氫,聚烷基胺加量為0.2%。Zaid等用40%烷基酚聚氧乙烯醚、10%胺、50%堿金屬硝酸鹽組成的脫硫劑脫除原油及燃料油中的硫及硫的化合物。
胺法脫硫主要用于脫除原油中的硫化氫,只有少數胺脫硫劑對其他硫化物有一定的效果。雖然胺法脫硫受到如此關注,但還有一個需著重解決的問題:經該法吸收的硫化氫所成的鹽加熱后會分解釋放出硫化氫,還需進行進一步處理,加大了技術難度和經濟投入。
1.2氫氧化物脫硫劑
NaOH、KOH和氨水也是常用的原油硫化氫脫除劑。Lyushin等添加螯合劑和破乳劑去除原油中的鐵和H2S,螯合劑由28%~32%氨基三亞甲基膦酸、7%~9%乙烯醇、15%~18%尿素、10%~13%氨水及0.5%~1%腐蝕抑制劑組成,其中用于脫除硫化氫的主要組分為氨水。Hassan等將氫氧化銨和硫酸銨(質量比1:1)作為脫硫劑,采用新型脫硫裝置對原油進行脫硫。
NaOH、KOH可以有效脫除原油中的硫化氫,但會形成堿性的穩定乳狀液,增加下游脫水工藝難度。氨水與硫化氫反應生成的銨鹽在下流工藝中比鈉鹽容易脫除,但氨水在較高溫度時易造成閃蒸,且對設備有一定的腐蝕性,還會造成環境污染?;谝陨显?,氫氧化物脫硫劑目前已很少使用。
1.3含醛脫硫劑
青島海頤天儀器有限公司發明了一種脫硫化氫試劑,組分為40%~50%甲醛、5%~10%乙醛、4%~8%丙酮,其余為純凈水。
Allen等發現,在原油外輸管線中加入甲醛可以在十天內對原油中的硫化氫進行有效脫除,但隨著時間的延長,甲醛與硫化氫的反應會發生逆轉而重新生成硫化氫。Karas等將乙二醛和氯化椰油烷基二甲基芐基銨作為硫化氫脫除劑,脫硫率達70%以上。
甲醛對硫化氫的吸收作用較強,但易發生逆轉,重新生成硫化氫,增加后處理難度;另外,甲醛對人的危害較大,可影響嗅覺器官、免疫功能、中樞神經,會造成細胞內遺傳物質損傷,是可疑致癌物。因此,目前已停止使用甲醛作為脫硫劑。