一、实施背景
齐40块含油面积7.9km2，地质储量3774×104t。1987年以蒸汽吞吐方式投入开发，1998年开展4个井组蒸汽驱先导试验，2003年进行7个井组扩大试验，2006年区块全面进入蒸汽驱工业化实施阶段，全块共有蒸汽驱井组150个。
区块全面转驱以来，伴生气量逐渐增加，单井硫化氢含量也越来越高。目前齐40块共有油井732口，开井642口，硫化氢含量超标井616口（硫化氢含量≥15mg/m3的井），占开井数的96%，其中硫化氢含量＞1000mg/m过氧化锰3的272口井。
图1 齐40块油井硫化氢浓度分布图
硫化氢浓度最高的部位是先导扩大区，由于该部位于98年10月转蒸汽驱，转驱时间长目前进入突破阶段。硫化氢浓度次高部位为西南高倾角区、东北部区域，该部位油层物性好，转驱后受效快、见效明显。硫化氢浓度低的部位，与齐108块相邻，油层薄物性差，受效不明显。
齐40块现阶段日产伴生气11.6万方。伴生气主要组分有CO2 、CH4 、N2 、H2 、H2S，还含有微量的其它烷烃和有机硫成分。
齐40块伴生气中超标硫化氢的存在，不但严重危害到我厂员工的身心健康，同时也增加了与周边百姓协调的难度。由于伴生气中二氧化碳含量高，导致伴生气无法进系统燃烧，对外排放又严重影响环境保护。为解决齐40块伴生气中硫化氢超标和无法进系统的问题，按照安全环保工作要求，2010年开展了伴生气硫化氢处理及再利用研究。
二、伴生气硫化氢处理及再利用技术研究与应用
2.1 硫化氢处理技术
齐40块伴生气硫化氢处理采用干法脱硫技术。干法脱硫是指采用固体吸附剂（脱硫剂）吸附天然气中的硫化氢，使得天然气净化的一种方法。 干法脱硫所使用的固体吸附剂（脱硫剂）有氧化铁、氧化铝、氧化锌、氧化锰、活性炭、泡沸石和分子筛等。目前使用最多的是金属氧化物及活性炭固体吸附剂。用固体吸附剂中的碱性物质（例如氧化铁）与硫化氢反应生成金属硫化物（硫化铁）和水而脱除了硫化氢。
（1）干法脱硫技术适用于处理量不太大，含硫量较低且脱硫精度要求较高的物料。与湿法脱硫相比，干法脱硫技术具有装置设备较少，投资省，能耗低，流程简单，生产过程无废液废气等优点。
（2）金属氧化物脱硫固体吸附剂，大多只能脱除天然气中的无机硫，而脱除天然气中有机硫（如硫醇、硫醚）的效果较差。为了提高吸附剂脱除天然气中有机硫的能力，常通过加入一定量有机硫脱除催化剂（如氧化锌、氧化锰等）来实现。
（3）金属氧化物脱硫固体吸附剂吸附一定量的硫化氢后，会达到饱和，这时，控制性通入
氧气，吸附剂会与氧气反应，实现再生。再生后的吸附剂还会有一定的吸附硫化氢的能力。但再生化学反应放热量很大，在天然气脱硫工艺中，易发生危险，一般不进行在线再生。而只对从脱硫塔中卸出的废脱硫剂进行控制再生，使废脱硫剂稳定，便于无害化处理。
以氧化铁脱硫过程为例，其脱硫化氢化学反应：
Fe2O3·H2O+3H2S=Fe2S3·H2O+3H2O+5.2千卡
氧化铁除硫剂再生化学反应：
2Fe2S3·H2O+ 3O2=2 Fe2O3·H2O+6S+47.1千卡
活性炭脱硫固体吸附剂是最有前途的脱硫剂，它具有脱硫选择性好、硫容高等特点。但活性炭脱硫固体吸附剂价格较高，同时，活性炭脱硫剂只有在有氧条件下的脱硫效果才会提高。
2.1.1干法脱硫试验结果
（1）现场小试
为确定干法脱硫工艺对齐40块伴生天然气的适应性，我们在齐40块30#站进行了现场中试，试验从2009年6月3日开始，至2009年9月6日结束。该装置投产至试验结束，共处理天然气94029m3，累计脱出硫化氢 517kg。试验结束时，1#塔中脱硫剂尚未饱和，仍能脱出天然气中30%的H2S。经计算，试验期间，硫容可达到27%以上。
图2 脱硫工艺示意图
（2）扩大试验
在齐30#站的试验基础上， 2009年9月底我们在齐1#站进行扩大试验，投资新建脱硫处理装置由4座D1300×7300脱硫塔组成，每座脱硫塔装填脱硫剂5.3m3 (4.24t）。投产初期，只运行两座脱硫塔，待第二座塔穿透时投运第三座塔。当时齐1#站的伴生气中H2S平均含量为4037mg/m3。按已经饱和1号、2号脱硫塔脱硫剂计算，硫容已达到28.5%。故此方法可推广实施。
2.1.2干法脱硫技术对齐40块的适应性
齐40块伴生天然气的特点是分散，各小站气量、伴生气中硫化氢含量差别较大，同时伴生气中CO2含量高达80%—90%。
传统的干法脱硫剂多以金属氧化物、活性炭等作为主要成份，一般穿透硫容在10%左右，工作硫容在15—20%。该类脱硫剂受处理气体中二氧化碳含量影响较大，在高二氧化碳含量体系中硫容下降很快，所以根本无法适应高硫化氢含量、高二氧化碳含量的齐40块天然气干法除硫，经济上不可行。
针对上述情况，我们应用了新型高硫容脱硫剂。该脱硫剂主要成份为无定形羟基氧化铁，
由人工合成的无定形羟基氧化铁加入特种助剂，挤条而成。该脱硫剂具有较大的孔容及比表面积，具有较快的净化速度及较高的硫容，强度大、抗水性好，适应在高二氧化碳含量体系中应用。
据室内试验及现场应用试验证明，该脱硫剂的穿透硫容可达到20%以上，工作硫容可达到25%以上。
2.2伴生气再利用技术
齐40块伴生气再利用技术主要采用变压吸附技术和二氧化碳液化技术进行脱碳处理。处理工艺如下：
图3 齐40块伴生气再利用处理工艺流程图
2.2.1增压、预处理
来自界外的原料气首先进入原料气分离器后首先进去原料气缓冲罐后，通过压缩机增压到0.3MPa,、再进入预处理塔，在吸附剂的选择吸附下，原料气中的绝大部分C5+被脱除，再进入变压吸附提浓二氧化碳单元。
变温吸附的工作过程包括：
（1）吸附过程
原料气中C5+重烃类杂质在常温下被吸附下来，净化后的气体去变压吸附提浓二氧化碳吸附塔。当预处理塔吸附饱和后即转入再生过程。
（2） 降压过程
吸附塔逆着吸附方向，即朝着入口端卸压，气体去放空管。
（3）加热脱附杂质
装置采用净化后部分气体加热至160℃,逆着吸附方向吹扫吸附层，使吸附杂质在加温下得以完全脱附，再生后的解吸气冷缺后并至净化气体。
（4）冷却吸附剂
脱附完毕后，停止加热再生气，用常温再生气逆着进气方向吹扫吸附床层，使之冷却至吸附温度。吹冷后的解吸气也并至净化气体。
（5）升压过程
用处理后的气体逆着吸附方向将吸附塔加压至吸附压力，至此吸附塔就又可以进行下一次吸附了。
2.2.2 二氧化碳提浓单元
在吸附塔中原料气中二氧化碳被选择性吸附下来，净化后的气体去后工序。当吸附塔中吸附杂质的传质区前沿(称为吸附前沿)到达床层出口预留段某一位置时，停止吸附，转入再生
过程。
吸附剂的再生过程依次如下：
（1）均压降压过程
这是在吸附过程结束后，顺着吸附方向将塔内的较高压力的气体放入其它已完成再生的较低压力吸附塔的过程，这一过程不仅是降压过程，更是增浓二氧化碳的过程，本流程共包括了三次连续的均压降压过程。
（2）顺放过程
均压结束后从塔顶顺放少量气体大气以提高二氧化碳浓度，降低后续液化工段压力。
（3）逆放过程
在均压结束、吸附前沿已达到床层出口后，逆着吸附方向将吸附塔压力降至接近常压，此时被吸附的二氧化碳开始从吸附剂中大量解吸出来，解吸气送至二氧化碳气缓冲罐。
（4）真空过程
逆放结束后，为使吸附剂得到彻底的再生，用真空泵对床层抽真空，进一步降低吸附质组分的分压，并将吸附质解吸出来。解吸气也送至二氧化碳气缓冲罐。
（5）均压升压过程
真空过程完成后，用来自其它吸附塔的较高压力气体依次对该吸附塔进行升压，这一过程与均压降压过程相对应，不仅是升压过程，而且也是回收其它塔的床层死空间气体的过程，本流程共包括了连续三次均压升压过程。
（6）产品气升压过程
在三次均压升压过程完成后，为了使吸附塔可以平稳地切换至下一次吸附并保证产品纯度在这一过程中不发生波动，需要通过升压调节阀缓慢而平稳地用净化气将吸附塔压力升至吸附压力。
经这一过程后吸附塔便完成了一个完整的“吸附-再生”循环，又为下一次吸附 做好了准备。
吸附塔交替进行以上的吸附、再生操作(始终有一个吸附塔处于吸附状态)即可实现气体的二氧化碳的连续分离与提纯。
三、现场实施情况
3.1齐40块伴生气脱硫处理
我们通过对齐40块现状的综合对比优化，制定集中建8个干法脱硫点，设计总气量12000m3/d, 硫化氢含量为4720mg/m3，脱硫剂工作硫容27%，脱硫剂平均更换周期六个月，脱硫后天然气中硫化氢含量≤10mg/m3。
处理点1：建在齐1#站，解决齐1#站和齐31#站两座站；
处理点2：建在齐30#站，解决齐30#站和齐11#站两座站；
处理点3：建在齐4#站，解决齐4#站和齐21#站两座站；
处理点4：建在齐32#站，解决齐32#站和4-6单井点两座站；
处理点5：建在齐10#站，解决齐10#站、齐29#站和齐3#站3座站；
处理点6：建在齐22-31单井点，解决齐22-31单井点、齐15#站、齐24#站、齐9#站4座站；
处理点7：建在齐33#站，解决齐33#站、齐6#站、齐5#站、齐8#站和齐35站5座站；
处理点8：建在齐34#站，解决齐34#站、齐2#站和齐7#站3座站。
3.2齐40块伴生气再利用
我们在齐40块建立一座无害化处理站，通过管输把各脱硫点处理后的混合气集中进无害化处理站进一步深度处理后再利用。处理后的天然气回收经计量后进采油厂燃气系统燃烧，二氧化碳产品回收再利用。
齐40块伴生气无害化处理后，不但解决了40块防止硫化氢中毒的安全问题；而且还解决了齐40块伴生气对外排放造成大气污染问题，实现了齐40块伴生气无害化处理和资源的回收利用。
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