S—Zorb裝置再生器取熱介質(zhì)研究與工業(yè)應(yīng)用

烏忠理++劉春林++李杰

摘 要：介紹了S-Zorb裝置再生器取熱系統(tǒng)存在的問題，延安石油化工廠針對(duì)存在的問題進(jìn)行了分析，并進(jìn)行了改造，改造后三年來，裝置運(yùn)行平穩(wěn)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目的。

關(guān)鍵詞：S-Zorb裝置；再生器取熱；氮?dú)馊?/p>

中圖分類號(hào)：TE624.5+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）20-0115-02

目前我國煉油工業(yè)石油產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)逐步升級(jí)，S-Zorb汽油吸附脫硫技術(shù)已成為降低汽油硫含量最為有效的手段之一。文章介紹了S-Zorb裝置的反應(yīng)、吸附劑再生原理，解決了再生器取熱系統(tǒng)存在的問題。

1 S-Zorb工藝原理及特點(diǎn)

1.1 反應(yīng)原理

汽油精制裝置采用美國ConocoPhillips公司的第二代S-Zorb技術(shù)[1]（中國石化2007年整體收購了該技術(shù)），該技術(shù)運(yùn)用吸附原理，采用主要組成為氧化鋅、氧化鎳以及一些硅鋁組分的吸附劑，在S-Zorb脫硫過程中，氣態(tài)烴與吸附劑接觸后含硫化合物被吸附在吸附劑上，在吸附劑的作用下C-S鍵斷裂，硫原子從含硫化合物中去除并留在吸附劑上，而烴分子則返回到烴氣流中。該過程在反應(yīng)氣相中不產(chǎn)生H2S，從而避免了H2S與烯烴反應(yīng)生成硫醇而造成產(chǎn)品硫含量和氫耗的增加。

1.2 S-Zorb工藝的特點(diǎn)

（1）吸附劑通過閉鎖料斗控制，在反應(yīng)器、再生器間循環(huán)，再生器需要不間斷運(yùn)行，再生器停運(yùn)后，反應(yīng)器僅能保證數(shù)小時(shí)產(chǎn)品合格。（2）吸附劑載碳形式不同，燒碳溫度不同，且再生溫度低于510℃時(shí)，會(huì)增加硫氧化物的生成；當(dāng)再生溫度超過530℃時(shí)，接近再生器鋼材承受極限；目前再生溫度操作范圍一般在510-530℃。（3）再生器溫度需要平穩(wěn)控制，避免取熱盤管管壁溫度頻繁升降，造成吸附劑再生不平穩(wěn)。

2 再生器運(yùn)行中存在的問題

裝置試車成功后，出現(xiàn)的問題：（1）再生器溫度波動(dòng)大，造成吸附劑再生不平穩(wěn)。（2）根據(jù)國內(nèi)同類裝置經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)行三年以上，80%以上會(huì)發(fā)生取熱盤管泄漏，熱水進(jìn)入再生器，吸附劑失活，嚴(yán)重時(shí)堵塞管道、再生器，裝置需停工處理。（3）裝置設(shè)計(jì)消耗吸附劑60-90噸/年，按照國內(nèi)單耗平均水平計(jì)算，延安石油化工廠180萬噸/年汽油精制裝置吸附劑消耗量約54噸/年，延安石油化工廠希望降低吸附劑消耗。（4）氮?dú)怆娂訜崞鳚M負(fù)荷運(yùn)行，加熱后熱氮溫度約為140℃，不能滿足使用需求（設(shè)計(jì)要求達(dá)到200℃）。

針對(duì)以上問題，延安石油化工廠積極開展技術(shù)攻關(guān)，提出了對(duì)再生器取熱系統(tǒng)進(jìn)行改造，用氮?dú)馊〈鸁崴畬?duì)再生系統(tǒng)取熱。

3 解決的方案及效果

3.1 分析過程

（1）再生器溫度波動(dòng)大，分析認(rèn)為：1）本裝置原料硫含量低，燒焦過程放熱量少。2）水比熱較大，水循環(huán)取熱時(shí)，較小的變化，即能引起再生器溫度較大的變化。（2）再生器取熱盤管易泄漏，分析認(rèn)為：1）用水取熱時(shí)，水—汽的相變過程，易對(duì)取熱盤管的薄弱環(huán)節(jié)造成沖擊。2）再生器內(nèi)吸附劑是流化狀態(tài)，對(duì)取熱盤管沖刷磨損。（3）本裝置設(shè)計(jì)消耗吸附劑60-90噸/年，2014年1月至4月份，裝置實(shí)際消耗吸附劑約2.5噸/月。延安石油化工廠經(jīng)分析，認(rèn)為除氧水取熱時(shí)，取熱盤管處吸附劑溫度快速降低，溫度變化梯度大，是吸附劑破損的主要原因之一。

3.2 解決思路

采用氮?dú)庾鳛槿峤橘|(zhì)：（1）可以平穩(wěn)控制取熱介質(zhì)流量，平穩(wěn)控制取熱量；（2）取熱盤管內(nèi)不存在相變過程，且氣相介質(zhì)熱傳導(dǎo)速度慢，取熱管管壁內(nèi)外溫差相對(duì)較小；（3）氮?dú)馊?，熱傳?dǎo)慢，取熱均勻，再生器內(nèi)與取熱盤管接觸的吸附劑溫度變化梯度小，降低了吸附劑破損率；（4）氮?dú)馊岷?，可提高氮?dú)怆娂訜崞魅肟诘獨(dú)鉁囟取?/p>

吸附劑流化沖刷取熱盤管，采用其它方式緩解。

3.3 解決方案

圖1所示，我車間對(duì)再生器取熱系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，從氮?dú)怆娂訜崞髑耙龅獨(dú)?，配管至再生器取熱盤管進(jìn)口，取熱盤管出口配管返回氮?dú)怆娂訜崞鬟M(jìn)口，氮?dú)庖鳇c(diǎn)與返回點(diǎn)間增加閥門控制，實(shí)現(xiàn)利用氮?dú)饨o再生器取熱。

3.4 改造后運(yùn)行效果

（1）延安石油化工廠180萬噸/年汽油精制裝置于2013年12月試車成功，2014年4月對(duì)再生器取熱系統(tǒng)進(jìn)行了改造，截止2016年12月份，再生器溫度控制平穩(wěn)，取熱系統(tǒng)運(yùn)行良好，未發(fā)現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，避免了非計(jì)劃停工，裝置實(shí)現(xiàn)了長周期運(yùn)行（氮?dú)馊峁r下，即使發(fā)生再生器取熱盤管泄漏，泄漏進(jìn)再生器的介質(zhì)為氮?dú)猓偕鲀?nèi)原本為氧、氮環(huán)境，吸附劑及再生器運(yùn)行不會(huì)受到任何影響）。（2）裝置設(shè)計(jì)消耗吸附劑60-90噸/年，按照國內(nèi)同類裝置平均劑耗計(jì)算，本裝置消耗54噸/年。裝置于2013年12月份開工，改造前僅運(yùn)行了4個(gè)月，系統(tǒng)內(nèi)吸附劑全部是新吸附劑，每月消耗吸附劑2.5噸左右，改造后至今，已運(yùn)行3年，每年消耗吸附劑15噸以下。即采用氮?dú)馊岷?，降低了吸附劑破損概率，每年可降低至少20噸吸附劑消耗，可節(jié)約費(fèi)用440多萬元。（3）再生器取熱后的氮?dú)膺M(jìn)入氮?dú)怆娂訜崞髑袄?，氮?dú)怆娂訜崞鞴β首?0KWa降至約10KWa，氮?dú)怆娂訜崞鞒隹跍囟冗_(dá)到200℃以上，解決了氮?dú)怆娂訜崞鞒隹跍囟冗_(dá)不到使用要求的問題。（4）停運(yùn)了熱水循環(huán)泵、注劑設(shè)施，降低了電耗、水耗及磷酸三鈉消耗，同時(shí)減少廢水排放，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗，產(chǎn)生可觀的環(huán)境效益。

4 改造前后效益分析

4.1 改造成本

本次改造成本較低，主要包括材料費(fèi)1.48萬元、施工費(fèi)按照1萬元估算，合計(jì)改造成本約2.48萬元。

4.2 間接效益

（1）因再生器下部直徑較小，僅700mm，內(nèi)部盤管焊接較困難，取熱盤管破損后，更換取熱盤管施工難度大。有時(shí)甚至需要整體更換再生器取熱段。采用氮?dú)馊岷?，延長了再生器取熱盤管壽命，即相當(dāng)于延長了再生器壽命，實(shí)現(xiàn)了裝置的長周期運(yùn)行；（2）再生器取熱盤管發(fā)生泄漏初期較難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)時(shí)，吸附劑已大量失活，需要置換吸附劑。泄漏一次按照置換藏量的50%估算，需要20噸吸附劑，僅吸附劑成本約460萬；（3）在取熱盤管微漏的情況下，泄漏進(jìn)再生器的物質(zhì)為氮?dú)舛皇撬羝?，進(jìn)而防止吸附劑和泥堵塞，避免無準(zhǔn)備情況下的被迫停工。（4）再生器氮?dú)馊岣脑靸赡暌詠?，再生器運(yùn)行平穩(wěn)，取熱盤管完好。

4.3 直接效益

通過改造，再生器溫度控制平穩(wěn)，吸附劑破損概率降低，實(shí)現(xiàn)每年降低吸附劑消耗20噸，每噸吸附劑成本約22萬元，即每年可節(jié)約成本440萬元。改造后，停運(yùn)熱水循環(huán)泵、注劑泵、降低了氮?dú)怆娂訜崞鞴β?，每小時(shí)節(jié)電約25千瓦，節(jié)約除氧水約1噸；可節(jié)約成本：（25千瓦時(shí)×0.5元/千瓦時(shí)+1噸×19元/噸）×8000時(shí)/年=25.2萬元/年。（每噸除氧水按照19元計(jì)算，每千瓦時(shí)電按照0.5元計(jì)算）。

5 遺留問題

本裝置原料硫含量較低，如原料硫含量增加，再生器取熱量增加，氮?dú)馊嵝枰M(jìn)一步改進(jìn)。

6 結(jié)語

本裝置再生器氮?dú)馊岣脑?，采用了氣體作為取熱介質(zhì)，可為設(shè)計(jì)單位提供設(shè)計(jì)思路，在設(shè)計(jì)新裝置時(shí)，可考慮采用氣相介質(zhì)取熱。

參考文獻(xiàn)

[1]侯曉明，莊劍.S Zorb催化汽油吸附脫硫裝置技術(shù)手冊[M].北京：中國石化出版社，2013.endprint