S Zorb再生烟气循环利用技术开发

2016-12-10王晓冬宋毅

中国科技纵横 2016年19期

关键词：活塞杆氮气汽油

王晓冬宋毅

（沈阳远大压缩机有限公司，辽宁沈阳 110027）

S Zorb再生烟气循环利用技术开发

王晓冬宋毅

（沈阳远大压缩机有限公司，辽宁沈阳 110027）

S Zorb技术是中石化自主汽油吸附脱硫技术，通过本课题的开发实现再生烟气的循环利用，可以进一步完善S Zorb技术、降低操作费用，巩固S Zorb工艺的领先地位，解决部分装置因脱硫负荷低需补充氮气的问题，增强原料适应性，还可完善S Zorb技术，降低装置运行费用，巩固S Zorb工艺的领先地位。开发满足S Zorb工艺要求的再生烟气循环气迷宫压缩机以及相应的工艺流程，实现再生烟气的循环利用，整机使用寿命超过20年，主要易损件气阀寿命超过8000小时，主轴瓦和曲轴机械密封寿命超过24000小时。

S Zorb再生烟气循环利用高温压缩机防腐耐高温减少大气污染

1 引言

近年来，随着汽车数量的大量增加，汽车尾气已经成为大气的主要污染源之一，如何降低汽车尾气排放量已成为世界各国竞相开发的首要课题。大量的研究和实验表明，汽油的品质对汽车的性能和排放有着重要影响，要减少大气污染，生产高清洁汽油，降低汽油中的硫含量是减少汽车尾气污染的关键措施。因此国内外都将降低车用汽油的硫含量作为汽油质量升级的一项主要指标。

目前国内外常用的汽油脱硫技术主要有选择性加氢脱硫和吸附脱硫两类。其中吸附脱硫技术在能耗、脱硫率、耗氢量、辛烷值损失等方面都具有明显的优势。汽油吸附脱硫S Zorb技术原为美国康菲石油公司开发。2007年中国石化整体收购了该项技术。该项技术基于吸附作用原理对汽油进行脱硫，通过吸附剂选择性的吸附含硫化物中的硫原子而达到脱硫的目的。与加氢脱硫技术相比，该技术具有脱硫率高、辛烷值损失小、能耗低的优点，整个生产过程中不产生硫化氢。

汽油脱硫的整个行业发展趋势是硫含量不大于10ppm、降低运行能耗、提高装置可靠性。

在国内，2007年中国石化整体收购S Zorb技术后，针对该技术可靠性不足等问题组织了十条龙科技攻关。经过系统地创新改进和首批七套装置的成功应用，于2011年底顺利完成中国石化十条龙攻关任务出龙，形成剂耗小、能耗低、辛烷值损失小、运行周期长、可靠性更高的新一代S Zorb技术。长岭120万吨/年装置创造了连续运行超过40个月的工业记录。在进一步改进与创新S Zorb工艺与工程技术的同时积极探索和实践标准化工程设计，实现了批量装置的快速建成投产，仅2013年投产装置达十套。调研和分析2012年以来各装置的运行情况表明，新一批装置的剂耗、能耗、辛烷值损失等指标更加先进，完全能够满足生产国五车用汽油时长周期稳定运行的要求，装置的建设成本和操作费用竞争力优势更佳。

到目前为止，国内投产的S Zorb装置达到20套，总加工能力达2520万吨/年。S Zorb装置已经成为中国石化汽油质量升级的主要技术手段。随着我国汽油质量升级步伐的不断加快，S Zorb技术将有更好的发展前景。

S Zorb装置再生器为流化床，正常通过再生空气实现器内的流化状态。部分装置因实际脱硫负荷远低于设计脱硫负荷，需要的再生空气量不足以保证再生器内的流化状态。同时，为保证再生器内的贫氧状态，通常补充氮气作为流化气体，导致装置氮气消耗量偏大。

针对以上问题，中国石化工程建设有限公司和沈阳远大压缩机股份有限公司共同研究，发现可以通过将再生烟气循环利用替代补充的氮气作为流化气体，减少氮气消耗。

因为S Zorb装置再生烟气温度高（190～210℃），流量小（500Nm3/h），且含SO2，用于实现再生烟气循环的压缩机就必须满足耐高温、腐蚀等条件。国内外目前还没有适用于上述工况的压缩机，所以研制耐高温、耐腐蚀的循环气压缩机对于降低S Zorb装置能耗和氮气消耗具有重要的作用。

2 与中国石化行业发展的关联度

S Zorb技术是中石化自主汽油吸附脱硫技术，通过本课题的开发实现再生烟气的循环利用，可以进一步完善S Zorb技术、降低操作费用，巩固S Zorb工艺的领先地位，解决部分装置因脱硫负荷低需补充氮气的问题，增强原料适应性，还可完善S Zorb技术，降低装置运行费用，巩固S Zorb工艺的领先地位。

3 项目创新性

利用耐高温、腐蚀的迷宫压缩机设备及可行的工艺流程，来实现再生烟气循环利用，停止补充氮气以降低运行成本。本课题研制的迷宫压缩机为高温、腐蚀环境，在国际上尚无设计、制造业绩。

S Zorb装置再生烟气循环利用，不仅能降低能耗，便于生产操作与产品质量控制，还有利于下游再生烟气处理装置的平稳运行。

4 技术目标

开发满足S Zorb工艺要求的再生烟气循环气迷宫压缩机以及相应的工艺流程，实现再生烟气的循环利用，整机使用寿命超过20年，主要易损件气阀寿命超过8000小时，主轴瓦和曲轴机械密封寿命超过24000小时。

5 技术内容和技术关键

5.1 技术内容

（1）开发S Zorb装置再生部分工艺流程，通过再生烟气循环迷宫压缩机在高温、腐蚀介质条件下稳定的运行，来实现再生烟气的循环利用，停止补充氮气以降低运行成本；

（2）开发适于输送高温、含SO2的S Zorb再生烟气的循环气迷宫压缩机以及相应的工艺流程；

（3）通过分析高温温度场，研究在高温缸体与常温曲轴箱连接处设置隔热腔，内通导热油来阻止缸体高温向曲轴箱传递的可行性。考察缸体、活塞和填料能否满足高温条件下密封可靠性、稳定性要求。

5.2 技术关键

（1）开发再生部分烟气循环利用工艺，为烟气循环压缩机提供可行的工艺要求；

（2）开发满足要求的高温烟气循环压缩机，与介质接触的摩擦副要满足在高温条件下无油润滑条件的要求；缸体、活塞材料性能要满足在高温条件下的稳定性要求；活塞和填料要满足在高温条件下密封可靠性的要求；在气缸与曲轴箱之间的隔室持续通入常温氮气置换由填料泄漏出来的微量压缩介质，保证机组运行的安全性；

（3）管道的设计应充分考虑热变形，必须有相应的补偿方法，如采用U型弯的布管方式以及采用弹簧支架等，并应通过相应的分析及计算，以确保管线不至于产生较大的局部应力或振动。

6 技术方法、路线及其可行性分析

鉴于本课题研发的重要性及创新性，采取工艺创新带动设备创新、自主研发关键设备的攻关技术路线。

（1）对汽油吸附脱硫装置进行广泛调研，掌握烟气循环过程中的工艺需求，调研现有高温压缩机存在的问题，在研制过程中进行针对性的改进提高和完善。

结合迷宫压缩机特殊结构，制定出再生烟气循环气迷宫压缩机技术方案及可行性分析报告，并经专家进行论证，以期达到方案先进、结构合理、选材科学。

（2）应用先进的热动力计算程序和CAE绘图软件进行设计和分析。在制造过程中开展一系列试验研究，对材料、工艺、检验方法以及密封、变形、耐高温、腐蚀等方面的难点和技术关键开展攻关。

（3）从产品设计开始，建立全过程质量控制程序，保证研制产品高性能、高质量。压缩机进、出口设置卧式缓冲器，缓冲器与气缸连接的接管之间设置波纹管膨胀节，用以补偿热变形量，减少温差应力；采取必要的防松措施，如增加预紧力矩、使用防松垫圈（此垫圈具有自锁功能，保证紧固件在热变形时不会松动）、使用钢丝螺套等。压缩机中间隔室设置事故氮接口，并采用气动球阀控制，防止填料失效时大量高温介质漏入曲轴箱；压缩机活塞杆与十字头采用锥形结构配合，楔块连接。为减少活塞杆运动时的摆动量，活塞杆采用导向轴承作定位导向，保证活塞杆往复运行时精确对中。导向轴承上方设有刮油环，防止润滑油向气缸窜流；活塞杆上设置挡油圈部件，保证压缩介质不被污染；为改善活塞杆所受热应力情况，活塞杆内通入机体内润滑油冷却；压缩机填料函通油冷却，提高密封环使用寿命；活塞杆与活塞采用超级螺母进行连接，保证在活塞体及活塞杆受热膨胀后不会松动，安全可靠。

（4）产品总装后，进行工厂台架试车，保证机组满足工艺需求。