S Zorb再生煙氣循環(huán)利用技術(shù)開(kāi)發(fā)

王曉冬 宋毅

（沈陽(yáng)遠(yuǎn)大壓縮機(jī)有限公司，遼寧沈陽(yáng) 110027）

S Zorb再生煙氣循環(huán)利用技術(shù)開(kāi)發(fā)

王曉冬 宋毅

（沈陽(yáng)遠(yuǎn)大壓縮機(jī)有限公司，遼寧沈陽(yáng) 110027）

S Zorb技術(shù)是中石化自主汽油吸附脫硫技術(shù)，通過(guò)本課題的開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)再生煙氣的循環(huán)利用，可以進(jìn)一步完善S Zorb技術(shù)、降低操作費(fèi)用，鞏固S Zorb工藝的領(lǐng)先地位，解決部分裝置因脫硫負(fù)荷低需補(bǔ)充氮?dú)獾膯?wèn)題，增強(qiáng)原料適應(yīng)性，還可完善S Zorb技術(shù)，降低裝置運(yùn)行費(fèi)用，鞏固S Zorb工藝的領(lǐng)先地位。開(kāi)發(fā)滿(mǎn)足S Zorb工藝要求的再生煙氣循環(huán)氣迷宮壓縮機(jī)以及相應(yīng)的工藝流程，實(shí)現(xiàn)再生煙氣的循環(huán)利用，整機(jī)使用壽命超過(guò)20年，主要易損件氣閥壽命超過(guò)8000小時(shí)，主軸瓦和曲軸機(jī)械密封壽命超過(guò)24000小時(shí)。

S Zorb再生煙氣循環(huán)利用 高溫壓縮機(jī) 防腐 耐高溫 減少大氣污染

1 引言

近年來(lái)，隨著汽車(chē)數(shù)量的大量增加，汽車(chē)尾氣已經(jīng)成為大氣的主要污染源之一，如何降低汽車(chē)尾氣排放量已成為世界各國(guó)競(jìng)相開(kāi)發(fā)的首要課題。大量的研究和實(shí)驗(yàn)表明，汽油的品質(zhì)對(duì)汽車(chē)的性能和排放有著重要影響，要減少大氣污染，生產(chǎn)高清潔汽油，降低汽油中的硫含量是減少汽車(chē)尾氣污染的關(guān)鍵措施。因此國(guó)內(nèi)外都將降低車(chē)用汽油的硫含量作為汽油質(zhì)量升級(jí)的一項(xiàng)主要指標(biāo)。

目前國(guó)內(nèi)外常用的汽油脫硫技術(shù)主要有選擇性加氫脫硫和吸附脫硫兩類(lèi)。其中吸附脫硫技術(shù)在能耗、脫硫率、耗氫量、辛烷值損失等方面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。汽油吸附脫硫S Zorb技術(shù)原為美國(guó)康菲石油公司開(kāi)發(fā)。2007年中國(guó)石化整體收購(gòu)了該項(xiàng)技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)基于吸附作用原理對(duì)汽油進(jìn)行脫硫，通過(guò)吸附劑選擇性的吸附含硫化物中的硫原子而達(dá)到脫硫的目的。與加氫脫硫技術(shù)相比，該技術(shù)具有脫硫率高、辛烷值損失小、能耗低的優(yōu)點(diǎn)，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中不產(chǎn)生硫化氫。

汽油脫硫的整個(gè)行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)是硫含量不大于10ppm、降低運(yùn)行能耗、提高裝置可靠性。

在國(guó)內(nèi)，2007年中國(guó)石化整體收購(gòu)S Zorb技術(shù)后，針對(duì)該技術(shù)可靠性不足等問(wèn)題組織了十條龍科技攻關(guān)。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)地創(chuàng)新改進(jìn)和首批七套裝置的成功應(yīng)用，于2011年底順利完成中國(guó)石化十條龍攻關(guān)任務(wù)出龍，形成劑耗小、能耗低、辛烷值損失小、運(yùn)行周期長(zhǎng)、可靠性更高的新一代S Zorb技術(shù)。長(zhǎng)嶺120萬(wàn)噸/年裝置創(chuàng)造了連續(xù)運(yùn)行超過(guò)40個(gè)月的工業(yè)記錄。在進(jìn)一步改進(jìn)與創(chuàng)新S Zorb工藝與工程技術(shù)的同時(shí)積極探索和實(shí)踐標(biāo)準(zhǔn)化工程設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了批量裝置的快速建成投產(chǎn)，僅2013年投產(chǎn)裝置達(dá)十套。調(diào)研和分析2012年以來(lái)各裝置的運(yùn)行情況表明，新一批裝置的劑耗、能耗、辛烷值損失等指標(biāo)更加先進(jìn)，完全能夠滿(mǎn)足生產(chǎn)國(guó)五車(chē)用汽油時(shí)長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行的要求，裝置的建設(shè)成本和操作費(fèi)用競(jìng)爭(zhēng)力優(yōu)勢(shì)更佳。

到目前為止，國(guó)內(nèi)投產(chǎn)的S Zorb裝置達(dá)到20套，總加工能力達(dá)2520萬(wàn)噸/年。S Zorb裝置已經(jīng)成為中國(guó)石化汽油質(zhì)量升級(jí)的主要技術(shù)手段。隨著我國(guó)汽油質(zhì)量升級(jí)步伐的不斷加快，S Zorb技術(shù)將有更好的發(fā)展前景。

S Zorb裝置再生器為流化床，正常通過(guò)再生空氣實(shí)現(xiàn)器內(nèi)的流化狀態(tài)。部分裝置因?qū)嶋H脫硫負(fù)荷遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)脫硫負(fù)荷，需要的再生空氣量不足以保證再生器內(nèi)的流化狀態(tài)。同時(shí)，為保證再生器內(nèi)的貧氧狀態(tài)，通常補(bǔ)充氮?dú)庾鳛榱骰瘹怏w，導(dǎo)致裝置氮?dú)庀牧科蟆?/p>

針對(duì)以上問(wèn)題，中國(guó)石化工程建設(shè)有限公司和沈陽(yáng)遠(yuǎn)大壓縮機(jī)股份有限公司共同研究，發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)將再生煙氣循環(huán)利用替代補(bǔ)充的氮?dú)庾鳛榱骰瘹怏w，減少氮?dú)庀摹?/p>

因?yàn)镾 Zorb裝置再生煙氣溫度高（190～210℃），流量?。?00Nm3/h），且含SO2，用于實(shí)現(xiàn)再生煙氣循環(huán)的壓縮機(jī)就必須滿(mǎn)足耐高溫、腐蝕等條件。國(guó)內(nèi)外目前還沒(méi)有適用于上述工況的壓縮機(jī)，所以研制耐高溫、耐腐蝕的循環(huán)氣壓縮機(jī)對(duì)于降低S Zorb裝置能耗和氮?dú)庀木哂兄匾淖饔谩?/p>

2 與中國(guó)石化行業(yè)發(fā)展的關(guān)聯(lián)度

S Zorb技術(shù)是中石化自主汽油吸附脫硫技術(shù)，通過(guò)本課題的開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)再生煙氣的循環(huán)利用，可以進(jìn)一步完善S Zorb技術(shù)、降低操作費(fèi)用，鞏固S Zorb工藝的領(lǐng)先地位，解決部分裝置因脫硫負(fù)荷低需補(bǔ)充氮?dú)獾膯?wèn)題，增強(qiáng)原料適應(yīng)性，還可完善S Zorb技術(shù)，降低裝置運(yùn)行費(fèi)用，鞏固S Zorb工藝的領(lǐng)先地位。

3 項(xiàng)目創(chuàng)新性

利用耐高溫、腐蝕的迷宮壓縮機(jī)設(shè)備及可行的工藝流程，來(lái)實(shí)現(xiàn)再生煙氣循環(huán)利用，停止補(bǔ)充氮?dú)庖越档瓦\(yùn)行成本。本課題研制的迷宮壓縮機(jī)為高溫、腐蝕環(huán)境，在國(guó)際上尚無(wú)設(shè)計(jì)、制造業(yè)績(jī)。

S Zorb裝置再生煙氣循環(huán)利用，不僅能降低能耗，便于生產(chǎn)操作與產(chǎn)品質(zhì)量控制，還有利于下游再生煙氣處理裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。

4 技術(shù)目標(biāo)

開(kāi)發(fā)滿(mǎn)足S Zorb工藝要求的再生煙氣循環(huán)氣迷宮壓縮機(jī)以及相應(yīng)的工藝流程，實(shí)現(xiàn)再生煙氣的循環(huán)利用，整機(jī)使用壽命超過(guò)20年，主要易損件氣閥壽命超過(guò)8000小時(shí)，主軸瓦和曲軸機(jī)械密封壽命超過(guò)24000小時(shí)。

5 技術(shù)內(nèi)容和技術(shù)關(guān)鍵

5.1 技術(shù)內(nèi)容

（1）開(kāi)發(fā)S Zorb裝置再生部分工藝流程，通過(guò)再生煙氣循環(huán)迷宮壓縮機(jī)在高溫、腐蝕介質(zhì)條件下穩(wěn)定的運(yùn)行，來(lái)實(shí)現(xiàn)再生煙氣的循環(huán)利用，停止補(bǔ)充氮?dú)庖越档瓦\(yùn)行成本；

（2）開(kāi)發(fā)適于輸送高溫、含SO2的S Zorb再生煙氣的循環(huán)氣迷宮壓縮機(jī)以及相應(yīng)的工藝流程；

（3）通過(guò)分析高溫溫度場(chǎng)，研究在高溫缸體與常溫曲軸箱連接處設(shè)置隔熱腔，內(nèi)通導(dǎo)熱油來(lái)阻止缸體高溫向曲軸箱傳遞的可行性。考察缸體、活塞和填料能否滿(mǎn)足高溫條件下密封可靠性、穩(wěn)定性要求。

5.2 技術(shù)關(guān)鍵

（1）開(kāi)發(fā)再生部分煙氣循環(huán)利用工藝，為煙氣循環(huán)壓縮機(jī)提供可行的工藝要求；

（2）開(kāi)發(fā)滿(mǎn)足要求的高溫?zé)煔庋h(huán)壓縮機(jī)，與介質(zhì)接觸的摩擦副要滿(mǎn)足在高溫條件下無(wú)油潤(rùn)滑條件的要求；缸體、活塞材料性能要滿(mǎn)足在高溫條件下的穩(wěn)定性要求；活塞和填料要滿(mǎn)足在高溫條件下密封可靠性的要求；在氣缸與曲軸箱之間的隔室持續(xù)通入常溫氮?dú)庵脫Q由填料泄漏出來(lái)的微量壓縮介質(zhì)，保證機(jī)組運(yùn)行的安全性；

（3）管道的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮熱變形，必須有相應(yīng)的補(bǔ)償方法，如采用U型彎的布管方式以及采用彈簧支架等，并應(yīng)通過(guò)相應(yīng)的分析及計(jì)算，以確保管線不至于產(chǎn)生較大的局部應(yīng)力或振動(dòng)。

6 技術(shù)方法、路線及其可行性分析

鑒于本課題研發(fā)的重要性及創(chuàng)新性，采取工藝創(chuàng)新帶動(dòng)設(shè)備創(chuàng)新、自主研發(fā)關(guān)鍵設(shè)備的攻關(guān)技術(shù)路線。

（1）對(duì)汽油吸附脫硫裝置進(jìn)行廣泛調(diào)研，掌握煙氣循環(huán)過(guò)程中的工藝需求，調(diào)研現(xiàn)有高溫壓縮機(jī)存在的問(wèn)題，在研制過(guò)程中進(jìn)行針對(duì)性的改進(jìn)提高和完善。

結(jié)合迷宮壓縮機(jī)特殊結(jié)構(gòu)，制定出再生煙氣循環(huán)氣迷宮壓縮機(jī)技術(shù)方案及可行性分析報(bào)告，并經(jīng)專(zhuān)家進(jìn)行論證，以期達(dá)到方案先進(jìn)、結(jié)構(gòu)合理、選材科學(xué)。

（2）應(yīng)用先進(jìn)的熱動(dòng)力計(jì)算程序和CAE繪圖軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析。在制造過(guò)程中開(kāi)展一系列試驗(yàn)研究，對(duì)材料、工藝、檢驗(yàn)方法以及密封、變形、耐高溫、腐蝕等方面的難點(diǎn)和技術(shù)關(guān)鍵開(kāi)展攻關(guān)。

（3）從產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)始，建立全過(guò)程質(zhì)量控制程序，保證研制產(chǎn)品高性能、高質(zhì)量。壓縮機(jī)進(jìn)、出口設(shè)置臥式緩沖器，緩沖器與氣缸連接的接管之間設(shè)置波紋管膨脹節(jié)，用以補(bǔ)償熱變形量，減少溫差應(yīng)力；采取必要的防松措施，如增加預(yù)緊力矩、使用防松墊圈（此墊圈具有自鎖功能，保證緊固件在熱變形時(shí)不會(huì)松動(dòng)）、使用鋼絲螺套等。壓縮機(jī)中間隔室設(shè)置事故氮接口，并采用氣動(dòng)球閥控制，防止填料失效時(shí)大量高溫介質(zhì)漏入曲軸箱；壓縮機(jī)活塞桿與十字頭采用錐形結(jié)構(gòu)配合，楔塊連接。為減少活塞桿運(yùn)動(dòng)時(shí)的擺動(dòng)量，活塞桿采用導(dǎo)向軸承作定位導(dǎo)向，保證活塞桿往復(fù)運(yùn)行時(shí)精確對(duì)中。導(dǎo)向軸承上方設(shè)有刮油環(huán)，防止?jié)櫥拖驓飧赘Z流；活塞桿上設(shè)置擋油圈部件，保證壓縮介質(zhì)不被污染；為改善活塞桿所受熱應(yīng)力情況，活塞桿內(nèi)通入機(jī)體內(nèi)潤(rùn)滑油冷卻；壓縮機(jī)填料函通油冷卻，提高密封環(huán)使用壽命；活塞桿與活塞采用超級(jí)螺母進(jìn)行連接，保證在活塞體及活塞桿受熱膨脹后不會(huì)松動(dòng)，安全可靠。

（4）產(chǎn)品總裝后，進(jìn)行工廠臺(tái)架試車(chē)，保證機(jī)組滿(mǎn)足工藝需求。

7 結(jié)語(yǔ)

本文首先對(duì)S Zorb再生煙氣循環(huán)利用技術(shù)研究的迫切性及重要性進(jìn)行了分析，然后具體提出研究的路線、研究的目標(biāo)及對(duì)其可行性的分析。對(duì)國(guó)內(nèi)同類(lèi)S Zorb技術(shù)的研究具有指導(dǎo)意義，也能帶動(dòng)汽油的品質(zhì)的升級(jí)，對(duì)汽車(chē)的性能和排放有著重要影響，減少大氣污染，生產(chǎn)高清潔汽油。

［1］朱云霞，徐慧.S_Zorb技術(shù)的完善及發(fā)展.煉油技術(shù)與工程，2009，7-11.

［2］徐永昌，任建邦.汽油吸附脫硫煙氣引入硫磺裝置尾氣處理單元運(yùn)行總結(jié).齊魯石油化工，2011，1-5.

［3］R.L.Huston.Multibodydynamicsmodelandanalysismethods.Appl. Mech.Rev.，1991，44（3）∶109一117.

［4］李立權(quán).加氫催化劑硫化技術(shù)及影響硫化的因素.煉油技術(shù)與工程，2007，55-58.

［5］程廣慶，周邵萍，鄭超瑜等.基于ADAMS和ANSYS的往復(fù)式壓縮機(jī)有限元分析.壓縮機(jī)技術(shù)，2006，198（2）∶9一11.