S-Zorb裝置再生器取熱系統優化改造及應用

溫銅川，任錳鋼，張志晨

(陜西延長石油(集團)有限責任公司延安石油化工廠，陜西 延安 727400)

S-Zorb裝置再生器取熱系統優化改造及應用

溫銅川，任錳鋼，張志晨

(陜西延長石油(集團)有限責任公司延安石油化工廠，陜西 延安 727400)

針對S-Zorb裝置低負荷運行存在的再生器取熱操作不穩且不易調節的問題，對再生器取熱系統進行改造，增設氮氣取熱系統，結果表明，此次技術改造，優化了再生器的取熱系統，有效保護了再生器取熱盤管，降低操作難度，同時也降低了再生系統氮氣加熱器的負荷，節省裝置電能消耗，減少設備維護頻次，保證裝置安全長周期平穩運行。

S-Zorb裝置；再生取熱；改造

陜西延長石油(集團)有限責任公司延安石油化工廠1.80Mt/a S-Zorb裝置采用原料為上游催化裂化裝置汽油，硫質量分數70～150μg/g，生產硫含量低于10μg/g的低硫清潔汽油。自2013年12月底投產以來，裝置在低負荷運行時，再生器溫度波動大，造成吸附劑再生不平穩，無法實現長周期運行。

1 吸附劑再生系統簡介

為了維持吸附劑的活性，使裝置能夠連續操作，裝置設有吸附劑連續再生系統。吸附劑再生系統是將吸附了硫的待生吸附劑在再生器內氧化再生，恢復其脫硫活性。再生器中主要發生了吸附劑上硫化物以及少量焦炭的氧化反應。氧化反應可以脫除吸附劑上的硫，同時使吸附劑上的鎳和鋅轉變成氧化物的形式。吸附劑的氧化過程中共有以下六種反應，第一和第二種中涉及了硫和鋅的氧化反應，第三、第四、第五種里涉及了碳和氫的氧化反應，第六種里涉及了鎳的氧化反應，此六種反應均為放熱反應。

① ZnS(s)+1.5O2→ ZnO(s)+SO2

② 3 ZnS(s)+5.5O2→ Zn3O(SO4)2(s)+SO2

③ C+O2→ CO2

④ C+0.5O2→ CO

⑤ 2H2+0.5O2→ H2O

⑥ Ni(s)+0.5O2→NiO(s)

再生器內的反應溫度控制在520±10℃，當再生溫度低于510℃時，將會發生不完全再生，從而使未得到再生的吸附劑進入反應器。這也同樣會促使我們不希望的鋅的硫氧化物的生成，導致再生吸附劑的硫含量增加。當再生溫度超過532℃時，吸附劑即可得到完全再生，但當操作溫度超過正常范圍時，已接近了再生器鋼材能夠承受的設計極限。為了控制再生器內床層的溫度，裝置設有一套熱除氧水循環系統，用于取出吸附劑再生過程中釋放的熱量。取熱后產生的蒸汽最終并入低壓管網系統[1]。

2 再生系統存在問題

S-Zorb裝置開工初期低負荷運行，且催化裂化汽油原料硫質量分數為70～150μg/g，硫含量低，吸附劑吸附硫后，載硫量較少，所以再生系統脫硫脫碳量較少，即氧化反應較少，放熱量較少。再生器取熱系統原設計采用除氧水(或蒸汽凝結水)，由于上述原因使得取熱介質除氧水用量較少，產生低壓蒸汽量相對較少，且壓力較低，增加了并入全廠低壓蒸汽系統管網的難度。技改前，裝置采用低壓蒸汽間斷性直排和并入低壓蒸汽系統兩種操作方式，這樣不僅增加人工勞動強度，且催化劑再生系統熱量平衡操作難度加大，即裝置低負荷運行時，除氧水用量少，不能保證除氧水流量是連續的；同時除氧水可能發生偏流或斷流，從而增大了取熱管燒穿的可能性。為保證裝置平穩操作，對再生器取熱系統進行技術改造[2]。

3 技術改造

經過熱力學分析、資料查閱、相關科研單位咨詢后，自主開發了氮氣取熱技術：將取熱介質由比熱容較大的除氧水[4200J/kg.℃]，改為比熱容相對較小的氮氣[1.038J/kg.℃]，即在裝置負荷低時用氮氣介質取熱，負荷高時改回除氧水取熱[3]。工藝流程：氮氣自氮氣電加熱器(EH-103)前引出，配至再生器取熱盤管進口，取熱盤管出口配管引氮氣至EH-103前利用。(流程圖見圖1，虛線為新配管線)。

注：實線部分為原流程，虛線部分為新增流程

4 應用效果評價

在裝置低負荷運行時，由于氮氣比熱較小，采用氮氣取熱能夠平穩控制再生器溫度，在S-Zorb裝置上應用的結果：(1)應用氮氣取熱前，再生器溫度波動達到20℃以上，應用氮氣取熱后，再生器溫度波動能控制到5℃左右；(2)氮氣電加熱器(EH-103)功率降低了約15kWa；(3)同時停用熱水循環泵，降低了用電量及維護費用(機泵功率5kWa)。(4)原先氮氣電加熱器加熱效率較差，熱氮氣溫度達不到使用要求。且采用氮氣取熱，在取熱盤管微漏的情況下，泄漏進再生器的物質為氮氣而不是水蒸汽，進而防止吸附劑和泥堵塞，實現裝置長周期運行。

5 經濟效益

用電=20千瓦時×0.6元/千瓦時×3000h=3.6萬元

除鹽水=1t/h×3000h×5元/t=1.5萬元

總效益=3.6萬元+1.5萬元+熱水循環泵維護費用>5.1萬元(2014年按照采用氮氣取熱3000h計)。

6 結論

通過對再生取熱系統的技術改造，解決了S-Zorb裝置低負荷運行時再生器取熱操作不穩且不易調節的問題，降低了勞動強度，保證裝置安全長周期平穩運行，同時減少了除氧水、循環水和電能的消耗，創造了經濟效益。

[1] 侯曉明 .S-Zorb催化汽油吸附脫硫裝置工藝手冊[M].北京：中國石化出版社, 2013.

[2] 劉進平，白永濤，宋紅燕.S-Zorb汽油精制裝置操作優化[J].石油煉制與化工， 2014, 45(12):50-53.

[3] 楊世銘，陶文銓.傳熱學[M].北京：高等教育出版社，1998.

(本文文獻格式：溫銅川，任錳鋼，張志晨.S-Zorb裝置再生器取熱系統優化改造及應用[J].山東化工，2016，45(14)：79-80.)

Modification of heat exchanger S-Zorb unit and application

WenTongchuan,RenMenggang,ZhangZhichen

(Shaanxi yanchang petroleum(group) Co.,Ltd.,Yan'an petrochemical plant,Yan'an 727400，China)

The paper based on S-Zorb unit low load operation of regenerator heat removal operation instability and not easy to adjust, the regenerator heat removal system, add nitrogen heat removal system. The results show that the technological upgrading optimized regenerator heat removal system, protected the regenerator coil effectively , reduced the operation difficulty and also reduced the load of nitrogen gas heater regeneration system. The unit saved power consumption, reduced the maintenance frequency and ensured the safety of the device to run smoothly for a long period of time.

S-Zorb unit；regenerator；heat ecchanger；modification

2016-06-07

溫銅川(1975—)，陜西銅川人，學士，工程師，長期從事煉油工藝生產技術管理工作。

TQ051.5

A

1008-021X(2016)14-0079-02