一種對Szorb裝置中補充的氫氣脫除水分的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種對Szorb裝置中補充的氫氣脫除水分的方法，包括順序相接的如下步驟：A、在壓力小于11MPa、溫度不超過110℃的條件下，對補充的氫氣脫游離水，得夾帶飽和水的氫氣；B、在壓力小于11MPa、溫度不超過110℃的條件下，脫除步驟A中所得夾帶飽和水的氫氣中的飽和水，得到凈化的補充氫氣。本發(fā)明對Szorb裝置中補充的氫氣脫除水分的方法，所用裝置投資成本低，占地面積小，分離效能提高，故障率低，設(shè)備免維護，補充氫氣效果好，有效解決了氫氣帶水、干燥吸附器使用周期短等問題可連續(xù)使用4年以上，避免了補充氫氣壓縮機由于帶液引起的不正常振動和電流過大現(xiàn)象，提高了其安全穩(wěn)定性，同時降低了能耗。
【專利說明】一種對Szorb裝置中補充的氫氣脫除水分的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種對Szorb裝置中補充的氫氣脫除水分的方法，屬于石油化工與環(huán)保領(lǐng)域中催化裂化(FCC)汽油Szorb脫硫工藝中氫氣脫水的方法，適用于催化吸附脫硫工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著世界各國對環(huán)保要求的不斷提高，全球汽油硫含量的指標(biāo)也日趨嚴格，歐盟已從2009年起執(zhí)行歐V標(biāo)準(zhǔn)，其對氮氧化物、碳氫化合物等機動車排放物的限制更為嚴格。我國于2010年I月I日在全國實行國III標(biāo)準(zhǔn)(汽油中硫質(zhì)量分數(shù)小于150 μ g/g)，而北京市已于2008年5月實行了國IV標(biāo)準(zhǔn)(汽油中硫質(zhì)量分數(shù)小于50 μ g/g)，上海、廣州等一些重點城市也已在硫含量方面提前實行國IV標(biāo)準(zhǔn)。
[0003]從國IV到國V,環(huán)保指標(biāo)進一步苛刻,其中硫含量從50ppm降到IOppm,油品質(zhì)量也進一步提高。研究結(jié)果表明，車用汽柴油品質(zhì)升級對減排的貢獻很大，第V階段替代第IV階段車用汽油和柴油將至少實現(xiàn)10%和7%的氮氧化物減排，碳氫化合物、一氧化碳、氮氧化物、顆粒物排放均會得到有效控制。實施新標(biāo)準(zhǔn)后，燃油中的硫含量僅為此前的五分之一，而且由于油品質(zhì)量提高，燃燒也將更加充分。因此可以直接減少尾氣中PM2.5的排放。環(huán)保需求的提高對我國煉油企業(yè)汽油脫硫技術(shù)提出了更高、迫切、現(xiàn)實的需求。
[0004]我國汽油中催化裂化(FCC)汽油達到80%，F(xiàn)CC汽油是汽油產(chǎn)品中硫的主要提供者，因此解決FCC汽油脫硫問題成為關(guān)鍵。另外，F(xiàn)CC汽油深度脫硫過程中的辛烷值損失問題也相對更嚴重。Szorb技術(shù)是針對FCC汽油餾分的吸附脫硫新技術(shù)，具有脫硫效率高和辛烷值損失小的特點，但對補充氫氣脫水要求高。
[0005]但現(xiàn)有的裝置存在補充氫氣脫水不徹底現(xiàn)象，給補充氫氣壓縮機及后續(xù)裝置的安全生產(chǎn)和穩(wěn)定運行帶來隱患。Szorb裝置的補充氫氣若夾帶游離水和飽和水,在補充氫壓縮機增壓時可導(dǎo)致電流過大，嚴重危害到壓縮機的安全穩(wěn)定運行。通常所采用工藝為通過濾芯式過濾器脫除氫氣中的水。由于國內(nèi)濾芯式過濾器供應(yīng)商保證的運行周期一般不超過一年，不能滿足長周期運行要求，脫游離水設(shè)施需要頻繁更換濾芯。濾芯使用過程中隨著壽命的縮短，其過濾能力隨之減弱，導(dǎo)致未經(jīng)過濾的游離水進入吸附干燥器，使得干燥吸附劑很快飽和，夾帶的水會增加反應(yīng)器的熱負荷，水汽化后將使系統(tǒng)壓力增大，引起系統(tǒng)壓力波動甚至超壓。另外，由于水汽化吸收大量熱，補充氫氣帶水嚴重將造成反應(yīng)器床層溫度下降，不帶水時床層溫度又會上升，若冷氫閥故障或冷氫量不足，便可能使床層超溫甚至“飛溫”，溫度急劇波動會引起反應(yīng)器中吸附劑的破碎。這些都是生產(chǎn)過程中亟待解決的問題。
[0006]我國在旋流分離工業(yè)應(yīng)用方面同樣做了很多工種，中國專利CN200995173發(fā)明了一種氣液旋流分離器，CN2912804Y公開了一種多柱錐組合式液-液分離用旋流器。旋流分離設(shè)備結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新正不斷拓展旋流分離的應(yīng)用領(lǐng)域，但對于密度差小、分離精度要求高的情況下旋流分離方法的使用仍受技術(shù)上的限制。
[0007]總之，由于環(huán)保指標(biāo)的迫切需求和現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，所以至今尚未真正有效解決SZorb裝置補充氫氣帶水量大且波動大條件下脫水操作長周期運行的問題。因此，本領(lǐng)域迫切需要開發(fā)出分離效率高、運行周期長的氫氣脫水處理方法和裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種對Szorb裝置中補充的氫氣脫除水分的方法。
[0009]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0010]一種對Szorb裝置中補充的氫氣脫除水分的方法，其特征在于:包括順序相接的如下步驟:
[0011]A、在壓力小于llMPa、溫度不超過110°C的條件下，對補充的氫氣脫游離水，得夾帶飽和水的氫氣；
[0012]B、在壓力小于llMPa、溫度不超過110°C的條件下，脫除步驟A中所得夾帶飽和水的氫氣中的飽和水,得到凈化的補充氫氣。
[0013]補充的氫氣中的水分分為游離水和飽和水，將游離水和飽和水采用采用上述方法在不同的步驟中分別脫除，大幅度提高了水的脫除效率，避免了因脫水不徹底而帶來的諸多弊端。上述方法對補充氫氣中的水分的上限沒有要求。
[0014]上述步驟A中所得夾帶飽和水的氫氣中水含量不大于50ppm ;步驟B所得到凈化的補充氫氣中水含量不大于20ppm。
[0015]步驟A中脫游離水所用裝置為微旋流強化分離器；步驟B中脫飽和水所用裝置為高效吸附干燥器，所述微旋流強化分離器與高效吸附干燥器串聯(lián)。
[0016]微旋流強化分離器`包括上圓柱段、下圓錐段、進氣管和溢流管，其中，下圓錐段對接在上圓柱段的底部，下圓錐段底部設(shè)有底流口 ；進氣管對接在上圓柱段的中上部；溢流管從上圓柱段的頂部插入上圓柱段、并固連在上圓柱段上；微旋流強化分離器采用180°蝸殼式進口。
[0017]上述微旋流強化分離器對游離態(tài)水的計算分離精度為3微米，對7微米以上粒徑水滴脫除效率超過95%，所產(chǎn)生壓力降不超過lkPa，且結(jié)構(gòu)緊湊，彈性操作范圍為60%-120%，對進口的含水量的增加不敏感，長周期運行而不需要更換濾芯，可使Szorb裝置中補充氫氣脫水設(shè)施的連續(xù)運行周期從3個月延長到4年以上。
[0018]不同于傳統(tǒng)旋風(fēng)分離器所采用的切向進口，本申請氣液微旋流分離器采用180 °蝸殼式進口，這樣可以避免進口氣流直接沖刷溢流管外壁，減少短路流的產(chǎn)生，并且還可以為氣流從入口到旋流器內(nèi)提供一個較平穩(wěn)的氣體動力學(xué)過渡過程，減少對內(nèi)部流場的擾動，另外這半圈蝸殼還為氣液混合物提供了一定的預(yù)分離空間，并且入口半徑的增加會造成進流旋轉(zhuǎn)動量增加，內(nèi)旋渦旋轉(zhuǎn)速度增加，切割粒徑隨之減小。
[0019]上述進氣管為減縮進氣管，進氣管的縱截面為矩形，進氣管的進氣口上對接有喇叭口。
[0020]現(xiàn)有技術(shù)中的旋風(fēng)分離器進氣管的縱截面形狀為兩邊平行的不收縮的通道， 申請人:經(jīng)經(jīng)研究發(fā)現(xiàn):漸縮形進氣管可使氣體在進氣管處加速，以加強旋流器內(nèi)的離心力強度，更加有利于捕集微細顆粒，并且漸縮形進氣管還可補償氣體由進氣管向旋流腔轉(zhuǎn)變過程中的局部能量損失，使進口流量維持恒定，以保證其足夠的進口流速。最為重要的是，漸縮形進氣管對于氣液微旋流分離器所處理的氣液混合物更具強化分離意義，在進氣管內(nèi)細小液滴隨著流道面積的減小勢必發(fā)生凝聚現(xiàn)象，伴隨著細小液滴逐漸凝聚長大，其粒徑也隨之增加，提高了細小液滴被旋流器捕集的可能性，間接提升了旋流器對微細顆粒物的捕集能力。
[0021]上述進氣管采用漸縮形進氣管，并且在進氣管前端設(shè)置“喇叭口”，強化了漸縮效果，使原料氣體中夾帶的液滴迅速碰撞，促進了液滴的凝聚效果。
[0022]進氣管是旋流器用以改變進料方向和運動軌跡的關(guān)鍵部件，并作為旋流場進料的預(yù)排列區(qū)域，對整體分離效率影響明顯，并能起到降低能耗的作用。 申請人:經(jīng)研究發(fā)現(xiàn):有相同截面面積的圓形和矩形進氣口，矩形進氣口能使分離效率得到改善。這主要是因為矩形進氣口的斷面形狀能緊貼旋流器上圓柱段壁面，消除了引起進氣短路的死區(qū)，使進氣更平穩(wěn)和流暢。且進口橫截面為矩形的進料管能使進氣口處流體的湍流擾動程度減弱，從而降低旋流器內(nèi)能量耗損。
[0023]進氣管包括四個面，分別為上底面、下底面和兩側(cè)面，下底面在通向上圓柱段的方向上沿水平向下傾斜10°。
[0024]上述下底面在通向上圓柱段的方向上沿水平向下傾斜10°，減少了短路流，此舉不僅可以有效減少進入柱段后向上旋轉(zhuǎn)的氣流，減少直接由溢流管排出的液滴顆粒，而且可將進口的強旋流動變成近似直線運動，因此該結(jié)構(gòu)還能有效降低旋流器的壓力損失。
[0025]溢流管管徑為0.44D，其中，D為上圓柱段的直徑。
[0026]上述溢流管 優(yōu)選薄壁直管溢流管，由于旋流器內(nèi)氣體流場是由外部向下的外旋流和內(nèi)部向上的內(nèi)旋流組成， 申請人:經(jīng)研究發(fā)現(xiàn):溢流管管徑變小意味著內(nèi)旋流區(qū)變小，最大切向速度值增大，離心力場增強，因此分離效率會有所上升，然而伴隨著溢流管內(nèi)的氣速增大，壓力降也會上升；如果繼續(xù)減小溢流管管徑，內(nèi)旋流的軸向速度也隨之加大，此時對分離效率的提升就不再明顯了，而壓力降卻一直上升，本申請溢流管管徑優(yōu)選為為0.44D。這樣可將分尚效率提聞到最聞。
[0027]溢流管的底部高于進氣管的下底面。
[0028]溢流管插入上圓柱段的深為0.7D，其中，D為上圓柱段的直徑；溢流管底部的周邊設(shè)有裙邊，裙邊為波紋狀。
[0029] 申請人:經(jīng)研究發(fā)現(xiàn):溢流管插入深度對壓降的影響不明顯，但它對分離效率的影響尤為顯著，如果溢流管插入柱段較淺，即溢流管下端位于進口底板之上，此時雖然壓降減小了，制造費用節(jié)省了，且通過切向進口檢查和維修比較方便，但是部分氣體會直接進入溢流管逃逸，因此這部分氣體中所夾帶的液滴未經(jīng)分離便直接離開旋流器，這部分氣體流量便是短路流，短路流的存在使氣體旋流器的分離性能大為降低。當(dāng)溢流管插入深度S小于
0.7D時，分離效率受短路流影響較為嚴重，而當(dāng)溢流管插入深度S超過0.7D時，分離效率的上升趨緩，在0.7D處分離效率接近最高，而0.8D和0.9D時分離效率已基本不變，而0.8D和0.9D時的壓降值高于0.7D所對應(yīng)的壓降值，因此優(yōu)選0.7D為最佳溢流管插入深度。
[0030] 申請人:經(jīng)研究發(fā)現(xiàn):由于微旋流分離器所要分離的液滴容易在旋流器上部壁面形成液膜，并且該液膜不是靜止不動的，而是在二次氣流驅(qū)動下先沿壁面向上移動再沿頂板徑向向內(nèi)移動，最后沿溢流管外壁向下流動，最后從溢流管進口處跑逸，如果不采用導(dǎo)流措施，這層液膜會大大降低旋流器分離效率，將溢流管底部的周邊設(shè)置裙邊有效防止了上述問題，且波紋狀的結(jié)構(gòu)可以促使液膜脫落，這樣進一步提高了分離效率。[0031 ] 底流口上設(shè)有隔尚板，底流口和隔尚板之間留有空隙。
[0032]上述設(shè)置保證了旋流器氣體內(nèi)旋渦的底部不與其下面的液面接觸，避免已被分離的液體返混進上行氣流中，隔離板的設(shè)置不是中斷氣體旋渦，而是降低湍流和削弱旋渦強度。
[0033]上述微旋流強化分離器和高效吸附干燥器均可為串聯(lián)和/或并聯(lián)的一以上，微旋流強化分離器和高效吸附干燥器均可以單臺使用，多臺使用，具體可根據(jù)需要設(shè)定，這樣既可進一步提高分離效率，又可切換使用，方便維護和維修。
[0034]本發(fā)明未提及的技術(shù)均為現(xiàn)有技術(shù)。
[0035]本發(fā)明對Szorb裝置中補充的氫氣脫除水分的方法，所用裝置投資成本低，占地面積小，分離效能提高，故障率低，設(shè)備免維護，補充氫氣效果好，有效解決了氫氣帶水、干燥吸附器使用周期短等問題可連續(xù)使用4年以上，避免了補充氫氣壓縮機由于帶液引起的不正常振動和電流過大現(xiàn)象，提高了其安全穩(wěn)定性，同時降低了能耗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1為【具體實施方式】中對Szorb裝置中補充的氫氣脫除水分的流程圖。
[0037]圖2為微旋流強化分離器的主視圖。
[0038]圖3為圖2的俯視圖。
[0039]圖4為現(xiàn)有技術(shù)中微旋流強化分離器的切向進口示意圖。
[0040]圖5為微旋流強化分離器分離效率與壓降對應(yīng)關(guān)系。
[0041]圖6為微旋流強化分離器在不同濃度條件下的分離效率。
[0042]圖7為微旋流強化分離器在進出口液滴粒徑的對比，圖中(I)為進口粒徑，大小為7ym, (2)為溢流管出口的粒徑，大小為2 μ m。
[0043]圖8為溢流管插入深度對分離效率的影響。
[0044]圖中，I為原料泵,2為加熱爐,3為反應(yīng)器,4為熱高分,5為冷高分，6為高效吸附干燥器，7為微旋流強化分離器，8為進出料換熱器，9為反吹/補充氫壓縮機，10為隔離板，11為溢流管，12為進氣管，13為喇叭口，14為裙邊，15為上圓柱段，16為下圓錐段，17為底流口。
[0045]圖中箭頭方向為物料流動方向。
【具體實施方式】
[0046]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例進一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。
[0047]對Szorb裝置中補充的氫氣脫除水分的方法，包括順序相接的如下步驟:
[0048]A、在壓力小于llMPa、溫度不超過110°C的條件下，對補充的氫氣脫游離水，得夾帶飽和水的氫氣，夾帶飽和水的氫氣中水含量不大于50ppm ；
[0049]B、在壓力小于llMPa、溫度不超過110°C的條件下，脫除步驟A中所得夾帶飽和水的氫氣中的飽和水，得到凈化的補充氫氣，凈化的補充氫氣中水含量不大于20ppm。
[0050]如圖1-3所示，步驟A中脫游離水所用裝置為微旋流強化分離器；步驟B中脫飽和水所用裝置為高效吸附干燥器，所 述微旋流強化分離器與高效吸附干燥器串聯(lián)。[0051]微旋流強化分離器包括上圓柱段、下圓錐段、進氣管和溢流管，其中，下圓錐段對接在上圓柱段的底部，下圓錐段底部設(shè)有底流口 ；進氣管對接在上圓柱段的中上部；溢流管從上圓柱段的頂部插入上圓柱段、并固連在上圓柱段上；微旋流強化分離器采用180°蝸殼式進口 ；進氣管為減縮進氣管，進氣管的縱截面為矩形，進氣管的進氣口上對接有喇叭口 ；進氣管包括四個面，分別為上底面、下底面和兩側(cè)面，下底面在通向上圓柱段的方向上沿水平向下傾斜10° ;溢流管管徑為0.44D，其中，D為上圓柱段的直徑；溢流管的底部高于進氣管的下底面，溢流管插入上圓柱段的深為0.7D，其中，D為上圓柱段的直徑；溢流管底部的周邊設(shè)有裙邊，裙邊為波紋狀；底流口上設(shè)有隔離板，底流口和隔離板之間留有空隙。
[0052]微旋流強化分離器分離效率與壓降對應(yīng)關(guān)系如圖5所示，微旋流強化分離器在不同濃度條件下的分離效率如圖6所示，微旋流強化分離器在進出口液滴粒徑的對比如圖7所示。
[0053]圖1所示的為中國石化金陵分公司SZorb裝置補充氫氣脫水裝置，所用微旋流強化分離器為如上所述，且微旋流強化分離器上圓柱段的直徑為800mm，上圓柱段和下圓錐段的總高度為3600mm，設(shè)備處理量為5000Nm3/h ;高效吸附干燥器的直徑為800mm，高度為3600mmo
[0054]微旋流強化分離器和高效吸附干燥器操作壓力為2.6~3.15Mpa，操作溫度為40。。。
[0055]微旋流強化分離器脫游離水高效穩(wěn)定，在工作狀態(tài)下有效脫除環(huán)境變化時的水分，經(jīng)過氣相色譜分析，其中游離水平均從1000ppm降低到50ppm以內(nèi)，微旋流強化分離器定期從排水口排出大量的水。高效吸附干燥器連續(xù)使用18個月仍不需要更換干燥劑(在此指出的是，該高效吸附干燥器在與聚結(jié)式脫水器串聯(lián)時，其干燥劑更換周期為三個月)，所得凈化的補充氫氣中水含量不大于20ppm,壓縮機一直穩(wěn)定運行,無任何故障。
【權(quán)利要求】
1.一種對Szorb裝置中補充的氫氣脫除水分的方法，其特征在于:包括順序相接的如下步驟: A、在壓力小于llMPa、溫度不超過110°C的條件下，對補充的氫氣脫游離水，得夾帶飽和水的氫氣； B、在壓力小于llMPa、溫度不超過110°C的條件下，脫除步驟A中所得夾帶飽和水的氫氣中的飽和水,得到凈化的補充氫氣。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟A中所得夾帶飽和水的氫氣中水含量不大于50ppm ;步驟B所得到凈化的補充氫氣中水含量不大于20ppm。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于:步驟A中脫游離水所用裝置為微旋流強化分離器；步驟B中脫飽和水所用裝置為高效吸附干燥器，所述微旋流強化分離器與高效吸附干燥器串聯(lián)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:微旋流強化分離器包括上圓柱段、下圓錐段、進氣管和溢流管，其中，下圓錐段對接在上圓柱段的底部，下圓錐段底部設(shè)有底流口 ；進氣管對接在上圓柱段的中上部；溢流管從上圓柱段的頂部插入上圓柱段、并固連在上圓柱段上；微旋流強化分離器采用180°蝸殼式進口。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:進氣管為減縮進氣管，進氣管的縱截面為矩形，進氣管的進氣口上對接有喇叭口。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于:進氣管包括四個面，分別為上底面、下底面和兩側(cè)面，下底面在通向上圓柱段的方向上沿水平向下傾斜10°。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于:溢流管管徑為0.44D，其中，D為上圓柱段的直徑。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于:溢流管的底部高于進氣管的下底面。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于:溢流管插入上圓柱段的深為0.7D，其中，D為上圓柱段的直徑；溢流管底部的周邊設(shè)有裙邊，裙邊為波紋狀。
10.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:底流口上設(shè)有隔離板，底流口和隔離板之間留有空隙。
【文檔編號】C01B3/50GK103641070SQ201310751263
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】趙日峰, 許德建, 孫柏軍, 汪華林, 吳文鋒, 唐超, 程琨 申請人:中國石油化工股份有限公司, 上海華暢環(huán)保設(shè)備發(fā)展有限公司