S Zorb大型化工業(yè)裝置特點及運行總結(jié)

張 樹 廣

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

為減少汽車尾氣排放對大氣的污染，車用燃料清潔化的步伐日益加快，對車用汽油中硫含量的要求也越來越嚴格。我國于2018年1月全部實施硫質(zhì)量分數(shù)不大于10 μg/g的國Ⅴ階段汽油標準，并將于2019年開始實施國ⅥA階段汽油標準，2023年開始實施國ⅥB汽油標準。在汽油質(zhì)量升級的過程中，中國石化用于催化裂化汽油深度脫硫的S Zorb技術(shù)[1-6]發(fā)揮了越來越重要的作用，該技術(shù)具有脫硫率高、氫耗低、辛烷值損失小、液體收率高等優(yōu)點。目前，國內(nèi)已有33套S Zorb工業(yè)裝置可以長期穩(wěn)定地生產(chǎn)超低硫清潔汽油，總處理能力達40 Mt/a以上。

S Zorb技術(shù)工業(yè)化過程中充分體現(xiàn)了系列化及標準化的特點，常規(guī)工業(yè)裝置的規(guī)模主要有0.9，1.2，1.5 Mt/a，而大型化裝置規(guī)模有1.8 Mt/a及2.4 Mt/a。目前已建成投產(chǎn)的最大規(guī)模的工業(yè)化裝置為2.4 Mt/a，建于中海油惠州石化有限公司(簡稱惠州石化)，2017年9月27日一次開車成功，開工后始終按照國Ⅴ汽油方案進行生產(chǎn)，穩(wěn)定運行生產(chǎn)硫質(zhì)量分數(shù)小于10 μg/g的精制汽油。以下介紹大型化S Zorb 工業(yè)裝置特點及運行情況。

1 大型化S Zorb裝置特點

大型化S Zorb 裝置同樣包括進料與脫硫反應(yīng)、吸附劑再生、吸附劑循環(huán)及產(chǎn)品穩(wěn)定4個部分，與其他系列S Zorb裝置不同的是對反應(yīng)過濾器進行了改進，將反應(yīng)過濾器由反應(yīng)器頂部移到反應(yīng)器外部[7-8]。具體設(shè)置如圖1所示。

圖1 反應(yīng)過濾器設(shè)置

反應(yīng)過濾器是S Zorb裝置的關(guān)鍵設(shè)備之一，其運行狀況直接影響裝置的運行周期。其他系列S Zorb裝置的反應(yīng)過濾器均設(shè)置在反應(yīng)器的頂部，原料烴油在反應(yīng)器中進行吸附脫硫反應(yīng)，脫硫反應(yīng)后的油氣通過反應(yīng)過濾器進入下一步工序，而烴油中攜帶的催化劑顆粒被過濾器截留下來，實現(xiàn)油氣與催化劑分離。過濾器的操作條件較苛刻，過濾精度為1.3 μm，裝置中循環(huán)使用的催化劑平均粒徑為60～80 μm，催化劑頻繁地在反應(yīng)系統(tǒng)與再生系統(tǒng)之間循環(huán)運行，易磨損產(chǎn)生粉塵，粉塵在反應(yīng)器內(nèi)部累積，不斷循環(huán)，易造成反應(yīng)過濾器壓差升高，壓差升高到一定程度后需停工更換過濾器，嚴重影響裝置平穩(wěn)運行。此外，在裝置大型化后，反應(yīng)過濾器需要更大的過濾面積，因此需要有一個較大直徑的法蘭安裝該過濾器，而裝置運行期間，反應(yīng)器操作溫度可達430 ℃以上，操作壓力高達3.1 MPa，且存在反吹振動，因此將反應(yīng)過濾器裝在反應(yīng)器頂部，會存在法蘭密封效果不易控制、反應(yīng)器設(shè)計及制造難度較大等問題。

大型化裝置將反應(yīng)過濾器從吸附脫硫反應(yīng)器中獨立出來，進行外置，并且通過管道連接，將裝置運行過程中產(chǎn)生的催化劑粉塵不斷從系統(tǒng)中分離出來，有效避免了粉塵在反應(yīng)器內(nèi)部循環(huán)累積，解決了反應(yīng)過濾器易堵塞、差壓上升快、裝置運行周期短、法蘭密封效果不易控制等問題，延長了過濾器的使用周期和裝置運行周期。

2 大型化S Zorb裝置運行效果

2.1 反應(yīng)過濾器運行情況

開工以來裝置進料量與反應(yīng)過濾器的差壓變化見圖2。由圖2可知，裝置自開工運行穩(wěn)定后，過濾器差壓穩(wěn)定在17 kPa，遠小于設(shè)計值。可見將反應(yīng)過濾器外置后達到了預(yù)期的效果，為S Zorb裝置的長周期運行創(chuàng)造了有利條件。

圖2 原料進料量與反應(yīng)過濾器差壓變化情況

2.2 裝置標定結(jié)果

裝置自開工后一直運行狀況良好，穩(wěn)定生產(chǎn)硫質(zhì)量分數(shù)小于10 μg/g的汽油，開工10個月后進行了總結(jié)標定，結(jié)果列于表1。由表1可以看出，在原料硫質(zhì)量分數(shù)為180 μg/g時，得到的產(chǎn)品硫質(zhì)量分數(shù)為4 μg/g，辛烷值RON損失為0.4個單位，能耗為250.8 MJ/t。得到了良好的運行結(jié)果。

表1 S Zorb裝置標定結(jié)果

將標定時的汽油原料及產(chǎn)品的性質(zhì)列于表2中。由表2可知，與原料相比，產(chǎn)品的密度、蒸氣壓及餾程性質(zhì)相當，膠質(zhì)含量稍低。

表2 標定過程中汽油原料及產(chǎn)品性質(zhì)

標定過程中裝置的物料平衡數(shù)據(jù)見表3。

表3 標定過程中的物料平衡數(shù)據(jù)

表4中列出了標定過程中得到的汽油的詳細組成。由表4可知，經(jīng)過S Zorb反應(yīng)得到的汽油產(chǎn)品組成發(fā)生了變化，其中正構(gòu)烷烴及異構(gòu)烷烴的含量增加，烯烴含量降低，環(huán)烷烴含量略有增加，芳烴含量略有降低。

表4 標定過程中汽油原料及產(chǎn)品組成 w，%

3 結(jié) 論

惠州石化2.4 Mt/a S Zorb裝置是目前已工業(yè)化的最大規(guī)模裝置，裝置采用了反應(yīng)過濾器外置新技術(shù)，自開工以來裝置運行平穩(wěn)，一直穩(wěn)定生產(chǎn)硫質(zhì)量分數(shù)小于10 μg/g的清潔汽油。開工10個月后進行了總結(jié)標定，標定結(jié)果為：原料硫質(zhì)量分數(shù)為180 μg/g，烯烴質(zhì)量分數(shù)為22.69%時，得到的產(chǎn)品硫質(zhì)量分數(shù)為4.0 μg/g，RON損失0.4個單位，能耗為250.8 MJ/t。這些結(jié)果對未來同類型裝置的開工和優(yōu)化，具有參考價值和指導意義。