S Zorb裝置運行存在問題分析及對策

樂武陽

（中國石化荊門分公司，湖北荊門 448000）

中國石化荊門分公司S Zorb裝置采用中國石化專有S Zorb吸附脫硫專利技術，該技術具有產品辛烷值損失小、氫耗低、操作費用低的優點。裝置開工初期，催化汽油硫含量高達900 μg/g，采用RSDS-Ⅲ＋S Zorb串聯工藝將硫含量降低至10 μg/g以下。2017年7月，渣油加氫裝置開工正常后，催化汽油硫含量下降至400 μg/g左右，S Zorb裝置原料由RSDS加氫汽油改為直供催化汽油。2016年9月至2018年5月，該裝置已連續運行21個月，反應器ME101差壓增速過快、原料—產品換熱器E101結垢而換熱效果下降，陸續出現了閉鎖料斗程控閥（控制閥）磨損故障、在線儀表故障、吸附劑結塊等一系列影響長周期運行的問題。

1 S Zorb 裝置流程

S Zorb裝置借鑒了催化工藝中的流化技術，采用流化床反應器和吸附劑循環再生系統，其工藝流程見圖1。

圖1 S Zorb裝置工藝流程

原料汽油與少量氫氣混合，經換熱氣化后，進入到流化床反應器底部，在氣流上行過程中，吸附劑將汽油中的有機硫化物脫除，吸附劑連續從反應器中取出，傳送至再生器部分進行氧化再生，再生后的吸附劑再返回反應器中與原料汽油進行反應，吸附劑連續使用，確保了脫硫率的穩定[1]。

2 裝置運行存在的問題分析及對策

裝置運行存在的問題主要有ME101差壓上漲過快、E101結焦換熱效果下降、閉鎖料斗程控閥故障、在線儀表故障、再生器吸附劑結塊等。通過對其他企業（30家）S Zorb裝置存在問題進行統計發現，影響裝置長周期運行的主要問題是ME101差壓上漲過快、E101結焦換熱效果下降和閉鎖料斗程控閥故障，發生幾率約占97%。

2.1 反應器過濾器ME101差壓上漲速度過快

ME101過濾器是S Zorb裝置中最為關鍵的過濾設備，其作用在于過濾分離汽油（氣相）中攜帶的吸附劑顆粒，使吸附劑顆粒留在濾芯外壁，凈化后的汽油（氣相）進入后續單元。

汽油（氣相）中夾帶的吸附劑顆粒被過濾下來后，不斷累積在過濾器濾芯上。隨著濾芯上累積的吸附劑顆粒增加，過濾器差壓會不斷升高。為了有效地穩定過濾器差壓，ME101過濾器采用了脈沖分區反吹技術。當過濾器差壓達到設定值后，自控系統啟動脈動反吹，高壓高速的反吹氣流迅速將附著在濾芯的吸附劑顆粒反吹至反應器，過濾器差壓下降后重新投入正常過濾[2]。

2.1.1 反應器過濾器ME101差壓值上漲情況

S Zorb裝置自2016年9月7日開工以來，隨著運行時間的增加，過濾器差壓不斷升高，特別是反吹閥出現故障、裝置原料性質改變后，差壓上漲速率明顯增加，詳見表1。上漲過程分為4個階段：

表1 ME101差壓上漲情況

第一階段：2016年9月7日至2017年7月19日，裝置運行10個月，ME101差壓由12 kPa上漲至26 kPa，上漲速率為1.4 kPa/月。2016年12月19日反吹閥XV2130D故障進行切除更換；2017年6月26日反吹閥XV2130A/F閥芯存在卡澀現象，開度不到位，進行了切除更換處理。

第二階段：2017年7月19日至9月12日，ME101差壓值由26 kPa上漲至35 kPa，上漲速率為4 kPa/月。S Zorb原料由RSDS加氫汽油改為直供催化汽油。

第三階段：2017年9月13日至10月30日，ME101差壓值由34 kPa上漲至46 kPa，上漲速率為7.3 kPa/月。9月13日，ME101反吹閥XV2130A/B動作不到位，無法完全開啟，導致ME101局部區域無法進行反吹，由于處理時間較長，ME101差壓值上升至40 kPa。10月20日，反應入口單向閥泄漏，裝置被迫降壓操作，在降壓操作過程中，反應線速度由0.32 m/s上升至0.37 m/s，ME101差壓至上漲至46 kPa。

第四階段：2017年11月1日至12月1日，11月1—27日，ME101差壓值由46 kPa上漲至53 kPa。反應系統操作參數穩定，操作壓力2.45 MPa，反吹壓力5.8 MPa（為反應系統壓力的2.2倍），反應器線速度為0.32 m/s。反吹溫度為243℃，反吹閥動作正常，無卡澀現象。ME101差壓至46 kPa后，一個月上漲了7 kPa，上漲速度呈加快趨勢。

2.1.2 ME101 差壓值上漲過快原因分析

1）反吹閥門故障頻繁，其中A、B、D、F相繼出現問題。經切除更換后發現，密封墊變形嚴重、反吹閥球體出現嚴重劃痕，導致反吹閥無法打開或者關閉，相對應的扇區吹掃不充分造成濾餅堆積增加，造成過濾器反吹效果下降，導致過濾器差壓較大并持續升高。

2）原料性質改變。其中第二階段和第四階段，反吹閥運行無異常，差壓值仍然上升較快，與汽油加氫停工后，S Zorb裝置直接加工催化汽油、原料中二烯烴含量增加有一定關系。催化汽油脫硫加工流程由RSDS＋S Zorb串聯工藝改為S Zorb裝置單裝置加工工藝。雖然S Zorb原料的烯烴含量由30.1%（φ）下降至29.6%（φ），但缺少了RSDS保護反應器脫二烯烴作用，催化汽油中大量的二烯烴直接進入S Zorb裝置，S Zorb吸附劑對于二烯烴脫除率僅為65%，遠低于RSDS技術二烯烴脫除率（87%）。催化汽油中的二烯烴在反應器中無法脫除，部分二烯烴在ME101濾芯表面發生聚合生焦反應，造成反應器過濾器ME101差壓值上升。

3）裝置壓力波動，反應器線速度波動影響差壓。2017年8月，S Zorb裝置使用渣油加氫氫氣，由于全廠氫氣供給量不夠，渣油加氫氫氣壓力波動直接造成S Zorb裝置反應系統壓力波動。2017年10月18日，反應系統壓力由2.6 MPa下降至2.1 MPa，線速度由0.32 m/s增加至0.37 m/s，過濾器差壓急速上升。

2.1.3 差壓上漲過快應對措施

1）反吹系統運行參數調整。縮短反吹周期，適當提高反吹壓力。2017年12月，將反吹周期由60 min調整至30 min。反吹壓力由反應器壓力的2.2倍提高至2.5倍。

2）加強對反吹閥門的維護。將反吹氫氣壓力進反吹閥的溫度嚴格控制在243℃±2℃，以延長閥門密封面使用壽命。針對運行過程中出現的反吹閥門開關回訊不到位的問題，一經發現立即處理。同時備用4臺反吹閥門。

3）適當降低反應進料量，將反應器線速度由0.32 m/s降低至0.28 m/s。同時嚴格控制反應進料量、反應器壓力、吸附劑藏量等影響反應線速度的操作參數防止以上參數波動造成線速度急劇變化從而影響過濾器差壓。

2.1.4 實施效果

按上述應對措施進行了操作優化。2017年12月1日至2018年1月30日，ME101差壓值由53 kPa上漲至63 kPa，差壓上漲速率為5 kPa/月，有效穩定了差壓上漲速率。

2.2 原料—產品換熱器E101管程（原料側）差壓上漲情況

原料—產品換熱器E101為裝置關鍵換熱設備，將原料溫度由80℃升至350℃左右。E101的換熱效果直接影響裝置的能耗，如E101換熱效率降低，將加重加熱爐負荷。

2.2.1 差壓上漲情況及換熱效果變化

2016年9月，E101管程（原料側）差壓為50 kPa左右，換熱終溫（加熱爐入口溫度）為365℃左右。運行至2017年7月，E101管程差壓上漲至75 kPa左右，換熱終溫下降至361℃。

2017年7—12月，E101管程差壓由75 kPa上漲至175 kPa，差壓上漲速率為20 kPa/月，換熱終溫由370℃下降至345℃，并且兩列換熱器存在嚴重的偏流情況，其出口溫差達到37℃。11月21日，現場關小A-C列管程入口閥，閥位開度由100%關至20%，兩列換熱器出口溫差仍相差9℃。

2018年1—3月，E101管程差壓由175 kPa上漲至400 kPa，換熱終溫由345℃下降至313℃。由于加熱爐入口溫度的大幅度降低，為了滿足工藝反應溫度的需要，加熱爐供熱超負荷。3月19日，裝置對E101D/E/F進行了切除清洗。清洗投用后，E101管程差壓下降至85 kPa，換熱終溫上升至360℃，清洗效果較好，見表2。

表2 E101運行情況

2.2.2 差壓上漲原因分析

1）汽油加氫停工，原料性質變化

通過表2可以看出，2017年7月份以后ME101差壓上漲速率明顯加快，主要因為2017年7月汽油加氫裝置停工，S Zorb裝置原料由汽油加氫混合汽油變為催化裝置的直供催化汽油。雖然原料的烯烴含量變化不明顯（7月以前為30.1%，7月以后為29.66%），但原料中的二烯烴含量由0.17 g/100g上漲至2.46 g/100g，二烯烴容易在汽油加氫裝置中發生反應而脫除，這兩類物質對汽油穩定性影響極大。初步判斷為汽油加氫停工后，原料中的二烯烴含量上升導致穩定性下降造成結焦趨勢加劇。

2）混煉罐區不合格汽油

罐區不合格汽油主要有兩部分：一是S Zorb裝置異常時，產品不合格改至不合格罐。二是合格罐滿罐，罐區無備用罐，將合格產品改至不合格罐。不合格罐中的“不合格”汽油作為S Zorb裝置原料進一步加工成合格產品。罐區不合格罐為2個1萬立方米儲罐，均有氮封設施。即使氮封效果較好，也無法避免膠質前驅物的產生，這些膠質前驅物一旦產生，經過高溫縮合后在E101結焦速率就會大大增加。

2.2.3 差壓上漲過快應對措施

1）加強原料的管理，做到專罐專用，避免罐區汽油回煉。同時確保不合格汽油罐的氮封完好，降低罐區汽油生膠的可能性。

2）當裝置負荷低于78%（進料量低于140 t/h）時，E101采用單列運行模式，防止E101管程流量低造成偏流。避免長時間偏流而引起管束結焦。一列發生結焦后及時切除處理，投用另一列，維持裝置長周期運行。

3）原料進換熱器前加注阻垢劑，注入量100 μg/g，減緩換熱器結焦速率。

2.2.4 實施效果

按上述應對措施對E101進行了優化操作。2018年3月將E101DEF進行了清洗后投用，并將E101ABC切除采用單列運行方式，同時減少罐區汽油回煉量，E101差壓穩定在85 kPa。2018年4月按100 μg/g濃度向原料汽油中注入阻垢劑，換熱器結焦速率明顯減緩。通過以上措施E101的差壓上漲速率由20 kPa/月減緩至15 kPa/月。

2.3 閉鎖料斗程控閥（控制閥）磨損故障

2.3.1 程控閥（控制閥）運行情況

閉鎖料斗系統有32個程控閥、4個控制閥。由于程控閥（控制閥）運行調節苛刻，介質為固體吸附劑，閥門開關動作頻繁、故障率較高。裝置運行至今，已經更換XV2401、XV2402、XV2404和XV2415 4個程控閥和PV2401A1、PV2401A2 2個控制閥。更換的程控閥球面均有不同程度的損傷，產生內漏，不但有很大的安全風險，而且會造成閉鎖料斗系統無法正常運行[3]。

表3統計了S Zorb裝置自開工至今的閥門故障情況，以及根據閥門泄漏磨損情況采取的不同處理措施。

表3 閉鎖料斗程控閥（控制閥）泄漏情況

2.3.2 程控閥（控制閥）磨損原因分析

1）首次開車閥門安裝時，管線吹掃不干凈，閥門球面有異物附著。閥門開關過程中，雜物磨損球面影響閥門密封性。

2）吸附劑顆粒堆積在程控閥轉動軸縫隙中，引起閥門磨損。

3）閉鎖料斗過濾器過濾精度有限，吸附劑細粉進入放空管線中，磨損控制閥。

2.3.3 建議措施

1）備品備件的準備。保證各種型號的程控閥至少有一個備用閥，必要時更換，盡量避免臨時搶修，發現開關時間較長或者控制閥漏量及時處理。

2）調整閉鎖料斗氫氣、氮氣過濾器的反吹參數，保證吸附劑在輸送管道放空泄壓暢通，管線不憋壓、減少管線內的殘存吸附劑，減少閥門磨損。

3）制定閥門內漏試驗方案，定期對閥門試漏，對有輕微內漏的閥門應全部提前集中更換，將損失降低至最低。

2.3.4 實施效果

通過采取以上應對措施以及加強易損設備的管理，2018年1月至今僅對XV2401進行了預防性的更換，其他閥門未發現內漏情況，較好的確保了裝置的正常生產。

3 結論

反應器過濾器ME101和原料—產品換熱器E101是影響S Zorb裝置長周期運行的關鍵設備。確保ME101穩定運行的關鍵是加強反吹系統的維護、反應壓力平穩控制、穩定原料性質。減緩E01結焦的關鍵是加強原料管理、減少罐區回煉、注入阻垢劑。同時對閉鎖料斗程控閥（控制閥）進行預防性維護，提高備品備件率，以上措施為S Zorb裝置長周期運行提供了保障。

八面來風

加拿大建設膜分離烯烴與烷烴示范工廠

Imtex公司計劃在加拿大安大略省Sarnia投資1 500萬美元，建設膜分離烯烴與烷烴示范裝置。Imtex膜技術公司已投資4 000萬美元用于開發分離烯烴與烷烴的膜技術，與傳統膜技術相比這項技術能耗低、廢料少。Imtex公司最近獲得加拿大聯邦政府可持續發展技術600多萬美元的資金支持。