1、催化汽油加氢/吸附脱硫 93S Zorb 技术国产化改进与应用吴德飞 庄剑 袁忠勋 杨德祥 黄泽川（中国石化工程建设公司 北京 100101）摘要：针对 S Zorb 技术在原国内外装置运行中暴露的问题，在 S Zorb 技术国产化改进过程中结合 SEI 在炼油与化工工艺与工程技术方面积累的工程设计经验和专有技术进行技术移植与创新，首批 7 套国产化装置顺利建成投产，剂耗、能耗、开工周期等普遍优于原有装置，初步形成新一代 S Zorb 技术，为中国石化汽油质量升级提供了技术基础。关键词：催化汽油 脱硫 S Zorb 技术国产化 改进 创新1 引 言催化汽油吸附脱硫 S Zorb 技术具有耗氢量
2、少、脱硫率高、辛烷值损失小的特点，非常适宜我国催化汽油占 70%以上汽油来源的现状，尤其是该技术能够直接生产硫含量低于 10g/g的超低硫汽油，对于国内环保要求日益提高具有良好的适应性。2007 年国内首套引进技术建成的燕山分公司 120 万吨/年 S Zorb 装置投产后，中国石化整体收购了该技术。同时，针对当时国内外 S Zorb 装置普遍面临开工周期短等问题，迅速组织进行技术国产化的改进，以保证首批七套国产化装置顺利建成与长周期运行。2 S Zorb 国产化的主要技术改进与创新调研发现，影响 S Zorb 装置长周期运行的主要有反应器过滤器反吹频繁导致阀门寿命短、再生器内吸附剂结块输送不
3、畅、原料与反应产物换热器结垢严重等因素。针对 S Zorb 技术的特点，SEI 将催化、连续重整、加氢等工艺与工程技术方面积累的丰富工程设计经验和专有技术进行技术移植与创新，应用流程模拟、计算流体力学、应力分析和三维配管等先进技术工具对 S Zorb 技术进行了一系列技术改进与创新，重点解决影响装置长周期稳定运行等问题。2.1 反应器降尘器的开发与应用反应器是 S Zorb 装置的核心设备，反应器内为气固两相、流化床操作，顶部设置精密自动反吹过滤器将吸附剂滤除。该过滤器正常启动反吹的压降为 35kPa，由于反应器内吸附剂颗粒浓度高，过滤器反吹频繁（约 5 分钟一次），致使原有的国内外 S Zo
4、rb 装置普遍出现高压反吹阀门寿命短、过滤器内预热管系松动等问题，是影响装置操作周期的关键问题之一。SEI 根据燕山分公司装置的实际情况，建立三维实体模型，采用 CFD 技术对多种降尘器结构方案进行模拟计算对比。CFD 计算得到反应器内设置各种降尘器结构后形成的气固两相流场及相关数据。图 1 是各降尘器方案的反应器内的气体流场。通过模拟计算得到一种结构简单、降尘效率高的结构，进一步通过计算优化降尘器安装位置，得到了可靠的设计方案。2009 年 3 月，降尘器在燕山分公司 120 万吨/年 S Zorb 装置上首先使用，反吹周期从原有的 5.5 分钟延长至 48 分钟，并且解决了原来因过滤器压降
5、大无法满负荷操作的瓶颈问题。改造前后的情况见表 1。94 2011 年全国炼油加氢技术交流会论文集图 1 各种降尘器结构方案的气体流场表 1 燕山分公司 S Zorb 装置安装降尘器改造前后情况对比安 装 降 尘 器 改 造 前 安 装 降 尘 器 改 造 后反 应 器 过 滤 器 反 吹 时 间 间 隔 /分 钟 约 6 约 48反 应 器 处 理 量 /t.h-1 小 于 设 计 值 143 约 150反 应 器 过 滤 器 压 降 /kPa 40 50 35（ 优 化 点 ）在燕山分公司装置上使用成功后，降尘器在首批国产化七套装置上得到推广应用，并且作为反应器内件安装在优化位置，得到了更
6、佳的使用效果。各新建装置的反应器过滤器反吹时间间隔普遍大于 90 分钟。反应器降尘器的开发与应用成功大幅延长反应器过滤器反吹周期，从根本上解决了长期困扰国内外各 S Zorb 装置反吹阀寿命短的一个关键问题，为装置的长周期操作、降低操作成本及 S Zorb 工程技术的进步提供了有力的技术支撑。2.2 再生系统的技术改进吸附剂再生系统的作用是为吸附剂的再生提供适宜的氧化环境，恢复吸附剂的吸附活性。原有的燕山分公司、Wood River、PRSI 和 Lake Charles 等装置都出现了在再生器底部吸附剂结块的现象，脱落的块状物堵塞再生滑阀，从而影响再生吸附剂的输送，经常造成临时拆卸疏通，甚至
7、停工清理再生器。经分析，吸附剂结块的原因主要是吸附剂与水反应生成硫酸锌。Lake Charles 装置外部环境的湿度高，结块最为严重；燕山分公司装置将再生空气由非净化风改为净化风后，再生器内结块的问题基本得到有效缓解。在首批国产化七套装置上，根据再生空气干燥要求设置干燥器，并将干燥器出口的露点作为装置的控制参数，降低再生器内水分压。在这一措施下，新建装置再生器内的吸附剂结块现象得到有效抑制，为装置的长周期运行排除了第二个难点。2.3 原料与反应产物换热器的技术改进原有的多套 S Zorb 装置出现原料与反应产物换热器结垢严重、换热效率下降而被迫停工的情况。经检查分析，污垢主要集中在原料侧，主要
8、成分是盐分、机械杂质和少量的焦质。由于原料汽油在换热器内完全汽化，原料中夹带的杂质沉积结垢。催化汽油加氢/吸附脱硫 95针对这种情况，在新建装置中主要采取了两个措施：（1）换热器改为两列并行，每列设计负荷为 60%，并且设置隔离和吹扫措施，可以将一列单独切出清洗，另一列维持装置低负荷操作；（2）设置原料过滤器，有效清除原料中的杂质。此外，要求原料催化汽油不得碱洗以避免汽油带碱液。上述技术改进在新建装置中得到良好应用，并且在高桥分公司、济南分公司等多套装置上实施了一列切出清洗、另一列维持操作的应用，避免装置停工。2.4 闭锁料斗及吸附剂输送系统的技术改进S Zorb 装置设置单闭锁料斗，作为压力
9、较高的反应部分与低压的再生部分的中间设备，需要采用氮气作为氢氧环境隔离的中间介质，采用闭锁料斗控制系统对吸附剂输送过程进行精密控制。新建装置对闭锁料斗控制系统进行了多项改进，消除了反应部分氢气窜入高温氧环境的再生器的可能，并且改进闭锁料斗步序控制时间步长，促进吸附剂输送通畅。此外，改进原有的再生剂接收器、闭锁料斗的布置方式，采用同轴布置，缩短了再生剂进剂时间，进剂通畅。2.5 其它技术改进在 S Zorb 技术国产化设计和建设过程中，除重点针对延长操作周期的技术改进外，对降低装置剂耗和能耗、引进设备国产化等方面也进行了一系列的技术改进：（1）设置闭锁料斗氢气和氮气过滤器吸附剂回收设施与流程，回
10、收吸附剂；（2）调整分馏塔压力，优化分馏部分流程，降低能耗；（3）再生器旋风分离器和部分精密过滤器的国产化；（4）优化反应与再生系统的流程，设置再生器临时处理措施。这些措施有效降低了新建装置的剂耗和能耗，提高了装置的经济效益。3 首批国产化装置设计与运行情况首批国产化七套装置已经全部建成投产，投产情况见表 2。表 2 首批国产化七套装置投产情况标定情况厂家 投产时间 原料/产物硫含量/g.g -1 能耗/kg 标油.t-1 剂耗/kg.t 原料 -1 汽油收率，% ROAD 损失高桥 2009.9.28 390/11.6 8.74 0.03 99.08 0.3济南 2009.12.9 726/
11、39 9.15 - 99.16 0.6镇海 2009.12.18 313/10 7.6 0.028 98.9 0.35广州 2010.1.11 250/3.2 6.9 - 99.26 0.5齐鲁 * 2010.2.22 750/10* 8.84* - 99.3* 0.7 1.0*沧州 2010.3.5 638/15.2 9.28 0.07 99.03 0.5长岭 * 2010.11.21 700/90 9.26 0.14 99.10 0.5*齐鲁数据为设计参数；长岭为操作数据。96 2011 年全国炼油加氢技术交流会论文集首批国产化装置的投产运行为中国石化汽油质量升级提供了重要的技术基础，各项
12、技术改进得到了良好的验证和应用。4 下一步的技术提高展望首批国产化装置的陆续投产运行充分验证了 S Zorb 技术的先进性和国产化过程中技术改进的有效性。上述有针对性的技术改进与应用已经解决了原本严重的影响装置长周期运行的主要矛盾，在降低装置剂耗和能耗方面也取得良好进步。在全面收集和总结分析首批国产化装置运行数据的基础上，对进一步的技术提高展望如下：（1）分析运行数据，调整和优化 S Zorb 吸附反应动力学和工艺计算模型；（2）研究改善闭锁料斗和吸附剂输送系统易磨损管线与阀门的操作条件；（3）积极进行部分引进设备国产化研究开发，降低装置建设成本；（4）积极配合国产吸附剂的推广应用。5 结 论
13、根据 S Zorb 技术在原国内外装置运行中暴露的问题，在 S Zorb 技术国产化改进过程中重点针对影响装置长周期运行的因素进行了技术创新与改进，成功开发和应用反应器降尘器，大幅延长反应器过滤器反吹周期，从根本上解决了长期困扰国内外各 S Zorb 装置反吹阀寿命短的一个关键问题；改进再生系统、原料与反应产物换热器、闭锁料斗及吸附剂输送系统等，首批国产化装置的陆续投产运行充分验证了 S Zorb 技术的先进性和国产化过程中技术改进的有效性，解决了原本严重的影响装置长周期运行的主要矛盾，在降低装置剂耗和能耗方面也取得良好进步，初步形成新一代 S Zorb 技术。首批国产化装置的成功建成投产为中国石化汽油质量升级提供了技术基础，将促进 S Zorb 技术的推广应用。随着环保要求的日益提高，新一代 S Zorb 技术将占据日益重要的技术地位和市场份额，具有良好的发展前景。参考文献1接收的美国康菲公司 S Zorb 技术资料2高桥、济南、镇海、广州、沧州 S Zorb 装置标定报告
