劉燕敦，孫同根

(中國(guó)石化金陵分公司，南京 210033)

S Zorb裝置的生產(chǎn)優(yōu)化

劉燕敦，孫同根

(中國(guó)石化金陵分公司，南京 210033)

中國(guó)石化金陵分公司為保證S Zorb裝置穩(wěn)定運(yùn)行，生產(chǎn)低硫含量汽油、降低汽油RON損失、提高液體收率及降低能耗，在裝置生產(chǎn)運(yùn)行管理過(guò)程中，對(duì)原料管理、反應(yīng)系統(tǒng)、再生系統(tǒng)及穩(wěn)定系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，使裝置在精制汽油脫硫率、RON損失及裝置能耗、加工損失等各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)方面有了大幅提升，精制汽油硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)穩(wěn)定在5 μg/g、RON損失為0.3～0.7個(gè)單位，裝置能耗較設(shè)計(jì)值下降了33.44 MJ/t，精制汽油收率提高了0.23%。

汽油 吸附脫硫 硫含量 辛烷值

隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，汽油質(zhì)量升級(jí)速率全面加快。為滿足江蘇省高清潔汽油的需要，中國(guó)石化金陵分公司(簡(jiǎn)稱金陵分公司)2012年8月投產(chǎn)1.5 Mt/a催化裂化汽油吸附脫硫裝置(S Zorb)。脫硫率、RON損失、液體收率、能耗是反映S Zorb裝置運(yùn)行的關(guān)鍵指標(biāo)。為改善上述各項(xiàng)指標(biāo)，在裝置開(kāi)工與生產(chǎn)運(yùn)行管理過(guò)程中，通過(guò)對(duì)反應(yīng)機(jī)理仔細(xì)研究，突破一些設(shè)計(jì)理念，對(duì)裝置的反應(yīng)系統(tǒng)、再生系統(tǒng)、穩(wěn)定系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)整。

1 原料加工量和硫含量波動(dòng)的影響及優(yōu)化措施

為持續(xù)保證江蘇地區(qū)高清潔國(guó)Ⅳ汽油(滿足國(guó)Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)要求的汽油)及蘇Ⅴ汽油(滿足蘇Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)要求的汽油)的供應(yīng)，必須穩(wěn)定生產(chǎn)出硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于30 μg/g及不大于5 μg/g精制汽油，在生產(chǎn)中盡量減少產(chǎn)品精制汽油RON的損失。

制約S Zorb裝置穩(wěn)定運(yùn)行的首要因素是原料處理量和性質(zhì)的穩(wěn)定。正常運(yùn)行時(shí)加工處理的原料為3.5 Mt/a催化裂化裝置(Ⅲ催化裂化)的直供汽油，當(dāng)其流量和硫含量波動(dòng)時(shí)，調(diào)整操作參數(shù)所需時(shí)間較長(zhǎng)(8 h以上)，對(duì)精制汽油產(chǎn)品的硫含量及RON損失產(chǎn)生較大的影響。

1.1 原料加工量的影響

當(dāng)各種操作參數(shù)穩(wěn)定時(shí)，原料加工量的改變會(huì)引起反應(yīng)空速的變化，導(dǎo)致產(chǎn)品硫含量的變化，引起產(chǎn)品RON損失的波動(dòng)。如2013年4月11日受Ⅲ催化裂化提高加工量的影響，S Zorb裝置處理量由155 t/h提高至185 t/h，精制汽油硫含量超標(biāo)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)38.9 μg/g。

當(dāng)裝置原料量突然大幅降低時(shí)，因反應(yīng)器內(nèi)吸附劑活性是應(yīng)對(duì)前期高加工量的，吸附劑活性較高；閉鎖料斗運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間會(huì)增加；反應(yīng)器內(nèi)線速度降低、空速降低，原料汽油在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間延長(zhǎng)，烯烴加氫反應(yīng)增多，導(dǎo)致精制汽油產(chǎn)品的RON損失增加。

1.2 原料硫含量的影響

當(dāng)各種操作參數(shù)穩(wěn)定時(shí)，原料汽油中硫含量的突升會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品硫含量不合格，需盡量保證原料硫含量相對(duì)穩(wěn)定[1]。當(dāng)原料汽油中硫含量下降時(shí)，精制汽油的RON損失會(huì)增加。因原料中硫含量高時(shí)，吸附劑要保持較高活性，而在原料汽油硫含量突然下降時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)的吸附劑在使精制汽油硫含量大幅下降的同時(shí)，增加了烯烴加氫反應(yīng)[2]。

1.3 優(yōu)化措施

當(dāng)原料緩沖罐不能保證裝置在最低加工負(fù)荷(120 t/h)時(shí)，從1.3 Mt/a催化裂化裝置或汽油罐區(qū)補(bǔ)充原料，必要時(shí)進(jìn)行裝置內(nèi)循環(huán)。當(dāng)上游Ⅲ催化裂化突然提高加工量時(shí)，要緩慢提高S Zorb裝置加工量，加工負(fù)荷的提高值控制在5 t/h以下。

為保證出廠的蘇Ⅴ汽油硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于5 μg/g，控制原料硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于340 μg/g；當(dāng)Ⅲ催化裂化汽油硫含量大幅波動(dòng)時(shí)，及時(shí)告知S Zorb裝置操作人員，進(jìn)行果斷、快速處理。

當(dāng)原料硫含量大幅上升時(shí)，適當(dāng)降低原料處理量或補(bǔ)充一定的新鮮吸附劑或加大尾氣外排量或適當(dāng)提高再生風(fēng)量。從2013年5月開(kāi)始，裝置加工量穩(wěn)定在180～195 t/h，精制汽油產(chǎn)品的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)穩(wěn)定在5 μg/g 以下、RON損失穩(wěn)定在0.3～0.7個(gè)單位。

2 反應(yīng)系統(tǒng)的操作優(yōu)化

2.1 氫油比的控制

由于S Zorb脫硫反應(yīng)過(guò)程中需氫原子取代烴分子中的硫原子，氫油比較低時(shí)，隨氫油比的增加，置換出的硫原子相應(yīng)較多，脫硫率增加；當(dāng)氫油體積比達(dá)到0.33時(shí)，已有足夠的氫原子置換烴分子中的硫原子，氫氣量的增加不再對(duì)脫硫率產(chǎn)生明顯的作用，脫硫率趨于平緩[2]。

提高氫油比，汽油RON損失增加。氫氣在滿足吸附脫硫臨氫環(huán)境的同時(shí)，也導(dǎo)致烯烴加氫副反應(yīng)的發(fā)生，使RON損失增加，同時(shí)氫氣耗量也相應(yīng)地增加。因此，將氫油體積比從初始的0.29逐步調(diào)整至目前的0.18～0.20之間。

實(shí)際氫油體積比控制值H=0.18×0.90/P，式中H代表氫油體積比，P代表循環(huán)氫純度，0.18與0.90為經(jīng)驗(yàn)值。操作調(diào)整中發(fā)現(xiàn)循環(huán)氫純度為90%、氫油體積比控制在0.18時(shí)，反應(yīng)器脫硫效果及RON損失均較為理想。在循環(huán)氫純度降低時(shí)，適當(dāng)提高氫油比，可保證反應(yīng)(脫硫反應(yīng)、加氫反應(yīng)及加氫異構(gòu)化反應(yīng))所需要的氫氣量。當(dāng)氫氣量太低時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)烯烴異構(gòu)化反應(yīng)不足，精制汽油RON損失同樣偏大。

降低氫油比，新氫耗量由4 660 m3/h(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，以下同)降至3 230 m3/h，吸附劑上碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)由1.54%逐步上升至3.20%。隨著新氫消耗量的減少，待生吸附劑碳含量上升，反應(yīng)器內(nèi)烯烴加氫反應(yīng)減少，RON損失下降。

通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)氫油比，可改變烯烴加氫反應(yīng)的程度，反應(yīng)器溫升也隨之變化。當(dāng)反應(yīng)器溫升低于4 ℃時(shí)，表明反應(yīng)器內(nèi)氫氣量不足；當(dāng)反應(yīng)器溫升大于5 ℃時(shí)，表明反應(yīng)器內(nèi)氫氣量富余。

2.2 吸附劑硫含量的控制

為保證精制汽油質(zhì)量，必須在降低精制汽油硫含量以及降低RON損失二者之間取舍。

精制汽油產(chǎn)品的關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)是硫含量，在保證精制汽油硫含量合格的前提下，應(yīng)盡量減少RON的損失。為降低精制汽油RON損失，吸附劑的硫含量應(yīng)控制在較高狀態(tài)。當(dāng)硫脫除量一定時(shí)，提高吸附劑的循環(huán)速率，采取大循環(huán)速率、控制待生劑與再生劑低“硫差”的操作方法，可達(dá)到提高吸附劑硫含量的目的。待生劑硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在9.0%～10.9%，再生劑硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在5.0%～7.8%。同時(shí)逐步增加吸附劑的置換量，提高吸附劑的活性，以保證產(chǎn)品硫含量合格。表1為吸附劑循環(huán)速率為1.5 t/h時(shí)，吸附劑硫含量變化對(duì)操作的影響。

表1 吸附劑硫含量變化對(duì)操作的影響

注：反應(yīng)溫升為反應(yīng)器底部溫度與加熱爐出口溫度的差值。

由表1可以看出，在控制吸附劑循環(huán)速率不變的情況下，提高待生吸附劑硫含量后RON損失降低，此時(shí)反應(yīng)器溫升一般在12～16 ℃。當(dāng)反應(yīng)器溫升超過(guò)16 ℃時(shí)，表明反應(yīng)器內(nèi)烯烴反應(yīng)加??；當(dāng)反應(yīng)器溫升低于12 ℃時(shí)，表明反應(yīng)器內(nèi)吸附劑脫硫能力變差，精制汽油硫含量超標(biāo)。

2.3 反應(yīng)系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)控制值

反應(yīng)系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)為反應(yīng)器底部溫度、反應(yīng)床層溫度、反應(yīng)產(chǎn)物溫度、反應(yīng)器壓力。根據(jù)以上優(yōu)化結(jié)果，應(yīng)控制反應(yīng)器總溫升不大于20 ℃。反應(yīng)器的主要操作參數(shù)控制值見(jiàn)表2。

表2 反應(yīng)系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)控制值

注：處理量為190 t/h。

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3 再生系統(tǒng)的操作優(yōu)化

再生系統(tǒng)操作的優(yōu)化包括再生風(fēng)量的控制及再生溫度控制兩方面，以控制裝置硫平衡和吸附劑硫含量的穩(wěn)定，確保精制汽油硫含量持續(xù)滿足要求。

3.1 再生風(fēng)量控制(系統(tǒng)硫平衡)

系統(tǒng)硫平衡的計(jì)算式為：原料量×原料硫含量-產(chǎn)品量×產(chǎn)品硫含量=再生煙氣中的硫含量+系統(tǒng)內(nèi)吸附劑上硫含量的變化量。在原料加工量、原料硫含量、產(chǎn)品量及產(chǎn)品硫含量一定時(shí)，只要控制好再生煙氣中的硫含量，即可保證系統(tǒng)吸附劑硫含量的穩(wěn)定。再生器內(nèi)吸附劑的硫含量是通過(guò)調(diào)節(jié)再生風(fēng)量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

為提高吸附劑載硫能力，合理控制精制汽油RON損失，摸索再生風(fēng)量的控制與吸附劑硫含量的變化關(guān)系，采用的控制再生風(fēng)量方法為：原料量×原料硫含量-精制汽油流量×精制汽油硫含量=再生風(fēng)量×系數(shù)。當(dāng)再生器線速為0.3 m/s、再生器溫度為520 ℃時(shí)，控制100 m3/h的再生風(fēng)量可燒掉硫9～11 kg。根據(jù)原料硫含量來(lái)調(diào)整再生風(fēng)量，保證裝置硫平衡和吸附劑硫含量的穩(wěn)定。表3為系統(tǒng)硫平衡控制值。

表3 系統(tǒng)硫平衡控制值

注：各工況均為月度平均值。

由表3可知，依上述公式控制好再生風(fēng)量，改變吸附劑與待生劑間的硫差可以保證待生吸附劑硫含量平穩(wěn)，吸附劑活性穩(wěn)定，同時(shí)可保證再生器內(nèi)氧含量穩(wěn)定及控制煙氣內(nèi)氧體積分?jǐn)?shù)在0.6%～1.0%之間。防止因再生器內(nèi)氧過(guò)剩而生成過(guò)氧硫酸鋅。

3.2 再生溫度控制

由于通過(guò)調(diào)節(jié)再生器料位及再生風(fēng)量(或者冷氮?dú)饬?對(duì)再生器內(nèi)氧含量及吸附劑的再生效果影響較大，不利于再生器運(yùn)行狀態(tài)的穩(wěn)定，因此再生器溫度通過(guò)調(diào)節(jié)再生器取熱水量來(lái)控制。

4 穩(wěn)定系統(tǒng)的操作優(yōu)化

4.1 穩(wěn)定塔塔底溫度及其回流溫度的控制

優(yōu)化穩(wěn)定塔操作，降低穩(wěn)定塔塔底及其整體溫度，在減少穩(wěn)定塔塔頂外排干氣量的同時(shí)，降低穩(wěn)定塔塔頂氣中的C4、C5組分含量，使高RON組分置于穩(wěn)定塔底部，減少RON的損失。為減少塔頂干氣量，減少精制汽油中輕組分的損失，提高精制汽油收率，應(yīng)盡可能地降低穩(wěn)定塔回流溫度。

2013年4月精制汽油收率為99.19%，較3月的99.24%低0.05百分點(diǎn)，是由于隨著氣溫的升高，空冷和水冷后無(wú)法控制穩(wěn)定塔回流溫度小于20 ℃，穩(wěn)定塔塔頂氣流量由976 m3/h增至1 153 m3/h，C5質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0.1%升至0.5%；5月開(kāi)始，蘇Ⅴ精制汽油蒸氣壓執(zhí)行夏季指標(biāo)，為保證精制汽油蒸氣壓合格，穩(wěn)定塔塔底溫度由120 ℃升高至135 ℃，穩(wěn)定塔塔頂氣流量由1 000 m3/h增至1 212 m3/h，C5質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0.5%升至3.5%，精制汽油收率為98.90%，較4月的99.19%低0.29百分點(diǎn)，部分精制汽油損失于穩(wěn)定塔塔頂氣中。表4為2013年各月穩(wěn)定塔塔底溫度、回流溫度、塔頂外排干氣量與汽油RON損失情況。

表4 2013年穩(wěn)定塔塔底溫度、回流溫度、塔頂干氣產(chǎn)量、汽油RON損失情況

4.2 穩(wěn)定塔冷進(jìn)料溫度的控制

穩(wěn)定塔冷進(jìn)料主要為C4、C5等組分，降低穩(wěn)定塔冷進(jìn)料溫度可以減少穩(wěn)定塔塔頂氣中C4、C5組分含量，使得C4、C5等組分置于穩(wěn)定塔塔底，達(dá)到提高精制汽油收率的目的。因此將穩(wěn)定塔冷進(jìn)料初始溫度由80～85 ℃降至60～65 ℃。

降低穩(wěn)定塔冷進(jìn)料溫度后，穩(wěn)定塔塔頂氣中C5質(zhì)量分?jǐn)?shù)由9.2%降至0.6%，H2質(zhì)量分?jǐn)?shù)由31%提高至77%。而且，調(diào)整后穩(wěn)定塔塔頂氣中C5含量均較先前穩(wěn)定。

優(yōu)化操作后，穩(wěn)定塔塔頂氣量明顯降低，平均為1 418 m3/h，C4、C5組分含量明顯降低，主要成分為H2。

優(yōu)化操作后，裝置處理量為190 t/h時(shí)，穩(wěn)定塔塔底精制汽油收率提高0.23%。優(yōu)化后穩(wěn)定塔的關(guān)鍵操作參數(shù)見(jiàn)表5。

表5 優(yōu)化后穩(wěn)定塔的關(guān)鍵操作參數(shù)

5 降低裝置能耗

5.1 降低蒸汽用量

開(kāi)工初期，穩(wěn)定塔塔底溫度控制在135～145 ℃之間(設(shè)計(jì)值143 ℃)，需要消耗蒸汽5.0～6.0 t/h(設(shè)計(jì)值4.1 t/h)，蒸汽單耗較高。調(diào)整后，在保證產(chǎn)品蒸汽壓合格的前提下將穩(wěn)定塔塔底溫度控制在115～125 ℃，減少蒸汽用量，降低裝置能耗。表6是2013年各月穩(wěn)定塔塔底溫度及蒸汽用量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

表6 穩(wěn)定塔塔底溫度及2013年各工況下蒸汽用量

優(yōu)化后蒸汽平均用量為2.5 t/h，裝置加工量按190 t/h計(jì)算，能耗較設(shè)計(jì)值降低26.75 MJ/t。

5.2 降低裝置電耗

5.2.1 停用穩(wěn)定塔塔底泵 穩(wěn)定塔塔壓控制在0.65 MPa，停穩(wěn)定塔塔底泵，開(kāi)泵出入口跨線，利用穩(wěn)定塔壓力將精制汽油自壓至罐區(qū)，降低裝置電耗。

穩(wěn)定塔塔底泵功率為80 kW，滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，裝置能耗降低4.18 MJ/t。

5.2.2 優(yōu)化氫氣電加熱器操作 還原器所用氫氣走電加熱器(EH101)跨線，EH101只用于加熱反應(yīng)器接收器與閉鎖料斗用氫。還原器氫氣量為1 200 m3/h，占還原氫總量的50%左右。EH101功率為95 kW，還原器氫氣走EH101跨線后裝置能耗降低2.51 MJ/t。

綜上所述，裝置能耗較設(shè)計(jì)值下降33.44 MJ/t。

6 結(jié) 論

金陵分公司在S Zorb裝置生產(chǎn)運(yùn)行管理過(guò)程中，通過(guò)對(duì)原料管理、反應(yīng)系統(tǒng)、再生系統(tǒng)及穩(wěn)定系統(tǒng)不斷優(yōu)化調(diào)整，使裝置在精制汽油脫硫率、RON損失率及裝置能耗、加工損失等各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)方面有了大幅提升。精制汽油硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)穩(wěn)定在5 μg/g、RON損失在0.3～0.7個(gè)單位，裝置能耗較設(shè)計(jì)值下降33.44 MJ/t，精制汽油收率提高了0.23%。

[1] 曹文磊.S Zorb裝置長(zhǎng)周期生產(chǎn)低硫含量汽油的影響因素及對(duì)策[J].石油煉制與化工 2014，45(2)：74-78

[2] 王明哲，阮宇軍.催化裂化汽油吸附脫硫反應(yīng)工藝條件的探討[J].煉油技術(shù)與工程，2010，40(9)：5-10

OPTIMIZATION OF S ZORB ONIT OPERATION

Liu Yandun， Sun Tonggen

(JinlingPetrochemicalCompany，SINOPEC，Nanjing210033)

The characteristics of S Zorb unit， in SINOPEC Jinling Petrochemical Company， are described. This article analyzed the factors influencing the production of low sulfur gasoline， loss extent of octane number as well as increase of liquid yield and reduction of energy consumption and suggested measures for optimization of operation parameters of feed quality controlling and reactor， regeneration and stabilization systems. By measures suggested， compared with base case， the gasoline quality is raised with sulfur less than 5 μg/g， the energy consumption is less than 33.44 MJ/t， and the octane number loss of clean gasoline is only 0.3—0.7 units. The gasoline yield increases 0.23%.

gasoline； absorptive desulfurization； sulfur content； octane number

：2014-03-03； 修改稿收到日期： 2014-06-18。

劉燕敦，工程師，從事生產(chǎn)管理工作。

劉燕敦，E-mail：lyd.jlsh@sinopec.com。