S Zorb裝置反應器過濾器長周期運行分析

張 偉,徐相偉

(中國石化青島煉油化工有限責任公司，山東 青島 266500)

青島煉化150萬t/a S Zorb裝置，2011年4月SEI可研方案設計，2012年6月可研批復，2012年12月開始基礎設計，2013年9月20日開始打樁，2014年6月6日實現中交，7月14日投料試車，2015年5月首次標定，9月13日投料開工。本裝置設計運行8400 h/a，設計操作彈性60%～110%，設計原料硫含量120～600 mg/kg。S Zorb裝置運行周期主要受核心設備反應器過濾器影響，反應器過濾器置于反應器頂部，是帶有脈沖反吹系統的氣固分離設備用于反應產物與吸附劑的分離,其包括六個工作區域，循環再生，當反應產物經過反應器內反應后到達頂部，其攜帶的吸附劑被截留在過濾器外表面，清潔的反應產物通過濾芯進入熱產物氣液分離器，當過濾器外表面的濾餅達到一定厚度時，反吹系統啟動反吹將非永久濾餅吹掉，使吸附劑顆粒回到反應器[1]。濾芯由燒結多孔金屬粉末制備，具有通氣性均勻等特點，其精度要求不大于1.3μm，在高溫高壓臨氫的反應器內工作。如何保證其可靠的過濾性能、有效地反吹和再生能力以及使用壽命，是我們急需探索、關注的重點。

1 反應器過濾器自身影響因素

S Zorb裝置反應器過濾器品牌主要集中在安泰和PALL兩家,我裝置使用安泰生產的過濾器，過濾器包括反吹系統、筒體、濾芯。

1.1 過濾器的安裝

首先在運輸過程中要保證過濾器的密封完好性，防潮、防撞。進廠時要嚴把質量關，對其按照標準進行嚴格的檢查，安裝時確認濾芯的連接以及內件的安裝完好，選擇天氣晴朗時安裝，以保證濾芯發揮最優的效果。

1.2 過濾器永久濾餅的建立

永久濾餅一定要在廠家技術服務人員的指導下按照方案進行，在初期濾餅建立時，在工藝上一定要保證穩定的進料量、反應壓力及線速，保證反吹氣體溫度和一定的反吹比。嚴格執行建立周期，不要趕時間，當反吹后差壓在一個穩定值時，可以確定永久濾餅建立完成。永久濾餅的建立質量很大程度上影響著過濾器未來的運行周期。青島煉化S Zorb裝置建立永久濾餅后反應器過濾器差壓穩定在18kPa左右。

1.3 反吹系統的正常維護

日常運行時，定期做好反吹系統的維護，嚴格執行反吹溫度在245～260℃(反吹溫度過低易造成油氣在濾芯上凝結，溫度過高會使反吹閥門密封損壞)，及時根據反應系統壓力調整反吹壓力。若出現反吹曲線不均勻時及時檢查反吹閥門的運行情況，對開啟或關閉不及時的閥門進行風壓調節或更換以確保該區域的反吹效果。我裝置反吹系統反吹閥XV2130A、XV2130F出現問題后更換，后面發現個別閥門密封有泄漏情況出現，遂對每個閥門密封進行緊固排查，為了保證反吹系統正常運行，現運行部備用兩臺反吹閥以便故障時及時更換。密切注意過濾器差壓變化，若出現有明顯的上升斜率變化時，及時縮短反吹時間，由最初60min逐步縮短至最終10min，延長反吹脈沖時間，由1.0s提高至1.3s，手段不要一次用完，每次調節一點，以抑制有穩定斜率的上升，我裝置ME101反吹系統控制參數如表1。

表1 ME101反吹控制參數

2 外界因素的影響

2.1 原料管理

2.1.1 生產負荷控制

表2 反應系統關鍵操作參數

根據廠家的要求以及同類裝置的運行情況，盡量保證不要長時間超負荷或滿負荷運行，其勢必會影響過濾器的運行周期。但我公司催化裂化裝置規模及公司汽油出廠實際要求我裝置必須高負荷運行。因此要保證裝置良好運行，必須要穩定反應系統工況，即穩定的進料量、反應壓力，如確需提降量時，遵循先提壓再提量、先降量再降壓，以穩定線速而降低過濾器的過濾壓力。操作參數如表2。

2.1.2 原料催化汽油的組分控制

根據研究分析，原料中輕組分較多時，在反應器容易加氫縮聚，吸附劑含碳量增加，同時導致過濾器濾芯孔道內細分結焦，使濾芯堵塞，造成過濾器差壓增長速率增加[2]。觀察我裝置2017年反應器過濾器壓差上漲趨勢(如圖1)，主要集中在1、2、3、4月份，由26 kPa上漲至34 kPa(如圖2)，5月份至現在基本上穩定在35kPa，期間操作參數如表2，沒有大的調整。原料催化汽油初餾點化驗分析數據(20161201～20170630)如圖3。

圖1 2017年過濾器壓差上漲趨勢圖

圖2 2017年1月至4月壓差上漲趨勢圖

圖3 原料催化汽油初餾點分析圖

從圖1、圖2、圖3對比可以看出，在壓差上漲斜率較快的幾個月中，原料催化汽油初餾點比5月份后近幾個月較低，從以上三個圖的對比可以看出過濾器差壓的上漲與催化汽油組分過輕有一定的關系。因為部分油氣附著在吸附劑表面還沒來得及反應，就到達過濾器表面并附著在濾餅上，還沒反吹時在濾餅上發生加氫縮聚反應，當反吹系統啟動反吹時不能將已經結焦的吸附劑吹掉，造成吸附劑在濾芯上累計，嚴重時造成濾芯孔道里細粉結焦，致使過濾器差壓快速上漲。因此可見加強原料管理，控制原料催化汽油中過輕組分大量進入S Zorb反應器相當關鍵。

2.2 吸附劑性質對過濾器的影響

2.2.1 吸附劑粒徑控制

我裝置用吸附劑為催化劑南京分公司國產吸附劑，新鮮吸附劑粒徑在70～80μm之間，0～20μm <2%，20～40μm<20%。由于吸附劑在過濾器上的累計致使反應器過濾器差壓上漲，如何減少吸附劑的累計，其中重要一項就是要控制吸附劑粒徑。根據吸附劑自由沉降計算，反應器線速以0.35m/s、吸附劑粒徑20μm計算，吸附劑最高能吹到不大于6m，而反應器橫管距防塵罩距離大于該高度，所以理論上20～40μm吸附劑對過濾器威脅不是特別大，對過濾器形成威脅的吸附劑粒徑主要分布在20μm以下，即控制20μm以下的細粉在反應系統的存在。而再生器內旋風分離器分離能力為20μm，所以將細粉要在再生器“拿走”。

減少細粉在系統內的產生，首先加注新劑時要注意控制加劑速度和一次加劑量，可采取少量多次。其次，嚴格控制再生器溫度過高造成吸附劑爆破，以及控制再生器內氧含量，嚴防過度再生。最后，在吸附劑循環過程中在保證正常脫硫率的前提下采取小循環量，吸附劑輸送氣體量、壓力嚴格控制，線速不能大于0.5 m/s，一旦大于該值將加劇吸附劑的碰撞從而產生過多細粉。

當發現系統內小于20μm的吸附劑增多時，要及時調整再生系統的操作，如適當降低再生器壓力或者加大流化氣體量(根據吸附劑載硫量選擇提高風量或氮氣量)，以提高再生器內線速在0.28 m/s以上，監控好吸附劑粉塵罐(D109)的料位上漲情況，將細粉從再生系統排出，我裝置現階段﹤20μm吸附劑細分偏高，針對此現象，再生系統操作調整表3所示。

表3 再生系統關鍵操作參數

2.2.2 吸附劑碳含量的控制

上面已經分析了當反應原料組分過輕時會造成吸附劑上碳含量的上漲，我裝置吸附劑碳含量上漲趨勢圖(20170101～20170430)如圖4。

圖4 再生劑碳含量化驗分析數據圖

一般吸附劑碳含量在2%以下為正常，對比原料催化汽油初餾點趨勢圖不難看出其有一定的關聯。

吸附劑上碳含量的上漲除了與原料有一定關聯外，還與吸附劑帶大量油氣到再生器有關，遏制大量油氣通過吸附劑攜帶至再生系統最直接的方法就是控制好反應器接收器(D105)的操作和保證閉鎖料斗的吹烴時間。由于D105汽提量過大會造成反應器脫氣線彎頭磨損嚴重，所以只能犧牲一部分汽提效果，那么就要求我們必須保證D105適當罐位操作，即反應器內吸附劑進入接收器這一過程根據設計按淹流操作，即控制反應器料位在橫管2 m以上，從而防止大量油氣通過橫管進入反應器接收器，同時也可以減少料位波動時油氣對脫氣線彎頭的沖擊。還有就是要嚴格保證閉鎖料斗吹烴時間控制在300s以上，盡量長，吸附劑顆粒間攜帶的油氣容易吹掉，但附著在吸附劑孔道上還沒反應完全的油氣不易吹掃脫除，這部分吸附劑在閉鎖料斗內只能通過延長吹掃時間以保證吸附劑上油氣的攜帶盡可能少，防止油氣進入再生系統，使吸附劑含碳量升高而造成反應器過濾器濾芯上的積碳從而造成差壓過快上漲。

3 設計上的改進措施

針對第一代S Zorb技術(本裝置屬于第三代)在燕山石化的運行情況，設計院對S Zorb技術進行了完善和改進。(1)通過核算在反應器頂部與過濾器間設置防塵傘帽，根據模擬測算結果，此舉可減少30%吸附劑進入過濾器；(2)第三代技術將反應器橫管下移兩米，以保證藏量較低時反應器接收器正常收料；(3)改進濾芯文丘里管與濾芯的焊接方式，按有強度要求改進的焊接工藝，提高了焊接強度，并且將濾芯組之間鋼帶加厚，加固了過濾器[3]。

4 結論

根據本裝置運行狀態及操作參數分析，落實以下幾個方面措施以保證反應器過濾器使用壽命，從而延長S Zorb裝置運行周期，使裝置效益最大化。(1)開工初期，嚴格按要求建立濾餅，不要趕時間，正常生產要平穩，以反應器線速平穩為標準，提量過程中做好先提壓后提量，嚴禁超溫；(2)避免處理量滿負荷甚至超負荷運行，若確實需要盡量穩定進料量、避免間斷波動增加對濾芯的沖擊，我裝置一直將進料量穩定在178t/h，出廠產品指標變化時，通過再生系統風量調節吸附劑的活性以適應產品要求，而代替頻繁調整進料量，這在很大程度上也減緩了過濾器差壓上漲趨勢；(3)反應器藏量控制適宜，確保反吹壓

力，及時維護反吹系統閥門，根據壓差上漲趨勢及時調整反吹脈沖時間和頻次；(4)嚴格原料管理，通過上面化驗分析數據與壓差上漲趨勢對比，過輕組分堅決不能進入S Zorb反應器，吸附劑細粉要及時從再生器“拿出”。現階段本裝置反應器過濾器壓差沒有明顯大幅上漲趨勢，運行狀態良好，可以滿足反應器滿負荷運行。

[1]李 輝, 楊軍軍. 國產反應器過濾器在S Zorb裝置上的應用[J]. 煉油技術與工程, 2013, 43(10):18-21.

[2]趙明洋, 孫啟明. S Zorb裝置加工加氫裂化輕石腦油的影響研究[J]. 當代化工, 2016, 45(7):1647-1649.

[3]朱云霞, 徐 惠. S-Zorb技術的完善及發展[J]. 煉油技術與工程, 2009, 39(8):7-12.

(本文文獻格式：張偉.S Zorb裝置反應器過濾器長周期運行分析[J].山東化工,2018,47(7):81-83,89.)