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?qū)＠夹g(shù)，該技術(shù)具有產(chǎn)品辛烷值損失小、氫耗低、操作費用低的優(yōu)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(lián)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(xù)運行21個月，反應器ME101差壓增速過快、原料—產(chǎn)品換熱器E101結(jié)垢而換熱效果下降，陸續(xù)出現(xiàn)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(jié)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(shù)，采用流化床反應器和吸附劑循環(huán)再生系統(tǒng)，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(jīng)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(xù)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(xù)使用，確保了脫硫率的穩(wěn)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(jié)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(jié)塊等。通過對其他企業(yè)（30家）S Zorb裝置存在問題進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，影響裝置長周期運行的主要問題是ME101差壓上漲過快、E101結(jié)焦換熱效果下降和閉鎖料斗程控閥故障，發(fā)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(xù)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(wěn)定過濾器差壓，ME101過濾器采用了脈沖分區(qū)反吹技術(shù)。當過濾器差壓達到設定值后，自控系統(tǒng)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(xiàn)故障、裝置原料性質(zhì)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(xiàn)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(qū)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(tǒng)操作參數(shù)穩(wěn)定，操作壓力2.45 MPa，反吹壓力5.8 MPa（為反應系統(tǒng)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(xiàn)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(xiàn)問題。經(jīng)切除更換后發(fā)現(xiàn)，密封墊變形嚴重、反吹閥球體出現(xiàn)嚴重劃痕，導致反吹閥無法打開或者關閉，相對應的扇區(qū)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(xù)升高。

2）原料性質(zhì)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(lián)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(shù)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(fā)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(tǒng)壓力波動。2017年10月18日，反應系統(tǒng)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(tǒng)運行參數(shù)調(diào)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(diào)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(xiàn)的反吹閥門開關回訊不到位的問題，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)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(shù)防止以上參數(shù)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(yōu)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(wěn)定了差壓上漲速率。

2.2 原料—產(chǎn)品換熱器E101管程（原料側(cè)）差壓上漲情況

原料—產(chǎn)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(cè)）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(xiàn)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(zhì)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?yōu)榇呋b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(fā)生反應而脫除，這兩類物質(zhì)對汽油穩(wěn)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(wěn)定性下降造成結(jié)焦趨勢加劇。

2）混煉罐區(qū)不合格汽油

罐區(qū)不合格汽油主要有兩部分：一是S Zorb裝置異常時，產(chǎn)品不合格改至不合格罐。二是合格罐滿罐，罐區(qū)無備用罐，將合格產(chǎn)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(chǎn)品。罐區(qū)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(zhì)前驅(qū)物的產(chǎn)生，這些膠質(zhì)前驅(qū)物一旦產(chǎn)生，經(jīng)過高溫縮合后在E101結(jié)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(qū)汽油回煉。同時確保不合格汽油罐的氮封完好，降低罐區(qū)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(jié)焦。一列發(fā)生結(jié)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(jié)焦速率。

2.2.4 實施效果

按上述應對措施對E101進行了優(yōu)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(qū)汽油回煉量，E101差壓穩(wěn)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(jié)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(tǒng)有32個程控閥、4個控制閥。由于程控閥（控制閥）運行調(diào)節(jié)苛刻，介質(zhì)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(jīng)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(chǎn)生內(nèi)漏，不但有很大的安全風險，而且會造成閉鎖料斗系統(tǒng)無法正常運行[3]。

表3統(tǒng)計了S Zorb裝置自開工至今的閥門故障情況，以及根據(jù)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(zhuǎn)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(fā)現(xiàn)開關時間較長或者控制閥漏量及時處理。

2）調(diào)整閉鎖料斗氫氣、氮氣過濾器的反吹參數(shù)，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(nèi)的殘存吸附劑，減少閥門磨損。

3）制定閥門內(nèi)漏試驗方案，定期對閥門試漏，對有輕微內(nèi)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(fā)現(xiàn)內(nèi)漏情況，較好的確保了裝置的正常生產(chǎn)。

3 結(jié)論

反應器過濾器ME101和原料—產(chǎn)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(wěn)定運行的關鍵是加強反吹系統(tǒng)的維護、反應壓力平穩(wěn)控制、穩(wěn)定原料性質(zhì)。減緩E01結(jié)焦的關鍵是加強原料管理、減少罐區(qū)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(shù)公司已投資4 000萬美元用于開發(fā)分離烯烴與烷烴的膜技術(shù)，與傳統(tǒng)膜技術(shù)相比這項技術(shù)能耗低、廢料少。Imtex公司最近獲得加拿大聯(lián)邦政府可持續(xù)發(fā)展技術(shù)600多萬美元的資金支持。