Szorb催化汽油吸附脱硫装置试车方案(工程科技)

摘 要：中国石化荆门分公司S Zorb 装置自2016年9月首次开工以来已运行21个月，出现了反应器ME101差压上涨过快、原料换热器E101结垢导致换热效果下降、闭锁料斗程控阀（控制阀）磨损故障等一系列影响长周期运行的问题。

通过对装置运行存在的问题进行技术分析，采取了调整ME101反吹系统运行参数、监控反吹阀运行；加强原料管理、及时切换E101进行清洗；对程控阀定期进行试漏、更换程控阀等措施，有效保障了装置运行周期。

关键词：S Zorb 装置 过滤器差压 换热器结焦 程控阀故障S Zorb 装置运行存在问题分析及对策乐武阳（中国石化荆门分公司，湖北荆门 448000）中国石化荆门分公司S Zorb 装置采用中国石化专有S Zorb 吸附脱硫专利技术，该技术具有产品辛烷值损失小、氢耗低、操作费用低的优点。

装置开工初期，催化汽油硫含量高达900 µg/g ，采用RSDS- Ⅲ＋S Zorb 串联工艺将硫含量降低至10 µg/g 以下。

2017年7月，渣油加氢装置开工正常后，催化汽油硫含量下降至400 µg/g 左右，S Zorb 装置原料由RSDS 加氢汽油改为直供催化汽油。

2016年9月至2018年5月，该装置已连续运行21个月，反应器ME101差压增速过快、原料—产品换热器E101结垢而换热效果下降，陆续出现了闭锁料斗程控阀（控制阀）磨损故障、在线仪表故障、吸附剂结块等一系列影响长周期运行的问题。

1 S Zorb 装置流程S Zorb 装置借鉴了催化工艺中的流化技术，采用流化床反应器和吸附剂循环再生系统，其工艺流程见图1。

原料汽油与少量氢气混合，经换热气化后，进入到流化床反应器底部，在气流上行过程中，吸附剂将汽油中的有机硫化物脱除，吸附剂连续从反应器中取出，传送至再生器部分进行氧化再生，再生后的吸附剂再返回反应器中与原料汽油进行反应，吸附剂连续使用，确保了脱硫率的稳定[1]。

S-Zorb技术工艺介绍装置主要包括进料与脱硫反应、吸附剂再生、吸附剂循环和产品稳定四个部分。

进料与脱硫反应系统是将原料汽油和氢气加热后汽化后送入反应器进行脱硫反应；吸附剂再生系统是将吸附了硫的待生吸附剂在再生器内氧化再生，恢复其脱硫活性；吸附剂循环系统是本装置的关键和核心部分，通过闭锁料斗的操作，将反应器内的待生吸附剂送往再生器，再将再生器内的再生吸附剂送往反应器，完成吸附剂的反应——再生循环；产品稳定系统是将脱硫后的汽油产品通过稳定塔，将液化气和轻烃组分从塔顶排出，得到稳定后的合格汽油产品，并送出装置。

工艺流程说明如下：1 进料与脱硫反应部分由催化装置来的含硫汽油自界区外进入原料缓冲罐，经反应进料泵升压并与循环氢混合后与反应器顶部产物进行换热，换热后的混氢原料去进料加热炉进行加热，达到预定的温度后进入反应器底部并在反应器中进行吸附脱硫反应，反应器内装有吸附剂，混氢原料在反应器内部自下而上流动使反应器内成流化床状态，原料经吸附剂作用后将其中的有机硫化物脱除并转移至吸附剂上，为了防止吸附剂带入到后续系统，在反应器顶部设有过滤器和反吹设施，用于分离产物中携带的吸附剂粉尘和在线清洗过滤器。

自反应器顶部出来的热反应产物，小部分用于加热反吹氢压缩机来的反吹气体，大部分与混氢原料换热后去热产物气液分离罐，热产物气液分离罐底部的液体直接进入稳定塔的8 层或12 层，罐顶气相部分则经空冷、水冷后直接去冷产物气液分离罐。

冷产物气液分离罐底部液体与装置自产凝结水换热后去稳定塔上部的20 层，冷产物气液分离罐顶部少部分气体经反吹氢压缩机升压、与反应产物换热后去反吹气体聚集器，用于反应器过滤器的反吹，大部分气体经循环氢压缩机升压后与新氢压缩机出口氢气混合，其中绝大部分氢气进入反应系统中循环使用；少部分氢气经进料加热炉对流室和电加热器加热后用于闭锁料斗升压、吸附剂还原、反应器接收器内吸附剂流化等操作；还有少量的氢气用于反应系统仪表反吹、管路及设备松动等。

1 S-Zorb装置在国内运行情况S-Zorb汽油吸附脱硫技术是从国外引进的，中国石化在2007年从美国康菲公司买断了该项技术， 该技术是汽油质量升级的一个重要手段，在国内得到广泛应用[1]。

燕山石化分公司2007年建成国内首套S-Zorb装置，到2014年上半年国内在建及投用的S-Zorb装置共有25套。

燕山石化S-Zorb装置运行超过7年，汽油产品硫含量均小于8μg/g。

高桥石化分分司的第一套S-Zorb装置2009年9月建成投产，之后在济南、镇海、广州、齐鲁、沧州、长岭等分公司建成投产了6套S-Zorb 装置。

金陵石化借鉴同类S-Zorb装置运行经验后于2012年，建成投产第三批S-Zorb装置。

S-Zorb装置加工原料的硫含量设计值为600～1100μg/g，汽油产品硫含量小于10μg/g，各生产装置加工原料的硫含量一般都低于设计值，见表1。

表1 建成投产的ＳZorb装置项目设计处理量/（Mt·a-1）设计原料硫/(μg·g-1)实际原料硫/(μg·g-1)开工时间燕山分公司 1.26003202007高桥分公司 1.26003902009济南分公司0.98007262009镇海分公司 1.56003132009广州分公司 1.56002502010齐鲁分公司0.97504462010沧州分公司0.911006382010长岭分公司 1.29507002010金陵分公司 1.56001502012注：分公司指中国石油化工股份有限公司的分公司2 S-Zorb技术在应用出现的问题引进S-Zorb吸附脱硫技术后，在实际生产装置运行中出现了吸附剂消耗量大、装置能耗高、设备检修困难、吸附剂活性降低、汽油辛烷值损失大、再生烟气无法处理和反应器过滤器再利用难等问题[2]。

针对以上问题，相关科研单位自主开发了一系列国产化S-Zorb专有技术解决了上述存在的一系列问题。

3 S-Zorb吸附脱硫国产化技术的开发3.1 国产吸附剂的开发及应用S-Zorb吸附脱硫是通过吸附剂来脱除汽油中的硫，吸附剂的活性组分是镍和氧化锌，吸附剂起到吸附和转移汽油中硫的作用，吸附剂的性能直接影响脱硫效率。

先进过程控制在S zorb装置应用分析摘要：先进过程控制（简称APC）技术的应用是信息化在生产装置级的应用。

它使石油化工生产过程控制实现革命性的突破，由原来的常规控制过渡到多变量模型预估控制，工艺生产控制更加合理、优化。

先进控制技术采用科学、先进的控制理论和控制方法，以工艺过程分析和数学模型计算为核心，以工厂控制网络和管理网络为信息载体，充分发挥DCS和常规控制系统的潜力，保障生产装置始终运转在最佳状态，通过多变量协调和约束控制减少装置波动，实现卡边操作，保证产品质量。

中韩石化也非常重视APC的推广和应用，决定在150万吨/年S Zorb装置上实施先进控制，以达到优化装置操作，提高装置自动化水平，保证装置平稳率，获取更大经济利益的目的。

关键词：APC；S zorb装置；平稳率；产品质量1装置简介该S Zorb装置设计规模为加工催化汽油150万吨/年（以装置进料计），年运行时间8400小时。

装置原料油为两套催化装置生产的混合汽油，原料的正常硫含量300～500ppm，最大硫含量600ppm；装置所需补充氢来自新区管网99.9%纯度的氢气；燃料气来自全厂燃料气管网。

装置可生产硫含量≯10ppm的超低硫精制汽油产品，设计产量148.65万吨/年；副产少量的燃料气，设计产量2.12万吨/年，含有SO2的再生尾气送硫磺回收装置[[1]]。

DCS控制系统采用浙江中控ECS-700系统。

该装置工艺技术路线采用S Zorb专利技术，主要包括进料与脱硫反应、吸附剂再生、吸附剂循环和产品稳定四个部分。

前三部分的工艺基本原理主要为吸附脱硫（S Zorb）原理，第四部分的工艺基本原理则是精馏原理。

2项目背景及需求分析为了推动企业信息化建设，根据中国石化信息化建设总体规划要求，结合公司实际，提出了对S Zorb装置实施APC项目，并由浙江中控软件技术有限公司承担实施任务。

APC系统不同于常规单回路控制，并具有比常规PID控制更好的效果的控制策略。

S—Zorb技术介绍反应原理该技术运用吸附原理，采用主要组成为氧化锌、氧化镍以及一些硅铝组分的吸附剂，在S．Zorb脱硫过程中，气态烃与吸附剂接触后含硫化合物被吸附在吸附剂上，在吸附剂的作用下C—S键断裂，硫原子从含硫化合物中去除并留在吸附S，从而剂上，而烃分子则返回到烃气流中。

该过程在反应气相中不产生辉石H2避免了HS与烯烃反应生成硫醇而造成产品硫含量和氢耗的增加。

2工艺过程在适宜的压力、温度和氢气条件下，使用专用吸附剂在流化床反应器中，将原料汽油中所含的硫以金属硫化物形态吸附到吸附剂上，生产硫含量很低的汽油组分。

而吸附了硫原子的吸附剂可以连续地输送到再生器中进行再生，以保证吸附剂具有适宜的活性，从而稳定地生产硫含量很低的汽油产品，再生烟气进行碱洗脱SO，或送硫回收装置处理。

图1为第二代S-Zorb技术的典型原则流程。

2ConocoPhillips公司已经开发到第二代S-Zorb技术，对比第一代采用的低压双闭锁料斗，第二代采用的是高压单闭锁料斗，以降低装置的设备投资和运行费用。

第二代技术较之第一代技术，不仅装置投资大幅度降低了，操作费用也下降13％。

目前在运转的工业装置中，只有美国Ferndale炼油厂S-Zorb装置采用第一代技术，其余均为第二代技术。

技术特点(1)抗爆指数损失小。

由于S-Zorb技术反应条件相对缓和，能有效控制烯烃的加氢反应，在产品中硫质量分数小于10μg／g时，RON损失一般小于1，MON基本没损失。

(2)氢气消耗低、对原料氢气纯度要求不高。

S-Zorb技术氢耗通常为进料的0．1％～0．15％，并不要求很高的氢气纯度，70％的氢气纯度就可满足要求，一般的重整氢符合要求。

(3)能耗低。

该技术不需要对汽油馏分进行切割，装置平均能耗在11 kg／t 左右(北京燕山分公司S-Zorb装置目前实际为9．56 kg／t)；另外，可直接以FCC 装置的稳定汽油做进料，可省去FCC汽油碱冼步骤和废碱处理，简化了流程，也降低了操作费用。

S-Zorb催化汽油吸附脱硫装置工艺技术简介兰州石化职业技术学院曹海锋S-Zorb 是由ConocoPhillips（COP）公司开发的，主要用于催化汽油的脱硫。

S-Zorb催化汽油吸附脱硫装置工艺技术，能以较低的辛烷值损耗生产在10ppm以下的低硫汽油，一般加氢难以脱去的噻吩类硫，该工艺较易脱除。

该技术从吸附剂的开发至今约10年。

1998年COP开始研制S-Zorb吸附剂，同期开始研究S-Zorb工艺技术，1999年吸附剂实现工业化，并建成中试实验装置，2001年4月Borger炼油厂工业示范装置开工。

2007年中国石化公司整体收购了S-Zorb工艺技术，对该专利技术具有完全拥有权。

目前在全球采用该技术已经建成投产共14套装置，其中美国6套，中国石化8套。

S-Zorb技术基于吸附作用原理对汽油进行脱硫，通过吸附剂选择性地吸附汽油中硫醇、二硫化物、硫醚和噻吩类等含硫化合物的硫原子而达到脱硫的目的,然后对吸附剂再生,使其变为二氧化硫进入再生烟气中,烟气再去硫磺或碱洗。

在S-Zorb 过程中有六步主要的化学反应：（1）硫的吸附（2）烯烃加氢（3）烯烃加氢异构化（4）吸附剂氧化（5）吸附剂还原（6）尾气中和。

前三个反应在反应器中进行，第四个反应在再生器内进行，第五个反应在还原器内进行（1）硫的吸附吸附剂有镍及氧化锌两种成分在脱硫过程中先后发挥作用，氧化锌与硫原子的结合能力大于镍。

因此，镍将汽油中的硫原子“拽”出来后，硫原子即与氧化锌发生反应，生成硫化锌。

自由的镍原子再从汽油中吸附出其它硫原子。

反应器内发生的脱硫反应主要机理如下：R-S + Ni + H 2 -------→ R-2H+ NiS + H2ONiS + ZnO + H 2 -------→ Ni + H2O+ZnS该反应需在气态氢存在的条件下进行。

（2）发生在再生器内的氧化反应氧化反应可以脱除吸附剂上的硫，同时使吸附剂上的镍和锌转变成氧化物的形式。

石油化工设计Petrochemical Design2014，31( 3)37 ～ 38批量 S Zorb 装置的标准化设计与建设吴德飞，黄泽川( 中国石化工程建设有限公司，北京 100101)摘要: 为满足车用汽油国家标准 GB 17930 第四阶段兼顾第五阶段对硫含量日益苛刻的要求，国内炼 厂自 2011 年 7 月起，共计规划建设近 20 套 S Zorb 装置。

文章阐述了 SEI 项目团队积极探索和推行标准 化设计，通过统一装置设计技术规定、编码体系、计算软件、帄面布置和三维布置，合理选用装置规模和原 料设计上限，以“专人专项”原则统一配置专业人力资源和项目管理团队，建立 S Zorb 项目信息共享帄台。

标准化设计快速推进批量装置的工程设计和建设，2013 年下半年共计有 10 套 S zorb 装置投产，取得了突 出的综合效益。

关键词: S Zorb标准化设计 汽油脱硫 高效为满足自 2014 年 1 月 1 日起正式实施的车用 汽油国家标准 GB 17930—2013［1］第四阶段对硫含量不大于 50 mg / kg 的要求，兼顾更加严格的硫含 量不大于 10 mg / kg 的第五阶段要求，国内炼厂迫 切需要增加催化汽油脱硫设施。

催化汽油吸附脱 硫 S Zorb 技术因其先进性成为中国石化汽油质量 升级的主要技术手 段［2 － 4］，同 时向系统外转让 4套技术使用权。

形成近 20 套的批量装置建设需 求，标准化设计成为客观需要。

1 标准化设计的主要措施1) 统一装置设计技术规定，规范设计行为，所 有项目按一致的设计技术规定，避免因人或因不 同建设单位而异，奠定标准化工程设计基础。

2) 统一装置的编码体系，涵盖装置的设计文 件、设备、仪表、管线、控制系统等各个方面，材料 专业的编码体系统一执行 SEI 标准。

3) 采用统一的工艺和工程计算软件，提高数 据统一性，为设计计算结果的一致性奠定基础。