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。

图1 S Zorb装置工艺流程

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]。

2 装置运行存在的问题分析及对策

装置运行存在的问题主要有ME101差压上涨过快、E101结焦换热效果下降、闭锁料斗程控阀故障、在线仪表故障、再生器吸附剂结块等。通过对其他企业（30家）S Zorb装置存在问题进行统计发现，影响装置长周期运行的主要问题是ME101差压上涨过快、E101结焦换热效果下降和闭锁料斗程控阀故障，发生几率约占97%。

2.1 反应器过滤器ME101差压上涨速度过快

ME101过滤器是S Zorb装置中最为关键的过滤设备，其作用在于过滤分离汽油（气相）中携带的吸附剂颗粒，使吸附剂颗粒留在滤芯外壁，净化后的汽油（气相）进入后续单元。

汽油（气相）中夹带的吸附剂颗粒被过滤下来后，不断累积在过滤器滤芯上。随着滤芯上累积的吸附剂颗粒增加，过滤器差压会不断升高。为了有效地稳定过滤器差压，ME101过滤器采用了脉冲分区反吹技术。当过滤器差压达到设定值后，自控系统启动脉动反吹，高压高速的反吹气流迅速将附着在滤芯的吸附剂颗粒反吹至反应器，过滤器差压下降后重新投入正常过滤[2]。

2.1.1 反应器过滤器ME101差压值上涨情况

S Zorb装置自2016年9月7日开工以来，随着运行时间的增加，过滤器差压不断升高，特别是反吹阀出现故障、装置原料性质改变后，差压上涨速率明显增加，详见表1。上涨过程分为4个阶段：

表1 ME101差压上涨情况

第一阶段：2016年9月7日至2017年7月19日，装置运行10个月，ME101差压由12 kPa上涨至26 kPa，上涨速率为1.4 kPa/月。2016年12月19日反吹阀XV2130D故障进行切除更换；2017年6月26日反吹阀XV2130A/F阀芯存在卡涩现象，开度不到位，进行了切除更换处理。

第二阶段：2017年7月19日至9月12日，ME101差压值由26 kPa上涨至35 kPa，上涨速率为4 kPa/月。S Zorb原料由RSDS加氢汽油改为直供催化汽油。

第三阶段：2017年9月13日至10月30日，ME101差压值由34 kPa上涨至46 kPa，上涨速率为7.3 kPa/月。9月13日，ME101反吹阀XV2130A/B动作不到位，无法完全开启，导致ME101局部区域无法进行反吹，由于处理时间较长，ME101差压值上升至40 kPa。10月20日，反应入口单向阀泄漏，装置被迫降压操作，在降压操作过程中，反应线速度由0.32 m/s上升至0.37 m/s，ME101差压至上涨至46 kPa。

第四阶段：2017年11月1日至12月1日，11月1—27日，ME101差压值由46 kPa上涨至53 kPa。反应系统操作参数稳定，操作压力2.45 MPa，反吹压力5.8 MPa（为反应系统压力的2.2倍），反应器线速度为0.32 m/s。反吹温度为243℃，反吹阀动作正常，无卡涩现象。ME101差压至46 kPa后，一个月上涨了7 kPa，上涨速度呈加快趋势。

2.1.2 ME101 差压值上涨过快原因分析

1）反吹阀门故障频繁，其中A、B、D、F相继出现问题。经切除更换后发现，密封垫变形严重、反吹阀球体出现严重划痕，导致反吹阀无法打开或者关闭，相对应的扇区吹扫不充分造成滤饼堆积增加，造成过滤器反吹效果下降，导致过滤器差压较大并持续升高。

2）原料性质改变。其中第二阶段和第四阶段，反吹阀运行无异常，差压值仍然上升较快，与汽油加氢停工后，S Zorb装置直接加工催化汽油、原料中二烯烃含量增加有一定关系。催化汽油脱硫加工流程由RSDS＋S Zorb串联工艺改为S Zorb装置单装置加工工艺。虽然S Zorb原料的烯烃含量由30.1%（φ）下降至29.6%（φ），但缺少了RSDS保护反应器脱二烯烃作用，催化汽油中大量的二烯烃直接进入S Zorb装置，S Zorb吸附剂对于二烯烃脱除率仅为65%，远低于RSDS技术二烯烃脱除率（87%）。催化汽油中的二烯烃在反应器中无法脱除，部分二烯烃在ME101滤芯表面发生聚合生焦反应，造成反应器过滤器ME101差压值上升。

3）装置压力波动，反应器线速度波动影响差压。2017年8月，S Zorb装置使用渣油加氢氢气，由于全厂氢气供给量不够，渣油加氢氢气压力波动直接造成S Zorb装置反应系统压力波动。2017年10月18日，反应系统压力由2.6 MPa下降至2.1 MPa，线速度由0.32 m/s增加至0.37 m/s，过滤器差压急速上升。

2.1.3 差压上涨过快应对措施

1）反吹系统运行参数调整。缩短反吹周期，适当提高反吹压力。2017年12月，将反吹周期由60 min调整至30 min。反吹压力由反应器压力的2.2倍提高至2.5倍。

2）加强对反吹阀门的维护。将反吹氢气压力进反吹阀的温度严格控制在243℃±2℃，以延长阀门密封面使用寿命。针对运行过程中出现的反吹阀门开关回讯不到位的问题，一经发现立即处理。同时备用4台反吹阀门。

3）适当降低反应进料量，将反应器线速度由0.32 m/s降低至0.28 m/s。同时严格控制反应进料量、反应器压力、吸附剂藏量等影响反应线速度的操作参数防止以上参数波动造成线速度急剧变化从而影响过滤器差压。

2.1.4 实施效果

按上述应对措施进行了操作优化。2017年12月1日至2018年1月30日，ME101差压值由53 kPa上涨至63 kPa，差压上涨速率为5 kPa/月，有效稳定了差压上涨速率。

2.2 原料—产品换热器E101管程（原料侧）差压上涨情况

原料—产品换热器E101为装置关键换热设备，将原料温度由80℃升至350℃左右。E101的换热效果直接影响装置的能耗，如E101换热效率降低，将加重加热炉负荷。

2.2.1 差压上涨情况及换热效果变化

2016年9月，E101管程（原料侧）差压为50 kPa左右，换热终温（加热炉入口温度）为365℃左右。运行至2017年7月，E101管程差压上涨至75 kPa左右，换热终温下降至361℃。

2017年7—12月，E101管程差压由75 kPa上涨至175 kPa，差压上涨速率为20 kPa/月，换热终温由370℃下降至345℃，并且两列换热器存在严重的偏流情况，其出口温差达到37℃。11月21日，现场关小A-C列管程入口阀，阀位开度由100%关至20%，两列换热器出口温差仍相差9℃。

2018年1—3月，E101管程差压由175 kPa上涨至400 kPa，换热终温由345℃下降至313℃。由于加热炉入口温度的大幅度降低，为了满足工艺反应温度的需要，加热炉供热超负荷。3月19日，装置对E101D/E/F进行了切除清洗。清洗投用后，E101管程差压下降至85 kPa，换热终温上升至360℃，清洗效果较好，见表2。

表2 E101运行情况

2.2.2 差压上涨原因分析

1）汽油加氢停工，原料性质变化

通过表2可以看出，2017年7月份以后ME101差压上涨速率明显加快，主要因为2017年7月汽油加氢装置停工，S Zorb装置原料由汽油加氢混合汽油变为催化装置的直供催化汽油。虽然原料的烯烃含量变化不明显（7月以前为30.1%，7月以后为29.66%），但原料中的二烯烃含量由0.17 g/100g上涨至2.46 g/100g，二烯烃容易在汽油加氢装置中发生反应而脱除，这两类物质对汽油稳定性影响极大。初步判断为汽油加氢停工后，原料中的二烯烃含量上升导致稳定性下降造成结焦趋势加剧。

2）混炼罐区不合格汽油

罐区不合格汽油主要有两部分：一是S Zorb装置异常时，产品不合格改至不合格罐。二是合格罐满罐，罐区无备用罐，将合格产品改至不合格罐。不合格罐中的“不合格”汽油作为S Zorb装置原料进一步加工成合格产品。罐区不合格罐为2个1万立方米储罐，均有氮封设施。即使氮封效果较好，也无法避免胶质前驱物的产生，这些胶质前驱物一旦产生，经过高温缩合后在E101结焦速率就会大大增加。

2.2.3 差压上涨过快应对措施

1）加强原料的管理，做到专罐专用，避免罐区汽油回炼。同时确保不合格汽油罐的氮封完好，降低罐区汽油生胶的可能性。

2）当装置负荷低于78%（进料量低于140 t/h）时，E101采用单列运行模式，防止E101管程流量低造成偏流。避免长时间偏流而引起管束结焦。一列发生结焦后及时切除处理，投用另一列，维持装置长周期运行。

3）原料进换热器前加注阻垢剂，注入量100 µg/g，减缓换热器结焦速率。

2.2.4 实施效果

按上述应对措施对E101进行了优化操作。2018年3月将E101DEF进行了清洗后投用，并将E101ABC切除采用单列运行方式，同时减少罐区汽油回炼量，E101差压稳定在85 kPa。2018年4月按100 µg/g浓度向原料汽油中注入阻垢剂，换热器结焦速率明显减缓。通过以上措施E101的差压上涨速率由20 kPa/月减缓至15 kPa/月。

2.3 闭锁料斗程控阀（控制阀）磨损故障

2.3.1 程控阀（控制阀）运行情况

闭锁料斗系统有32个程控阀、4个控制阀。由于程控阀（控制阀）运行调节苛刻，介质为固体吸附剂，阀门开关动作频繁、故障率较高。装置运行至今，已经更换XV2401、XV2402、XV2404和XV2415 4个程控阀和PV2401A1、PV2401A2 2个控制阀。更换的程控阀球面均有不同程度的损伤，产生内漏，不但有很大的安全风险，而且会造成闭锁料斗系统无法正常运行[3]。

表3统计了S Zorb装置自开工至今的阀门故障情况，以及根据阀门泄漏磨损情况采取的不同处理措施。

表3 闭锁料斗程控阀（控制阀）泄漏情况

2.3.2 程控阀（控制阀）磨损原因分析

1）首次开车阀门安装时，管线吹扫不干净，阀门球面有异物附着。阀门开关过程中，杂物磨损球面影响阀门密封性。

2）吸附剂颗粒堆积在程控阀转动轴缝隙中，引起阀门磨损。

3）闭锁料斗过滤器过滤精度有限，吸附剂细粉进入放空管线中，磨损控制阀。

2.3.3 建议措施

1）备品备件的准备。保证各种型号的程控阀至少有一个备用阀，必要时更换，尽量避免临时抢修，发现开关时间较长或者控制阀漏量及时处理。

2）调整闭锁料斗氢气、氮气过滤器的反吹参数，保证吸附剂在输送管道放空泄压畅通，管线不憋压、减少管线内的残存吸附剂，减少阀门磨损。

3）制定阀门内漏试验方案，定期对阀门试漏，对有轻微内漏的阀门应全部提前集中更换，将损失降低至最低。

2.3.4 实施效果

通过采取以上应对措施以及加强易损设备的管理，2018年1月至今仅对XV2401进行了预防性的更换，其他阀门未发现内漏情况，较好的确保了装置的正常生产。

3 结论

反应器过滤器ME101和原料—产品换热器E101是影响S Zorb装置长周期运行的关键设备。确保ME101稳定运行的关键是加强反吹系统的维护、反应压力平稳控制、稳定原料性质。减缓E01结焦的关键是加强原料管理、减少罐区回炼、注入阻垢剂。同时对闭锁料斗程控阀（控制阀）进行预防性维护，提高备品备件率，以上措施为S Zorb装置长周期运行提供了保障。

八面来风

加拿大建设膜分离烯烃与烷烃示范工厂

Imtex公司计划在加拿大安大略省Sarnia投资1 500万美元，建设膜分离烯烃与烷烃示范装置。Imtex膜技术公司已投资4 000万美元用于开发分离烯烃与烷烃的膜技术，与传统膜技术相比这项技术能耗低、废料少。Imtex公司最近获得加拿大联邦政府可持续发展技术600多万美元的资金支持。