S Zorb裝置精制汽油辛烷值損失問題探討

趙欣

摘 要：S Zorb技術(shù)是美國康菲公司開發(fā)的主要針對催化裂化FCC汽油的吸附脫硫技術(shù)，具有脫硫率高、辛烷值損失小的特點(diǎn)，截至2020年，全國已投產(chǎn)S Zorb裝置30余套，占國內(nèi)清潔汽油總生產(chǎn)能力的60%以上。作為裝置的重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，精制汽油辛烷值損失一直備受各裝置的關(guān)注，經(jīng)過測算，每減少1個(gè)單位辛烷值損失，將提高噸油效益100元。本文綜合中石化二十余套S Zorb裝置相關(guān)數(shù)據(jù)，以某石化兩套S Zorb裝置優(yōu)化調(diào)整為基礎(chǔ)，分析了導(dǎo)致辛烷值損失大的原因，探討降低辛烷值損失的措施。

關(guān)鍵詞：S Zorb;辛烷值;吸附劑;硅酸鋅

中圖分類號：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2021.30.079

1 裝置簡介

1.1 原則流程

1.2 反應(yīng)機(jī)理

（1）反應(yīng)器內(nèi)主要發(fā)生的反應(yīng)。

①硫的吸附反應(yīng)。

②烯烴加氫反應(yīng)。

③烯烴加氫異構(gòu)化反應(yīng)。

（2）再生器內(nèi)主要發(fā)生的反應(yīng)。

（3）還原器內(nèi)主要發(fā)生的反應(yīng)。

2 辛烷值損失大原因分析

2.1 原料性質(zhì)影響

2.1.1 原料汽油硫含量

據(jù)統(tǒng)計(jì)，各在運(yùn)S Zorb裝置原料汽油的平均硫含量為270ppm，最高為815ppm，大部分裝置的原料硫含量在150-350ppm之間。在同等產(chǎn)品質(zhì)量要求下（10ppm），脫硫率越高，則會導(dǎo)致辛烷值損失越高。

表1為某石化兩套S Zorb裝置自2019年1月1日至2019年12月31日平均原料硫含量，可以看出兩套裝置原料硫含量在二十余套裝置中位于中等的程度。

2.1.2 原料汽油烯烴含量

據(jù)統(tǒng)計(jì)，42.9%的裝置原料烯烴在25%-30%區(qū)間內(nèi)，各在運(yùn)S Zorb裝置原料汽油烯烴含量平均值為25.86%，而產(chǎn)品的烯烴含量平均值為20.77%，平均飽和率達(dá)19.68%。在反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生反應(yīng)時(shí)，原料汽油的烯烴含量越高，將造成烯烴加氫反應(yīng)增加，辛烷值損失增加。

表2為兩套S Zorb裝置自2019年1月1日至2019年12月31日平均原料烯烴含量，可以看出兩套裝置原料烯烴含量在二十余套裝置中位于中等偏下的程度。

2.2 吸附劑的影響

2.2.1 吸附劑載硫量

據(jù)統(tǒng)計(jì)，二十余套裝置中平均待生吸附劑載硫量為8.97%，其中47.6%的裝置待生劑載硫在8%-10%之間;平均再生劑載硫量為6.67%，其中待生劑載硫在5%-7%及7%-9%的裝置各占38.1%。

吸附劑的載硫量越低，表征吸附劑活性越高，而吸附劑活性越高，越有利于反應(yīng)中烯烴加氫反應(yīng)，辛烷值損失隨之升高。

2.2.2 吸附劑載碳量

統(tǒng)計(jì)中發(fā)現(xiàn)，各裝置待生吸附劑上碳含量普遍不高，23.8%的裝置再生劑載碳量<1%，85.7%的裝置<1.5%，90.5%的裝置<2%，較低的吸附劑載碳量將導(dǎo)致吸附劑活性增加，導(dǎo)致辛烷值損失增加。

圖5為兩套S Zorb裝置自2019年1月1日至2019年12月31日吸附劑載硫載碳量，可以看出兩套裝置吸附劑載硫載碳在二十余套裝置中位于較低的程度。

2.2.3 吸附劑硅酸鋅含量

S Zorb裝置是利用吸附脫硫原理，吸附劑中ZnO和ZnS為有效脫硫組分，在運(yùn)行過程中，吸附劑上活性組分ZnO不斷與載體中的硅源反應(yīng)生成無活性的硅酸鋅（ZnSiO4），活性ZnO的大幅降低使吸附脫硫過程中硫轉(zhuǎn)移困難，導(dǎo)致脫硫效率明顯降低。此時(shí)，為保證精制汽油硫含量合格，需加大再生強(qiáng)度提高吸附劑活性同時(shí)提高反應(yīng)氫油比以提高反應(yīng)脫硫率，將導(dǎo)致反應(yīng)烯烴加氫反應(yīng)增加，因烯烴的辛烷值高于烷烴，故精制汽油辛烷值損失增加。

2.3 操作影響

2.3.1 原料硫含量波動(dòng)

參與統(tǒng)計(jì)的裝置中，52.4%的裝置原料硫含量波動(dòng)范圍在0-50ppm之間，33.3%的裝置波動(dòng)范圍在50-100ppm之間，14.3%的裝置日常生產(chǎn)中原料硫含量上下浮動(dòng)范圍>100ppm，若按150萬噸/年處理量的裝置計(jì)算，原料硫含量浮動(dòng)超100ppm，則脫硫負(fù)荷的波動(dòng)將達(dá)到15kg/h以上，對應(yīng)再生器內(nèi)需增加150m3/h的風(fēng)量才能確保脫硫平衡，而在日常生產(chǎn)中，為了避免產(chǎn)品質(zhì)量超標(biāo)，往往會補(bǔ)充更多的風(fēng)量增大調(diào)節(jié)幅度，此時(shí)將導(dǎo)致吸附劑活性增加，辛烷值損失隨之增加。

2.3.2 處理量的波動(dòng)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，33.3%的裝置進(jìn)料量的波動(dòng)長期>20t/h，以平均硫含量272ppm計(jì)算，脫硫負(fù)荷的波動(dòng)為5.4kg/h，同時(shí)，處理量的波動(dòng)還會導(dǎo)致加熱爐溫度及反應(yīng)溫度的變化，也會導(dǎo)致操作不平穩(wěn)，辛烷值損失增加。

對比同類裝置數(shù)據(jù)，兩套S Zorb裝置處理量及原料硫含量的波動(dòng)較大，主要原因是裝置長期間斷性摻煉外購汽油。而S Zorb裝置正常生產(chǎn)過程中，需要及時(shí)根據(jù)原料硫含量進(jìn)行再生空氣的配比調(diào)整以及吸附劑循環(huán)量的調(diào)整。系統(tǒng)內(nèi)吸附劑藏量約為28～30t，吸附劑的循環(huán)量在1.2-1.5t/h，整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)吸附劑循環(huán)完畢要25小時(shí)，因此當(dāng)原料硫含量短時(shí)間內(nèi)大幅度上升時(shí)，極有可能造成產(chǎn)品硫含量不合格，此時(shí)在線硫表上升、反應(yīng)溫升下降，為盡快保證產(chǎn)品質(zhì)量合格，往往增加再生風(fēng)的調(diào)整幅度，增加脫硫率的同時(shí)導(dǎo)致了辛烷值損失增加;同樣，當(dāng)原料硫含量短時(shí)間內(nèi)大幅度下降后，由于吸附劑活性仍較高，也將造成產(chǎn)品硫含量控制過低進(jìn)而導(dǎo)致辛烷值損失偏大的情況。

2.3.3 循環(huán)氫純度

隨著裝置的運(yùn)行，原料/反應(yīng)產(chǎn)物換熱器結(jié)焦的情況也逐步出現(xiàn)，將導(dǎo)致反應(yīng)產(chǎn)物換后溫度升高，在冷熱高分罐冷卻負(fù)荷無法有效提升的情況下，將造成循環(huán)氫中夾帶部分油氣影響循環(huán)氫純度，在控制同等的反應(yīng)氫油比時(shí)，循環(huán)氫純度的高低決定了參與反應(yīng)的純氫量的多少，為避免產(chǎn)品質(zhì)量超標(biāo)，需要提高反應(yīng)氫油比，將導(dǎo)致辛烷值損失增加。