Szorb催化汽油吸附脱硫装置培训资料.docx
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Szorb催化汽油吸附脱硫装置培训资料
S-zorb
催化汽油吸附脱硫装置
目录
第一部分：
基础知识篇
1国内外同类装置概况1
1.1同类装置概况及装置的作用介绍1
1.2技术进展1
2装置生产原理1
2.1硫的吸附1
2.2烯烃加氢反应2
2.3烯烃加氢异构化反应2
2.4吸附剂的氧化反应2
2.5吸附剂的还原反应2
3吸附剂循环系统（闭锁料斗）的控制原理3
3.1闭锁料斗的进料3
3.2闭锁料斗的出料3
3.3闭锁料斗的压力控制3
3.4闭锁料斗循环过程4
4相关名词解释6
5装置正常操作7
5.1生产过程中的影响因素7
5.2关键设备的正常操作11
5.3常规设备操作14
6装置开工操作19
6.1反应系统冷压测试19
6.2原料及反应系统赶空气19
6.3稳定系统的蒸汽吹扫和置换19
6.4稳定塔瓦斯充压20
6.5建立稳定塔循环20
6.6反应器升温及干燥20
6.7反应系统热压测试21
6.8建立氢气循环21
6.9反应器升温22
6.10准备投用闭锁料斗22
6.11再生系统冷压测试及空气贯通22
6.12投用再生取热系统23
6.13再生系统升温23
6.14吸附剂储罐收剂23
6.15系统吸附剂装填及建立吸附剂循环24
6.16反应器进料25
6.17反应原料注硫27
6.18吸附剂再生27
7装置停工操作28
7.1汽油进料停止28
7.2反应器热氢气循环28
7.3装置切断进料后的操作调整28
7.4系统卸吸附剂29
8事故状态下的装置操作31
8.1装置停电31
8.2循环氢中断32
8.3循环水中断32
8.4仪表风中断33
8.5氮气中断33
8.6爆炸、起火、管线破损或严重泄露33
8.7反应器超温33
8.8再生器超温34
8.9DCS死机34
9装置总概况35
9.1装置组成35
9.2装置设计规模35
9.3生产方法及流程特点35
9.4主要产品及副产品35
9.5设备概况35
9.6主要技术指标36
9.7装置特点36
9.8设计范围36
9.9装置岗位及定员36
10原料及产品性质36
10.1原料来源及性质37
10.2产品性质38
11吸附剂、化学品规格38
11.1吸附剂38
11.2硫化剂39
11.3磷酸三钠39
12主要操作条件39
12.1反应条件39
12.2反应进料加热炉（F-101）40
12.3热产物汽液分离罐（D一104）40
12.4冷产物汽液分离罐（D一121）40
12.5反应器过滤器（ME一101）40
12.6再生器40
12.7冷凝水罐40
12.8吸附剂循环部分40
12.9设备操作条件：
40
12.10稳定塔（C一201）41
12.11回流罐（D一20I）41
13物料平衡41
14生产工艺流程41
14.1工艺技术路线、工艺技术特点41
14.2工艺流程说明41
15装置公用工程辅助材料消耗44
15.1新鲜水、循环水44
15.2除盐水及除氧水45
15.345
15.4蒸汽及凝结水46
15.5压缩空气46
15.6氮气47
15.7氢气用量47
15.8燃料气47
16吸附剂、化学品消耗47
16.1吸附剂消耗47
16.2硫化剂（DMDS）消耗47
16.3磷酸三钠消耗47
17装置能耗计算47
17.1装置能耗47
17.2节能措施48
18生产分析化验部分48
19控制系统49
19.1自控水平介绍49
19.2主要控制方案49
19.3工艺自保联锁控制方案50
19.4仪表64
19.5DCS、控制室、ESD等介绍65
20安全、环保、消防65
20.1装置危险、危害性分析65
20.2生产过程中的有毒有害物料66
20.3装置危害因素较大设备及场所66
20.4安全卫生措施67
20.5副产品的回收和利用、“三废”的处理69
21仪表及控制知识70
21.1仪表基础知识70
21.2仪表控制基础知识72
22烟气再生装置73
22.1装置的组成、设计范围和分工：
73
22.2废气组成及处理后产物73
22.3废气治理效果74
22.4主要技术经济指标74
22.5工艺设计基础74
22.6工艺说明75
23设备基础知识76
23.1设备概述76
23.2液体输送设备（泵）76
23.3传热过程的设备89
23.4分离器98
23.5塔类和反应器99
23.6气体压缩及输送设备102
23.7设备腐蚀与防护108
23.8化工容器（工艺设备）113
24S-ZORB设备知识116
24.1反应进料缓冲罐116
24.2加热炉116
24.3反应器116
24.4反应器出口过滤器116
24.5反应产物分离器117
24.6循环氢压缩机117
24.7反吹气体压缩机117
24.8反吹气体换热器117
24.9反吹气体聚集器117
24.10反应器接受器117
24.11反应还原器117
24.12闭锁料斗118
24.13再生器进料罐118
24.14再生器118
24.15再生器烟气冷却器118
24.16再生空气预热器118
24.17再生气体电加热器119
24.18再生器接受器119
24.19吸附剂储罐119
24.20冷凝水罐119
24.21稳定系统119
25Pall过滤器119
25.1Pall过滤器的过滤原理119
25.2Pall过滤器结构120
25.3Pall过滤器的过滤方式121
25.4Pall过滤器过滤层的建立121
25.5Pall过滤器反吹时间的确定121
26Mogas球阀121
26.1简介121
27核料位计使用基本知识123
27.1放射性现象123
27.2放射源124
27.3核料位计（开关）使用原理124
27.4射线防护的基本知识126
附：
装置技术问答篇
前言
近年来，随着汽车工业的发展和汽车持有量的增加，汽车尾气排放的有害物（SOx、CO、NOx、VOC和PM）对大气的污染日益为人们所重视，各国对车用汽油规格如氧含量、蒸汽压、苯含量、芳烃总含量、沸点、烯烃含量及硫含量等指标日益提高。
降低成品车用汽油的硫和烯烃含量，可有效地减少汽车尾气中有害物的排放量。
因此，国家不仅制定了日益严格的《汽车尾气排放标准》，并对车用燃油（汽油、柴油）中的有害物（硫、烯烃、芳烃/多环芳烃）及相关的质量控制指标提出了更高的要求。
汽油中的硫和烯烃基本上都来自催化裂化汽油组分，其特点是硫含量高，烯烃含量高，且随着催化裂化加工原料的重质化，将使其汽油中的硫和烯烃含量进一步提高，从而导致成品车用汽油中的硫含量提高，直接增加汽车尾气中的SOx排放，使汽车尾气转化器中催化剂中毒，并导致汽车尾气排放出的CO、NOx和VOC增加。
按照全国标准化委员会的要求，我国将于2009年12月底，国内汽油质量要全部达到国Ⅲ标准的要求，即硫含量小于0.015%，烯烃含量小于30%，芳烃含量小于40%。
从目前广州分公司的实际生产情况来看，在100万吨/年催化重整联合装置启动后，影响公司生产符合国Ⅲ标准汽油的主要问题是硫含量高。
因此，选择先进合理的工艺技术对催化汽油进行脱硫处理是公司生产清洁汽油、提高汽油质量的关键，而且是非常必要的。
150万吨/年S-zorb催化汽油吸附脱硫装置建成后，可100%处理两套催化装置生产的全部汽油，经吸附脱硫后的汽油硫含量不大于10PPm，远远低于国Ⅲ标准，并能够进一步满足国IV排放标准对硫含量的严格要求（硫含量不大于50PPm），甚至达到欧V标准（硫含量不大于10PPm）。
在环境要求日益严格的形势下，S-ZORB催化汽油吸附脱硫装置投产后，不仅可以提高公司的汽油产品质量，还可以使汽油产品在使用过程中减少二氧化硫排放量，这将充分体现企业对产品生产全过程的负责精神，也充分体现了对人身安全、健康及对环境改善所采取高度重视的态度，具有深远的社会意义及明显的社会效益。
该装置的建造依据：
1）中国石化股份有限公司“关于广州分公司150万吨/年S-zorb催化汽油吸附脱硫装置可行性研究报告的批复”；2）中国石化广州分公司150万吨/年S-zorb催化汽油吸附脱硫装置基础工程设计委托书；3）广州分公司150万吨/年S-zorb催化汽油吸附脱硫装置工艺包；4）中国石化工程公司接收康菲公司S-Zorb工艺与工程技术资料。
第一部分：
基本知识篇
1国内外同类装置概况
1.1同类装置概况及装置的作用介绍
S-zorb催化汽油吸附脱硫装置工艺技术先进，以较低的辛烷值损耗，生产硫含量在10PPm以下的低硫汽油。
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，目前在全球采用该技术已经建成投产共7套装置，其中美国六套、中石化燕山一套。
已建成投产的S-zorb催化汽油吸附脱硫装置的规模及开工时间如下：
Borger炼油厂，规模25万吨/年，2001年4月开工；Ferndale炼油厂，规模82.95万吨/年，2003年11月开工；LakeCharles炼油厂，规模156.8万吨/年，2005年11月开工；WoodRiver炼油厂，规模130万吨/年，2007年2月开工；PasadenaRefiningSystems（PRSI）炼油厂，规模160万吨/年，2007年4月开工；中国石化燕山分公司，规模120万吨/年，2007年6月开工；WesternYorktown（Giant）炼油厂，规模120万吨/年，2008年3月开工。
当前中国石化下属七家分公司的S-Zorb装置，分别为：
济南分公司、沧州分公司、高桥分公司、长岭分公司、广州分公司、镇海分公司、齐鲁分公司。
1.2技术进展
2007年中国石化股份公司整体收购了S-Zorb工艺技术，对该专利技术具有完全拥有权，从2007年开始，中石化全面负责对该技术的后续研发和工程设计，以及向全球的技术转让、技术服务等全部工作。
同期，中国石油化工科学研究院承担了国产S-Zorb专有吸附剂的研制工作，目前已经取得较大进展，其所研发的5＃和8＃吸附剂在COP公司S-Zorb吸附剂评价中试装置中的数据表明，石科院开发的吸附剂完全达到甚至超过进口吸附剂的性能，下一步中国石化准备进行国产S-Zorb吸附剂的工业化生产及应用工作。
2装置生产原理
装置工艺技术路线采用S－Zorb专利技术。
该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目的，然后通过对吸附剂再生，使其变为SO2进入再生烟气中，烟气再去硫磺或碱洗。
典型的脱硫反应如下：
在S-ZORB过程中有五步主要的化学反应：
⑴硫的吸附；⑵烯烃加氢；⑶烯烃加氢异构化；⑷吸附剂氧化；⑸吸附剂还原。
前三个反应在反应器内进行，第四个反应在再生器内进行，第五个反应在还原器内进行。
2.1硫的吸附
通过对硫的吸附可以将汽油中的硫降低到所希望的范围内。
硫原子基本可以从汽油中“拽”出来暂时存在吸附剂上。
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，硫原子随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。
其反应过程如下：
R-S+Ni+H2→R-2H+NiS（s）
NiS（s）+ZnO（s）+H2→Ni（s）+ZnS（s）+H2O
注：
该反应需在气态氢存在的条件下进行。
2.2烯烃加氢反应
烯烃加氢反应是我们不希望在反应器内发生的反应。
烯烃加氢反应会降低汽油产品的辛烷值。
烯烃来自原料汽油中，它们是含有双键的碳氢化合物，化学式如下表示：
C－C－C－C＝C，烯烃通常在汽油馏分的开始部分（轻组分），主要是C5、C6和C7。
典型的烯烃加氢反应可表示如下：
C－C－C－C＝C＋H2→C－C－C－C－C。
烯烃加氢反应之所以使产品的辛烷值降低是由于烷烃的辛烷值通常低于烯烃的辛烷值，如上例：
戊烷的辛烷值是61.8（RON）而1－戊烯的辛烷值是90.9（RON）。
烯烃加氢反应是强放热反应，若反应器内发生大量的加氢反应，将会使反应器内温度升高且氢气损耗加大，而反应温度的升高又反过来会抑制烯烃加氢反应的进行，因此这是一个自我调节的过程。
2.3烯烃加氢异构化反应
烯烃的异构化反应是我们希望在反应器内发生的反应，它将使汽油产品的辛烷值提高，正如2.2中所述。
烯烃是汽油进料中带来的含有双键的碳氢化合物，可写为C＝C－C－C－C－C。
烯烃通常在汽油馏分的开始部分，主要是C5、C6和C7。
典型的异构化反应如下：
C＝C－C－C－C－C＋H2→C－C＝C－C－C－C＋H2
C＝C－C－C－C－C＋H2→C－C－C＝C－C－C＋H2
烯烃加氢异构化反应之所以使辛烷值提高是由于双键在内部的烯烃的辛烷值高于双键在边上的烯烃的辛烷值。
如上面的例子：
1－己烯的辛烷值为76.4（RON）而2－己烯和3－己烯的辛烷值分别为92.7（RON）和94.0（RON）。
这类反应有助于降低烯烃加氢反应而造成的辛烷值损失，有时还可以使总的辛烷值有所增加。
因为烯烃的加氢异构化反应是微放热反应，而且在汽油组分中所占比例很小，所以不会使反应器的温度产生显著的变化。
2.4吸附剂的氧化反应
氧化反应发生在再生器内。
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。
氧化反应也可以称为燃烧，这类似于催化再生器内所发生的过程。
吸附剂的氧化过程中共有以下六种反应，第一和第二种中涉及了硫和锌的氧化反应，第三、第四、第五种里涉及了碳和氢的氧化反应，第六种里涉及了镍的氧化反应。
以下六种反应均为放热反应：
①ZnS（s）+1.5O2→ZnO（s）+SO2
②3ZnS（s）+5.5O2→Zn3O（SO4）2（s）+SO2
③C+O2→CO2
④C+0.5O2→CO
⑤2H2+0.5O2→H2O
⑥Ni（s）+0.5O2→NiO（s）
再生烟气中主要是SO2和CO2以及少量的水蒸气，另外还有少许CO。
2.5吸附剂的还原反应
还原反应主要发生在还原反应器内，其目的是使氧化了的吸附剂回到还原状态以保持其活性，所谓“还原”就是使金属化合物中的金属回到单质状态，镍的还原反应如下：
NiO（s）+H2→Ni（s）+H2O
除了镍的还原反应外，还有锌的硫氧化物（再生器中第二步反应所产生的含锌化合物）在还原器内的转变，生成水、氧化锌和硫化锌。
Zn3O（SO4）2+8H2→2ZnS（s）+ZnO（s）+8H2O
这些反应都是吸热反应，因此还原反应器内温升很小。
注：
水是反应产物之一，这些水被循环气体携带至反应器内，聚集到产品分离器（冷高分）和稳定塔顶回流罐内。
3吸附剂循环系统（闭锁料斗）的控制原理
在正常操作中，待生的和再生过的吸附剂分批地交替通过闭锁料斗，其过程描述如下：
在待生吸附剂填充阶段，待生吸附剂靠重力从反应接受器降落至闭锁料斗。
闭锁料斗降压后用氮气吹扫；在吸附剂排空阶段，经过吹扫的吸附剂依自身重力流入再生进料罐。
在再生吸附剂填充阶段，已再生过的吸附剂从再生器接收器流入闭锁料斗。
闭锁料斗用氮气吹扫并用氢气加压；在吸附剂排空阶段，再生过的吸附剂依自身重力流到还原器。
闭锁料斗的压力在不同过程操作之前进行相应调整，以满足不同过程的需要。
可通过改变闭锁料斗中的填充料位和闭锁料斗的循环时间来控制吸附剂的循环速度。
闭锁料斗的温度没有控制，它是进入料斗的热吸附剂和通过容器的热气体共同产生的温度。
闭锁料斗的压力可调节，以适应各种排空及填充步骤。
3.1闭锁料斗的进料
闭锁料斗包括两条进料途径，即：
反应器接收器向闭锁料斗进料和再生器接收器向闭锁料斗进料。
在进料过程中，当达到闭锁料斗进料的料位设定值时，程序控制阀自动关闭，停止进料。
正常操作中，进料后的实际料位较高，而料位的进料设定值较低，其原因为：
进料速度较快，短时间内吸附剂会快速进入闭锁料斗；同时核料位计的反应滞后。
由于以上原因，当料位计检测达到较低的设定料位值并发出关进料阀指令后，实际料位最终达到较高的实际位置。
进料料位的设定值低于实际值，这就避免了料斗顶部过滤器堵塞而压差增大，最终导致闭锁料斗系统停工。
再生器向闭锁料斗进料时，再生器接收器的料位必须达到高报，接收器才能向闭锁料斗进料，避免闭锁料斗料位不足。
3.2闭锁料斗的出料
闭锁料斗的出料也是两条，即：
闭锁料斗向还原器进料和闭锁料斗向再生器进料器进料。
闭锁料斗出料结束的标志有两个：
闭锁料斗料位低报和达到规定的出料时间。
在实际操作中，系统先检测料位信号，当料位达到低报值，系统就认定吸附剂已经全部从料斗中送出，即使设定的出料结束时间还没到，该步骤也结束；如果料位迟迟达不到低报值，但设定的结束时间到了，该步骤也停止。
限定出料时间的主要目的是防止料位计发生故障，不能正确指示料位，达不到低报值，步骤无法正常结束。
闭锁料斗向再生器进料器进料时，再生器进料器的料位必须达到低报值，该步骤才进行，避免再生器进料器的料位过高使闭锁料斗中的吸附剂不能全部送出。
3.3闭锁料斗的压力控制
闭锁料斗进料前，压力要降低到比进料的设备低约15kPa，以便依靠压差将吸附剂顺利的送到闭锁料斗中。
此时料斗底部的补加气体（N2或H2）是一直打开的，顶部的排气也是打开的，在顶部的排气调节阀PV2401A自动调节闭锁料斗的压力。
闭锁料斗在出料时，压力要升高到高于送出的设备压力，以便依靠压差将吸附剂顺利的送出闭锁料斗。
此时料斗底部的补加气体（N2或H2）是一直打开的，顶部的排气也是打开的，在顶部的排气调节阀PV2401A自动调节闭锁料斗的压力。
在向还原器送料时，程序自动将补加气体的调节阀PV2401B变为手动状态，并设定一个固定的开度，使进入闭锁料斗的气体保持一定，通过PV2401A自动控制闭锁料斗的压力，以保持足够的推动力。
另外在向还原器送料开始60s以后，为了加大吸附剂流动的推动力，程序会通过提高PV2401A的设定值，自动对闭锁料斗升压。
3.4闭锁料斗循环过程
在正常的连续生产过程中，闭锁料斗必须在确保安全的条件下相继完成特定的吹扫、充压、泄压等步骤。
另外，控制系统和闭锁料斗的逻辑监控系统将对整个过程进行监视，若出现不正常的情况可将闭锁料斗置于安全状态。
在闭锁料斗的填充和排空过程中需要完成以下几个步骤：
闭锁料斗步序控制说明表
主要
步骤
次要步骤
名称
过程描述
准备
将闭锁料斗隔离并置安全状态
预吹扫
用N2吹扫闭锁料斗，将其中的O2由ATM排气管排出
1
1.1
压力调整
用循环气调整闭锁料斗的压力使之低于反应接收器15kPa。
1.2
由反应接收器向闭锁料斗充料
由反应接收器向闭锁料斗填充吸附剂，使闭锁料斗内的吸附剂流化并保持反应接收器和闭锁料斗的压差。
2
2.1
第一次泄压
将闭锁料斗内的气体泄至炼厂燃气系统
2.2
第二次泄压
将闭锁料斗的气体泄至火炬（低瓦）
3
3
N2吹扫
用N2将闭锁料斗内的烃吹扫至火炬（低瓦）
4
4.1
压力调整
用N2调整闭锁料斗的压力高于再生器进料罐15kPa
4.2
排料
将闭锁料斗内的吸附剂排至再生器进料罐，使闭锁料斗内吸附剂流化并保持闭锁料斗和再生器进料罐的压差
5
5
保持
保持该状态，直到人为的重新开始或循环过程完成
6
6.1
压力调整
将闭锁料斗泄压至低于再生器接收器15kPa
6.2
由再生器接收器向闭锁料斗充料
由再生器接收器向闭锁料斗填充吸附剂。
使闭锁料斗内吸附剂流化并保持二者压差
7
7
N2吹扫
用N2将闭锁料斗内的O2吹扫至ATM排气管
8
8
循环氢充压
用循环气将闭锁料斗充压至高于还原器15kPa，启动反吹风。
9
9
排空
将吸附剂填充至还原器，使闭锁料斗内的吸附剂流化并保持二者压差
闭锁料斗流程图
SIS系统将控制SIS隔绝阀使过程连续进行。
另外，SIS程序将会监控阀的状态及可能发生的配合不当。
由DCS控制那些可控阀的操作。
通过电线连接完成数字信号的输入和输出并保证闭锁料斗的循环过程与SIS及DCS的同步性。
那些没有SIS联系的通讯将由软连接（softlink）来完成SIS和DCS之间的通讯过程。
4相关名词解释
1）比重：
油品在20℃时的质量与同体积纯水在4℃时的质量比称为比重。
油品的比重取决于组成它的烃类分子大小和分子结构，油品比重反映了油品的轻重。
2）馏程：
反映汽油挥发性能的指标，将油品进行蒸馏时，可以得到样品的馏出温度和馏出体积分数之间的关系，也就是馏程，其主要考察油品的初馏点、10％、50％、90％、以及干点。
3）初馏点：
当油品在恩氏蒸馏设备进行加热蒸馏时，馏出第一滴液时的汽相温度称为初馏点（HK）。
4）干点：
当油品蒸馏到（恩氏蒸馏中进行）油品剩最后一滴液体时的最高温度称为干点（KK）。
5）闪点
闪点是在规定试验条件下，加热油品时逸出的蒸汽和空气组成的混合物与火焰接触发生瞬间闪火时的最低温度，用℃表示。
根据测定方法和仪器的不同，分开口（杯）和闭口（杯）两种测定方法，前者用以测定重质油品，后者用以测定轻质油品。
闪点常用来划定油品的危险等级，例如闪点在45℃以上称为可燃品，45℃以下称为易燃品，着火的危险性很大。
6）蒸汽压
在某一温度下，液体与在它液面上的蒸汽呈平衡状态时，由此蒸汽而产生的压力称为饱和蒸汽压，简称蒸汽压，单位为KPa,通常用来表明汽油蒸发能力的大小和形成气阻的可能性以及损失轻质组分的倾向，蒸汽压作为反映汽油挥发性的指标，蒸汽压越高，表明油品越容易汽化蒸发损失，同时发动机易于冷启动，但在发动机的输油管道中越容易气阻。
7）汽油的安定性
汽油在常温和液相条件下抵抗氧化的能力称为汽油的氧化安定性，简称安定性。
安定性不好的汽油，在储存和输送过程中容易发生氧化反应，生成胶质，使汽油的颜色变深，甚至产生沉淀。
汽油中烷烃、环烷烃和芳香烃在常温下不易发生氧化反应，而汽油中的不饱和烃是导致其性质不安定的主要原因；汽油中的含硫化合物，特别是硫酚和硫醇、含氮化合物，也能促进胶质的生成，进而影响汽油的安定性。
直馏汽油馏分不含不饱和烃，所以安定性很好，而二次加工生成的汽油馏分，由于含有大量的不饱和烃和其它非烃类化合物，其安定性相对较差
8）汽油的辛烷值
汽油在发动机中燃烧不正常时，会出现机身强烈震动、排气管冒黑烟的现象，称为爆震燃烧，该现象的发生与燃料的性质有关。
衡量燃料是否容易发生爆震燃烧的性质称为抗爆性
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