国产NWA－Ⅲ型分子筛在分子筛脱蜡装置上的应用

2015-08-20王富城

精细石油化工进展 2015年3期

王富城

(中国石化金陵石化有限责任公司烷基苯厂，南京 210046)

金陵石化烷基苯厂分子筛脱蜡装置采用美国UOP公司的Molex工艺，在液相下进行吸附和脱附，要求分子筛吸附剂具有高吸附、高脱附速率及良好的机械强度。装置运行初期使用进口分子筛，价格昂贵。1997年至今，NWA－Ⅱ、NWA－ⅡB和NWA－Ⅲ型国产分子筛先后在该装置进行了成功应用。笔者对该类型分子筛在脱蜡装置上的应用效果进行了考察，对其性能进行了评定。

1 NWA－Ⅲ新型5A分子筛

NWA－Ⅱ分子筛呈不规则球型，通常经过油氨柱成型后加工而成，生产工序长，中间产物硅小球收率低，生产过程中会产生高氨氮含油污水，环保压力较大，生产成本高，且该产品的性能与UOP的ADS－34相比有一定差距。NWA－Ⅲ 新型5A分子筛的生产过程如下:将4A型沸石粉末、黏土、成型助剂等按比例混合均匀，采用工业规模的滚球设备聚结成型，筛取目标颗粒，再经过实验室焙烧、碱处理、离子交换等后处理过程即可制成。新的生产工艺使产品质量大幅提高，同时彻底解决了一直困扰、限制生产的环保问题。

NWA－Ⅲ和NWA－ⅡB型5A分子筛的主要技术指标如表1所示。NWA－Ⅲ新型分子筛的正乙烷吸附量、孔容、比表面积等指标均高于NWA－ⅡB型分子筛，堆密度相当，强度略低，磨耗略优，晶粒较广，硅铝比较低，钙交换率较高。理化指标决定分子筛的使用性能。

表1 5A分子筛主要技术指标

2 分子筛脱蜡装置简介

分子筛脱蜡装置由4套吸附室(R－201A/B、R －201C/D、R －201E/F、R －201G/H)并联，共用1套分馏系统(抽余液分馏塔、抽出液分馏塔、再蒸塔)。装置采用模拟移动床工艺［1］，原料是精制煤油，产品是液体石蜡(n－C10－13)，副产品是重质液体石蜡(n－C≥14)及3#白油原料。流程示意图见图1。

评价分子筛性能的一个重要指标是回收率，其计算公式如下:

根据物料衡算可推导出以分析数据计算的回收率，由于仅需要分析数据，可避免由于计量误差引起的计算偏差，所以在生产中主要通过下式计算回收率:

式中，R为回收率，%;xe为抽出液中正构烷烃质量分数，%;xf为精制煤油中正构烷烃质量分数，%;xr为抽余油中正构烷烃质量分数，%。本文中涉及的回收率的数值，未特别注明的，均采用公式(1)计算得出。

图1 分子筛装置工艺流程

3 工业运行情况

3.1 分子筛的装填

2011年10月在新建的吸附室R－201G/H中装填了NWA－Ⅲ新型分子筛，4套吸附室的分子筛装填数据见表2。

表2 分子筛装填数据

3.2 原料性质

为维持分子筛的性能，延长分子筛的使用寿命，对原料煤油中的硫、氮、氧、卤素的含量及溴指数等有较严格的要求，具体数据见表3。

表3 原料煤油指标要求

通常由加氢精制装置进行精制处理，除去原料中的各类杂质。

3.3 床层压降

分子筛床层压降是考察分子筛性能的一个重要参数，若分子筛床层压降太大，会造成同一平面流速不同，破坏活塞流，而且如果压降过大，会破坏分子筛床层结构，造成格栅变形甚至损坏。为保证设备的安全运行，床层压降高时必须降低装置的加工量，因此要求单套吸附室的最大压降为0.35 MPa。吸附室G/H的设计处理量为120 m3/h，该系统投用后，对不同处理量时的床层压降进行了测定，结果见表4。在设计处理量下，床层压降仅0.09 MPa;加工量为设计处理量的1.1倍时，分子筛床层压降为0.11 MPa，远低于最大允许压降0.35 MPa。说明NWA－Ⅲ新型分子筛的床层压降较低，可以满足装置的安全平稳运行要求。

表4 分子筛床层压降

3.4 产品收率

为进一步考察NWA－Ⅲ新型分子筛的性能，对吸附室G/H进行了提量试验，考察不同处理量时的产品收率，数据见表5。加工量为设计处理量的1.17倍时，产品收率仍大于98%。

表5 不同处理量下产品的收率

4 NWA －Ⅲ与NWA －ⅡB 型分子筛性能对比［2－3］

通过产品的芳烃保留量、产品的纯度与回收率以及对重质煤油的吸附－脱附性能来考察分子筛的性能。2011年10月以前R－201A/B、R－201C/D和R－201E/F并联操作，采用NWA－ⅡB型分子筛。2011年12月以后R－201A/B、R－201C/D、R－201E/F和R－201G/H并联操作，采用NWA－ⅡB和NWA－Ⅲ型分子筛。

4.1 产品中芳烃保留量

液体石蜡中的芳烃含量是考察产品质量的一个重要指标，其质量分数应低于0.4%。若产品中芳烃含量超标，需加大脱附剂的循环量，装置能耗增加。不同运行时期产品中芳烃保留情况见图2。3套吸附室并联运行时，液体石蜡产品的芳烃保留量约为0.3%，4套吸附室并联运行时的芳烃保留量约为 0.2%。NWA－Ⅲ型分子筛和NWA－ⅡB型分子筛均能满足芳烃保留量低于0.4%的要求，但NWA－Ⅲ型分子筛的除芳烃效果更好，装置的调整余量较大，更有利于降低装置的能耗。

图2 产品中芳烃保留量

4.2 产品纯度和回收率

产品的纯度反映分子筛的吸附性能，回收率反映分子筛的脱附性能，不同运行时期的产品纯度和回收率见图3和图4。3套吸附室并联运行时，液体石蜡的纯度平均值为98.73%;4套吸附室并联运行时，液体石蜡的纯度平均值为98.93%。说明NWA－Ⅲ型分子筛比NWA－ⅡB型分子筛的选择吸附性能好。3套吸附室并联运行时，液体石蜡回收率的平均值为98.73%;4套吸附室并联运行时，液体石蜡回收率的平均值是98.93%。说明NWA－Ⅲ型分子筛比NWA－ⅡB型分子筛脱附性能好。

图3 液体石蜡纯度

图4 液体石蜡回收率

4.3 对重质煤油的吸附－脱附性能

2011年2月和3月的部分运行参数见表6，2013年2月至4月进料煤油干点较高时相应的运行参数见表7。

表6 3套吸附室并联运行时相关数据

表7 4套吸附室并联运行时相关数据

3套吸附室并联运行时，煤油干点平均值为250.4℃，此阶段采用 NWA－ⅡB型分子筛，产品纯度平均值为 98.8%，回收率平均值为95.8%。4套吸附室并联运行时，煤油干点平均值为256.3℃，此阶段 NWA－Ⅲ和NWA－ⅡB型分子筛混合运行，产品纯度平均值为99.1%，回收率平均值为98.3%。说明NWA－Ⅲ型分子筛对重质煤油具有较好的选择吸附和脱附性能。