專利名稱：膜法汽油深度脫硫裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種石油煉制工業(yè)中油品精制設(shè)備，特別涉及一種膜法汽油深度 脫硫裝置。
二、背景技術(shù) 車用燃料所含的有機(jī)硫是主要污染源之一，燃燒后產(chǎn)生的SOx導(dǎo)致形成酸雨，造 成對(duì)環(huán)境的污染和對(duì)人類健康的損害。除此之外，燃用含硫汽油還會(huì)增加SOx、HC、CO、NOx 的排放量，毒化尾氣催化轉(zhuǎn)化器，損害氧化傳感器和車載診斷系統(tǒng)的性能等。油品脫硫不僅 是影響煉油工藝的問題，而且也是影響人類生存的問題。限制油品中的硫含量對(duì)改善人類 生存環(huán)境具有重大意義。隨著世界各國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視以及環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格， 生產(chǎn)低硫及超低硫汽油正逐漸為人們所關(guān)注。近年，歐、美等國(guó)家和地區(qū)汽油的硫含量由 200 μ g/g降至50 μ g/g,甚至提出了硫含量為5 10 μ g/g的“無(wú)硫汽油”的建議。我國(guó)從 2005年起車用汽油硫含量執(zhí)行不大于500 μ g/g的規(guī)定，與國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)相比尚有一定的 差距，在我國(guó)開展汽油脫硫技術(shù)的研究與開發(fā)，降低汽油中的硫含量，已成為當(dāng)務(wù)之急。催 化裂化(FCC)汽油是汽油的主要來(lái)源，降低FCC汽油中的硫含量是降低汽油硫含量的關(guān)鍵。對(duì)FCC汽油采用直接加氫處理，使噻吩中C-S鍵斷裂，并轉(zhuǎn)化為H2S是降低汽油 中硫化物的有效方法。主要有固定床、懸浮床和沸騰床三種加氫工藝技術(shù)。在6-20MPa、 380-4800. 2-0. 3h反應(yīng)條件下，硫化物的脫除率為40% -90%。加氫脫硫雖然能夠有效 脫除如噻吩類等較難脫除的硫化物，但普遍存在如下缺點(diǎn)(I)RON降低7-10個(gè)單位；(2) MON降低3-4個(gè)單位；(3)發(fā)生烯烴加成反應(yīng)，需要消耗大量的氫。為了克服這一缺陷，目 前國(guó)內(nèi)煉廠普遍采用切割預(yù)處理FCC汽油的70%低沸程餾分直接作為產(chǎn)物，把30%高餾 分油進(jìn)行選擇性加氫，較為有效地避免了上述缺點(diǎn)。而本課題組對(duì)勝利石化總廠的FCC汽 油(堿洗后硫含量在650 μ g/g左右)進(jìn)行餾分切割發(fā)現(xiàn)，初餾點(diǎn)-80°C餾分的硫含量高達(dá) 270μ g/g，初餾點(diǎn)-120°C餾分的硫含量在500 μ g/g以上，仍然無(wú)法實(shí)現(xiàn)深度脫硫。近年來(lái)，膜技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，為石油化學(xué)工業(yè)注入了新的活力。膜分離法汽油脫 硫技術(shù)在煉油和膜分離領(lǐng)域均是嶄新的技術(shù)，與傳統(tǒng)的汽油脫硫技術(shù)相比，膜法汽油脫硫 技術(shù)具有投資和操作費(fèi)用低、可深度脫硫、不損失辛烷值、可進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，易于放大擴(kuò) 容和建造等優(yōu)點(diǎn)。本課題組開發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的纖維素滲透氣化膜(CN1974729)在 低硫產(chǎn)品收率為80%時(shí)，F(xiàn)CC汽油硫含量可以降至50 μ g/g(歐四標(biāo)準(zhǔn))。高硫產(chǎn)物進(jìn)行選 擇性加氫處理，能夠有效地和現(xiàn)有工業(yè)加氫裝置耦合。自2002年Grace Davison公司開發(fā)了 S-Brane的膜分離工藝用于汽油脫硫過(guò)程 以來(lái)，各國(guó)的研究者在膜法汽油脫硫技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)取得了一些研究成果，不過(guò)多集中于過(guò) 程開發(fā)、膜材料及簡(jiǎn)單模擬汽油體系的研究，離工業(yè)化應(yīng)用尚有很長(zhǎng)的一段距離。
三、發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種膜法汽油深度脫硫裝置，通過(guò)物理分離的方式脫除汽油中的含硫化合物，從而達(dá)到汽油脫硫的目的。其技術(shù)方案是主要由原料罐、計(jì)量泵、過(guò)濾器、電加熱板、真空罩、加熱盤管、膜組 件、低硫物料冷卻塔、低硫物料罐、高硫物料冷凝塔一、緩沖罐、真空泵、高硫物料冷凝塔二 以及高硫物料罐構(gòu)成，其中，原料罐底部與計(jì)量泵入口相連，計(jì)量泵出口與過(guò)濾器相連，過(guò) 濾器與膜組件滯留側(cè)進(jìn)口相連，膜組件滯留側(cè)出口與低硫物料冷卻塔相連，低硫物料冷卻 塔與低硫物料罐相連或者與原料罐相連；膜組件置于真空罩內(nèi)，真空罩底部與高硫物料冷 凝塔一相連，高硫物料冷凝塔一出口與緩沖罐相連，緩沖罐與真空泵進(jìn)氣口相連，真空泵排 氣口與高硫物料冷凝塔二相連，高硫物料冷凝塔二出口與大氣相連；高硫物料冷凝塔一與 高硫物料冷凝塔二的出口并聯(lián)后與高硫物料罐相連。上述的電加熱板置于過(guò)濾器與膜組件之間管路的外側(cè)。 上述的膜組件溫度由置于真空罩內(nèi)的加熱盤管提供，罩內(nèi)負(fù)壓由真空泵提供。上述的原料罐、低硫物料罐和高硫物料罐以及原料泵和過(guò)濾器位于下層，高硫物 料冷凝塔一和高硫物料冷凝塔二位于中層，真空罩以及內(nèi)部組件、緩沖罐、真空泵及其低硫 物料冷凝器位于上層，共將裝置分為上、中、下三個(gè)平面。上述的低硫物料冷凝器、高硫物料冷凝塔一的冷卻介質(zhì)為工業(yè)用水，高硫物料冷 凝塔二的冷卻介質(zhì)為乙醇，加熱盤管的供熱介質(zhì)為煉油廠低壓蒸汽或者導(dǎo)熱油。本實(shí)用新型主要采用一種能夠選擇性吸附汽油中含硫化合物的滲透氣化膜，通過(guò) 物理分離的方式脫除汽油中的含硫化合物，從而達(dá)到汽油脫硫的目的。它主要是由膜組件 系統(tǒng)，加熱系統(tǒng)(換熱裝置)、真空系統(tǒng)、冷凝系統(tǒng)、操作控制系統(tǒng)以及原料預(yù)處理系統(tǒng)組 成，其核心設(shè)備為膜組件系統(tǒng)。原料汽油經(jīng)過(guò)過(guò)濾、預(yù)熱達(dá)到一定溫度后進(jìn)入膜組件，汽油 中含硫化合物選擇性吸附于膜表面。在一定的溫度和負(fù)壓條件下，含硫化合物擴(kuò)散至膜后 側(cè)脫附形成蒸汽，經(jīng)過(guò)冷凝后成為高硫物料，用于后續(xù)的HDS過(guò)程。而通過(guò)膜表面的物料則 成為低硫物料，則可以作為產(chǎn)品用于后續(xù)的調(diào)和過(guò)程。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比效果如下1、本實(shí)用新型是以模塊化設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，易于進(jìn)行裝置的放大。主要設(shè)備包括膜組 件、冷凝器、制冷系統(tǒng)、真空泵以及進(jìn)料泵。若要進(jìn)行膜組件的添加，只需對(duì)管路稍微做修改 便可輕易安裝。2、本實(shí)用新型膜組件可多個(gè)組件并聯(lián)或串聯(lián)安裝，在多個(gè)組件并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，單個(gè) 膜組件可以單獨(dú)隔離出來(lái)，維修方便。這樣既可以保證設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，也可以對(duì)膜 組件進(jìn)行定期的更換，以保證分離膜的分離性能。3、在本實(shí)用新型中操作的滲透汽化脫硫過(guò)程是在較低的溫度(90 120°C )下進(jìn) 行操作，所以不需要直接加熱爐對(duì)原料油進(jìn)行加熱，大大降低操作費(fèi)用。4、在本實(shí)用新型中操作的滲透汽化分離過(guò)程為物理過(guò)程，沒有化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生， 所以很容易將硫含量降低到50 μ g/g以下。過(guò)程不產(chǎn)生H2S,并且工作在低溫和低壓下，因 此不發(fā)生烯烴與H2S再組合反應(yīng)。5、在本實(shí)用新型中操作的滲透汽化過(guò)程較大程度地在低硫物料中保留了烯烴，從 而使高硫物料后續(xù)加氫脫硫過(guò)程中避免了過(guò)度的烯烴飽和，降低了加氫過(guò)程的氫耗，且脫 硫產(chǎn)品的辛烷值損失降低，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。6、在本實(shí)用新型在高硫物料冷凝過(guò)程中采用了真空泵前與泵后二級(jí)冷凝系統(tǒng)。真空泵前冷凝冷卻不僅能夠收集大部分的汽油蒸汽，降低汽油對(duì)真空泵的腐蝕，還能有效提 高真空系統(tǒng)的工作效率，使得滲透?jìng)?cè)的真空度得到大幅提高，這是目前普遍采用滲透汽化 裝置所沒有的；而泵后乙醇介質(zhì)的低溫循環(huán)冷凝系統(tǒng)能夠有效收集殘余的汽油蒸汽，使處 理后汽油總收率高達(dá)99. 5%以上。

附圖1是本實(shí)用新型的連接示意圖；上圖中1_原料罐2-計(jì)量泵3-過(guò)濾器4-電加熱板5-壓力表6_熱電偶 7_加熱盤管8-膜組件9-真空罩10-熱電偶11-壓力傳感器12-低硫物料冷卻塔 13-低硫物料罐14-高硫物料冷凝塔一 15-緩沖罐16-干爪式真空泵17-高硫物料 罐18-高硫物料冷凝塔二。
五具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖1，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述本實(shí)用新型主要是由原料罐1、計(jì)量泵2、過(guò)濾器3、電加熱板4、真空罩9、加熱盤 管7、膜組件8、低硫物料冷卻塔12、低硫物料罐13、高硫物料冷凝塔114、緩沖罐15、真空泵 16、高硫物料冷凝塔二 18以及高硫物料罐17構(gòu)成，所述的原料罐1底部與計(jì)量泵2相連，計(jì) 量泵2出口與過(guò)濾器3相連，原料汽油經(jīng)過(guò)濾器3過(guò)濾后通過(guò)電加熱板4預(yù)熱，預(yù)熱后的原 料汽油進(jìn)入膜組件8滯留側(cè)，經(jīng)過(guò)膜組件8處理的低硫物料由低硫物料冷卻塔12冷卻后進(jìn) 入低硫物料罐13，若低硫產(chǎn)物的硫含量不能滿足要求，則關(guān)閉低硫物料罐13的進(jìn)料閥門， 低硫物料返回原料罐1循環(huán)處理；膜組件8置于真空罩9內(nèi)，罩內(nèi)溫度由加熱盤管7提供， 罩內(nèi)負(fù)壓由真空泵16提供，經(jīng)分離的高硫物料蒸汽由真空罩9底部排出；真空罩9底部與 高硫物料冷凝塔114相連，高硫物料冷凝塔114冷凝后殘氣的出口與緩沖罐15相連，緩沖 罐15與真空泵16進(jìn)氣口相連，真空泵16排氣口與高硫物料冷凝塔二 18相連，經(jīng)高硫物料 冷凝塔二 18冷凝后殘氣接通大氣外排；經(jīng)高硫物料冷凝塔114和高硫物料冷凝塔二 18冷 凝的高硫物料混合后進(jìn)入高硫物料罐17。此外，在放大裝置中還設(shè)置了多個(gè)監(jiān)測(cè)器來(lái)監(jiān)控 操作參數(shù)變化，包括進(jìn)料溫度、和膜后側(cè)壓力等，以保證整個(gè)裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。在設(shè)計(jì)上，要 求高硫物料冷凝塔114和高硫物料冷凝塔二 18底部高于高硫物料罐17，低硫物料冷卻塔 12底部高于低硫物料罐13和原料罐1，真空泵16底部高于高硫物料冷凝塔114和高硫物 料冷凝塔二 18頂部。在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)者考慮到冷凝后的高硫物料對(duì)真空泵16 的影響，將真空泵16置于高硫物料冷凝塔一 14與高硫物料冷凝塔二 18的上方，從而有效 降低了真空泵16的腐蝕，保證裝置能夠連續(xù)運(yùn)行。裝置運(yùn)行時(shí)，原料汽油由計(jì)量泵2進(jìn)入 膜組件8，在膜組件8前設(shè)置過(guò)濾器3對(duì)進(jìn)料進(jìn)行過(guò)濾。膜組件8置于不銹鋼真空罩9外殼 內(nèi)部，通過(guò)真空泵16抽真空使膜組件8周圍保持較低壓力。加熱盤管7置于膜組件8周圍 以保持穩(wěn)定的操作溫度。汽油通過(guò)膜組件8，低硫汽油作為滯留物經(jīng)過(guò)低硫物料冷卻塔12 進(jìn)入低硫物料罐13，或者通過(guò)控制閥流回到原料罐1進(jìn)行循環(huán)處理。透過(guò)蒸汽通過(guò)高硫物 料冷凝塔一 14與高硫物料冷凝塔二 18收集。真空系統(tǒng)和冷凝系統(tǒng)是裝置中耗能最大的部 分。對(duì)冷凝系統(tǒng)進(jìn)行了獨(dú)特設(shè)計(jì)，透過(guò)氣體在高硫物料冷凝塔一 14中經(jīng)過(guò)冷卻后，大部分高硫物料由高硫物料冷凝塔一 14中排出，經(jīng)過(guò)冷凝后的殘氣通過(guò)真空泵16后在高硫物料冷凝塔二 18中進(jìn)一步冷凝。部分透過(guò)氣體首先通過(guò)高硫物料冷凝塔一 14冷凝，既能夠降 低總的冷凝能耗和真空泵負(fù)荷，又能有效降低汽油對(duì)真空泵16的腐蝕。未冷凝的氣體在高 硫物料冷凝塔二 18中的進(jìn)一步冷凝，則可將汽油損失降低到最低限度。采用中國(guó)石油大學(xué)研制的汽油深度脫硫用纖維素滲透氣化膜(CN1974729)構(gòu)成 的膜組件在本實(shí)用新型中的運(yùn)行結(jié)果表明，在保證低硫汽油收率的情況下，具有明顯的脫 硫效果。在試驗(yàn)中，板框式膜組件的單張有效膜面積為0.038m2，試驗(yàn)中采用10張膜串聯(lián)， 總有效膜面積為0. 38m2。試驗(yàn)中對(duì)原料汽油進(jìn)行循環(huán)處理，直至硫含量和收率達(dá)到一定的 目標(biāo)要求。以勝利石油化工總廠的FCC汽油為原料(堿洗后硫含量為710 μ g/g)，原料通過(guò) 膜組件時(shí)料液溫度維持在110°C左右，真空罩內(nèi)壓力在200 SOOPa范圍內(nèi)波動(dòng)，進(jìn)料流量 為20L/h。試驗(yàn)結(jié)果表明，低硫產(chǎn)品的硫含量可以降到50μ g/g，而此時(shí)低硫產(chǎn)品的收率可 以保持在60%以上。由于所用的膜法脫硫過(guò)程屬于物理過(guò)程，產(chǎn)品的辛烷值基本不發(fā)生變 化，低硫物料、高硫物料和原料的研究法辛烷值分別為92. 0,90. 3和90. 8，大部分烯烴保留 在低硫物料中，而芳烴則在高硫物料中富集。實(shí)施例2 采用中國(guó)石油大學(xué)研制的汽油深度脫硫用纖維素滲透氣化膜(CN1974729)，單張 有效膜面積為0. 038m2，試驗(yàn)中采用36張膜串聯(lián)，總有效膜面積約為1. 4m2。試驗(yàn)中對(duì)原料 汽油進(jìn)行單次處理，滯留側(cè)產(chǎn)品打入低硫物料罐，滲透?jìng)?cè)蒸汽冷凝后打入高硫物料罐。以勝利石油化工總廠的FCC汽油為原料(堿洗后硫含量為1080 μ g/g)，原料通過(guò) 膜組件時(shí)料液溫度維持在110°c左右，真空罩內(nèi)壓力在200 SOOPa范圍內(nèi)波動(dòng)，進(jìn)料流量 為25L/h。試驗(yàn)結(jié)果表明，低硫產(chǎn)品的硫含量可以降到150 μ g/g，而此時(shí)低硫產(chǎn)品的收率可 以保持在7%以上。由于所用的膜法脫硫過(guò)程屬于物理過(guò)程，產(chǎn)品的辛烷值基本不發(fā)生變 化，低硫物料、高硫物料和原料的研究法辛烷值分別為91. 5,92. 3和91. 8，大部分烯烴保留 在低硫物料中，而芳烴則在高硫物料中富集。實(shí)施例3 采用中國(guó)石油大學(xué)研制的汽油深度脫硫用纖維素滲透氣化膜(CN1974729)，單張 有效膜面積為0. 038m2，試驗(yàn)中采用40張膜串聯(lián)，總有效膜面積約為1. 5m2。試驗(yàn)中對(duì)原料 汽油進(jìn)行單次處理，滯留側(cè)產(chǎn)品打入低硫物料罐，滲透?jìng)?cè)蒸汽冷凝后打入高硫物料罐。以硫含量為500 μ g/g的FCC汽油為原料，原料通過(guò)膜組件時(shí)料液溫度維持在 110°C左右，真空罩內(nèi)壓力在200 800Pa范圍內(nèi)波動(dòng)，進(jìn)料流量為25L/h。試驗(yàn)結(jié)果表明， 低硫產(chǎn)品的硫含量可以降到50 μ g/g，而此時(shí)低硫產(chǎn)品的收率可以保持在80%以上。由于 所用的膜法脫硫過(guò)程屬于物理過(guò)程，產(chǎn)品的辛烷值基本不發(fā)生變化，低硫物料、高硫物料和 原料的研究法辛烷值分別為90. 3,92. 3和91. 5，大部分烯烴保留在低硫物料中，而芳烴則 在高硫物料中富集。
權(quán)利要求一種膜法汽油深度脫硫裝置，其特征是主要由原料罐(1)、計(jì)量泵(2)、過(guò)濾器(3)、電加熱板(4)、真空罩(9)、加熱盤管(7)、膜組件(8)、低硫物料冷卻塔(12)、低硫物料罐(13)、高硫物料冷凝塔一(14)、緩沖罐(15)、真空泵(16)、高硫物料冷凝塔二(18)以及高硫物料罐(17)構(gòu)成，其中，原料罐(1)底部與計(jì)量泵(2)入口相連，計(jì)量泵(2)出口與過(guò)濾器(3)相連，過(guò)濾器(3)與膜組件(8)滯留側(cè)進(jìn)口相連，膜組件(8)滯留側(cè)出口與低硫物料冷卻塔(12)相連，低硫物料冷卻塔(12)與低硫物料罐(13)相連或者與原料罐(1)相連；膜組件(8)置于真空罩(9)內(nèi)，真空罩(9)底部與高硫物料冷凝塔一(14)相連，高硫物料冷凝塔一(14)出口與緩沖罐(15)相連，緩沖罐(15)與真空泵(16)進(jìn)氣口相連，真空泵(16)排氣口與高硫物料冷凝塔二(18)相連，高硫物料冷凝塔二(18)出口與大氣相連；高硫物料冷凝塔一(14)與高硫物料冷凝塔二(18)的出口并聯(lián)后與高硫物料罐(17)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜法汽油深度脫硫裝置，其特征是所述的電加熱板(4)置 于過(guò)濾器(3)與膜組件(8)之間管路的外側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜法汽油深度脫硫裝置，其特征是所述的膜組件(8)溫度 由置于真空罩(9)內(nèi)的加熱盤管(7)提供，罩內(nèi)負(fù)壓由真空泵(16)提供。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜法汽油深度脫硫裝置，其特征是所述的原料罐(1)、低硫 物料罐(13)和高硫物料罐(17)以及原料泵(2)和過(guò)濾器(3)位于下層，高硫物料冷凝塔 一 (14)和高硫物料冷凝塔二(18)位于中層，真空罩(9)以及內(nèi)部組件、緩沖罐(15)、真空 泵及其低硫物料冷凝器(12)位于上層，共將裝置分為上、中、下三個(gè)平面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜法汽油深度脫硫裝置，其特征是所述的低硫物料冷凝器 (12)、高硫物料冷凝塔一(14)的冷卻介質(zhì)為工業(yè)用水，高硫物料冷凝塔二(18)的冷卻介質(zhì) 為乙醇，加熱盤管(7)的供熱介質(zhì)為煉油廠低壓蒸汽或者導(dǎo)熱油。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種石油煉制工業(yè)中的膜法汽油深度脫硫裝置。其技術(shù)方案是原料罐底部與計(jì)量泵入口相連，計(jì)量泵出口與過(guò)濾器相連，過(guò)濾器與膜組件滯留側(cè)進(jìn)口相連，膜組件滯留側(cè)出口與低硫物料冷卻塔相連，低硫物料冷卻塔與低硫物料罐相連或者與原料罐相連；膜組件置于真空罩內(nèi)，真空罩底部與高硫物料冷凝塔一相連，高硫物料冷凝塔一出口與緩沖罐相連，緩沖罐與真空泵進(jìn)氣口相連，真空泵排氣口與高硫物料冷凝塔二相連，高硫物料冷凝塔二出口與大氣相連；高硫物料冷凝塔一與高硫物料冷凝塔二的出口并聯(lián)后與高硫物料罐相連。有益效果是采用滲透氣化膜，通過(guò)物理分離的方式脫除汽油中的含硫化合物，從而達(dá)到汽油脫硫的目的。
文檔編號(hào)B01D61/36GK201610422SQ20092028019
公開日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2009年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月5日
發(fā)明者劉榮坤, 盧福偉, 孔瑛, 楊金榮 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東)