膜法汽油深度脱硫技术放大及过程模拟

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1、膜法汽油深度脱硫技术放大及过程模拟11，2111111卢福伟，，孔瑛*，林立刚，刘荣坤，渠慧敏，劭帅，郭雷，杨金荣（1.中国石油大学（华东）重质油加工国家重点实验室，山东东营2570612.天津工业大学中空纤维膜材料与膜过程教育部重点实验室,天津300160）摘要：膜分离法汽油脱硫技术在炼油和膜分离领域均是崭新的技术。结合课题研究情况，系统介绍了PEG/PES渗透气化膜脱硫放大装置和装置的脱硫性能。在优化的操作条件下，低硫产品的收率保持在70%以上时，低硫产品的硫含量可以降到70μg/g。此后根据放大装置数据进行了计算机模拟，为下阶段中试研究提供了指导性数据。关键词：汽油

2、脱硫；渗透汽化；膜；放大；过程模拟一、前言随着世界各国对环境保护的日益重视以及环保法规的日益严格，生产低硫及超低硫汽油正逐渐为人们所关注。FCC汽油是汽油的主要来源,降低FCC汽油中的硫含量是降低汽油硫含量[1-3]的关键。膜分离法汽油脱硫技术在炼油和膜分离领域均是崭新的技术，与传统的汽油脱硫技术相比，膜法汽油脱硫技术具有投资和操作费用低、可深度脱硫、不损失辛烷值、可进行模块[4]化设计，易于放大扩容和建造等优点。中国石油大学（华东）自2004年开始膜法汽油脱硫技术方面的研究。内容涉及膜材料的选择、膜的改性、复合膜的制备工艺研究、汽油组分与膜相互作用的系统研究、操作参数与

3、膜性能相互关系研究、膜脱硫过程的模拟和设计、技术放大研究。以大量的实验室研究为基础，于2007年建立了该技术的放大装置。本文系统考察了PEG/PES渗透气化膜脱硫装置的脱硫性能，并根据放大装置数据进行计算机模拟，为下阶段中试研究提供指导性数据。二、试验部分2.1实验试剂和仪器原料汽油，胜华炼油厂碱洗后FCC汽油。交联PEG/PES渗透气化膜，实验室自制。WK2D微库仑综合分析仪，江苏江分电分析仪器公司。作者简介：卢福伟（1982-），男，江苏淮安人，在读博士研究生，主要从事分离膜研究*通讯联系人:Tel:0546-8391029,E-mail:yingkong1967@y

4、ahoo.com.cn2.2放大装置渗透汽化工业装置一般包含以下部分：膜组件，进料系统，加热系统，真空系统和冷凝系统。图1为膜法汽油脱硫放大装置流程图。TTTPU12图1渗透汽化膜分离放大装置流程图汽油原料通过进料泵进入膜组件，在膜组件前面设置过滤器对进料进行过滤。膜组件置于不锈钢真空罩外壳内部，通过真空泵抽真空使膜组件周围保持较低压力。加热盘管（内置导热油）置于膜组件周围以保持稳定的操作温度。汽油通过膜组件，低硫汽油作为滞留物经过冷凝后，流回到原料罐进行循环处理，或者通过控制阀进入一个单独的产品罐。透过蒸气通过两个冷凝器收集。部分透过气体首先通过第一个冷凝器冷凝以降低总

5、的冷凝能耗和真空泵负荷，未冷凝的气体在第二个冷凝器中进一步冷凝。此外，在放大装置中还设置了多个监测器来监控操作参数变化，包括进料温度、流率和膜后侧压力等等，以保证整个装置的平稳运行。三、结果与讨论3.1膜法汽油脱硫放大装置的脱硫性能2本系统所用的膜组件为板框式，单张膜有效膜面积为0.03m，试验中采用4张膜串联，总2有效膜面积为0.12m。本文测试了温度、膜后侧压力和进料流量对膜性能（渗透通量和分离系数）的影响。综合考虑渗透通量和硫富集因子以及操作费用，本文确定渗透汽化汽油脱硫放大装置的最佳操作条件为：进料温度，100～110℃；真空罩内压力，5～10KPa；进料流量，1

6、8～21L/h。在上述优化操作条件下，PEG/PES渗透气化膜放大装置经过近20小时连续运转，脱硫性能见图2。由图2可以看出，料液硫含量在试验初始阶段降低较快，膜脱硫效率较高，而后来脱硫效率降低。原因在于，渗透通量在降低，分离系数在提高，但渗透通量降低所起的作用超过了分离系数提高所起的作用。从图2还可看出，大约在19h之后，低硫产品的硫含量可以降到70μg/g，而此时低硫产品的收率可以保持在70%以上。以上结果表明，该放大装置具有较好的脱硫效果，与林立刚等人[4]的模拟结果相吻合。800120料液硫含量700100低硫产品收率60080g/g)500(%)μ(400603

7、00料液硫含量40低硫产品收率200201000002468101214161820操作时间(h)图2低硫产品收率及其硫含量随时间变化图3.2膜法汽油脱硫中试过程模拟以上述渗透汽化脱硫放大装置数据为基础，本文对处理量为1BPD的中试装置进行过程模拟。可以得到渗透通量与各个操作参数(包括进料硫含量、进料温度、膜后侧压力等)之间的关联式，然后通过回归可得到渗透通量与各个操作参数总的关联式。式(1)、式(2)分别是硫化物和烃类的渗透通量与操作参数的关联式，式中常数是通过最小二乘法编程回归得到的。32Js=0.0542379544×(