国产NWA-Ⅲ型分子筛在分子筛脱蜡装置上的应用

国产NWA-Ⅲ型分子筛在分子筛脱蜡装置上的应用
王富城
【摘要】介绍了NWA-Ⅲ型分子筛在分子筛脱蜡装置上的工业应用情况.采用NWA-Ⅲ型分子筛时,装置在大处理量下运行平稳,床层压降为0.1 MPa,产品纯度大于99％,平均收率大于98％.NWA-Ⅲ型分子筛的芳烃保留量低,选择吸附性好,脱附性能好,对重质煤油的选择吸附及脱附性能好;其各项指标均优于早期的NWA-ⅡB 型分子筛.
【期刊名称】《精细石油化工进展》
【年(卷),期】2015(016)003
【总页数】4页(P35-38)
【关键词】NWA-Ⅲ型分子筛;分子筛脱蜡;吸附;脱附
【作者】王富城
【作者单位】中国石化金陵石化有限责任公司烷基苯厂,南京210046
【正文语种】中文
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项目 NWA-Ⅲ型 NWA-ⅡB型烘干5A球正己烷吸附量/(mg·mL－1)98.5活化后5A 球正己烷吸附量/(mg·mL－1) 95.4 90.5堆密度
/(g·mL－1) 0.76 0.74强度(破碎率)/% 6.3 7.2磨耗率/% 0.13 0.18晶粒尺寸/μm 0.4～2.0 0.2～0.8比表面积/(m2·g－1) 500.7 450总孔容/(mL·g－1) 0.285
0.256硅铝比 1.95 2.2钙交换率/% 91 83
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 分子筛装填数据项目 R－201A/B R－201C/D R－201E/F R－201G/H分子筛型号 NWA－ⅡB NWA－ⅡB NWA－ⅡB NWA－Ⅲ吸附室外型尺寸(直径× 高)/(m ×m) 3.2 ×21.41 2.4 ×21.90 3.2 ×21.41 4.0 ×22.35总装填量/kg 157 172.1 94 288.0 159 563.8 255 044.3床层体积/m3 206.72 127.08 207.80 334.94装填堆密度/(kg·m －3) 760.4 741.5 772.0 761.5实验室堆密度/(kg·m －3) 779.0 768.5 785.0 769.4装填效率/% 97.62 96.10 98.35 98.98选择性孔穴率/% 11.1 11.1 11.1 11.1非选择性孔穴率/% 52.0 55.3 52.0 55.3吸附剂固体百分率/% 35.4 33.6 35.4 33.6选择性孔穴体积/m3 22.399 13.556 23.066 36.8非选择性孔穴体积/m3 112.893 72.491 112.386 186.750固体粒子体积/m3 74.925 41.043 76.68 111.390
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 原料煤油指标要求项目指标总正构烷烃质量分数/% ≥19含水量/(mg·kg－1) ≤40含氧量/(mg·kg－1) ＜1含氮量/(mg·kg－1) ＜1含硫量/(mg·kg－1) ＜1含氯量/(mg·kg－1) ＜5溴指数/(mgBr·(100 g)－1) ＜200
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 分子筛床层压降处理量/(m3·h－1) 床层压降/MPa 132 0.11 128 0.10 120 0.09 106 0.07
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处理量/(m3·h－1)进料含蜡量/%抽余液含蜡量/% 收率/%106 21.92 0.200 99.29 128 21.87 0.500 98.20 132 22.70 0.474 98.38 140 22.50 0.550 98.10
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煤油干点/℃n－C14质量分数/%n－C15质量分数/%产品纯度/%回收率/%251.0 2.7 0.8 98.70 96.86 247.5 2.3 0.7 98.63 96.59 251.0 3.3 1.2 98.70 96.42 250.0 2.6 0.9 98.80 97.00 252.0 2.9 1.1 98.90
93.21 248.0 2.5 0.6 98.90 94.41 252.0 2.5 0.9 98.90 97.22 252.0 2.6 0.9 98.90
94.81
表7 4套吸附室并联运行时相关数据煤油干点/℃n－C14质量分数/%n－C15质量分数/%产品纯度/%回收率/%257.5 3.1 2.1 99.3 97.23 256.0 3.0 1.5 99.3
98.40 254.5 3.4 1.2 99.4 99.10 256.0 2.8 1.1 99.0 97.99 255.5 3.2 1.5 98.9
99.39 258.5 3.1 1.4 98.9 98.56 254.5 2.6 1.0 99.0 98.79 257.5 3.0 1.2 98.8 96.51
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。

5 结论
1)采用NWA－Ⅲ型分子筛后装置运行平稳，吸附室床层压降为0.1 MPa，产品纯度大于99%，平均收率大于98%，能满足生产要求。

2)当处理量为设计量的1.17倍时，NWA-Ⅲ型分子筛床层运行平稳，分子筛适应性强。

3)与NWA－ⅡB型分子筛相比，NWA-Ⅲ型分子筛的产品芳烃保留量低，选择吸附性好，脱附性能好，对重质煤油的选择吸附及脱附性能好。

参考文献
【相关文献】
［1］奚瀚，陈乐，陈群，等.分离液体石蜡的5A分子筛吸附剂的制备［J］.石油化工，2012，41(12):1368 －1372.
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［3］顾文忠，陈喜，徐宏祥.国产5A分子筛在Molex装置上运行初期分析［J］.精细石油化工进展，2000，1(3):38 －42.。