S Zorb吸附剂中Zn2SiO4对汽油辛烷值及脱硫能力的影响

为了研究S Zorb吸附剂中Zn2SiO4对汽油辛烷值及吸附剂脱硫能力的影响,从S Zorb装置上采集了3个具有不同Zn2SiO4质量分数的吸附剂,以FCC汽油为原料,采用固定床评价装置进行了脱硫实验。系统研究了吸附剂的物相组成和表面Ni元素化学态的变化对汽油硫质量分数、脱硫前后辛烷值损失(ΔRON)和烃组成的影响规律。结果表明,随着吸附剂中Zn2SiO4物相质量分数的增加,其脱硫能力明显降低,同时吸附剂外表面n(NiS)/n(Total Ni)也随之增加。在相同的反应条件下,吸附剂外表面n(NiS)/n(Total Ni)增加会导致吸附剂对FCC汽油中烯烃的吸附能力减弱,降低了烯烃加氢饱和的机会,使得FCC汽油脱硫前后的ΔRON减小。C4~C6烯烃加氢饱和生成链烷烃是导致FCC汽油辛烷值损失的主要原因。     

S Zorb吸附剂中Zn_2SiO_4对汽油辛烷值及吸附剂脱硫能力的影响

为了研究S Zorb吸附剂中Zn_2SiO_4对汽油辛烷值及吸附剂脱硫能力的影响,从S Zorb装置上采集了3个具有不同Zn_2SiO_4质量分数的吸附剂,以FCC汽油为原料,采用固定床评价装置进行了脱硫实验。系统研究了吸附剂的物相组成和表面Ni元素化学态的变化对汽油硫质量分数、脱硫前后辛烷值损失(ΔRON)和烃组成的影响规律。结果表明,随着吸附剂中Zn_2SiO_4物相质量分数的增加,其脱硫能力明显降低,同时吸附剂外表面n(NiS)/n(Total Ni)也随之增加。在相同的反应条件下,吸附剂外表面n(NiS)/n(Total Ni)增加会导致吸附剂对FCC汽油中烯烃的吸附能力减弱,降低了烯烃加氢饱和的机会,使得FCC汽油脱硫前后的ΔRON减小。C_4～C_6烯烃加氢饱和生成链烷烃是导致FCC汽油辛烷值损失的主要原因。     

从反应化学原理到工业应用Ⅰ S Zorb技术特点及优势

采用量子化学理论计算方法,对S Zorb脱硫反应机理进行了深入研究。结果表明,S Zorb技术的工艺过程实质上是高选择性催化加氢超深度脱硫过程,而不是简单的吸附过程。在S Zorb技术中,通过在加氢催化剂中添加H2S吸收组分ZnO,可有效地转移加氢脱硫过程中产生的H2S,建立一个H2S分压极低的反应环境,避免H2S与汽油中高辛烷值烯烃组分生成硫醇的副反应,同时使催化剂活性金属Ni处于零价态而具有对噻吩类含硫化合物很高的吸附活性,但对高辛烷值烯烃、芳烃组分仅有很低的吸附活性。在此基础上,提出了催化加氢-H2S吸收转移协同作用的催化加氢吸附脱硫机理,并指出保持催化剂中Ni处于零价态避免生成NiS是提高催化加氢脱硫选择性的关键。工业应用结果表明,S Zorb 技术在实现超深度脱硫的同时具有很好的辛烷值保留能力。     

S Zorb装置汽油辛烷值损失影响因素及优化措施

对S Zorb装置汽油辛烷值损失的影响因素进行分析,指出降低汽油辛烷值损失的关键是抑制烯烃加氢饱和反应,针对反应温度、反应压力、氢油体积比、质量空速、吸附剂活性等影响因素,提出降低汽油辛烷值损失的措施,使该装置的辛烷值损失平均值由0.8降至0.4,提高了装置经济效益。     

硅酸锌生成对S Zorb吸附剂活性的影响

在小型固定床反应器上,以噻吩模型化合物和催化裂化汽油为S Zorb吸附精制对象,研究了硅酸锌生成对S Zorb吸附剂活性的影响。结果表明:当吸附剂中无硅酸锌生成时,吸附剂脱硫活性较高,穿透硫容(w)达12%以上;当生成硅酸锌的含量较低时,对吸附剂脱硫活性和脱硫选择性影响不大,模型化合物和汽油保持高脱硫率,可以避免过多的烯烃加氢饱和,减少汽油辛烷值损失;硅酸锌含量的大幅增长对吸附剂的载硫能力影响显著,当吸附剂中硅酸锌质量分数为39.4%时,吸附剂的穿透硫容(w)降至2.18%,吸附剂脱硫活性大幅降低。因此,在工业装置的运行中应控制操作条件,尽可能降低硅酸锌的生成。     

端烯烃在S Zorb吸附脱硫过程中的反应转化

在小型固定床反应器上，以添加1-己烯（质量分数为10%）的催化裂化汽油为原料，研究了S Zorb吸附脱硫过程中直链端烯烃的反应情况。结果表明：直链端烯烃在吸附脱硫过程中可以发生饱和、双键异构等反应，反应温度、氢油比、反应压力及空速等参数对1-己烯的转化、饱和以及双键异构化反应有着明显影响。高的反应温度、低的反应压力和氢油比促进端烯烃向内烯烃的双键异构化反应，如1-己烯发生双键异构化反应生成2-己烯和3-己烯。内烯烃具有更高的辛烷值以及更低的加氢饱和活性，因此端烯烃反应生成内烯烃的双键异构化反应使得S Zorb吸附脱硫过程中的辛烷值损失减小。     

FCC汽油S Zorb反应吸附脱硫过程中不饱和烃加氢反应的研究

S Zorb工艺可以将FCC汽油的硫质量分数降至小于10μg/g,但在脱硫过程中,由于反应体系中引入了H2,在吸附剂表面既发生了硫化物的脱硫反应,也不可避免地存在导致汽油辛烷值损失的不饱和烃的加氢反应。对比分析了中国石化上海高桥分公司S Zorb原料汽油和产品汽油的组成,从热力学和动力学角度分析了这些加氢反应对体系组分变化的影响,计算了标准压力下不同温度下的反应平衡常数K和Gibbs反应自由能ΔrGm,并采用四阶龙格-库塔法计算了每个反应的反应速率常数,这些数据可以为S Zorb装置工艺参数的进一步优化提供参考。     

高温原位XRD和TG-MS法研究S Zorb工业吸附剂热解行为

从某S Zorb工业装置上采集了两个具有不同脱硫活性的工业吸附剂,利用XRD、碳硫分析和SEM表征其晶体结构、化学组成和形貌,利用高温原位XRD表征了吸附剂在受热过程中晶体结构的变化规律,TG-MS和DTA表征其热分解过程和产物。研究表明,Zn2SiO4的形成显著影响了吸附剂的化学组成、脱硫活性和稳定性、分解温度、失重量。吸附剂的热解主要包括5个阶段,主要为物理吸附水和吸附物的挥发、Ni物相的氧化、积炭的燃烧、ZnS热解和晶相转变等。高温和酸性环境会导致Zn2SiO4物相的进一步生成。最后详细阐述了吸附剂的热解机理,以期为S Zorb工业生产和科研提供信息。     

S Zorb装置汽油脱硫过程中吸附剂失活原因分析

针对S Zorb装置运行过程中出现的吸附剂失活快、剂耗高等问题,采用SEM、XRD、XRF、XPS、MAS-NMR等多种表征手段对不同形态吸附剂的物化性质进行系统的表征研究。结果表明：S Zorb装置运行过程中锌铝尖晶石和硅锌矿等非活性含锌物相的形成会导致吸附剂中有效ZnO含量的大幅降低,当ZnO的量降低到不足以完成吸附硫的转移时,工艺上即表现为吸附剂的失活和脱硫效率的降低。锌铝尖晶石的形成将导致吸附剂的强度下降,使吸附剂颗粒更易破碎,增加剂耗。在S Zorb装置运行过程中,对待生剂和再生剂物相组成变化的跟踪监测有助于保障装置的平稳运行,保持良好的脱硫效率。     

气氛环境对S Zorb吸附剂中硅酸锌生成的影响

针对S Zorb吸附脱硫工业运行装置中因硅酸锌的生成导致吸附剂活性严重降低等问题,在模拟工况、不同气氛条件下,对不同状况的S Zorb吸附剂进行处理,探讨硅酸锌的生成与环境及硅源的关系。结果表明:在550℃、干燥或纯水蒸气条件下,新鲜剂中难以生成硅酸锌;在550℃、有再生剂或待生剂存在的水热条件下,新鲜剂中有明显的硅酸锌生成;待生剂或再生剂中ZnS在焙烧过程中产生的SO2与高温水热环境之间的协同作用加速了硅酸锌的生成;在水热伴随酸性物质的环境下,待生剂上持硫量越高,硅酸锌的生成量越大;当待生剂上已有硅酸锌存在时,其再生过程中硅酸锌的生成速率进一步加快;不同硅源生成硅酸锌的差异较大,具有规整结构的硅源抗水热酸环境的能力较强。     

S Zorb吸附剂Rietveld物相定量方法研究

S Zorb技术是生产低硫清洁汽油的核心技术之一,在装置工业运行过程中发现吸附剂失活快、剂耗高等问题。为了研究吸附剂失活原因,并为国产剂的开发提供支持,利用X射线衍射（XRD）表征S Zorb工业装置中吸附剂的新鲜剂、待生剂和再生剂的晶体结构,探讨吸附剂物相变化规律,结果表明非活性锌类尖晶石的生成是导致吸附剂失活的主要因素。针对不同剂型的S Zorb吸附剂分别建立了Rietveld相定量方法,表征不同形态吸附剂晶相和非晶相物质的质量分数,并利用XRF方法表征吸附剂化学组成,进一步验证了Rietveld相定量法的准确性,利用²⁹Si NMR表征吸附剂中Si元素的化学环境,验证Rietveld相定量法对无定型SiO₂定量结果的准确性。Rietveld相定量法可广泛应用于S Zorb工业装置运行情况监控以及新剂的研究开发。     

S Zorb吸附剂再生前后硫分布规律

采用SEM-EDX、XRD等手段研究了不同硅酸锌质量分数的S Zorb吸附剂再生前、后的硫分布规律。结果表明,随着硅酸锌质量分数的增加,S Zorb吸附剂中孔隙量和孔隙大小呈明显增加趋势。不同硅酸锌质量分数的待生剂颗粒中,硫质量分数沿径向均呈均匀分布,硅酸锌质量分数较大的待生剂的硫质量分数明显低于硅酸锌质量分数较小的待生剂。硅酸锌质量分数较小的再生剂颗粒中,硫质量分数的径向分布呈现边缘低中间高的趋势,说明再生过程中,颗粒中的硫化锌的氧化由外向内扩散进行,粒径小的再生剂颗粒因扩散半径小硫分布相对比较均匀。     

脱硫吸附剂物相快速定量分析技术及其应用

利用Rietveld相定量法建立了S Zorb吸附剂物相组成数据库,该数据库基本上覆盖了S Zorb吸附剂在国内出现过的各种情况。分别针对新剂、工业待生和再生剂建立了物相快速定量分析模型,该模型具有较高的准确性和重复性。建立了针对工业待生和再生剂中Zn3O(SO4)2物相、工业待生剂中NiO物相的报警模型。物相快速定量分析技术在S Zorb工业装置上取得了较好的应用效果,可以有效指导工业装置操作参数的优化并提高其长周期运行的稳定性。     

S Zorb吸附剂中硅酸锌的生成条件

硅酸锌(Zn₂SiO₄)的生成是导致S Zorb吸附剂活性下降和碎化的重要原因之一。在530℃干燥焙烧和水热条件下,采用原位XRD技术考察了不同运行阶段吸附剂生成硅酸锌的情况;根据装置运行过程中吸附剂的再生工况,采用常压和加压的高通量水热焙烧炉对S Zorb吸附剂进行长时间的水热焙烧,考察硅酸锌的生成状况。结果表明,在干燥焙烧条件下,新鲜S Zorb吸附剂不容易生成硅酸锌,而再生剂则会生成硅酸锌,且少量硅酸锌的存在会加快其中硅酸锌的生成速率;在水热条件下,新鲜吸附剂焙烧约40 h后开始产生硅酸锌,但生成速率明显小于再生剂的;水热条件下再生剂中硅酸锌的生成速率明显高于干燥焙烧条件;水热加压条件将促进水蒸气在吸附剂中的扩散,并提高硅酸锌的生成速率。     

PLS-XRD快速测量S Zorb再生剂中尖晶石含量

为快速测定S Zorb再生剂中非活性含锌尖晶石物相（硅锌矿和锌铝尖晶石）的含量,首次运用偏最小二乘（PLS）化学计量学的方法,将XRD谱图信息与Rietveld物相定量方法获得的物相含量数据相关联,建立了针对S Zorb再生剂中含锌尖晶石物相的定量校正模型,优化了影响模型质量的参数如谱图预处理方法和特征衍射峰的选取,并用未知样品验证了模型的准确性。此方法解决了利用Rietveld方法进行S Zorb吸附剂定量谱图解析时耗时较长、且依赖专家经验的问题,有助于及时监测装置运行过程中吸附剂的活性变化,进而保障工业装置平稳运行。     

脱硫吸附剂中硅酸锌形成动力学及脱硫活性和稳定性研究

A new industrial S Zorb sorbent(Ni/Zn O-P) was prepared by using the spray drying technique. The other two traditional sorbents(Ni/Zn O-M and Ni/Zn O-H) were prepared in exactly the same way except the use of different silica-alumina binder matrices. The XRD, Rietveld quantitative phase analysis, BET, and laser particle size analysis were employed to characterize their physico-chemical properties. The deactivation mechanism and desulfurization kinetics of sorbent was investigated on a water vapor aging treatment device. It was shown that both the water vapor pressure and reaction temperature significantly could influence the formation rate of inactive Zn2 Si O4, which could decrease the sulfur storage capacity of sorbents. The Zn2 Si O4 content profiles could be fitted into the zero order equation, from which the apparent rate constant k and the activation energy E a were calculated. The matrix P greatly raised the E a of Zn2 Si O4 formation due to the less bridged hydroxyl silanol groups on its surface, which accounted for the high stability of Ni/Zn O-P. The desulfurization performance of the fresh and aged sorbents showed that the overall average sulfur conversion of Ni/Zn O-P(aged) was 92%, which was close to that of fresh sorbents(95%), and was higher than that of Ni/Zn O-M(aged)(86%) and Ni/Zn O-H(aged)(90%). Based on these findings, the application of Ni/Zn O-P can greatly improve the long-term running stability of the industrial unit.