異構(gòu)脫蠟產(chǎn)品質(zhì)量的控制

汪鵬飛楊文倩劉 薔鄒雯炆

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司石化分公司，廣東 惠州 516086；2.中國石油西南油氣田公司天然氣研究院，成都 610213；3.中油高富石油有限公司，廣東 佛山 528531）

異構(gòu)脫蠟產(chǎn)品質(zhì)量的控制

汪鵬飛1楊文倩1劉 薔2鄒雯炆3

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司石化分公司，廣東 惠州 516086；2.中國石油西南油氣田公司天然氣研究院，成都 610213；3.中油高富石油有限公司，廣東 佛山 528531）

以異構(gòu)脫蠟裝置實(shí)際生產(chǎn)情況為例，討論了操作條件、產(chǎn)品調(diào)合及進(jìn)料性質(zhì)對加氫基礎(chǔ)油產(chǎn)品質(zhì)量的影響，力求精細(xì)調(diào)控以確保生產(chǎn)更優(yōu)質(zhì)的潤滑油基礎(chǔ)油及相應(yīng)的副產(chǎn)品。

潤滑油基礎(chǔ)油；產(chǎn)品質(zhì)量；異構(gòu)脫蠟

目前，潤滑油基礎(chǔ)油市場競爭日益激烈，市場的需求也逐漸轉(zhuǎn)移至高品質(zhì)端。異構(gòu)脫蠟、加氫精制技術(shù)（以下簡稱異構(gòu)脫蠟技術(shù)），因其在降低產(chǎn)品傾點(diǎn)及改善安定性等方面具有較好的效果，并且有助于潤滑油調(diào)合時(shí)減少所需添加劑的量及種類，因此是現(xiàn)有生產(chǎn)高品質(zhì)潤滑油基礎(chǔ)油的最佳技術(shù)[1-3]。

異構(gòu)脫蠟技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量受裝置操作條件及上游進(jìn)料性質(zhì)變化等影響較大，如何應(yīng)對各種因素對產(chǎn)品質(zhì)量的影響，在較低能耗和成本范圍內(nèi)，平穩(wěn)控制產(chǎn)品質(zhì)量、確保生產(chǎn)高品質(zhì)潤滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)品是一難題。本文以某加氫裂化尾油為進(jìn)料的潤滑油加氫異構(gòu)脫蠟裝置（以下簡稱“異構(gòu)脫蠟裝置”）實(shí)際生產(chǎn)情況為例，結(jié)合裝置設(shè)計(jì)條件及特點(diǎn)，旨在探討如何合理操作、精細(xì)調(diào)控產(chǎn)品質(zhì)量以確保生產(chǎn)出效益最優(yōu)的潤滑油基礎(chǔ)油及相應(yīng)副產(chǎn)品。

1 工藝流程簡介

異構(gòu)脫蠟裝置是在高溫高壓的環(huán)境中，將油品與氫氣混合，并在貴金屬催化劑的參與下，主要發(fā)生異構(gòu)化反應(yīng)，將油品中高傾點(diǎn)的正構(gòu)烷烴轉(zhuǎn)化為低傾點(diǎn)的異構(gòu)烷烴，并保證較高的潤滑油基礎(chǔ)油收率和產(chǎn)品的粘度指數(shù)；然后通過加氫精制改善基礎(chǔ)油的氧化安定性、光安定性及色度。目前該技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品可滿足美國石油協(xié)會（API）Ⅱ類和Ⅲ類基礎(chǔ)油的要求。工藝流程見圖1。

2 操作條件對質(zhì)量的影響及調(diào)節(jié)

反應(yīng)部分的調(diào)節(jié)主要聚焦在反應(yīng)溫度、壓力（氫分壓）、氫油比、空速等，相對較為簡單但十分關(guān)鍵；而對于分餾部分的調(diào)節(jié)主要遵循物料平衡和熱量平衡及汽液相平衡的原則，一般選擇在穩(wěn)定物料平衡的基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)塔的熱量供給和熱量分布，并且輕意不改變定性參數(shù)（壓力、溫度），而利用定量參數(shù)（流量、液位）來調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)中應(yīng)重點(diǎn)控制好壓力、塔頂溫度、回流溫度、回流量、側(cè)線抽出量、進(jìn)料溫度、塔底溫度等重要參數(shù)指標(biāo)，要細(xì)調(diào)勤調(diào)，保持操作穩(wěn)定。操作中應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品質(zhì)量不斷摸索最佳操作條件，同時(shí)，還應(yīng)結(jié)合銷售和利潤等情況，考慮采用“卡邊”法在確保產(chǎn)物合格的前提下，盡量采用更低的反應(yīng)溫度和催化劑床層出口等溫操作的原則以延長催化劑使用壽命、切割更多附加值更高的產(chǎn)品使企業(yè)效益最大化。

2.1 重質(zhì)潤滑油

2.1.1 油傾點(diǎn)

重質(zhì)潤滑油基礎(chǔ)油傾點(diǎn)是潤滑油質(zhì)量的重要控制參數(shù)，影響重質(zhì)潤滑油基礎(chǔ)油傾點(diǎn)的主要因素是異構(gòu)脫蠟反應(yīng)溫度，應(yīng)根據(jù)需要調(diào)整好異構(gòu)脫蠟反應(yīng)深度[4]。

裝置2009年11月4日到5日重質(zhì)潤滑油基礎(chǔ)油產(chǎn) HVIⅡ+（4），傾點(diǎn)指標(biāo)≤-15 ℃。4 日 20：00 化驗(yàn)重質(zhì)潤滑油基礎(chǔ)油傾點(diǎn)-18℃，傾點(diǎn)富余過多。操作時(shí)逐漸小幅多次降低異構(gòu)脫蠟反應(yīng)器溫度并觀察其他參數(shù)的聯(lián)動變化，調(diào)節(jié)過程見圖2。

圖1 工藝流程Fig 1 Process flow

圖2 重質(zhì)潤滑油基礎(chǔ)油傾點(diǎn)調(diào)節(jié)Fig 2 Base oil pour point regulation of heavy lube stock

裝置對傾點(diǎn)采取“卡邊”控制，通過適當(dāng)改變進(jìn)料加熱爐出口溫度，調(diào)節(jié)異構(gòu)脫蠟反應(yīng)器入口溫度，通過改變注入床層間的急冷氫量，控制各床層溫度，使異構(gòu)脫蠟反應(yīng)溫度既能滿足產(chǎn)品傾點(diǎn)要求，又不富余，可減小加熱爐負(fù)荷，還能間接延長催化劑壽命，實(shí)現(xiàn)節(jié)能優(yōu)產(chǎn)。

2.1.2 粘度指數(shù)

重質(zhì)潤滑油基礎(chǔ)油粘度指數(shù)直接影響潤滑油檔次，粘度指數(shù)的高低主要由進(jìn)料上游裝置的操作來決定[5]。應(yīng)根據(jù)需要調(diào)整好其轉(zhuǎn)化率，使重質(zhì)潤滑油基礎(chǔ)油粘度指數(shù)達(dá)到目標(biāo)值且不富余。當(dāng)切換進(jìn)料或調(diào)整產(chǎn)品類型時(shí)，根據(jù)切換后的進(jìn)料性質(zhì)及調(diào)整后產(chǎn)品的各項(xiàng)指標(biāo)要求對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，首先保證重要產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)合格，然后根據(jù)化驗(yàn)分析結(jié)果，對不合格或富余的指標(biāo)進(jìn)行有針對性的調(diào)整。

2.2 減壓塔側(cè)線輕、中質(zhì)潤滑油

2.2.1 閃點(diǎn)

為保證輕、中質(zhì)潤滑油基礎(chǔ)油合格，必須按規(guī)定指標(biāo)嚴(yán)格控制輕、中質(zhì)潤滑油基礎(chǔ)油閃點(diǎn)[6-7]。2009年11月4日20：00輕潤由10#白油進(jìn)料改出HVIⅡ（2），其中10#白油進(jìn)料的粘度指標(biāo)是2.5～3.5 mm2/s（100 ℃），HVIⅡ（2）的粘度指標(biāo)是 1.5～2.5 mm2/s（100℃），即改產(chǎn)后必須降低輕潤粘度。改產(chǎn)后內(nèi)操通過加大減壓塔頂回流量、降低減壓塔頂溫度、減少輕潤抽出量的手段進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于調(diào)節(jié)幅度過大，因此改產(chǎn)后輕質(zhì)潤滑油基礎(chǔ)油粘度合格，但閃點(diǎn)不合格（指標(biāo)要求閃點(diǎn)≥145℃）。之后對閃點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的具體數(shù)據(jù)見圖3。

圖3 減壓塔側(cè)線閃點(diǎn)調(diào)節(jié)Fig 3 Flash point regulation of VDU siding

由此例可看出，在調(diào)控產(chǎn)品質(zhì)量過程中，欲調(diào)控某一參數(shù)時(shí)，必須兼顧其他相關(guān)參數(shù)的聯(lián)動變化情況，避免該參數(shù)合格后，其余參數(shù)不合格。

對于輕、中質(zhì)潤滑油基礎(chǔ)油作為減壓塔側(cè)線產(chǎn)品，重質(zhì)潤滑油基礎(chǔ)油作為減壓塔底產(chǎn)品的異構(gòu)脫蠟裝置來說，輕、中質(zhì)潤滑油基礎(chǔ)油閃點(diǎn)不合格，可通過增大上一側(cè)線抽出量、提高該側(cè)線抽出溫度、控制好產(chǎn)品汽提塔汽提蒸汽量、調(diào)節(jié)減壓塔頂溫度、調(diào)節(jié)減壓爐出口溫度等方法來調(diào)控。重潤閃點(diǎn)不合格，可通過增大減壓塔汽提蒸汽量、穩(wěn)定減壓爐出口溫度、控制適當(dāng)?shù)倪^汽化率、增大中質(zhì)潤滑油基礎(chǔ)油抽出量、提高塔頂溫度來調(diào)控，如果是因?yàn)闇p壓塔真空度不夠引起的，還可以適當(dāng)提高減壓塔真空度。

2.2.2 分離精度、餾程范圍

生產(chǎn)高檔潤滑油要求減壓塔分離出窄餾分、蒸發(fā)損失小的餾分油。首先要搞好減壓塔的物料平衡和熱量平衡，保證各側(cè)線間的物料收率及塔內(nèi)回流的均勻分布，即氣液相負(fù)荷均勻；其次要穩(wěn)定汽提塔的液位，并在汽提塔底吹入適當(dāng)?shù)倪^熱蒸汽，將油品中較輕組分蒸發(fā)出來，提高餾分油的初餾點(diǎn)。為了保證塔內(nèi)回流，在不影響真空度的前提下，可適當(dāng)增大塔底吹汽量，以保證塔內(nèi)有足夠的回流油，充分發(fā)揮塔板作用。

2.3 煤油

為保證煤油質(zhì)量合格，必須按規(guī)定指標(biāo)嚴(yán)格控制煤油初餾點(diǎn)（或10%點(diǎn)）及閃點(diǎn)。2009年10月20日8：00化驗(yàn)分析異構(gòu)脫蠟煤油（1#無味煤油）閉口閃點(diǎn)不合格（35℃），指標(biāo)要求閉口閃點(diǎn)≥40℃；且初餾點(diǎn)不合格（138℃），指標(biāo)要求初餾點(diǎn)≥140℃。通過增大煤油抽出量，同時(shí)觀察常壓塔煤油抽出溫度及煤油汽提塔重沸器返塔溫度是否升高，當(dāng)這2個(gè)溫度均升高時(shí)，閃點(diǎn)升高，具體調(diào)節(jié)參數(shù)如圖4。

圖4 煤油閃點(diǎn)調(diào)節(jié)Fig 4 Flash point regulation of kerosene

如果增大煤油抽出量后，閃點(diǎn)依然不合格，那么可以調(diào)整重沸器操作、升高塔頂溫度、升高常壓塔進(jìn)料溫度、增大汽提蒸汽量等手段調(diào)節(jié)煤油閃點(diǎn)。

3 基礎(chǔ)油產(chǎn)品調(diào)合

通過不同牌號的2種或多種基礎(chǔ)油調(diào)合，可生產(chǎn)出更多牌號的基礎(chǔ)油，而基礎(chǔ)油調(diào)合時(shí)存在以下規(guī)律：2種組分油調(diào)合成所需粘度的油品時(shí)，其粘度不成算術(shù)平均值，其他的一些性質(zhì)指標(biāo)也沒有算術(shù)平均性，而一般是偏向于性質(zhì)較低組分油，如閃點(diǎn)、凝點(diǎn)等指標(biāo)，但不同粘度指數(shù)的組分油混合成的油品粘度指數(shù)一般都偏向高粘度指數(shù)組分油，在一定范圍內(nèi)還表現(xiàn)出可加性，混合油的其他一些指標(biāo)如酸值、灰分、雜質(zhì)、殘?zhí)康仁强杉有灾笜?biāo)。

其中不同粘度的油料混合后，其粘度不是加成關(guān)系，可由下式計(jì)算

lg[ν/（mm2/s）]=N1lg[ν1/（mm2/s）]+N2lg[ν2/（mm2/s）]。

式中 ν、ν1、ν2分別為混合油、1 組分和 2 組分油的運(yùn)動粘度；N1和N2分別為1、2組分油的混合比例，N1=1-N2）。

生產(chǎn)中可依據(jù)調(diào)合后的油品性質(zhì)反推所調(diào)合基礎(chǔ)油的抽出比例，通過調(diào)節(jié)相應(yīng)的操作參數(shù)如產(chǎn)品抽出溫度、抽出量、重沸器取熱量等，并實(shí)時(shí)監(jiān)控粘度、傾點(diǎn)在線分析儀的數(shù)值來快速有效地調(diào)合，為盡快調(diào)合出滿足需求、附加值更高的基礎(chǔ)油產(chǎn)品提供有力保證。

4 進(jìn)料性質(zhì)對質(zhì)量的影響及調(diào)節(jié)

進(jìn)料性質(zhì)對異構(gòu)脫蠟和加氫精制反應(yīng)有明顯影響，對于不同的進(jìn)料會有不同的產(chǎn)品收率及質(zhì)量，進(jìn)料性質(zhì)相對穩(wěn)定是搞好反應(yīng)平穩(wěn)操作的主要因素。應(yīng)根據(jù)進(jìn)料性質(zhì)和產(chǎn)品質(zhì)量要求來調(diào)整反應(yīng)溫度，以使目的產(chǎn)品質(zhì)量合格且收率高、效益優(yōu)[8]。進(jìn)料中的硫、氮、蠟、多環(huán)芳烴、金屬等含量及餾程、粘度、粘度指數(shù)等都會不同程度的影響產(chǎn)品質(zhì)量[9]，本文僅著重以對產(chǎn)品質(zhì)量影響較大的硫、蠟、氮含量來討論進(jìn)料性質(zhì)的影響及相應(yīng)的調(diào)節(jié)方法。

4.1 氮含量

氮對異構(gòu)脫蠟、加氫精制催化劑有很大影響，進(jìn)料中的氮會轉(zhuǎn)化為NH3，脫蠟催化劑對NH3的敏感性更甚于硫。NH3與脫蠟催化劑的酸性中心中和，使脫蠟催化劑的異構(gòu)活性和選擇性下降。過多的NH3會導(dǎo)致異構(gòu)脫蠟、加氫精制反應(yīng)溫度較高，并降低基礎(chǔ)油產(chǎn)率和加速催化劑的失活，此外，氮含量過高導(dǎo)致催化劑活性的降低和結(jié)垢速度的加快還直接影響催化劑壽命。氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1、2、3 μg/g時(shí)，催化劑壽命分別約為48、33、15個(gè)月，因此應(yīng)控制異構(gòu)脫蠟裝置氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1.0～1.5 μg/g。若氮含量過高，可對上游裝置操作條件（如調(diào)整反應(yīng)溫度、氫油比、控制反應(yīng)深度等）進(jìn)行調(diào)節(jié)。

4.2 蠟含量

蠟的異構(gòu)化是異構(gòu)脫蠟裝置的主要反應(yīng)，因此進(jìn)料中的蠟含量對工藝操作的影響極大。當(dāng)進(jìn)料中的蠟含量較高或蠟較重時(shí)，需要的溫度較高，這將導(dǎo)致催化劑選擇性下降，潤滑油產(chǎn)率降低，甚至縮短催化劑壽命。另外，進(jìn)料中的蠟含量對產(chǎn)品的粘度指數(shù)影響較大，進(jìn)料含蠟量高，產(chǎn)品的粘度指數(shù)也較高，故而欲提高基礎(chǔ)油產(chǎn)品粘度指數(shù)可通過在進(jìn)料中添加或調(diào)合蠟膏的方式來實(shí)現(xiàn)。

4.3 硫含量

進(jìn)料中的硫化物在反應(yīng)器中會轉(zhuǎn)化為H2S，H2S會硫化脫蠟催化劑和加氫精制催化劑中的貴金屬，降低2種催化劑的加氫活性，進(jìn)料中S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制指標(biāo)一般要低于30×10-6。如H2S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于30×10-6時(shí)，催化劑的活性降低，此時(shí)，需提高反應(yīng)器的溫度，而催化劑平均溫度的上升，將加速催化劑的失活；再者，由于反應(yīng)器溫度的上升，液相收率下降，氫氣消耗量可能上升，導(dǎo)致裝置在非最佳方案下運(yùn)行。另外，出于對反應(yīng)器和換熱器的金屬腐蝕考慮，也應(yīng)限制硫的含量。

5 結(jié)論

1）潤滑油基礎(chǔ)油傾點(diǎn)不合格或富余時(shí)，主要通過調(diào)節(jié)異構(gòu)脫蠟反應(yīng)器的加權(quán)平均溫度改善產(chǎn)品傾點(diǎn)?？筛鶕?jù)自身裝置的特性，找到異構(gòu)脫蠟反應(yīng)器的加權(quán)平均溫度與減底產(chǎn)品傾點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系。對傾點(diǎn)采用卡邊控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)能優(yōu)產(chǎn)。

2）在調(diào)控產(chǎn)品質(zhì)量過程中，欲調(diào)控某一參數(shù)時(shí)，必須兼顧其他相關(guān)參數(shù)的聯(lián)動變化情況，避免該參數(shù)合格后，其余參數(shù)不合格。

3）進(jìn)料中的的硫、氮、蠟等含量及粘度、粘度指數(shù)都會不同程度的影響異構(gòu)脫蠟產(chǎn)品質(zhì)量，所以務(wù)必對異構(gòu)脫蠟進(jìn)料中的這些指標(biāo)進(jìn)行有效控制。

4）潤滑油基礎(chǔ)油粘度主要受控于進(jìn)料性質(zhì)及分餾系統(tǒng)的操作，而粘度指數(shù)主要取決于進(jìn)料性質(zhì)，也可通過混摻其他組分如蠟膏的方式來提高粘度指數(shù)。

5）可通過不同牌號的2種或多種基礎(chǔ)油調(diào)合的方式來生產(chǎn)出更多牌號、附加值更高的基礎(chǔ)油，應(yīng)在調(diào)合過程中積累經(jīng)驗(yàn)、摸清調(diào)合的規(guī)律、指導(dǎo)生產(chǎn)操作以創(chuàng)造更大的效益。

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The Quality Control of Isomerization Dewaxing

Wang Pengfei1,Yang Wenqian1,Liu Qiang2,Zou Wenwen3
（1.OOC Energy Technology&Services-Petrochemicals CO.,Huizhou,Guangzhou 516086;2.Research Institute of Natural Gas Technology,610213;3 Gaofu Petroleum Co.Ltd.Foshan PetroChina,Foshan,Guangzhou 528531）

The article takes isomerization dewaxing plant as an example to emphasize the production status of hydrogenation base oil,discussing how the operational conditions,product harmonize,and properities of raw oil impacts on product quality,in order to adjust the products meticulously to produce the better quality lube base oil and byproducts,insuring enterprise efficiency to be maximization.

lube base oil;product quality;isomerization dewaxing

TE624.5+3

B DOI10.3969/j.issn.1006-6829.2010.06.013

2010-08-09；

2010－10－25