食品級(jí)微晶蠟生產(chǎn)問(wèn)題的探討

閆明錄，王 都，王建玲，賈鐵漢

(河南油田南陽(yáng)石蠟精細(xì)化工廠，河南南陽(yáng) 473132)

0 前言

南陽(yáng)石蠟精細(xì)化工廠微晶蠟高壓加氫裝置規(guī)模為3 000 t/a，主要用于生產(chǎn)微晶蠟和凡士林，其中食品級(jí)微晶蠟約占總生產(chǎn)量的40%，使用的催化劑為撫順DFV-1型蠟加氫催化劑。本裝置生產(chǎn)的產(chǎn)品有70#、85#工業(yè)級(jí)微晶蠟，用于調(diào)合橡膠防護(hù)蠟;85#食品級(jí)微晶蠟用于食品添加劑，醫(yī)藥級(jí)凡士林用于藥用輔料。

1 生產(chǎn)情況

1.1 工藝流程

本裝置由制氫工序、壓縮工序、反應(yīng)工序、分餾工序等部分組成。制氫工序采用的是甲醇制氫工藝，制氫工序制得純度99.99%以上的氫氣，至氫氣儲(chǔ)罐暫存，氫氣儲(chǔ)罐出來(lái)的氫氣經(jīng)壓縮工序的氫氣壓縮機(jī)壓縮至16.0 MPa，與循環(huán)氫壓縮機(jī)送來(lái)的16.0 MPa循環(huán)氫氣一起進(jìn)入高壓氫氣混合器混合，然后送至原料加熱器進(jìn)口。

1.1.1 反應(yīng)工序

罐區(qū)來(lái)的原料經(jīng)計(jì)量泵加壓到16.0 MPa，經(jīng)二反換熱器與反應(yīng)產(chǎn)物換熱，然后與高壓氫氣混合器來(lái)的高壓氫氣匯合進(jìn)入氫油混合器進(jìn)行混氫，混合物料再進(jìn)入一反換熱器與反應(yīng)產(chǎn)物換熱，預(yù)熱至180～200℃后進(jìn)入原料加熱器加熱至反應(yīng)溫度，進(jìn)入第一反應(yīng)器。在催化劑存在的條件下進(jìn)行高壓加氫反應(yīng);從第一反應(yīng)器出來(lái)的氣液混合物料與原料在一反換熱器中進(jìn)行熱交換，降溫至240℃后進(jìn)入第二反應(yīng)器進(jìn)行深度加氫補(bǔ)充精制，從第二反應(yīng)器出來(lái)的物料與原料在二反換熱器中換熱，降溫至200℃以下，然后進(jìn)入高壓分離器進(jìn)行氣液相分離，氣相氫氣從高壓分離器上部出來(lái)，經(jīng)循環(huán)氫冷卻器冷卻至50℃后進(jìn)入脫硫罐，用水吸收循環(huán)氫氣中反應(yīng)生成的H2S和NH3。從脫硫罐上部出來(lái)的凈化氫氣進(jìn)入冷高分進(jìn)一步分離挾帶的輕油組分后經(jīng)氫氣循環(huán)壓縮機(jī)壓縮，送至高壓氫氣混合器循環(huán)使用。

1.1.2 分餾工序

從高壓分離器底部出來(lái)的液相，經(jīng)減壓至0.6 MPa后進(jìn)入低壓分離器進(jìn)一步分離，氣體從低分上部排出，經(jīng)低壓尾氣冷卻器冷卻后進(jìn)入低壓尾氣分離器，分離后排空。低壓分離器底部出來(lái)之液相經(jīng)后處理塔真空汽提，分離出輕質(zhì)餾分及其他氣體后從塔底進(jìn)入成品儲(chǔ)槽進(jìn)行真空脫氣脫水，在此過(guò)程中除去的輕質(zhì)餾分油保證了蠟產(chǎn)品的含油指標(biāo)合格。

半成品用壓縮空氣壓入板框過(guò)濾機(jī)進(jìn)行過(guò)濾，攜帶出反應(yīng)器的催化劑粉末及膠質(zhì)瀝青質(zhì)、積炭等機(jī)械雜質(zhì)被過(guò)濾出來(lái)，合格的加氫產(chǎn)品進(jìn)入罐區(qū)成品儲(chǔ)罐。本裝置的食品級(jí)微晶蠟生產(chǎn)為間歇式生產(chǎn)，根據(jù)生產(chǎn)安排一般每個(gè)加工周期為20 d左右，切換線后穩(wěn)定時(shí)間24 h餾出口質(zhì)量分析合格。

1.2 催化劑

本裝置每種產(chǎn)品方案都有不同的體積空速要求，同時(shí)對(duì)催化劑要求也比較高，要同時(shí)符合蠟產(chǎn)品、凡士林產(chǎn)品的生產(chǎn)要求。我廠選擇的是DFV-1型催化劑，和FV-10催化劑物性對(duì)照見(jiàn)表1。

表1 催化劑物性表

1.3 工藝參數(shù)

影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素主要有壓力、溫度、氫油比等指標(biāo)。反應(yīng)壓力是通過(guò)提高氫分壓實(shí)現(xiàn)的。提高氫分壓有利于加氫反應(yīng)的進(jìn)行，加快反應(yīng)速度。一方面可以抑制結(jié)焦反應(yīng)，降低催化劑的失活速率;另一方面可以提高硫、氮和金屬雜質(zhì)的脫除率，同時(shí)有促進(jìn)稠環(huán)芳烴的加氫飽和反應(yīng)。

反應(yīng)溫度也是加氫過(guò)程的重要參數(shù)，在加氫精制通常的操作溫度下，硫、氮的氫解屬于不可逆反應(yīng)，提高溫度可以促進(jìn)反應(yīng)速度和加氫精制深度，使產(chǎn)物中雜質(zhì)含量減少。但是溫度過(guò)高，容易產(chǎn)生過(guò)多的裂化反應(yīng)。微晶蠟的含油要求比較嚴(yán)格，高溫會(huì)使含油量上升，因此不同的生產(chǎn)方案有最佳的反應(yīng)溫度，并不是越高越好。

氫油比在實(shí)際生產(chǎn)中靠提高循環(huán)氫量實(shí)現(xiàn)，大量的循環(huán)氫可以提高反應(yīng)系統(tǒng)的熱容量，從而穩(wěn)定反應(yīng)器溫度，緩和催化劑床層的溫升，但是也會(huì)造成動(dòng)力消耗。表2是2011年的部分典型工藝操作參數(shù)。

表2 主要工藝參數(shù)指標(biāo)

2 產(chǎn)品質(zhì)量

表3是我廠產(chǎn)品生產(chǎn)典型質(zhì)量數(shù)據(jù)。由表中可以看出，產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)完全符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

表3 食品級(jí)微晶蠟質(zhì)量數(shù)據(jù)

2.1 含油

加氫精制過(guò)程對(duì)微晶蠟含油量有一定影響，主要是第一反應(yīng)器反應(yīng)溫度。加氫精制過(guò)程溫度過(guò)高會(huì)加劇裂化程度，對(duì)于蠟產(chǎn)品來(lái)說(shuō)會(huì)導(dǎo)致含油量上升，主要的控制方法為在脫氣塔進(jìn)行蒸汽汽提，塔釜通入適當(dāng)?shù)恼羝ㄟ^(guò)氣液相換質(zhì)，從塔頂帶出輕質(zhì)餾分油，降低蠟產(chǎn)品中的含油量。從表3對(duì)比分析看，實(shí)際上升0.25% ～0.46%。

2.2 稠環(huán)芳烴和重金屬

稠環(huán)芳烴和重金屬含量是食品級(jí)蠟中一個(gè)關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)，如果達(dá)不到要求只能降為工業(yè)級(jí)，目前國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)一致。稠環(huán)芳烴通過(guò)高壓加氫可以有效去除，重金屬主要是通過(guò)沉積在催化劑床層中得到去除。從表3可以看出，產(chǎn)品稠環(huán)芳烴全部合格，重金屬含量遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 存在的問(wèn)題和應(yīng)對(duì)措施

3.1 催化劑失硫

加氫精制過(guò)程的含硫量主要是控制循環(huán)氫中的硫化氫濃度，不同的加氫產(chǎn)品控制指標(biāo)也不同。凡士林原料由于含硫量比較高，含硫量標(biāo)準(zhǔn)在500～2 000 μg/g，微晶蠟的含硫量控制在200 ～1 500 μg/g。由于微晶蠟原料硫含量較低，催化劑的硫平衡被打破，整體生產(chǎn)過(guò)程中處于緩慢失硫狀態(tài)。在生產(chǎn)一段時(shí)間后，循環(huán)氫的含硫量逐漸下降到控制方案的下限，甚至低于下限，一旦連續(xù)出現(xiàn)低于下限標(biāo)準(zhǔn)，基本可以判定催化劑局部短暫失硫。

對(duì)于短暫性可以恢復(fù)的失硫現(xiàn)象，采取的措施主要有:裝置生產(chǎn)嚴(yán)格控制注水脫硫頻次;安排生產(chǎn)方案時(shí)考慮油類(lèi)產(chǎn)品如凡士林和蠟類(lèi)產(chǎn)品有計(jì)劃交叉進(jìn)行，通過(guò)油類(lèi)產(chǎn)品生產(chǎn)補(bǔ)硫;如果已經(jīng)出現(xiàn)失硫現(xiàn)象，根據(jù)裝置實(shí)測(cè)硫化氫濃度數(shù)據(jù)，可以在原料中注入硫化劑，短時(shí)間內(nèi)將硫化氫濃度提高，從而達(dá)到補(bǔ)硫的目的。

3.2 稠環(huán)芳烴控制與比色的關(guān)系

生產(chǎn)中稠環(huán)芳烴的分析不能作為產(chǎn)品餾出口的項(xiàng)目，原因是此項(xiàng)目不但分析費(fèi)用很高，而且分析時(shí)間比較長(zhǎng)，熟練人員不間斷需要7 h以上，故此只能作為批量檢驗(yàn)或者生產(chǎn)抽查驗(yàn)證。經(jīng)過(guò)對(duì)生產(chǎn)中的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分析對(duì)比，在生產(chǎn)裝置穩(wěn)定時(shí)，餾出口的比色也能代表稠環(huán)芳烴的變化。當(dāng)餾出口比色有明顯加深且達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，稠環(huán)芳烴不合格程度加大。

3.3 機(jī)械雜質(zhì)

在食品級(jí)微晶蠟的標(biāo)準(zhǔn)中并沒(méi)有機(jī)械雜質(zhì)的分析項(xiàng)目，我廠內(nèi)控指標(biāo)將此項(xiàng)列入分析項(xiàng)目，一般人工直接目測(cè)。工業(yè)化生產(chǎn)很難達(dá)到100%“無(wú)”雜質(zhì)，為此裝置設(shè)置多道過(guò)濾，效果均不十分理想。工業(yè)用精密過(guò)濾器采取陶瓷濾芯或者金屬燒結(jié)濾芯可以達(dá)到100 μm以下標(biāo)準(zhǔn)，由于微晶蠟高熔點(diǎn)、大黏度、過(guò)濾壓力等因素，許多設(shè)備制造廠家無(wú)經(jīng)驗(yàn)可借鑒，不敢冒然承擔(dān)。

4 結(jié)束語(yǔ)

南陽(yáng)石蠟精細(xì)化工廠3 000 t/a微晶蠟裝置本周期已開(kāi)工21個(gè)月，針對(duì)上游的原料性質(zhì)，適當(dāng)對(duì)加氫裝置的工藝參數(shù)和空速進(jìn)行調(diào)整，保證了食品級(jí)微晶蠟的產(chǎn)品質(zhì)量，也保證了我廠口香糖專(zhuān)用蠟得以暢銷(xiāo)國(guó)內(nèi)外。根據(jù)市場(chǎng)需求，下一步還要進(jìn)行食品級(jí)石蠟的生產(chǎn)試驗(yàn)，使我廠食品級(jí)產(chǎn)品系列化，同時(shí)為我廠5萬(wàn)t/a蠟加氫項(xiàng)目做好基礎(chǔ)工作。