環(huán)烷墓?jié)櫥湍沟A油生產(chǎn)工藝的中試研究和流程優(yōu)化

任建松，陳 淳，蔡烈奎

（中國海洋石油中海油氣開發(fā)利用公司，北京100029）

環(huán)烷墓?jié)櫥湍沟A油生產(chǎn)工藝的中試研究和流程優(yōu)化

任建松，陳 淳，蔡烈奎

（中國海洋石油中海油氣開發(fā)利用公司，北京100029）

為了從綏中36-1蠟油生產(chǎn)環(huán)烷基潤滑油基礎油，對選擇性脫蠟、異構(gòu)脫蠟、臨氫降凝3種工藝進行中試研究和效益測算，結(jié)果表明臨氫降凝工藝具有明顯優(yōu)勢，該工藝的基本流程為：加氫處理-臨氫降凝-后精制。通過流程摸擬優(yōu)化臨氫降凝工藝的反應條件，確定加氫處理反應條件為：氫油體積比885、體積空速0.5 h－1、總壓16 MPa、床層溫度365～390℃；臨氫降凝條件為：氫油體積比625、體積空速3.0 h－1、總壓15.5 MPa、床層溫度370～380℃；后精制條件為：體積空速1.5 h－1、床層溫度250℃。并改進了常規(guī)流程，將蒸汽汽提脫硫流程改為高壓氫氣汽提流程，簡化煤油和輕柴油餾分側(cè)線汽提流程，優(yōu)化換熱流程，以降低投資和運行費用。

環(huán)烷基 潤滑油 基礎油 氫氣汽提 流程模擬

環(huán)烷基潤滑油基礎油有著特殊的化學性質(zhì)和應用領域，其化學組成主要是環(huán)烷烴或芳烴，特點為黏度高、黏度指數(shù)低、凝點低、溶解性能和介電性能優(yōu)越，是橡膠填充油、電氣用油、冷凍機油的理想選擇，并在潤滑脂、黏合劑、油墨油漆等領域具有特殊應用。

生產(chǎn)環(huán)烷基潤滑油基礎油完全依賴于環(huán)烷基原油。環(huán)烷基原油是一種稀缺資源，其儲量占世界石油總儲量的3%以下，國外主要分布于委內(nèi)瑞拉和美國，國內(nèi)主要分布于克拉瑪依、遼河和渤海灣。為了利用資源優(yōu)勢生產(chǎn)特種油品，中國海洋石油中海油氣開發(fā)利用公司按照中國海油石油總公司差異化發(fā)展戰(zhàn)略，決定建設一套環(huán)烷基潤滑油基礎油裝置。

潤滑油基礎油生產(chǎn)技術(shù)主要有選擇性脫蠟、異構(gòu)脫蠟、臨氫降凝等工藝［1-3］，但環(huán)烷基潤滑油基礎油生產(chǎn)工藝條件、產(chǎn)品收率等設計參數(shù)與原料性質(zhì)、產(chǎn)品要求的關(guān)聯(lián)性強，全球范圍內(nèi)應用裝置少，沒有成熟的數(shù)據(jù)庫，無法通過摸擬計算獲得。如何準確選擇技術(shù)及設計參數(shù)，成為項目建設的首要任務，因此，在大量技術(shù)調(diào)研的基礎上，開展了中試研究和流程優(yōu)化工作。

1 中試研究

以綏中36-1原油的減二線蠟油（VGO2）和減三線蠟油（VGO3）為原料，模擬選擇性脫蠟、異構(gòu)脫蠟、臨氫降凝3種工藝，按相同產(chǎn)品要求進行中試試驗。原料性質(zhì)見表1，產(chǎn)品要求見表2。

表1 原料性質(zhì)

表2 產(chǎn)品要求

選擇性脫蠟工藝的基本流程為：加氫處理-選擇性脫蠟-后精制；異構(gòu)脫蠟工藝的基本流程為：加氫處理-異構(gòu)脫蠟-后精制；臨氫降凝工藝的基本流程為：加氫處理-臨氫降凝-后精制。中試試驗模擬了工藝流程：第一步，原料通過加氫處理反應器，收集反應產(chǎn)物達到一定量，除去雜質(zhì)和輕組分；第二步，加氫處理反應產(chǎn)物再進脫蠟或降凝反應器，收集產(chǎn)物；第三步，脫蠟或降凝反應產(chǎn)物進入精制反應器，精制產(chǎn)物經(jīng)分餾得到潤滑油基礎油產(chǎn)品。對各階段產(chǎn)物性質(zhì)進行分析，并優(yōu)化操作條件，考察產(chǎn)品收率和性質(zhì)與操作條件的關(guān)系。中試結(jié)果見表3～表9。

中試結(jié)果表明：選擇性脫蠟工藝的反應溫度較低，但反應壓力高、空速低、氫油比高，造成投資和運行費用高，同時，產(chǎn)品收率較其它兩種工藝低得多，產(chǎn)品質(zhì)量不合格，CA值、色度沒有達到中試目標要求，該工藝不適應中試條件下的原料和產(chǎn)品要求；異構(gòu)脫蠟工藝的反應溫度高，但反應壓力低、空速高、氫油比低，產(chǎn)品質(zhì)量是3個中試結(jié)果中最好的，特別是光穩(wěn)定性好，經(jīng)過48 h紫外光照射后，賽波特色度變化很??；臨氫降凝工藝的操作條件與異構(gòu)脫蠟工藝相近，產(chǎn)品質(zhì)量滿足中試目標要求，但光穩(wěn)定性稍差，通過補充中試，降低后精制空速后，光穩(wěn)定性明顯提高。

表3 不同工藝下的目標產(chǎn)品收率w，%

表4 選擇性脫蠟工藝的操作條件

表5 異構(gòu)脫蠟工藝的操作條件

表6 臨氫降凝工藝的操作條件

表7 選擇性脫蠟工藝的產(chǎn)品性質(zhì)

表8 異構(gòu)脫蠟工藝的產(chǎn)品性質(zhì)

從原料成本和產(chǎn)品產(chǎn)值方面比較異構(gòu)脫蠟和臨氫降凝兩種工藝的收益。收益為產(chǎn)品產(chǎn)值之和減去原料成本之和。原料量按200 kt/a計（VGO2/VGO3質(zhì)量比為1∶1），原料、產(chǎn)品價格參照中國石化2010版《數(shù)據(jù)與參數(shù)》80美元體系，計算結(jié)果見表10。由表10可知，產(chǎn)品收率對收益影響很大，臨氫降凝工藝具有明顯優(yōu)勢，其收益比異構(gòu)脫蠟工藝高1.1億元/a以上，被選為工業(yè)實施方案。

表9 臨氫降凝工藝的產(chǎn)品性質(zhì)

表10 中試條件下兩種工藝的產(chǎn)品收益測算

2 模擬與優(yōu)化

為了臨氫降凝工藝技術(shù)的工業(yè)實施，對中試數(shù)據(jù)進行流程模擬和驗證，進行反應器級間汽提、側(cè)線汽提、換熱網(wǎng)絡等局部優(yōu)化，簡化流程、降低能耗，節(jié)約投資和運行成本。

2.1 模擬計算

采用PRO/Ⅱ軟件對臨氫降凝工藝進行模擬計算，考慮工業(yè)流程的壓降、溫降和流態(tài)分布，并考慮中試放大效應，對中試數(shù)據(jù)進行優(yōu)化調(diào)整，結(jié)果見表11～表13。由表11～表13可見，工藝流程符合常規(guī)工業(yè)實踐要求，產(chǎn)品質(zhì)量和收率均達到目標要求。

表11 流程模擬的操作條件

表12 流程模擬得到的產(chǎn)品收率w，%

表13 流程模擬得到的潤滑油產(chǎn)品性質(zhì)

2.2 優(yōu)化反應級間汽提流程

后精制反應器采用貴金屬催化劑，需要脫除降凝反應產(chǎn)物中的硫化氫和氨。常規(guī)流程是臨氫降凝產(chǎn)物在降溫降壓后用過熱蒸汽汽提，然后再加壓升溫后進行加氫精制。

本項目加工的物料硫含量較低，且后精制催化劑對硫的耐受性好，因此可以考慮用高壓氫氣汽提，優(yōu)化后的反應部分流程示意如圖1所示。降凝反應流出物與反應進料換熱，溫度從370℃降至280℃，然后進入高壓氫氣汽提罐，與250℃的循環(huán)氫逆向接觸汽提，釋放大部分硫化氫和氨。高壓氫氣汽提罐罐底的液相無需升溫或降溫，直接進入后精制反應器，而罐頂循環(huán)氫冷卻后脫除硫化氫和氨，通過循環(huán)氫壓縮機返回反應段。高溫反應產(chǎn)物去常減壓蒸餾裝置。

在整個模擬計算過程中，氣相、液相物流的壓力損失除了設備和管道的損失外，其它的忽略不計，也沒有降溫和升溫過程。計算結(jié)果表明，電力和蒸汽消耗較優(yōu)化前降低593.56 MJ/t，節(jié)能效果十分顯著。同時，簡化了流程，降低了投資。

圖1 優(yōu)化后的反應流程示意

2.3 簡化側(cè)線汽提流程

后精制產(chǎn)物需通過常減壓蒸餾分離出石腦油、煤油和輕柴油，得到潤滑油目標產(chǎn)品。常規(guī)流程下，煤油、輕柴油需要汽提，以保證閃點合格。

表12中的流程模擬結(jié)果顯示，煤油收率不到2%，輕柴油收率略高于3%。煤油和輕柴油餾分的流量較低，僅420～830 kg/h。為這部分產(chǎn)品專門設置汽提設施，會使流程復雜程度和設備投資增加，而且實際生產(chǎn)中難以操作。從項目全局出發(fā)，把煤油和輕柴油餾分集中到加氫裂化裝置加工，簡化了煤油和輕柴油的汽提流程。

2.4 優(yōu)化換熱流程

與其它加氫工藝一樣，本工藝也存在較多的低溫熱，因此設計了發(fā)汽系統(tǒng)和加熱爐過熱流程，產(chǎn)生流量為1.1 t/h的0.4 MPa蒸汽。理論上講，余熱發(fā)汽可以降低裝置能耗，但發(fā)汽量太小，流程復雜，效益不明顯。

針對發(fā)汽流程并結(jié)合側(cè)線汽提流程，進行了全換熱網(wǎng)絡的優(yōu)化，全盤調(diào)整了反應流出物常減壓蒸餾部分的換熱流程，在不增加換熱設備的條件下提高換熱終溫，將發(fā)汽的能量用于加熱原料。盡管產(chǎn)生了25.08 MJ/t的能耗，但對投資、操作管理都是有利的。

此外，還進行了抽真空系統(tǒng)、胺液再生系統(tǒng)和控制方案的優(yōu)化，使得裝置的設計能耗降至1 529.88 MJ/t，屬國內(nèi)領先水平。

3 結(jié) 論

中海油氣開發(fā)利用公司發(fā)揮環(huán)烷基原油資源的優(yōu)勢，選擇加氫處理-臨氫降凝-后精制工藝，生產(chǎn)具有特殊用途的環(huán)烷基潤滑油基礎油。在技術(shù)選擇和工程設計中，通過中試研究、流程模擬和優(yōu)化，確定了工程設計所需要的反應條件，其中，加氫處理反應條件為：氫油體積比885，體積空速0.5 h－1，總壓16 MPa，床層溫度365～390℃；臨氫降凝反應條件為：氫油體積比625，體積空速3.0 h－1，總壓15.5 MPa，床層溫度370～380℃；后精制反應條件為：體積空速1.5 h－1、床層溫度250℃。同時，改進了常規(guī)流程，將蒸汽汽提脫硫流程改為高壓氫氣汽提流程，簡化煤油和輕柴油側(cè)線汽提流程，優(yōu)化換熱流程，提高換熱效率，設計能耗為1 529.88 MJ/t，可滿足生產(chǎn)要求，并降低投資和運行費用。

［1］裴文軍.潤滑油基礎油生產(chǎn)工藝的選擇［J］.煉油技術(shù)與工程，2012，42（7）：25-30

［2］程紅芳，曾金明，何峰.穩(wěn)定生產(chǎn)120BS加氫光亮油的探索與實踐［J］.石油煉制與化工，2013，44（12）：81-85

［3］胡勝，田志堅，辛功華，等.潤滑油基礎油異構(gòu)化和非對稱裂化（IAC）脫蠟技術(shù)工業(yè)應用［J］.石油煉制與化工，2011，42（5）：57-60

RESEARCH AND OPTIMIZATION OF NAPHTHENIC LUBE BASE OIL MANUFACTURE PROCESS

Ren Jiansong，Chen Chun，Cai Liekui
（Oil&Gas Development&Utilization Co.，CNOOC，Beijing 100029）

After comparison of the combined processes of hydrotreating，hydrofinishing with one of three kinds of dewaxing processes：selective dewaxing，hydrodewaxing，and hydroisodewaxing in pilot plant，the hydrotreating-hydrodewaxing-hydrofinishing cascaded process with obvious advantages is chosen to produce naphthenic base oil from Suizhong-361 VGOs.The reaction conditions in each stage are determined by process simulation，respectively.The hydrotreating process conditions are：H2/Oil ratio of 885，space velocity of 0.5 h－1，total pressure of 16 MPa，WABT of 365—390℃；the hydrodewaxing process needs the conditions as follows：H2/Oil ratio of 625，space velocity of 3.0 h－1，total pressure of 15.5 MPa and WABT of 370—380℃；while for the hydrofinishing，space velocity of 1.5 h－1and WABT of 250℃are needed.Besides，the steam stripping desulfurization is replaced by high pressure hydrogen stripping.The side-draw of kerosene and light diesel and the heat transfer process are all optimized to lower the investment and operation cost.

naphthenic base；lubrication oil；base oil；hydrogen stripping；p rocess simulation

2013-08-27；修改稿收到日期：2013-11-20。

任建松（1966—），男，本科，高級工程師，從事石油化工工程建設和生產(chǎn)運行工作。

任建松，E-mail：renjs2＠cnooc.com.cn。