加氫異構(gòu)脫蠟反應(yīng)溫度的影響因素研究

黃小珠，李 鳴，宮衛(wèi)國，王澤愛

(中海油能源發(fā)展股份有限公司惠州石化分公司，廣東 惠州 516086)

加氫異構(gòu)脫蠟反應(yīng)溫度的影響因素研究

黃小珠，李 鳴，宮衛(wèi)國，王澤愛

(中海油能源發(fā)展股份有限公司惠州石化分公司，廣東 惠州 516086)

中海油能源發(fā)展股份有限公司惠州石化分公司引進(jìn)Chevron公司開發(fā)的加氫異構(gòu)脫蠟專利技術(shù)，投資建設(shè)了400 kt/a加氫異構(gòu)脫蠟裝置。以加氫裂化尾油為原料，在反應(yīng)壓力和氫油比相近的條件下，研究了加氫裂化尾油進(jìn)料量、原料蠟含量和主產(chǎn)品150N基礎(chǔ)油的傾點(diǎn)對(duì)反應(yīng)溫度的影響。結(jié)果表明，對(duì)于同一種原料，為達(dá)到150N基礎(chǔ)油性質(zhì)相同，進(jìn)料量每提高1 t/h，反應(yīng)溫度需提高約0.5 ℃；而在進(jìn)料量穩(wěn)定的情況下，150N基礎(chǔ)油的傾點(diǎn)每降低1 ℃，反應(yīng)溫度需提高1.2 ℃左右；當(dāng)進(jìn)料量和150N基礎(chǔ)油性質(zhì)相同時(shí)，采用蠟含量越高的原料，則所需反應(yīng)溫度越高。

加氫裂化尾油 異構(gòu)脫蠟 反應(yīng)溫度 傾點(diǎn)

美國石油學(xué)會(huì)將基礎(chǔ)油分為五類。具有低硫含量、高飽和烴含量和高黏度指數(shù)的API Ⅱ和Ⅲ類基礎(chǔ)油已逐步取代Ⅰ類基礎(chǔ)油，在高檔發(fā)動(dòng)機(jī)油、液壓油、汽輪機(jī)油等潤(rùn)滑油產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用[1-3]。

加氫異構(gòu)脫蠟工藝是生產(chǎn)低傾點(diǎn)的API Ⅱ/Ⅲ基礎(chǔ)油的新技術(shù)，該工藝主要是將正構(gòu)烷烴異構(gòu)化而降低傾點(diǎn)，與溶劑脫蠟工藝相比，加氫異構(gòu)脫蠟基礎(chǔ)油具有較高的收率和黏度指數(shù)。目前Chevron公司、ExxonMobil公司、Shell公司、中國石化石油化工科學(xué)研究院和中國石化撫順石油化工研究院擁有加氫異構(gòu)脫蠟生產(chǎn)高檔基礎(chǔ)油的專利技術(shù)[4-10]。

中海油能源發(fā)展股份有限公司惠州石化分公司引進(jìn)Chevron公司開發(fā)的加氫異構(gòu)脫蠟專利技術(shù)，投資建設(shè)了400 kt/a加氫異構(gòu)脫蠟裝置，該裝置于2011年5月成功投產(chǎn)，所生產(chǎn)的API Ⅱ類加氫基礎(chǔ)油為國內(nèi)潤(rùn)滑油生產(chǎn)提供了優(yōu)質(zhì)的原料。該裝置以加氫裂化尾油(UCO)為原料，主產(chǎn)品為60N和150N加氫基礎(chǔ)油。自裝置投產(chǎn)以來，由于實(shí)際生產(chǎn)所用原料與設(shè)計(jì)原料的性質(zhì)差異較大，以及基礎(chǔ)油市場(chǎng)需求的變化等原因，導(dǎo)致裝置操作參數(shù)頻繁調(diào)整，特別是加氫異構(gòu)脫蠟反應(yīng)溫度，產(chǎn)生大量不合格產(chǎn)品。為了優(yōu)化裝置的操作參數(shù)，減少不合格產(chǎn)品的產(chǎn)生，中海油能源發(fā)展股份有限公司惠州石化分公司在400 kt/a加氫異構(gòu)脫蠟裝置上，選擇對(duì)裝置穩(wěn)定性影響最大的3個(gè)參數(shù)：加氫裂化尾油的蠟含量、進(jìn)料量及主產(chǎn)品150N基礎(chǔ)油的傾點(diǎn)作為考察對(duì)象，研究其對(duì)加氫異構(gòu)脫蠟反應(yīng)溫度(加氫異構(gòu)脫蠟催化劑的加權(quán)平均溫度)的影響。

1 裝置工藝流程與原料性質(zhì)

1.1 裝置工藝流程

圖1 加氫異構(gòu)脫蠟裝置工藝流程示意

400 kt/a加氫異構(gòu)脫蠟裝置的工藝流程見圖1。由圖1可見，原料加氫裂化尾油先經(jīng)異構(gòu)脫蠟反應(yīng)器進(jìn)行加氫異構(gòu)反應(yīng)，再進(jìn)入加氫精制反應(yīng)器進(jìn)行加氫后處理，加氫后的產(chǎn)物進(jìn)入常壓分餾塔進(jìn)行分餾，塔頂出白油，而塔底油則進(jìn)入減壓分餾塔進(jìn)行再次分餾，減一線產(chǎn)較重的白油，減二線出60N加氫基礎(chǔ)油，塔底則出150N加氫基礎(chǔ)油，其中150N基礎(chǔ)油為裝置的主產(chǎn)品。

1.2 原料性質(zhì)

實(shí)際生產(chǎn)所用的各批次原料性質(zhì)均不同，對(duì)加氫異構(gòu)脫蠟反應(yīng)溫度的影響也不一樣。試驗(yàn)中選擇兩批典型的加氫裂化尾油UCO1和UCO2，其性質(zhì)見表1。從表1可見，兩批原料的硫含量、氮含量、芳烴含量(從紫外吸光系數(shù)得出)相差不大，而蠟含量相差較大，導(dǎo)致兩批原料的黏度、傾點(diǎn)、黏度指數(shù)存在較大的差異。因?yàn)榧託洚悩?gòu)脫蠟裝置的主反應(yīng)是加氫異構(gòu)脫蠟反應(yīng)，原料蠟含量的不同將直接影響加氫異構(gòu)脫蠟反應(yīng)溫度。

表1 UCO1和UCO2的性質(zhì)

2 結(jié)果與討論

影響加氫異構(gòu)脫蠟裝置的主要參數(shù)包括反應(yīng)壓力、反應(yīng)溫度、氫油比(以循環(huán)氫量表示)、空速(以進(jìn)料量表示)等。在工業(yè)裝置上，在反應(yīng)壓力、氫油比不變的條件下，考察不同性質(zhì)的原料、進(jìn)料量及150N基礎(chǔ)油的傾點(diǎn)對(duì)反應(yīng)溫度的影響，結(jié)果見表2和表3。

2月11—19日以UCO1為原料，考察：①進(jìn)料量為36 t/h時(shí)，150N基礎(chǔ)油的傾點(diǎn)對(duì)反應(yīng)溫度的影響，其試驗(yàn)結(jié)果見表2中NO1，NO2，NO3，NO4，NO5列的數(shù)據(jù)。②150N基礎(chǔ)油性質(zhì)相近時(shí)(傾點(diǎn)也相近)，進(jìn)料量對(duì)反應(yīng)溫度的影響，其試驗(yàn)結(jié)果見表2中NO4，NO5，NO8，NO9，NO10列的數(shù)據(jù)；③進(jìn)料量為47 t/h時(shí)，150N基礎(chǔ)油的傾點(diǎn)對(duì)反應(yīng)溫度的影響，其試驗(yàn)結(jié)果見表2中NO6，NO7，NO8，NO9列的數(shù)據(jù)。

1月21—24日以UCO2為原料，考察進(jìn)料量為36 t/h時(shí)，150N基礎(chǔ)油的傾點(diǎn)對(duì)反應(yīng)溫度的影響，其試驗(yàn)結(jié)果見表3。

2.1 進(jìn)料量對(duì)反應(yīng)溫度的影響

在150N基礎(chǔ)油性質(zhì)相近(傾點(diǎn)也基本相同)時(shí)，進(jìn)料量與反應(yīng)溫度的關(guān)系見圖2(表2中NO4，NO5，NO8，NO9，NO10的數(shù)據(jù))。由圖2可知，反應(yīng)溫度隨著進(jìn)料量的上升而升高，滿足y1=0.541 1x+300.22的線性關(guān)系。進(jìn)料量每提高1 t/h，反應(yīng)溫度需提高約0.5 ℃。進(jìn)料量越大，單位時(shí)間內(nèi)通過催化劑的正構(gòu)烷烴越多，為了得到相同的產(chǎn)品傾點(diǎn)，需提高反應(yīng)溫度。

表2 UCO1原料的反應(yīng)條件和150N基礎(chǔ)油性質(zhì)

表3 UCO2原料的反應(yīng)條件和150N基礎(chǔ)油的性質(zhì)

圖2 進(jìn)料量對(duì)反應(yīng)溫度的影響

2.2 產(chǎn)品傾點(diǎn)對(duì)反應(yīng)溫度的影響

以UCO1為原料，在150N基礎(chǔ)油的其它性質(zhì)相近時(shí)，傾點(diǎn)對(duì)反應(yīng)溫度的影響見圖3(表2中NO6，NO7，NO8，NO9的數(shù)據(jù))。由圖3可見，反應(yīng)溫度隨著150N基礎(chǔ)油傾點(diǎn)的降低而升高，滿足y2=-1.241 3x+305.47的線性關(guān)系。150N基礎(chǔ)油傾點(diǎn)每降低1 ℃，反應(yīng)溫度需提高約1.2 ℃。異構(gòu)脫蠟反應(yīng)的主要作用是降低傾點(diǎn)，利用上式可有效指導(dǎo)生產(chǎn)。

圖3 產(chǎn)品傾點(diǎn)對(duì)反應(yīng)溫度的影響

2.3 原料蠟含量對(duì)反應(yīng)溫度的影響

由表2中NO1，NO2，NO3，NO4，NO5和表3中NO1，NO2，NO3，NO4，NO5，NO6的數(shù)據(jù)得到不同蠟含量原料的反應(yīng)溫度與產(chǎn)品傾點(diǎn)的關(guān)系曲線，如圖4所示。從圖4可以看出，在進(jìn)料量及產(chǎn)品傾點(diǎn)相同時(shí)，UCO2的反應(yīng)溫度比UCO1高，這是因?yàn)閁CO2中的蠟含量高于UCO1的緣故。

由圖4還可以看出：以UCO1為原料時(shí)，反應(yīng)溫度隨著150N基礎(chǔ)油傾點(diǎn)的降低而升高，滿足y3=-0.821 4x+306.84的線性關(guān)系，150N基礎(chǔ)油傾點(diǎn)每降低1 ℃，反應(yīng)溫度約提高0.8 ℃；以UCO2為原料時(shí)，反應(yīng)溫度隨著150N基礎(chǔ)油傾點(diǎn)的降低而升高，滿足y4=-1.364 5x+300.87的線性關(guān)系，150N基礎(chǔ)油傾點(diǎn)每降低1 ℃，反應(yīng)溫度約提高1.4 ℃左右。說明在相同的進(jìn)料量下，原料中蠟含量越高，產(chǎn)品傾點(diǎn)每降低1 ℃，反應(yīng)溫度提高的幅度越大。

圖4 不同蠟含量原料的反應(yīng)溫度與產(chǎn)品傾點(diǎn)的關(guān)系●—UCO1； ▲—UCO2

由以上分析可見，原料的蠟含量、進(jìn)料量及150N基礎(chǔ)油的傾點(diǎn)對(duì)反應(yīng)溫度的影響較大。主要原因是加氫異構(gòu)脫蠟反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是正構(gòu)烷烴在貴金屬雙功能催化劑上進(jìn)行碳正離子反應(yīng)，包括加氫異構(gòu)化主反應(yīng)和加氫裂化副反應(yīng)。提高原料的蠟含量和進(jìn)料量，其實(shí)質(zhì)是增加催化劑單位時(shí)間內(nèi)加氫異構(gòu)化的處理量，降低主產(chǎn)品150N基礎(chǔ)油的傾點(diǎn)則是提高了異構(gòu)化反應(yīng)的深度，均需提高反應(yīng)溫度。

3 結(jié) 論

(1) 在原料中蠟質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.1%、150N基礎(chǔ)油產(chǎn)品性質(zhì)相同的條件下，進(jìn)料量每提高1 t/h，反應(yīng)溫度需提高約0.5 ℃。即在生產(chǎn)操作中提高進(jìn)料量時(shí)，為獲得相同性質(zhì)的主產(chǎn)品，需相應(yīng)地提高反應(yīng)溫度。

(2) 主產(chǎn)品的傾點(diǎn)對(duì)反應(yīng)溫度的影響很大。在原料中蠟質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.1%、進(jìn)料量為47 t/h的條件下，150N基礎(chǔ)油傾點(diǎn)每降低1 ℃，反應(yīng)溫度需提高1.2 ℃左右。

(3) 在原料的蠟含量上升時(shí)，為達(dá)到相同的產(chǎn)品性質(zhì)，反應(yīng)溫度需提高。原料蠟含量越高，主產(chǎn)品傾點(diǎn)每降低1 ℃，反應(yīng)溫度提高的幅度越大。

[1] Adhvaryu A，Erhan S Z，Sahoo S K，et al.Thermo-oxidative stability studies on some new generation API group Ⅱ and Ⅲ base oils[J].Fuel，2002，81(6)：785-791

[2] Sharma B K，Adhvaryu A，Sahoo S K，et al.Influence of chemical structures on low-temperature rheology，oxidative stability，and physical properties of group Ⅱ and Ⅲ base oils[J].Energy and Fuels，2004，18(4)：952-959

[3] Schwager B P，Hardy B J，Aguilar G A.Improved response of turbine oils based on group Ⅱ hydrocracked base oils compared with those based on solvent refined base oils[R].ASTM Special Technical Publication，STP1407：71-78

[4] 安軍信，劉霞.國外APIⅡ/Ⅲ類潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油生產(chǎn)工藝路線概述[J].潤(rùn)滑油，2004，19(4)：10-16

[5] 劉全杰，方向晨，廖士綱，等.異構(gòu)降凝催化劑反應(yīng)性能的研究[J].煉油技術(shù)與工程，2005，35(1)：22-25

[6] Wittenbrink R J，Bauman R F，Ryan D F，et al.Biodegradable high performance hydrocarbon base oils：The United States，US 6506297[P].2003-11-14

[7] Aldrich H S，Wittenbrink R J.Lubricant base oil having improved oxidative stability：The United States，US 6008164[P].1999-01-30

[8] Clark J R，Wittenbrink R J，Ryan D F，et al.Isoparaffinic base stocks by dewaxing Fisher-Tropsch wax hydroisomerate over Pt/H-mordenite：The United States，US 6179994[P].2001-01-30

[9] Miller S J，Dahlberg A J，Krishna K R，et al.Process for producing a highly paraffinic diesel fuel having a high iso-paraffin to normal paraffin mole ratio：The United States，US 6204426[P].2001-03-20

[10]Miller S J，Rosenbaum J M.Method for producing a plurality of lubricant base oils from paraffinic feedstock：The United States，US6962651[P].2005-11-08

STUDY OF FACTORS AFFECTING HYDROGENATION ISOMERIZATION DEWAXING REACTION TEMPERATURE

Huang Xiaozhu， Li Ming， Gong Weiguo， Wang Zeai

(CNOOCHuizhouPetrochemicalsCompany，Huizhou，Guangdong516086)

Huizhou Petrochemical Company of CNOOC Energy Development Ltd. introduced the hydroisomerization dewaxing technology developed by Chevron Company and invested in the construction of a 400 kt/a hydroisomerization dewaxing unit. The hydrocracking tail oil is used as a raw material. Under the same reaction pressure and hydrogen/oil ratio conditions， the effect of the feed rate and its wax content， and pour point of main product (150N base oil) on the reaction temperature were tested. The results show that in order to achieve the same properties of 150N base oil using the same kind of raw material， the reaction temperature is increased by about 0.5 ℃ for every increase of feed rate 1 t/h； and that in the case of stable feeding quantity， reaction temperature needs to increase by about 1.2 ℃ for every 1 ℃ reduction of pour point of 150 base oil. When the feed rate and the property of base oil 150N remain unchanged， the reaction temperature increases with increasing wax mass faction of the feed.

hydrocracking tail oil； hydroisomerization dewaxing； reaction temperature； pour point

2014-01-08； 修改稿收到日期： 2014-04-15。

黃小珠，碩士，工程師，從事加氫基礎(chǔ)油生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品應(yīng)用研究工作，發(fā)表論文多篇。

黃小珠，E-mail：huangxzh1@126.com。

中海油能源發(fā)展股份有限公司科技項(xiàng)目(HFKJ-SH1201)。