潤滑油高壓加氫裝置運(yùn)行情況分析及應(yīng)對措施

陳曉梅，孫柏軍，閆 軍

（盤錦北方瀝青燃料有限公司，遼寧 盤錦 124221）

生產(chǎn)工藝

潤滑油高壓加氫裝置運(yùn)行情況分析及應(yīng)對措施

陳曉梅，孫柏軍，閆 軍

（盤錦北方瀝青燃料有限公司，遼寧 盤錦 124221）

本文分析了50萬t·a-1潤滑油高壓加氫裝置開工運(yùn)行以來存在的反應(yīng)器床層壓降高、徑向溫差大，產(chǎn)品顏色深、安定性差等問題。停工對催化劑撇頭并更換部分新劑重新開工后，情況有所改善。分析發(fā)現(xiàn)，原料性質(zhì)、催化劑裝填質(zhì)量對床層壓降和徑向溫差有很大影響，而操作條件和催化劑性能是影響產(chǎn)品顏色和安定性的主要因素。采取控制原料性質(zhì)和催化劑裝填質(zhì)量、調(diào)整操作條件等措施，以解決潤滑油加氫裝置運(yùn)行存在的問題，延長裝置的運(yùn)行周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

潤滑加氫；運(yùn)行情況；催化劑；產(chǎn)品質(zhì)量

盤錦北方瀝青燃料有限公司50萬t·a-1潤滑油高壓加氫裝置于2012年建成投產(chǎn)，2016年進(jìn)行了搬遷改造。該裝置以環(huán)烷基減壓蠟油為原料，通過加氫精制、臨氫降凝和后精制反應(yīng)，產(chǎn)品為變壓器油、冷凍機(jī)油及橡膠填充油的基礎(chǔ)油。該裝置自改造后開工運(yùn)行以來，存在產(chǎn)品顏色深、安定性差、反應(yīng)器床層壓降上升快和床層徑向溫差大等問題，嚴(yán)重影響了裝置的產(chǎn)品質(zhì)量、運(yùn)行周期和經(jīng)濟(jì)效益。本文對盤錦北燃公司潤滑油加氫裝置的運(yùn)行問題進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的應(yīng)對措施。

1 潤滑油加氫裝置概況

1.1 工藝流程

盤錦北方瀝青燃料有限公司潤滑油加氫裝置的處理能力是50萬t·a-1(8400h)，操作彈性60%～110%。裝置分為加氫反應(yīng)和產(chǎn)品分餾兩部分。加氫反應(yīng)部分包括2臺加氫反應(yīng)器（一反為加氫精制反應(yīng)器，二反為降凝和后精制反應(yīng)器）、熱高分、冷高分、熱低分和冷低分系統(tǒng)、氫氣循環(huán)系統(tǒng)；產(chǎn)品分餾部分包括脫丁烷塔、常壓塔、減壓塔和側(cè)線汽提塔。

1.2 原料及產(chǎn)品組成

潤滑油加氫裝置的原料及減壓餾分油的性質(zhì)如表1所示。

表1 潤滑油加氫裝置原料及產(chǎn)品性質(zhì)Table 1 The characteristics of feedstock and products for lube oil hydrotreating

1.3 操作條件

加氫反應(yīng)的操作條件如表2所示。

表2 加氫反應(yīng)器操作條件Table 2 The operational conditions of hydro-treating reactors

1.4 催化劑裝填方案

一反加氫精制反應(yīng)器，采用托普索公司TK-609高活性加氫精制催化劑，二反降凝和后精制反應(yīng)器采用北京石科院RDW-1降凝催化劑和RJW-3后精制催化劑。催化劑裝填情況如表3和表4所示。

表3 一反催化劑裝填情況Table 3 The catalyst loading diagram of 1st reactor

表4 二反催化劑裝填情況Table 4 The catalyst loading diagram of 2rd reactor

2 裝置運(yùn)行情況

2016年7月，盤錦北方瀝青燃料有限公司50萬t·a-1潤滑油加氫裝置搬遷后首次開工運(yùn)行，每天處理原料龍卡多蠟油約為900t，加氫精制平均反應(yīng)溫度為362℃，反應(yīng)器入口壓力16.5MPa。

對于目標(biāo)產(chǎn)品減壓側(cè)線油，其中減二線產(chǎn)品賽波特色度為27，從外觀上看顏色呈水白色，傾點(diǎn)低至-39℃，硫氮含量低；減三和減底產(chǎn)品賽波特色度測不出，產(chǎn)品略呈紅棕色，硫氮含量高于減二線油，且產(chǎn)品在日光照射24h后會有顏色加重的現(xiàn)象。

裝置開工后2個月，一反床層壓差有不斷上升趨勢，并且一反床層底部還出現(xiàn)了徑向溫差大的問題，其中有兩個溫度點(diǎn)溫差已達(dá)140℃。隨著裝置運(yùn)行時間延長，一反床層壓降繼續(xù)升高，已由開工初期的1.5kg·cm-2漲到末期的10 kg·cm-2，已接近床層設(shè)計(jì)允許的最大壓力降12kg·cm-2。此時裝置已處于運(yùn)行末期，為了安全生產(chǎn)，潤滑油加氫裝置被迫停工。

3 原因分析及解決方案

3.1 催化劑床層壓降高

在加氫精制反應(yīng)器中主要發(fā)生加氫脫硫、脫氮、烯烴及芳烴飽合、裂化等反應(yīng)，以滿足降凝催化劑的進(jìn)料要求。裝置運(yùn)行末期，一反床層壓降已達(dá)10kg·cm-2，將一反頂蓋打開后，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器入口分配盤表面及泡罩內(nèi)部均有大量黑色粉末狀物質(zhì)存在，粉末在分配盤上沉積厚度近2mm。將一反床層催化劑卸出，發(fā)現(xiàn)催化劑床層內(nèi)也有大量黑色粉末存在。使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP）對黑色粉末和待生催化劑分別進(jìn)行元素分析，數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 黑色粉末和待生催化劑的ICP分析數(shù)據(jù)Table 5 Analysis of black power and spent catalyst by ICP

從表5數(shù)據(jù)可以看出，黑色粉末的主要成分是鐵，占16.983%，焦炭含量為3%，其次是鈣和鈉。對于待生催化劑顆粒，焦炭含量占12%，除金屬Ni和V含量高以外，F(xiàn)e含量也高達(dá)0.3246%。表6為裝置原料鐵離子含量分析。通過表6數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，原料中鐵離子含量最高時已達(dá)到4.39×10-6。

表6 潤滑油加氫原料中鐵離子含量Table 6 The content of iron ions in the feed for lube hydrotreating

3.1.1 原料中鐵離子含量高

一般來說，鐵離子是造成反應(yīng)系統(tǒng)壓降升高的最主要原因。原料鐵離子會與H2S反應(yīng)生成FeS，沉積在反應(yīng)器入口原料分配器及催化劑床層上，導(dǎo)致催化劑床層結(jié)垢。而FeS在高溫下有促成生焦的功能，使原料中的生成物進(jìn)一步聚合轉(zhuǎn)化為焦炭，除沉積在催化劑孔道及表面以外，還能夠從原料油中析出，堆積在催化劑顆粒之間，引起床層壓降上升。原料中鐵離子含量高，可能的原因是常減壓裝置中所含硫及環(huán)烷酸在高溫下腐蝕設(shè)備，引起原料中鐵離子含量升高，極少部分是來自原油自身所含的鐵離子[1]。

3.1.2 原料膠質(zhì)含量高

原料中含有稠環(huán)芳烴、殘?zhí)?、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)在催化劑表面吸附后縮合結(jié)焦，致使催化劑活性下降，反應(yīng)器床層壓降上升[2]。由于我公司現(xiàn)有龍卡多蠟油屬外貯油，需經(jīng)過汽車槽車運(yùn)送到煉油廠進(jìn)行加工，在外貯及運(yùn)輸過程中原料油與空氣接觸，空氣中的氧會溶解在原料油中，氧化生成聚合物或膠質(zhì)。從表1可見，原料中膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量高達(dá)0.18%和0.27%，這也是造成反應(yīng)器壓降快速上升的主要原因之一。聚合物和膠質(zhì)還會造成換熱器、加熱爐管和反應(yīng)器床層結(jié)垢生焦，導(dǎo)致反應(yīng)器壓力上升，縮短開工運(yùn)行周期。

當(dāng)精制反應(yīng)器催化劑床層壓降接近或達(dá)到設(shè)計(jì)值時，必須停工處理。可以采用撇頭的辦法，將床層頂部已經(jīng)結(jié)垢的催化劑卸下，過篩除去粉塵后再裝入反應(yīng)器中，或更換新催化劑。但撇頭只能解決床層頂部一定深度內(nèi)催化劑顆粒間的堵塞問題，因此裝置再運(yùn)行時，壓力降上升速度更快，運(yùn)轉(zhuǎn)周期變短。

3.1.3 原料優(yōu)化控制

為了解決反應(yīng)器壓降升高問題，除了對原油進(jìn)行電脫鹽處理外，將常減壓裝置常壓及減壓爐爐管、減壓塔到各側(cè)線塔、各側(cè)線塔到泵入口、泵入口到換熱器入口管線材質(zhì)由碳鋼升級為不銹鋼等，這些措施可降低原料中因腐蝕帶來的鐵離子。同時，按時分析鐵離子含量，以便及時調(diào)整注緩蝕劑量?？刂圃现薪饘匐x子含量，避免原料油接觸氧，采用原料直供或貯罐氮?dú)饷芊獾姆绞?，減少原料與空氣接觸，以保證裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 床層徑向溫差大

徑向溫差實(shí)際反映催化劑床層流體的分布情況或發(fā)生溝流的嚴(yán)重程度。加氫反應(yīng)器徑向溫差不應(yīng)大于反應(yīng)器高徑比的3.5倍，約3～7℃之間。

3.2.1 催化劑裝填對徑向溫差的影響

針對加氫精制反應(yīng)器一反床層底部出現(xiàn)徑向溫差較大的問題，將一反床層催化劑卸出后發(fā)現(xiàn)底部催化劑有結(jié)塊現(xiàn)象。床層徑向溫差的大小一般與催化劑裝填質(zhì)量有很大的關(guān)系，催化劑裝填不當(dāng)，易出現(xiàn)催化劑部分床層塌陷，產(chǎn)生流動分布問題，這種情況會反映在床層出口徑向溫差大。催化劑床層入口分配器設(shè)計(jì)不好或損壞、反應(yīng)器入口分配盤不均勻積垢、催化劑分配盤上不均勻堵塞等，也會造成催化劑床層徑向溫差大[3]。但這幾個原因會先反映在床層入口徑向溫差大。同床層熱電偶安裝深度有差別以及測量誤差也會造成徑向溫差大。

3.2.2 機(jī)械雜質(zhì)的影響

原料中未過濾掉的小顆粒環(huán)烷酸鐵、硫化亞鐵等機(jī)械雜質(zhì)和系統(tǒng)中的其他雜質(zhì)進(jìn)入反應(yīng)器分配器及床層[4]，會導(dǎo)致床層物料由于分配器不同部位積垢而產(chǎn)生偏流，同時反應(yīng)熱不能及時撤出而使多環(huán)芳烴縮合結(jié)焦，內(nèi)部熱量積聚導(dǎo)致溫度上升，也會導(dǎo)致床層徑向溫差擴(kuò)大。

3.2.3 進(jìn)料分配器

現(xiàn)有50萬t·a-1年潤滑油加氫裝置的反應(yīng)器入口物料分配器為傳統(tǒng)的泡罩式分配器，此種分配器在物料黏度很大時容易導(dǎo)致物料分配不均，而溢流式分配盤有利于黏度大的原料物料均勻分配。

3.2.4 優(yōu)化措施

在催化劑裝填時，首先要保證催化劑裝填均勻；在裝填過程中，進(jìn)料要避免凸型、凹型、斜線型等催化劑分布不均的裝填情況。另外應(yīng)防止催化劑自由下落高度過高等，影響裝填密度，嚴(yán)禁催化劑形成尖堆，以免較大的顆粒滾落在四周邊緣處，致使催化劑床層的孔隙嚴(yán)重不均，反應(yīng)物料形成溝流或偏流，造成床層徑向溫差較大。

3.3 產(chǎn)品顏色及安定性差

減三線和減底產(chǎn)品呈紅棕色且易變色，主要與油品組成有關(guān)。潤滑油基礎(chǔ)油的顏色與其含有的烯烴、氮和芳烴含量有關(guān)。從表1中減二線與減三線產(chǎn)品的含量對比可以發(fā)現(xiàn)，兩種產(chǎn)品單環(huán)芳烴含量較接近，分別為4.2%和4.6%；多環(huán)芳烴的含量分別為2.7%和4.4%，二者的氮含量也很相近，分別為21×10-6和22×10-6，但是二者的賽波特色度卻相差很大，這充分證明了多環(huán)芳烴影響潤滑油產(chǎn)品的色度。

產(chǎn)品中不飽和烴類較活潑，容易與空氣中的氧結(jié)合，生成過氧化物自由基，然后發(fā)生縮合。加氫處理減壓側(cè)線油中含有部分加氫的多環(huán)芳烴，這類物質(zhì)非常不穩(wěn)定，是影響產(chǎn)品光安定性的主要原因[5]。

我公司潤滑油加氫裝置產(chǎn)品有顏色及安定性差，主要是由于加氫精制段烯烴和芳烴飽和程度不夠造成的。因此，想解決產(chǎn)品質(zhì)量問題，建議調(diào)整優(yōu)化操作條件，使催化劑發(fā)揮出最大性能。

4 結(jié)論

為解決以上問題，建議：1）優(yōu)化操作，提高芳烴尤其是多環(huán)芳烴的飽和度，提高油品的顏色和光安定性；2）考慮原料罐區(qū)投用氮封措施以減少原料氧化和生成膠質(zhì)；另外，有必要為裝置提供優(yōu)質(zhì)原料和對輸送原料的管道材質(zhì)進(jìn)行升級，以免腐蝕造成大量鐵離子進(jìn)入到原料中，造成反應(yīng)器床層壓降升高；同時，按時分析鐵離子含量，以便及時調(diào)整注緩蝕劑量；3）嚴(yán)格控制催化劑裝填質(zhì)量，保證催化劑床層空隙率均勻分布以避免偏流，使得催化劑活性得以平穩(wěn)均勻發(fā)揮，延長催化劑使用壽命。

[1] 杜俊杰.精制反應(yīng)器床層壓降升高原因分析及對策[J].廣州化工，2011，39(20)：117-127.

[2] 趙德強(qiáng).潤滑油加氫處理裝置生產(chǎn)分析及建議[J].潤滑油，2002，17(2)：17-21.

[3] 王興敏.固定床加氫反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件的開發(fā)與應(yīng)用[J].煉油設(shè)計(jì)，2001，31(8)：24-27.

[4] 徐彬.渣油加氫裝置運(yùn)行中存在問題及措施[J].煉油技術(shù)與工程，2013，43(2)：24-27.

[5] 馬志文.環(huán)烷基潤滑油高壓加氫技術(shù)的應(yīng)用[J].山東化工，2015，44(9)：113-116.

Operation Status Analysis of Lube Oil High-pressure Hydrotreating Unit and Countermeasures

CHEN Xiaomei, SUN Bojun, YAN Jun
(Panjin North Asphalt Fuel Co. Ltd, Panjin 124221, China)

TE 626.3

B

1671-9905(2016)12-0054-04

陳曉梅(1982-)，女，遼寧撫順人，漢族，研究生學(xué)歷，工程師，主要從事煉油工藝技術(shù)管理，電話：0427-8808581/13654130576，E-mail: 13654130576@163.com

2016-10-24