石蠟基潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油高壓加氫裝置運(yùn)行分析及改進(jìn)建議

王啟升，王 娟，曹華民，田喜磊，劉懷蘭

(中海油氣(泰州)石化有限公司，江蘇 泰州 225300)

隨著環(huán)保政策日益趨嚴(yán)，市場(chǎng)對(duì)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油提出了更高的質(zhì)量要求，在市場(chǎng)總體產(chǎn)能相對(duì)過(guò)剩的情況下，高品質(zhì)的基礎(chǔ)油產(chǎn)量仍相對(duì)不足[1-3]。以加氫處理為核心的工藝技術(shù)所產(chǎn)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油具有收率高、質(zhì)量好、副產(chǎn)品質(zhì)量好、工藝靈活性大的優(yōu)點(diǎn)[4-5]。從國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)[6-7]可知，高壓加氫可大幅提高精制深度，有效脫除硫、氮等雜質(zhì)，并能改進(jìn)黏度指數(shù)，已成為世界潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的潮流。

中海油某石蠟基潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油高壓加氫裝置自開(kāi)工以來(lái)陸續(xù)出現(xiàn)了基礎(chǔ)油收率低、減四線重潤(rùn)滑油產(chǎn)品不合格等問(wèn)題，如不加以解決將影響裝置效益、客戶信心和市場(chǎng)推廣。以下對(duì)問(wèn)題的原因進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上提出改進(jìn)建議，以期對(duì)同類裝置解決類似問(wèn)題提供幫助。

1 裝置運(yùn)行情況

1.1 裝置概況

該石蠟基潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油高壓加氫裝置以石蠟基混合原油的減三線和減四線餾分油為原料，以生產(chǎn)API Ⅱ+或API Ⅲ類潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油為主要目的產(chǎn)品。裝置流程示意如圖1所示。

1.2 工藝原理

圖2 全加氫工藝中的主要反應(yīng)

1.3 存在的問(wèn)題

裝置開(kāi)工以來(lái)，主要面臨反應(yīng)溫度高、基礎(chǔ)油收率低和減四線重潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)品部分指標(biāo)不合格等問(wèn)題，具體見(jiàn)圖3～圖5，所用數(shù)據(jù)均為2017年生產(chǎn)后期連續(xù)6個(gè)月的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。由于減三線油的實(shí)際加工時(shí)間較短(每個(gè)周期約20天，其中減三線油只占14)，反應(yīng)參數(shù)未實(shí)現(xiàn)相應(yīng)調(diào)整，故生產(chǎn)中加工減三線油和減四線油時(shí)的操作參數(shù)相差不大，數(shù)據(jù)中未進(jìn)行區(qū)分。

圖3 3個(gè)反應(yīng)器平均床層溫度變化◆—R101； ■—R301； ▲—R302

圖4 基礎(chǔ)油和粗石腦油的收率變化

圖5 減四線重潤(rùn)滑油產(chǎn)品的指標(biāo)變化趨勢(shì)◆—黏度(40 ℃)； ■—傾點(diǎn)； ▲—濁點(diǎn)

由圖3可見(jiàn)，在6個(gè)月的時(shí)間里，3個(gè)反應(yīng)器的平均床層溫度均有不同程度的上升，其中以R301平均床層溫度上升幅度最大，達(dá)20 ℃左右。R301為異構(gòu)脫蠟反應(yīng)器，在實(shí)際生產(chǎn)中，反應(yīng)器出口溫度曾一度逼近設(shè)計(jì)末期溫度。

由圖4可見(jiàn)，基礎(chǔ)油和粗石腦油的實(shí)際收率均嚴(yán)重偏離內(nèi)控值，而且作為副產(chǎn)品的粗石腦油收率仍呈上升趨勢(shì)。

由圖5可見(jiàn)，減四線重潤(rùn)滑油產(chǎn)品的黏度(40 ℃)、傾點(diǎn)、濁點(diǎn)等指標(biāo)均呈不同程度的惡化趨勢(shì)，已基本無(wú)法合格生產(chǎn)出裝置最重要的效益產(chǎn)品10CST油已基本無(wú)法合格生產(chǎn)出裝置最重要的效益產(chǎn)品10CST油。

2 原因分析

在該石蠟基潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油高壓加氫裝置的實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)以下現(xiàn)象：①加工減四線油時(shí)，二段進(jìn)料氮含量經(jīng)常超標(biāo)(見(jiàn)表1，要求氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于2 μgg)，因此需要提高一段溫度來(lái)應(yīng)對(duì)，說(shuō)明一段進(jìn)料氮含量較高或一段催化劑脫氮能力不足;②一段進(jìn)料蠟含量較高，實(shí)驗(yàn)室測(cè)得減四線油的蠟質(zhì)量分?jǐn)?shù)經(jīng)常在60%以上，委托研究機(jī)構(gòu)測(cè)試時(shí)甚至高達(dá)68%(見(jiàn)表1)，高出內(nèi)控值約1倍，在二段的脫蠟過(guò)程中存在催化劑能力不足而脫除效果不佳的可能。從以上兩個(gè)方面著手，對(duì)裝置進(jìn)料性質(zhì)進(jìn)行分析。

表1 二段進(jìn)料氮含量月度超標(biāo)天數(shù)及一段進(jìn)料蠟含量分析結(jié)果

2.1 氮含量及其形態(tài)

減四線油的氮含量見(jiàn)圖6。對(duì)裝置一段和二段進(jìn)料中氮化物的形態(tài)進(jìn)行質(zhì)譜分析，結(jié)果見(jiàn)圖7和圖8。

圖6 減四線油氮含量實(shí)際值與內(nèi)控值對(duì)比

圖7 減四線油一段進(jìn)料中氮化物的形態(tài)

圖8 減四線油二段進(jìn)料中氮化物的形態(tài)

由圖6～圖8可見(jiàn)：減四線油進(jìn)料總氮含量偏低，未超過(guò)內(nèi)控值；減四線油一段和二段進(jìn)料中都含有較多碳數(shù)多、不飽和程度高的氮化物，甚至是碳數(shù)在40以上的氮化物；減四線油二段進(jìn)料中既含有碳數(shù)多、不飽和程度高的氮化物，也含有較多的碳數(shù)少、不飽和程度低的氮化物。

2.2 進(jìn)料及其潤(rùn)滑油組分的結(jié)構(gòu)組成

對(duì)減四線油的組成進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表2。對(duì)減四線油及其所產(chǎn)潤(rùn)滑油組分進(jìn)行結(jié)構(gòu)組成分析，結(jié)果見(jiàn)表3。由表2和表3可見(jiàn)：減四線油的芳烴含量高于內(nèi)控值，且環(huán)烷烴含量也較高(質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)42.8%)；減四線油所生成的潤(rùn)滑油組分的鏈烷烴含量較低，其成分主要以環(huán)烷烴為主(質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)77.1%)，且含有一定數(shù)量的多環(huán)環(huán)烷烴。結(jié)合表1的蠟含量數(shù)據(jù)，說(shuō)明蠟主要是以環(huán)狀結(jié)構(gòu)存在的。

表2 減四線油的組成

表3 減四線油及其潤(rùn)滑油組分的結(jié)構(gòu)組成 φ，%

通過(guò)以上分析，對(duì)造成該石蠟基潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油高壓加氫裝置反應(yīng)溫度高、基礎(chǔ)油收率低、減四線重潤(rùn)滑油指標(biāo)不合格等問(wèn)題的原因總結(jié)如下：

(1)減四線進(jìn)料中總氮含量雖然不高，但含有較多的高碳數(shù)、高不飽和度的氮化物,不易被脫除，致使一段反應(yīng)器必須保持較高的溫度來(lái)脫氮。過(guò)高的溫度又容易引起原料裂解，致使基礎(chǔ)油收率偏低，粗石腦油收率偏高，也使基礎(chǔ)油黏度降低。

(2)一段脫除不凈的氮化物進(jìn)入到二段，容易引起貴金屬催化劑失活。二段催化劑需提高溫度以滿足產(chǎn)品指標(biāo)的要求，過(guò)高的溫度再次引起原料裂解，導(dǎo)致基礎(chǔ)油收率和黏度降低，粗石腦油收率增加。

(3)減四線進(jìn)料蠟含量高于內(nèi)控值，且多以環(huán)狀的形式存在，并含有一定數(shù)量的多環(huán)環(huán)烷烴，增加了異構(gòu)化的難度，致使產(chǎn)品傾點(diǎn)、濁點(diǎn)等指標(biāo)經(jīng)常不合格。二段需進(jìn)一步提溫來(lái)應(yīng)對(duì)這種情況，造成了裂化反應(yīng)的進(jìn)一步增加，致使基礎(chǔ)油收率和黏度進(jìn)一步降低，粗石腦油收率進(jìn)一步提高。

3 結(jié)論及建議

(1)分析了某石蠟基潤(rùn)滑油高壓加氫裝置實(shí)際運(yùn)行中存在的問(wèn)題，主要是反應(yīng)溫度高、基礎(chǔ)油收率低和減四線重潤(rùn)滑油產(chǎn)品部分指標(biāo)不合格等，裝置已基本無(wú)法生產(chǎn)合格的10CST基礎(chǔ)油。

(2)減四線進(jìn)料總氮含量雖然不高，但含有較多不易脫除的大分子氮化物，需要提高一段溫度來(lái)應(yīng)對(duì)，從而增加了裂解反應(yīng)，降低了基礎(chǔ)油收率。

(3)減四線油的蠟含量高于內(nèi)控值，且蠟的形態(tài)以環(huán)烷烴為主，需要更高的二段溫度來(lái)降低傾點(diǎn)和濁點(diǎn)，溫度的提高進(jìn)一步增加了裂解反應(yīng)，降低了基礎(chǔ)油收率。

(4)短期的解決措施主要從降低進(jìn)料的大分子氮化物和大分子蠟含量入手，建議采取以下3項(xiàng)措施：①降低空速?？账俚慕档蛯⒂行p輕催化劑的負(fù)擔(dān)，相對(duì)提高催化劑的脫氮和脫蠟?zāi)芰?。②延長(zhǎng)減三線油的加工時(shí)間。設(shè)計(jì)中以減三線油與減四線油進(jìn)料時(shí)間5∶3的比例來(lái)加工，但根據(jù)市場(chǎng)情況，實(shí)際以減三線油與減四線油進(jìn)料時(shí)間1∶3的比例加工，加重了催化劑的負(fù)擔(dān)。延長(zhǎng)減三線油加工時(shí)間能夠沖洗催化劑中的大分子物質(zhì)，恢復(fù)催化劑的部分活性。③降低減四線油的終餾點(diǎn)。降低終餾點(diǎn)，能夠降低進(jìn)料中的大分子氮化物和多環(huán)蠟的含量，減輕催化劑負(fù)擔(dān)。

(5)中長(zhǎng)期的解決方案著眼于整體解決，建議采取以下3項(xiàng)措施：①摻煉其它油品,如溶劑脫蠟油、加氫裂化尾油等氮含量低、蠟含量低的原料油;②選擇適合的加工原油;③采用更高效的新型催化劑及級(jí)配方案。