加工不同原料時潤滑油加氫裝置反應器床層的變化

韓 鎮(zhèn),李 翔

(中國石油化工股份有限公司濟南分公司，山東 濟南 250101)

本文以中石化濟南分公司30萬t/年潤滑油加氫裝置為研究對象，改裝置以糠醛精制油(減三線，減四線和輕脫瀝青油)為原料，經過高壓加氫改質，改善油品的黏溫性能、光安定性及熱氧化安定性，反應后經過常減壓分餾工序，得到高性能的含蠟潤滑油基礎油[1]。

潤滑油加氫反應部分包括兩個反應器，分別為加氫處理、加氫精制反應器。在加氫處理反應器中主要發(fā)生的是硫、氮、氧的雜環(huán)化合物加氫分解反應、烯烴和芳香烴的加氫飽和分子裂化反應；加氫精制反應是將原料中的少量烯烴和芳香烴進行進一步的飽和。兩個反應器的操作壓力為17.0MPa。處理反應器的反應溫度為370～380℃，有四個床層，床層間設有冷氫點以控制反應溫度。精制反應器的反應溫度維持在280℃，有兩個床層。

1 問題分析

本文通過分析潤滑油加氫反應器在加工不同原料時各床層急冷氫量和溫升的變化趨勢來研究反應器內部的反應。

1.1 原料成分

由表1可知，減四線原料所含的膠質、芳烴、氮、硫的含量均要高于減三線原料。

表1 潤滑油加氫裝置原料性質

1.2 總床層溫升

表2 加氫反應器床層總溫升

表2為兩個反應器在加工減三、減四線原料時的床層總溫升變化，由此可知，精制反應器的總床層溫升遠低于處理反應器，潤滑油加氫的反應主要在處理反應器中進行。處理反應器在加工減四線時的反應程度明顯大于在減三線時。

1.3 反應器穩(wěn)定性

圖1 處理反應器第二床層冷氫量

裝置自2017年5月檢修后開工至2019年7月，一直交替加工減三線、減四線原料，期間反應加工量、氫油比、反應溫度、反應壓力等操作指標變化不大。圖1為處理反應器第二床層在該生產周期內所需冷氫量的變化趨勢圖，由該圖可知，雖然經過多次原料換線，但加工同種原料時冷氫量變化趨勢和范圍重復性較好，表明反應器穩(wěn)定性和催化劑活性保持較好[2]。

1.4 處理反應器各床層反應研究

圖2 加氫處理反應器各床層裝置溫升

(圖中①、②、③箭頭對應原料改變和溫度調整的時間)

圖2和圖3分別是處理反應器在2019年5月22日到2019年6月26日時，各床層溫升和床層冷氫量的變化趨勢。

通常床層溫升可以表明床層反應的劇烈程度，由圖2和圖3對比可知，床層溫升和該床層冷氫量的變化趨勢是高度一致的，并且二者相比,冷氫量的變化趨勢更加精細，因此可以選用床層冷氫量來研究床層的反應規(guī)律。

在圖3中，從5月22日到箭頭①處，裝置加工減四線原料，反應溫度控制為373℃。從箭頭①處到箭頭②處裝置加工減三線原料，反應溫度控制376℃。從箭頭②到6月26日，裝置加工減四線原料，反應溫度在箭頭③前，控制為372℃，箭頭③后反應溫度提高至373℃。其他反應指標在此期間內均無改變。

由圖3可知, 在減四線時，第一床層的冷氫量維持在3800～4000m3N/h；在減三線時，冷氫量維持在4500～4800m3N/h，該床層在加工減三線時的劇烈程度要強于加工減四線。

第二床層的冷氫量受原料切換的影響很大：加工減三線時所需的冷氫量遠高于加工減四線。減四線為原料時，第二床層的冷氫量最終下降到2000～2200m3N/h，在減三線時，冷氫量一直處于增長狀態(tài)，最終穩(wěn)定在6500～7500m3N/h。

第三床層的冷氫量受原料切換的影響同樣很明顯：加工減四線時，冷氫量由2500m3N/h快速上升到7000～7500m3N/h，再緩慢降低到6500～7000m3N/h。而加工減三線時，冷氫量先快速下降到3500m3N/h，再緩慢下降到2500m3N/h。

反應溫度調整對冷氫量的影響可以從圖3中看出：自箭頭③處，反應溫度提升1℃后，三個床層的冷氫量都會相應的增大，說明反應器中的反應仍主要受熱力學因素影響[3]。

結合圖2和圖3可知，在加工不同原料時，各床層對反應的貢獻是不一樣的。在加工減三線時，第二床層的貢獻最大，各床層對反應的貢獻從大到小分別為二、一、三、四；在加工減四線時，反應主要發(fā)生在第三、四床層，各床層對反應的貢獻從大到小分別是三、四、二、一。

表3 加氫處理反應器在換線時各床層冷氫量穩(wěn)定時所需要的時間

各床層冷氫量，尤其是第二床層冷氫量，在加工不同原料時的不同變化原因分析如下:

(1)雖然加氫處理反應器發(fā)生的反應種類較多，但發(fā)生相同類型、不同分子大小的加氫反應，其速率會隨著分子的增大而降低，故分子數目越小的加氫反應越優(yōu)先反生。所以不論是減三線還是減四線，第一床層首先發(fā)生一些較小分子且容易發(fā)生的反應，也因此該床層在加工不同原料時反應速率的差別主要受溫度變化的影響[4]。

(2)在加工減四線時，當反應進行到第二床層時，原料所剩的小分子數目已經不多，催化劑只能優(yōu)先吸附上一些較大的分子，而這些分子的裂解反應速率較慢。當反應到第三床層時，原料中的較大分子已經裂解變小，并且待發(fā)生加氫的原料還有很多，因此在第三四床層，反應速率會重新增大。而在加工減三線時，由于減三線原料中的較大分子數目較少，所以第二床層的反應速率很大，并且發(fā)生反應的類型應該與第三四床層在減四線發(fā)生的反應類似。當反應到第三床層時，由于原料在第二床層反應了很多，剩余沒有反應的原料大幅減少，所以第三床層會隨著第二床層反應量的增大而減少。

(3)表3為各床層冷氫量在換線時經過大幅變化而最終穩(wěn)定所需的時間，通過表3可以簡單驗證該推斷。減四線原料所含的一些較大分子的數量要遠超于減三線原料，這些分子的反應速率雖然很慢但卻容易被吸附，而且一旦吸附到催化劑上，需要很長的時間才能被置換。所以，在加工減三線時，第二床層冷氫量所需要的穩(wěn)定時間最長。而在第一床層上，由于催化劑首先吸附的是較小分子，所以第一床層所需的置換時間在加工減三線和減四線時均不長。

2 結論

本文對潤滑油加氫反應器的床層急冷氫量和溫升進行了分析，發(fā)現，潤滑油加氫反應主要發(fā)生在加氫處理反應器上。在加工不同原料時，不同床層對反應的貢獻不同：在加工減三線原料時，加氫處理反應器上第二床層對潤滑油加氫反應的貢獻最大；而在加工減四線原料時，第三、四床層對潤滑油加氫反應的貢獻最大。加工不同原料，各床層發(fā)生反應所表現的差異性，可能和不同原料中所含較大分子數目不同有關。