RL-2催化劑在潤滑油高壓加氫裝置上的催化性能

張小雨，段 猛，吳 昊

(中石油克拉瑪依石化有限責任公司，新疆 克拉瑪依 834003)

潤滑油的基礎油是潤滑油使用性能的決定因素[1]。潤滑油基礎油的理想組分是支鏈烷烴(異構(gòu)烷烴)和帶有長烷基側(cè)鏈的單環(huán)環(huán)烷烴。潤滑油基礎油加氫處理(通常稱為潤滑油加氫)技術是通過深度加氫轉(zhuǎn)化的方法使多環(huán)烴類轉(zhuǎn)化為理想組分，同時幾乎完全脫除雜環(huán)化合物。RL-2催化劑是由中國石化石油化工科學研究院(簡稱石科院)開發(fā)、中國石化催化劑有限公司長嶺分公司生產(chǎn)的第二代潤滑油基礎油加氫處理催化劑，其活性組分為Ni-Mo-W體系，具有較強的脫硫、脫氮及稠環(huán)芳烴加氫飽和活性，同時兼具適當?shù)拈_環(huán)及異構(gòu)化性能。已有的工業(yè)應用結(jié)果表明RL-2催化劑具有較強的原料適應性、較高的加氫精制性能、較好的選擇性開環(huán)裂化功能以及活性穩(wěn)定性[2]。潤滑油加氫處理過程中發(fā)生的主要化學反應有：脫除含硫、氧、氮等的雜環(huán)化合物；芳烴飽和、環(huán)烷烴開環(huán)及異構(gòu)化；正構(gòu)烷烴或低分支異構(gòu)烷烴臨氫異構(gòu)化為高分支異構(gòu)烷烴；烷烴的加氫裂化以及帶有長烷基側(cè)鏈的環(huán)烷烴加氫脫烷基反應，而加氫裂化和脫烷基這類反應通常容易導致輕油的產(chǎn)生，降低潤滑油收率[2-5]。

中石油克拉瑪依石化有限責任公司(簡稱克拉瑪依石化)在2018年8月全廠大檢修期間將RL-2催化劑應用于Ⅰ套潤滑油高壓加氫裝置第一段加氫反應器。以下對此應用情況進行介紹。

1 裝置簡介

克拉瑪依石化 Ⅰ 套高壓加氫裝置是國內(nèi)第一套全部采用國內(nèi)技術的潤滑油高壓加氫裝置。采用石科院開發(fā)的環(huán)烷基潤滑油基礎油兩段加氫工藝及催化劑技術，其工藝流程為加氫處理-臨氫降凝/加氫補充精制。第一段加氫處理采用較苛刻的反應條件，對潤滑油基礎油進行加氫改質(zhì)；第二段臨氫降凝單元采用專門的催化劑，在臨氫狀況下，降低潤滑油基礎油的凝點；第二段加氫補充精制單元用來改善潤滑油基礎油的氧化安定性和光安定性，反應條件較緩和。

通過高壓催化加氫對潤滑油潤滑油進行加氫改質(zhì)、臨氫降凝和加氫補充精制，選擇合適的原料、催化劑和工藝條件可生產(chǎn)出不同黏度等級的潤滑油基礎油，該裝置是屬于高溫、高壓、臨氫催化工藝過程的一套裝置，可加工環(huán)烷基原油的減壓餾分油和輕脫瀝青油，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的環(huán)保橡膠填充油、光亮油和變壓器油、冷凍機油等，其質(zhì)量水平達到國際先進水平。

2 RL-2催化劑工業(yè)應用

2.1 RL-2催化劑硫化

RL-2催化劑上的金屬活性組分通常以氧化態(tài)形式存在，使用前需進行預硫化。催化劑的預硫化需要在一定溫度和氫分壓條件下在反應器內(nèi)進行，通常采用CS2、二甲基二硫醚(DMDS)等含硫化合物作為硫化劑。

整個硫化過程嚴格按照理論硫化曲線進行，共歷時40 h，自硫化開始大致可以分為4個升溫段、4個恒溫段和1個降溫段。催化劑硫化期間的反應器床層溫度變化曲線如圖1所示。

圖1 催化劑硫化期間反應器床層溫度變化曲線

2.2 催化劑初期活性

RL-2催化劑硫化結(jié)束后引環(huán)烷基原油的減二線油原料進行初活穩(wěn)定，結(jié)束后調(diào)整工藝參數(shù)正式轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)階段。裝置進行了以環(huán)烷基原油的減二線油、減三線油、減四線油為原料的生產(chǎn)工作，以下以裝置加工此3種原料時的生產(chǎn)情況對RL-2催化劑的初期活性進行評價。受市場需求影響，3種原料之間的切換較為頻繁且無固定順序。由于裝置采用兩段加氫工藝，第一段加氫反應效果的好壞關系到整個裝置的平穩(wěn)運行。第一段加氫的評價指標之一為其加氫生成油(簡稱中間油)的S、N含量，要求二者質(zhì)量分數(shù)均不大于5 μgg。第一段加氫中，催化劑脫S、N效果的好壞直接受反應深度的影響，反應程度越深則脫S、N的效果越好。此外，第一段加氫的輕油產(chǎn)率也是判斷反應深度的重要參考，其計算方法如式(1)所示。為保證潤滑油收率，在保證中間油S、N含量合格的前提下，應盡量降低輕油收率。

(1)

式中：輕油生成量為經(jīng)過第一段加氫反應后冷高壓分離器分出的輕油量，th；總生成油量為經(jīng)過第一段加氫反應后產(chǎn)出的油品總量，th。

2.2.1 以環(huán)烷基原油的減二線油為原料RL-2催化劑開工初期加工環(huán)烷基原油的減二線油時的生產(chǎn)數(shù)據(jù)如表1所示。RL-2催化劑首次加工環(huán)烷基減二線原料時，在保證產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下加工量快速提升至滿負荷生產(chǎn)狀態(tài)，催化劑在轉(zhuǎn)入活性穩(wěn)定期前經(jīng)歷了一個短暫的活性下降階段，此時裝置進行適當?shù)奶釡卣{(diào)整，彌補了活性損失。

表1 裝置開工初期加工環(huán)烷基原油減二線油時的生產(chǎn)數(shù)據(jù)

由表1可以看出，RL-2催化劑加工環(huán)烷基原油的減二線油時，中間油的S、N含量穩(wěn)定合格，輕油收率逐漸下降并最終趨于穩(wěn)定。可見，RL-2催化劑首次應用于克拉瑪依石化Ⅰ套高壓加氫裝置加工環(huán)烷基減二線原料時，加工負荷能夠快速提升至滿負荷以上，并表現(xiàn)出穩(wěn)定的催化性能，能夠為裝置的穩(wěn)定高效運行提供有力保障。

2.2.2 以環(huán)烷基原油的減三線油為原料RL-2催化劑加工環(huán)烷基原油的減三線油時的生產(chǎn)數(shù)據(jù)如表2所示，加工量維持40 th不變，根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量分析情況對反應溫度進行調(diào)整。

表2 裝置加工環(huán)烷基原油減三線油時的生產(chǎn)數(shù)據(jù)

由表2可以看出：RL-2催化劑加工環(huán)烷基減三線原料時反應溫度呈現(xiàn)出先小幅持續(xù)提升并最終趨于穩(wěn)定的變化趨勢，催化劑床層溫度由初始的353 ℃逐步提升至360 ℃并維持穩(wěn)定；中間油的S、N含量穩(wěn)定合格，輕油收率逐漸下降并最終也趨于穩(wěn)定，說明隨著生產(chǎn)的進行催化劑活性逐步降低并最終轉(zhuǎn)入活性穩(wěn)定期，在此過程中床層溫度有小幅提升以彌補催化劑活性損失。由此可見，經(jīng)歷過加工環(huán)烷基減二線油以后，RL-2催化劑加工環(huán)烷基減三線原料時，在滿負荷生產(chǎn)的情況下，中間油穩(wěn)定合格，較好地適應了原料切換。

2.2.3 以環(huán)烷基原油的減四線油為原料RL-2催化劑加工環(huán)烷基原油的減四線油時的生產(chǎn)數(shù)據(jù)如表3所示，加工量維持35～36 th不變，根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量分析情況對反應溫度進行調(diào)整。

表3 裝置加工環(huán)烷基原油減四線油時的生產(chǎn)數(shù)據(jù)

由表3可以看出：RL-2催化劑加工環(huán)烷基原油減四線油時，在保證產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下，催化劑反應溫度呈現(xiàn)出小幅度持續(xù)提升的變化趨勢，由初始的365 ℃逐步提升至370 ℃并穩(wěn)定維持。說明RL-2催化劑對于環(huán)烷基減四線原料而言仍有一個高活性期，隨著生產(chǎn)的進行活性逐步降低并最終轉(zhuǎn)入活性穩(wěn)定期，在此過程中需將床層溫度小幅穩(wěn)步提升以彌補催化劑活性損失，待催化劑快速進入活性穩(wěn)定期。由表3還可以看出，中間油的S、N含量穩(wěn)定合格，輕油收率穩(wěn)定。

綜上可見，RL-2催化劑經(jīng)歷環(huán)烷基原油的減二線油、減三線油、減四線油原料生產(chǎn)，表現(xiàn)出良好的催化活性和較強的原料適應性。

2.3 RL-2催化劑的活性穩(wěn)定性

以2018年10月至2019年8月的生產(chǎn)數(shù)據(jù)為依據(jù)對RL-2催化劑的活性穩(wěn)定性進行考察。期間，裝置加工以上3種原料時的生產(chǎn)數(shù)據(jù)分別見表4～表6。受市場銷售情況影響，各原料切換較為頻繁且無固定順序。

表4 2018-10—2019-08裝置加工環(huán)烷基原油減二線油時的生產(chǎn)數(shù)據(jù)

表5 2018-10—2019-08裝置加工環(huán)烷基原油減三線油時的生產(chǎn)數(shù)據(jù)

表6 2018-10—2019-08裝置加工環(huán)烷基原油減四線油時的生產(chǎn)數(shù)據(jù)

由表4～表6可以看出：裝置加工環(huán)烷基原油減二線油時加工量維持在高負荷狀態(tài)，催化劑床層溫度穩(wěn)定維持在355 ℃，中間油的S、N含量穩(wěn)定合格；加工環(huán)烷基原油減三線油時加工量穩(wěn)定保持在高負荷狀態(tài)，中間油S、N含量穩(wěn)定合格，催化劑床層溫度穩(wěn)定維持在360 ℃；加工環(huán)烷基原油減四線油時加工量穩(wěn)定保持在高負荷狀態(tài)，中間油S、N含量穩(wěn)定合格，催化劑床層溫度穩(wěn)定維持在370 ℃?？梢姡谝荒甑纳a(chǎn)周期考察中，RL-2催化劑表現(xiàn)出良好的活性穩(wěn)定性。

RL-2催化劑加工各原料油時的潤滑油收率變化趨勢見圖2。由圖2可以看出：RL-2催化劑加工環(huán)烷基原油的減二線油、減三線油、減四線油時均保持較高的潤滑油收率，在開工初期即可穩(wěn)定保持在公司業(yè)績指標達標值以上；經(jīng)過后續(xù)的優(yōu)化調(diào)整后，潤滑油收率穩(wěn)步提高，能夠較為穩(wěn)定地達到挑戰(zhàn)值以上。綜上可見，RL-2催化劑表現(xiàn)出優(yōu)良的活性穩(wěn)定性，同時潤滑油收率穩(wěn)定維持在較高水平。

圖2 RL-2催化劑加工各原料油時的潤滑油收率變化趨勢

3 結(jié) 論

(1)RL-2催化劑應用于工業(yè)化生產(chǎn)初期加工環(huán)烷基原油的減二線油、減三線油、減四線油各原料時均能夠快速進入催化活性穩(wěn)定狀態(tài)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定合格，說明其具有較強的原料適應性。

(2)通過綜合分析裝置于2018年10月至2019年8月的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，RL-2催化劑長期加工上述各原料時反應溫度無大幅調(diào)整，產(chǎn)品質(zhì)量合格，說明其具有良好的活性穩(wěn)定性。

(3)RL-2催化劑加工上述各原料時均保持較高的潤滑油收率，在開工初期即可穩(wěn)定保持在公司業(yè)績指標達標值以上，經(jīng)過后續(xù)的優(yōu)化調(diào)整后潤滑油收率穩(wěn)步提高，能夠較為穩(wěn)定地達到挑戰(zhàn)值以上。