環(huán)烷基餾分油高壓加氫生產(chǎn)特種油品的研究

劉玉佩，曾 海，徐魯燕，馮 彬，郝敏彤，王 波

（1.中國(guó)石油石油化工研究院大慶化工研究中心，黑龍江 大慶 163714；2.中國(guó)石油遼河石化公司，遼寧 盤(pán)錦 124002；3.蘭州中石油潤(rùn)滑油添加劑有限公司，甘肅 蘭州 730060）

環(huán)烷基原油相比石蠟基和中間基原油儲(chǔ)量最少，中國(guó)的環(huán)烷基原油主要分布在遼河、克拉瑪依和渤海灣地區(qū)［1］。環(huán)烷基油具有低含蠟、高密度，低粘度指數(shù)等特點(diǎn)，可根據(jù)其特點(diǎn)生產(chǎn)變壓器油、冷凍機(jī)油、工業(yè)白油等對(duì)傾點(diǎn)要求低且對(duì)粘度指數(shù)要求不高的潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)品。隨著環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)苛以及市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高，高質(zhì)量的潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)品亟需開(kāi)發(fā)，潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油加工工藝也需改進(jìn)和提高［2~5］。

此研究以遼河油田環(huán)烷基減3線餾分油為原料，在中型裝置上模擬工業(yè)裝置流程進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證全氫法高壓加氫工藝能否生產(chǎn)出滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的潤(rùn)滑油產(chǎn)品，考察不同工藝操作參數(shù)對(duì)油品性能的影響，選擇合適的工藝條件，為某40×104t/a工業(yè)裝置開(kāi)工生產(chǎn)提供指導(dǎo)和依據(jù)。

1 試驗(yàn)

1.1 催化劑

采用某公司提供的加氫催化劑，加氫處理催化劑為L(zhǎng)H-26，異構(gòu)脫蠟催化劑為SLD-821，補(bǔ)充精制催化劑為L(zhǎng)N-5。

1.2 原料和裝置

遼河稠油環(huán)烷基減3線餾分油主要性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 原料油性質(zhì)

從表1的分析結(jié)果可知，試驗(yàn)原料密度大、粘度大、環(huán)烷烴含量高，是典型的環(huán)烷基油；S含量、N含量較高，芳烴含量高，油品較重，加工難度較大；傾點(diǎn)和粘度指數(shù)低，適合用來(lái)生產(chǎn)特種油品中對(duì)傾點(diǎn)和粘度指數(shù)要求不高的粗白油、變壓器油、冷凍機(jī)油和橡膠油等［6］。

采用的主要裝置有：固定床加氫裝置、實(shí)沸點(diǎn)蒸餾裝置。

1.3 試驗(yàn)流程

試驗(yàn)分2部分：固定床加氫和產(chǎn)品餾分切割。

固定床加氫主要包括1段加氫處理脫除硫氮，2段加氫異構(gòu)脫蠟降低傾點(diǎn)，3段加氫補(bǔ)充精制使芳烴飽和。高壓加氫得到的產(chǎn)品進(jìn)入實(shí)沸點(diǎn)蒸餾裝置進(jìn)行餾分切割，產(chǎn)品餾分切割主要是根據(jù)設(shè)定的切割溫度切割餾分，得到各個(gè)潤(rùn)滑油產(chǎn)品。工藝流程示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 特種油品生產(chǎn)工藝流程

2 結(jié)果與討論

加氫原料以及原料經(jīng)過(guò)1段、3段加氫之后得到的產(chǎn)品性質(zhì)對(duì)比見(jiàn)表2。

由表2數(shù)據(jù)可以看出，原料經(jīng)過(guò)加氫處理后，S含量由原來(lái)的2 419.8μg/g降為1.18μg/g，N含量由原來(lái)的1 327.6μg/g降為1.85μg/g，符合異構(gòu)脫蠟—加氫補(bǔ)充精制的進(jìn)料對(duì)S、N含量的要求（要求S<2μg/g，N<2μg/g）。原料經(jīng)過(guò)3段加氫后粘度和密度有大幅度下降，傾點(diǎn)和閃點(diǎn)也有下降；從產(chǎn)品顏色來(lái)看，顏色由深綠變透明。

表2 混合減3線原料、1段、3段加氫產(chǎn)品性質(zhì)對(duì)比

由此可以看出，加氫處理—異構(gòu)脫蠟—加氫補(bǔ)充精制工藝能夠很好的改善油品性質(zhì)，全氫法工藝可以用來(lái)處理較重的原料油［7］。

2.1 溫度對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的影響

在一定的壓力、空速、氫油比的條件下，隨著溫度升高，反應(yīng)速度常數(shù)增加，反應(yīng)速度加快，含S、N物質(zhì)與H2反應(yīng)加快，產(chǎn)品中S、N含量降低。不同溫度對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的影響見(jiàn)圖2。

圖2 不同溫度對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的影響

2.2 氫油比對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的影響

不同氫油比下產(chǎn)品中S、N含量的變化見(jiàn)圖3。

圖3 不同氫油比對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的影響

從圖3可以看出，在一定的溫度、壓力、空速條件下，隨著氫油比的增大，產(chǎn)品中S、N含量降低。氫油比加大，反應(yīng)器內(nèi)氫分壓上升，有利于提高反應(yīng)深度。氫油比增加有助于抑制結(jié)焦前驅(qū)物的脫氫縮合反應(yīng)，使催化劑表面積炭量下降，既可維持催化劑的高活性，又可延長(zhǎng)催化劑的使用周期。但是，當(dāng)氫油比持續(xù)增大時(shí)，氣體流速加快，反應(yīng)物在催化劑床層里的停留時(shí)間縮短，反應(yīng)時(shí)間減少，不利于加氫反應(yīng)進(jìn)行。因此確定合適的氫油比對(duì)于優(yōu)化加氫處理至關(guān)重要。

2.3 空速對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的影響

產(chǎn)品中S、N含量與空速呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，即隨著空速增加，產(chǎn)品中S、N含量增加?？账僭龃髸r(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)催化劑的原料油的量增加，造成原料油與催化劑的接觸時(shí)間不夠長(zhǎng)，不能進(jìn)行充分的反應(yīng)，導(dǎo)致原料油中硫氮化合物不能充分脫除。因此，降低空速有利于反應(yīng)物之間充分反應(yīng)，盡可能多的降低產(chǎn)品中的硫氮含量，但空速不宜太低，影響生產(chǎn)效率?？账賹?duì)產(chǎn)品性質(zhì)的影響見(jiàn)圖4。

圖4 不同空速對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的影響

不同操作參數(shù)對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)有不同的影響強(qiáng)度，為確定溫度、空速、氫油比對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)影響的大小，設(shè)計(jì)了3因素3水平正交試驗(yàn)表，見(jiàn)表3。

表3 混合減3線1段加氫3因素3水平正交試驗(yàn)表

根據(jù)催化劑廠家提供的相關(guān)數(shù)據(jù)，溫度、空速和氫油比分別選取3個(gè)條件進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)結(jié)果計(jì)算出極差，得到操作條件對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)影響的大小。

操作條件對(duì)產(chǎn)品S、N含量均有影響，故將分開(kāi)計(jì)算操作條件對(duì)產(chǎn)品S、N含量的影響極差。在操作條件對(duì)產(chǎn)品S含量影響的極差計(jì)算中，溫度對(duì)產(chǎn)品S含量影響的極差為1.84，氫油比對(duì)產(chǎn)品S含量影響的極差為1.99，空速對(duì)產(chǎn)品S含量影響的極差為3.52。從極差數(shù)值大小可以看出，空速對(duì)產(chǎn)品S含量影響最大，氫油比次之，溫度影響最小。在操作條件對(duì)產(chǎn)品N含量影響的極差計(jì)算中，溫度對(duì)產(chǎn)品N含量影響的極差為1.14，氫油比對(duì)產(chǎn)品N含量影響的極差為1.51，空速對(duì)產(chǎn)品N含量影響的極差為3.69。從極差數(shù)值大小可以看出，空速對(duì)產(chǎn)品N含量影響最大，氫油比次之，溫度影響最小。

通過(guò)考察溫度、空速、氫油比對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的影響及影響大小，確定合適的操作條件［8］為：溫度378℃，空速0.3 h-1，氫油比1 000：1。

2.4 不同切割溫度下的餾分性質(zhì)

混合減3線原料經(jīng)過(guò)3段加氫后得到的產(chǎn)品需進(jìn)行更進(jìn)一步的餾分切割，切割溫度及收率見(jiàn)表4，得到的餾分油性質(zhì)見(jiàn)表5。

表4 3段加氫產(chǎn)品切割溫度及餾分收率

表5 餾分油性質(zhì)

3 結(jié)論

通過(guò)考察溫度、空速、氫油比對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的影響及影響的強(qiáng)度，得到的影響大小為空速>氫油比>溫度，由此確定的合適的操作條件為溫度378℃，空速0.3 h-1，氫油比1 000：1。

以遼河油田環(huán)烷基減3線餾分油為原料，經(jīng)過(guò)全氫法得到的產(chǎn)品進(jìn)入實(shí)沸點(diǎn)蒸餾裝置，根據(jù)切割溫度的不同可以得到白油、變壓器油、冷凍機(jī)油、橡膠油等特種油品。