潤(rùn)滑油加氫技術(shù)工程化問(wèn)題及對(duì)策

甯龍(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

0 引言

潤(rùn)滑油加氫技術(shù)是為了生產(chǎn)不同類(lèi)型的潤(rùn)滑油，將原油中組分較重的油品進(jìn)行分餾，得到不同輕重組分的餾分潤(rùn)滑油料和渣油，餾分潤(rùn)滑油料便可作為潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油制取各類(lèi)油品。

1 潤(rùn)滑油加氫技術(shù)工程化發(fā)展情況

潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油生產(chǎn)中的“老三套”工藝都屬于物理技術(shù)，將油品中的理想組分和非理想組分進(jìn)行分離，從而改善潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油的組成和性能。而加氫工藝屬于化學(xué)過(guò)程，在面對(duì)性質(zhì)較差的原油時(shí)加氫精制技術(shù)已經(jīng)替代傳統(tǒng)的溶劑精制工藝。常規(guī)加氫工藝中的加氫處理是APIⅡ類(lèi)和Ⅲ類(lèi)油的主要技術(shù)，可以有效改善油品性質(zhì)，提升油品黏度指數(shù)；穩(wěn)定性處理技術(shù)多是建設(shè)在加氫處理或加氫催化脫蠟工藝之后，該技術(shù)可以脫除部分芳烴以及不飽和化合物，得到顏色與氧化安全性更好的產(chǎn)品；加氫補(bǔ)充精制工藝在潤(rùn)滑油加工前后都可進(jìn)行，前期補(bǔ)充精制可增強(qiáng)后續(xù)溶劑精制的相分離效果，提高精制油的收率等。而后期補(bǔ)充精制可脫除上游工藝過(guò)程后殘留的溶劑、硫化物、含氧化物等，改善油品的透明度、氣味等性質(zhì)。加氫技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于可以根據(jù)生產(chǎn)需求采用不同的工藝方案。比如在加氫裂化和加氫處理改善基礎(chǔ)油黏度指數(shù)的要求下，就可以利用催化脫蠟的方式降低基礎(chǔ)油的凝點(diǎn)和傾點(diǎn)?，F(xiàn)階段，工業(yè)生產(chǎn)上所采用的加氫工藝多是與傳統(tǒng)工藝相結(jié)合的生產(chǎn)方式，例如溶劑抽提→加氫處理→溶劑脫蠟等。

自20世紀(jì)90年代開(kāi)始，原油質(zhì)量逐漸變差，在潤(rùn)滑油對(duì)基礎(chǔ)油產(chǎn)品要求不斷提高的背景下，對(duì)潤(rùn)滑油加氫技術(shù)的工程化發(fā)展提出了新的要求。國(guó)內(nèi)外石油企業(yè)紛紛投入到潤(rùn)滑油加氫技術(shù)工程化的研發(fā)和實(shí)踐當(dāng)中，出現(xiàn)了諸多潤(rùn)滑油加氫技術(shù)工藝。

2 潤(rùn)滑油加氫技術(shù)工程化出現(xiàn)的問(wèn)題

2.1 升溫升壓要求

根據(jù)加工原油的特性以及相關(guān)產(chǎn)品的需求，在潤(rùn)滑油加氫處理中有三種工藝方式，即高壓加氫處理、中壓加氫處理和全氫型處理。高壓加氫處理工藝的壓力不得小于18 MPa，原料油品以減壓餾分油和脫瀝青油為主，高壓加氫處理的流程簡(jiǎn)單，適用原料油廣泛，不過(guò)需要一定的投資和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油的收率較低。中壓加氫處理與高壓加氫處理的差別在于加氫處理前需要經(jīng)過(guò)溶劑精制加工，其優(yōu)點(diǎn)包括操作靈活、收率高，但相關(guān)副產(chǎn)品的價(jià)值不及高壓加氫處理。而全氫型則是最為簡(jiǎn)單的技術(shù)流程，可以生產(chǎn)高質(zhì)量的基礎(chǔ)油，相對(duì)的其生產(chǎn)成本較高。

從高壓和中壓潤(rùn)滑油加氫處理技術(shù)工程化來(lái)看，需要高壓、高溫設(shè)備作為工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，而現(xiàn)階段高壓、高溫設(shè)備多采用鉻鉬合金鋼材料，來(lái)保證高溫高壓生產(chǎn)過(guò)程中的安全。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，溫度低于93 ℃時(shí)對(duì)設(shè)備加壓所產(chǎn)生的應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)鋼材料屈服極限的20%，但是為了滿(mǎn)足鉻鉬合金鋼材料設(shè)備的升溫要求，在開(kāi)工后會(huì)快速升溫，這就造成加氫裝置在一段時(shí)間內(nèi)無(wú)法進(jìn)行升壓操作，而且升溫過(guò)快也會(huì)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，容易導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生脆裂問(wèn)題。

2.2 加氫基礎(chǔ)油氧化安定性差

在潤(rùn)滑油加氫技術(shù)工藝中影響技術(shù)工藝效果的主要是催化劑和工藝流程兩點(diǎn)。工程化的工藝流程主要取決于企業(yè)生產(chǎn)要求和產(chǎn)品需求，而催化劑是加氫技術(shù)中不可或缺的要素，傳統(tǒng)加氫技術(shù)采用的催化劑多是氧化態(tài)加氫催化劑，其本身雖然是催化劑成品，但穩(wěn)定性和活性不高，在加氫處理中與油品產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)后也會(huì)造成基礎(chǔ)油的氧化穩(wěn)定性不高的缺點(diǎn)，使得加氫基礎(chǔ)油在有氧條件下出現(xiàn)顏色變深、透明度偏低等問(wèn)題。為了提高加氫基礎(chǔ)油的安定性，石油加工企業(yè)目前多采用在加氫反應(yīng)器內(nèi)注入二甲基二硫醚等硫化劑，也就是器內(nèi)硫化過(guò)程，可以使催化劑具有更高的活性和穩(wěn)定性。不過(guò)硫化時(shí)間以及硫化劑注入加氫裝置等流程需要較長(zhǎng)時(shí)間，進(jìn)而影響到了加氫處理的開(kāi)工時(shí)間，仍需進(jìn)一步研究相關(guān)硫化技術(shù)[1]。

2.3 加氫基礎(chǔ)油性質(zhì)變差

正常情況下加氫處理是為了改善潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油的性質(zhì)，而在潤(rùn)滑油加氫處理過(guò)程中會(huì)受到溫度的影響，而導(dǎo)致油品出現(xiàn)絮狀物，油品渾濁度升高等問(wèn)題，即便油品的關(guān)鍵性指標(biāo)皆可滿(mǎn)足技術(shù)要求，但是外觀普遍渾濁，尤其是在重質(zhì)基礎(chǔ)油的加氫處理后，油品渾濁比例可達(dá)到75%以上，就會(huì)導(dǎo)致這些油品難以售賣(mài)出去。

2.4 節(jié)能降耗及環(huán)保要求

近年來(lái)我國(guó)在環(huán)境保護(hù)，節(jié)能降耗方面出臺(tái)了諸多政策要求，在潤(rùn)滑油加氫技術(shù)工程化應(yīng)用中節(jié)能降耗以及環(huán)境保護(hù)要求也是需要石油加工企業(yè)考慮的重要因素，這對(duì)于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展有著重要影響。潤(rùn)滑油加氫處理中主要涉及燃料氣、汽提蒸汽用量、循環(huán)水和電四個(gè)方面，某潤(rùn)滑油加氫處理裝置能耗結(jié)構(gòu)如表1所示，可以看出實(shí)際能耗通常都高于設(shè)計(jì)能耗，浪費(fèi)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，這對(duì)于潤(rùn)滑油加氫技術(shù)工程化的擴(kuò)展造成了一定影響。

表1 某潤(rùn)滑油加氫處理裝置能源消耗結(jié)構(gòu)表

3 潤(rùn)滑油加氫技術(shù)工程化問(wèn)題的解決對(duì)策

3.1 滿(mǎn)足升溫升壓要求的途徑

潤(rùn)滑油加氫處理裝置是升溫升壓的基礎(chǔ)，只有處理裝置能夠滿(mǎn)足升溫升壓的要求，才能有效解決升溫升壓帶來(lái)的問(wèn)題。在設(shè)備方面需要結(jié)合鉻鉬合金鋼材料的特點(diǎn)，設(shè)定好反應(yīng)器、換熱器的最低溫度，以最低溫度作為設(shè)備升溫的最低條件。而在加氫工藝方面，需要保障鉻鉬合金鋼在先升溫后升壓過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)脆化問(wèn)題，可以在處理裝置升溫過(guò)程中設(shè)定循環(huán)氫壓縮機(jī)全開(kāi)循環(huán)，利用循環(huán)氫流動(dòng)的方式減緩溫度突然升高的趨勢(shì)，保證氫氣在升壓期間能夠滿(mǎn)足升壓最低溫度的工藝條件。此外，直接調(diào)整基礎(chǔ)油的硅含量、鐵含量、瀝青質(zhì)含量，協(xié)調(diào)反應(yīng)進(jìn)料加熱、反應(yīng)器運(yùn)作也可以在一定程度上降低快速升溫或升壓對(duì)加氫技術(shù)的影響。

3.2 提高加氫基礎(chǔ)油氧化安定性

提高加氫基礎(chǔ)油氧化安定性可以從催化劑和處理技術(shù)兩方面著手。先是催化劑硫化技術(shù)方面，中國(guó)石油化工科學(xué)研究院研發(fā)的一步浸漬法制備預(yù)硫化劑(RPS)或是撫順石油化工研究院研發(fā)的器外預(yù)硫化(EPRES)等技術(shù)，都是通過(guò)將硫化劑負(fù)載到氧化態(tài)催化劑上，再通過(guò)升溫分解產(chǎn)生硫化氫。雖然在一定程度上縮短了硫化時(shí)間，但并不顯著，而且活化過(guò)程中高濃度的硫化氫還會(huì)腐蝕設(shè)備。為此，器外真硫化態(tài)潤(rùn)滑油加氫處理催化劑開(kāi)始在工業(yè)應(yīng)用上嶄露頭角，器外真硫化態(tài)潤(rùn)滑油加氫處理催化劑是先用加氫處理催化劑在器外進(jìn)行真硫化處理，同時(shí)貴金屬催化劑對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行異構(gòu)、降凝處理，再使用氫氣將貴金屬催化劑還原為金屬態(tài)催化劑。在潤(rùn)滑油加氫處理前就在器外完成了催化劑的加工，避免了在加氫過(guò)程中使用硫化劑，排放出含硫氣體或液體，相關(guān)流程更為簡(jiǎn)單，可以在確保加氫基礎(chǔ)油氧化安定性的基礎(chǔ)上，減少操作，加快作業(yè)效率[2]。而在處理技術(shù)方面則主要是針對(duì)基礎(chǔ)油進(jìn)行前期處理。例如擁有“老三套”裝置的企業(yè)可以加強(qiáng)溶劑精制效果，盡可能脫除基礎(chǔ)油中的氮化物和芳烴，也可加入白土精制?；蚴沁\(yùn)用旋轉(zhuǎn)氧彈法來(lái)提高氧分壓與氧化安定性之間的關(guān)系，可以通過(guò)提高反應(yīng)溫度、降低空速、提高氫油比例，使基礎(chǔ)油在誘導(dǎo)期的氧化安定性能變好，如果其氧化安定性依然較差，也可以提高異構(gòu)脫脂來(lái)降低芳烴飽和度。

3.3 改善加氫基礎(chǔ)油性質(zhì)

將減壓蠟油淺度脫蠟，除去基礎(chǔ)油中正構(gòu)烷烴分子，脫蠟油再加氫等方式是傳統(tǒng)改善加氫基礎(chǔ)油性質(zhì)的方法，雖然在一定程度上優(yōu)化加氫基礎(chǔ)油性質(zhì)，但在低溫條件下，部分重質(zhì)油渾濁度依然較高，外觀難以符合市場(chǎng)需求。因此，對(duì)于加氫基礎(chǔ)油，尤其是重質(zhì)基礎(chǔ)油，應(yīng)當(dāng)在加氫處理的環(huán)節(jié)優(yōu)化異構(gòu)脫蠟條件，使長(zhǎng)鏈異構(gòu)烷烴和帶環(huán)烷基團(tuán)可以充分進(jìn)入孔道與催化劑反應(yīng)，避免因劣化反應(yīng)而進(jìn)入加氫基礎(chǔ)油當(dāng)中。在分餾環(huán)節(jié)的減壓塔可采用重沸汽提，增強(qiáng)對(duì)加氫基礎(chǔ)油的過(guò)濾。也可以采用高活性的異構(gòu)脫蠟或催化脫蠟催化劑來(lái)減少多環(huán)芳烴。

3.4 降低加氫處理能源消耗

潤(rùn)滑油加氫技術(shù)工程化能源消耗的降低也需要從設(shè)備和工藝兩方面進(jìn)行探討。在潤(rùn)滑油加氫處理裝置中常壓分餾塔和減壓分餾塔是燃料氣能源消耗占比最大的設(shè)施，換熱網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)不夠合理才導(dǎo)致常壓分餾塔和減壓分餾塔的能耗水平較高。在潤(rùn)滑油加氫處理工程化設(shè)計(jì)中要形成能量回收利用的換熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這樣不僅能夠降低能源的消耗，而且在加氫處理中的氫活化溫度也可以得到優(yōu)化，降低整個(gè)加氫工程的成本。而相關(guān)工藝技術(shù)則與潤(rùn)滑油加氫處理的產(chǎn)品有較大關(guān)系，橡膠油、光亮油所采用的高壓加氫工藝較為特殊，相關(guān)性質(zhì)和產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)化方式需要結(jié)合有關(guān)石油加工企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)得到。以中海油高芳烴餾分油生產(chǎn)環(huán)保輪胎油為例，單段高壓加氫處理工藝生產(chǎn)芳烴值在10%左右的環(huán)保輪胎油收率在90%以上，有著良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保作用[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

在潤(rùn)滑油加氫技術(shù)工程化發(fā)展過(guò)程中，石油加工企業(yè)研發(fā)出諸多加氫處理技術(shù)工藝，為潤(rùn)滑油加氫技術(shù)工程化發(fā)展提供助力，不過(guò)也出現(xiàn)了一些問(wèn)題，針對(duì)相關(guān)問(wèn)題，文章提出了調(diào)整加氫處理裝置，提高加氫基礎(chǔ)油氧化安定性，改善加氫基礎(chǔ)油性質(zhì)，降低加氫處理能源消耗等對(duì)策，進(jìn)一步促進(jìn)潤(rùn)滑油加氫技術(shù)工程化的穩(wěn)步發(fā)展。