加氫脫芳精制溶劑油的研究

徐雅男

（山西潞安煤基精細(xì)化學(xué)品有限公司，山西 長治 047500）

當(dāng)前我國溶劑油方面的生產(chǎn)發(fā)展較為迅速，結(jié)合其在食用油、醫(yī)藥、印刷油墨和皮革等行業(yè)的應(yīng)用價值和高品質(zhì)溶劑油的應(yīng)用需求，要在降低高品質(zhì)溶劑油的對外進(jìn)口量下，使溶劑油朝著系列化和低硫、低芳烴化的方向發(fā)展。溶劑油脫芳烴的技術(shù)較為豐富，有分子篩吸附法、催化加氫法、溶劑萃取法和磺化法等,而催化加氫法在其工藝簡單、生產(chǎn)成本低、油收率高和脫除芳烴效果好的特點(diǎn)下，已經(jīng)成為當(dāng)前很多大中型企業(yè)溶劑油精制技術(shù)的主要選擇，因此有必要對加氫脫芳精制溶劑油的試驗(yàn)進(jìn)行分析，提高精制效果。

1 精制試驗(yàn)

1.1 原料選用

在加氫脫芳潤滑油精制試驗(yàn)中，原料的選取有以下幾方面：

1）在主要的氫氣選擇上，可以考慮中石化股份有限公司分公司制備的工業(yè)氫氣（純度99.9%）；

2）在基礎(chǔ)原料油的選用中，可以通過市面直接購買的方式獲取120#溶劑油，其物化性質(zhì)參考表1。在原料含硫量低于3 μg/g 時，在應(yīng)用脫芳催化劑時便無需考慮加氫脫硫工序，不過結(jié)合表1，在原料油中芳烴含量較高時（0.66%），便需要進(jìn)行加氫精制實(shí)現(xiàn)脫除芳烴；

表1 原料油物化性質(zhì)

3）芳烴加氫催化劑，其主要成本為Pt、Ni、Pd 和第Ⅴm族金屬為催化活性組分，借助氧化鋁為載體制成，結(jié)合成分屬性而言，金屬活性從大到小依次是Pt、Ni、Pd，在參考金屬活性以及成本后，結(jié)合Ni 的價格較低，因此在試驗(yàn)中選擇以Ni 為主要活性組分的NCG 型苯加氫催化劑。在該催化劑的應(yīng)用條件中，針對Ni 容易被原料中的硫化物及硫所毒化，且在有機(jī)硫化物分子逐漸增大下，錨鏈效應(yīng)也逐漸加重，影響著催化劑的活性，因此要對原料進(jìn)行凈化確保原料中硫含量低于3 μg/g，保證NCG 型苯加氫催化劑可以具有較高的應(yīng)用效果。需要注意的是，NCG 型苯加氫催化劑表面存在一層薄氧化鎳膜，需要在裝入工業(yè)反應(yīng)器后，對氧化鎳膜進(jìn)行還原，不過要在保證系統(tǒng)具有良好的氣密性條件下進(jìn)行升溫還原，最后在氫氣流降溫到合適溫度后進(jìn)行試驗(yàn)[1]。

1.2 試驗(yàn)工藝流程

針對120#溶劑油的加氫脫芳烴試驗(yàn)是在200 mL加氫反應(yīng)裝置中進(jìn)行，具體的工藝流程為：原料自計(jì)量泵進(jìn)入，在與氫氣混合后進(jìn)入加氫反應(yīng)器，一般壓力調(diào)節(jié)器對氫氣調(diào)控，反應(yīng)器內(nèi)溫度進(jìn)行串級控制；加氫產(chǎn)物會先通過冷凝器進(jìn)行冷凝，然后依次進(jìn)入高壓分離器和低壓分離器，在分離氫氣與加氫產(chǎn)物后，借助取樣器獲取樣品；尾氣會通過減壓閥進(jìn)行減壓，同時借助調(diào)節(jié)閥、浮子流量計(jì)對試驗(yàn)中的氫油體積比進(jìn)行控制[2]。

1.3 熱力學(xué)分析

對于芳烴加氫試驗(yàn)而言，本質(zhì)上是一個放熱反應(yīng)，當(dāng)在200 ℃中進(jìn)行苯加氫工序時會產(chǎn)生大量熱量（220 kJ/mol），不過隨著反應(yīng)發(fā)生分子數(shù)的降低，對于反應(yīng)而言，降低溫度和增大壓力有著促進(jìn)作用，不過苯加氫在生成環(huán)已烷時也會伴隨一些副反應(yīng)，結(jié)合其發(fā)生原理及過程進(jìn)行分析，選擇非酸性載體、較低反應(yīng)溫度、較高反應(yīng)壓力時，可以提高芳烴加氫反應(yīng)的效果。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 反應(yīng)溫度的影響

將反應(yīng)壓力、氫油體積比、空速分別設(shè)置為3.5 MPa、500、1.0 h，觀察不同反應(yīng)溫度下NCG 型催化劑催化加氫對脫芳烴的影響。結(jié)合反應(yīng)數(shù)據(jù)可以得出以下結(jié)論：第一，隨著溫度的升高，催化加氫脫芳烴的效果逐漸加強(qiáng)，精制溶劑油中的芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸降低；第二，當(dāng)溫度升高到一定數(shù)值后，溫度的升高會對芳烴的脫除產(chǎn)生副作用，其原因本質(zhì)是芳烴加氫反應(yīng)為放熱反應(yīng),過高的溫度會限制加氫化學(xué)反應(yīng)正向進(jìn)行；結(jié)合反應(yīng)數(shù)據(jù)，當(dāng)反應(yīng)溫度控制在140～180 ℃時，精制潤滑油中的芳烴含量均低于1 000 μg/g，芳烴脫除率控制在88.8%～89.7%，且在溫度為160 ℃時，有著最高的芳烴脫除率（89.7%）和最低的芳烴含量（680 μg/g）[3]。

2.2 反應(yīng)壓力的影響

將反應(yīng)溫度、氫油體積比、空速分別設(shè)置為180 ℃、500、1.0 h，觀察不同反應(yīng)壓力下NCG 催化劑催化加氫對脫芳烴的影響，具體結(jié)果可以參考表2。結(jié)合表2 可以得出以下結(jié)論：第一，結(jié)合芳烴加氫反應(yīng)為分子數(shù)逐漸降低的反應(yīng)，引出通過壓力的而提高可以促進(jìn)反應(yīng)朝著產(chǎn)物方向移動，提高芳烴脫除效果；第二，壓力的不斷提高使芳烴的脫除率從89.0%上升到了89.8%，且精制溶劑油中的芳烴含量均低于1 000 μg/g；第三，雖然壓力的提高有利于提高芳烴脫除率，不過壓力主要通過氫分壓來實(shí)現(xiàn)促進(jìn)作用，結(jié)合氫分壓會受到氫油比、壓力、循環(huán)氫純度等方面影響，需要在壓力選擇中，考慮投資方面的合理性。

表2 反應(yīng)壓力對芳烴脫除影響

2.3 空速的影響

將反應(yīng)壓力、溫度、氫油體積比分別設(shè)置為5 MPa、180 ℃、500，觀察空速從1.0 h 提高到2.0 h 下，NCG催化劑催化加氫對脫芳烴的影響。空速越大，原料和催化劑的借助時間變短，不利于反應(yīng)飽和，結(jié)合數(shù)據(jù)需要控制在1.0～2.0 h 之間。具體而言，在空速從1.0 h提高到2.0 h 時，芳烴脫除率可以控制在89.8%～89.3%，且精制溶劑油的芳烴含量都低于1 000 μg/g。

2.4 氫油體積比的影響

將反應(yīng)壓力、溫度、空速分別設(shè)置為5 MPa、180 ℃、1.0 h，觀察不同氫油體積比下NCG 催化劑催化加氫對脫芳烴的影響，具體數(shù)據(jù)可以參考表3。結(jié)合加氫反應(yīng)原理分析，當(dāng)溫度在100～180 ℃時，氫油體積比的提高會促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行，不過在氫油體積比過大時，會降低油氣分壓，進(jìn)而縮短反應(yīng)時間增大能耗，需要結(jié)合反應(yīng)需要選擇合理的氫油比。結(jié)合表3 可知，氫油體積比的不斷提高（150～300），芳烴脫除率也逐漸提高（89.4%～89.8%），雖然脫除率得到了提高，不過與氫油體積比的提高幅度而言，有著較大的差距，芳烴脫除效果不明顯，因此可以得出氫油比體積的增加對溶劑油脫芳烴的影響不大。

表3 氫油體積比對芳烴脫除影響

3 結(jié)語

綜上所述，為了滿足社會發(fā)展對高品質(zhì)溶劑油的需求，本文通過對溶劑油中脫芳烴關(guān)鍵工序的研究，可以更好地選擇脫芳烴的技術(shù)及做好關(guān)鍵因素控制，進(jìn)而在更有效地去除芳烴后，提高溶劑油的品質(zhì)。具體在選擇催化加氫技術(shù)而言，在120#溶劑油中利用NCG 型苯加氫催化劑后，需要將反應(yīng)壓力控制在2～5 MPa、溫度控制在140～180 ℃、氫油體積比控制在150～500、空速控制在1～2 h-1，進(jìn)而可以提高芳烴的脫除率，具體到88.8%～89.8%，且精制溶劑油中芳烴含量低于1 000 μg/g，因此可以證明以上控制因素具有合理性，能滿足社會對高質(zhì)量溶劑油的需要。