顧善龍，張向英，陳春保，肖亞梁

(中海油氣(泰州)石化有限公司，江蘇 泰州 225300)

環(huán)烷基原油是一種稀缺資源，其儲量僅占原油總儲量的2.2%[1]。環(huán)烷基原油經(jīng)加工可得到環(huán)烷基潤滑油基礎(chǔ)油(簡稱基礎(chǔ)油)，而環(huán)烷基基礎(chǔ)油具有傾點低、黏度指數(shù)低、相容性好等特點，市場應(yīng)用前景廣闊[2-4]。中海油綏中SZ36-1原油即屬于環(huán)烷基原油[5-6]，因此中海油氣(泰州)石化有限公司利用潤滑油基礎(chǔ)油高壓加氫裝置，以綏中SZ36-1減一線、減二線、減三線餾分油為原料，采用加氫處理/脫蠟-加氫后精制兩段串聯(lián)式全加氫工藝生產(chǎn)環(huán)烷基基礎(chǔ)油，產(chǎn)品主要用作變壓器油和橡膠增塑劑基礎(chǔ)油。然而，在對該裝置生產(chǎn)環(huán)烷基基礎(chǔ)油的收率進行標定時發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品收率比設(shè)計值低。

針對該問題，本研究以SZ36-1減三線餾分油加氫生產(chǎn)U30變壓器油和N4010橡膠增塑劑的過程為例，分析影響環(huán)烷基基礎(chǔ)油產(chǎn)品收率的因素，并采取相應(yīng)改善措施，以提高基礎(chǔ)油收率，滿足市場需求。

1 餾分油加氫工藝流程

餾分油加氫工藝流程如圖1所示。由圖1可知，餾分油加氫工藝流程主要包括一段反應(yīng)系統(tǒng)、二段反應(yīng)系統(tǒng)和常減壓分餾系統(tǒng)。其中，一段反應(yīng)系統(tǒng)的加氫處理反應(yīng)器(R101)、脫蠟反應(yīng)器(R102)均具有3個催化劑床層，從上至下分別為第一、第二、第三床層，裝有保護劑、加氫處理劑、脫蠟劑等催化劑，床層入口設(shè)有冷氫輸送管線，用以調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度。減三線原料油先進入一段反應(yīng)系統(tǒng)，經(jīng)過R101、R102進行脫金屬、脫硫、脫氮、脫芳烴及催化脫蠟反應(yīng)；之后，進入二段反應(yīng)系統(tǒng)的后精制反應(yīng)器(R103)進行進一步的芳烴飽和反應(yīng)；最后，進入常減壓分餾系統(tǒng)，由減壓塔(C202)的減二線餾出U30變壓器油，由減壓塔塔底得到N4010橡膠增塑劑。

圖1 工藝流程示意

2 標定前基礎(chǔ)油收率

標定前，環(huán)烷基基礎(chǔ)油的收率變化情況如圖2所示。由圖2可知，在2020年5月27日至2020年9月25日期間，共加工4批次減三線原料油，生產(chǎn)過程平穩(wěn)且產(chǎn)品全部合格。環(huán)烷基基礎(chǔ)油的收率最低80.73%、最高86.18%，平均83.67%，比設(shè)計值(89%)低5.33百分點。而且，基礎(chǔ)油收率超過85%的日期僅占總生產(chǎn)日期的12.3%。

圖2 標定前基礎(chǔ)油的收率

3 基礎(chǔ)油收率標定及分析

以2020年5月27日至2020年9月25日期間裝置加工減三線蠟油生產(chǎn)U30變壓器油及N4010橡膠增塑劑的工藝參數(shù)為基礎(chǔ)，于2020年10月20日9：00至2020年10月22日9：00對該裝置加工減三線油生產(chǎn)環(huán)烷基基礎(chǔ)油的收率進行了標定。標定期間原料性質(zhì)、操作條件穩(wěn)定，產(chǎn)品合格。

3.1 原料油性質(zhì)

標定時原料油的性質(zhì)與工藝設(shè)計原料油性質(zhì)指標如表1所示。為使減三線原料油的實際性質(zhì)與設(shè)計值相接近，上游常減壓蒸餾裝置對其減壓塔減三線油的餾出條件進行了調(diào)整，使減三線油的餾程為390.5～470.0 ℃。由表1可知：實際減三線油的30%～90%餾出溫度與設(shè)計值較為接近；上游減壓塔的減三線油略微拔重，重組分增加，相應(yīng)地100 ℃運動黏度提高至18.3 mm2/s，比設(shè)計值高2.7 mm2/s；原料油的硫含量、氮含量、密度與設(shè)計值接近，芳烴質(zhì)量分數(shù)比設(shè)計值高9.12百分點，而金屬含量和傾點均在控制指標范圍內(nèi)。

表1 原料油的性質(zhì)

3.2 工藝參數(shù)

在脫蠟降凝的過程中，原料油發(fā)生加氫裂化反應(yīng)，即長鏈烷烴裂化為具有較低沸點和傾點的短鏈烷烴。裂化反應(yīng)深度越大，則生成的輕組分越多，從而導(dǎo)致基礎(chǔ)油收率相應(yīng)降低，因此反應(yīng)體系中對基礎(chǔ)油收率影響最大的因素為脫蠟反應(yīng)深度。影響脫蠟反應(yīng)深度的主要因素有反應(yīng)空速(加工量)、反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、氫油比等，因此必須調(diào)整減三線原料油的加工工藝參數(shù)，以控制脫蠟反應(yīng)深度。調(diào)整后，裝置加工減三線油的主要工藝參數(shù)如表2所示。

由表2可知，加工參數(shù)調(diào)整后，裝置加工量為27 t/h、反應(yīng)壓力為14.91 MPa、一段氫油體積比為1 100、二段氫油體積比為600、脫蠟反應(yīng)器第二和第三床層的平均溫度分別為363 ℃和359 ℃。將裝置加工量增加至設(shè)計上限(27 t/h)，可以提高反應(yīng)空速，縮短原料在脫蠟催化劑表面的停留時間，從而降低脫蠟反應(yīng)深度；將脫蠟反應(yīng)器第二床層的入口冷氫閥開至最大(100%)，可以降低第二床層的入口溫度，從而降低原料油的脫蠟反應(yīng)溫度。

除增大加工量和冷氫閥開度外，還可采用反應(yīng)熱前移的方法降低脫蠟反應(yīng)溫度。由圖1可知，脫蠟催化劑裝配在脫蠟反應(yīng)器的第二床層和第三床層，而第一床層、第二床層的上下部均為加氫處理劑。由于原料油在加氫處理劑上發(fā)生的加氫脫硫、脫氮和脫芳烴反應(yīng)均為放熱反應(yīng)，而在脫蠟催化劑上發(fā)生的脫蠟反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，因此脫蠟反應(yīng)器第二床層中的實際脫蠟反應(yīng)溫度至少為第二床層入口溫度與第二床層的溫升之和。通過升高第一床層的加氫反應(yīng)溫度，可以提高第一床層原料油中硫、氮、芳烴的脫除率，從而減少第二床層上部加氫脫硫、脫氮、脫芳烴反應(yīng)的放熱量，降低第二床層上部的溫升，進而降低脫蠟反應(yīng)溫度。通過平衡上述措施的效果，可將第二床層的實際脫蠟溫度調(diào)控為371 ℃，第三床層脫蠟溫度控制在359 ℃。

此外，對基礎(chǔ)油收率影響較大的因素為減壓塔分離效果。減壓塔的分離效果可以通過各側(cè)線的抽出溫度體現(xiàn)，其中減一線、減二線、減壓塔塔底油的抽出溫度分別為103，183，272 ℃。

3.3 產(chǎn)品性質(zhì)

加氫工藝的中間產(chǎn)品為一段反應(yīng)生成油，而環(huán)烷基基礎(chǔ)油產(chǎn)品主要包括減二線產(chǎn)品(U30變壓器油)、減壓塔塔底產(chǎn)品(N4010橡膠增塑劑)，其主要性質(zhì)分別如表3～表5所示。

表3 一段反應(yīng)生成油的主要性質(zhì)

表4 減二線產(chǎn)品(U30變壓器油)的主要性質(zhì)

表5 減壓塔塔底產(chǎn)品(N4010橡膠增塑劑)的主要性質(zhì)

一段反應(yīng)生成油的硫、氮含量是保護貴金屬后精制劑的重要指標。在控制一段反應(yīng)生成油硫、氮含量不超標的前提下，應(yīng)最大限度地按設(shè)計上限控制加工參數(shù)，以降低加氫處理反應(yīng)溫度，減少反應(yīng)放熱，從而降低脫蠟反應(yīng)溫度。由表3可知，此次標定過程中一段反應(yīng)生成油的硫質(zhì)量分數(shù)控制在3 μg/g、氮質(zhì)量分數(shù)控制在3.5 μg/g，其中氮質(zhì)量分數(shù)接近指標上限(5 μg/g)。

減二線產(chǎn)品(U30變壓器油)的閃點(閉口)下限為135 ℃。通常，上一側(cè)線拔出的餾分多，則減二線產(chǎn)品的抽出量減少，閃點升高；反之，則減二線產(chǎn)品抽出量增加，閃點降低。因此，需控制減二線產(chǎn)品的閃點(閉口)趨近但不低于135 ℃，盡量提高其收率。由表4可知，此次標定過程中，減二線產(chǎn)品的閃點(閉口)控制在142 ℃。

由表5可知，N4010橡膠增塑劑的傾點上限為-15 ℃。由于減壓塔塔底產(chǎn)品的傾點與脫蠟反應(yīng)深度直接相關(guān)，因此應(yīng)盡量降低脫蠟反應(yīng)深度，減少輕組分的產(chǎn)生，提高N4010橡膠增塑劑收率。標定過程中，塔底產(chǎn)品的傾點控制在-18 ℃。

3.4 收率

標定期間，對裝置入方、出方物料量進行統(tǒng)計，并計算得到基礎(chǔ)油的收率。裝置物料平衡計算結(jié)果如表6所示。其中：基礎(chǔ)油收率=(變壓器油質(zhì)量+橡膠增塑劑質(zhì)量)/原料油質(zhì)量×100%。

從表6可知，標定期間基礎(chǔ)油收率分別為86.58%、86.27%，平均為86.42%。雖然基礎(chǔ)油標定收率高于前期生產(chǎn)收率的最高值(86.18%)，但仍比設(shè)計值(89%)低2.58百分點。

表6 標定期間裝置物料平衡計算結(jié)果

基礎(chǔ)油收率標定結(jié)果比設(shè)計值低，可能的原因有以下幾個方面：

(1)雖然原料油的各項性質(zhì)接近設(shè)計值，但其10%，30%，50%餾出溫度分別比設(shè)計值低17，5，7 ℃，說明原料油輕組分含量較高，進而促進原料油裂化產(chǎn)生更多輕組分，造成產(chǎn)品中輕組分收率提高，而基礎(chǔ)油的收率相應(yīng)減少。

(2)脫蠟反應(yīng)器優(yōu)化工藝條件為：在保證兩個床層平均溫度為365 ℃的前提下，降低第二床層反應(yīng)溫度，提高第三床層反應(yīng)溫度，則可保證脫蠟降凝的效果。脫蠟反應(yīng)溫度每升高10 ℃，基礎(chǔ)油的收率則會降低2～3百分點。雖然已采用各種方法降低催化脫蠟反應(yīng)溫度，但脫蠟反應(yīng)器第二床層的反應(yīng)溫度仍高達371 ℃，比第三床層(359 ℃)高12 ℃，比兩個床層的平均溫度(365 ℃)高6 ℃，導(dǎo)致基礎(chǔ)油收率相應(yīng)降低1.2～1.8百分點。

(3)減二線產(chǎn)品(U30變壓器油)的閃點(閉口)為142 ℃，比指標下限高7 ℃，仍有可調(diào)控的空間。如果將減二線產(chǎn)品的閃點(閉口)控制在138～140 ℃，由變壓器油餾程可知，基礎(chǔ)油的收率將增加0.8百分點左右。

(4)減壓塔塔底產(chǎn)品(N4010橡膠增塑劑)傾點為-18 ℃，比指標上限低3 ℃。若產(chǎn)品傾點控制在-15 ℃，則基礎(chǔ)油總收率會增加0.9～1.2百分點。

實際生產(chǎn)過程中，上述因素相互制約，需平衡調(diào)控，但難以在每次調(diào)整過程中同時實現(xiàn)，因此盡可能從總體效果出發(fā)進行綜合調(diào)控。

3.5 綜合改進措施

為了進一步提高基礎(chǔ)油收率，主要采取以下綜合改進措施：①在保持最大加工量和最低脫蠟反應(yīng)溫度的前提下，提高SZ36-1減三線原料油中重組分(基礎(chǔ)油餾分)的含量；②在保證指標合格的情況下，調(diào)控一段反應(yīng)生成油的硫、氮含量，U30變壓器油的閃點，N4010橡膠增塑劑的傾點，使其更接近于設(shè)計值，以進一步降低第二床層脫蠟反應(yīng)溫度、增加基礎(chǔ)油餾分的比例。

采取綜合改進措施后，裝置每天生產(chǎn)基礎(chǔ)油的收率如圖3所示。在2020年10月22日至2021年5月25日期間，該裝置共加工7批次減三線原料油，裝置運行正常且生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量全部合格。由圖3可知，在該生產(chǎn)期間，基礎(chǔ)油收率最低為82.49%，最高為89.42%，平均為86.50%，平均收率比標定時提高0.08百分點，最高收率可以達到設(shè)計值。

圖3 采取措施后基礎(chǔ)油的收率

4 結(jié) 論

以綏中SZ36-1減三線餾分油為原料，采用高壓加氫裝置成功生產(chǎn)環(huán)烷基基礎(chǔ)油(U30變壓器油、N4010橡膠增塑劑)。在加工過程中，通過采取提高原料油中基礎(chǔ)油餾分含量、保持最大反應(yīng)空速、降低脫蠟溫度、最大限度接近設(shè)計值調(diào)控原料和產(chǎn)品指標等綜合改進措施，可以提高環(huán)烷基基礎(chǔ)油的收率。采取綜合改進措施后的環(huán)烷基基礎(chǔ)油(包括U30變壓器油和N4010橡膠增塑劑)收率為82.49%～89.42%，平均收率為86.50%，比改進前提高2.83百分點。