加氫改質柴油餾分生產輕質白油和變壓器油調合組分的研究

宋君輝，劉麗芝，焦祖凱，金吉海，嚴金龍，張 鐸

(中海油煉油化工科學研究院，北京 102209)

隨著汽油、柴油在市場上需求量的變化，合理降低柴油生產能力、優化設計煉油廠的加工工藝技術、提高企業的經濟效益是煉油廠適應市場需求的重要舉措[1-5]。某煉油廠每年有0.3 Mt左右的加氫改質柴油餾分，如作柴油銷售，其經濟效益較差。通過整合全廠資源，優化產品結構，采用臨氫降凝-補充精制-精密分餾工藝生產低凝點、低芳烴含量的變壓器油調合組分和輕質白油產品，可明顯提高加氫改質柴油餾分附加值。本研究以加氫改質柴油餾分為原料，進行臨氫降凝-補充精制-精密分餾工藝優化研究，考察其用于生產優質輕質白油和變壓器油調合組分的可行性。

1 實 驗

1.1 試驗原料

試驗所用加氫改質柴油餾分的性質見表1。

表1 加氫改質柴油餾分性質

1.2 工藝路線

試驗采用的工藝路線見圖1。加氫改質柴油通過臨氫降凝-加氫補充精制-精密分餾工藝試生產輕質白油組分和變壓器油調合組分。

圖1 工藝路線

1.3 加氫試驗裝置

原料油與氫氣混合后，先后經過串聯的臨氫降凝反應器(一反)和加氫補充精制反應器(二反)進行反應，然后進入高壓分離器進行氣液分離，高壓分離器氣體經水洗后排放或循環使用，而高壓分離器液體送入低壓分離器，低壓分離器底部設置氮氣汽提裝置，低壓分離器氣體經水洗后排放，低壓分離器液體進入產品罐。

1.4 精密分餾試驗裝置

蒸餾釜中的原料油經蒸餾，輕餾分從塔頂餾出，經冷凝器冷凝，全回流10～15 min，使氣相溫度穩定后再按設定好的回流比回流，并開始采出輕餾分，塔頂產物經自動分配器實現餾分的接收或放棄，并經餾分中間罐進入餾分接收管或廢樣罐內。

1.5 催化劑主要物化性質

試驗采用的臨氫降凝催化劑為負載金屬的ZSM-5分子篩催化劑，加氫補充精制催化劑為負載金屬的氧化鋁催化劑，主要物化性質見表2。

表2 催化劑的主要物化性質

2 結果及討論

2.1 反應壓力的影響

考察臨氫降凝-補充精制反應壓力對產品性質的影響，結果見表3。有研究[6-7]表明，提高反應壓力，可顯著提高芳烴加氫飽和反應速率，同時可提高芳烴加氫飽和反應的平衡轉化率。由表3可以看出，芳烴含量隨著反應壓力的升高而逐漸降低，同時變壓器油餾分的芳碳率(CA)也隨反應壓力的升高而降低，說明反應壓力的升高有利于芳烴的加氫飽和。由表3還可以看出，當反應壓力提高至15 MPa時，輕質白油餾分的芳烴質量分數降低到0.1%，適于制備滿足NBSHT 0913-2015芳烴指標要求的輕質白油(Ⅰ)產品。

表3 臨氫降凝-補充精制反應壓力對產品性質的影響

2.2 反應溫度的影響

考察臨氫降凝-補充精制反應溫度對產品性質的影響，結果見表4。芳烴加氫飽和受熱力平衡的限制，存在熱力學平衡溫度，且氫分壓越高，熱力學平衡溫度越偏向高溫方向，而在15 MPa的高壓下，芳烴加氫飽和反應受動力學控制[8]。由表4可以看出，在反應壓力為15 MPa時，隨著臨氫降凝、補充精制反應溫度逐漸升高，產品的芳烴含量逐漸降低。同時由于臨氫降凝過程的主反應是蠟分子裂化反應，屬于典型的吸熱反應[9]，因此高溫對裂化反應有利。隨著反應溫度的升高，裂化反應增強，生成了更多的低碳烴，使變壓器油餾分傾點逐漸降低，同時收率有所降低。

表4 臨氫降凝-補充精制反應溫度對產品性質的影響

由表4還可以看出，當降凝反應溫度為(T1+20)℃、精制反應溫度為(T2+20)℃時，變壓器油餾分的傾點小于-57 ℃，滿足GB 2536—2011的T-40 ℃變壓器油(通用)產品傾點指標要求，同時輕質白油餾分芳烴質量分數低至0.03%，更適于制備滿足NBSHT 0913—2015芳烴指標要求的輕質白油(Ⅰ)產品。

2.3 空速的影響

考察臨氫降凝-補充精制空速對產品性質的影響，結果見表5。空速大小直接決定原料在催化劑活性中心上停留時間的長短，空速越小，物料的停留時間越長，反應深度越深，因此降低空速可有效提高加氫反應深度。由表5可以看出，降低空速時，裂化反應和精制反應的深度均有一定程度的增加，變壓器油餾分收率有所減少，同時油品的芳烴含量也有所降低。由表5還可以看出，當降凝反應溫度為(T1+20)℃、精制反應溫度為(T2+20)℃、反應壓力為15 MPa、氫油體積比為VR、臨氫降凝空速為(SV1-0.5)～SV1h-1、補充精制空速為(SV2-0.3)～ SV2h-1的條件下得到的樣品中，輕質白油餾分芳烴含量滿足NBSHT 0913—2015輕質白油(Ⅰ)指標要求，變壓器油餾分傾點滿足GB 2536—2011的T—40 ℃變壓器油(通用)產品傾點指標要求。

表5 臨氫降凝-補充精制空速對產品性質的影響

2.4 氫油比的影響

考察臨氫降凝-補充精制氫油比對產品性質的影響，結果見表6。由表6可以看出：當降凝反應溫度為(T1+20)℃、精制反應溫度為(T2+20)℃、反應壓力為15 MPa、臨氫降凝空速為(SV1-0.5)h-1、補充精制空速為(SV2-0.3)h-1時，氫油比對產品芳烴含量的影響并不明顯；在氫油體積比為VR～(VR+300)范圍內得到的樣品中，輕質白油餾分芳烴含量滿足輕質白油(Ⅰ)指標要求，同時變壓器油餾分芳烴含量極低、且傾點滿足GB 2536—2011的T—40 ℃變壓器油(通用)產品傾點指標要求，為優質的變壓器油調合組分。但考慮到工業加氫裝置的建設投資和操作運行費用，宜采用較低氫油比，即氫油比為VR是適宜的。

表6 臨氫降凝-補充精制氫油比對產品性質的影響

2.5 精密分餾

使用精密分餾裝置將降凝反應溫度為(T1+20)℃、精制反應溫度為(T2+20)℃、反應壓力為15 MPa、臨氫降凝空速為(SV1-0.5)h-1、補充精制空速為(SV2-0.3)h-1、氫油體積比為VR條件下所得樣品中的輕質白油餾分進行窄餾分切割，得到的20號、40號、60號、90號、110號輕質白油產品的性質分別見表7～表11。

由表7～表11可以看出，加氫改質柴油餾分經臨氫降凝-補充精制，再經精密分餾切割后，所得20號、40號、60號、90號、11號輕質白油產品性質分別滿足NB/SH/T 0913—2015中W1—20，W1—40，W1—60，W1—90，W1—110各項指標要求，同時芳烴含量均極低，且色度均為+30 號，為優質的輕質白油(Ⅰ)產品。

表7 20號輕質白油產品性質

表8 40號輕質白油產品性質

表9 60號輕質白油產品性質

表10 90號輕質白油產品性質

表11 110號輕質白油產品性質

3 結 論

以加氫改質柴油為原料，通過臨氫降凝-加氫補充精制過程，再經精密分餾切割工藝，得到的輕質白油餾分芳烴含量極低，且色度為+30 號，是優質的NBSHT 0913—2015輕質白油(Ⅰ)產品；所得變壓器油餾分傾點低，芳烴含量低，是優質的GB 2536—2011的T—40 ℃變壓器油(通用)產品的調合組分。