環烷基餾分油高壓加氫生產特種油品的研究

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.中國石油遼河石化公司，遼寧 盤錦 124002；3.蘭州中石油潤滑油添加劑有限公司，甘肅 蘭州 730060）

環烷基原油相比石蠟基和中間基原油儲量最少，中國的環烷基原油主要分布在遼河、克拉瑪依和渤海灣地區［1］。環烷基油具有低含蠟、高密度，低粘度指數等特點，可根據其特點生產變壓器油、冷凍機油、工業白油等對傾點要求低且對粘度指數要求不高的潤滑油基礎油產品。隨著環保要求越來越嚴苛以及市場對產品質量要求的不斷提高，高質量的潤滑油基礎油產品亟需開發，潤滑油基礎油加工工藝也需改進和提高［2~5］。

此研究以遼河油田環烷基減3線餾分油為原料，在中型裝置上模擬工業裝置流程進行試驗，驗證全氫法高壓加氫工藝能否生產出滿足國家標準的潤滑油產品，考察不同工藝操作參數對油品性能的影響，選擇合適的工藝條件，為某40×104t/a工業裝置開工生產提供指導和依據。

1 試驗

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LH-26，異構脫蠟催化劑為SLD-821，補充精制催化劑為LN-5。

1.2 原料和裝置

遼河稠油環烷基減3線餾分油主要性質見表1。

表1 原料油性質

從表1的分析結果可知，試驗原料密度大、粘度大、環烷烴含量高，是典型的環烷基油；S含量、N含量較高，芳烴含量高，油品較重，加工難度較大；傾點和粘度指數低，適合用來生產特種油品中對傾點和粘度指數要求不高的粗白油、變壓器油、冷凍機油和橡膠油等［6］。

采用的主要裝置有：固定床加氫裝置、實沸點蒸餾裝置。

1.3 試驗流程

試驗分2部分：固定床加氫和產品餾分切割。

固定床加氫主要包括1段加氫處理脫除硫氮，2段加氫異構脫蠟降低傾點，3段加氫補充精制使芳烴飽和。高壓加氫得到的產品進入實沸點蒸餾裝置進行餾分切割，產品餾分切割主要是根據設定的切割溫度切割餾分，得到各個潤滑油產品。工藝流程示意圖見圖1。

圖1 特種油品生產工藝流程

2 結果與討論

加氫原料以及原料經過1段、3段加氫之后得到的產品性質對比見表2。

由表2數據可以看出，原料經過加氫處理后，S含量由原來的2 419.8μg/g降為1.18μg/g，N含量由原來的1 327.6μg/g降為1.85μg/g，符合異構脫蠟—加氫補充精制的進料對S、N含量的要求（要求S<2μg/g，N<2μg/g）。原料經過3段加氫后粘度和密度有大幅度下降，傾點和閃點也有下降；從產品顏色來看，顏色由深綠變透明。

表2 混合減3線原料、1段、3段加氫產品性質對比

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

2.1 溫度對產品性質的影響

在一定的壓力、空速、氫油比的條件下，隨著溫度升高，反應速度常數增加，反應速度加快，含S、N物質與H2反應加快，產品中S、N含量降低。不同溫度對產品性質的影響見圖2。

圖2 不同溫度對產品性質的影響

2.2 氫油比對產品性質的影響

不同氫油比下產品中S、N含量的變化見圖3。

圖3 不同氫油比對產品性質的影響

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，產品中S、N含量降低。氫油比加大，反應器內氫分壓上升，有利于提高反應深度。氫油比增加有助于抑制結焦前驅物的脫氫縮合反應，使催化劑表面積炭量下降，既可維持催化劑的高活性，又可延長催化劑的使用周期。但是，當氫油比持續增大時，氣體流速加快，反應物在催化劑床層里的停留時間縮短，反應時間減少，不利于加氫反應進行。因此確定合適的氫油比對于優化加氫處理至關重要。

2.3 空速對產品性質的影響

產品中S、N含量與空速呈現負相關，即隨著空速增加，產品中S、N含量增加。空速增大時，單位時間內通過催化劑的原料油的量增加，造成原料油與催化劑的接觸時間不夠長，不能進行充分的反應，導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物之間充分反應，盡可能多的降低產品中的硫氮含量，但空速不宜太低，影響生產效率。空速對產品性質的影響見圖4。

圖4 不同空速對產品性質的影響

不同操作參數對產品性質有不同的影響強度，為確定溫度、空速、氫油比對產品性質影響的大小，設計了3因素3水平正交試驗表，見表3。

表3 混合減3線1段加氫3因素3水平正交試驗表

根據催化劑廠家提供的相關數據，溫度、空速和氫油比分別選取3個條件進行試驗，根據結果計算出極差，得到操作條件對產品性質影響的大小。

操作條件對產品S、N含量均有影響，故將分開計算操作條件對產品S、N含量的影響極差。在操作條件對產品S含量影響的極差計算中，溫度對產品S含量影響的極差為1.84，氫油比對產品S含量影響的極差為1.99，空速對產品S含量影響的極差為3.52。從極差數值大小可以看出，空速對產品S含量影響最大，氫油比次之，溫度影響最小。在操作條件對產品N含量影響的極差計算中，溫度對產品N含量影響的極差為1.14，氫油比對產品N含量影響的極差為1.51，空速對產品N含量影響的極差為3.69。從極差數值大小可以看出，空速對產品N含量影響最大，氫油比次之，溫度影響最小。

通過考察溫度、空速、氫油比對產品性質的影響及影響大小，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

混合減3線原料經過3段加氫后得到的產品需進行更進一步的餾分切割，切割溫度及收率見表4，得到的餾分油性質見表5。

表4 3段加氫產品切割溫度及餾分收率

表5 餾分油性質

3 結論

通過考察溫度、空速、氫油比對產品性質的影響及影響的強度，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。

以遼河油田環烷基減3線餾分油為原料，經過全氫法得到的產品進入實沸點蒸餾裝置，根據切割溫度的不同可以得到白油、變壓器油、冷凍機油、橡膠油等特種油品。