高壓加氫裝置生產APIⅢ類基礎油運行分析

＊馮 全

（中海油氣（泰州）石化有限公司 江蘇 225300）

引言

隨著我國經濟結構的調整以及低碳減排等環保節能措施的落地，國內潤滑油產業的發展進入了一個換擋期，高檔潤滑油需求量明顯增加，與之相應的高端基礎油的需求尤其是Ⅲ類基礎油需求量增速明顯，在國Ⅵ排放標準[1]實施和雙碳目標戰略[2]背景下，基于我國現有裝置的生產水平以及產品質量，Ⅲ類基礎油缺口將是巨大的，單靠進口很難彌補[3-4]。從國內外文獻[5-6]可知，通過高溫、高壓加氫處理可大幅度提高油品精制深度，有效的脫除硫、氮等雜質，并且大大提高黏度指數，因此高壓加氫技術已成為全球潤滑油基礎油生產技術的首選。高壓加氫工藝生產潤滑油工藝不僅能拓寬基礎油原料來源，油品有優異的黏溫性能和良好的添加劑感受性等優點，而且可以滿足現代高檔潤滑油對APIⅡ類和Ⅲ類基礎油的要求。目前國內基礎油裝置總產能多達1636萬噸/年，但是實際產量為750～800萬噸/年，基礎油行業年平均開工率為45.8%～48.9%。本文對中海油泰州石化40萬噸/年石蠟基基礎油高壓加氫裝置（以下簡稱裝置）生產Ⅲ類基礎油的工藝運行參數情況進行了分析。

1.裝置運行情況

(1)裝置流程概況

本裝置以中海油自采的海洋原油經過常減壓加過后的減壓側線油為本裝置加工的原料，以生產＋和Ⅲ類基礎油，主要目標產品為：基礎油/TZ HVI150N、基礎油/TZ HVI500N、基礎油/TZ HVIⅢ100N、基礎油/TZ HVIⅢ150N。裝置主要工藝流程，如圖1所示。

圖1 潤滑油高壓加氫裝置流程示意圖Fig.1 Schematic diagram of high-pressure hydrogenation device for lubricating oil

(2)反應原理

中海油泰州石化潤滑油加氫裝置反應部分主要包含三段加氫：加氫處理→異構脫蠟→加氫后精制，分別為：一段（R101）采用非貴金屬硫化催化劑，通過高壓加氫進行脫氧、脫硫、脫氮、脫芳烴以及加氫裂化反應；二段（R301）采用貴金屬催化劑，在高壓、高溫臨氫條件下對一段反應產物進行異構脫蠟；三段（R302）為加氫后精制反應，提高油品的飽和度[9-10]。

(3)原料性質

裝置進料性質，如表1所示。

表1 進料性質Tab.1 Parameters of feed

2.運行分析

從催化劑性能、基礎油收率和基礎油性能指標、裝置氫耗和能耗3個方面對裝置的運行情況進行分析。

(1)催化劑性能

裝置三段反應催化劑及裝置工藝參數如表2所示，催化劑的失活速率如圖2所示，裝置脫氮前后氮含量及脫氮率如圖2所示。

表2 催化劑及操作條件Tab.2 Parameters of catalyst and process

圖2 脫氮前后氮含量及脫氮率Fig.2 Nitrogen content and denitrification rate before and after Denitrification

從表2數據可知，裝置三段催化劑都具有良好的穩定性，三段反應器的實際氫油比、空速以及反應溫度都在設計初期水平。

圖2中，裝置原料氮含量的平均值由1144.24mg/kg脫除至1.67mg/kg，脫氮率達到99.8%以上。說明三段催化劑具有良好的脫氮性能，主要脫氮反應在第一段反應器內發生。

(2)三類基礎油主要指標參數及收率

基礎油TZ-HVIⅢ100N、TZ-HVIⅢ150N主要指標參數如表3和表4所示。通過表3、表4中三類基礎油Ⅲ100N、Ⅲ150N主要指標可知：TZ-HVIⅢ100N基礎油的黏度指數范圍為125～127，傾點范圍為-21～-17℃；TZ-HVIⅢ150N基礎油的黏度指數為126～128，傾點為-21～-20℃，Ⅲ100N、Ⅲ150N黏度指數均在125以上，并且低溫動力黏度良好。生產三類基礎油的收率測算是通過裝置總體的物料平衡量進行計算，生產TZHVIⅢ100N基礎油的收率為24.46%；TZ-HVIⅢ150N基礎油的收率為26.72%。

表3 基礎油TZ-HVI Ⅲ100N的主要性質Tab.3 Main properties of base oil TZ-HVIⅢ100N

表4 基礎油TZ-HVI Ⅲ150N的主要性質Tab.4 Main properties of base oil TZ-HVIⅢ150N

(3)裝置氫耗和能耗

裝置氫耗如圖3所示。

圖3 裝置氫耗與預期對比Fig.3 Actual and design comparison diagram of chemical hydrogen consumption

如圖3所示：裝置氫耗高于預期，主要原因：一方面是裝置原料不飽和烴含量以及氧、硫、氮含量偏高負荷偏低；另一方面是裝置進料量偏低，“標定”數據為短時間滿負荷工況下的氫耗。

3.主要結論

（1）本裝置以中海油開采的中國海油原油經過常減壓加過后的減三線、減四線餾分油為裝置原料，采用三段加氫工藝技術，可以生產出高品質Ⅲ類基礎油100N和150N，油品具有較高的黏度指數、飽和烴含量＞99%、硫和氮含量低、同具有良好的低溫動力黏度以及低傾點性能。

（2）本裝置通過三段加氫反應可穩定切換生產Ⅱ+和Ⅲ潤滑油基礎油，而且基礎油指標優越，說明本裝置在原料穩定的前提下，可同時穩定生產Ⅱ+和Ⅲ潤滑油基礎油。

（3）裝置三段加氫催化劑穩定性都比較優良，一段加裂反應器加氫裂化溫度380～485℃，二段異構反應器異構脫蠟處理溫度355～365℃，三段后精制反應器加氫精制溫度245～255℃，三段反應器的反應溫度均處于設計范圍。

（4）裝置催化劑的脫氮性能優越，原料的脫氮率達到99.8%以上。

（5）裝置在Ⅲ類基礎油的生產過程中氫耗不及預期，能耗滿足預期要求，主要原因是Ⅲ類基礎油生產對加氫深度要求更高，整體耗氫量更高。