陳曉梅，孫柏軍，閆 軍

（盤錦北方瀝青燃料有限公司，遼寧 盤錦 124221）

生產工藝

潤滑油高壓加氫裝置運行情況分析及應對措施

陳曉梅，孫柏軍，閆 軍

（盤錦北方瀝青燃料有限公司，遼寧 盤錦 124221）

本文分析了50萬t·a-1潤滑油高壓加氫裝置開工運行以來存在的反應器床層壓降高、徑向溫差大，產品顏色深、安定性差等問題。停工對催化劑撇頭并更換部分新劑重新開工后，情況有所改善。分析發(fā)現，原料性質、催化劑裝填質量對床層壓降和徑向溫差有很大影響，而操作條件和催化劑性能是影響產品顏色和安定性的主要因素。采取控制原料性質和催化劑裝填質量、調整操作條件等措施，以解決潤滑油加氫裝置運行存在的問題，延長裝置的運行周期，提高產品質量。

潤滑加氫；運行情況；催化劑；產品質量

盤錦北方瀝青燃料有限公司50萬t·a-1潤滑油高壓加氫裝置于2012年建成投產，2016年進行了搬遷改造。該裝置以環(huán)烷基減壓蠟油為原料，通過加氫精制、臨氫降凝和后精制反應，產品為變壓器油、冷凍機油及橡膠填充油的基礎油。該裝置自改造后開工運行以來，存在產品顏色深、安定性差、反應器床層壓降上升快和床層徑向溫差大等問題，嚴重影響了裝置的產品質量、運行周期和經濟效益。本文對盤錦北燃公司潤滑油加氫裝置的運行問題進行分析，并提出相應的應對措施。

1 潤滑油加氫裝置概況

1.1 工藝流程

盤錦北方瀝青燃料有限公司潤滑油加氫裝置的處理能力是50萬t·a-1(8400h)，操作彈性60%～110%。裝置分為加氫反應和產品分餾兩部分。加氫反應部分包括2臺加氫反應器（一反為加氫精制反應器，二反為降凝和后精制反應器）、熱高分、冷高分、熱低分和冷低分系統、氫氣循環(huán)系統；產品分餾部分包括脫丁烷塔、常壓塔、減壓塔和側線汽提塔。

1.2 原料及產品組成

潤滑油加氫裝置的原料及減壓餾分油的性質如表1所示。

表1 潤滑油加氫裝置原料及產品性質Table 1 The characteristics of feedstock and products for lube oil hydrotreating

1.3 操作條件

加氫反應的操作條件如表2所示。

表2 加氫反應器操作條件Table 2 The operational conditions of hydro-treating reactors

1.4 催化劑裝填方案

一反加氫精制反應器，采用托普索公司TK-609高活性加氫精制催化劑，二反降凝和后精制反應器采用北京石科院RDW-1降凝催化劑和RJW-3后精制催化劑。催化劑裝填情況如表3和表4所示。

表3 一反催化劑裝填情況Table 3 The catalyst loading diagram of 1st reactor

表4 二反催化劑裝填情況Table 4 The catalyst loading diagram of 2rd reactor

2 裝置運行情況

2016年7月，盤錦北方瀝青燃料有限公司50萬t·a-1潤滑油加氫裝置搬遷后首次開工運行，每天處理原料龍卡多蠟油約為900t，加氫精制平均反應溫度為362℃，反應器入口壓力16.5MPa。

對于目標產品減壓側線油，其中減二線產品賽波特色度為27，從外觀上看顏色呈水白色，傾點低至-39℃，硫氮含量低；減三和減底產品賽波特色度測不出，產品略呈紅棕色，硫氮含量高于減二線油，且產品在日光照射24h后會有顏色加重的現象。

裝置開工后2個月，一反床層壓差有不斷上升趨勢，并且一反床層底部還出現了徑向溫差大的問題，其中有兩個溫度點溫差已達140℃。隨著裝置運行時間延長，一反床層壓降繼續(xù)升高，已由開工初期的1.5kg·cm-2漲到末期的10 kg·cm-2，已接近床層設計允許的最大壓力降12kg·cm-2。此時裝置已處于運行末期，為了安全生產，潤滑油加氫裝置被迫停工。

3 原因分析及解決方案

3.1 催化劑床層壓降高

在加氫精制反應器中主要發(fā)生加氫脫硫、脫氮、烯烴及芳烴飽合、裂化等反應，以滿足降凝催化劑的進料要求。裝置運行末期，一反床層壓降已達10kg·cm-2，將一反頂蓋打開后，發(fā)現反應器入口分配盤表面及泡罩內部均有大量黑色粉末狀物質存在，粉末在分配盤上沉積厚度近2mm。將一反床層催化劑卸出，發(fā)現催化劑床層內也有大量黑色粉末存在。使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP）對黑色粉末和待生催化劑分別進行元素分析，數據如表5所示。

表5 黑色粉末和待生催化劑的ICP分析數據Table 5 Analysis of black power and spent catalyst by ICP

從表5數據可以看出，黑色粉末的主要成分是鐵，占16.983%，焦炭含量為3%，其次是鈣和鈉。對于待生催化劑顆粒，焦炭含量占12%，除金屬Ni和V含量高以外，Fe含量也高達0.3246%。表6為裝置原料鐵離子含量分析。通過表6數據發(fā)現，原料中鐵離子含量最高時已達到4.39×10-6。

表6 潤滑油加氫原料中鐵離子含量Table 6 The content of iron ions in the feed for lube hydrotreating

3.1.1 原料中鐵離子含量高

一般來說，鐵離子是造成反應系統壓降升高的最主要原因。原料鐵離子會與H2S反應生成FeS，沉積在反應器入口原料分配器及催化劑床層上，導致催化劑床層結垢。而FeS在高溫下有促成生焦的功能，使原料中的生成物進一步聚合轉化為焦炭，除沉積在催化劑孔道及表面以外，還能夠從原料油中析出，堆積在催化劑顆粒之間，引起床層壓降上升。原料中鐵離子含量高，可能的原因是常減壓裝置中所含硫及環(huán)烷酸在高溫下腐蝕設備，引起原料中鐵離子含量升高，極少部分是來自原油自身所含的鐵離子[1]。

3.1.2 原料膠質含量高

原料中含有稠環(huán)芳烴、殘?zhí)?、膠質、瀝青質等雜質，這些雜質在催化劑表面吸附后縮合結焦，致使催化劑活性下降，反應器床層壓降上升[2]。由于我公司現有龍卡多蠟油屬外貯油，需經過汽車槽車運送到煉油廠進行加工，在外貯及運輸過程中原料油與空氣接觸，空氣中的氧會溶解在原料油中，氧化生成聚合物或膠質。從表1可見，原料中膠質和瀝青質含量高達0.18%和0.27%，這也是造成反應器壓降快速上升的主要原因之一。聚合物和膠質還會造成換熱器、加熱爐管和反應器床層結垢生焦，導致反應器壓力上升，縮短開工運行周期。

當精制反應器催化劑床層壓降接近或達到設計值時，必須停工處理。可以采用撇頭的辦法，將床層頂部已經結垢的催化劑卸下，過篩除去粉塵后再裝入反應器中，或更換新催化劑。但撇頭只能解決床層頂部一定深度內催化劑顆粒間的堵塞問題，因此裝置再運行時，壓力降上升速度更快，運轉周期變短。

3.1.3 原料優(yōu)化控制

為了解決反應器壓降升高問題，除了對原油進行電脫鹽處理外，將常減壓裝置常壓及減壓爐爐管、減壓塔到各側線塔、各側線塔到泵入口、泵入口到換熱器入口管線材質由碳鋼升級為不銹鋼等，這些措施可降低原料中因腐蝕帶來的鐵離子。同時，按時分析鐵離子含量，以便及時調整注緩蝕劑量?？刂圃现薪饘匐x子含量，避免原料油接觸氧，采用原料直供或貯罐氮氣密封的方式，減少原料與空氣接觸，以保證裝置長周期穩(wěn)定運行。

3.2 床層徑向溫差大

徑向溫差實際反映催化劑床層流體的分布情況或發(fā)生溝流的嚴重程度。加氫反應器徑向溫差不應大于反應器高徑比的3.5倍，約3～7℃之間。

3.2.1 催化劑裝填對徑向溫差的影響

針對加氫精制反應器一反床層底部出現徑向溫差較大的問題，將一反床層催化劑卸出后發(fā)現底部催化劑有結塊現象。床層徑向溫差的大小一般與催化劑裝填質量有很大的關系，催化劑裝填不當，易出現催化劑部分床層塌陷，產生流動分布問題，這種情況會反映在床層出口徑向溫差大。催化劑床層入口分配器設計不好或損壞、反應器入口分配盤不均勻積垢、催化劑分配盤上不均勻堵塞等，也會造成催化劑床層徑向溫差大[3]。但這幾個原因會先反映在床層入口徑向溫差大。同床層熱電偶安裝深度有差別以及測量誤差也會造成徑向溫差大。

3.2.2 機械雜質的影響

原料中未過濾掉的小顆粒環(huán)烷酸鐵、硫化亞鐵等機械雜質和系統中的其他雜質進入反應器分配器及床層[4]，會導致床層物料由于分配器不同部位積垢而產生偏流，同時反應熱不能及時撤出而使多環(huán)芳烴縮合結焦，內部熱量積聚導致溫度上升，也會導致床層徑向溫差擴大。

3.2.3 進料分配器

現有50萬t·a-1年潤滑油加氫裝置的反應器入口物料分配器為傳統的泡罩式分配器，此種分配器在物料黏度很大時容易導致物料分配不均，而溢流式分配盤有利于黏度大的原料物料均勻分配。

3.2.4 優(yōu)化措施

在催化劑裝填時，首先要保證催化劑裝填均勻；在裝填過程中，進料要避免凸型、凹型、斜線型等催化劑分布不均的裝填情況。另外應防止催化劑自由下落高度過高等，影響裝填密度，嚴禁催化劑形成尖堆，以免較大的顆粒滾落在四周邊緣處，致使催化劑床層的孔隙嚴重不均，反應物料形成溝流或偏流，造成床層徑向溫差較大。

3.3 產品顏色及安定性差

減三線和減底產品呈紅棕色且易變色，主要與油品組成有關。潤滑油基礎油的顏色與其含有的烯烴、氮和芳烴含量有關。從表1中減二線與減三線產品的含量對比可以發(fā)現，兩種產品單環(huán)芳烴含量較接近，分別為4.2%和4.6%；多環(huán)芳烴的含量分別為2.7%和4.4%，二者的氮含量也很相近，分別為21×10-6和22×10-6，但是二者的賽波特色度卻相差很大，這充分證明了多環(huán)芳烴影響潤滑油產品的色度。

產品中不飽和烴類較活潑，容易與空氣中的氧結合，生成過氧化物自由基，然后發(fā)生縮合。加氫處理減壓側線油中含有部分加氫的多環(huán)芳烴，這類物質非常不穩(wěn)定，是影響產品光安定性的主要原因[5]。

我公司潤滑油加氫裝置產品有顏色及安定性差，主要是由于加氫精制段烯烴和芳烴飽和程度不夠造成的。因此，想解決產品質量問題，建議調整優(yōu)化操作條件，使催化劑發(fā)揮出最大性能。

4 結論

為解決以上問題，建議：1）優(yōu)化操作，提高芳烴尤其是多環(huán)芳烴的飽和度，提高油品的顏色和光安定性；2）考慮原料罐區(qū)投用氮封措施以減少原料氧化和生成膠質；另外，有必要為裝置提供優(yōu)質原料和對輸送原料的管道材質進行升級，以免腐蝕造成大量鐵離子進入到原料中，造成反應器床層壓降升高；同時，按時分析鐵離子含量，以便及時調整注緩蝕劑量；3）嚴格控制催化劑裝填質量，保證催化劑床層空隙率均勻分布以避免偏流，使得催化劑活性得以平穩(wěn)均勻發(fā)揮，延長催化劑使用壽命。

[1] 杜俊杰.精制反應器床層壓降升高原因分析及對策[J].廣州化工，2011，39(20)：117-127.

[2] 趙德強.潤滑油加氫處理裝置生產分析及建議[J].潤滑油，2002，17(2)：17-21.

[3] 王興敏.固定床加氫反應器內構件的開發(fā)與應用[J].煉油設計，2001，31(8)：24-27.

[4] 徐彬.渣油加氫裝置運行中存在問題及措施[J].煉油技術與工程，2013，43(2)：24-27.

[5] 馬志文.環(huán)烷基潤滑油高壓加氫技術的應用[J].山東化工，2015，44(9)：113-116.

Operation Status Analysis of Lube Oil High-pressure Hydrotreating Unit and Countermeasures

CHEN Xiaomei, SUN Bojun, YAN Jun
(Panjin North Asphalt Fuel Co. Ltd, Panjin 124221, China)

TE 626.3

B

1671-9905(2016)12-0054-04

陳曉梅(1982-)，女，遼寧撫順人，漢族，研究生學歷，工程師，主要從事煉油工藝技術管理，電話：0427-8808581/13654130576，E-mail: 13654130576@163.com

2016-10-24