宋君輝，劉麗芝，焦祖凱，金吉海，嚴(yán)金龍，張 鐸

(中海油煉油化工科學(xué)研究院，北京 102209)

隨著汽油、柴油在市場(chǎng)上需求量的變化，合理降低柴油生產(chǎn)能力、優(yōu)化設(shè)計(jì)煉油廠的加工工藝技術(shù)、提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益是煉油廠適應(yīng)市場(chǎng)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(zhì)柴油餾分，如作柴油銷售，其經(jīng)濟(jì)效益較差。通過(guò)整合全廠資源，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，采用臨氫降凝-補(bǔ)充精制-精密分餾工藝生產(chǎn)低凝點(diǎn)、低芳烴含量的變壓器油調(diào)合組分和輕質(zhì)白油產(chǎn)品，可明顯提高加氫改質(zhì)柴油餾分附加值。本研究以加氫改質(zhì)柴油餾分為原料，進(jìn)行臨氫降凝-補(bǔ)充精制-精密分餾工藝優(yōu)化研究，考察其用于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)輕質(zhì)白油和變壓器油調(diào)合組分的可行性。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)所用加氫改質(zhì)柴油餾分的性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 加氫改質(zhì)柴油餾分性質(zhì)

1.2 工藝路線

試驗(yàn)采用的工藝路線見(jiàn)圖1。加氫改質(zhì)柴油通過(guò)臨氫降凝-加氫補(bǔ)充精制-精密分餾工藝試生產(chǎn)輕質(zhì)白油組分和變壓器油調(diào)合組分。

圖1 工藝路線

1.3 加氫試驗(yàn)裝置

原料油與氫氣混合后，先后經(jīng)過(guò)串聯(lián)的臨氫降凝反應(yīng)器(一反)和加氫補(bǔ)充精制反應(yīng)器(二反)進(jìn)行反應(yīng)，然后進(jìn)入高壓分離器進(jìn)行氣液分離，高壓分離器氣體經(jīng)水洗后排放或循環(huán)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(shè)置氮?dú)馄嵫b置，低壓分離器氣體經(jīng)水洗后排放，低壓分離器液體進(jìn)入產(chǎn)品罐。

1.4 精密分餾試驗(yàn)裝置

蒸餾釜中的原料油經(jīng)蒸餾，輕餾分從塔頂餾出，經(jīng)冷凝器冷凝，全回流10～15 min，使氣相溫度穩(wěn)定后再按設(shè)定好的回流比回流，并開(kāi)始采出輕餾分，塔頂產(chǎn)物經(jīng)自動(dòng)分配器實(shí)現(xiàn)餾分的接收或放棄，并經(jīng)餾分中間罐進(jìn)入餾分接收管或廢樣罐內(nèi)。

1.5 催化劑主要物化性質(zhì)

試驗(yàn)采用的臨氫降凝催化劑為負(fù)載金屬的ZSM-5分子篩催化劑，加氫補(bǔ)充精制催化劑為負(fù)載金屬的氧化鋁催化劑，主要物化性質(zhì)見(jiàn)表2。

表2 催化劑的主要物化性質(zhì)

2 結(jié)果及討論

2.1 反應(yīng)壓力的影響

考察臨氫降凝-補(bǔ)充精制反應(yīng)壓力對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的影響，結(jié)果見(jiàn)表3。有研究[6-7]表明，提高反應(yīng)壓力，可顯著提高芳烴加氫飽和反應(yīng)速率，同時(shí)可提高芳烴加氫飽和反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率。由表3可以看出，芳烴含量隨著反應(yīng)壓力的升高而逐漸降低，同時(shí)變壓器油餾分的芳碳率(CA)也隨反應(yīng)壓力的升高而降低，說(shuō)明反應(yīng)壓力的升高有利于芳烴的加氫飽和。由表3還可以看出，當(dāng)反應(yīng)壓力提高至15 MPa時(shí)，輕質(zhì)白油餾分的芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低到0.1%，適于制備滿足NBSHT 0913-2015芳烴指標(biāo)要求的輕質(zhì)白油(Ⅰ)產(chǎn)品。

表3 臨氫降凝-補(bǔ)充精制反應(yīng)壓力對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的影響

2.2 反應(yīng)溫度的影響

考察臨氫降凝-補(bǔ)充精制反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的影響，結(jié)果見(jiàn)表4。芳烴加氫飽和受熱力平衡的限制，存在熱力學(xué)平衡溫度，且氫分壓越高，熱力學(xué)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(yīng)受動(dòng)力學(xué)控制[8]。由表4可以看出，在反應(yīng)壓力為15 MPa時(shí)，隨著臨氫降凝、補(bǔ)充精制反應(yīng)溫度逐漸升高，產(chǎn)品的芳烴含量逐漸降低。同時(shí)由于臨氫降凝過(guò)程的主反應(yīng)是蠟分子裂化反應(yīng)，屬于典型的吸熱反應(yīng)[9]，因此高溫對(duì)裂化反應(yīng)有利。隨著反應(yīng)溫度的升高，裂化反應(yīng)增強(qiáng)，生成了更多的低碳烴，使變壓器油餾分傾點(diǎn)逐漸降低，同時(shí)收率有所降低。

表4 臨氫降凝-補(bǔ)充精制反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的影響

由表4還可以看出，當(dāng)降凝反應(yīng)溫度為(T1+20)℃、精制反應(yīng)溫度為(T2+20)℃時(shí)，變壓器油餾分的傾點(diǎn)小于-57 ℃，滿足GB 2536—2011的T-40 ℃變壓器油(通用)產(chǎn)品傾點(diǎn)指標(biāo)要求，同時(shí)輕質(zhì)白油餾分芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)低至0.03%，更適于制備滿足NBSHT 0913—2015芳烴指標(biāo)要求的輕質(zhì)白油(Ⅰ)產(chǎn)品。

2.3 空速的影響

考察臨氫降凝-補(bǔ)充精制空速對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的影響，結(jié)果見(jiàn)表5?？账俅笮≈苯記Q定原料在催化劑活性中心上停留時(shí)間的長(zhǎng)短，空速越小，物料的停留時(shí)間越長(zhǎng)，反應(yīng)深度越深，因此降低空速可有效提高加氫反應(yīng)深度。由表5可以看出，降低空速時(shí)，裂化反應(yīng)和精制反應(yīng)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(shí)油品的芳烴含量也有所降低。由表5還可以看出，當(dāng)降凝反應(yīng)溫度為(T1+20)℃、精制反應(yīng)溫度為(T2+20)℃、反應(yīng)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(bǔ)充精制空速為(SV2-0.3)～ SV2h-1的條件下得到的樣品中，輕質(zhì)白油餾分芳烴含量滿足NBSHT 0913—2015輕質(zhì)白油(Ⅰ)指標(biāo)要求，變壓器油餾分傾點(diǎn)滿足GB 2536—2011的T—40 ℃變壓器油(通用)產(chǎn)品傾點(diǎn)指標(biāo)要求。

表5 臨氫降凝-補(bǔ)充精制空速對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的影響

2.4 氫油比的影響

考察臨氫降凝-補(bǔ)充精制氫油比對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的影響，結(jié)果見(jiàn)表6。由表6可以看出：當(dāng)降凝反應(yīng)溫度為(T1+20)℃、精制反應(yīng)溫度為(T2+20)℃、反應(yīng)壓力為15 MPa、臨氫降凝空速為(SV1-0.5)h-1、補(bǔ)充精制空速為(SV2-0.3)h-1時(shí)，氫油比對(duì)產(chǎn)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(nèi)得到的樣品中，輕質(zhì)白油餾分芳烴含量滿足輕質(zhì)白油(Ⅰ)指標(biāo)要求，同時(shí)變壓器油餾分芳烴含量極低、且傾點(diǎn)滿足GB 2536—2011的T—40 ℃變壓器油(通用)產(chǎn)品傾點(diǎn)指標(biāo)要求，為優(yōu)質(zhì)的變壓器油調(diào)合組分。但考慮到工業(yè)加氫裝置的建設(shè)投資和操作運(yùn)行費(fèi)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(bǔ)充精制氫油比對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的影響

2.5 精密分餾

使用精密分餾裝置將降凝反應(yīng)溫度為(T1+20)℃、精制反應(yīng)溫度為(T2+20)℃、反應(yīng)壓力為15 MPa、臨氫降凝空速為(SV1-0.5)h-1、補(bǔ)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(zhì)白油餾分進(jìn)行窄餾分切割，得到的20號(hào)、40號(hào)、60號(hào)、90號(hào)、110號(hào)輕質(zhì)白油產(chǎn)品的性質(zhì)分別見(jiàn)表7～表11。

由表7～表11可以看出，加氫改質(zhì)柴油餾分經(jīng)臨氫降凝-補(bǔ)充精制，再經(jīng)精密分餾切割后，所得20號(hào)、40號(hào)、60號(hào)、90號(hào)、11號(hào)輕質(zhì)白油產(chǎn)品性質(zhì)分別滿足NB/SH/T 0913—2015中W1—20，W1—40，W1—60，W1—90，W1—110各項(xiàng)指標(biāo)要求，同時(shí)芳烴含量均極低，且色度均為+30 號(hào)，為優(yōu)質(zhì)的輕質(zhì)白油(Ⅰ)產(chǎn)品。

表7 20號(hào)輕質(zhì)白油產(chǎn)品性質(zhì)

表8 40號(hào)輕質(zhì)白油產(chǎn)品性質(zhì)

表9 60號(hào)輕質(zhì)白油產(chǎn)品性質(zhì)

表10 90號(hào)輕質(zhì)白油產(chǎn)品性質(zhì)

表11 110號(hào)輕質(zhì)白油產(chǎn)品性質(zhì)

3 結(jié) 論

以加氫改質(zhì)柴油為原料，通過(guò)臨氫降凝-加氫補(bǔ)充精制過(guò)程，再經(jīng)精密分餾切割工藝，得到的輕質(zhì)白油餾分芳烴含量極低，且色度為+30 號(hào)，是優(yōu)質(zhì)的NBSHT 0913—2015輕質(zhì)白油(Ⅰ)產(chǎn)品；所得變壓器油餾分傾點(diǎn)低，芳烴含量低，是優(yōu)質(zhì)的GB 2536—2011的T—40 ℃變壓器油(通用)產(chǎn)品的調(diào)合組分。