薛 楠

(中國石化工程建設(shè)有限公司，北京 100101)

現(xiàn)今社會汽車工業(yè)、機(jī)電工業(yè)的高速發(fā)展以及越來越嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)使得市場對潤滑油質(zhì)量的要求不斷提高，APIⅠ類基礎(chǔ)油的供應(yīng)和需求正逐漸下降，傳統(tǒng)“老三套”生產(chǎn)工藝已難以滿足要求。全加氫型潤滑油裝置一般用于生產(chǎn)APIⅡ、Ⅲ類基礎(chǔ)油和環(huán)烷基基礎(chǔ)油，其產(chǎn)品質(zhì)量好，可滿足市場對高品質(zhì)潤滑油日益增加的需求[1]。

全加氫型潤滑油裝置通常由加氫處理、加氫脫蠟、補(bǔ)充精制3個部分組成。由于加氫脫蠟、補(bǔ)充精制多采用貴金屬催化劑，為防止貴金屬催化劑中毒，對循環(huán)氫及反應(yīng)進(jìn)料中的硫、氮含量要求較高。因此在流程設(shè)置上，多數(shù)情況下將加氫脫蠟和補(bǔ)充精制作為一段串聯(lián)布置在加氫處理單元的下游[2-3]。

常規(guī)全加氫型潤滑油裝置需要兩套獨立的高壓反應(yīng)系統(tǒng)及相關(guān)高壓設(shè)備，即采用兩段技術(shù)，流程相對加長，且設(shè)備較多。本課題在加氫處理反應(yīng)器下游引入高壓汽提罐，反應(yīng)產(chǎn)物在高壓操作條件下經(jīng)汽提脫除H2S、NH3后直接送至加氫脫蠟及補(bǔ)充精制單元的加氫流程進(jìn)行研究。該流程中所有加氫反應(yīng)在一個壓力系統(tǒng)下完成，對縮短流程、節(jié)約裝置投資、降低裝置能耗、節(jié)省占地均有顯著優(yōu)勢。

1 高壓氫氣汽提的應(yīng)用研究

1.1 概述

近年來常規(guī)全加氫型潤滑油裝置多以異構(gòu)脫蠟或催化脫蠟為中心，組合加氫處理及補(bǔ)充精制，將3種潤滑油加氫工藝按兩段法組合在一起。原料油先經(jīng)加氫處理單元，該段流程與一般加氫裂化裝置反應(yīng)部分流程相似，采用熱高壓分離流程，加氫處理反應(yīng)產(chǎn)物在低壓汽提塔中分出輕組分，輕組分直接送至最終產(chǎn)品分餾系統(tǒng)，尾油升壓后送至加氫脫蠟單元。由于加氫脫蠟及補(bǔ)充精制催化劑對循環(huán)氫及反應(yīng)進(jìn)料的低硫、低氮要求一致，在流程配置上將這兩步加氫反應(yīng)放在同一段內(nèi)進(jìn)行串聯(lián)處理，并采用換熱的方式調(diào)節(jié)補(bǔ)充精制反應(yīng)進(jìn)料溫度。產(chǎn)品分餾部分采用常壓和減壓蒸餾，分出石腦油、煤油、柴油及各種輕、中、重潤滑油組分[3-4]。

根據(jù)不同催化劑專利商的要求，加氫脫蠟和補(bǔ)充精制反應(yīng)進(jìn)料中的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)至少小于10 μg/g、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)至少小于5 μg/g。所謂高壓氫氣汽提流程是指通過加氫處理反應(yīng)將基礎(chǔ)油原料中的硫、氮進(jìn)行有效脫除后，反應(yīng)產(chǎn)物不經(jīng)過降壓，在高壓汽提罐中利用氫氣進(jìn)行汽提，脫除溶解在反應(yīng)產(chǎn)物中的對加氫脫蠟和補(bǔ)充精制催化劑有毒性的H2S、NH3的工藝流程。加氫處理反應(yīng)產(chǎn)物通過設(shè)置高壓氫氣汽提的措施可將加氫處理、加氫脫蠟和補(bǔ)充精制3種潤滑油加氫工藝由傳統(tǒng)的兩段流程變成串聯(lián)的單段流程，如此既縮短了流程，又節(jié)約了設(shè)備投資，同時也避免了加氫處理反應(yīng)產(chǎn)物先降壓、后升壓進(jìn)入加氫脫蠟單元造成的能量浪費問題[3]。

1.2 高壓汽提型全加氫潤滑油生產(chǎn)裝置流程介紹

高壓汽提型全加氫潤滑油裝置采用加氫處理、加氫脫蠟和補(bǔ)充精制3種加氫工藝一段串聯(lián)的工藝流程，流程示意見圖1。

圖1 高壓汽提型全加氫潤滑油裝置反應(yīng)部分流程示意

原料油先與補(bǔ)充精制和加氫脫蠟反應(yīng)產(chǎn)物換熱，再與換熱后的循環(huán)氫混合后與加氫處理反應(yīng)產(chǎn)物換熱，最后通過加氫處理反應(yīng)進(jìn)料爐加熱至要求溫度后送至加氫處理反應(yīng)器。加氫處理反應(yīng)產(chǎn)物與新氫和反應(yīng)進(jìn)料換熱后進(jìn)入高壓汽提罐。汽提罐多采用填料或浮閥塔設(shè)計，加氫處理反應(yīng)產(chǎn)物在汽提罐中經(jīng)熱氫氣汽提脫除反應(yīng)生成的H2S和NH3，然后經(jīng)加氫脫蠟進(jìn)料泵升壓并與新氫混合，依次送入加氫脫蠟反應(yīng)器和補(bǔ)充精制反應(yīng)器。兩反應(yīng)器之間設(shè)置反應(yīng)產(chǎn)物與進(jìn)料換熱器，最后經(jīng)過與原料油換熱的補(bǔ)充精制反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入熱高壓分離器(簡稱熱高分)，熱高分底部的熱高分油經(jīng)減壓后送至熱低壓分離器(簡稱熱低分)進(jìn)一步閃蒸，熱高分頂部的熱氫氣作為汽提氫氣送至高壓汽提罐。汽提罐頂部氣體(簡稱熱高氣)富含加氫處理反應(yīng)生成的H2S、NH3和大量氫氣，先與循環(huán)氫換熱，經(jīng)高壓空氣冷卻器(簡稱空冷器)冷卻后送入冷高壓分離器(簡稱冷高分)。為防止熱高分氣中的H2S和NH3在低溫下生成銨鹽結(jié)晶析出而堵塞空冷器，在進(jìn)入空冷器前注入除氧水。裝置的冷高分、冷低壓分離器(簡稱冷低分)、熱低分流程同傳統(tǒng)加氫流程。

由于加氫脫蠟和補(bǔ)充精制催化劑要求反應(yīng)進(jìn)料和氫氣系統(tǒng)更加潔凈，所以裝置的新氫由壓縮機(jī)升壓后全部注入加氫脫蠟反應(yīng)器入口，同時為保證一定的氫油比還需要混合少量的循環(huán)氫，因此裝置的循環(huán)氫系統(tǒng)需要增加循環(huán)氫脫硫措施，并嚴(yán)格控制脫硫后循環(huán)氫中的H2S含量。

裝置分餾部分流程同傳統(tǒng)潤滑油加氫裝置。

1.3 高壓氫氣汽提效果

加氫處理反應(yīng)器下游設(shè)置高壓汽提罐，利用熱高分頂部氣體進(jìn)行汽提可脫除加氫處理反應(yīng)生成的H2S和NH3。以南陽漢江原油的減三線餾分油、儀長管輸減四線餾分油的加氫處理反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行汽提效果的模擬計算(ASPEN軟件)，具體數(shù)據(jù)見表1～表3。由表1～表3可以看出，通過高壓汽提很容易脫除加氫處理反應(yīng)生成的對加氫脫蠟和補(bǔ)充精制反應(yīng)催化劑有毒性的H2S和NH3，同時脫除的還有加氫處理反應(yīng)副產(chǎn)的石腦油組分。加氫處理反應(yīng)生成的石腦油組分在加氫脫蠟和補(bǔ)充精制的反應(yīng)條件下是以氣相存在的，它的脫除可以增大后續(xù)反應(yīng)的氫分壓，對節(jié)省新氫用量、降低裝置能耗均有一定貢獻(xiàn)。

表1 加氫處理原料及反應(yīng)產(chǎn)物硫、氮含量

表2 南陽減三線油加氫處理反應(yīng)產(chǎn)物的汽提效果

表3 儀長管輸減四線油加氫處理反應(yīng)產(chǎn)物的汽提效果

2 應(yīng)用實例介紹

某石化企業(yè)200 kt/a環(huán)烷基高壓加氫潤滑油基礎(chǔ)油裝置以綏中SZ36-1原油的減二線、減三線餾分油為原料，主要產(chǎn)品為變壓器油、10號橡膠填充油、12號橡膠填充油，同時還副產(chǎn)少量粗石腦油、煤油與柴油。裝置采用全加氫技術(shù)，并設(shè)置了一個壓力系統(tǒng)下的兩段加氫反應(yīng)，其中一段反應(yīng)為加氫處理及非貴金屬催化劑的加氫脫蠟反應(yīng)，二段反應(yīng)采用貴金屬催化劑進(jìn)行芳烴深度加氫飽和，以達(dá)到基礎(chǔ)油產(chǎn)品對芳烴含量和油品穩(wěn)定性的要求。由于貴金屬催化劑的存在，二段反應(yīng)進(jìn)料中硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)需低于10 μg/g、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)需低于5 μg/g。為防止催化劑中毒，工程設(shè)計上采用設(shè)置高壓氫氣汽提的方案，使用熱高分氣對一段反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行汽提，脫除一段反應(yīng)產(chǎn)物中的硫和氮，防止二段反應(yīng)催化劑中毒。裝置自2016年10月開工至今，一直連續(xù)穩(wěn)定運行。

以下將從汽提效果、設(shè)備對比、裝置能耗3方面說明高壓汽提型全加氫潤滑油裝置的優(yōu)勢。

2.1 汽提效果

高壓汽提系統(tǒng)操作穩(wěn)定，能夠?qū)σ欢畏磻?yīng)生成的H2S和NH3進(jìn)行有效脫除，同時裝置內(nèi)還設(shè)置了循環(huán)氫脫硫系統(tǒng)，嚴(yán)格控制二段進(jìn)料混合氫中的H2S含量，從各個方面均保證二段反應(yīng)進(jìn)料的安全可靠。具體數(shù)據(jù)見表4，所用原料油為減三線餾分油。

表4 裝置硫、氮含量統(tǒng)計結(jié)果 μg/g

2.2 高壓汽提型全加氫潤滑油裝置與傳統(tǒng)全加氫型潤滑油裝置的設(shè)備對比

某200 kt/a環(huán)烷基高壓加氫潤滑油基礎(chǔ)油裝置在采用高壓氫氣汽提技術(shù)后僅有一個高壓反應(yīng)系統(tǒng)，較傳統(tǒng)兩段法的全加氫型潤滑油裝置高壓設(shè)備少，高壓管線、儀表閥門也相應(yīng)減少。兩種加氫流程的主要高壓設(shè)備對比見表5。由表5可見，高壓汽提潤滑油加氫裝置比傳統(tǒng)兩段法全加氫裝置減少靜設(shè)備5臺，機(jī)泵及壓縮機(jī)2臺(套)，高壓空冷器1套，減少的設(shè)備及相應(yīng)管線、儀表閥門投資約為3 310萬元。200 kt/a環(huán)烷基潤滑油加氫裝置采用高壓汽提工藝流程，其工程費用約為3.8億元，較傳統(tǒng)兩段法全加氫裝置節(jié)省投資約8%。

表5 兩種加氫流程的主要高壓設(shè)備對比

2.3 高壓汽提型全加氫潤滑油裝置與傳統(tǒng)全加氫型潤滑油裝置的能耗對比

采用高壓氫氣汽提技術(shù)的全加氫潤滑油裝置僅擁有一個高壓反應(yīng)系統(tǒng)，避免了傳統(tǒng)全加氫裝置設(shè)置的兩個反應(yīng)系統(tǒng)，通過對比，高壓汽提全加氫潤滑油裝置在節(jié)約操作能耗上有以下特點：①反應(yīng)進(jìn)料為一次升壓過程，避免了傳統(tǒng)全加氫裝置原料油在兩段反應(yīng)區(qū)之間的升壓、降壓、再升壓的過程，節(jié)約電耗；②反應(yīng)產(chǎn)物只經(jīng)過一次降溫冷卻過程，不設(shè)置加氫脫蠟進(jìn)料加熱爐、加氫脫蠟/補(bǔ)充精制熱高分空冷器，避免了傳統(tǒng)兩段全加氫裝置反應(yīng)產(chǎn)物冷卻、升溫、再冷卻的過程，節(jié)省了電耗和燃料氣消耗；③只設(shè)置一套循環(huán)氫系統(tǒng)，機(jī)械效率更高，節(jié)省電耗；④反應(yīng)部分流程更短，加氫處理、加氫脫蠟、補(bǔ)充精制反應(yīng)器采用一段串聯(lián)流程，管線與設(shè)備熱損失少，節(jié)省燃料消耗；⑤不設(shè)置加氫處理反應(yīng)產(chǎn)物低壓蒸汽汽提，節(jié)省蒸汽消耗。

以加工量200 kt/a的環(huán)烷基潤滑油加氫裝置進(jìn)行對比，具體公用工程消耗及能耗見表6。由表6可見，高壓汽提型全加氫潤滑油裝置與傳統(tǒng)兩段法全加氫型潤滑油裝置比較，能耗減少約12%，節(jié)能效果顯著。

表6 兩種加氫流程能耗對比

3 結(jié) 論

通過在全加氫型潤滑油生產(chǎn)裝置中引入高壓氫氣汽提技術(shù)，將傳統(tǒng)的一段加氫處理和二段加氫脫蠟-補(bǔ)充精制兩個反應(yīng)系統(tǒng)整合為一段串聯(lián)系統(tǒng)，既優(yōu)化了原有的加工流程，減少了裝置占地，又能節(jié)省約8%的裝置投資，同時全裝置能耗下降約12%，對國內(nèi)煉油廠今后新建生產(chǎn)APIⅡ、Ⅲ類基礎(chǔ)油和環(huán)烷基基礎(chǔ)油裝置具有指導(dǎo)示范作用，該技術(shù)有望得到越來越廣泛的應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著。