加氫裂化尾油蠟質量分數與異構脫蠟反應溫度的關系

李 鳴，宮衛國，王澤愛，2，黃小珠

（1.中海油能源發展股份有限公司 石化分公司，廣東 惠州516086；2.中國人民解放軍后勤工程學院 油料應用與管理工程系，重慶400016）

潤滑油長壽命、環保和節能等特性對基礎油性能提出了苛刻要求。具有優良氧化安定性、低揮發、高黏度指數和低硫含量的APIⅡ和Ⅲ類基礎油已逐步取代I類基礎油，在高檔發動機油、液壓油、汽輪機油等潤滑油產品中得到廣泛應用［1-4］。加氫工藝正逐步取代溶劑精制、溶劑脫蠟和白土精制工藝，用以生產Ⅱ和Ⅲ類基礎油［5-7］。加氫工藝中，原油餾分經加氫裂化或加氫預處理，得到低硫、低氮、低芳烴和低金屬含量的加氫裂化尾油（Hydrocracker unconverted oil，UCO）或加氫預處理油，然后通過加氫異構脫蠟反應，將長鏈正構烷烴轉化成異構烷烴以降低基礎油傾點，再經加氫精制對芳烴深度飽和，最后常（減）壓分餾得到基礎油產品。加氫工藝中，異構脫蠟單元是核心，其催化劑中金屬活性中心和酸性中心的平衡至關重要，且其分子篩孔道結構決定了異構產物的擇形性。雖然長鏈正構烷烴的異構化機理研究尚在進展中，孔口機理［8］和鎖匙機理［9］較合理地解釋了異構脫蠟催化劑獲得高轉化率、高基礎油收率的原因和產物的結構組成，但國內外加氫異構脫蠟應用技術已工業化，其中采用Chevron公司技術的工業裝置最多［10-11］。Galiano-Roth等［12］總結了加氫工藝、壓力和溫度對基礎油硫、氮和芳烴含量的影響，林榮興等［13］研究了異構脫蠟單元的進料量與反應溫度的關系，而UCO中蠟質量分數對異構脫蠟單元反應溫度的影響未見報道。

中海油石化分公司400kt／a加氫異構脫蠟裝置自2011年5月投產以來，原料UCO的蠟質量分數變化較大，導致操作參數，特別是加氫異構脫蠟反應溫度的變化?？刂圃撋a裝置其他主要操作參數和基礎油主產品性能基本相同的條件下，選擇不同蠟質量分數的UCO作為實驗原料，考察其蠟質量分數與異構脫蠟反應溫度的關系，用以指導生產時根據UCO的蠟質量分數及時調整反應溫度。

1 實驗部分

1.1 原料

加氫異構脫蠟反應單元除了異構化脫蠟主反應外，還涉及脫硫、脫氮、芳烴飽和、加氫裂化等副反應。原料中的蠟、硫、氮和芳烴含量以及餾程等均會影響加氫異構脫蠟單元的反應溫度，為此篩選出硫、氮質量分數均低于1mg／kg、餾程基本相同、紫外吸光系數和稠環芳烴指數差異較小的6批加氫尾油作為實驗原料，其主要性質見表1。由于蠟質量分數不同，致使原料的黏度指數和傾點存在較大差異。

表1 6批UCO原料的主要性質Table 1 Main properties of six UCO samples

1.2 實驗裝置及操作條件

本實驗在400kt／a加氫異構脫蠟裝置上進行。影響加氫異構脫蠟反應單元的主要操作參數是溫度、氫分壓、進料量和氫／油體積比，具體數據列于表2?？倝褐悼刂茷?5.00MPa，循環H2純度都為94%以確保相同的H2分壓，進料量和氫／油體積比也基本相同。同時控制后續的加氫精制和常（減）壓分餾單元操作參數值基本一致。

該異構脫蠟裝置由3個床層組成，加氫異構脫蠟反應放出的熱致使反應器軸向床層出現溫升，各床層入口和出口平面分別設置4個熱電偶顯示溫度的算術平均值。表3為異構脫蠟反應器床層溫度和反應溫度。活性催化劑在第1、2和3床層的體積分數分別為0.157、0.400和0.443，按式（1）計算得到催化劑加權平均溫度，即反應溫度T，其值列入表3。

式（1）中，T10、T11、T20、T21、T30和T31分別為第1、第2和第3床層的入口和出口溫度，℃，下標“0”表示入口，“1”表示出口。

表2 異構脫蠟反應單元主要操作參數值Table 2 Main operating parameters of hydroisomerization dewaxing unit

1.3 主產品性能

6批UCO異構脫蠟的主產品150N的主要性能如表4所示。

表3 異構脫蠟反應器床層溫度和反應溫度Table 3 Bed temperature and reaction temperature of hydroisomerization dewaxing unit

表4 UCO異構脫蠟的主產品150N的主要性能Table 4 Main properties of base oil 150Nfrom UCO hydroisomerization dewaxing

2 結果與討論

2.1 原料蠟質量分數與脫蠟油傾點的關系

UCO原料的蠟質量分數直接影響其和基礎油產品的傾點。原料脫蠟油的傾點在-7～-9℃范圍（見表1），而主產品基礎油150N的傾點在-16～-17℃范圍（見表4）。以傾點-17℃為基準，校正得到表1中6批UCO樣品經脫蠟后的脫蠟油傾點-17℃時脫出蠟的質量，該質量與相應UCO樣品質量的比值為UCO的蠟質量分數。

在實驗室對8-15批UCO在不同冷凍溫度下進行溶劑脫蠟，得到脫蠟油傾點和蠟質量分數對應關系，結果列于表5，得到脫蠟油傾點（Y）和蠟質量分數（X）的線性關系Y＝-6.2315X＋65.988，即脫蠟油傾點降低1℃，UCO的蠟質量分數上升0.16%。以此關系對表1中6批UCO蠟質量分數進行校正，得到脫蠟油傾點都為-17℃時，8-12、8-15、9-29、9-05、9-13和9-18批UCO的蠟質量分數分別為11.28%、13.44%、13.58%、15.60%、16.68%和18.60%。

表5 8-15批UCO的蠟質量分數與脫蠟油傾點Table 5 Wax mass fraction of UCO （8-15）and pour point of its dewaxing oil

2.2 原料蠟質量分數與異構脫蠟單元溫度的關系

異構脫蠟單元反應溫度T的控制可通過調節第1床層入口溫度T10和床層冷氫量，但在實際生產中常通過前者控制反應溫度。根據6批脫蠟油傾點都為-17℃時UCO蠟質量分數分別與表3中的反應溫度和第1床層入口溫度的對應關系，得到反應溫度（T）與蠟質量分數（X）的線性關系T＝1.4969X＋311.46（圖1）和第1床層入口溫度T10與蠟質量分數X的線性關系T10＝1.7835X＋291.87（圖2），即原料蠟質量分數上升1%，異構脫蠟單元反應溫度和第1床層入口溫度分別需提高約1.5和1.8℃。

圖1 UCO蠟質量分數與反應溫度的線性關系Fig.1 Linear relationship between wax mass fraction of UCO and reaction temperature

圖2 UCO蠟質量分數與第1床層入口溫度的線性關系Fig.2 Linear relationship between wax mass fraction of UCO and inlet temperature of the first bed

3 結 論

（1）UCO的脫蠟油傾點（Y）與UCO的蠟質量分數（X）滿足方程Y＝-6.2315X＋65.988，即脫出蠟量增加0.16%時，脫蠟油傾點降低1℃。

（2）加氫異構脫蠟單元其他主要操作參數和主產品150N性能基本相同時，異構脫蠟反應溫度T和第1床層入口溫度T10與UCO的蠟質量分數X分別滿足方程T＝1.4969X＋311.46和T10＝1.7835X＋291.87，即UCO的蠟質量分數增加1%時，反應溫度和第1床層入口溫度需分別提高約1.5和1.8℃。

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