白油加氫催化劑RLF-20的生產(chǎn)與工業(yè)應(yīng)用

梁維軍，曾厚旭

(中國石化催化劑長嶺分公司，湖南 岳陽 410012)

白油是經(jīng)過特殊深度精制脫除芳烴、硫和氮等雜質(zhì)而得到的特種礦物油品。白油無色、無味，化學(xué)惰性和光安定性能好，其基本組成為飽和烴結(jié)構(gòu)，平均相對(duì)分子質(zhì)量通常在250～450范圍內(nèi)[1-3]。

我國白油分為3類：工業(yè)級(jí)、化妝品級(jí)和食品與醫(yī)藥級(jí)。國外白油一般分為工業(yè)級(jí)和食品與醫(yī)藥級(jí)2類。各類白油的分類指標(biāo)主要為黏度、色度、易炭化物、紫外吸光度等[4-6]。目前，國內(nèi)市場(chǎng)對(duì)化妝品級(jí)和食品與醫(yī)藥級(jí)等高品質(zhì)白油需求較為旺盛，而工業(yè)級(jí)白油則處于供過于求的狀態(tài)[7-16]。

白油的生產(chǎn)方法主要有2種：一種是以低硫石蠟基或環(huán)烷基原油的潤滑油餾分為原料，采用發(fā)煙硫酸或三氧化硫法生產(chǎn)白油；另一種是采用加氫法生產(chǎn)白油。前者由于硫酸耗量大、生產(chǎn)成本高、三廢排量大、收率低等缺點(diǎn)而逐漸被無污染、收率高、原料來源廣泛、產(chǎn)品質(zhì)量好的加氫法所取代[1，5]。

加氫法生產(chǎn)白油所用催化劑分為貴金屬型和非貴金屬型2種。在早期，由于貴金屬型催化劑成本較高，因而市場(chǎng)上需要非貴金屬型加氫催化劑。但近年來，隨著對(duì)高品質(zhì)白油的需求不斷增長，非貴金屬型白油加氫催化劑因加氫活性較低，已難以滿足生產(chǎn)的需要，因而目前市場(chǎng)上主要是以貴金屬型白油加氫催化劑為主[17-19]。

中國石化石油化工科學(xué)研究院(簡稱石科院)對(duì)白油加氫技術(shù)進(jìn)行了多年研究，于2000年成功開發(fā)了芳烴飽和性能良好的白油加氫催化劑RLF-10W，并以該催化劑為基礎(chǔ)，開發(fā)了一段法、兩段法以及從VGO生產(chǎn)白油的系列白油加氫技術(shù)，并相繼在中國石油大慶煉化公司、中國石油克拉瑪依石化公司和中國石化杭州煉油廠(簡稱杭州石化)等企業(yè)成功應(yīng)用，產(chǎn)品涉及化妝品級(jí)白油、醫(yī)藥級(jí)白油、食品級(jí)白油、聚苯乙烯專用白油、高檔耐黃變橡膠填充油等領(lǐng)域，總生產(chǎn)能力達(dá)到180 kt/a。

近些年，由于白油加氫原料油趨于劣質(zhì)化，芳烴含量增加，硫、氮含量波動(dòng)增大，采用現(xiàn)有催化劑難以滿足生產(chǎn)要求；另一方面，國內(nèi)新建了一批白油生產(chǎn)裝置也急需采用高活性的白油加氫催化劑。為了應(yīng)對(duì)市場(chǎng)變化，石科院開發(fā)了新一代高活性白油加氫催化劑RLF-20。以下主要介紹白油加氫催化劑RLF-20的工業(yè)生產(chǎn)與工業(yè)應(yīng)用情況。

1 白油加氫催化劑RLF-20的工業(yè)生產(chǎn)

白油加氫催化劑RLF-20于2011年首次在中國石化催化劑長嶺分公司進(jìn)行了工業(yè)生產(chǎn)，生產(chǎn)過程如圖1所示。由圖1可知，RLF-20催化劑生產(chǎn)過程無需特殊加工步驟，因而可以利用現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行規(guī)模生產(chǎn)。

圖1 白油加氫催化劑RLF-20生產(chǎn)過程示意

本次生產(chǎn)共制備成品催化劑約15 t，工業(yè)生產(chǎn)催化劑的物化性質(zhì)見表1。由表1可知，工業(yè)生產(chǎn)催化劑的物化性質(zhì)與實(shí)驗(yàn)室定型劑相當(dāng)，符合催化劑生產(chǎn)質(zhì)量控制指標(biāo)要求。

表1 RLF-20工業(yè)劑與實(shí)驗(yàn)室定型劑物化性質(zhì)對(duì)比

為了考察工業(yè)劑是否達(dá)到實(shí)驗(yàn)室定型劑的水平，采用輕脫油對(duì)工業(yè)劑和實(shí)驗(yàn)室定型劑進(jìn)行性能評(píng)價(jià)，原料油性質(zhì)與評(píng)價(jià)結(jié)果分別見表2和表3。由表2可知，評(píng)價(jià)所用原料油的芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.3%，為低芳烴原料油。由表3可知，本次生產(chǎn)的工業(yè)劑性能與實(shí)驗(yàn)室定型劑相當(dāng)，表明本次工業(yè)生產(chǎn)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，催化劑生產(chǎn)質(zhì)量可控、達(dá)標(biāo)。

表2 評(píng)價(jià)用輕脫油的性質(zhì)

表3 RLF-20工業(yè)劑和實(shí)驗(yàn)室定型劑性能對(duì)比

2 RLF-20工業(yè)劑性能

對(duì)工業(yè)催化劑RLF-20進(jìn)行原料適應(yīng)性考察。在實(shí)驗(yàn)室中型潤滑油加氫裝置上分別采用1號(hào)白油料、2號(hào)混合料、3號(hào)橡膠填充油進(jìn)行原料適應(yīng)性試驗(yàn)，原料油性質(zhì)如表4所示。由表4可知，試驗(yàn)所用原料油不僅芳烴含量高低不同，其黏度范圍也較寬，因此評(píng)價(jià)結(jié)果可以充分表現(xiàn)工業(yè)劑的性能。

表4 原料適應(yīng)性考察中的原料油性質(zhì)

評(píng)價(jià)所用工藝條件如表5所示。由表5可知：試驗(yàn)的反應(yīng)溫度為210～230 ℃，為典型的工業(yè)反應(yīng)溫度；氫氣壓力為15 MPa，可以保證有充足的氫氣完成芳烴飽和。

表5 不同原料油加氫主要工藝條件

不同原料油的評(píng)價(jià)結(jié)果見表6。由表6可見，在反應(yīng)條件下，所有產(chǎn)品均滿足食品級(jí)白油的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。特別是對(duì)于高芳烴含量的2號(hào)原料和黏度與芳烴含量均較高的3號(hào)原料，經(jīng)過加氫后其產(chǎn)品的紫外吸光度均遠(yuǎn)低于產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的限定值，說明該催化劑對(duì)高黏度和高芳烴含量原料也具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。此外，由表5和表6還可知，RLF-20工業(yè)劑對(duì)不同原料油均具有良好的適應(yīng)性，在較緩和的工藝條件下，可以生產(chǎn)滿足食品級(jí)白油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。

表6 RLF-20工業(yè)劑評(píng)價(jià)結(jié)果

3 白油加氫催化劑RLF-20的工業(yè)應(yīng)用

白油加氫催化劑RLF-20于2012年3月在杭州石化100 kta白油加氫裝置上首次進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用。生產(chǎn)過程中裝置運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，催化劑活性穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量符合各相關(guān)質(zhì)量指標(biāo)的要求，可以穩(wěn)定生產(chǎn)高檔白油產(chǎn)品。

開工原料首先選擇4號(hào)白油料，之后加工5號(hào)白油料，原料油性質(zhì)如表7所示。由表7可知，4號(hào)白油料的芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為1.2%，非常適宜作為生產(chǎn)食品級(jí)白油的原料。表8為4號(hào)白油料的加工工藝參數(shù)，表9為加氫產(chǎn)品性質(zhì)。在加工過程中共采用2種工況，第一種工況是標(biāo)準(zhǔn)空速，第二種工況是1.15倍空速，主要目的是考察反應(yīng)空速對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。在第一種工況下，反應(yīng)器入口溫度約為180 ℃，由于原料芳烴含量低，加氫脫芳反應(yīng)較緩和，催化劑床層沒有明顯溫升。得到的白油產(chǎn)品通過易炭化物試驗(yàn)1號(hào)色的指標(biāo)要求，紫外吸光度小于0.1，滿足了食品級(jí)白油指標(biāo)(見表9)。

表7 杭州石化白油加氫裝置開工原料油性質(zhì)

另一方面，由表9還可知，即使空速提高15%，其他參數(shù)不變，產(chǎn)品仍然滿足食品級(jí)白油標(biāo)準(zhǔn)，表明催化劑RLF-20具有較好的芳烴飽和性能，能夠滿足企業(yè)靈活生產(chǎn)的需要。

表8 4號(hào)白油料加工工藝參數(shù)

表9 4號(hào)白油料加氫產(chǎn)品性質(zhì)

5號(hào)白油料是以某煉油廠加氫裂化尾油為原料，通過總壓3.0 MPa的異構(gòu)脫蠟加氫裝置加工得到的輕質(zhì)潤滑油基礎(chǔ)油。由表7可知，5號(hào)白油料的芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到12.1%，用來生產(chǎn)高檔白油產(chǎn)品的難度較大。表10為5號(hào)白油料的加工工藝參數(shù)，在加工過程中同樣采用2種工況，第一種工況是標(biāo)準(zhǔn)空速，第二種工況是1.10倍空速。由表10可見，在第一種工況下，由于5號(hào)白油料芳烴含量較高，第一反應(yīng)器床層溫升達(dá)到了27 ℃，而第二反應(yīng)器床層沒有明顯溫升，在第一反應(yīng)器內(nèi)的催化劑上原料中的大部分芳烴發(fā)生飽和反應(yīng)。而在第二反應(yīng)器內(nèi)的催化劑上芳烴進(jìn)行深度飽和，最終達(dá)到食品機(jī)械專用白油標(biāo)準(zhǔn)(見表11)。此外，在第二種工況下，即使空速提高10%，產(chǎn)品的紫外吸光度仍無明顯變化(見表11)，這進(jìn)一步表明催化劑RLF-20對(duì)芳烴具有較好的飽和性能，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

表10 5號(hào)白油料加工工藝參數(shù)

表11 5號(hào)白油料加氫產(chǎn)品性質(zhì)

4 結(jié) 論

貴金屬白油加氫催化劑RLF-20具有較好的芳烴飽和性能，工業(yè)生產(chǎn)順利，工業(yè)應(yīng)用操作條件緩和、具有較好的原料適應(yīng)性，可以生產(chǎn)出食品級(jí)白油。