變壓器油生產裝置運行工況分析

陳相寧

(中海瀝青股份有限公司,山東 濱州 256600)

國內某煉化企業0.3 Mt/a餾分油加氫裝置采用中海油煉油化工科學研究院開發的臨氫降凝-補充精制成套技術,裝填該研究院自主研發的催化劑,設計原料為加氫改質后的環烷基柴油餾分,生產傾點<-55 ℃的40#變壓器油基礎油、符合Ⅰ類輕質白油標準的輕質白油和石腦油。2020年9月,該裝置完成了裝置標定,能耗指標、設備性能和產品性質均滿足設計要求。截至2023年5月,該裝置先后進行一次停工消缺、一次停工大檢修,累計運行34個月,總體工況穩定。

1 裝置技術特點

如圖1該裝置采用冷高分流程,流程簡單,高壓設備少,投資低。另外,分餾系統采用“汽提-常壓分餾-減壓分餾”流程,有效去除硫化氫的同時,實現各產品的有效切割。為了避免變壓器油帶水影響產品質量,分餾系統主塔及側線塔均采用塔底重沸器,以導熱油為熱源。

煉化研究院開發的臨氫降凝-補充精制技術:兩種催化劑裝在同一反應器內,一床層裝填臨氫降凝劑,二三床層裝填補充精制劑。臨氫降凝段的空速為1 h-1補充精制段的空速為0.5 h-1。柴油餾分通過具有選擇性的臨氫降凝劑,直鏈烷烴類大分子裂化為小分子,進一步降低目標產品的傾點;柴油餾分通過補充精制劑,大分子芳烴類物質加氫飽和生成環烷烴,降低目標產品的芳烴含量,同時去除硫、氮、氧、金屬等雜質。

圖1 裝置流程圖

2 裝置運行工況分析

按照原始設計,該裝置加工量30萬t/a,以加氫改質柴油為原料,生產40#變壓器油基礎油、輕質白油WI-40、輕質白油WI-60、輕質白油WI-90、輕質白油WI-110、石腦油。2020年3月至2022年7月期間,該裝置一直執行該生產方案,各產品指標合格。

從表1來看,該裝置加工的原料密度介于839.1～860.8 kg/m3之間,芳烴含量介于16%～23.43%之間,傾點介于-9～-32 ℃之間,各關鍵指標變化較大,表2為石腦油產品性質。

表1 原料性質

表2 石腦油產品性質

從表3來看,以環烷基常二線精制基礎油為原料,在此工藝條件下,可以生產符合國家標準的WI-40輕質白油,但餾程、閃點等指標波動較大。

表3 輕質白油WI-40產品性質

從表4來看,以環烷基常二線精制基礎油為原料,在此工藝條件下,不能生產符合國家標準的WI-60輕質白油,主要是產品黏度超標。

表4 輕質白油WI-60產品性質

從表5來看,以環烷基常二線精制基礎油為原料,在此工藝條件下,可以生產符合國家標準的WI-90輕質白油,產品質量穩定。

表5 輕質白油WI-90產品性質

從表6來看,以環烷基常二線精制基礎油為原料,在此工藝條件下,無法生產符合國家標準的WI-110輕質白油,主要是產品黏度偏大,生產上無有效調整手段。

表6 輕質白油WI-110產品性質

從表7來看,在此工藝條件下,可以穩定生產符合國家標準的40#變壓器油基礎油,說明該工藝技術操作彈性較大,對原料要求不苛刻,催化劑降凝脫芳效果較好。

表7 變壓器油產品性質

由于國家政策的變化,生產輕質白油的效益逐漸下滑,自2022年7月開始,裝置改產石腦油、燃料油和40#變壓器油基礎油。經過一段時間的生產,對比生產條件和產品質量,摸索出了一套兼顧生產2#燃料油的工藝條件,不但各產品質量合格,裝置氫耗、能耗均有明顯降低。調整以后,裝置反應系統操作壓力由15 MPa降為10～12 MPa,變壓器油芳烴含量由<1%逐步上升至2%左右,變壓器油析氣性明顯好轉。通過對表8～10進行綜合分析,說明調整以后,裝置石腦油、2#燃料油、變壓器油的產品質量均符合指標要求,裝置設備均在設計參數以內運行,且運行狀態良好。

表8 石腦油產品性質

表9 燃料油產品性質

表10 變壓器油產品性質

表11的數據顯示,該裝置2022年1～7月份裝置平均單耗為26.42 kg/t,降壓操作調整后8～10月份裝置加工單耗平均為22.12 kg/t,調整后較調整前單耗降低4.29 kg/t;裝置去年同期8～10月份平均單耗為25.2 kg/t,調整后裝置單耗較去年同期降低3.08 kg/t,整體節能效果顯著。2022年1～7月份裝置氫耗為1.21%,調整后8～10月份裝置平均氫耗為1%,調整后較調整前下降0.2%,裝置耗氫大幅下降。經粗略計算,調整后裝置每年節約加工成本1 300萬元以上。

表11 調整前后氫耗、能耗變化

3 運行中存在的問題及整改措施

該裝置兩種催化劑裝在同一反應器內,一床層為臨氫降凝劑,二三床層為補充精制劑。一床層反應過程中放出大量的熱,不利于二三床層的脫硝反應,為了兼顧產品質量,一方面需要犧牲一下補充精制劑的使用溫度,另一方面需要注入大量冷氫,以控制二床層入口溫度,裝置整體能耗較高。如果條件允許,建議進一步優化催化劑級配方案和裝置換熱流程,充分利用反應熱。

該裝置分離單元為冷高分流程,反應產物自反應器流出依次經過高壓換熱器和高壓空冷,降溫至50 ℃左右進入高壓分離器進行油、水、氣三相分離。高分底部的低溫油再通過一系列的換熱器升溫至180 ℃左右進入分餾系統進行脫硫化氫和產品分離。該流程前期投資小,但長周期運行能耗較高。

由于原油性質和裝置局限,部分輕質白油產品質量不達標,裝置效益無法最大化。基于輕質白油用戶的使用要求,研究工藝方案和催化劑級配方案,努力生產合格的輕質白油。另外,努力推動產品標準的升級。

4 結束語

經過對該裝置實際運行情況進行分析,說明以環烷基原油常二線餾分油為原料,經過臨氫降凝-補充精制技術可以生產40#變壓器油基礎油。鑒于裝置出現的問題,建議項目前期工作要做細、做精,催化劑小試、中試試驗要充分論證,滿足主產品生產需要的情況下,兼顧副產品產品質量。另外,系統壓力、空速、氫油比等關鍵指標以設計參數為依據,可以根據產品質量進行優化調整。