高壓加氫裝置生產(chǎn)APIⅢ類基礎(chǔ)油運行分析

＊馮 全

（中海油氣（泰州）石化有限公司 江蘇 225300）

引言

隨著我國經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及低碳減排等環(huán)保節(jié)能措施的落地，國內(nèi)潤滑油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進入了一個換擋期，高檔潤滑油需求量明顯增加，與之相應(yīng)的高端基礎(chǔ)油的需求尤其是Ⅲ類基礎(chǔ)油需求量增速明顯，在國Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)[1]實施和雙碳目標(biāo)戰(zhàn)略[2]背景下，基于我國現(xiàn)有裝置的生產(chǎn)水平以及產(chǎn)品質(zhì)量，Ⅲ類基礎(chǔ)油缺口將是巨大的，單靠進口很難彌補[3-4]。從國內(nèi)外文獻[5-6]可知，通過高溫、高壓加氫處理可大幅度提高油品精制深度，有效的脫除硫、氮等雜質(zhì)，并且大大提高黏度指數(shù)，因此高壓加氫技術(shù)已成為全球潤滑油基礎(chǔ)油生產(chǎn)技術(shù)的首選。高壓加氫工藝生產(chǎn)潤滑油工藝不僅能拓寬基礎(chǔ)油原料來源，油品有優(yōu)異的黏溫性能和良好的添加劑感受性等優(yōu)點，而且可以滿足現(xiàn)代高檔潤滑油對APIⅡ類和Ⅲ類基礎(chǔ)油的要求。目前國內(nèi)基礎(chǔ)油裝置總產(chǎn)能多達1636萬噸/年，但是實際產(chǎn)量為750～800萬噸/年，基礎(chǔ)油行業(yè)年平均開工率為45.8%～48.9%。本文對中海油泰州石化40萬噸/年石蠟基基礎(chǔ)油高壓加氫裝置（以下簡稱裝置）生產(chǎn)Ⅲ類基礎(chǔ)油的工藝運行參數(shù)情況進行了分析。

1.裝置運行情況

(1)裝置流程概況

本裝置以中海油自采的海洋原油經(jīng)過常減壓加過后的減壓側(cè)線油為本裝置加工的原料，以生產(chǎn)＋和Ⅲ類基礎(chǔ)油，主要目標(biāo)產(chǎn)品為：基礎(chǔ)油/TZ HVI150N、基礎(chǔ)油/TZ HVI500N、基礎(chǔ)油/TZ HVIⅢ100N、基礎(chǔ)油/TZ HVIⅢ150N。裝置主要工藝流程，如圖1所示。

圖1 潤滑油高壓加氫裝置流程示意圖Fig.1 Schematic diagram of high-pressure hydrogenation device for lubricating oil

(2)反應(yīng)原理

中海油泰州石化潤滑油加氫裝置反應(yīng)部分主要包含三段加氫：加氫處理→異構(gòu)脫蠟→加氫后精制，分別為：一段（R101）采用非貴金屬硫化催化劑，通過高壓加氫進行脫氧、脫硫、脫氮、脫芳烴以及加氫裂化反應(yīng)；二段（R301）采用貴金屬催化劑，在高壓、高溫臨氫條件下對一段反應(yīng)產(chǎn)物進行異構(gòu)脫蠟；三段（R302）為加氫后精制反應(yīng)，提高油品的飽和度[9-10]。

(3)原料性質(zhì)

裝置進料性質(zhì)，如表1所示。

表1 進料性質(zhì)Tab.1 Parameters of feed

2.運行分析

從催化劑性能、基礎(chǔ)油收率和基礎(chǔ)油性能指標(biāo)、裝置氫耗和能耗3個方面對裝置的運行情況進行分析。

(1)催化劑性能

裝置三段反應(yīng)催化劑及裝置工藝參數(shù)如表2所示，催化劑的失活速率如圖2所示，裝置脫氮前后氮含量及脫氮率如圖2所示。

表2 催化劑及操作條件Tab.2 Parameters of catalyst and process

圖2 脫氮前后氮含量及脫氮率Fig.2 Nitrogen content and denitrification rate before and after Denitrification

從表2數(shù)據(jù)可知，裝置三段催化劑都具有良好的穩(wěn)定性，三段反應(yīng)器的實際氫油比、空速以及反應(yīng)溫度都在設(shè)計初期水平。

圖2中，裝置原料氮含量的平均值由1144.24mg/kg脫除至1.67mg/kg，脫氮率達到99.8%以上。說明三段催化劑具有良好的脫氮性能，主要脫氮反應(yīng)在第一段反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生。

(2)三類基礎(chǔ)油主要指標(biāo)參數(shù)及收率

基礎(chǔ)油TZ-HVIⅢ100N、TZ-HVIⅢ150N主要指標(biāo)參數(shù)如表3和表4所示。通過表3、表4中三類基礎(chǔ)油Ⅲ100N、Ⅲ150N主要指標(biāo)可知：TZ-HVIⅢ100N基礎(chǔ)油的黏度指數(shù)范圍為125～127，傾點范圍為-21～-17℃；TZ-HVIⅢ150N基礎(chǔ)油的黏度指數(shù)為126～128，傾點為-21～-20℃，Ⅲ100N、Ⅲ150N黏度指數(shù)均在125以上，并且低溫動力黏度良好。生產(chǎn)三類基礎(chǔ)油的收率測算是通過裝置總體的物料平衡量進行計算，生產(chǎn)TZHVIⅢ100N基礎(chǔ)油的收率為24.46%；TZ-HVIⅢ150N基礎(chǔ)油的收率為26.72%。

表3 基礎(chǔ)油TZ-HVI Ⅲ100N的主要性質(zhì)Tab.3 Main properties of base oil TZ-HVIⅢ100N

表4 基礎(chǔ)油TZ-HVI Ⅲ150N的主要性質(zhì)Tab.4 Main properties of base oil TZ-HVIⅢ150N

(3)裝置氫耗和能耗

裝置氫耗如圖3所示。

圖3 裝置氫耗與預(yù)期對比Fig.3 Actual and design comparison diagram of chemical hydrogen consumption

如圖3所示：裝置氫耗高于預(yù)期，主要原因：一方面是裝置原料不飽和烴含量以及氧、硫、氮含量偏高負荷偏低；另一方面是裝置進料量偏低，“標(biāo)定”數(shù)據(jù)為短時間滿負荷工況下的氫耗。

3.主要結(jié)論

（1）本裝置以中海油開采的中國海油原油經(jīng)過常減壓加過后的減三線、減四線餾分油為裝置原料，采用三段加氫工藝技術(shù)，可以生產(chǎn)出高品質(zhì)Ⅲ類基礎(chǔ)油100N和150N，油品具有較高的黏度指數(shù)、飽和烴含量＞99%、硫和氮含量低、同具有良好的低溫動力黏度以及低傾點性能。

（2）本裝置通過三段加氫反應(yīng)可穩(wěn)定切換生產(chǎn)Ⅱ+和Ⅲ潤滑油基礎(chǔ)油，而且基礎(chǔ)油指標(biāo)優(yōu)越，說明本裝置在原料穩(wěn)定的前提下，可同時穩(wěn)定生產(chǎn)Ⅱ+和Ⅲ潤滑油基礎(chǔ)油。

（3）裝置三段加氫催化劑穩(wěn)定性都比較優(yōu)良，一段加裂反應(yīng)器加氫裂化溫度380～485℃，二段異構(gòu)反應(yīng)器異構(gòu)脫蠟處理溫度355～365℃，三段后精制反應(yīng)器加氫精制溫度245～255℃，三段反應(yīng)器的反應(yīng)溫度均處于設(shè)計范圍。

（4）裝置催化劑的脫氮性能優(yōu)越，原料的脫氮率達到99.8%以上。

（5）裝置在Ⅲ類基礎(chǔ)油的生產(chǎn)過程中氫耗不及預(yù)期，能耗滿足預(yù)期要求，主要原因是Ⅲ類基礎(chǔ)油生產(chǎn)對加氫深度要求更高，整體耗氫量更高。