新型蠟油加氫處理催化劑的性能評價與工業(yè)應用

＊黃新平 宋鑫凱 魏軍 朱路新

（中石油克拉瑪依石化有限責任公司 新疆 834000）

隨著原油劣質化、重質化的趨勢不斷加劇，原料中的硫、氮等雜質含量不斷增加，導致油品加工的難度越來越大。同時隨著環(huán)保法規(guī)日益嚴格，對劣重質餾分油清潔化、輕質化加工的要求越來越高。加氫處理技術，通過高性能加氫處理催化劑將原料中的硫、氮、金屬等雜質進行脫除，將原料中的非理想組分改質轉化為理想組分，對生產符合質量標準要求的油品有十分重要的意義[1-3]。

克拉瑪依石化公司高壓加氫裝置加氫處理催化劑目前已經使用了6年，達到了使用壽命的末期，活性不能滿足公司生產需求，因此更換為KL-18新型高活性蠟油加氫催化劑。該催化劑采用納米分散技術開發(fā)而成，進行了催化劑載體配方改良，金屬浸漬技術改進以及獨有的有機物添加劑優(yōu)化，催化劑活性金屬分布的更均勻，金屬完全硫化形成二類活性相，活性金屬利用率更高，活性相原位鎖定提高了活性的穩(wěn)定性，使催化劑脫硫、氮活性和芳烴飽和能力進一步提高[4-5]。本研究對KL-18加氫處理催化劑進行了加氫性能評價，分別對其脫硫、氮精制活性，生成油分布、組成和重潤黏度指數進行了考察，并對其工業(yè)應用情況進行了跟蹤。可以為公司KL-18加氫處理催化劑的工業(yè)應用提供基礎數據和工藝技術支持，對公司高壓加氫裝置的正常運行及穩(wěn)定生產具有巨大的現實意義。

1.實驗部分

（1）催化劑及原料油性質。KL-18加氫處理催化劑活性金屬為鎳、鉬，載體為氧化鋁，催化劑加氫性能評價采用的原料為脫瀝青油，原料性質分析見表1。

表1 脫瀝青油性質分析

（2）催化劑加氫處理性能評價試驗裝置及工藝方案。催化劑加氫處理性能評價采用200mL/h固定床加氫試驗裝置，該實驗裝置最高操作壓力可達到20MPa，進油量為50～600mL/h，反應溫度為50～450℃，氫氣流量為10～400L/h，能夠處理各種輕、中、重石油餾分油原料。反應溫度控制采用串級控制，保證反應溫度恒定；液體進料通過電子秤計量，實現反饋控制，進油系統(tǒng)有單向閥和安全閥保護，防止油品倒串和超壓泄壓，液位自動控制；設有高低壓分離罐，尾氣系統(tǒng)設置分離器，保證尾氣不帶液，尾氣設有流量計，可以有效計算物料平衡；尾氣系統(tǒng)由定壓閥和自動調節(jié)閥控制系統(tǒng)壓力；采用兩段反應器串聯。

具體工藝流程為將原料油添加入原料罐中，經由原料泵進入一級反應器，在進一級反應器前與氫氣充分混合，然后經過一級反應器和二級反應器進行充分加氫反應，反應產物經過高低壓分離罐進行油氣分離后，進入產品罐，工藝流程圖見圖1。通過選擇不同的催化劑、工藝條件和原料，可以廣泛開展汽柴油加氫精制和改質，蠟油加氫處理、異構降凝和補充精制等多種加氫工藝，得到不同標準牌號的燃料油、變壓器油、潤滑油基礎油、工業(yè)白油、食品級白油等各類基礎油產品。

圖1 催化劑評價加氫試驗裝置

本工作以脫瀝青油為原料，KL-18加氫處理催化劑組合KL-11加氫裂化催化劑進行加氫性能評價，工藝條件以工業(yè)裝置反應壓力，氫油比和空速為基準，反應溫度為375～390℃。

2.結果與討論

（1）催化劑評價脫硫氮精制活性。脫瀝青油經過加氫處理反應后，生成油硫、氮含量需要小于10μg·mL-1，才能滿足后續(xù)加氫異構反應的進料要求，保護貴金屬加氫異構催化劑的活性。由圖2可見，反應溫度為375～390℃時，隨著反應溫度的提高，催化劑評價的生成油硫含量由3.3μg·mL-1降低到1.1μg·mL-1、氮含量由2.6μg·mL-1降低到1.0μg·mL-1，均達到指標要求小于10μg·mL-1，說明催化劑具有良好的脫硫、氮精制活性。

圖2 催化劑評價脫硫、氮精制活性

（2）催化劑評價生成油分布。對催化劑加氫處理性能評價的生成油進行蒸餾切割，考察生成油餾分分布情況。由圖3可見，反應溫度為375～390℃時，隨著反應溫度的提高，加氫裂化反應增強，HK-280℃餾分收率從6.3%逐漸增加到16.66%，而重潤餾分（＞460℃）收率從68.92%逐漸降低到45.74%。對比上一周期催化劑末期使用情況，相同反應溫度下，收率下降了約5%，說明催化劑加氫處理活性有了明顯提高。

圖3 催化劑評價生成油分布

（3）催化劑評價生成油組成分析。加氫處理催化劑組合加氫裂化催化劑通過芳烴深度飽和及選擇性加氫裂化開環(huán)反應將原料中的芳烴、膠質、瀝青質等非理想組分改質轉化為鏈烷烴和帶有長側鏈的環(huán)烷烴等理想組分，有效提高油品質量，并符合標準指標要求。由圖4可見，反應溫度為375～390℃時，隨著反應溫度的提高，鏈烷烴含量由14.5%逐漸增加到23%，環(huán)烷烴含量由83.5%逐漸降低到75.7%，芳烴含量由2.0%逐漸降低到1.3%，膠質全部為0%；與原料相比，鏈烷烴含量有所提高，由于芳烴深度飽和轉化為環(huán)烷烴，使環(huán)烷烴含量明顯增加，芳烴含量大幅度降低，膠質完全反應轉化，說明催化劑具有很強的芳烴深度飽和能力，與上一周期催化劑芳烴飽和能力基本相當。

圖4 催化劑評價生成油組成分析

（4）催化劑評價重潤黏度指數分析。加氫處理反應使黏度指數低的芳烴、膠質、瀝青質轉化為黏度指數高的鏈烷烴和帶有長側鏈的環(huán)烷烴，可以有效提高油品黏度指數性質。由圖5可見，反應溫度為375～390℃時，隨著反應溫度的提高，生成油重潤黏度指數由81逐漸提高到103，該結果與生成油組成分析的結論相一致。與上一周期催化劑相比，相同反應溫度下，黏度指數提高了約2個單位，說明催化劑具有很強的芳烴飽和能力和一定的加氫裂化開環(huán)能力。

圖5 催化劑評價重潤黏度指數分析

（5）催化劑工業(yè)應用。KL-18加氫處理催化劑在公司高壓加氫工業(yè)裝置上進行了生產應用，用來加工脫瀝青油，裝置主要工藝條件及生成油性質見表2。由表2可見，原料脫瀝青油的硫、氮含量分別為1200 μg·mL-1和1500μg·mL-1，黏度指數為53，組成芳烴含量為24.36%，極性化合物為7.33%，在加氫處理反應溫度為375.7℃的條件下，硫、氮含量分別降低為2.3μg·mL-1和1.3μg·mL-1，黏度指數提高到100，組成中芳烴含量降低為0.62%，極性化合物降低為0%，說明加氫處理催化劑KL-18具有良好的加氫精制活性、芳烴深度飽和及提高黏度指數的能力，生成油質量達到了后續(xù)加氫異構段的進料要求[6-7]。與上一周期催化劑相比，反應溫度降低了約5℃，產品質量穩(wěn)定，各項操作工藝參數平穩(wěn)，催化劑表現出良好的活性和穩(wěn)定性。

表2 工業(yè)生產主要工藝條件及生成油性質

3.結論

高活性加氫處理催化劑對于蠟油的生產加工至關重要，本工作通過對KL-18加氫處理催化劑的加氫性能評價，得到了催化劑合適的應用工藝參數及生成油硫氮含量、分布、組成和黏度指數等性質。工業(yè)生產應用結果表明，在反應溫度375.7℃的條件下，該催化劑具有良好的加氫精制活性、芳烴深度飽和及提高黏度指數的能力，生成油質量完全滿足后續(xù)加氫異構段的進料要求，并且工業(yè)生產運行平穩(wěn)，表現出良好的穩(wěn)定性。