環(huán)烷基減壓蠟油做變壓器油原料的優(yōu)化措施

王 新，陳曉梅

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環(huán)烷基減壓蠟油做變壓器油原料的優(yōu)化措施

王 新1，陳曉梅2

（1.盤錦職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 盤錦 124000；2.盤錦北方瀝青燃料有限公司，遼寧 盤錦 124221）

針對(duì)盤錦北方瀝青燃料有限公司30萬噸/年變壓器油生產(chǎn)裝置的運(yùn)行過程中曾出現(xiàn)加氫預(yù)處理反應(yīng)器壓降升高和減底產(chǎn)品顏色不達(dá)標(biāo)的問題，分析了原料油及操作條件對(duì)裝置運(yùn)行及產(chǎn)品性質(zhì)的影響，通過對(duì)原料的處理和操作條件的優(yōu)化，解決了壓降和產(chǎn)品顏色問題，實(shí)現(xiàn)了裝置的長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

環(huán)烷基蠟油；變壓器油；反應(yīng)器壓降；產(chǎn)品顏色；優(yōu)化措施

環(huán)烷基餾分油的主要組成成分是環(huán)烷烴和芳香烴，具有密度大、黏度高、黏度指數(shù)低、凝點(diǎn)低、溶解性能和介電性能優(yōu)越等特點(diǎn)，是生產(chǎn)變壓器油、冷凍機(jī)油和橡膠填充油的理想原料[1]。環(huán)烷基餾分油采用傳統(tǒng)“老三套”工藝很難生產(chǎn)出揮發(fā)性低、氧化安定性好的優(yōu)質(zhì)環(huán)烷基基礎(chǔ)油[2-3]。

近年來，高壓加氫技術(shù)逐漸取代了“老三套”工藝，使具有環(huán)烷基特性但蠟含量偏高的產(chǎn)品可通過加氫工藝得到傾點(diǎn)低的產(chǎn)品。通?？梢圆捎门R氫降凝、異構(gòu)脫蠟和選擇性脫蠟三種工藝進(jìn)行生產(chǎn)環(huán)烷基基礎(chǔ)油。盤錦北方瀝青燃料有限公司30萬t/a變壓器油裝置以環(huán)烷基減壓蠟油為原料，原料經(jīng)過加氫精制預(yù)處理后，經(jīng)過異構(gòu)脫蠟和后精制深度芳烴飽和后，最終得到-40 ℃變壓器油和-10 ℃變壓器油產(chǎn)品。本文通過總結(jié)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)變壓器油裝置的原料及操作條件進(jìn)行分析，解決了裝置運(yùn)行中遇到的問題，并對(duì)生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量提升方面提出了若干建議。

1 變壓器油裝置概況

1.1 工藝流程

盤錦北方瀝青燃料有限公司變壓器油裝置加工原料油能力為30萬t/a（8400 h），裝置操作彈性60%~110%。裝置分為加氫預(yù)處理、異構(gòu)和后精制反應(yīng)和產(chǎn)品分餾三個(gè)部分，工藝流程如圖1所示。加氫預(yù)處理部分由1臺(tái)加氫精制反應(yīng)器、熱高分、冷高分、熱低分系統(tǒng)、氫氣循環(huán)系統(tǒng)和脫丁烷塔組成。異構(gòu)和后精制反應(yīng)部分包括1臺(tái)異構(gòu)反應(yīng)器和1臺(tái)后精制反應(yīng)器組成。產(chǎn)品分餾部分包括熱高分、冷高分系統(tǒng)、氫氣循環(huán)系統(tǒng)、常壓塔和減壓塔組成。原料首先經(jīng)過預(yù)精制脫除雜質(zhì)硫氮和芳烴飽和后，脫丁烷塔底油進(jìn)入異構(gòu)和后精制反應(yīng)器進(jìn)行降凝和深度芳烴飽和，之后產(chǎn)物再經(jīng)過減壓分餾和汽提后得到最終產(chǎn)品。

圖1 簡(jiǎn)易工藝流程圖

1.2 催化劑

加氫預(yù)處理、異構(gòu)和后精制反應(yīng)器所使用催化劑如表1所示。

表1 裝置用催化劑

2 裝置運(yùn)行情況

2.1 原料及產(chǎn)品性質(zhì)

變壓器油裝置的原料及減壓餾分油的性質(zhì)如表2所示。

表2 變壓器油裝置原料及產(chǎn)品性質(zhì)

2.2 操作條件

加氫預(yù)處理、異構(gòu)和后精制反應(yīng)的操作條件如表3所示：

表3 反應(yīng)器操作條件

2.3 產(chǎn)品質(zhì)量分析

表4 變壓器油裝置原料及產(chǎn)品性質(zhì)

2.4 裝置運(yùn)行問題及原因分析

盤錦北方瀝青燃料有限公司變壓器油裝置自2016年初開始加工環(huán)烷基減壓蠟油，用于生產(chǎn)變壓器油基礎(chǔ)油，每天處理環(huán)烷基減壓蠟油550余噸，可生產(chǎn)不同型號(hào)變壓器油460噸，潤滑油收率可達(dá)84%，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，性能優(yōu)異。但是自2016年7月以來，加氫預(yù)處理反應(yīng)器曾出現(xiàn)兩次運(yùn)行不足3個(gè)月就需要停工進(jìn)行保護(hù)劑撇頭的情況，加氫預(yù)處理反應(yīng)器床層壓降在運(yùn)行一個(gè)月后已由開工初期的0.8 kg/cm2漲到末期的4 kg/cm2，隨后壓降繼續(xù)上漲，裝置被迫停工。此外，減壓塔底油曾出現(xiàn)過顏色深，賽氏色度不達(dá)標(biāo)的情況，減二線和減三線產(chǎn)品顏色良好，呈水白色。

2.4.1 催化劑床層壓降快速上升

同所有的加氫裝置一樣，原料油、氫氣、操作條件等是影響變壓器油裝置平穩(wěn)運(yùn)行的主要參數(shù)。陳曉梅等[4]人分析過環(huán)烷基蠟油高壓加氫裝置運(yùn)行中加氫反應(yīng)器的壓降問題，發(fā)現(xiàn)原料是影響壓降快速上升的主要因素。因此，首先從上游裝置的原料儲(chǔ)罐來考慮?？紤]到生產(chǎn)裝置運(yùn)行的平穩(wěn)性，原料油通常是先送到儲(chǔ)罐，再供給裝置使用。一般每套裝置有兩個(gè)或兩個(gè)以上的原料油儲(chǔ)罐切換使用。因此，對(duì)罐儲(chǔ)內(nèi)的原料油（尤其是二次加工油）應(yīng)該進(jìn)行保護(hù)，避免空氣接觸。研究和生產(chǎn)實(shí)踐表明，當(dāng)罐儲(chǔ)原料油中的不安分組分（如烯烴）與空氣接觸時(shí)，會(huì)和空氣中的氧發(fā)生氧化反應(yīng)，其氧化產(chǎn)物又會(huì)與含硫、氮、氧的活性雜原子化合物進(jìn)行縮合反應(yīng)生成焦前身物，易在換熱器、加熱爐和反應(yīng)器頂部等高溫部位進(jìn)一步縮合成焦，這樣不僅導(dǎo)致?lián)Q熱效率降低，還能引起反應(yīng)系統(tǒng)壓降的形成和快速增長，影響裝置的平穩(wěn)操作，縮短裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)周期[5]。

原料油中的金屬含量也是影響反應(yīng)系統(tǒng)壓降快速上升的原因之一。環(huán)烷基減壓蠟油中的金屬主要是鎳、釩、鐵、鈣、鈉等，從表2也可以看出，原料中鐵含量高達(dá)6.2 ppm，鋁和鈣含量也接近2 ppm，同時(shí)瀝青質(zhì)和膠質(zhì)含量也較高。其中鎳和釩是造成加氫催化劑永久性失活的毒物，而金屬鐵在加氫過程中生產(chǎn)硫化亞鐵沉積在反應(yīng)器催化劑床層的頂部，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)等含雜原子的大分子沉積在催化劑表面，都能造成床層壓降迅速增長，危及裝置的正常操作和運(yùn)行。

2.4.2 產(chǎn)品顏色差

減底油顏色通常是由于產(chǎn)品中芳烴含量高造成的，芳烴含量高還能夠影響潤滑油產(chǎn)品的光熱安定性。產(chǎn)品中不飽和烴類較活潑，容易與空氣中的氧結(jié)合，生成過氧化物自由基，然后發(fā)生縮合。加氫處理減壓側(cè)線油中含有部分加氫的多環(huán)芳烴，這類物質(zhì)非常不穩(wěn)定，是影響產(chǎn)品光安定性的主要原因[6]。

從表2的產(chǎn)品分析數(shù)據(jù)表明，加氫預(yù)精制后芳烴含量達(dá)8.3%，這使得后精制反應(yīng)器的芳烴飽和負(fù)荷較大，導(dǎo)致后精制反應(yīng)器內(nèi)芳烴飽和不完全。從表4也可以看出，減底油中總芳烴含量3.1%，高于其他兩種產(chǎn)品的芳烴含量，因此，顏色也略深。

3 裝置運(yùn)行優(yōu)化措施

3.1 反應(yīng)器床層壓降問題解決

為解決加氫預(yù)處理系統(tǒng)壓降問題，建議首先解決原料問題。原料油儲(chǔ)罐通常需要采用微正壓的惰性氣體（氮?dú)猓┗驘拸S干氣進(jìn)行保護(hù)。保護(hù)介質(zhì)的氧含量應(yīng)小于5μL/L。此外，針對(duì)原料油中大量金屬離子的存在，應(yīng)對(duì)原油進(jìn)行脫酸脫鹽處理。環(huán)烷酸能與水或鋼鐵設(shè)備上生成保護(hù)膜的FeS發(fā)生作用生成環(huán)烷酸鐵，因?yàn)榄h(huán)烷酸鐵具有油溶性，容易被流動(dòng)的介質(zhì)沖走，使金屬表面不斷剝落，從而不斷被腐蝕，所以環(huán)烷酸具有較大的腐蝕作用，造成原料油中環(huán)烷酸鐵含量高，這也是造成反應(yīng)器系統(tǒng)壓降快速上升的原因。

如果環(huán)烷基蠟油的原料質(zhì)量不能控制，則需要根據(jù)進(jìn)料中金屬含量選擇合適的級(jí)配劑方案來控制反應(yīng)系統(tǒng)壓降上升。目前，加氫預(yù)處理反應(yīng)器是由法國Axens公司高效捕集惰性細(xì)粉、脫金屬、脫硫氮和烯烴飽和功能的保護(hù)劑以對(duì)抗加氫系統(tǒng)壓降的快速上升。

3.2 產(chǎn)品質(zhì)量的改善

反應(yīng)溫度和反應(yīng)壓力是影響芳烴加氫飽和的主要因素。因此，提高加氫預(yù)精制反應(yīng)器氫分壓，降低預(yù)精制產(chǎn)品芳烴含量，從而降低了精制反應(yīng)器芳烴飽和的負(fù)荷，顯著改善了減底油顏色。為改善減底油產(chǎn)品顏色，還可以控制減壓塔塔底蒸汽的氧含量及提供減壓塔真空度，避免有空氣漏入減壓塔，造成產(chǎn)品氧化而影響產(chǎn)品顏色。同時(shí)，在保證減壓塔拔出率的情況下，盡量降低減壓爐出口溫度，提高減壓塔底汽提蒸汽的溫度，以改善減壓側(cè)線油的顏色。

此外，反應(yīng)系統(tǒng)中新氫和循環(huán)氫的雜質(zhì)含量也對(duì)反應(yīng)有重要影響。應(yīng)該嚴(yán)格控制氫氣系統(tǒng)中的CO和CO2含量。微量的CO含量能堵塞催化劑活性中心，與催化劑上的金屬組分形成有毒的、易揮發(fā)的羰基化合物，從而腐蝕催化劑，降低了催化劑活性。氫氣中的CO2在加氫條件下可轉(zhuǎn)化為CO，并且在含鎳和鉬的加氫催化劑作用下CO和CO2與H2在一定溫度下反應(yīng)生成甲烷，同時(shí)放出大量的熱量。甲烷化反應(yīng)產(chǎn)生的熱容易造成反應(yīng)器內(nèi)催化劑床層溫升過高，溫度分布不均勻，惡化裝置操作[7]。因此，應(yīng)嚴(yán)格控制加氫反應(yīng)系統(tǒng)中新氫及循環(huán)氫中CO（<5 ppm）和CO2（<15 ppm）含量，避免催化劑活性降低。

4 結(jié)論

以環(huán)烷基減壓蠟油為原料，通過原料加氫預(yù)處理、異構(gòu)脫蠟和后精制反應(yīng)后，能夠成功生產(chǎn)出低傾點(diǎn)、光熱穩(wěn)定性好的變壓器油基礎(chǔ)油。盡管裝置在運(yùn)行過程中出現(xiàn)過預(yù)處理系統(tǒng)壓降高、減底線產(chǎn)品色度差等問題，但通過對(duì)原料質(zhì)量的控制和操作條件的調(diào)整，問題已基本解決。

為了保證裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行，建議：（1）做好原料油的保護(hù)工作，原油進(jìn)行脫酸脫鹽處理，減壓蠟油采取氮?dú)饣蚋蓺饷芊?，?yán)格控制原料中金屬離子、殘?zhí)?、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量，過濾原料中的雜質(zhì)，預(yù)防反應(yīng)器頂部壓降的過早形成和快速增長；（2）優(yōu)化操作條件，提高加氫預(yù)處理反應(yīng)的芳烴飽和度，嚴(yán)格控制循環(huán)氫中CO和CO2含量，優(yōu)化減壓塔的操作，以改善產(chǎn)品顏色和光熱安定性。

[1] 任建松, 陳淳, 蔡烈奎. 環(huán)烷基潤滑油基礎(chǔ)油生產(chǎn)工藝的中試研究和流程優(yōu)化[J].石油煉制與化工, 2014, 45(3): 69-73.

[2] 任建松, 馬莉莉. 環(huán)烷基潤滑油高壓加氫生產(chǎn)技術(shù)適應(yīng)性分析[J]. 潤滑油, 2015, 30(4): 53-58.

[3] 儲(chǔ)宇, 金月昶, 王海彥. 環(huán)烷基油加氫生產(chǎn)潤滑油技術(shù)進(jìn)展[J]. 當(dāng)代化工, 2010, 39(3): 261-264.

[4] 陳曉梅, 孫柏軍, 閆軍. 潤滑油高壓加氫裝置運(yùn)行情況分析及應(yīng)對(duì)措施[J]. 化工技術(shù)與開發(fā), 2016, 45(12): 54-57.

[5] 方向晨, 關(guān)明華, 廖士綱. 加氫裂化[M]. 北京: 中國石化出版社, 2008: 168-170.

[6] 馬文志. 環(huán)烷基潤滑油高壓加氫技術(shù)的應(yīng)用[J]. 山東化工, 2015, 44(9): 113-116.

[7] 古曉琳, 向漢江, 楊西成, 等. 裝填FHJ催化劑的加氫反應(yīng)器控制超溫的安全防護(hù)措施[J]. 沙洋師范高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào), 2006, 7(5): 46-48.

責(zé)任編校：劉亞兵

Improvement of Naphthenic VGO to Product Transformer Oil

WANG Xin1, CHEN Xiao-mei2

（1.Panjin Vocational and Technical College, Panjin 124000, China；2. Panjin North Asphalt Fuel Co. Ltd, Panjin 124221, China）

This paper analyzed the effects of feedstock and operational conditions on the running of the 300kt/h Transformer Oil Unit and products’ properties when there were off-spec problems of hydro-treating reactor’s high pressure drop and poor color of bottom cut oil during the production unit in operation in Panjin North Asphalt Fuel Co. Ltd. Through improving the feedstock treatment and optimizing the operational conditions, the pressure-drop and product color problems were solved and the unit’s long-term stable operation was realized.

Naphthenic VGO; transformer oil; pressure-drop; product color; improvement

10.15916/j.issn1674-3261.2017.06.014

TE626

A

1674-3261(2017)06-0404-04

2017-10-11

王新(1971-)，女，遼寧本溪人，副教授。