加氢裂化尾油蜡质量分数与异构脱蜡反应温度的关系

李 鸣，宫卫国，王泽爱，2，黄小珠

（1.中海油能源发展股份有限公司 石化分公司，广东 惠州516086；2.中国人民解放军后勤工程学院 油料应用与管理工程系，重庆400016）

润滑油长寿命、环保和节能等特性对基础油性能提出了苛刻要求。具有优良氧化安定性、低挥发、高黏度指数和低硫含量的APIⅡ和Ⅲ类基础油已逐步取代I类基础油，在高档发动机油、液压油、汽轮机油等润滑油产品中得到广泛应用［1-4］。加氢工艺正逐步取代溶剂精制、溶剂脱蜡和白土精制工艺，用以生产Ⅱ和Ⅲ类基础油［5-7］。加氢工艺中，原油馏分经加氢裂化或加氢预处理，得到低硫、低氮、低芳烃和低金属含量的加氢裂化尾油（Hydrocracker unconverted oil，UCO）或加氢预处理油，然后通过加氢异构脱蜡反应，将长链正构烷烃转化成异构烷烃以降低基础油倾点，再经加氢精制对芳烃深度饱和，最后常（减）压分馏得到基础油产品。加氢工艺中，异构脱蜡单元是核心，其催化剂中金属活性中心和酸性中心的平衡至关重要，且其分子筛孔道结构决定了异构产物的择形性。虽然长链正构烷烃的异构化机理研究尚在进展中，孔口机理［8］和锁匙机理［9］较合理地解释了异构脱蜡催化剂获得高转化率、高基础油收率的原因和产物的结构组成，但国内外加氢异构脱蜡应用技术已工业化，其中采用Chevron公司技术的工业装置最多［10-11］。Galiano-Roth等［12］总结了加氢工艺、压力和温度对基础油硫、氮和芳烃含量的影响，林荣兴等［13］研究了异构脱蜡单元的进料量与反应温度的关系，而UCO中蜡质量分数对异构脱蜡单元反应温度的影响未见报道。

中海油石化分公司400kt／a加氢异构脱蜡装置自2011年5月投产以来，原料UCO的蜡质量分数变化较大，导致操作参数，特别是加氢异构脱蜡反应温度的变化。控制该生产装置其他主要操作参数和基础油主产品性能基本相同的条件下，选择不同蜡质量分数的UCO作为实验原料，考察其蜡质量分数与异构脱蜡反应温度的关系，用以指导生产时根据UCO的蜡质量分数及时调整反应温度。

1 实验部分

1.1 原料

加氢异构脱蜡反应单元除了异构化脱蜡主反应外，还涉及脱硫、脱氮、芳烃饱和、加氢裂化等副反应。原料中的蜡、硫、氮和芳烃含量以及馏程等均会影响加氢异构脱蜡单元的反应温度，为此筛选出硫、氮质量分数均低于1mg／kg、馏程基本相同、紫外吸光系数和稠环芳烃指数差异较小的6批加氢尾油作为实验原料，其主要性质见表1。由于蜡质量分数不同，致使原料的黏度指数和倾点存在较大差异。

表1 6批UCO原料的主要性质Table 1 Main properties of six UCO samples

1.2 实验装置及操作条件

本实验在400kt／a加氢异构脱蜡装置上进行。影响加氢异构脱蜡反应单元的主要操作参数是温度、氢分压、进料量和氢／油体积比，具体数据列于表2。总压值控制为15.00MPa，循环H2纯度都为94%以确保相同的H2分压，进料量和氢／油体积比也基本相同。同时控制后续的加氢精制和常（减）压分馏单元操作参数值基本一致。

该异构脱蜡装置由3个床层组成，加氢异构脱蜡反应放出的热致使反应器轴向床层出现温升，各床层入口和出口平面分别设置4个热电偶显示温度的算术平均值。表3为异构脱蜡反应器床层温度和反应温度。活性催化剂在第1、2和3床层的体积分数分别为0.157、0.400和0.443，按式（1）计算得到催化剂加权平均温度，即反应温度T，其值列入表3。

式（1）中，T10、T11、T20、T21、T30和T31分别为第1、第2和第3床层的入口和出口温度，℃，下标“0”表示入口，“1”表示出口。

表2 异构脱蜡反应单元主要操作参数值Table 2 Main operating parameters of hydroisomerization dewaxing unit

1.3 主产品性能

6批UCO异构脱蜡的主产品150N的主要性能如表4所示。

表3 异构脱蜡反应器床层温度和反应温度Table 3 Bed temperature and reaction temperature of hydroisomerization dewaxing unit

表4 UCO异构脱蜡的主产品150N的主要性能Table 4 Main properties of base oil 150Nfrom UCO hydroisomerization dewaxing

2 结果与讨论

2.1 原料蜡质量分数与脱蜡油倾点的关系

UCO原料的蜡质量分数直接影响其和基础油产品的倾点。原料脱蜡油的倾点在-7～-9℃范围（见表1），而主产品基础油150N的倾点在-16～-17℃范围（见表4）。以倾点-17℃为基准，校正得到表1中6批UCO样品经脱蜡后的脱蜡油倾点-17℃时脱出蜡的质量，该质量与相应UCO样品质量的比值为UCO的蜡质量分数。

在实验室对8-15批UCO在不同冷冻温度下进行溶剂脱蜡，得到脱蜡油倾点和蜡质量分数对应关系，结果列于表5，得到脱蜡油倾点（Y）和蜡质量分数（X）的线性关系Y＝-6.2315X＋65.988，即脱蜡油倾点降低1℃，UCO的蜡质量分数上升0.16%。以此关系对表1中6批UCO蜡质量分数进行校正，得到脱蜡油倾点都为-17℃时，8-12、8-15、9-29、9-05、9-13和9-18批UCO的蜡质量分数分别为11.28%、13.44%、13.58%、15.60%、16.68%和18.60%。

表5 8-15批UCO的蜡质量分数与脱蜡油倾点Table 5 Wax mass fraction of UCO （8-15）and pour point of its dewaxing oil

2.2 原料蜡质量分数与异构脱蜡单元温度的关系

异构脱蜡单元反应温度T的控制可通过调节第1床层入口温度T10和床层冷氢量，但在实际生产中常通过前者控制反应温度。根据6批脱蜡油倾点都为-17℃时UCO蜡质量分数分别与表3中的反应温度和第1床层入口温度的对应关系，得到反应温度（T）与蜡质量分数（X）的线性关系T＝1.4969X＋311.46（图1）和第1床层入口温度T10与蜡质量分数X的线性关系T10＝1.7835X＋291.87（图2），即原料蜡质量分数上升1%，异构脱蜡单元反应温度和第1床层入口温度分别需提高约1.5和1.8℃。

图1 UCO蜡质量分数与反应温度的线性关系Fig.1 Linear relationship between wax mass fraction of UCO and reaction temperature

图2 UCO蜡质量分数与第1床层入口温度的线性关系Fig.2 Linear relationship between wax mass fraction of UCO and inlet temperature of the first bed

3 结 论

（1）UCO的脱蜡油倾点（Y）与UCO的蜡质量分数（X）满足方程Y＝-6.2315X＋65.988，即脱出蜡量增加0.16%时，脱蜡油倾点降低1℃。

（2）加氢异构脱蜡单元其他主要操作参数和主产品150N性能基本相同时，异构脱蜡反应温度T和第1床层入口温度T10与UCO的蜡质量分数X分别满足方程T＝1.4969X＋311.46和T10＝1.7835X＋291.87，即UCO的蜡质量分数增加1%时，反应温度和第1床层入口温度需分别提高约1.5和1.8℃。

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