加工不同原料时润滑油加氢装置反应器床层的变化

韩 镇,李 翔

(中国石油化工股份有限公司济南分公司，山东 济南 250101)

本文以中石化济南分公司30万t/年润滑油加氢装置为研究对象，改装置以糠醛精制油(减三线，减四线和轻脱沥青油)为原料，经过高压加氢改质，改善油品的黏温性能、光安定性及热氧化安定性，反应后经过常减压分馏工序，得到高性能的含蜡润滑油基础油[1]。

润滑油加氢反应部分包括两个反应器，分别为加氢处理、加氢精制反应器。在加氢处理反应器中主要发生的是硫、氮、氧的杂环化合物加氢分解反应、烯烃和芳香烃的加氢饱和分子裂化反应；加氢精制反应是将原料中的少量烯烃和芳香烃进行进一步的饱和。两个反应器的操作压力为17.0MPa。处理反应器的反应温度为370～380℃，有四个床层，床层间设有冷氢点以控制反应温度。精制反应器的反应温度维持在280℃，有两个床层。

1 问题分析

本文通过分析润滑油加氢反应器在加工不同原料时各床层急冷氢量和温升的变化趋势来研究反应器内部的反应。

1.1 原料成分

由表1可知，减四线原料所含的胶质、芳烃、氮、硫的含量均要高于减三线原料。

表1 润滑油加氢装置原料性质

1.2 总床层温升

表2 加氢反应器床层总温升

表2为两个反应器在加工减三、减四线原料时的床层总温升变化，由此可知，精制反应器的总床层温升远低于处理反应器，润滑油加氢的反应主要在处理反应器中进行。处理反应器在加工减四线时的反应程度明显大于在减三线时。

1.3 反应器稳定性

图1 处理反应器第二床层冷氢量

装置自2017年5月检修后开工至2019年7月，一直交替加工减三线、减四线原料，期间反应加工量、氢油比、反应温度、反应压力等操作指标变化不大。图1为处理反应器第二床层在该生产周期内所需冷氢量的变化趋势图，由该图可知，虽然经过多次原料换线，但加工同种原料时冷氢量变化趋势和范围重复性较好，表明反应器稳定性和催化剂活性保持较好[2]。

1.4 处理反应器各床层反应研究

图2 加氢处理反应器各床层装置温升

(图中①、②、③箭头对应原料改变和温度调整的时间)

图2和图3分别是处理反应器在2019年5月22日到2019年6月26日时，各床层温升和床层冷氢量的变化趋势。

通常床层温升可以表明床层反应的剧烈程度，由图2和图3对比可知，床层温升和该床层冷氢量的变化趋势是高度一致的，并且二者相比,冷氢量的变化趋势更加精细，因此可以选用床层冷氢量来研究床层的反应规律。

在图3中，从5月22日到箭头①处，装置加工减四线原料，反应温度控制为373℃。从箭头①处到箭头②处装置加工减三线原料，反应温度控制376℃。从箭头②到6月26日，装置加工减四线原料，反应温度在箭头③前，控制为372℃，箭头③后反应温度提高至373℃。其他反应指标在此期间内均无改变。

由图3可知, 在减四线时，第一床层的冷氢量维持在3800～4000m3N/h；在减三线时，冷氢量维持在4500～4800m3N/h，该床层在加工减三线时的剧烈程度要强于加工减四线。

第二床层的冷氢量受原料切换的影响很大：加工减三线时所需的冷氢量远高于加工减四线。减四线为原料时，第二床层的冷氢量最终下降到2000～2200m3N/h，在减三线时，冷氢量一直处于增长状态，最终稳定在6500～7500m3N/h。

第三床层的冷氢量受原料切换的影响同样很明显：加工减四线时，冷氢量由2500m3N/h快速上升到7000～7500m3N/h，再缓慢降低到6500～7000m3N/h。而加工减三线时，冷氢量先快速下降到3500m3N/h，再缓慢下降到2500m3N/h。

反应温度调整对冷氢量的影响可以从图3中看出：自箭头③处，反应温度提升1℃后，三个床层的冷氢量都会相应的增大，说明反应器中的反应仍主要受热力学因素影响[3]。

结合图2和图3可知，在加工不同原料时，各床层对反应的贡献是不一样的。在加工减三线时，第二床层的贡献最大，各床层对反应的贡献从大到小分别为二、一、三、四；在加工减四线时，反应主要发生在第三、四床层，各床层对反应的贡献从大到小分别是三、四、二、一。

表3 加氢处理反应器在换线时各床层冷氢量稳定时所需要的时间

各床层冷氢量，尤其是第二床层冷氢量，在加工不同原料时的不同变化原因分析如下:

(1)虽然加氢处理反应器发生的反应种类较多，但发生相同类型、不同分子大小的加氢反应，其速率会随着分子的增大而降低，故分子数目越小的加氢反应越优先反生。所以不论是减三线还是减四线，第一床层首先发生一些较小分子且容易发生的反应，也因此该床层在加工不同原料时反应速率的差别主要受温度变化的影响[4]。

(2)在加工减四线时，当反应进行到第二床层时，原料所剩的小分子数目已经不多，催化剂只能优先吸附上一些较大的分子，而这些分子的裂解反应速率较慢。当反应到第三床层时，原料中的较大分子已经裂解变小，并且待发生加氢的原料还有很多，因此在第三四床层，反应速率会重新增大。而在加工减三线时，由于减三线原料中的较大分子数目较少，所以第二床层的反应速率很大，并且发生反应的类型应该与第三四床层在减四线发生的反应类似。当反应到第三床层时，由于原料在第二床层反应了很多，剩余没有反应的原料大幅减少，所以第三床层会随着第二床层反应量的增大而减少。

(3)表3为各床层冷氢量在换线时经过大幅变化而最终稳定所需的时间，通过表3可以简单验证该推断。减四线原料所含的一些较大分子的数量要远超于减三线原料，这些分子的反应速率虽然很慢但却容易被吸附，而且一旦吸附到催化剂上，需要很长的时间才能被置换。所以，在加工减三线时，第二床层冷氢量所需要的稳定时间最长。而在第一床层上，由于催化剂首先吸附的是较小分子，所以第一床层所需的置换时间在加工减三线和减四线时均不长。

2 结论

本文对润滑油加氢反应器的床层急冷氢量和温升进行了分析，发现，润滑油加氢反应主要发生在加氢处理反应器上。在加工不同原料时，不同床层对反应的贡献不同：在加工减三线原料时，加氢处理反应器上第二床层对润滑油加氢反应的贡献最大；而在加工减四线原料时，第三、四床层对润滑油加氢反应的贡献最大。加工不同原料，各床层发生反应所表现的差异性，可能和不同原料中所含较大分子数目不同有关。