加氢改质柴油馏分生产轻质白油和变压器油调合组分的研究

宋君辉，刘丽芝，焦祖凯，金吉海，严金龙，张 铎

(中海油炼油化工科学研究院，北京 102209)

随着汽油、柴油在市场上需求量的变化，合理降低柴油生产能力、优化设计炼油厂的加工工艺技术、提高企业的经济效益是炼油厂适应市场需求的重要举措[1-5]。某炼油厂每年有0.3 Mt左右的加氢改质柴油馏分，如作柴油销售，其经济效益较差。通过整合全厂资源，优化产品结构，采用临氢降凝-补充精制-精密分馏工艺生产低凝点、低芳烃含量的变压器油调合组分和轻质白油产品，可明显提高加氢改质柴油馏分附加值。本研究以加氢改质柴油馏分为原料，进行临氢降凝-补充精制-精密分馏工艺优化研究，考察其用于生产优质轻质白油和变压器油调合组分的可行性。

1 实 验

1.1 试验原料

试验所用加氢改质柴油馏分的性质见表1。

表1 加氢改质柴油馏分性质

1.2 工艺路线

试验采用的工艺路线见图1。加氢改质柴油通过临氢降凝-加氢补充精制-精密分馏工艺试生产轻质白油组分和变压器油调合组分。

图1 工艺路线

1.3 加氢试验装置

原料油与氢气混合后，先后经过串联的临氢降凝反应器(一反)和加氢补充精制反应器(二反)进行反应，然后进入高压分离器进行气液分离，高压分离器气体经水洗后排放或循环使用，而高压分离器液体送入低压分离器，低压分离器底部设置氮气汽提装置，低压分离器气体经水洗后排放，低压分离器液体进入产品罐。

1.4 精密分馏试验装置

蒸馏釜中的原料油经蒸馏，轻馏分从塔顶馏出，经冷凝器冷凝，全回流10～15 min，使气相温度稳定后再按设定好的回流比回流，并开始采出轻馏分，塔顶产物经自动分配器实现馏分的接收或放弃，并经馏分中间罐进入馏分接收管或废样罐内。

1.5 催化剂主要物化性质

试验采用的临氢降凝催化剂为负载金属的ZSM-5分子筛催化剂，加氢补充精制催化剂为负载金属的氧化铝催化剂，主要物化性质见表2。

表2 催化剂的主要物化性质

2 结果及讨论

2.1 反应压力的影响

考察临氢降凝-补充精制反应压力对产品性质的影响，结果见表3。有研究[6-7]表明，提高反应压力，可显著提高芳烃加氢饱和反应速率，同时可提高芳烃加氢饱和反应的平衡转化率。由表3可以看出，芳烃含量随着反应压力的升高而逐渐降低，同时变压器油馏分的芳碳率(CA)也随反应压力的升高而降低，说明反应压力的升高有利于芳烃的加氢饱和。由表3还可以看出，当反应压力提高至15 MPa时，轻质白油馏分的芳烃质量分数降低到0.1%，适于制备满足NBSHT 0913-2015芳烃指标要求的轻质白油(Ⅰ)产品。

表3 临氢降凝-补充精制反应压力对产品性质的影响

2.2 反应温度的影响

考察临氢降凝-补充精制反应温度对产品性质的影响，结果见表4。芳烃加氢饱和受热力平衡的限制，存在热力学平衡温度，且氢分压越高，热力学平衡温度越偏向高温方向，而在15 MPa的高压下，芳烃加氢饱和反应受动力学控制[8]。由表4可以看出，在反应压力为15 MPa时，随着临氢降凝、补充精制反应温度逐渐升高，产品的芳烃含量逐渐降低。同时由于临氢降凝过程的主反应是蜡分子裂化反应，属于典型的吸热反应[9]，因此高温对裂化反应有利。随着反应温度的升高，裂化反应增强，生成了更多的低碳烃，使变压器油馏分倾点逐渐降低，同时收率有所降低。

表4 临氢降凝-补充精制反应温度对产品性质的影响

由表4还可以看出，当降凝反应温度为(T1+20)℃、精制反应温度为(T2+20)℃时，变压器油馏分的倾点小于-57 ℃，满足GB 2536—2011的T-40 ℃变压器油(通用)产品倾点指标要求，同时轻质白油馏分芳烃质量分数低至0.03%，更适于制备满足NBSHT 0913—2015芳烃指标要求的轻质白油(Ⅰ)产品。

2.3 空速的影响

考察临氢降凝-补充精制空速对产品性质的影响，结果见表5。空速大小直接决定原料在催化剂活性中心上停留时间的长短，空速越小，物料的停留时间越长，反应深度越深，因此降低空速可有效提高加氢反应深度。由表5可以看出，降低空速时，裂化反应和精制反应的深度均有一定程度的增加，变压器油馏分收率有所减少，同时油品的芳烃含量也有所降低。由表5还可以看出，当降凝反应温度为(T1+20)℃、精制反应温度为(T2+20)℃、反应压力为15 MPa、氢油体积比为VR、临氢降凝空速为(SV1-0.5)～SV1h-1、补充精制空速为(SV2-0.3)～ SV2h-1的条件下得到的样品中，轻质白油馏分芳烃含量满足NBSHT 0913—2015轻质白油(Ⅰ)指标要求，变压器油馏分倾点满足GB 2536—2011的T—40 ℃变压器油(通用)产品倾点指标要求。

表5 临氢降凝-补充精制空速对产品性质的影响

2.4 氢油比的影响

考察临氢降凝-补充精制氢油比对产品性质的影响，结果见表6。由表6可以看出：当降凝反应温度为(T1+20)℃、精制反应温度为(T2+20)℃、反应压力为15 MPa、临氢降凝空速为(SV1-0.5)h-1、补充精制空速为(SV2-0.3)h-1时，氢油比对产品芳烃含量的影响并不明显；在氢油体积比为VR～(VR+300)范围内得到的样品中，轻质白油馏分芳烃含量满足轻质白油(Ⅰ)指标要求，同时变压器油馏分芳烃含量极低、且倾点满足GB 2536—2011的T—40 ℃变压器油(通用)产品倾点指标要求，为优质的变压器油调合组分。但考虑到工业加氢装置的建设投资和操作运行费用，宜采用较低氢油比，即氢油比为VR是适宜的。

表6 临氢降凝-补充精制氢油比对产品性质的影响

2.5 精密分馏

使用精密分馏装置将降凝反应温度为(T1+20)℃、精制反应温度为(T2+20)℃、反应压力为15 MPa、临氢降凝空速为(SV1-0.5)h-1、补充精制空速为(SV2-0.3)h-1、氢油体积比为VR条件下所得样品中的轻质白油馏分进行窄馏分切割，得到的20号、40号、60号、90号、110号轻质白油产品的性质分别见表7～表11。

由表7～表11可以看出，加氢改质柴油馏分经临氢降凝-补充精制，再经精密分馏切割后，所得20号、40号、60号、90号、11号轻质白油产品性质分别满足NB/SH/T 0913—2015中W1—20，W1—40，W1—60，W1—90，W1—110各项指标要求，同时芳烃含量均极低，且色度均为+30 号，为优质的轻质白油(Ⅰ)产品。

表7 20号轻质白油产品性质

表8 40号轻质白油产品性质

表9 60号轻质白油产品性质

表10 90号轻质白油产品性质

表11 110号轻质白油产品性质

3 结 论

以加氢改质柴油为原料，通过临氢降凝-加氢补充精制过程，再经精密分馏切割工艺，得到的轻质白油馏分芳烃含量极低，且色度为+30 号，是优质的NBSHT 0913—2015轻质白油(Ⅰ)产品；所得变压器油馏分倾点低，芳烃含量低，是优质的GB 2536—2011的T—40 ℃变压器油(通用)产品的调合组分。