润滑油高压加氢装置运行情况分析及应对措施

陈晓梅，孙柏军，闫 军

（盘锦北方沥青燃料有限公司，辽宁 盘锦 124221）

生产工艺

润滑油高压加氢装置运行情况分析及应对措施

陈晓梅，孙柏军，闫 军

（盘锦北方沥青燃料有限公司，辽宁 盘锦 124221）

本文分析了50万t·a-1润滑油高压加氢装置开工运行以来存在的反应器床层压降高、径向温差大，产品颜色深、安定性差等问题。停工对催化剂撇头并更换部分新剂重新开工后，情况有所改善。分析发现，原料性质、催化剂装填质量对床层压降和径向温差有很大影响，而操作条件和催化剂性能是影响产品颜色和安定性的主要因素。采取控制原料性质和催化剂装填质量、调整操作条件等措施，以解决润滑油加氢装置运行存在的问题，延长装置的运行周期，提高产品质量。

润滑加氢；运行情况；催化剂；产品质量

盘锦北方沥青燃料有限公司50万t·a-1润滑油高压加氢装置于2012年建成投产，2016年进行了搬迁改造。该装置以环烷基减压蜡油为原料，通过加氢精制、临氢降凝和后精制反应，产品为变压器油、冷冻机油及橡胶填充油的基础油。该装置自改造后开工运行以来，存在产品颜色深、安定性差、反应器床层压降上升快和床层径向温差大等问题，严重影响了装置的产品质量、运行周期和经济效益。本文对盘锦北燃公司润滑油加氢装置的运行问题进行分析，并提出相应的应对措施。

1 润滑油加氢装置概况

1.1 工艺流程

盘锦北方沥青燃料有限公司润滑油加氢装置的处理能力是50万t·a-1(8400h)，操作弹性60%～110%。装置分为加氢反应和产品分馏两部分。加氢反应部分包括2台加氢反应器（一反为加氢精制反应器，二反为降凝和后精制反应器）、热高分、冷高分、热低分和冷低分系统、氢气循环系统；产品分馏部分包括脱丁烷塔、常压塔、减压塔和侧线汽提塔。

1.2 原料及产品组成

润滑油加氢装置的原料及减压馏分油的性质如表1所示。

表1 润滑油加氢装置原料及产品性质Table 1 The characteristics of feedstock and products for lube oil hydrotreating

1.3 操作条件

加氢反应的操作条件如表2所示。

表2 加氢反应器操作条件Table 2 The operational conditions of hydro-treating reactors

1.4 催化剂装填方案

一反加氢精制反应器，采用托普索公司TK-609高活性加氢精制催化剂，二反降凝和后精制反应器采用北京石科院RDW-1降凝催化剂和RJW-3后精制催化剂。催化剂装填情况如表3和表4所示。

表3 一反催化剂装填情况Table 3 The catalyst loading diagram of 1st reactor

表4 二反催化剂装填情况Table 4 The catalyst loading diagram of 2rd reactor

2 装置运行情况

2016年7月，盘锦北方沥青燃料有限公司50万t·a-1润滑油加氢装置搬迁后首次开工运行，每天处理原料龙卡多蜡油约为900t，加氢精制平均反应温度为362℃，反应器入口压力16.5MPa。

对于目标产品减压侧线油，其中减二线产品赛波特色度为27，从外观上看颜色呈水白色，倾点低至-39℃，硫氮含量低；减三和减底产品赛波特色度测不出，产品略呈红棕色，硫氮含量高于减二线油，且产品在日光照射24h后会有颜色加重的现象。

装置开工后2个月，一反床层压差有不断上升趋势，并且一反床层底部还出现了径向温差大的问题，其中有两个温度点温差已达140℃。随着装置运行时间延长，一反床层压降继续升高，已由开工初期的1.5kg·cm-2涨到末期的10 kg·cm-2，已接近床层设计允许的最大压力降12kg·cm-2。此时装置已处于运行末期，为了安全生产，润滑油加氢装置被迫停工。

3 原因分析及解决方案

3.1 催化剂床层压降高

在加氢精制反应器中主要发生加氢脱硫、脱氮、烯烃及芳烃饱合、裂化等反应，以满足降凝催化剂的进料要求。装置运行末期，一反床层压降已达10kg·cm-2，将一反顶盖打开后，发现反应器入口分配盘表面及泡罩内部均有大量黑色粉末状物质存在，粉末在分配盘上沉积厚度近2mm。将一反床层催化剂卸出，发现催化剂床层内也有大量黑色粉末存在。使用电感耦合等离子体发射光谱（ICP）对黑色粉末和待生催化剂分别进行元素分析，数据如表5所示。

表5 黑色粉末和待生催化剂的ICP分析数据Table 5 Analysis of black power and spent catalyst by ICP

从表5数据可以看出，黑色粉末的主要成分是铁，占16.983%，焦炭含量为3%，其次是钙和钠。对于待生催化剂颗粒，焦炭含量占12%，除金属Ni和V含量高以外，Fe含量也高达0.3246%。表6为装置原料铁离子含量分析。通过表6数据发现，原料中铁离子含量最高时已达到4.39×10-6。

表6 润滑油加氢原料中铁离子含量Table 6 The content of iron ions in the feed for lube hydrotreating

3.1.1 原料中铁离子含量高

一般来说，铁离子是造成反应系统压降升高的最主要原因。原料铁离子会与H2S反应生成FeS，沉积在反应器入口原料分配器及催化剂床层上，导致催化剂床层结垢。而FeS在高温下有促成生焦的功能，使原料中的生成物进一步聚合转化为焦炭，除沉积在催化剂孔道及表面以外，还能够从原料油中析出，堆积在催化剂颗粒之间，引起床层压降上升。原料中铁离子含量高，可能的原因是常减压装置中所含硫及环烷酸在高温下腐蚀设备，引起原料中铁离子含量升高，极少部分是来自原油自身所含的铁离子[1]。

3.1.2 原料胶质含量高

原料中含有稠环芳烃、残炭、胶质、沥青质等杂质，这些杂质在催化剂表面吸附后缩合结焦，致使催化剂活性下降，反应器床层压降上升[2]。由于我公司现有龙卡多蜡油属外贮油，需经过汽车槽车运送到炼油厂进行加工，在外贮及运输过程中原料油与空气接触，空气中的氧会溶解在原料油中，氧化生成聚合物或胶质。从表1可见，原料中胶质和沥青质含量高达0.18%和0.27%，这也是造成反应器压降快速上升的主要原因之一。聚合物和胶质还会造成换热器、加热炉管和反应器床层结垢生焦，导致反应器压力上升，缩短开工运行周期。

当精制反应器催化剂床层压降接近或达到设计值时，必须停工处理。可以采用撇头的办法，将床层顶部已经结垢的催化剂卸下，过筛除去粉尘后再装入反应器中，或更换新催化剂。但撇头只能解决床层顶部一定深度内催化剂颗粒间的堵塞问题，因此装置再运行时，压力降上升速度更快，运转周期变短。

3.1.3 原料优化控制

为了解决反应器压降升高问题，除了对原油进行电脱盐处理外，将常减压装置常压及减压炉炉管、减压塔到各侧线塔、各侧线塔到泵入口、泵入口到换热器入口管线材质由碳钢升级为不锈钢等，这些措施可降低原料中因腐蚀带来的铁离子。同时，按时分析铁离子含量，以便及时调整注缓蚀剂量。控制原料中金属离子含量，避免原料油接触氧，采用原料直供或贮罐氮气密封的方式，减少原料与空气接触，以保证装置长周期稳定运行。

3.2 床层径向温差大

径向温差实际反映催化剂床层流体的分布情况或发生沟流的严重程度。加氢反应器径向温差不应大于反应器高径比的3.5倍，约3～7℃之间。

3.2.1 催化剂装填对径向温差的影响

针对加氢精制反应器一反床层底部出现径向温差较大的问题，将一反床层催化剂卸出后发现底部催化剂有结块现象。床层径向温差的大小一般与催化剂装填质量有很大的关系，催化剂装填不当，易出现催化剂部分床层塌陷，产生流动分布问题，这种情况会反映在床层出口径向温差大。催化剂床层入口分配器设计不好或损坏、反应器入口分配盘不均匀积垢、催化剂分配盘上不均匀堵塞等，也会造成催化剂床层径向温差大[3]。但这几个原因会先反映在床层入口径向温差大。同床层热电偶安装深度有差别以及测量误差也会造成径向温差大。

3.2.2 机械杂质的影响

原料中未过滤掉的小颗粒环烷酸铁、硫化亚铁等机械杂质和系统中的其他杂质进入反应器分配器及床层[4]，会导致床层物料由于分配器不同部位积垢而产生偏流，同时反应热不能及时撤出而使多环芳烃缩合结焦，内部热量积聚导致温度上升，也会导致床层径向温差扩大。

3.2.3 进料分配器

现有50万t·a-1年润滑油加氢装置的反应器入口物料分配器为传统的泡罩式分配器，此种分配器在物料黏度很大时容易导致物料分配不均，而溢流式分配盘有利于黏度大的原料物料均匀分配。

3.2.4 优化措施

在催化剂装填时，首先要保证催化剂装填均匀；在装填过程中，进料要避免凸型、凹型、斜线型等催化剂分布不均的装填情况。另外应防止催化剂自由下落高度过高等，影响装填密度，严禁催化剂形成尖堆，以免较大的颗粒滚落在四周边缘处，致使催化剂床层的孔隙严重不均，反应物料形成沟流或偏流，造成床层径向温差较大。

3.3 产品颜色及安定性差

减三线和减底产品呈红棕色且易变色，主要与油品组成有关。润滑油基础油的颜色与其含有的烯烃、氮和芳烃含量有关。从表1中减二线与减三线产品的含量对比可以发现，两种产品单环芳烃含量较接近，分别为4.2%和4.6%；多环芳烃的含量分别为2.7%和4.4%，二者的氮含量也很相近，分别为21×10-6和22×10-6，但是二者的赛波特色度却相差很大，这充分证明了多环芳烃影响润滑油产品的色度。

产品中不饱和烃类较活泼，容易与空气中的氧结合，生成过氧化物自由基，然后发生缩合。加氢处理减压侧线油中含有部分加氢的多环芳烃，这类物质非常不稳定，是影响产品光安定性的主要原因[5]。

我公司润滑油加氢装置产品有颜色及安定性差，主要是由于加氢精制段烯烃和芳烃饱和程度不够造成的。因此，想解决产品质量问题，建议调整优化操作条件，使催化剂发挥出最大性能。

4 结论

为解决以上问题，建议：1）优化操作，提高芳烃尤其是多环芳烃的饱和度，提高油品的颜色和光安定性；2）考虑原料罐区投用氮封措施以减少原料氧化和生成胶质；另外，有必要为装置提供优质原料和对输送原料的管道材质进行升级，以免腐蚀造成大量铁离子进入到原料中，造成反应器床层压降升高；同时，按时分析铁离子含量，以便及时调整注缓蚀剂量；3）严格控制催化剂装填质量，保证催化剂床层空隙率均匀分布以避免偏流，使得催化剂活性得以平稳均匀发挥，延长催化剂使用寿命。

[1] 杜俊杰.精制反应器床层压降升高原因分析及对策[J].广州化工，2011，39(20)：117-127.

[2] 赵德强.润滑油加氢处理装置生产分析及建议[J].润滑油，2002，17(2)：17-21.

[3] 王兴敏.固定床加氢反应器内构件的开发与应用[J].炼油设计，2001，31(8)：24-27.

[4] 徐彬.渣油加氢装置运行中存在问题及措施[J].炼油技术与工程，2013，43(2)：24-27.

[5] 马志文.环烷基润滑油高压加氢技术的应用[J].山东化工，2015，44(9)：113-116.

Operation Status Analysis of Lube Oil High-pressure Hydrotreating Unit and Countermeasures

CHEN Xiaomei, SUN Bojun, YAN Jun
(Panjin North Asphalt Fuel Co. Ltd, Panjin 124221, China)

TE 626.3

B

1671-9905(2016)12-0054-04

陈晓梅(1982-)，女，辽宁抚顺人，汉族，研究生学历，工程师，主要从事炼油工艺技术管理，电话：0427-8808581/13654130576，E-mail: 13654130576@163.com

2016-10-24