新型蜡油加氢处理催化剂的性能评价与工业应用

＊黄新平 宋鑫凯 魏军 朱路新

（中石油克拉玛依石化有限责任公司 新疆 834000）

随着原油劣质化、重质化的趋势不断加剧，原料中的硫、氮等杂质含量不断增加，导致油品加工的难度越来越大。同时随着环保法规日益严格，对劣重质馏分油清洁化、轻质化加工的要求越来越高。加氢处理技术，通过高性能加氢处理催化剂将原料中的硫、氮、金属等杂质进行脱除，将原料中的非理想组分改质转化为理想组分，对生产符合质量标准要求的油品有十分重要的意义[1-3]。

克拉玛依石化公司高压加氢装置加氢处理催化剂目前已经使用了6年，达到了使用寿命的末期，活性不能满足公司生产需求，因此更换为KL-18新型高活性蜡油加氢催化剂。该催化剂采用纳米分散技术开发而成，进行了催化剂载体配方改良，金属浸渍技术改进以及独有的有机物添加剂优化，催化剂活性金属分布的更均匀，金属完全硫化形成二类活性相，活性金属利用率更高，活性相原位锁定提高了活性的稳定性，使催化剂脱硫、氮活性和芳烃饱和能力进一步提高[4-5]。本研究对KL-18加氢处理催化剂进行了加氢性能评价，分别对其脱硫、氮精制活性，生成油分布、组成和重润黏度指数进行了考察，并对其工业应用情况进行了跟踪。可以为公司KL-18加氢处理催化剂的工业应用提供基础数据和工艺技术支持，对公司高压加氢装置的正常运行及稳定生产具有巨大的现实意义。

1.实验部分

（1）催化剂及原料油性质。KL-18加氢处理催化剂活性金属为镍、钼，载体为氧化铝，催化剂加氢性能评价采用的原料为脱沥青油，原料性质分析见表1。

表1 脱沥青油性质分析

（2）催化剂加氢处理性能评价试验装置及工艺方案。催化剂加氢处理性能评价采用200mL/h固定床加氢试验装置，该实验装置最高操作压力可达到20MPa，进油量为50～600mL/h，反应温度为50～450℃，氢气流量为10～400L/h，能够处理各种轻、中、重石油馏分油原料。反应温度控制采用串级控制，保证反应温度恒定；液体进料通过电子秤计量，实现反馈控制，进油系统有单向阀和安全阀保护，防止油品倒串和超压泄压，液位自动控制；设有高低压分离罐，尾气系统设置分离器，保证尾气不带液，尾气设有流量计，可以有效计算物料平衡；尾气系统由定压阀和自动调节阀控制系统压力；采用两段反应器串联。

具体工艺流程为将原料油添加入原料罐中，经由原料泵进入一级反应器，在进一级反应器前与氢气充分混合，然后经过一级反应器和二级反应器进行充分加氢反应，反应产物经过高低压分离罐进行油气分离后，进入产品罐，工艺流程图见图1。通过选择不同的催化剂、工艺条件和原料，可以广泛开展汽柴油加氢精制和改质，蜡油加氢处理、异构降凝和补充精制等多种加氢工艺，得到不同标准牌号的燃料油、变压器油、润滑油基础油、工业白油、食品级白油等各类基础油产品。

图1 催化剂评价加氢试验装置

本工作以脱沥青油为原料，KL-18加氢处理催化剂组合KL-11加氢裂化催化剂进行加氢性能评价，工艺条件以工业装置反应压力，氢油比和空速为基准，反应温度为375～390℃。

2.结果与讨论

（1）催化剂评价脱硫氮精制活性。脱沥青油经过加氢处理反应后，生成油硫、氮含量需要小于10μg·mL-1，才能满足后续加氢异构反应的进料要求，保护贵金属加氢异构催化剂的活性。由图2可见，反应温度为375～390℃时，随着反应温度的提高，催化剂评价的生成油硫含量由3.3μg·mL-1降低到1.1μg·mL-1、氮含量由2.6μg·mL-1降低到1.0μg·mL-1，均达到指标要求小于10μg·mL-1，说明催化剂具有良好的脱硫、氮精制活性。

图2 催化剂评价脱硫、氮精制活性

（2）催化剂评价生成油分布。对催化剂加氢处理性能评价的生成油进行蒸馏切割，考察生成油馏分分布情况。由图3可见，反应温度为375～390℃时，随着反应温度的提高，加氢裂化反应增强，HK-280℃馏分收率从6.3%逐渐增加到16.66%，而重润馏分（＞460℃）收率从68.92%逐渐降低到45.74%。对比上一周期催化剂末期使用情况，相同反应温度下，收率下降了约5%，说明催化剂加氢处理活性有了明显提高。

图3 催化剂评价生成油分布

（3）催化剂评价生成油组成分析。加氢处理催化剂组合加氢裂化催化剂通过芳烃深度饱和及选择性加氢裂化开环反应将原料中的芳烃、胶质、沥青质等非理想组分改质转化为链烷烃和带有长侧链的环烷烃等理想组分，有效提高油品质量，并符合标准指标要求。由图4可见，反应温度为375～390℃时，随着反应温度的提高，链烷烃含量由14.5%逐渐增加到23%，环烷烃含量由83.5%逐渐降低到75.7%，芳烃含量由2.0%逐渐降低到1.3%，胶质全部为0%；与原料相比，链烷烃含量有所提高，由于芳烃深度饱和转化为环烷烃，使环烷烃含量明显增加，芳烃含量大幅度降低，胶质完全反应转化，说明催化剂具有很强的芳烃深度饱和能力，与上一周期催化剂芳烃饱和能力基本相当。

图4 催化剂评价生成油组成分析

（4）催化剂评价重润黏度指数分析。加氢处理反应使黏度指数低的芳烃、胶质、沥青质转化为黏度指数高的链烷烃和带有长侧链的环烷烃，可以有效提高油品黏度指数性质。由图5可见，反应温度为375～390℃时，随着反应温度的提高，生成油重润黏度指数由81逐渐提高到103，该结果与生成油组成分析的结论相一致。与上一周期催化剂相比，相同反应温度下，黏度指数提高了约2个单位，说明催化剂具有很强的芳烃饱和能力和一定的加氢裂化开环能力。

图5 催化剂评价重润黏度指数分析

（5）催化剂工业应用。KL-18加氢处理催化剂在公司高压加氢工业装置上进行了生产应用，用来加工脱沥青油，装置主要工艺条件及生成油性质见表2。由表2可见，原料脱沥青油的硫、氮含量分别为1200 μg·mL-1和1500μg·mL-1，黏度指数为53，组成芳烃含量为24.36%，极性化合物为7.33%，在加氢处理反应温度为375.7℃的条件下，硫、氮含量分别降低为2.3μg·mL-1和1.3μg·mL-1，黏度指数提高到100，组成中芳烃含量降低为0.62%，极性化合物降低为0%，说明加氢处理催化剂KL-18具有良好的加氢精制活性、芳烃深度饱和及提高黏度指数的能力，生成油质量达到了后续加氢异构段的进料要求[6-7]。与上一周期催化剂相比，反应温度降低了约5℃，产品质量稳定，各项操作工艺参数平稳，催化剂表现出良好的活性和稳定性。

表2 工业生产主要工艺条件及生成油性质

3.结论

高活性加氢处理催化剂对于蜡油的生产加工至关重要，本工作通过对KL-18加氢处理催化剂的加氢性能评价，得到了催化剂合适的应用工艺参数及生成油硫氮含量、分布、组成和黏度指数等性质。工业生产应用结果表明，在反应温度375.7℃的条件下，该催化剂具有良好的加氢精制活性、芳烃深度饱和及提高黏度指数的能力，生成油质量完全满足后续加氢异构段的进料要求，并且工业生产运行平稳，表现出良好的稳定性。