CN103789019B

CN103789019B - 中低温煤焦油加氢生产变压器油基础油的方法

Info

Publication number: CN103789019B
Application number: CN201210433517.0A
Authority: CN
Inventors: 赵威; 姚春雷; 全辉; 张志银; 林振发; 孙国权
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2012-11-05
Filing date: 2012-11-05
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2032-11-05
Also published as: CN103789019A

Abstract

本发明公开了一种以中低温煤焦油加氢生产变压器油基础油的方法，包括如下内容：中低温煤焦油经分馏得到轻馏分和重馏分，轻馏分与氢气混合后进入加氢处理反应区，依次与加氢保护催化剂和加氢精制催化剂接触进行加氢反应；加氢精制流出物经分离，所得液相产物进入分馏塔；分馏所得的280～320℃柴油馏分进入加氢改质反应区，加氢改质反应区使用含有无定形硅铝和改性Y沸石的加氢改质催化剂，在氢气存在下，进行加氢改质反应；所得加氢改质流出物进入加氢补充精制反应区，进行加氢补充精制反应，加氢补充精制产物经分离得到变压器油基础油。本发明方法以中低温煤焦油为原料最大量生产密度大、体积热值高，芳烃含量低，低温性能良好的变压器油基础油。

Description

中低温煤焦油加氢生产变压器油基础油的方法

技术领域

本发明涉及一种变压器油基础油的生产方法，具体地说是一种采用经过原料预处理的中、低温煤焦油采用加氢处理—加氢改质/加氢补充精制两段加氢的方法生产变压器油基础油的方法。

背景技术

变压器油是指用于变压器、电抗器、互感器、套管、油开关等充油电气设备中，起绝缘、冷却和灭弧作用的一类变压器油品。对变压器油的使用性能有三个方面的要求：①良好的物理性能；②良好的电气性能；③良好的氧化安定性。

变压器油基础油是生产变压器油的原料。变压器油的性能在很大程度上取决于变压器油基础油的性能。通常，石蜡基变压器油基础油倾点高，易氧化生产大量的酸性化合物，且芳烃含量少，在变压器油的寿命、抗氧化、抗析气等方面存在一些不足。而环烷基变压器油基础油既能满足变压器油的绝缘、冷却等要求，又能长期稳定工作，因此成为大家公认的生产变压器油基础油的最佳原料。

变压器油基础油的生产工艺随着炼油工艺的发展而发展。最早是将环烷基原油作为原料，采用硫酸-白土精制工艺生产变压器油基础油，但该方法成本高、收率低、处理量小，最重要的是产生大量的酸渣污染环境。

CN200810226047.4公开了一种变压器油基础油的生产方法。将绥中36-1常二线馏分油首先进行糠醛精制，得到精制油，然后加入脱氮剂进行脱氮，除去氮渣，然后加入白土，进行白土精制，最后得到变压器油基础油。但该方法收率低、连续性差，也存在氮渣和白土处理的环境问题。

CN201010222066.7公开了一种采用全氢法生产变压器油基础油的方法。以环烷基馏分油为原料，采用加氢处理-临氢降凝-加氢补充精制的一段串联加氢工艺生产变压器油基础油和其它特种油品。该方法能耗低，产品质量好，但存在环烷基馏分油资源有限的问题。

目前，我国的环烷基原油资源主要集中在新疆克拉玛依、辽河欢喜岭以及渤海湾三大区块，用于生产变压器油基础油的原料为新疆克拉玛依原油和辽河欢喜岭原油。其中，利用新疆克拉玛依原油生产的环烷基变压器油基础油在国内外市场占有率较高，应用效果较好。而辽河欢喜岭原油随着产量降低和品质变差，已不能作为生产变压器油的稳定资源。随着我国电力行业大发展和国内变压器油市场需求不断增长，供需矛盾更加突出，因此开拓其它合适的变压器油生产原料，实现变压器油大幅度国产化，具有重大的现实意义。

我国是一个煤炭资源十分丰富的国家，煤化工过程副产大量煤焦油，具有一定的天然原油特性，如何有效地利用煤焦油是煤的综合利用的重要环节。煤焦油具有芳烃含量高，经过加氢处理和加氢改质后，可以转变成环烷烃，可以生产低温性能良好、电气性能优秀、氧化安定性好的变压器油基础油。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种以中低温煤焦油为原料，采用加氢处理-加氢改质-加氢补充精制联合加氢的方法生产变压器油基础油的方法。

本发明所述中低温煤焦油加氢生产变压器油基础油方法包括如下内容：

（1）中低温煤焦油经分馏得到轻馏分和重馏分，切割点为480～510℃；

（2）步骤（1）所述轻馏分与氢气混合后进入加氢处理反应区，依次与加氢保护催化剂和加氢精制催化剂接触进行加氢反应；

（3）步骤（2）所得加氢精制流出物进行气液分离，分离所得液相产物进入分馏塔；

（4）步骤（3）分馏所得280～320℃柴油馏分进入加氢改质反应区，加氢改质反应区使用含有无定形硅铝和改性Y沸石的加氢改质催化剂，在氢气存在下，进行加氢改质反应；

（5）步骤（4）所得加氢改质流出物进入加氢补充精制反应区，在氢气存在下，与加氢补充精制催化剂接触，进行加氢补充精制反应，加氢补充精制产物经分离得到变压器油基础油。

本发明方法中，步骤（1）所述中低温煤焦油先进行脱水和脱除机械杂质后再进行分馏。

本发明方法中，步骤（1）所述中低温煤焦油分馏后所得重馏分可以用作改性沥青、重质燃料油，或用作焦化原料。

本发明方法中，加氢处理反应区从上至下装填加氢保护催化剂和加氢精制催化剂，加氢保护催化剂和加氢精制催化剂的装填体积比为10：25～75：90。

本发明方法中，加氢处理反应区使用常规的加氢保护催化剂，可以采用抚顺石油化工研究院（FRIPP）研制生产的FZC系列保护剂，也可以按照现有技术制备，这些催化剂一般以多孔耐熔无机氧化物如氧化铝为载体，第VIB族和/或VIII族金属如W、Mo、Co、Ni等的氧化物为活性组分，选择性的加入其它各种助剂如P、Si、F、B等元素的催化剂。

本发明方法中，加氢处理反应区使用的加氢精制催化剂，可以选用该领域普通商品催化剂，也可以按本领域一般知识制备。可以选择的商业催化剂如抚顺石油化工研究院（FRIPP）研制生产的3936、3996、FF-16、FF-26等加氢精制催化剂。

本发明方法中，为了更好地发挥加氢改质催化剂的性能，在加氢改质催化剂的上部级配装填一定比例的加氢性能更好的加氢精制催化剂，进行脱硫、脱氮，饱和稠环芳烃，更好地发挥加氢改质催化剂的开环性能，增加整个装置的运转周期。加氢改质反应区在含有无定形硅铝和改性Y沸石的加氢改质催化剂上部装填使用加氢精制催化剂，加氢精制催化剂和含有无定形硅铝和改性Y沸石的加氢改质催化剂的装填体积比为25：75～60：40。

本发明方法中，加氢改质区上部的加氢精制催化剂可以选用该领域普通商品催化剂，也可以按本领域一般知识制备。可以选择的商业催化剂如抚顺石油化工研究院（FRIPP）研制生产的FTX等商品加氢精制催化剂。

本发明方法中，加氢改质反应区使用含有无定形硅铝和改性Y沸石的加氢改质催化剂。所述加氢改质催化剂中含有：20wt%～60wt%无定形硅铝、5wt%～25wt%的改性Y沸石、10wt%～30wt%的第ⅥB族金属（以氧化物计）和4wt%～10wt%的第Ⅷ族金属（以氧化物计）。其中所用的无定形硅铝的性质如下：含氧化硅10wt%～60wt%，比表面为400～650m²/g，孔容为1.0～1.8mL/g，红外酸度为0.34～0.50mmol/g，孔直径4～10nm的孔容占总孔容的85%～95%，>15nm的孔容占总孔容的5%以下；优选性质如下：含氧化硅10wt%～35wt%，比表面为530～650m²/g，孔容为1.2～1.5mL/g。其中所用的改性Y沸石的性质如下：SiO₂/Al₂O₃摩尔比为40～60，晶胞常数为2.425～2.440nm，相对结晶度为80%～100%，红外酸度0.1～0.5mmol/g，其中250～550℃的中强酸分布集中，占总酸的60～70%，比表面积为600～900m²/g，孔容0.3～0.6mL/g，其中4～15nm的二次中孔的孔容占总孔容的40%～50%。加氢改质催化剂中还可以含有氧化铝、氧化锆、氧化钛等组分。加氢改质催化剂的比表面积为220～300m²/g，孔容为0.3～0.6mL/g，孔直径3～10nm的孔容占总孔容的75%～95%，优选为85%～95%，红外酸度在0.3～0.5mmol/g。

本发明方法中，加氢补充精制反应区使用常规的加氢补充精制催化剂，其活性金属组分为第VIB族和第VIII族金属，使用前催化剂应进行预硫化，保证加氢活性金属在反应过程中处于硫化态。所述的第VIB族金属选自Mo和/或W，其含量以氧化物计为10～25%；第VIII族金属选自Co和/或Ni，其含量以氧化物计为3～7%。

本发明方法中，步骤（3）中加氢处理反应区的反应条件为：反应压力5.0～20.0MPa，优选12.0～15.0MPa；反应温度250～420℃，优选300～400℃；氢油体积比500:1～1500:1，优选1000:1～1200:1；体积空速0.1～1.0h^-1，优选0.5～0.7h^-1。

本发明方法中，步骤（4）中加氢改质反应区的反应条件为：反应压力5.0～20.0MPa，优选12.0～15.0MPa；反应温度250～370℃，优选300～350℃；氢油体积比500:1～1500:1，优选800:1～1000:1；体积空速0.1～1.5h^-1，优选0.8～1.0h^-1。

本发明方法中，步骤（5）中加氢补充精制反应区的反应条件为：反应压力5.0～20.0MPa，优选12.0～15.0MPa；反应温度200～350℃，优选290～320℃；氢油体积比500:1～1500:1，优选1000:1～1200:1；体积空速0.1～1.5h^-1，优选0.8～1.0h^-1。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

（1）本发明首先将经过预处理的中低温煤焦油进行加氢处理，由于煤焦油与馏分油分子结构不同，加氢处理时脱硫、脱氮以及芳烃部分饱和造成结构坍塌，进而煤焦油干点大大前移（最大可前移100℃左右），结构重新分布，馏分油特性大大增加，同时芳烃含量高于环烷基直馏柴油。本发明采用适宜的加氢改质催化剂，对两环和少量三环芳烃进行饱和开环，同时保持开环后侧链的完整，变成带长侧链的单环或两环芳烃，经过加氢改质及加氢补充精制后，生成大量的带多侧链的环烷烃，可得到电气性能、氧化安定性和抗析气性能俱佳的变压器油基础油。同时对凝点有一定影响的少量直链烷烃异构成支链烷烃，保证产品的低温性能。

（2）本发明方法为附加值较低的中低温煤焦油提供了一种提高其经济性的加工功法，而且也为变压器油基础油的生产开发了一种新原料。我国是一个煤炭资源丰富的国家，具有大量的煤焦油资源，利用本发明方法可以替代稀缺的环烷基原油资源，生产出我国电力行业急需的优质变压器油基础油，同时可以有效地促进煤焦油资源的合理利用。

（3）本发明方法加氢处理后的其它馏分可以做为汽油和柴油的调和组分，或其它特种油品的原料。

附图说明

图1是本发明方法的工艺流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明方法进行详细的说明。

如图1所示，经过脱水和脱除机械杂质的中低温煤焦油1进入减压蒸馏塔2进行分馏，得到轻馏分3和重馏分4，所得重馏分4可以用作改性沥青、重质燃料油，或用作焦化原料。轻馏分3与氢气5混合后加氢处理反应器6，依次与加氢保护催化剂和加氢精制催化剂接触，进行加氢反应，所得加氢精制流出物7经分离系统8分离后，所述分离系统8一般包括高压分离器和低压分离器，分离所得气相9作为循环氢返回加氢处理反应器6，分离出的液相10经汽提塔11脱除硫化氢和气体产品12后，汽提塔底液相13去分馏塔14，分别得到小于160℃馏分15、160～280℃馏分16、280～320℃馏分17和大于320℃馏分18。其中，小于160℃馏分15可以做汽油调和组分，160～280℃馏分16可以去做柴油调和组分，大于320℃馏分18可以进一步切割作为冷冻机油基础油原料、橡胶填充油原料或环保型芳烃油原料。280～320℃馏分17进入加氢改质反应区19，在氢气存在下，与加氢改质催化剂接触，对两环和少量三环芳烃进行饱和开环，同时保持开环后侧链的完整，变成带多侧链的单环或两环芳烃。加氢改质反应产物20进入加氢补充精制反应区21，在氢气和加氢精制催化剂存在下，进行芳烃深度饱和反应，降低芳烃含量，保证产品的氧化安定性指标。然后加氢补充精制产物22经分离器23分离出气体24后，液相产物25进入分馏塔26分离出少量副产品27后，得到变压器油基础油产品28。

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例中涉及的各种催化剂可以按性质选择商品催化剂，也可以按本领域知识制备。加氢处理过程的加氢保护剂可以选择的商业催化剂如抚顺石油化工研究院研制生产的FZC-100、FZC-102A、FZC-103等加氢保护剂；加氢精制催化剂可以选择的商业催化剂如抚顺石油化工研究院研制生产的3936、3996、FF-16、FF-26等加氢精制催化剂；加氢改质区上部的加氢精制催化剂可以选择的商业催化剂如抚顺石油化工研究院研制生产的FTX等商品加氢精制催化剂；加氢改质催化剂可以选择的商业催化剂如抚顺石油化工研究院研制生产的FC-14、FC-26等商品加氢处理催化剂；加氢补充精制过程可以选择的商业催化剂如抚顺石油化工研究院研制生产的FV-10、FV-20等商品加氢精制催化剂。

实施例1

以大唐低温煤焦油为原料，切割点为500℃，具体性质见表1。加氢处理反应区装填加氢保护催化剂FZC-103和加氢精制催化剂3936，加氢保护催化剂FZC-103和加氢精制催化剂3936的装填体积比为1:4。加氢改质反应区装填FTX催化剂和FC-28催化剂，装填体积比为1:1，加氢补充精制反应区装填加氢精制催化剂FV-10，加氢过程的工艺条件和产品性质见表2。

实施例2

以伊东中温煤焦油为原料，切割点为500℃，具体性质见表1。加氢处理反应区装填加氢保护催化剂FZC-103和加氢精制催化剂3936，加氢保护催化剂FZC-103和加氢精制催化剂3936的装填体积比为1:4。加氢改质反应区装填FTX催化剂和FC-28催化剂，装填体积比为1:1，加氢补充精制反应区装填加氢精制催化剂FV-10，加氢过程的工艺条件和产品性质见表2。

对比例1

采用与实施例1相同的原料，不同之处为加氢处理产物切割出柴油馏分不经过加氢改质，直接进入加氢补充精制反应器。加氢处理反应区装填加氢保护催化剂FZC-103和加氢精制催化剂3936，加氢保护催化剂FZC-103和加氢精制催化剂3936的装填体积比为1:4。加氢补充精制反应区装填加氢精制催化剂FV-10，加氢过程的工艺条件和产品性质见表2。

对比例2

以大唐低温煤焦油280～320℃柴油馏分为原料，具体性质见表1。原料大唐低温煤焦油280～320℃柴油馏分仅经过加氢处理反应区进行加氢精制反应，加氢处理反应区装填加氢保护催化剂FZC-103和加氢精制催化剂3936，加氢保护催化剂FZC-103和加氢精制催化剂3936的装填体积比为1:4。加氢过程的工艺条件和产品性质见表2。

表1 试验用原料性质

原料名称	大唐低温煤焦油	伊东中温煤焦油	大唐低温煤焦油280～320℃馏分
				密度（20℃），g.cm^-3	1.0284	1.010	0.9032
馏程（模拟蒸馏），℃
				IBP	77	39	291
10%/30%/50%	161/205/253	216/276/328	295/300/304
				70%/90%/95%	311/390/425	374/428/444	309/313/316
EBP	495	513	319
				硫，μg.g^-1	8800	2300	5760
氮，μg.g^-1	9500	6283	7500
				粘度（100℃），mm.s^-2		3.004
残炭，%	0.45	1.14	0.10
				凝点，℃	8	5	-21（冰点）
闪点（开口），℃	112	142	93（闭口）
				酸值，mgKOH.g^-1		0.81	0.45
机械杂质，wt%	0.023	0
				质谱组成，wt%
胶质	33.5	22.0
				链烷烃	6.9	0	6.4
环烷烃	7.6	0	52.7
				芳烃	52.0	78.0	40.9
单环/双环/三环	13.1/24.4/8.5	21.3/31.7/13.5	31.7/5.9/3.3
				四环/五环/噻吩	2.0/0.2/3.4	6.1/0.5/4.0
未鉴定芳烃	0.4	0.9
				重金属，μg.g^-1	<5	<5

表2实施例和比较例的工艺条件及结果

试验编号	实施例1	对比例1	实施例2	对比例2
					加氢处理工艺条件
反应温度，℃	380	380	380	320
					反应压力，MPa	15.0	15.0	15.0	15.0
氢油体积比	1000:1	1000:1	1000:1	1000:1
					体积空速，h^-1	0.5	0.5	0.5	1.0
280～320℃馏分收率，wt%	20.62	20.62	19.25	25.47
					加氢改质反应工艺条件
反应温度，℃	330		325
					反应压力，MPa	15.0		15.0
氢油体积比	800:1		800:1
					体积空速，h^-1	1.0		1.0
加氢补充精制反应工艺条件
					反应温度，℃	280	285	280
反应压力，MPa	15.0	15.0	15.0
					氢油体积比	800:1	800:1	800:1
体积空速，h^-1	1.0	1.0	1.0
					目的产品收率，wt%	71.2	90.3	69.5
产品性质
					色度（D1500）	<0.5	<0.5	<0.5	<0.5
运动粘度（40℃），mm.s^-2	7.33	7.57	7.25	8.32
					运动粘度（-30℃），mm.s^-2	545.2	609.3	553.7	690.4
旋转氧弹（150min），min	245	230	245	220
					结构族组成，wt%
C_A	4.1	5.0	3.6	5.5
					C_P	45.9	43.0	45.5	41.9
芳烃含量（荧光色谱），wt%	<5	12.4	<5	28.6
					C_N	50.0	52.0	50.9	52.6
闪点（闭口），℃	145	142	143	144
					凝点，℃	<50	-42	<50	-38
酸值，mgKOH.g^-1	0.001	0.002	0.001	0.003
					密度（20℃），g.cm^-3	0.8776	0.8803	0.8756	0.8903
碱氮含量，μg.g^-1	<1	<1	<1	<1
					击穿电压，KV	75.9	72.8	77.6	65.9
介质损耗因数（20℃）	0.00092	0.00105	0.00105	0.00156

由实施例1和对比例1的产品性质可以看出，只有加氢精制没有加氢改质过程处理的中低温煤焦油得到的变压器油基础油产品，抗析气性能略好，但是氧化安定性差，而且电气性能不好（介质损耗因数高，击穿电压低），而且低温性能差（-42℃），不合格。而比对例2中直接切取280～320℃馏分加氢处理的产品最差，除了芳烃含量高，抗析气性能好以外，电气性能、低温流动性能都不合格。

由实施例1、2的产品性质可以看出，采用中、低温煤焦油通过加氢处理-加氢改质/加氢补充精制工艺，可以生低温流动性、电气性能（介质损耗指数低，击穿电压高）和氧化安定性俱佳的变压器油基础油，本发明实施例所得变压器油基础油性质可以满足45号变压器油基础油的性能参数指标。可以大大拓展变压器油基础油的原料来源，满足国家电力行业大发展的需要，同时也丰富了煤焦油资源的深度利用，具有很大的经济效益和社会效益。

Claims

1.一种中低温煤焦油加氢生产变压器油基础油方法，包括如下内容：

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述中低温煤焦油先进行脱水和脱除机械杂质后再进行分馏。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述中低温煤焦油分馏后所得重馏分用作改性沥青、重质燃料油，或作为焦化原料。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：加氢处理反应区从上至下装填加氢保护催化剂和加氢精制催化剂，加氢保护催化剂和加氢精制催化剂的装填体积比为10：25～75：90。

5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：加氢改质反应区在含有无定形硅铝和改性Y沸石的加氢改质催化剂上部装填加氢精制催化剂，所述加氢精制催化剂和含有无定形硅铝和改性Y沸石的加氢改质催化剂的装填体积比为25：75～60：40。

6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中加氢处理反应区的操作条件为：反应压力5.0～20.0MPa、反应温度250～420℃、氢油体积比500:1～1500:1、体积空速0.1～1.0h^-1。

7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（4）中加氢改质反应区的操作条件为：反应压力5.0～20.0MPa、反应温度250～370℃、氢油体积比500:1～1500:1、体积空速0.1～1.5h^-1。

8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（5）中加氢补充精制反应区的操作条件为：反应压力5.0～20.0MPa、反应温度200～350℃、氢油体积比500:1～1500:1、体积空速0.1～1.5h^-1。

9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述加氢改质催化剂中含有20wt%～60wt%的无定形硅铝、5wt%～25wt%的改性Y沸石、以氧化物计10wt%～30wt%的第ⅥB族金属和以氧化物计4wt%～10wt%的第Ⅷ族金属。

10.按照权利要求1或9所述的方法，其特征在于：所述加氢改质催化剂中无定形硅铝的性质如下：含氧化硅10wt%～60wt%，比表面为400～650m²/g，孔容为1.0～1.8mL/g，红外酸度为0.34～0.50mmol/g，孔直径4～10nm的孔容占总孔容的85%～95%，>15nm的孔容占总孔容的5%以下。

11.按照权利要求10所述的方法，其特征在于：所述加氢改质催化剂中无定形硅铝的性质如下：含氧化硅10wt%～35wt%，比表面为530～650m²/g，孔容为1.2～1.5mL/g。

12.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述加氢改质催化剂中的改性Y沸石具有如下性质：SiO₂/Al₂O₃摩尔比为40～60，晶胞常数为2.425～2.440nm，相对结晶度为80%～100%，红外酸度0.1～0.5mmol/g，其中250～550℃的中强酸分布集中，占总酸的60～70%，比表面积为600～900m²/g，孔容0.3～0.6mL/g，其中4～15nm的二次中孔的孔容占总孔容的40%～50%。

13.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述加氢改质催化剂的比表面积为220～300m²/g，孔容为0.3～0.6mL/g，孔直径3～10nm的孔容占总孔容的75%～95%，红外酸度在0.3～0.5mmol/g。

14.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：加氢补充精制反应区使用的加氢补充精制催化剂，其活性金属组分为第VIB族和第VIII族金属，所述的第VIB族金属选自Mo和/或W，其含量以氧化物计为10～25%；第VIII族金属选自Co和/或Ni，其含量以氧化物计为3～7%。