原油產(chǎn)地對基礎(chǔ)油性能的影響

林榮興

(中國石化上海高橋分公司，上海200137)

0 引 言

長期以來，人們把石蠟基原油作為制備潤滑油的首選原油.這是因為石蠟基原油的潤滑油餾份中，特性因素K值較高的烷烴和長側(cè)鏈環(huán)烷烴含量較高，K值較小的芳香烴和非烴類(雜原子有機化合物、膠質(zhì)、瀝青質(zhì))含量較少，因而，既有利于加工，取得較高的精制收率，又可制得粘-溫性能很好的基礎(chǔ)油.但是近年來隨著世界上優(yōu)質(zhì)石蠟基原油的日益短缺和價格的上揚，需要拓寬生產(chǎn)“老三套”基礎(chǔ)油的原油資源.以往人們認為，中間基原油不宜于用來制備潤滑油.然而，中間基原油的情況是多種多樣的，中間基原油的潤滑油餾份，有些偏石蠟基，有些則偏環(huán)烷基，因此可以應(yīng)用中間基原油來生產(chǎn)那些對粘溫-性能要求不高或無要求的潤滑油商品.環(huán)烷基原油雖然K值較低、潤滑油粘-溫性能不佳，但因含蠟很少，是制備某些要求傾點很低而不要求粘-溫性能的專用潤滑油的良好原油[1].在實際生產(chǎn)過程中，人們還發(fā)現(xiàn)即使同為石蠟基原油生產(chǎn)出的基礎(chǔ)油性質(zhì)差異也很大.本研究主要是選擇西江、阿曼、薩里爾和陸豐4種不同的原油，通過實驗室實沸點蒸餾切割得到原油360～540 ℃的減壓餾份，并每20 ℃收集一段餾份(共9個窄餾份)，然后以各餾份段為原料在實驗室經(jīng)過酮苯脫蠟、溶劑精制得到精制油，考察這4種原油以及各餾份段性質(zhì)與其所對應(yīng)基礎(chǔ)油質(zhì)量之間的關(guān)系，并進一步評價這4種原油生產(chǎn)基礎(chǔ)油的能力.本研究中基礎(chǔ)油的標準參照2005年7月10日實施的中國石油化工股份有限公司潤滑油基礎(chǔ)油協(xié)議標準進行分類：中粘度指數(shù)(Medium Viscosity Index，以下簡稱MVI)潤滑油指粘度指數(shù)大于等于60的溶劑精制基礎(chǔ)油；高粘度指數(shù)(High Viscosity Index，以下簡稱HVI)潤滑油分為HVIⅠa、HVIⅠb 、HVIⅠc溶劑精制基礎(chǔ)油,分別指粘度指數(shù)大于等于80、90、95的溶劑精制基礎(chǔ)油.

1 原油及蒸餾窄餾份性質(zhì)的評價

1.1 原油性質(zhì)

西江、阿曼、薩里爾以及陸豐原油的性質(zhì)分析結(jié)果見表1.由表1可知，西江原油20 ℃密度、凝點、蠟含量較高，硫含量、酸值較低，特性因數(shù)為12.2，按照原油的硫含量和關(guān)鍵組分分類，該原油屬低硫中間-石蠟基原油；阿曼原油20 ℃密度為0.860 9 g/cm3，凝點及蠟含量低，硫含量、酸值較高，特性因數(shù)為12.0，按照原油的硫含量和關(guān)鍵組分分類，該原油屬含硫中間基原油；薩里爾和陸豐原油的20 ℃密度較低，凝點、蠟含量較高，硫含量、酸值較低，特性因數(shù)為12.4，按照原油的硫含量和關(guān)鍵組分分類，這兩種原油都屬低硫石蠟基原油.

表1 西江、阿曼、薩里爾和陸豐原油性質(zhì)Table 1 Properties of Xijang,Oman,Salil and Lufeng crude oil

1.2 原油窄餾份性質(zhì)

4種原油切割后窄餾份的性質(zhì)分別見表2～表5.w(CP)、w(CN)、w(CA)分別指石蠟烴、環(huán)烷烴和芳香烴的碳原子數(shù)占總碳原子數(shù)的質(zhì)量百分含量.

表2 西江原油實沸點蒸餾窄餾份性質(zhì)Table 2 Properties of true boiling point distillate fractions of Xijiang crude oil

表3 阿曼原油實沸點蒸餾窄餾份性質(zhì)Table 3 Properties of true boiling point distillate fractions of Oman crude oil

從表2和表3數(shù)據(jù)可以看出：西江原油360～540 ℃窄餾份的密度、運動粘度、傾點、硫含量及特性因數(shù)均隨著餾出溫度的升高相應(yīng)增加；各窄餾份特性因數(shù)≥12.3，石蠟基特征突出.阿曼原油360～540 ℃窄餾份的密度、運動粘度、傾點、硫含量及特性因數(shù)隨著餾出溫度的升高相應(yīng)增加；480 ℃之前的各窄餾份的K值比較低，偏中間基，480 ℃之后餾份的K值略有升高，偏石蠟基.

表4 薩里爾原油實沸點蒸餾窄餾份性質(zhì)Table 4 Properties of true boiling point distillate fractions of Salil crude oil

表5 陸豐原油實沸點蒸餾窄餾份性質(zhì)Table 5 Properties of true boiling point distillate fractions of Lufeng crude oil

從表4與表5數(shù)據(jù)可以看出：薩里爾和陸豐兩種原油的性質(zhì)很相似，隨著餾出溫度的升高，窄餾份的密度、運動粘度、中和值等變化情況非常相近，兩者的粘度指數(shù)分布也非常相近，只是陸豐原油波動略大一點.相應(yīng)的餾份段，薩里爾原油的硫含量略高，而陸豐原油的芳烴含量略高.由特性因數(shù)判斷，兩種原油的360～420 ℃三段餾份，顯石蠟基特性，420～540 ℃六段餾份，顯中間偏石蠟基特性.

從以上分析可以看出，偏中間基的西江與阿曼原油在蒸餾切割后，其餾份油顯石蠟基特性，而石蠟基的薩里爾與陸豐原油在蒸餾切割后，其偏重的餾份卻顯中間基特性.

2 潤滑油基礎(chǔ)油的制備與質(zhì)量情況

2.1 試驗方法及條件

2.1.1 脫蠟試驗條件 溶劑與原料油的總稀釋質(zhì)量比為3.0∶1.0，冷洗質(zhì)量比為1.0∶1.0;溶劑組成：480 ℃之前甲乙酮與甲苯的質(zhì)量比為7.0∶3.0，480 ℃之后甲乙酮與甲苯的質(zhì)量比為1.5∶1.0.要求脫蠟油360～440 ℃各餾分段的傾點低于-15 ℃、440～480 ℃各餾分段的傾點低于-12 ℃,480～540 ℃各餾分段的傾點低于-9 ℃.

2.1.2 糠醛精制試驗條件 溶劑：甲乙酮與甲苯的質(zhì)量比為3.0∶1.0，精制溫度為：360～400 ℃餾份段采用的精制溫度為78 ℃；400～480 ℃餾份段采用的精制溫度為83 ℃；480～540 ℃餾份段采用的精制溫度為88 ℃；萃取理論級數(shù)為3，萃取試驗方法為假逆流模擬萃取試驗方法.

2.2 各原油9個窄餾份潤滑油基礎(chǔ)油質(zhì)量情況

由于溶劑精制油與潤滑油基礎(chǔ)油只差白土精制一道工序，兩者的基本性能相近，由溶劑精制油的理化性能基本可以判斷潤滑油基礎(chǔ)油的質(zhì)量狀況.

西江、阿曼、薩里爾和陸豐等原油窄餾份經(jīng)過酮苯脫蠟與糠醛精制后各精制油質(zhì)量性能分析結(jié)果分別見表6～表9.

表6 西江窄餾份精制油的性質(zhì)Table 6 Properties of the refined oils from distillate fractions of Xijiang crude oil

表7 阿曼窄餾份精制油的性質(zhì)Table 7 Properties of the refined oils from distillate fractions of Oman crude oil

表8 薩里爾窄餾份精制油的性質(zhì)Table 8 Properties of the refined oils from distillate fractions of Salil crude oil

表9 陸豐窄餾份精制油的性質(zhì)Table 9 Properties of the refined oils from distillate fractions of Lufeng crude oil

從表6～表9可以看出，各原油的窄餾份精制油均隨著餾份沸點升高，密度、運動粘度、硫含量等相應(yīng)增加.經(jīng)過溶劑精制后發(fā)現(xiàn)，雖然阿曼原油是中間基原油，但其窄餾份精制油的特性因素大于12.1顯石蠟基潤滑油基礎(chǔ)油的特性，460 ℃之前窄餾份精制油的粘度指數(shù)大于90，薩里爾和陸豐原油窄餾份精制油與其對應(yīng)的窄餾份油類似，輕餾份精制油顯石蠟基潤滑油基礎(chǔ)油的特性，而重餾份精制油偏中間基潤滑油基礎(chǔ)油特性.

3 原油性質(zhì)與基礎(chǔ)油質(zhì)量的關(guān)系

3.1 原油性質(zhì)對基礎(chǔ)油粘溫性能的影響

粘度指數(shù)是潤滑油最重要的性能指標之一，粘度指數(shù)數(shù)值的大小可以表征潤滑油粘溫性能的好壞，也是衡量基礎(chǔ)油精制深度的重要指標.圖1為西江等原油窄餾份的粘度指數(shù)分布情況.

圖1 各原油窄餾份粘度指數(shù)分布Fig.1 VI distribution of distillate fractions of each crude oil

由圖1可知，西江、薩里爾、陸豐三種原油窄餾份的粘度指數(shù)基本在100～120左右，而阿曼窄餾份的粘度指數(shù)比較低，在60～80范圍內(nèi)，相應(yīng)的餾份段，阿曼油比西江油等低約40～60個單位不等.以上情況均與各原油的結(jié)構(gòu)組成有關(guān).

圖2為各原油窄餾份經(jīng)過酮苯脫蠟與溶劑精制后的各窄餾份精制油的粘度指數(shù)分布情況.

圖2 各原油窄餾份精制油粘度指數(shù)分布Fig.2 VI distribution of the refined oils from distillate fractions of each crude oil

從圖2可以看出，四種原油中，薩里爾精制油的粘度指數(shù)最高，在96～107之間，具有最好的粘溫性能，而同為石蠟基原油的陸豐原油的精制油粘度指數(shù)卻最低，西江和阿曼原油精制油的粘度指數(shù)介于二者之間.這與原油各窄餾分的粘度指數(shù)的分布有很大的不同.同時還可以看出，西江和陸豐基礎(chǔ)油的粘度指數(shù)呈馬鞍型分布，且均在440～460 ℃餾份段有一個明顯的最低點.而薩里爾和阿曼基礎(chǔ)油的粘度指數(shù)分布則剛好相反，呈凸峰型分布，薩里爾基礎(chǔ)油的粘度指數(shù)在400～420 ℃餾份段有一個最高點，阿曼基礎(chǔ)油的粘度指數(shù)在420～440 ℃餾份段有一個最高點.

因為烴類本身的粘度指數(shù)差別很大，鏈烷烴的粘度指數(shù)最高，粘溫性能最好；其次是具有烷烴側(cè)鏈的單環(huán)、雙環(huán)環(huán)烷和單環(huán)、雙環(huán)芳烴；最差的是重芳香烴、多環(huán)環(huán)烷烴和環(huán)烷-芳烴[2].為了進一步考察基礎(chǔ)油粘溫性能與原油結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，對原油窄餾份與相應(yīng)的精制油進行結(jié)構(gòu)族組成分析.各原油窄餾份的烷烴、環(huán)烷烴和芳烴結(jié)構(gòu)族組成與窄餾份精制油的烷烴、環(huán)烷烴和芳烴結(jié)構(gòu)族組成比較見圖3～圖6.

圖3 各原油窄餾份油鏈烷烴含量Fig.3 Paraffin content of distillate fractions of each crude oil

圖4 各原油窄餾份精制油鏈烷烴含量Fig.4 Paraffin content of the refined oils from distillate fractions of each crude oil

從圖3與圖4可以看出：阿曼原油窄餾份的鏈烷烴含量最低，其次是西江油，薩里爾與陸豐原油窄餾份的鏈烷烴較高且相當(dāng)，這也說明了為什么阿曼油的窄餾份粘度指數(shù)最低的原因.而經(jīng)過酮苯脫蠟與溶劑精制后，作為中間基的阿曼原油窄餾份的精制油的鏈烷烴含量反而最高，石蠟基的薩里爾窄餾份精制油的鏈烷烴稍微低一點，同樣作為石蠟基的陸豐原油和西江原油的窄餾分精制油的鏈烷烴含量的分布趨勢與他們粘度指數(shù)的分布趨勢相同，在440～460 ℃餾份段有一個低點，呈馬鞍形分布.這也說明了為什么阿曼油在切割精制后顯石蠟基屬性，而陸豐油在切割精制后其重餾份顯中間基屬性，且在440～460 ℃餾份段的粘溫性能最差.

圖5 各原油窄餾份油芳烴含量Fig.5 Aromatics content of distillate fractions of each crude oil

從圖5可以看出：阿曼原油窄餾份油的芳烴含量最高，其次是陸豐原油，薩里爾原油窄餾份的芳烴含量相對最低.

圖6 各原油窄餾份精制油芳烴含量Fig.6 Aromatics content of the refined oils from distillate fractions of each crude oil

從圖6可以看出，在經(jīng)過酮苯脫蠟與溶劑精制后，陸豐原油窄餾份精制油的芳烴含量最高，粘溫性能也最差，而薩里爾原油窄餾份精制油的芳烴含量還是相對較低，其粘溫性能最好.說明由于不同原油的芳烴存在形式不同導(dǎo)致了溶劑精制對不同原油的芳烴具有不一樣的脫除效果，這也就直接影響到了精制油的粘溫性能.同時還可以看出，溶劑精制對中間基的阿曼原油的芳烴具有很好的脫除作用，而對低硫石蠟基的陸豐原油的芳烴含量卻不具備很好的脫除作用.

從以上結(jié)構(gòu)分析可以看出也進一步證明了：鏈烷烴含量高的基礎(chǔ)油粘溫性能更佳，而芳烴含量高的基礎(chǔ)油其粘溫性能會較差.同時也驗證了為什么石蠟基的陸豐油其重餾份偏中間基屬性，而中間基的阿曼油在切割精制后反而顯石蠟基屬性.

3.2 不同原油的基礎(chǔ)油分布情況

從以上實驗室研究的總體情況來看，薩里爾原油屬于低硫石蠟基，得到的精制油具有較高的粘度指數(shù)、優(yōu)良的低溫性能，且中和值和硫含量較低，幾乎所有的潤滑油餾份都具有生產(chǎn)HVIⅠc基礎(chǔ)油的能力，應(yīng)該做好分儲分煉工作，用于生產(chǎn)高品質(zhì)的潤滑油基礎(chǔ)油；西江油雖然是低硫中間-石蠟基，但由于其潤滑油餾份偏石蠟基屬性，且中和值和硫含量也比較低，可用于生產(chǎn)較好的基礎(chǔ)油，特別是輕重兩頭的基礎(chǔ)油生產(chǎn)潛力較好，具有生產(chǎn)HVIⅠc基礎(chǔ)油的潛力，其它餾份可以生產(chǎn)HVIⅠb基礎(chǔ)油，但是440～480 ℃餾分只能生產(chǎn)HVIⅠa基礎(chǔ)油；阿曼原油雖然是含硫中間基原油，但是其460 ℃之前的輕餾分有生產(chǎn)HVIⅠb基礎(chǔ)油的能力；陸豐原油雖然也屬低硫石蠟基原油，但是因為其芳烴含量較高，其基礎(chǔ)油質(zhì)量潛力也較差.

參照2005年7月10日實施的中國石油化工股份有限公司潤滑油基礎(chǔ)油協(xié)議標準進行分類，上述4種原油的基礎(chǔ)油生產(chǎn)潛力情況見表10～表13.

表10 薩里爾原油基礎(chǔ)油生產(chǎn)潛力Table 10 Production potential of base oil from Salil crude oil

表11 西江原油基礎(chǔ)油生產(chǎn)潛力Table 11 Production potential of base oil from Xijiang crude oil

表12 阿曼原油基礎(chǔ)油生產(chǎn)潛力Table 12 Production potential of base oil from Oman crude oil

*注:中和值偏高,需要注意基礎(chǔ)油脫酸.

表13 陸豐原油基礎(chǔ)油生產(chǎn)潛力Table 13 Production potential of base oil from Lufeng crude oil

根據(jù)實驗室研究結(jié)果表明，不同原油的性質(zhì)對基礎(chǔ)油質(zhì)量有著很大的影響，總體來說，芳烴含量少的低硫石蠟基原油最合適通過“老三套”工藝來生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)油，其次是潤滑油餾份顯石蠟基特性的低硫中間基原油.

同時根據(jù)這4種原油各窄餾分精制油的粘度指數(shù)分布圖還可以考慮不同原油的混煉方案，以發(fā)揮他們在不同餾分段的質(zhì)量優(yōu)勢.例如西江原油兩頭的粘度指數(shù)比較高，但是在440～460 ℃餾分段有一個低點，那么在實際加工中就可以考慮與阿曼原油或薩里爾原油混煉來彌補這個不足.

4 結(jié) 語

a. 按照原油評價的結(jié)果和原油的分類原則，薩里爾和陸豐原油屬低硫石蠟基原油，西江原油屬低硫中間-石蠟基原油，阿曼原油屬含硫中間基原油.

b. 原油的性質(zhì)對基礎(chǔ)油的粘度、粘溫性能以及低溫性能都有一定的影響，環(huán)烷烴高，相應(yīng)基礎(chǔ)油的粘度大、低溫性能差，芳烴含量高，相應(yīng)基礎(chǔ)油粘溫性能差，故芳烴含量少的低硫石蠟基原油最合適通過“老三套”工藝來生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)油，其次是潤滑油餾份顯石蠟基特性的低硫中間基原油.

c. 實驗室研究結(jié)果表明，基礎(chǔ)油的性質(zhì)與其烴類的組成直接相關(guān).西江和陸豐基礎(chǔ)油的粘度指數(shù)呈明顯的馬鞍型分布，而阿曼和薩里爾基礎(chǔ)油則正好相反，呈凸峰型分布.根據(jù)不同原油的粘度指數(shù)的分布圖提供找到原油混煉的參考依據(jù).

d. 薩里爾原油具有較好的生產(chǎn)HVIⅠc基礎(chǔ)油的能力；西江原油基礎(chǔ)油可以達到HVIⅠb的質(zhì)量水平，但是減三線需要與該段餾分的粘度指數(shù)更高的其他原油混煉效果會更好；阿曼原油比較合適生產(chǎn)較輕的基礎(chǔ)油，重質(zhì)基礎(chǔ)油的質(zhì)量較差；陸豐原油生產(chǎn)高品質(zhì)基礎(chǔ)油的能力最差.

參考文獻：

[1] 水天德.現(xiàn)代潤滑油生產(chǎn)工藝[M].北京:中國石化出版社,1997.

[2] 梁文杰.石油化學(xué)[M].山東:石油大學(xué)出版社,1995.