生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)APIⅠ類基礎(chǔ)油的原料分析及其優(yōu)化

朱 永 進(jìn)

(中國石油化工股份有限公司煉油事業(yè)部，北京 100728)

生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)APIⅠ類基礎(chǔ)油的原料分析及其優(yōu)化

朱 永 進(jìn)

(中國石油化工股份有限公司煉油事業(yè)部，北京 100728)

通過試驗(yàn)及生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對(duì)生產(chǎn)API Ⅰ類潤滑油基礎(chǔ)油的原料進(jìn)行分析，提出了生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)基礎(chǔ)油的原油優(yōu)選方案，以及分輸分煉、有條件地混煉等優(yōu)化管理措施，在實(shí)際生產(chǎn)中提高了中國石油化工股份有限公司優(yōu)質(zhì)API Ⅰ類基礎(chǔ)油的產(chǎn)量和所占比例。

潤滑油 基礎(chǔ)油 原料 優(yōu)化

溶劑法基礎(chǔ)油生產(chǎn)過程即俗稱的“老三套”生產(chǎn)過程，一直是APIⅠ類潤滑油基礎(chǔ)油的主要生產(chǎn)工藝。盡管近年來加氫工藝發(fā)展勢頭迅猛，API Ⅰ類基礎(chǔ)油的比例逐年下降，但由于配方、成本、改造費(fèi)用以及副產(chǎn)石蠟的效益等原因，溶劑法生產(chǎn)工藝的生命周期仍會(huì)延續(xù)，優(yōu)質(zhì)API Ⅰ類基礎(chǔ)油在相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)仍有生存空間[1-2]。根據(jù)Lubes’N’Greases公布的數(shù)據(jù)，2009年API Ⅰ類基礎(chǔ)油的產(chǎn)能仍占世界基礎(chǔ)油產(chǎn)能的60.09%，國內(nèi)則占63.16%。

國內(nèi)優(yōu)質(zhì)API Ⅰ類基礎(chǔ)油的生產(chǎn)裝置大多以大慶原油餾分油為原料設(shè)計(jì)。自20世紀(jì)90年代開始，以中國石化茂名分公司為代表的沿海企業(yè)陸續(xù)采用非大慶原油進(jìn)行潤滑油基礎(chǔ)油的生產(chǎn)，由此帶來生產(chǎn)波動(dòng)大、基礎(chǔ)油質(zhì)量下降等問題，一直困擾著基礎(chǔ)油生產(chǎn)企業(yè)以及下游潤滑油調(diào)合企業(yè)。在原油品種多、對(duì)外依存度高的形勢下，優(yōu)質(zhì)API Ⅰ類基礎(chǔ)油的原料優(yōu)選、優(yōu)化的重要性日益突出。

本課題擬通過對(duì)生產(chǎn)API Ⅰ類潤滑油基礎(chǔ)油的原料進(jìn)行分析，提出含硫及高硫中間基原油生產(chǎn)溶劑法基礎(chǔ)油的措施，為溶劑法基礎(chǔ)油的生產(chǎn)開辟新的原油來源和生產(chǎn)途徑。

1 原油的選擇

1.1 石蠟基原油

要用某一種原油來生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油，一般先對(duì)該原油的潤滑油潛含量及其性質(zhì)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)[3]。多年的研究結(jié)果表明，石蠟基原油潤滑油餾分的烷烴和長側(cè)鏈環(huán)烷烴含量較高，芳香烴和非烴類(雜原子有機(jī)化合物、膠質(zhì)、瀝青質(zhì))含量較低，有利于加工，且基礎(chǔ)油黏溫性能好，一直是潤滑油生產(chǎn)企業(yè)的首選原料。

在大慶原油減少之后，綜合考慮基礎(chǔ)油質(zhì)量、裝置適應(yīng)性等因素，基礎(chǔ)油生產(chǎn)企業(yè)優(yōu)先考慮利用國內(nèi)外可得的石蠟基原油來作為生產(chǎn)潤滑油的原料。然而，并不是所有的石蠟基原油都適合作為生產(chǎn)潤滑油的原料，比如番禺原油，從特性因數(shù)K值和關(guān)鍵餾分K值看，是典型的石蠟基原油，潤滑油餾分的黏度指數(shù)也較高(見表1)。但經(jīng)溶劑法加工后，基礎(chǔ)油的黏度指數(shù)卻大幅下降(見表2)。對(duì)不同產(chǎn)地的石蠟基原油進(jìn)行窄餾分試驗(yàn)及試生產(chǎn)分析，也驗(yàn)證了部分原油在加工后性質(zhì)變化很大。

表1 番禺原油餾分油的主要性質(zhì)

表2 番禺原油溶劑精制酮苯脫蠟油的主要性質(zhì)

因此，為獲得優(yōu)質(zhì)基礎(chǔ)油，還需對(duì)原料進(jìn)行進(jìn)一步篩選。

目前，煉油廠主要依據(jù)燃料油生產(chǎn)的流程要求對(duì)原油進(jìn)行初評(píng)價(jià)，基礎(chǔ)油生產(chǎn)企業(yè)在考察原料時(shí)，則需進(jìn)一步測試潤滑油餾分的黏度指數(shù)及四組分組成，再?zèng)Q定是否進(jìn)行工業(yè)試生產(chǎn)，依據(jù)工業(yè)試生產(chǎn)獲得的數(shù)據(jù)來決定該原料是否適合作潤滑油原料。一些企業(yè)用此方法，篩選出薩里爾、西江等石蠟基原油可用于基礎(chǔ)油生產(chǎn)[4]。近年來篩選出的其它原油作為優(yōu)質(zhì)基礎(chǔ)油原料的餾分油性質(zhì)見表3。從表3可以看出，一些餾分油的黏度指數(shù)雖然很高，但酸值偏高，不利于后序裝置加工，并最終影響基礎(chǔ)油質(zhì)量等級(jí)，需要在原料優(yōu)化時(shí)綜合考慮。

表3 部分石蠟基原油的基礎(chǔ)油餾分油的主要性質(zhì)

1.2 中間基原油

由于石蠟基原油價(jià)格較高，同時(shí)由于原油產(chǎn)地與加工企業(yè)的地域界限，難以保證穩(wěn)定供應(yīng)，生產(chǎn)企業(yè)不得不進(jìn)一步拓展原料來源，轉(zhuǎn)向?qū)で罄貌糠种虚g基原油。初期的主要方向?yàn)榈土蛑虚g基原油，如馬瑞巴原油、阿朱納原油、文昌原油等。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，低硫中間基原油生產(chǎn)的基礎(chǔ)油黏度指數(shù)普遍偏低，酸值偏大，而且此類原油的價(jià)格仍然較高，因此如果不考慮裝置的適應(yīng)性，一般不作為優(yōu)選原料。

隨著國內(nèi)中東含硫原油的加工比例不斷上升，以含硫及高硫中間基原油生產(chǎn)基礎(chǔ)油的需求日漸迫切，一些沿海企業(yè)也在20世紀(jì)90年代中期開始進(jìn)行少量試生產(chǎn)，但存在設(shè)備腐蝕加劇、油蠟產(chǎn)品臭味大等問題。此外，與石蠟基原料相比，此類原料的溶劑精制裝置及溶劑脫蠟裝置基礎(chǔ)油收率變化大，導(dǎo)致裝置能力不適應(yīng)，生產(chǎn)平衡困難，因此并沒有得到推廣。但國外在利用含硫原油生產(chǎn)基礎(chǔ)油方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)[5]，可以通過總結(jié)、借鑒，優(yōu)化加工方案，從而選擇出合適的原料。

2 原料的優(yōu)化管理

2.1 分輸分煉措施

對(duì)于API Ⅰ類基礎(chǔ)油，異構(gòu)烷烴、單環(huán)長側(cè)鏈環(huán)烷烴和芳烴是潤滑油基礎(chǔ)油的理想組分。多環(huán)環(huán)烷烴的黏度指數(shù)很低，即黏溫性能很差，會(huì)對(duì)基礎(chǔ)油黏溫性能產(chǎn)生較大的負(fù)面影響。溶劑精制對(duì)芳烴，特別是多環(huán)芳烴和膠質(zhì)具有較高的選擇性，但對(duì)多環(huán)環(huán)烷烴的選擇性較差，多環(huán)芳烴和膠質(zhì)很容易在溶劑精制過程中被脫除，而多環(huán)環(huán)烷烴卻很難在溶劑精制過程中被脫除。多環(huán)環(huán)烷烴的凝點(diǎn)也較低，不能在溶劑脫蠟過程中被脫除。因此，對(duì)于含有較多多環(huán)環(huán)烷烴的原料，不能采用溶劑法生產(chǎn)高黏度指數(shù)基礎(chǔ)油。不同基屬原油和相同基屬不同品種原油的潤滑油餾分，其烴類組成不同。如果將不適合生產(chǎn)基礎(chǔ)油的原油與適合生產(chǎn)基礎(chǔ)油的原料混煉，會(huì)造成基礎(chǔ)油質(zhì)量下降，因此原料選擇和分輸分煉成為API Ⅰ類基礎(chǔ)油生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。對(duì)適合生產(chǎn)潤滑油的原料實(shí)行分輸分煉的主要措施包括：①有條件的企業(yè)，對(duì)生產(chǎn)基礎(chǔ)油的原油進(jìn)行專線輸送，沒有專線的企業(yè)采用順序輸送方式，盡量避免混輸；②利用潤滑油型常減壓蒸餾裝置加工優(yōu)選出的用于生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油的原油，按“高真空、低爐溫、窄餾分、淺顏色”的原則組織基礎(chǔ)油原料的蒸餾切割；③加工過程的中間物料采取分儲(chǔ)措施，精確計(jì)算切換時(shí)間，減少物料互混；④做好切換料，特別是劣質(zhì)原料的“掐頭去尾”，減少對(duì)優(yōu)質(zhì)原料的污染。

2.2 混煉方案的選擇

將試驗(yàn)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、回歸分析，可得到不同原油的不同餾分生產(chǎn)的潤滑油基礎(chǔ)油的運(yùn)動(dòng)黏度(40 ℃)與黏度指數(shù)關(guān)系曲線，如圖1所示，從而篩選出7～8種原油作為基礎(chǔ)油生產(chǎn)企業(yè)的可選原油。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)地域特點(diǎn)，每家基礎(chǔ)油生產(chǎn)企業(yè)采用進(jìn)口原油與國產(chǎn)海洋原油搭配的方式選定3～4種原油，作為基礎(chǔ)油生產(chǎn)的指定原料，在年度計(jì)劃中統(tǒng)一安排采購。

圖1 主要原油品種生產(chǎn)的基礎(chǔ)油運(yùn)動(dòng)黏度與黏度指數(shù)關(guān)系◆—中東A； ■—海洋A； ▲—非洲A； ●—海洋B；俄羅斯A； 海洋C； 海洋D

作為管理措施，需要對(duì)相關(guān)原油的收率情況進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，確定高品質(zhì)基礎(chǔ)油的結(jié)構(gòu)比例指標(biāo)。而對(duì)因采購基礎(chǔ)油原料導(dǎo)致的原油價(jià)格變動(dòng)，在相關(guān)的考核中給予剔除，從而保證企業(yè)的積極性，確?！耙藵檮t潤”的資源利用率。

由于資源稀缺且價(jià)格偏高，基礎(chǔ)油生產(chǎn)企業(yè)仍需進(jìn)一步拓寬原油資源，因此在試驗(yàn)及試生產(chǎn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，對(duì)原只能部分合格的基礎(chǔ)油原料可以進(jìn)行優(yōu)化混煉，亦可生產(chǎn)出高品質(zhì)的基礎(chǔ)油。

由圖1可見，以相當(dāng)一部分原料的減三線餾分生產(chǎn)400SN或500SN基礎(chǔ)油時(shí)，由于黏度指數(shù)偏低，很難生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)油。這種低黏度餾分和高黏度餾分生產(chǎn)的基礎(chǔ)油黏度指數(shù)高，而中等黏度餾分生產(chǎn)的基礎(chǔ)油黏度指數(shù)低的現(xiàn)象在黏度-黏度指數(shù)曲線上恰似“馬鞍型”。此時(shí)可以選擇“非馬鞍型”原油與“馬鞍型”原油混煉，從而生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，避免減三線餾分油回催化裂化裝置加工造成的資源浪費(fèi)。此方法也適用于解決以部分原料生產(chǎn)基礎(chǔ)油時(shí)硫含量、酸值等個(gè)別指標(biāo)不合格而導(dǎo)致基礎(chǔ)油等級(jí)降低的問題?；鞜掃€有減少裝置間收率差異、平衡生產(chǎn)、減少腐蝕等效果。

圖2為典型的原油混煉時(shí)基礎(chǔ)油運(yùn)動(dòng)黏度(40 ℃)與黏度指數(shù)關(guān)系曲線。通過高硫、低酸中間基進(jìn)口原油A與低硫、含酸海洋原油B按一定比例(質(zhì)量比55∶45)進(jìn)行混煉，在保證基礎(chǔ)油黏度指數(shù)的同時(shí)，不僅解決了2種原油單獨(dú)加工時(shí)的酸值及硫含量不達(dá)標(biāo)問題，而且使原本不能生產(chǎn)合格API Ⅰ類基礎(chǔ)油的原油B減三線餾分油得到利用，黏度指數(shù)由低于80提高到90以上，取得了較好的效果。

圖2 原料混煉實(shí)例的基礎(chǔ)油運(yùn)動(dòng)黏度與黏度指數(shù)關(guān)系

通?；鞜拺?yīng)遵循以下原則：①混煉可以是原油，也可以用相同餾分的中間物料混合加工，但要基于實(shí)驗(yàn)及試生產(chǎn)數(shù)據(jù)支持，有詳細(xì)的全流程加工方案；②混煉應(yīng)采用固定的比例，并固定好對(duì)應(yīng)的加工方案及操作參數(shù)，生產(chǎn)質(zhì)量和牌號(hào)穩(wěn)定的基礎(chǔ)油，防止操作條件的不確定而導(dǎo)致質(zhì)量下降及其它經(jīng)濟(jì)損失；③應(yīng)注意觀察基礎(chǔ)油或者石蠟是否出現(xiàn)分層現(xiàn)象。

3 效 果

從2009年開始，中國石油化工股份有限公司陸續(xù)在兩家主要API Ⅰ類基礎(chǔ)油生產(chǎn)企業(yè)組織優(yōu)質(zhì)基礎(chǔ)油的原料優(yōu)選及優(yōu)化，優(yōu)質(zhì)基礎(chǔ)油產(chǎn)量由2008年的302.0 kt提高到2012年的407.8 kt，占基礎(chǔ)油比例由60.71%提高到82.65%，如圖3所示，其中2011年因市場因素導(dǎo)致部分裝置限量停產(chǎn)。

圖3 優(yōu)質(zhì)基礎(chǔ)油產(chǎn)量及比例變化趨勢■—優(yōu)質(zhì)基礎(chǔ)油產(chǎn)量； —優(yōu)質(zhì)基礎(chǔ)油比例

4 結(jié) 論

(1) 采用溶劑法生產(chǎn)API Ⅰ類基礎(chǔ)油的企業(yè)，在原油品種越來越多樣化、復(fù)雜化的過程中，通過重視原料的管理，仍可保證高品質(zhì)基礎(chǔ)油的生產(chǎn)。

(2) 生產(chǎn)基礎(chǔ)油應(yīng)相對(duì)固定好原油品種，并固定好對(duì)應(yīng)的加工方案及操作參數(shù)，以生產(chǎn)質(zhì)量、牌號(hào)穩(wěn)定的基礎(chǔ)油產(chǎn)品。

(3) 充分利用好原料的黏度-黏度指數(shù)曲線，抓好原料的優(yōu)化管理，可實(shí)現(xiàn)資源的合理利用，最大限度地生產(chǎn)黏度指數(shù)高的基礎(chǔ)油。

[1] 祖德光，石亞華，王玉章，等.我國當(dāng)前基礎(chǔ)油生產(chǎn)中應(yīng)重視的問題[J].石油煉制與化工，2005，36(2)：12-16

[2] 宋寧寧，康茵.潤滑油基礎(chǔ)油的特點(diǎn)及生產(chǎn)工藝[J].齊魯石油化工，2010，38(1)：23-28

[3] 水天德.現(xiàn)代潤滑油生產(chǎn)工藝[M].北京：中國石化出版社，1997：29-36

[4] 林榮興.原油產(chǎn)地對(duì)基礎(chǔ)油性能的影響[J].武漢工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，34(7)：11-18

[5] 張德義.含硫原油加工技術(shù)[M].北京：中國石化出版社，2003：465-469

RAW MATERIAL SELECTION AND OPTIMIZATION FOR HIGH-QUALITY APIⅠ BASE OIL PRODUCTION

Zhu Yongjin

(RefiningDepartmentofSINOPEC，Beijing100728)

Based on the lab and unit operation data of raw materials for APIⅠbase oil production， the optimized solutions are suggested. The yield of high quality APIⅠbase oil is increased by selecting the raw material， independent transporting and processing， and reasonable mixed refining. The ratio of high quality API Ⅰ base oil in total base oil output of SINOPEC is also increased.

lubricant； base oil； raw material； optimization

2014-01-29； 修改稿收到日期： 2014-05-08。

朱永進(jìn)，工學(xué)學(xué)士，工商管理碩士，長期從事潤滑油生產(chǎn)、技術(shù)及管理工作。

朱永進(jìn)，E-mail：zhuyj@sinopec.com。