加氫法生產(chǎn)石蠟基高黏度及高黏度指數(shù)潤滑油基礎(chǔ)油技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用

趙 凱，孫進(jìn)法，陳曉華，王雪梅

(中國石油克拉瑪依石化公司，新疆 克拉瑪依 834003)

加氫法生產(chǎn)石蠟基高黏度及高黏度指數(shù)潤滑油基礎(chǔ)油技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用

趙 凱，孫進(jìn)法，陳曉華，王雪梅

(中國石油克拉瑪依石化公司，新疆 克拉瑪依 834003)

中國石油克拉瑪依石化公司以石蠟基減四線餾分油為原料，采用以異構(gòu)脫蠟催化劑為核心的催化劑復(fù)配工藝及其配套的加氫組合工藝生產(chǎn)高黏度及高黏度指數(shù)潤滑油基礎(chǔ)油。工業(yè)應(yīng)用結(jié)果表明，采用該催化劑復(fù)配工藝及加氫組合工藝成功生產(chǎn)出了合格的高黏度(100 ℃運(yùn)動黏度在8 mm2/s以上)及高黏度指數(shù)(大于110)的潤滑油基礎(chǔ)油。

加氫組合工藝 加氫裂化催化劑 加氫異構(gòu)脫蠟催化劑 潤滑油基礎(chǔ)油

日益嚴(yán)格的環(huán)保要求、不斷出現(xiàn)的新型機(jī)械設(shè)備、汽車工業(yè)的發(fā)展以及激烈的市場競爭都使?jié)櫥图墑e不斷提高，這就要求潤滑油必須清潔化，低磷、低硫、低灰分，具有高的抗氧化性能、高清凈性和分散性、低揮發(fā)性、良好的黏溫性質(zhì)和低溫流動性以及長的使用壽命[1]。APIⅡ及Ⅲ類基礎(chǔ)油主要應(yīng)用于調(diào)制內(nèi)燃機(jī)油，內(nèi)燃機(jī)油廣泛用于各種汽油機(jī)和柴油機(jī)的摩擦部位，其作用為：一是減摩，使發(fā)動機(jī)摩損減少，起延長壽命和節(jié)能降耗的作用；二是防銹和冷卻，起保護(hù)和換熱作用，保護(hù)設(shè)備的長期運(yùn)行；三是兼具密封、清洗潤滑表面雜質(zhì)的功能，使?jié)櫥瑘鏊３忠粋€好的環(huán)境，確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

根據(jù)API基礎(chǔ)油的分類，Ⅱ類基礎(chǔ)油的黏度指數(shù)要求不小于80，Ⅲ類基礎(chǔ)油的黏度指數(shù)要求不小于120。APIⅡ及Ⅲ類基礎(chǔ)油一般采用加氫工藝生產(chǎn)，國內(nèi)外生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油的加氫工藝主要有加氫裂化(潤滑油和燃料型)和加氫異構(gòu)化等。

目前成套的高黏度指數(shù)潤滑油基礎(chǔ)油生產(chǎn)技術(shù)主要有Chevron公司的加氫裂化-異構(gòu)脫蠟(Isodewa)技術(shù)，Exxon-Mobil公司的加氫裂化-選擇性異構(gòu)脫蠟技術(shù)，中國石化石油化工科學(xué)研究院的加氫裂化-加氫異構(gòu)化技術(shù)，Shell公司的加氫裂化-加氫異構(gòu)化技術(shù)和撫順石油化工研究院的加氫處理技術(shù)[2-5]。高黏度指數(shù)潤滑油基礎(chǔ)油的生產(chǎn)取決于兩個方面：一是原料油的石蠟基特性，石蠟基特性越強(qiáng)，原料的黏度指數(shù)越高；二是成套全加氫技術(shù)的先進(jìn)性，而高效異構(gòu)脫蠟催化劑的選用是決定全加氫技術(shù)方案經(jīng)濟(jì)性的核心。

中國石油克拉瑪依石化公司以石蠟基減四線餾分油為原料，采用以異構(gòu)脫蠟為核心的催化劑復(fù)配工藝及其配套的加氫組合工藝生產(chǎn)高黏度及高黏度指數(shù)潤滑油基礎(chǔ)油。本文主要對該工藝的工業(yè)應(yīng)用情況及結(jié)果進(jìn)行介紹。

1 工業(yè)裝置及催化劑

1.1 工業(yè)裝置介紹

中國石油克拉瑪依石化公司Ⅱ套潤滑油高壓加氫裝置包括兩段加氫反應(yīng)器，其中一段加氫反應(yīng)系統(tǒng)包括保護(hù)反應(yīng)器和加氫裂化反應(yīng)器，裝有國外催化劑公司生產(chǎn)的A和B兩種催化劑；二段加氫反應(yīng)系統(tǒng)包括異構(gòu)化反應(yīng)器和后精制反應(yīng)器，分別裝填貴金屬催化劑C和D。

1.2 催化劑性能

(1) A是某國外催化劑公司最新的具有最高活性的Ni/Mo型催化劑，具有活性中心的高分散性，達(dá)到完全硫化狀態(tài)，在進(jìn)行脫氮、脫硫和芳烴飽和時具有很高的活性。因?yàn)椴恍枰⒘蜻M(jìn)行硫化，只需激活催化劑，因此相對于傳統(tǒng)的催化劑而言，開工過程能有效控制。

(2) B是某國外催化劑公司研發(fā)的用于對潤滑油進(jìn)行質(zhì)量提升的催化劑。B具有較高的活性，特別是對芳烴飽和的活性。通過對原料油的加氫裂化及芳烴飽和來提高黏度指數(shù)。

(3) C是一種異構(gòu)脫蠟催化劑，負(fù)載有貴金屬。除了異構(gòu)脫蠟的活性外，這種催化劑還具有較高的芳烴飽和性能。該催化劑以氧化態(tài)形式存在，需要經(jīng)過器內(nèi)還原后才具有活性。

(4) D是硅-鋁基貴金屬催化劑，起后精制作用，具有較高的芳烴飽和性能。這種催化劑可用于藥用級白油的生產(chǎn)。該催化劑以氧化態(tài)形式存在，需要經(jīng)過器內(nèi)還原后才具有活性。

1.3 催化劑裝填

重餾分原料油中含有大量的金屬雜質(zhì)，因此，需要裝填脫金屬催化劑來保護(hù)加氫裂化、加氫異構(gòu)化和加氫精制催化劑，避免金屬中毒。裝填的級配材料用來降低床層壓降、優(yōu)化催化劑分布。A和B催化劑采用密相裝填法裝填，其余催化劑采用普通“布袋法”裝填。催化劑的實(shí)際裝填情況見表1。

表1 催化劑的實(shí)際裝填情況

2 石蠟基潤滑油基礎(chǔ)油的工業(yè)試生產(chǎn)

2.1 原料性質(zhì)

石蠟基潤滑油基礎(chǔ)油工業(yè)生產(chǎn)的原料為石蠟基減四線油，6批原料的性質(zhì)見表2。為便于比較，將環(huán)烷基減四線油性質(zhì)也列入表2。由表2可以看出：由于石蠟基原料含有較多的直鏈烷烴，而環(huán)烷基原料含有較多的環(huán)烷烴和芳香烴，所以石蠟基原料比環(huán)烷基原料的黏度指數(shù)高；與環(huán)烷基原料相比較，由于蠟含量高，石蠟基原料的凝點(diǎn)較高；6批原料的性質(zhì)基本接近。

2.2 主要操作條件

6次生產(chǎn)的主要操作條件如表3所示，其中，第2次和第3次生產(chǎn)得到的重質(zhì)潤滑油，由于濁點(diǎn)不合格，又經(jīng)過Ⅰ套高壓加氫裝置的降凝和后精制反應(yīng)系統(tǒng)(裝填降凝催化劑)處理，進(jìn)一步降濁點(diǎn)。第4～6次生產(chǎn)時，對原料和工業(yè)操作條件進(jìn)行了調(diào)整。

2.3 產(chǎn)品性質(zhì)與收率

2.3.1 中間油性質(zhì) 6次生產(chǎn)的中間油性質(zhì)如表4所示。從表4可以看出，中間油的性質(zhì)比較穩(wěn)定，黏度指數(shù)最高可達(dá)133。說明加氫裂化催化劑A和B的復(fù)配工藝具有較強(qiáng)的加氫脫硫、脫氮以及芳烴飽和性能，能夠確保中間油的硫、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于5μg/g。

表2 生產(chǎn)原料的性質(zhì)

表3 主要操作條件

表4 中間油的性質(zhì)分析數(shù)據(jù)

2.3.2 潤滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)品的性質(zhì) 表5是重質(zhì)潤滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)品的性質(zhì)。由表5可以看出，中間油經(jīng)過異構(gòu)化后，產(chǎn)品的黏度指數(shù)降低至110左右，說明異構(gòu)催化劑C在一定程度上會導(dǎo)致黏度指數(shù)降低。所以，不建議通過連續(xù)提高異構(gòu)化反應(yīng)溫度來降低產(chǎn)品的濁點(diǎn)。

第2次和第3次生產(chǎn)的產(chǎn)品經(jīng)過Ⅰ套高壓加氫裝置降凝和后精制系統(tǒng)后，濁點(diǎn)明顯降低。對原料和工業(yè)操作條件進(jìn)行調(diào)整后，第4～6次生產(chǎn)的產(chǎn)品濁點(diǎn)明顯降低，但在生產(chǎn)后期濁點(diǎn)略有回升。由此可以推斷，降凝催化劑比異構(gòu)催化劑具有較強(qiáng)的降濁點(diǎn)性能。

2.3.3 產(chǎn)品收率 主要產(chǎn)品的收率如表6所示。

表5 潤滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)品的性質(zhì)分析數(shù)據(jù)

注： 2-a和3-a分別表示第2次和第3次生產(chǎn)的產(chǎn)品經(jīng)過I套高壓加氫裝置降凝和后精制系統(tǒng)處理后得到的產(chǎn)物。

表6 產(chǎn)品收率 w，%

由表3和表6可以看出，隨著催化劑C床層溫度升高，非理想異構(gòu)化反應(yīng)加劇，導(dǎo)致催化劑C的選擇性降低，從而使得重質(zhì)基礎(chǔ)油的收率降低。很明顯，在第1次生產(chǎn)中，當(dāng)催化劑C溫度最高時，重質(zhì)潤滑油的收率僅有28.51%。

3 結(jié) 論

(1) 以克拉瑪依石蠟基減四線餾分油為原料，采用加氫裂化催化劑、加氫異構(gòu)脫蠟催化劑的復(fù)配工藝及其配套的加氫組合工藝，在工業(yè)裝置上成功生產(chǎn)出了合格的石蠟基高黏度及高黏度指數(shù)的潤滑油基礎(chǔ)油。該催化劑復(fù)配工藝及加氫組合工藝的工業(yè)化裝置通過略微改變操作條件和生產(chǎn)方案，還可用于其它黏度等級的高黏度指數(shù)潤滑油基礎(chǔ)油的生產(chǎn)，具有良好的應(yīng)用前景。

(2) 加氫裂化催化劑A和B的復(fù)配工藝能夠生產(chǎn)黏度指數(shù)在110以上的石蠟基基礎(chǔ)油，并具有較強(qiáng)的加氫脫硫、脫氮以及芳烴飽和性能，確保中間油的硫、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于5μ]g/g。

(3) 當(dāng)異構(gòu)脫蠟催化劑C的床層溫度過高時，隨著溫度增加，潤滑油產(chǎn)品收率降低。

(4) 異構(gòu)脫蠟催化劑C和后精制催化劑D復(fù)配工藝的降傾點(diǎn)性能較強(qiáng)，但是不能有效地降低濁點(diǎn)。根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際需要，可通過對原料和工業(yè)操作條件進(jìn)行調(diào)整或者對產(chǎn)品進(jìn)行進(jìn)一步的加氫來降濁點(diǎn)。

[1] 李大東.加氫處理工藝與工程[M].北京：中國石化出版社，2004：1079

[2] 王玉章，祖德光，王子軍.加氫法生產(chǎn)APIⅡ和Ⅲ類基礎(chǔ)油[J].潤滑油，2005，20(2)：16-19

[3] 孟祥彬，高善彬，孫發(fā)民，等.石蠟基原料油加氫異構(gòu)脫蠟制潤滑油基礎(chǔ)油催化劑的研制[J].石油煉制與化工，2014，45(11)：33-37

[4] 孫國權(quán)，姚春雷，全輝，等.全氫法生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油技術(shù)的開發(fā)及工業(yè)應(yīng)用[J].石油煉制與化工，2014，45(10)：77-82

[5] 汪軍平，許孝玲，王華，等.超高黏度指數(shù)潤滑油基礎(chǔ)油生產(chǎn)工藝研究[J].石油煉制與化工，2014，45(8)：82-86

簡 訊

Equistar公司開發(fā)兩步歧化制丙烯工藝

Equistar公司提出一種丁烯和乙烯歧化制丙烯工藝，該工藝的優(yōu)勢在于采用兩步歧化，使丁烯轉(zhuǎn)化率超過85%。該工藝流程為：乙烯和丁烯(摩爾比為0.3∶1～3∶1)在第一歧化催化劑作用下，反應(yīng)生成包括乙烯、丙烯、丁烯和C5以上的烯烴，分離后形成包括乙烯和丙烯的第一頂部氣體和包括丁烯和C5以上烯烴的底部de-propenized氣體，將底部氣體和乙烯(其中乙烯和丁烯摩爾比為2∶1～10∶1)在第二歧化催化劑作用下，形成包括乙烯、丙烯、丁烯和C5以上烯烴的第二歧化產(chǎn)物，分離后形成由乙烯和丙烯組成的第二頂部氣體，最終將第一、第二頂部氣體中的丙烯分離出來。歧化催化劑為過渡金屬氧化物。

[中國石化有機(jī)原料科技情報(bào)中心站供稿]

PRODUCTION OF HIGH VISCOCITY AND HIGH VI PARAFFIN-BASE BASE OIL BY HYDRO-TECHNOLOGY

Zhao Kai，Sun Jinfa，Chen Xiaohua，Wang Xuemei

(KaramayPetrochemicalCompany，PetroChina，Karamay，Xinjiang834003)

A combined catalyst system with iso-dewaxing catalyst as a core and relative hydro-technologies were used for production of high viscosity and high viscosity index base oil. The paraffin-based fraction of the 4th side cut of vacuum tower of Karamay Petrochemical Company，PetroChina was used as a feedstock. The industrial results show that the base oil with viscosity (100 ℃) >8 mm2/s and VI>110 can be obtained by the above combined technology.

combined hydro-process； hydrocracking catalyst； hydroisodewaxing catalyst； base oil

2014-11-13； 修改稿收到日期： 2015-01-15。

趙凱，工程師，主要從事煉油規(guī)劃管理研究工作。

孫進(jìn)法，E-mail：sjf@petrochina.com.cn。