加氫法生產(chǎn)HVI Ⅱ/Ⅲ類潤滑油基礎(chǔ)油的技術(shù)途徑與實踐

王子文，高杰，李洪輝，郭慶洲，王魯強(qiáng)，牛傳峰，夏國富

(中國石化石油化工科學(xué)研究院，北京 100083)

加氫法生產(chǎn)HVI Ⅱ/Ⅲ類潤滑油基礎(chǔ)油的技術(shù)途徑與實踐

王子文，高杰，李洪輝，郭慶洲，王魯強(qiáng)，牛傳峰，夏國富

(中國石化石油化工科學(xué)研究院，北京 100083)

隨著我國產(chǎn)業(yè)升級的加速和環(huán)保法規(guī)的日益苛刻，滿足環(huán)保節(jié)能要求的高檔潤滑油將成為未來的發(fā)展趨勢，采用異構(gòu)脫蠟技術(shù)生產(chǎn)HVI Ⅱ/Ⅲ類基礎(chǔ)油受到了廣泛關(guān)注。石油化工科學(xué)研究院(RIPP)多年來致力于潤滑油基礎(chǔ)油加氫技術(shù)的研發(fā)，在潤滑油異構(gòu)脫蠟技術(shù)方面形成了以加氫裂化尾油、中間基減壓餾分油或費托合成蠟為原料生產(chǎn)HVI Ⅱ/Ⅲ類基礎(chǔ)油的成套技術(shù)，并成功實現(xiàn)了工業(yè)應(yīng)用，為潤滑油質(zhì)量升級提供有力支持。

潤滑油基礎(chǔ)油；異構(gòu)脫蠟；黏度指數(shù)

0 引言

近年來，隨著我國產(chǎn)業(yè)升級的加速和環(huán)保法規(guī)的日益苛刻，滿足環(huán)保節(jié)能要求的高檔潤滑油將成為未來的發(fā)展趨勢。目前，我國潤滑油的生產(chǎn)以國內(nèi)工廠為主，但是作為潤滑油最主要構(gòu)成部分的基礎(chǔ)油卻大量依靠進(jìn)口。國內(nèi)基礎(chǔ)油產(chǎn)能結(jié)構(gòu)與需求發(fā)展不匹配的問題在Ⅱ/Ⅲ類基礎(chǔ)油上表現(xiàn)得尤為突出。研究表明，2014年我國Ⅱ/Ⅲ類基礎(chǔ)油的消費量達(dá)284萬t，其中約70%由進(jìn)口資源補充[1]，國內(nèi)Ⅱ/Ⅲ類基礎(chǔ)油的供應(yīng)量仍有較大缺口。

另一方面，隨著我國原油進(jìn)口量不斷增加，原油品種的多樣化和不確定性，給基礎(chǔ)油的穩(wěn)定生產(chǎn)帶來了挑戰(zhàn)。與傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝相比，潤滑油加氫工藝的原料適應(yīng)性更強(qiáng)，能夠以中間基原油生產(chǎn)出具有優(yōu)良性能的基礎(chǔ)油。特別是潤滑油異構(gòu)脫蠟技術(shù)，由于其能夠在保持高黏度指數(shù)和較高收率的同時達(dá)到降低傾點的目的，目前已經(jīng)成為生產(chǎn)HVI Ⅱ/Ⅲ類基礎(chǔ)油最重要的工藝技術(shù)。

1 生產(chǎn)HVI Ⅱ/Ⅲ類基礎(chǔ)油的異構(gòu)脫蠟(RIW)技術(shù)

在深入認(rèn)識潤滑油異構(gòu)脫蠟反應(yīng)機(jī)理的基礎(chǔ)上，石油化工科學(xué)研究院(RIPP)完成了異構(gòu)脫蠟催化劑用分子篩的合成與生產(chǎn)技術(shù)、異構(gòu)脫蠟催化劑制備技術(shù)[2]以及基礎(chǔ)油異構(gòu)脫蠟工藝技術(shù)的開發(fā)，形成了以加氫裂化尾油、中間基減壓餾分油或費托合成蠟為原料生產(chǎn)HVI Ⅱ/Ⅲ類基礎(chǔ)油的成套技術(shù)[3]，并成功實現(xiàn)了工業(yè)應(yīng)用。

1.1 加氫裂化尾油生產(chǎn)HVI Ⅱ/Ⅲ類基礎(chǔ)油

加氫裂化尾油來自于高壓深度加氫過程，其原料中的硫、氮化合物以及芳烴均被脫除或深度轉(zhuǎn)化，能夠符合異構(gòu)脫蠟催化劑的進(jìn)料要求。由于原料中的多環(huán)環(huán)烷烴和多環(huán)芳烴在加氫裂化過程中會轉(zhuǎn)化成為帶有側(cè)鏈的少環(huán)環(huán)烷烴或單環(huán)芳烴，因此加氫裂化尾油的潤滑油餾分段的黏度指數(shù)較高，非常適合作為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)基礎(chǔ)油的原料。目前，以加氫裂化尾油為原料生產(chǎn)HVI Ⅱ類基礎(chǔ)油的技術(shù)已得到了廣泛應(yīng)用。

由于HVI Ⅲ類基礎(chǔ)油要求具有非常高的黏度指數(shù)，而在異構(gòu)脫蠟過程中必然存在黏度指數(shù)損失的問題，這就使得HVI Ⅲ類基礎(chǔ)油的生產(chǎn)存在相當(dāng)大的難度。RIPP對國內(nèi)多種尾油進(jìn)行了異構(gòu)脫蠟試驗，并開展了基礎(chǔ)油烴組成及結(jié)構(gòu)特征、原料組成結(jié)構(gòu)對基礎(chǔ)油性能的影響等方面研究[4]。在此基礎(chǔ)上，通過對原料、催化劑性能及操作條件的優(yōu)化和選擇，采用RIW技術(shù)能夠生產(chǎn)出質(zhì)量符合中國石化《潤滑油基礎(chǔ)油(加氫)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)》(簡稱“標(biāo)準(zhǔn)”)要求的HVI Ⅲ類基礎(chǔ)油。

2016年5月，RIPP的異構(gòu)脫蠟技術(shù)及RIW-2催化劑在國內(nèi)某基礎(chǔ)油生產(chǎn)企業(yè)40萬t/a潤滑油加氫異構(gòu)脫蠟裝置上成功實現(xiàn)了工業(yè)應(yīng)用，以加氫裂化尾油為原料，采用異構(gòu)脫蠟—加氫補充精制流程能夠生產(chǎn)出HVI Ⅲ 4 mm2/s基礎(chǔ)油和HVI Ⅲ 6 mm2/st基礎(chǔ)油。如表1所示，在基礎(chǔ)油產(chǎn)品質(zhì)量符合HVI Ⅲ類基礎(chǔ)油標(biāo)準(zhǔn)的條件下，與異構(gòu)反應(yīng)進(jìn)料相比，產(chǎn)品的黏度指數(shù)損失可以控制在10個單位左右，體現(xiàn)了RIW-2催化劑優(yōu)異的異構(gòu)選擇性和較高的工藝優(yōu)化水平。

表1 加氫裂化尾油生產(chǎn)基礎(chǔ)油工業(yè)應(yīng)用原料及產(chǎn)品主要性質(zhì)

1.2 中間基減壓餾分油生產(chǎn)HVI Ⅱ類基礎(chǔ)油

與加氫裂化尾油不同，中間基減壓餾分油的硫、氮含量較高，為防止硫、氮化合物使載有貴金屬的異構(gòu)脫蠟催化劑中毒，原料首先要經(jīng)過加氫處理脫除硫、氮后，才能滿足異構(gòu)脫蠟段的進(jìn)料要求。另一方面，加氫處理轉(zhuǎn)化程度較深，能夠使原料中的多環(huán)芳烴及多環(huán)環(huán)烷烴裂解開環(huán)，生成帶有若干烷基側(cè)鏈的高黏度指數(shù)的單環(huán)芳烴或單環(huán)環(huán)烷烴，從而實現(xiàn)將非理想組分轉(zhuǎn)化為理想組分，同時幾乎完全脫除雜環(huán)化合物，有利于提高異構(gòu)進(jìn)料的黏度指數(shù)和基礎(chǔ)油產(chǎn)品收率。

采用加氫處理—異構(gòu)脫蠟—加氫補充精制流程，以中東混合油的減壓餾分油為原料生產(chǎn)HVI Ⅱ類基礎(chǔ)油進(jìn)行了工藝研究，試驗結(jié)果如表2所示。該中東混合油的減二線餾分油黏度指數(shù)為79、減三線黏度指數(shù)為56，要想生產(chǎn)HVI Ⅱ類基礎(chǔ)油就要保證加氫處理后的精制油黏度指數(shù)在125以上，因此加氫處理反應(yīng)在脫硫脫氮的同時，要大幅度提高產(chǎn)品的黏度指數(shù)。采用RIPP開發(fā)的加氫處理RL-2催化劑，不僅能夠有效脫除原料中的硫、氮化合物，還能夠大幅提升異構(gòu)進(jìn)料的黏度指數(shù)，所得加氫處理產(chǎn)物再經(jīng)RIW-2催化劑進(jìn)行異構(gòu)脫蠟，最終可獲得黏度指數(shù)大于110的HVI Ⅱ+類基礎(chǔ)油。

表2 中東混合油減二、減三線原料和基礎(chǔ)油產(chǎn)品性質(zhì)

以中間基油生產(chǎn)HVI Ⅱ類基礎(chǔ)油的加氫處理技術(shù)已成功應(yīng)用于中國石化系統(tǒng)某45萬t/a潤滑油加氫裝置，并于2014年5月完成標(biāo)定。

1.3 費托合成油生產(chǎn)HVI Ⅲ+類基礎(chǔ)油

費托合成油主要由正構(gòu)烷烴和烯烴組成，并且硫、氮含量極低，但含有一定量的以醇等有機(jī)物形式存在的氧，不能直接作為最終產(chǎn)品使用，需要對其加氫提質(zhì)后方可作為最終產(chǎn)品。由于分子組成結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢，費托合成蠟是生產(chǎn)高黏度指數(shù)，特別是HVI Ⅲ+類基礎(chǔ)油的優(yōu)質(zhì)原料。在由費托合成產(chǎn)物生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油的研究方面，RIPP完成了基礎(chǔ)油、石蠟生產(chǎn)技術(shù)的研究并完成成套技術(shù)的開發(fā)，包括費托蠟穩(wěn)定加氫技術(shù)、高熔點重質(zhì)蠟生產(chǎn)技術(shù)、費托蠟加氫處理技術(shù)、費托蠟異構(gòu)裂化技術(shù)和費托蠟異構(gòu)脫蠟技術(shù)。根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)物的不同可以選擇不同的組合方式，并形成不同的工藝流程。

表3所示為不同流程所生產(chǎn)HVI Ⅲ+類基礎(chǔ)油產(chǎn)品主要性質(zhì)。穩(wěn)定加氫—異構(gòu)脫蠟—補充精制流程是將費托合成蠟首先通過加氫精制進(jìn)行脫氧、烯烴飽和等反應(yīng)，再經(jīng)過常減壓蒸餾，切割出顏色水白、滴熔點高的特種蠟產(chǎn)品后，中間含蠟潤滑油餾分進(jìn)一步經(jīng)過異構(gòu)脫蠟—補充精制生產(chǎn)高檔基礎(chǔ)油。加氫處理—異構(gòu)脫蠟—補充精制流程以費托合成蠟為原料，采用較為苛刻的加氫處理條件，以提高重質(zhì)基礎(chǔ)油的收率為目的。異構(gòu)裂化—異構(gòu)脫蠟—補充精制流程則是將異構(gòu)裂化技術(shù)和異構(gòu)脫蠟技術(shù)相結(jié)合，以費托合成產(chǎn)物的異構(gòu)加氫裂化尾油作為異構(gòu)脫蠟段進(jìn)料來生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油。采用不同工藝流程所得產(chǎn)品均具有較高的黏度指數(shù)和極低的傾點，是優(yōu)質(zhì)的潤滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)品。

表3 不同流程所生產(chǎn)HVI Ⅲ+類基礎(chǔ)油產(chǎn)品主要性質(zhì)

2012年，RIPP在某煉廠3000 t/a裝置上完成了費托蠟生產(chǎn)基礎(chǔ)油及石蠟工業(yè)試驗，所生產(chǎn)的HVI Ⅲ+4 mm2/s基礎(chǔ)油的黏度指數(shù)為145，傾點<-30 ℃；HVI Ⅲ+6 mm2/s基礎(chǔ)油的黏度指數(shù)154，傾點<-30℃；同時得到了優(yōu)質(zhì)的2號基礎(chǔ)油、滿足ASTM D7566標(biāo)準(zhǔn)要求的航煤餾分、凝點<-30 ℃的柴油餾分。工業(yè)試驗所用原料性質(zhì)見表4，所得HVI Ⅲ+4 mm2/s、HVI Ⅲ+6 mm2/s基礎(chǔ)油性質(zhì)見表5，工業(yè)試驗所得費托來源的基礎(chǔ)油與PAO性質(zhì)的對比見表6。可以看到，費托基礎(chǔ)油黏度指數(shù)高、氧化安定性好、蒸發(fā)損失低，其性質(zhì)與PAO相媲美，是調(diào)配高檔潤滑油的優(yōu)質(zhì)原料。此次工業(yè)試驗對費托合成蠟穩(wěn)定加氫技術(shù)、高熔點微晶蠟生產(chǎn)技術(shù)、費托合成蠟加氫處理技術(shù)及異構(gòu)脫蠟/加氫精制技術(shù)進(jìn)行驗證并獲得了成功。

表4 費托蠟生產(chǎn)基礎(chǔ)油工業(yè)試驗原料主要性質(zhì)

表5 費托蠟生產(chǎn)基礎(chǔ)油工業(yè)試驗所得基礎(chǔ)油產(chǎn)品主要性質(zhì)

表6 工業(yè)試驗所得費托基礎(chǔ)油與PAO性質(zhì)的對比

2 小結(jié)

RIPP在多年的科研與工業(yè)應(yīng)用實踐過程中，開發(fā)出了以RIW-2催化劑為核心的潤滑油基礎(chǔ)油異構(gòu)脫蠟成套技術(shù)并成功應(yīng)用于多套工業(yè)裝置。該技術(shù)具有廣泛的原料適應(yīng)性，能夠生產(chǎn)滿足HVI Ⅱ/Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)的高檔基礎(chǔ)油產(chǎn)品，為基礎(chǔ)油生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量升級和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了有力的技術(shù)支撐。

[1] 孔勁媛，王昭，張蕾. 我國潤滑油暨基礎(chǔ)油市場現(xiàn)狀與發(fā)展預(yù)測[J]. 潤滑油，2016，31(5): 1-5.

[2] 黃衛(wèi)國，方文秀，王魯強(qiáng)，等. RIPP新型異構(gòu)降凝催化劑RIW-2的開發(fā)[C]//中國石化加氫裝置生產(chǎn)技術(shù)交流會論文，2012:733-737.

[3] 郭慶洲，王魯強(qiáng)，黃衛(wèi)國，等. RIPP潤滑油技術(shù)開發(fā)及工業(yè)應(yīng)用[C] // 2014年中國石化煉油加氫技術(shù)交流會論文集，2014:706-713.

[4] 胡松偉，郭慶洲，夏國富，等. 異構(gòu)脫蠟潤滑油基礎(chǔ)油組成對其性質(zhì)的影響 [J]. 石油學(xué)報(石油加工)，2015，31(4): 831-835.

Hydrogenation Technical Approach and Practice of Producing HVI Ⅱ/Ⅲ Lube Base Oil

WANG Zi-wen, GAO Jie, LI Hong-hui, GUO Qing-zhou, WANG Lu-qiang, NIU Chuan-feng, XIA Guo-fu

(Sinopec Research Institute of Petroleum Processing, Beijing 100083, China)

The acceleration of industrial upgrading and the increasingly stringent environmental requirements drives premium base oil demand. Isomerization dewaxing technology has been widely used in the production of HVI Ⅱ/Ⅲ base oil. RIW(RIPP Isomerization Dewaxing) is a base oil isomarization dewaxing technology developed by Research Institute of Petroleum Processing (RIPP). It is applicable to the production of premium base oil from various raw materials, such as hydrocracking unconverted oil, intermediate base VGO or Fischer Tropsch synthesis wax. RIW technology has been successfully implemented in commercial applications. It will provide strong support for the quality upgrade of lubricant.

lube base oil; isomarization dewaxing; viscosity index

2016-06-21。

達(dá)永娥,碩士,工程師,2007年畢業(yè)于西安石油大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè),2014年畢業(yè)于華東理工大學(xué)化學(xué)工程專業(yè),現(xiàn)主要從事油品分析檢測、技術(shù)管理、體系管理等工作。E-mail:dye_rhy@petrochina.com.cn

10.19532/j.cnki.cn21-1265/tq.2017.03.010

1002-3119(2017)03-0054-04

TE626.3

A