新疆春風(fēng)稠油減壓渣油生產(chǎn)150BS光亮油工藝研究

蔡烈奎，劉劍峰，張健，徐巖峰，齊春明

(1.中海油煉油化工科學(xué)研究院, 山東 青島 266500； 2.中國(guó)石油大連石化分公司，遼寧 大連 116032；3.新疆佳宇恒能源科技有限公司，新疆 克拉瑪依 834032)

0 引言

150BS 光亮油是一種重要的高黏度潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油，廣泛應(yīng)用于船舶發(fā)動(dòng)機(jī)油、單級(jí)和高檔的多級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)油、內(nèi)燃機(jī)車(chē)機(jī)油、重負(fù)荷齒輪油和各種潤(rùn)滑脂等產(chǎn)品的生產(chǎn)[1-2]。近年來(lái)隨著充油橡膠和光纜等產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)興起，150BS 光亮油市場(chǎng)需求也越來(lái)越大[3]。BS光亮油的生產(chǎn)對(duì)原料油的要求較特殊，技術(shù)難度較大、成本較高，國(guó)內(nèi)僅有克拉瑪依石化公司、荊門(mén)石化、濟(jì)南石化等幾家煉廠能夠生產(chǎn)[4-8]。

90年代前國(guó)內(nèi)150BS光亮油一般由減壓渣油經(jīng)過(guò)丙烷脫瀝青、溶劑精制、溶劑脫蠟及白土補(bǔ)充精制才能得到，其加工流程長(zhǎng),原料黏度大過(guò)濾極為困難。隨著煉油技術(shù)的發(fā)展,目前可以采用先進(jìn)的加氫處理、異構(gòu)脫蠟或催化脫蠟及加氫補(bǔ)充精制工藝來(lái)生產(chǎn),其生產(chǎn)現(xiàn)狀得到了一定程度的改善,但因原料的稀缺和產(chǎn)品要求高，其生產(chǎn)難度仍然較高[2]。

克拉瑪依石化公司是我國(guó)最大的150BS生產(chǎn)基地，第一套30萬(wàn)t/a潤(rùn)滑油高壓加氫裝置于2000年11月建成投產(chǎn)，采用北京石科院專(zhuān)利技術(shù)，由加氫處理、臨氫降凝、加氫補(bǔ)充精制三段工藝組成，加工克拉瑪依油田的稠油潤(rùn)滑油料，其中采用切換原料的方式生產(chǎn)150BS光亮油[9]。2007年年底克拉瑪依石化公司投產(chǎn)了第二套30萬(wàn)t/a潤(rùn)滑油高壓加氫裝置，該裝置采用了殼牌公司以異構(gòu)脫蠟催化劑為核心的全氫型潤(rùn)滑油加氫技術(shù)，專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)150BS光亮油和大黏度基礎(chǔ)油[10-12]。

本文以新疆春風(fēng)油田稠油減壓渣油為原料，采用全氫型高壓加氫工藝進(jìn)行150BS的生產(chǎn)工藝研究。

1 實(shí)驗(yàn)室研究

1.1原料性質(zhì)

新疆佳宇恒能源科技有限公司常減壓以新疆春風(fēng)油田原油為原料，其減壓渣油組分占原油總收率約50%，其減壓渣油性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 減壓渣油性質(zhì)

由原料性質(zhì)可知，此渣油蠟含量較低，殘?zhí)窟m中，金屬含量高，特別是鈣含量非常高，密度小于1 g/cm3，是非常典型的環(huán)烷基原油的減壓渣油。在丙烷脫瀝青工藝中需要注意對(duì)輕脫油金屬含量的控制。

1.2丙烷脫瀝青試驗(yàn)

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選定丙烷脫瀝青工藝條件，得到合適性質(zhì)的輕脫油樣品并制備大樣。丙烷脫瀝青試驗(yàn)工藝條件及輕脫油性質(zhì)見(jiàn)表2。

表2 丙烷脫瀝青試驗(yàn)工藝條件及輕脫油性質(zhì)

表2(續(xù))

結(jié)果討論：

(1)通過(guò)兩次重復(fù)的丙烷脫瀝青工藝試驗(yàn)，得到的輕脫油大樣與條件試驗(yàn)性質(zhì)基本接近，說(shuō)明裝置操作穩(wěn)定，中試試驗(yàn)重復(fù)性好，輕脫油收率占減壓渣油的31.5%左右。

(2)得到的輕脫油100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度在100 mm2/s，黏度非常大，因40 ℃黏度多次檢測(cè)數(shù)據(jù)重復(fù)性較差，其黏度指數(shù)未知；Cp值在65%左右，飽和烴含量高；硫、氮含量較低；殘?zhí)康陀?%，總金屬含量低于2 mg/kg，可以滿(mǎn)足加氫裝置的進(jìn)料要求。

1.3輕脫油加氫處理試驗(yàn)

以上述輕脫油放大樣為原料，進(jìn)行加氫處理試驗(yàn)，加氫處理選用市售催化劑，加氫處理后為滿(mǎn)足光亮油黏度要求切割到480 ℃，具體工藝條件及加氫處理生成油性質(zhì)分析見(jiàn)表3，≥480 ℃餾分收率及性質(zhì)見(jiàn)表4。

表3 加氫處理工藝條件及生成油性質(zhì)

表3(續(xù))

注：*實(shí)驗(yàn)室中試裝置因分離問(wèn)題硫含量偏高，此處主要參考氮含量數(shù)據(jù)，工業(yè)潤(rùn)滑油加氫裝置氮含量的數(shù)據(jù)要略高于硫含量。

表4 ≥480℃餾分收率及性質(zhì)

結(jié)果討論：

(1)從加氫處理生成油性質(zhì)來(lái)看，3個(gè)反應(yīng)條件的加氫處理生成油氮含量基本滿(mǎn)足異構(gòu)脫蠟催化劑的進(jìn)料要求；經(jīng)加氫反應(yīng)后，油品黏度大幅度下降，預(yù)計(jì)加氫轉(zhuǎn)化率應(yīng)超過(guò)50%，說(shuō)明此原料對(duì)加氫的反應(yīng)較為敏感，其合適的反應(yīng)溫度范圍較小。

(2)從加氫處理生成油碳型分布來(lái)看，與原料相比，其碳型分布中CP值接近，CA值低，CN較高，說(shuō)明原料中的芳烴在加氫處理過(guò)程中幾乎全部轉(zhuǎn)化成了環(huán)烷烴。

(3)在選定的加氫處理反應(yīng)溫度范圍，每提高1 ℃的反應(yīng)溫度，目的產(chǎn)品黏度指數(shù)平均提高1.8個(gè)單位；每提高1 ℃的反應(yīng)溫度，轉(zhuǎn)化率約提高(小于480 ℃餾分收率)1.85%；總體來(lái)講，每提高黏度指數(shù)1個(gè)單位，目的產(chǎn)品收率約損失1%。

(4)從擬定的3個(gè)反應(yīng)條件來(lái)看，≥480 ℃餾分都達(dá)到了150BS光亮油的黏度指數(shù)要求，在反應(yīng)溫度382 ℃時(shí)≥480 ℃餾分其黏度以及傾點(diǎn)滿(mǎn)足了150BS光亮油的指標(biāo)要求。

(5)3個(gè)反應(yīng)條件得到的目的產(chǎn)品傾點(diǎn)都較低，說(shuō)明目的產(chǎn)品中直鏈烷烴數(shù)量較少，分子結(jié)構(gòu)中有大量的環(huán)結(jié)構(gòu)和支鏈。

1.4異構(gòu)脫蠟和加氫后精制試驗(yàn)

因加氫處理后≥480 ℃餾分達(dá)到150BS光亮油黏度指標(biāo)要求時(shí)其傾點(diǎn)已滿(mǎn)足不高于-9 ℃的指標(biāo)要求，選用貴金屬異構(gòu)脫蠟催化劑主要考慮提高產(chǎn)品顏色、改善氧化安定性并進(jìn)一步降低各副產(chǎn)品的傾點(diǎn)。以加氫處理382 ℃(條件1)和387 ℃(條件3)兩個(gè)反應(yīng)溫度放大樣進(jìn)行加氫異構(gòu)脫蠟試驗(yàn)。條件1異構(gòu)脫蠟、后精制采用的操作條件為：反應(yīng)壓力15 MPa，氫油體積比800∶1，異構(gòu)脫蠟反應(yīng)溫度300 ℃，異構(gòu)脫蠟體積空速1.0 h-1，后精制反應(yīng)溫度260 ℃，后精制體積空速1.6 h-1，中試裝置總液收99.5%；條件3異構(gòu)脫蠟、后精制采用的操作條件為：反應(yīng)壓力15 MPa，氫油體積比800∶1，異構(gòu)脫蠟反應(yīng)溫度320 ℃，異構(gòu)脫蠟體積空速1.0 h-1，后精制反應(yīng)溫度260 ℃，后精制體積空速1.6 h-1，中試裝置總液收97.2%。條件1、條件3油樣經(jīng)異構(gòu)脫蠟、后精制后各餾分段收率及性質(zhì)見(jiàn)表5、表6。

表5 條件1油樣經(jīng)異構(gòu)脫蠟、后精制后各餾分段收率及性質(zhì)

表5(續(xù))

結(jié)果討論：

(1)相比條件1，異構(gòu)脫蠟后≥480 ℃餾分的黏度指數(shù)下降1個(gè)單位，傾點(diǎn)下降，收率基本不變，異構(gòu)脫蠟工藝條件比較合適；

(2)從各餾分段碳型分析數(shù)據(jù)和賽博特顏色來(lái)看，經(jīng)貴金屬加氫后，各段油品芳烴含量下降，顏色改善，因高溫蒸餾原因，≥480 ℃餾分賽博特顏色未能大于+30；

(3)因360～480 ℃間的各餾分段油品較少，光熱安定性的分析項(xiàng)目沒(méi)有檢測(cè)，根據(jù)類(lèi)似裝置經(jīng)驗(yàn)，可以滿(mǎn)足橡膠增塑劑環(huán)烷基礦物油技術(shù)要求中對(duì)產(chǎn)品光熱安定性的要求。

表6 條件3油樣經(jīng)異構(gòu)脫蠟、后精制后各餾分段收率及性質(zhì)

結(jié)果討論：

(1)相比表4中條件3中≥480 ℃餾分的數(shù)據(jù)，異構(gòu)脫蠟后≥480 ℃餾分的100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度下降了2 mm2/s，黏度指數(shù)提高了2個(gè)單位，收率下降了9%，傾點(diǎn)降低到-27 ℃，說(shuō)明對(duì)此油品而言320 ℃的異構(gòu)脫蠟反應(yīng)溫度偏高，脫蠟過(guò)程中存在一定的加氫裂化反應(yīng)；相比條件1，其中試裝置總液收下降了2.3%也表明異構(gòu)脫蠟反應(yīng)溫度偏高；

(2)從異構(gòu)脫蠟各產(chǎn)品傾點(diǎn)數(shù)據(jù)來(lái)看，催化劑對(duì)油品的降凝效果明顯，≥480 ℃餾分的傾點(diǎn)由-3 ℃降低到-27 ℃，輕、中質(zhì)潤(rùn)滑油餾分傾點(diǎn)都低于-30 ℃；

(3)從各餾分段碳型分析數(shù)據(jù)來(lái)看，經(jīng)貴金屬加氫后，各段餾分芳烴含量下降，顏色改善，因高溫蒸餾原因，≥480 ℃餾分賽色未能大于+30；

(4)360～480 ℃的餾分因黏度指數(shù)較高，CN值較低，不適合生產(chǎn)橡膠增塑劑環(huán)烷基礦物油產(chǎn)品(CN值要求不小于40%)，可以考慮作為PS白油產(chǎn)品的原料或生產(chǎn)SEBS橡膠填充油。

2 結(jié)論和建議

(1)新疆春風(fēng)稠油減壓渣油經(jīng)過(guò)丙烷脫瀝青工藝可以生產(chǎn)31.5%左右的輕脫油，其質(zhì)量滿(mǎn)足加氫裝置進(jìn)料要求，丙烷脫瀝青工藝對(duì)脫除減壓渣油中的金屬作用明顯；

(2)新疆春風(fēng)稠油減壓渣油輕脫油經(jīng)三段高壓加氫可以生產(chǎn)出合格的150BS，其150BS最大收率相對(duì)輕脫油約40%左右(相對(duì)減壓渣油12.5%)，同時(shí)還可副產(chǎn)變壓器油、橡膠增塑劑環(huán)烷基礦物油等潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油，總的潤(rùn)滑油收率在79.3%；

(3)新疆春風(fēng)稠油減壓渣油輕脫油經(jīng)三段高壓加氫生產(chǎn)150BS光亮油，其最佳反應(yīng)溫度為加氫處理382 ℃，異構(gòu)脫蠟300 ℃，補(bǔ)充后精制240 ℃，加氫處理體積空速建議0.4 h-1及以下，異構(gòu)脫蠟建議體積空速1.0 h-1及以上，后精制空速1.6 h-1左右即可。因加氫處理后油品的傾點(diǎn)較低，可以在降凝催化劑、后精制催化劑的體積空速調(diào)整上再做進(jìn)一步研究，在滿(mǎn)足產(chǎn)品質(zhì)量要求的前提下盡量降低催化劑總的購(gòu)置成本；

(4)因加氫處理后的組分傾點(diǎn)較低，建議降凝工藝可以考慮臨氫降凝，增加一段貴金屬精制工藝以提高橡膠增塑劑環(huán)烷基礦物油(占輕脫油的26.4%)的光、熱安定性即可，可以大幅度降低裝置投資。

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