生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油的加氫裂化工藝比較實驗

唐若明

（海南漢地流體材料有限公司，海南 儋州 578101）

0 引言

當(dāng)前我國已成為全球第二大潤滑油消費市場，2019年潤滑油基礎(chǔ)油年表觀消費量為1 029.21萬噸，同比增長15.8%。而當(dāng)前我國內(nèi)部基礎(chǔ)油生產(chǎn)量遠(yuǎn)低于消費量需求，加之產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中低端基礎(chǔ)油產(chǎn)能過剩、高端基礎(chǔ)油產(chǎn)能短缺等問題的存在，導(dǎo)致國內(nèi)高檔潤滑油基礎(chǔ)油進(jìn)出口逆差顯著，對于高檔潤滑油基礎(chǔ)油的需求也急劇增加。加氫裂化技術(shù)是生產(chǎn)高檔潤滑油基礎(chǔ)油的主要技術(shù)之一。因此，探索生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油的加氫裂化技術(shù)工藝非常必要。

1 主要的加氫裂化潤滑油基礎(chǔ)油工藝

1.1 加氫裂化-異構(gòu)脫蠟工藝

加氫裂化-異構(gòu)脫蠟工藝主要是在氫氣環(huán)境下，通過催化劑的作用，潤滑油原料油正構(gòu)烷烴發(fā)生異構(gòu)化反應(yīng)生成異構(gòu)烷烴，而異構(gòu)烷烴是優(yōu)質(zhì)高檔潤滑油基礎(chǔ)油的組成。這一工藝主要用于II類潤滑油基礎(chǔ)油、III類潤滑油基礎(chǔ)油生產(chǎn)，需要經(jīng)過加氫異構(gòu)脫蠟、加氫補充精制兩個環(huán)節(jié)。一般該工藝需要在14.5 MPa的條件下開展[1]。從原油加工獲得潤滑油基礎(chǔ)油的步驟主要為：原油經(jīng)常減壓蒸餾后獲得VGO，VGO經(jīng)加氫裂化成為加氫裂化尾油，尾油進(jìn)預(yù)分餾塔成為異構(gòu)化進(jìn)料，異構(gòu)化進(jìn)料經(jīng)加氫異構(gòu)成為潤滑油基礎(chǔ)油以及低傾點變壓器油、低冰點航煤、高十六烷低傾點柴油等副產(chǎn)品。

1.2 加氫裂化-溶劑脫蠟工藝

加氫裂化-溶劑脫蠟工藝常用于石油精制過程[2]。一般需要將潤滑油原料在帶刮刀的套管結(jié)晶器與溶劑混合，達(dá)到稀釋潤滑油原料與促使其與溶劑換冷的效果，在與溶劑換冷過程中結(jié)晶析出其中的蠟。蠟析出后的潤滑油凝固點會降低，經(jīng)過在潤滑油中型裝置內(nèi)經(jīng)過低壓蒸餾、轉(zhuǎn)鼓式真空過濾機過濾、糠醛精制、白土補充精制等環(huán)節(jié)，獲得與要求相符的潤滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)品[3]。在加氫裂化-溶劑脫蠟工藝實施過程中，常用的溶劑為酮苯、丙烷、甲基乙基酮-甲苯、烴類氯化物等。

1.3 加氫裂化-催化脫蠟工藝

在高溫環(huán)境中，選擇無胺合成的沸石，加入氯化銨或鹽酸，通過離子交換的方法去除沸石中鈉離子。沸石改性后，進(jìn)行洗滌過濾、干燥處理[4]。進(jìn)而以γ-Al2O3為催化劑粘結(jié)劑進(jìn)行混捏，最終擠條成型、干燥焙燒、水熱處理、干燥后獲得成品催化劑。在50.00 mL反應(yīng)器內(nèi)，平衡起始溫度，在超過300.00℃環(huán)境內(nèi)進(jìn)行脫蠟，最終獲得的基礎(chǔ)油液體。

2 生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油的加氫裂化技術(shù)實驗

2.1 實驗原料

實驗所選擇的生產(chǎn)用原料性質(zhì)如表1所示。

表1 生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油用原料性質(zhì)

如表1所示，所選擇的原料油中氮含量在5.0 μg/g以下，硫含量在10.0 μg/g以內(nèi)，殘?zhí)亢吭?.02%以下，為加氫裂化生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油的優(yōu)質(zhì)原料[5]。

2.2 實驗過程

采用SH/T0 659方法中要求的MS色質(zhì)聯(lián)用儀，配合7 693自動進(jìn)樣器，進(jìn)行所生產(chǎn)的潤滑油基礎(chǔ)油品質(zhì)測試。測試時氣相色譜選擇40.0 mx0.25 mm空毛細(xì)管色譜柱，分流比為30/1，進(jìn)樣量為1.0 μL，進(jìn)樣口溫度為310℃。質(zhì)譜測試時則選擇70 eVEI電離源，離子源溫度為230.0℃，全掃描質(zhì)量最小為60 u、最大為700 u。同時采用JMS150 GCV型氣相色譜場電離飛行時間質(zhì)譜儀，對不同工藝生產(chǎn)的樣品碳數(shù)分布進(jìn)行分析。分析時選擇30 mx350 μmx0.25 μm的DB-5 MS色譜柱，進(jìn)樣時不分流，進(jìn)樣量為0.2 μL，F(xiàn)I電離模式，掃描時最小為50 u、最大為500 u，進(jìn)樣口溫度與場電離飛行時間質(zhì)譜接口溫度均為300℃。

2.3 實驗結(jié)果

由表2可知，加氫裂化-異構(gòu)脫蠟工藝所生產(chǎn)的潤滑油基礎(chǔ)油輕餾分收率為98.5%，中餾分收率為79.8%，重餾分收率為56.8%；而加氫裂化-溶劑脫蠟工藝生產(chǎn)的潤滑油基礎(chǔ)油輕餾分收率為71.4%，中餾分收率為65.8%；重餾分收率為45.9%，加氫裂化-催化脫蠟工藝生產(chǎn)的潤滑油基礎(chǔ)油輕餾分收率為69.1%，中餾分收率為58.2%，重餾分收率為36.9%。而根據(jù)HVIW100基礎(chǔ)油規(guī)格指標(biāo)要求，350～390℃餾分為優(yōu)質(zhì)-45號變壓器油組分，超過390℃餾分為優(yōu)質(zhì)VHVIW150基礎(chǔ)油。通過對上表數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，利用加氫裂化-異構(gòu)脫蠟工藝生產(chǎn)的基礎(chǔ)油中優(yōu)質(zhì)—45號變壓器油組分、優(yōu)質(zhì)VHVIW150基礎(chǔ)油占比較高，可以滿足生產(chǎn)高檔潤滑油基礎(chǔ)油要求。

表2 主要生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油工藝試驗結(jié)果

上表中加氫裂化—異構(gòu)脫蠟工藝所生產(chǎn)的潤滑油基礎(chǔ)油黏度指數(shù)在103～125之間，密度在0.832 2 g/cm3～0.834 6 g/cm3之間，傾點在-48℃～-21℃之間；加氫裂化—溶劑脫蠟工藝所生產(chǎn)的潤滑油基礎(chǔ)油黏度指數(shù)在98～105之間，密度在0.847 8 g/cm3～0.862 1 g/cm3之間，傾點在-18℃～-15℃之間；加氫裂化-催化脫蠟工藝所生產(chǎn)的潤滑油基礎(chǔ)油黏度指數(shù)在89～90之間，密度在0.853 2 g/cm3～0.860 5 g/cm3之間，傾點在-13℃～-10℃之間。表明相較于加氫裂化—催化脫蠟、加氫裂化—溶劑脫蠟工藝而言，加氫裂化—異構(gòu)脫蠟工藝的潤滑油基礎(chǔ)油具有黏度指數(shù)高、收率高（輕餾分、中餾分、重餾分）、傾點低的優(yōu)良特點。

為確定最佳加氫裂化-異構(gòu)脫蠟工藝參數(shù)，設(shè)定反應(yīng)壓力在14.7 MPa左右，調(diào)整加氫精制催化劑FF-36體積空速（原料體積流量與催化劑體積的比值）為1.3，加氫裂化催化劑FC-26體積空速為1.5，后加氫精制催化劑FF-36體積空速為18.5，同時設(shè)定精制反應(yīng)器氫氣與原料油體積比為845/1，裂化反應(yīng)器中氫氣與原料油體積比為1 245/1，精制油氮含量在每克10 μg以下，在10%-50%范圍內(nèi)調(diào)整轉(zhuǎn)化深度，得出轉(zhuǎn)化深度提高會直接帶來氫氣損耗增加，中餾分基礎(chǔ)油選擇性、液體收率下降。在尾油收率為24.5%（轉(zhuǎn)化深度為75.5%）時，中餾分基礎(chǔ)油選擇性處于最高水平，為79.5%，液體收率也處于最高水平，為95.8%。因此，可以設(shè)定轉(zhuǎn)化深度為75.5%。同理，在基礎(chǔ)原料、其他實驗條件一定的情況下，在368℃～386 ℃范圍內(nèi)調(diào)整精制溫度，得出：隨著精制溫度的升高，尾油黏度指數(shù)隨之上升，BMCI值（芳烴指數(shù)）則下降，而芳烴指數(shù)則與基礎(chǔ)油滯燃期、發(fā)火性能具有較大關(guān)系，在精制溫度為371.0 ℃時，尾油BMCI值最低，為11.0，因此可以設(shè)定精制溫度為371.0 ℃。在精制溫度與轉(zhuǎn)化深度、原料一定的情況下，在14.0～17.0 MPa范圍內(nèi)調(diào)整氫分壓，得出隨著氫分壓的升高，尾油黏度提高，芳烴指數(shù)下降，且在14.7 MPa后維持平穩(wěn)水平，尾油質(zhì)量較佳，因此，可以設(shè)定氫分壓為14.7 MPa。

3 結(jié)語

綜上所述，基礎(chǔ)油是潤滑油的主要成分，占比在90.0%左右，基礎(chǔ)油黏度指數(shù)、收率均對潤滑油生產(chǎn)效益具有直接的影響。而以純減三線餾分油、礦物質(zhì)、加氫裂化尾油為原料，利用加氫裂化-異構(gòu)脫蠟的工藝，可以滿足生產(chǎn)API III類高檔潤滑油基礎(chǔ)油要求。因此，在潤滑油基礎(chǔ)油生產(chǎn)過程中，技術(shù)人員可以選擇加氫裂化-異構(gòu)脫蠟技術(shù)。并設(shè)定精制溫度為371.0℃，轉(zhuǎn)化深度為75.5%，氫分壓為14.7 MPa，以便獲得高檔潤滑油基礎(chǔ)油，為我國潤滑油基礎(chǔ)油的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供依據(jù)。