石蠟基潤滑油裝置催化劑級配方案評價

徐巖峰，王啟升，張翠偵

[1.中海油（青島）重質(zhì)油加工工程技術(shù)研究中心有限公司，山東 青島 266500；2.中海油氣（泰州）石化有限公司，江蘇 泰州 225300]

橡膠工業(yè)環(huán)保政策趨嚴(yán)導(dǎo)致市場對油品添加劑質(zhì)量提出了更高的要求，而潤滑油基礎(chǔ)油是潤滑油的主要成分（占比為70%～99%），其性質(zhì)和組成對潤滑油的質(zhì)量具有重要的影響。在潤滑油總體產(chǎn)能相對飽和的情況下，高品質(zhì)潤滑油的產(chǎn)量仍相對不足[1-5]。通過加氫工藝制備潤滑油基礎(chǔ)油具有產(chǎn)品收率高、工藝靈活性好等優(yōu)點[6]，且產(chǎn)品具有較高的粘度指數(shù)、良好的低溫流動性、更好的氧化安定性及較低的揮發(fā)性等[7-9]，該工藝已經(jīng)成為世界潤滑油基礎(chǔ)油生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展潮流[10]。

鑒于加氫工藝的優(yōu)勢，中國海洋石油集團有限公司（中海油）某煉油廠以石蠟基減四線餾分油（石蠟基VGO4，其西江/潿洲的原油摻煉質(zhì)量比為1/1）為原料生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油，并對A和B催化劑公司提供的催化劑裝填體系（分別簡稱A和B裝填體系）方案生產(chǎn)Ⅱ類或Ⅲ類基礎(chǔ)油的可行性進行評價，以選擇合適的催化劑裝填體系方案，有助于煉油廠實現(xiàn)效益最大化。

1 實驗

1.1 原料油

本研究以石蠟基VGO4為原料油，進行潤滑油基礎(chǔ)油的生產(chǎn)工藝研究。

原料油的主要性質(zhì)見表1。

該原料油的密度較小，硫含量和氮含量皆較低，凝點較高，具有典型的石蠟基油的特性。

1.2 工藝路線

潤滑油基礎(chǔ)油生產(chǎn)采用全加氫工藝，工藝路線見圖1。A裝填體系方案采用三段高壓加氫工藝，B裝填體系方案采用三段加氫工藝。

加氫各段催化劑的裝填分別按照A和B裝填體系方案進行，異構(gòu)脫蠟段催化劑均采用貴金屬催化劑。在評價過程中為便于考察加氫裂化段催化劑的性能以及滿足后續(xù)異構(gòu)脫蠟段貴金屬催化劑對進料油品硫含量和氮含量均小于2 mg·kg-1的要求，加氫裂化段試驗單獨進行。

2 結(jié)果與討論

2.1 加氫裂化段試驗

加氫裂化預(yù)處理不僅能脫除原料中的硫、氮和氧等非烴類化合物，以生產(chǎn)出滿足后續(xù)進料要求的原料，還能將低粘度指數(shù)分子裂化或升級，提高油的粘溫特性[11]。本工作以減四線餾分油為原料，按照A和B裝填體系方案進行加氫裂化段試驗，對所得加氫生成油進行性質(zhì)分析和餾分切割（結(jié)果見表2），制備后續(xù)異構(gòu)脫蠟及補充精制進料油品（硫含量和氮含量均小于2 mg·kg-1），其產(chǎn)品油收率對比見圖2。

由表2和圖2可知：同一種裝填體系方案下，在其他反應(yīng)條件固定的前提下，加氫裂化反應(yīng)溫度升高，加氫生成油的運動粘度、密度、硫含量及氮含量均降低，其原因是加氫裂化段進行了脫硫、脫氮、脫金屬及其他脫雜質(zhì)反應(yīng)；加氫生成油的初餾點前移，餾程范圍擴大。相比于B裝填體系方案，A裝填體系方案加氫裂化段在較高的反應(yīng)空速下采用較低的反應(yīng)溫度可得到硫含量和氮含量均小于2 mg·kg-1的加氫生成油，且A裝填體系方案潤滑油基礎(chǔ)油總餾分收率及重質(zhì)潤滑油基礎(chǔ)油餾分（≥440 ℃）收率均較高，說明A裝填體系方案加氫裂化段工藝較B裝填體系方案更具有優(yōu)勢。

表2 加氫裂化條件對加氫生成油性質(zhì)的影響Tab.2 Effect of hydrocracking conditions on properties of hydrogenated oil

2.2 異構(gòu)脫蠟及補充精制段試驗

相對于傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝，采用加氫異構(gòu)脫蠟法生產(chǎn)的潤滑油基礎(chǔ)油具有較高的鏈烷烴含量、較高的粘度指數(shù)和優(yōu)異的低溫流動性[12]，產(chǎn)品收率較高[13]。分別在上述A和B裝填體系方案（加氫裂化反應(yīng)溫度分別為405和407 ℃）下進行樣品反應(yīng)條件放大試驗及后續(xù)異構(gòu)脫蠟及補充精制試驗。不同反應(yīng)溫度下產(chǎn)品油收率見圖3，產(chǎn)品油性質(zhì)見表3和4，其中基溫為基準(zhǔn)反應(yīng)溫度的簡稱。

表3 A裝填體系方案產(chǎn)品油性質(zhì)Tab.3 Product oil properties of A loading system schemes

由圖3可知，隨著反應(yīng)溫度的升高，潤滑油基礎(chǔ)油總餾分收率及重質(zhì)潤滑油基礎(chǔ)油餾分收率（≥440 ℃）均下降。

≥440 ℃餾分段油品傾點是潤滑油基礎(chǔ)油的重要指標(biāo)，也是異構(gòu)脫蠟催化劑的重點評定指標(biāo)。試驗結(jié)果表明：在A裝填體系方案下，當(dāng)異構(gòu)脫蠟反應(yīng)溫度由基溫升至基溫＋5 ℃時，≥440 ℃餾分段油品傾點由15 ℃降至－12 ℃，變化明顯，表明此溫度為異構(gòu)脫蠟催化劑活性反應(yīng)溫度。在異構(gòu)脫蠟/補充精制反應(yīng)溫度為（基溫＋5 ℃）/基溫及（基溫＋10℃）/基溫條件下，≥440 ℃餾分段油品傾點均能滿足Q/SY 44—2009《通用潤滑油基礎(chǔ)油》要求。

表4 B裝填體系方案產(chǎn)品油性質(zhì)Tab.4 Product oil properties of B loading system schemes

由表3和4還可以看出：（1）在A裝填體系方案下，在異構(gòu)脫蠟/補充精制反應(yīng)溫度為（基溫＋5℃）/基溫及（基溫＋10 ℃）/基溫的條件下，≥440℃餾分段收率分別為45.14%和44.10%，可得到粘度指數(shù)分別為119和112、傾點分別為－12和－21℃、氧化安定性時間分別為412和315 min的10cst潤滑油基礎(chǔ)油；（2）在A裝填體系方案下，在異構(gòu)脫蠟/補充精制反應(yīng)溫度為（基溫＋5 ℃）/基溫的條件下，280～360 ℃餾分可作為變壓器油基礎(chǔ)油，360～440 ℃餾分可作為5cst潤滑油基礎(chǔ)油或石蠟基橡膠油；（3）在B裝填體系方案下，在異構(gòu)脫蠟/補充精制反應(yīng)溫度為（基溫＋5 ℃）/基溫及（基溫＋10 ℃）/基溫的條件下，≥440 ℃餾分段收率分別為38.03%和37.17%，可得到粘度指數(shù)分別為114和112、傾點分別為－15和－18 ℃、氧化安定性時間分別為303和310 min的10cst潤滑油基礎(chǔ)油；（4）在B裝填體系方案下，在異構(gòu)脫蠟/補充精制反應(yīng)溫度為（基溫＋5 ℃）/基溫條件下，280～360 ℃餾分可作為變壓器油基礎(chǔ)油或2cst潤滑油基礎(chǔ)油，360～440 ℃餾分可作為石蠟基橡膠油；（5）在B裝填體系方案下，在異構(gòu)脫蠟/補充精制反應(yīng)溫度為（基溫＋10 ℃）/基溫的條件下，280～360 ℃餾分可作為2cst潤滑油基礎(chǔ)油或變壓器油基礎(chǔ)油，360～440 ℃餾分可作為5cst潤滑油基礎(chǔ)油或石蠟基橡膠油。

3 結(jié)論

（1）A裝填體系方案中加氫裂化段催化劑活性較高，可在較高的反應(yīng)空速及較低的反應(yīng)溫度下得到硫含量和氮含量均小于2 mg·kg-1的加氫生成油，且其加氫生成油的潤滑油餾分收率較高。

（2）采用A裝填體系方案（加氫裂化反應(yīng)溫度為405 ℃，異構(gòu)脫蠟反應(yīng)溫度為基溫＋5 ℃）產(chǎn)品的360～440 ℃和≥440 ℃餾分能滿足Q/SY 44—2009中5cst和10cst潤滑油基礎(chǔ)油的指標(biāo)要求，5cst和10cst潤滑油基礎(chǔ)油的收率分別為17.96%和45.14%；280～360 ℃餾分無法滿足2cst潤滑油基礎(chǔ)油的指標(biāo)要求，但可滿足變壓器油基礎(chǔ)油的指標(biāo)要求。

（3）采用B裝填體系方案（加氫裂化反應(yīng)溫度為407 ℃，異構(gòu)脫蠟反應(yīng)溫度為基溫＋10 ℃）產(chǎn)品油的餾分能滿足Q/SY—2009中潤滑油基礎(chǔ)油的指標(biāo)要求，2cst，5cst和10cst潤滑油基礎(chǔ)油的收率分別為9.01%，14.56%和37.17%。