150BS 光亮油加工技術(shù)探討

聶慶彬

（中海油 東方石化有限責(zé)任公司，海南 東方 572600）

光亮油是高附加值產(chǎn)品，是高黏度潤滑油基礎(chǔ)油的一種。其具有黏度大、黏度指數(shù)高等特點(diǎn)，可作為增黏劑、極壓抗磨劑等使用，廣泛應(yīng)用于高檔內(nèi)燃機(jī)油、高檔車輛齒輪油、船舶發(fā)動機(jī)油、單級和高檔的多級發(fā)動機(jī)油、內(nèi)燃機(jī)車機(jī)油、重負(fù)荷齒輪油、金屬加工油和各種潤滑脂等產(chǎn)品的生產(chǎn)，市場需求量較大[1-3]。

根據(jù)美國石油協(xié)會潤滑油的分類標(biāo)準(zhǔn)，光亮油分為Ⅰ類基礎(chǔ)油和Ⅱ類基礎(chǔ)油兩種類型，其中Ⅰ類基礎(chǔ)油多為采用溶劑精制、酮苯脫蠟及白土精制等傳統(tǒng)工藝路線進(jìn)行生產(chǎn)；Ⅱ類基礎(chǔ)油多采用全加氫工藝或溶劑精制-高壓加氫組合工藝進(jìn)行生產(chǎn)[4]。

當(dāng)前，全球范圍內(nèi)光亮油的供應(yīng)量約為280 萬t，略有過剩。據(jù)Kline 預(yù)測[5]，全球車用齒輪油、潤滑脂和工藝油板塊對光亮油的需求量在未來幾年將呈上升趨勢；船用油和工業(yè)齒輪油板塊對光亮油的需求量將維持不變；隨著全球潤滑油更換周期的延長和內(nèi)燃機(jī)油輕質(zhì)化的快速升級換代，車用內(nèi)燃機(jī)油板塊對光亮油需求總量將略減。總體來看，全球光亮油的需求量變化不大。但隨著環(huán)保要求的日益苛刻和換油周期的延長，潤滑油產(chǎn)業(yè)鏈下游各板塊對使用油品的質(zhì)量提出了更為苛刻的要求。這一變化使得大批生產(chǎn)Ⅰ類基礎(chǔ)油的裝置停產(chǎn)，產(chǎn)能大幅縮減。Kline 調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，自1997 年以來，由于Ⅰ類基礎(chǔ)油裝置停產(chǎn)，年降低產(chǎn)能約130～140 萬t，并預(yù)測到2027 年底，光亮油市場將短缺25～30 萬t·a-1。

本文對光亮油的原料選擇、生產(chǎn)工藝、目標(biāo)產(chǎn)品及副產(chǎn)品的分布等進(jìn)行詳細(xì)的闡述，以期提供理論參考。

1 礦物油生產(chǎn)光亮油加工工藝

礦物油生產(chǎn)的光亮油是一種殘渣潤滑油，即以減壓渣油為原料，采用溶劑脫瀝青及潤滑油常規(guī)加工工藝制得。目前，光亮油的生產(chǎn)工藝路線有3 種：（1）傳統(tǒng)“老三套”工藝，該工藝主要通過萃取和吸附分離手段制備油品結(jié)構(gòu)合理的光亮油產(chǎn)品，為純物理加工路線；（2）高壓加氫工藝，該工藝通過碳鏈斷裂和重組，將原料中的非理想組分轉(zhuǎn)化為理想組分，得到族組成合理的光亮油產(chǎn)品；（3）高壓加氫和傳統(tǒng)“老三套”組合工藝，該工藝采用物理分離和碳鏈重組相結(jié)合的加工手段，制備光亮油產(chǎn)品。

1.1 “老三套”加工工藝

前期光亮油的生產(chǎn)以傳統(tǒng)加工工藝路線為主，即以減壓渣油經(jīng)溶劑脫瀝青工藝所得的脫瀝青油為原料，采用溶劑精制、酮苯脫蠟、白土精制組合工藝。該工藝因工藝流程太長及多級物理分離技術(shù)，使得目標(biāo)產(chǎn)品收率較低。此外，物理分離無法脫除原料的硫、氮和稠環(huán)芳烴等非理想組分，只能生產(chǎn)Ⅰ類基礎(chǔ)油，且為了提高基礎(chǔ)油的氧化安定性，白土加入量大，能耗和成本較高。

“相似相溶”的原理使得該工藝對原料分子組成要求比較苛刻。以糠醛精制為例，糠醛萃取工藝中，溶劑的溶解順序由大到小依次為膠質(zhì)、多環(huán)芳烴、少環(huán)芳烴、環(huán)烷烴、烷烴，即原料油的分子組成直接影響收率的大小。王玉章[6]等人調(diào)研發(fā)現(xiàn)，我國的原油資源呈短缺之勢，適合采用“老三套”生產(chǎn)光亮油的原油種類越來越少，并建議將適合生產(chǎn)Ⅰ類基礎(chǔ)油的原油進(jìn)行分儲分煉及工藝條件優(yōu)化。

1.2 加氫工藝

為了滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的需要，Ⅱ類和Ⅲ類潤滑油基礎(chǔ)油的需求量日益增大，加氫工藝亦應(yīng)運(yùn)而生，采用全加氫工藝生產(chǎn)光亮油，大大提高了原料的適應(yīng)性。減壓渣油經(jīng)溶劑脫瀝青所得的脫瀝青油呈現(xiàn)石蠟基油特性，CP 值較高，鏈烷烴含量大，為保證目標(biāo)產(chǎn)品傾點(diǎn)和濁點(diǎn)合格，多采用異構(gòu)脫蠟工藝進(jìn)行光亮油的生產(chǎn)，具體工藝路線為加氫處理/加氫裂化-異構(gòu)脫蠟-補(bǔ)充精制。

1.2.1 加氫處理工藝 150BS 光亮油的100℃運(yùn)動黏度指標(biāo)為28～34mm2·s-1，故對其原料油的運(yùn)動黏度要求較為苛刻，多采用環(huán)烷基減壓渣油經(jīng)溶劑脫瀝青所得的脫瀝青油（DAO）作為原料。通過調(diào)研可知，DAO 的硫含量和氮含量較高、黏度較大、凝點(diǎn)較高、黏度指數(shù)不大[1]。故首先采用加氫處理工藝進(jìn)行芳烴飽和開環(huán)、脫硫、脫氮，以完成非理想組分向理想組分的轉(zhuǎn)變。

DAO 在加氫處理過程中，除了脫除稠環(huán)芳烴、適當(dāng)開環(huán)外，脫除雜原子以改善基礎(chǔ)油的色度、安定性以及進(jìn)行烯烴飽和等也是期望發(fā)生的反應(yīng)。為保證光亮油的黏度和收率，正構(gòu)烷烴和異構(gòu)烷烴的加氫裂化、帶長鏈的單環(huán)芳烴和單環(huán)環(huán)烷烴的加氫脫烷基反應(yīng)則是不期望發(fā)生的反應(yīng)?？傮w來講，光亮油加氫處理催化劑的活性要求要比一般的加氫精制催化劑更加嚴(yán)格，要求該催化劑加氫功能和酸性功能適當(dāng)匹配，目前，常用的是W-Ni 體系催化劑。石油化工科學(xué)研究院（RIPP）開發(fā)的W-Ni 型RL-1 基礎(chǔ)油加氫處理催化劑具有很好的加氫功能與酸性平衡特性，有較好的加氫活性和一定異構(gòu)性能。該催化劑已用于環(huán)烷基餾分油高壓加氫處理RHW 技術(shù)生產(chǎn)150BS 光亮油和橡膠填充油，以及中間基基礎(chǔ)油餾分中壓加氫處理RLT 技術(shù)生產(chǎn)APIⅡ、Ⅲ類和120BS、150BS 光亮油[7]。

1.2.2 異構(gòu)脫蠟工藝 油品的低溫流動性與組分的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。同碳數(shù)正構(gòu)烷烴的同分異構(gòu)體中，正構(gòu)烷烴的凝點(diǎn)最高，且支鏈的位置越靠近分子鏈中央，異構(gòu)體的凝點(diǎn)越低，越有利于得到低溫流動性優(yōu)異的油品。依托以上原理，擇形催化異構(gòu)脫蠟技術(shù)在20 世紀(jì)90 年代實(shí)現(xiàn)了工業(yè)應(yīng)用。

異構(gòu)脫蠟催化劑以改性分子篩為酸性組分，以貴金屬為加氫組分。較臨氫降凝催化劑，該催化劑最大程度的保留了目標(biāo)產(chǎn)品的收率。同碳數(shù)的異構(gòu)烷烴中，支鏈數(shù)越多，運(yùn)動黏度越大，其黏度指數(shù)越小，黏溫性能越差。對于異構(gòu)脫蠟段，最期望的還是生成在靠近分子碳鏈中央位置有甲基側(cè)鏈的異構(gòu)體和多支鏈異構(gòu)體，以最大限度的降低產(chǎn)品的傾點(diǎn)，但多支鏈異構(gòu)體容易發(fā)生裂化反應(yīng)，造成目標(biāo)產(chǎn)品收率下降[8]。同時，不同分子篩的異構(gòu)脫蠟催化劑對原料的適應(yīng)性差別較大，故須根據(jù)原料分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇合適的分子篩，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)脫蠟催化劑的“量身定制”。

1.2.3 貴金屬精制工藝 貴金屬精制的主要目的是脫除原料油中的硫、氮等雜質(zhì)并將芳烴深度飽和，以改善樣品的賽波特顏色和氧化安定性。其中芳烴飽和反應(yīng)受到熱力學(xué)和動力學(xué)雙重因素的控制，該反應(yīng)是一個可逆反應(yīng)，較高的反應(yīng)壓力和較低的反應(yīng)溫度有利于平衡向加氫方向移動，但原料中芳烴含量較低，使得加氫反應(yīng)速度較慢，若提高反應(yīng)溫度，可加快反應(yīng)速度，但高溫將導(dǎo)致芳烴的平衡濃度升高，影響油品的氧化安定性。

1.3 組合工藝

采用傳統(tǒng)老三套工藝，僅可制備Ⅰ類基礎(chǔ)油。結(jié)合煉廠的現(xiàn)狀，為了方便煉廠的改造、設(shè)備的升級，并節(jié)省煉廠改造成本，在裝置現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，將高壓加氫和溶劑脫蠟或溶劑精制工藝相結(jié)合，制備低硫氮、黏度指數(shù)更高、飽和烴含量更高的基礎(chǔ)油。宗軍等[9]在原有“老三套”工藝的基礎(chǔ)上，開發(fā)了“溶劑精制-高壓加氫處理/加氫精制-溶劑脫蠟-補(bǔ)充精制”工藝技術(shù)，并在濟(jì)南分公司進(jìn)行裝置改造和工業(yè)試生產(chǎn)，生產(chǎn)出合格的重質(zhì)基礎(chǔ)油和石蠟。

2 原料的選擇

150BS 光亮油為重質(zhì)潤滑油，有著較高的運(yùn)動黏度和適中的黏度指數(shù)，且該產(chǎn)品的加工工藝流程較長，使得基礎(chǔ)油的黏度損失較大，故光亮油的制備與原料油有著密切的關(guān)系。蔡烈奎等人[1]以國內(nèi)4 種環(huán)烷基減壓渣油為原料，進(jìn)行150BS 光亮油的生產(chǎn)工藝研究，并根據(jù)脫瀝青油的黏度和黏度指數(shù)150BS 光亮油收率進(jìn)行預(yù)測。王啟升、劉懷蘭等人[10,11]分別以環(huán)烷基減壓渣油和石蠟基減壓渣油為原料，采用全加氫工藝及加氫-溶劑精制組合工藝進(jìn)行光亮油的生產(chǎn)技術(shù)研究，經(jīng)研究表明，石蠟基減壓渣油因黏度受限，無法制備150BS 光亮油，可制備90BS 光亮油。

3 目標(biāo)產(chǎn)品及副產(chǎn)品的分布

150BS 光亮油主要用于調(diào)和發(fā)動機(jī)油、重負(fù)荷車輛齒輪油及工業(yè)潤滑油，目的是為了提高目標(biāo)產(chǎn)品的黏度、改善其高溫性能。故要求其具有大黏度、高黏度指數(shù)和優(yōu)異的氧化安定性。因石蠟基減壓渣油經(jīng)溶劑脫瀝青工藝制備的脫瀝青油，存在黏度低等問題，150BS 光亮油的原料多采用環(huán)烷基減壓渣油經(jīng)溶劑脫瀝青所得的脫瀝青油。

馬書杰等[12]以克拉瑪依環(huán)烷基稠油經(jīng)溶脫所得脫瀝青油為原料，采用RHW 高壓串聯(lián)全氫型工藝技術(shù)，生產(chǎn)150BS 光亮油。蔡烈奎等[13]以新疆春風(fēng)油田的稠油減壓渣油經(jīng)溶劑脫瀝青工藝所得的脫瀝青油為原料，采用三段高壓加氫工藝，生產(chǎn)出與市售產(chǎn)品性能相當(dāng)?shù)?50BS 光亮油，并將小于480℃餾分進(jìn)行蒸餾切割和性質(zhì)分析發(fā)現(xiàn)，該餾分段油品呈現(xiàn)環(huán)烷基油性質(zhì)，其280～360℃餾分可作為變壓器油調(diào)和組分，360～480℃餾分可以作為橡膠增塑劑環(huán)烷基礦物油等產(chǎn)品，總的潤滑油收率在80%左右，均為高附加值產(chǎn)品。張翠偵等[14]以海洋環(huán)烷基減壓渣油經(jīng)丙烷脫瀝青工藝所得的脫瀝青油為原料，采用三段高壓加氫工藝（加氫處理-異構(gòu)脫蠟-貴金屬精制）進(jìn)行150BS 光亮油的工藝研究，并對加氫副產(chǎn)潤滑油餾分的利用進(jìn)行探索性研究。研究表明，高于等于280～360℃餾分滿足GB 2536-2011的指標(biāo)要求，可用于生產(chǎn)變壓器油基礎(chǔ)油；高于等于360～420℃餾分滿足HG/T 5085-2016 的指標(biāo)要求，可用于生產(chǎn)橡膠增塑劑環(huán)烷基礦物油產(chǎn)品，且經(jīng)過兩段貴金屬精制后，增塑劑具有優(yōu)異的光熱穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

（1）隨著Ⅰ類潤滑油基礎(chǔ)油裝置的停產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)鏈下游的變化，使得光亮油市場呈短缺之狀。Kline 預(yù)測到2027 年底，光亮油市場將短缺25～30 萬t·a-1。

（2）目前，光亮油的生產(chǎn)以高壓加氫工藝（加氫處理-異構(gòu)脫蠟-貴金屬補(bǔ)充精制） 和高壓加氫-溶劑脫蠟組合工藝為主，兩種工藝大大擴(kuò)展了原料的適應(yīng)性、提高了目標(biāo)產(chǎn)品的收率和性能。

（3）利用環(huán)烷基減壓渣油經(jīng)丙烷脫瀝青工藝所得的脫瀝青油性質(zhì)優(yōu)勢，光亮油的副產(chǎn)餾分可用于生產(chǎn)變壓器油和橡膠增塑劑環(huán)烷基礦物油等高附加值產(chǎn)品，提高潤滑油基礎(chǔ)油的總體收率，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。