加氫裂化溫度對加氫基礎油性質的主要影響

劉英,潘草原

(中國石化上海高橋分公司煉油事業部,上海 200137)

加氫裂化溫度對加氫基礎油性質的主要影響

劉英,潘草原

(中國石化上海高橋分公司煉油事業部,上海 200137)

加氫基礎油性質主要受原料性質與潤滑油加氫裝置操作條件的影響,文章重點討論了在其他操作條件相同或近似的情況下,加氫裂化溫度對同種原料與不同種原料所生產基礎油產品粘度指數、傾點、旋轉氧彈等主要性質的影響,并對不同裂化溫度下生產的基礎油產品進行結構分析,從而進一步對裂化溫度影響產品性質的主要原因進行了解釋。

加氫裂化;潤滑油加氫;加氫基礎油

Abstract:The perfor m ances of hydrogenated base o ils are m ainly affected by the quality of crude oiland the w orking conditions of the lubricating o ilhydrogenat ion unit.In this paper,it is pointed out that the hydrocracking temperature can influence the m ain perfo r m ances such as viscosity index,pour pint,and ROBUT of hydrogenated base oils p roduced from sam e and different crude oils under the sam e or approx im ate w orking conditions of the unit.And the m ain reasons are explained by analyzing the structure of hydrogenated base oils produced under the different hydrocracking temperatures.

Key words:hydrocracking;lubricating oil hydrogenation;hydrogenated base oil

0 引言

隨著發動機設計的壓縮比逐年提高,功率體積比升高,熱負荷和機械負荷不斷增加,以及提高發動機壽命及延遲換油期的要求,對發動機提出了更高的要求,從而對潤滑油基礎油提出了更高的質量標準。傳統的老三套工藝生產的APIⅠ類潤滑油基礎油已經不能滿足現在潤滑油的低揮發性、良好的低溫性能、高粘度指數、很好的熱氧化安定性等需求。于是全球潤滑油基礎油開始了從“老三套”基礎油向加氫基礎油的轉變時期,世界APIⅡ、Ⅲ類基礎油的市場份額在逐年增加。

為順應這種發展的要求,中國石化上海高橋分公司煉油事業部采用美國Chevron技術投建了30萬t/a的潤滑油加氫裝置,并于 2004年 12月正式投入生產。加工原料主要有減二線、減三線、減四線VGO,加氫裂化尾油,目前該裝置操作基本平穩。但是因為裝置原料切換過于頻繁,且油種多樣,導致操作調整幅度較大、產品質量波動范圍較寬。在此主要考察了加工同種與不同種原料時,其他操作條件不變的情況下,加氫裂化溫度變化對加氫基礎油性質與結構的主要影響。

1 潤滑油加氫裝置簡介

上海高橋分公司煉油事業部的 30萬 t/a潤滑油加氫裝置采用美國 Chevron公司開發的異構脫蠟技術,裝置主要由加氫裂化 (HCR)、異構脫蠟(I

DW)、加氫后精制 (HDF)三段臨氫反應串聯組成,它是中國石化第一套全加氫法的潤滑油加工裝置,其流程簡圖見圖 1。其中輕潤為輕質潤滑油基礎油;中潤為中質潤滑油基礎油;重潤為重質潤滑油基礎油。

圖 1 中國石化上海高橋分公司煉油事業部潤滑油加氫工藝流程

從圖 1可以看出,本裝置是一套無論是在操作控制單元上還是產品結構上都比較復雜的裝置。

該裝置在設計上按加氫裂化部分 30萬 t/a進料、異構脫蠟部分 40萬 t/a進料進行設計,以大慶油與 Cabinda油減三線、減四線VGO和丙烷脫瀝青油為設計原料,目標產品是APIⅡ、Ⅲ類基礎油。但根據目前上海高橋分公司的原油供應情況,以及裝置實際操作情況,在實際生產時所加工的原料品種多樣,該裝置的進料主要是各種不同原油混油的減二線、減三線、減四線VGO以及加氫裂化尾油等。

本裝置的生產原理是將原料油經過加氫裂化反應、加氫異構化反應與加氫后精制反應,再經過分餾后得到高品質的潤滑油基礎油,同時副產柴油、煤油、石腦油和液化石油氣等產品。

其中,加氫裂化系統的主要反應是脫 S、脫N,烯烴和芳烴的飽和,以及加氫裂解,所有這些反應都是放熱反應。在脫 S和脫N的反應中,S和N通過芳烴飽和與裂化從含 S或含脫N的烴環中分裂出來,生成H2S與NH3,加氫裂化反應在很大程度上保留了烴環。

加氫裂化溫度對產品的粘度、收率以及產品分布情況會有很大影響。一般來說,主要是視原料性質與產品質量要求來對加氫裂化溫度進行調節,在調節過程中,如果裂化溫度太低,則原料轉化率亦太低,從而會導致基礎油產品質量不合格;但是如果加氫裂化溫度調整太高,原料轉化率會太高,雖然可一定程度改善基礎油產品質量,但是可能會很大程度降低潤滑油基礎油產品的收率,進而影響該裝置的經濟效益。

2 加氫裂化溫度對加氫基礎油主要性質的影響

在其他操作條件不變或近似的情況下,考察了裂化溫度變化對以同種原料與不同種原料所生產的基礎油產品性質的主要影響。

2.1 加氫裂化溫度對同種原料基礎油主要性質的影響

連續兩天對加工的同罐減三線VGO原料與其所對應的加氫基礎油進行了跟蹤,該原料的油種為減三線 Cabinda與Masila的混油,其所對應的操作條件以及產品的主要性質見表 1、表 2。

表1 兩天的主要操作條件比較

在加工該罐原料時,兩天主要是對裂化溫度進行了調整,從表 1可以看出,第一天所對應的裂化溫度較之第二天所對應的裂化溫度高近 4℃左右。將兩批原料所對應的產品性質進行比較。

兩天所對應的產品主要性質及收率情況見表2。

表2 兩天所對應產品質量情況與收率

從表 2可以看出第一天所采編號為 0509003Y的產品在V I上較之第二天所采編號為 0509004Y的產品好,說明裂化溫度的提高,可以進一步提升產品的V I,優化產品的粘 -溫性能。

一般來說,烴類的粘 -溫性能與分子的結構有密切的關系:正構烷烴的粘 -溫性質最好,分支程度較小的異構烷烴的粘 -溫性質比正構烷烴的稍差,隨其分支程度的增大,粘 -溫性質越來越差;環狀烴的粘-溫性質都比鏈烷烴的差,當分子中只有一個環時,粘度指數雖有下降,但下降不多,但當分子中環數增多時,則粘 -溫性質顯著變差;當分子中環數相同時,其側鏈越長則粘 -溫性質越好,側鏈上有分支也會使粘度指數下降[1]。如此分析的話,則說明了對于潤滑油加氫裝置,當裂化程度深時,可以進一步打開裂化原料中的各種環,繼而提高產品的粘 -溫性能。

從表 2中可以看出,提高裂化溫度會一定程度降低基礎油產品的總收率。提高裂化溫度后,重潤(HV I6)的收率降低比較顯著。

由表 2可知,編號為 0509003Y的中潤與重潤的傾點較之編號為 0509004Y的中潤與重潤的更高,說明裂化溫度的提高并沒有降低產品的傾點。從該裝置的實際生產情況表明,在一般情況下,因為輕潤本身的傾點很低,所以裂化溫度的變化對輕潤傾點的影響也不大。

對于油品失去流動性的原因有兩種,一種是對于含蠟較多的油品,隨溫度的下降,其中正構烷烴等高熔點烴內的結晶不斷析出,進而連續形成結晶骨架,并把此時尚處于液態的油品包在骨架中,從而使整個油品失去流動性;另一種情況是,對于含蠟很少的油品,當溫度降低時雖還沒有結晶析出,但因其分子中環狀結構較多,在低溫下其粘度很大,直至由于過于粘滯而喪失流動性 (此時油品仍然是透明的)[1]。

從潤滑油加氫裝置的工藝原理上來講,裂化程度深,則基礎油產品的環狀結構應該隨其深度的提升而降低,但是結果表明,基礎油的傾點并沒有隨著裂化溫度的提高而降低,這便表明,在此,對于基礎油傾點影響的因素應為蠟的影響大于其結構的影響。

再比較表 2中旋轉氧彈的分析結果,可以看出,經過加氫后的基礎油均具有優良的氧化安定性,且裂化溫度高,中潤與重潤的氧化安定性更好。

2.2 加氫裂化溫度對不同原料產品主要性質的影響

考察溫度對不同種原料產品性質的影響。所跟蹤的原料編號分別為 RLYL-0506002Y與 RLYL-0507002Y,所對應的油種分別為減三線的 Cabinda與Masila的混油和 Cabinda與 Oman的混油。兩次跟蹤原料與產品性質相關的主要性質見表 3,所對應的操作條件見表 4。

表3 RLYL-0506002Y與 RLYL-0507002Y的基本性質

兩種原料的 100℃粘度基本相近,RLYL-0506002Y的蠟含量高于 RLYL-0507002Y的蠟含量,故其V I也相應較高。

表 4 加工 RLYL-0506002Y與 RLYL-0507002Y時所對應的主要操作條件

從表 4可以看出,加工 RLYL-0507002Y所對應的裂化溫度比加工 RLYL-0506002Y所對應的裂化溫度高 12.1℃,異構脫蠟溫度低 3.2℃。其他操作條件接近。

將這兩批原料所對應的產品性質進行比較。其比較情況見表 5。

表 5 RLYL-0507002Y與 RLYL-0506002Y所對應產品質量情況與收率

由表 5可見,對于不同的油種,提升裂化溫度,同樣可以顯著提升產品的V I。

對兩次跟蹤的產品收率進行比較。從中可以看出,對于不同的油種,提高裂化溫度也會一定程度影響產品的收率。在裂化溫度提高 10℃,而異構溫度降低 3℃的情況下,基礎油總收率下降了近 10%,且重潤的收率降低了 16%左右。

從表 5可以看出,RLYL-0507002Y所對應基礎油產品的傾點均比相應于 RLYL-0506002Y所對應基礎油產品的低。從表 4的操作條件可以看出, RLYL-0506002Y所對應的異構溫度較之 RLYL-0507002Y所對應的異構溫度高出 3℃,但是其所對應基礎油產品并不具有更好的低溫流動性,這便說明,此兩次跟蹤原料所對應的基礎油傾點主要是受其本身結構的影響。

同時,表 5中產品旋轉氧彈的結果同樣表明,裂化深度越深,基礎油的氧化安定性越好。

3 加氫裂化溫度對產品結構的影響

以上分析表明,裂化溫度提高,會一定程度提升產品質量,在此,進一步對產品結構進行分析,從而考察在不同裂化溫度下,產品結構與性質之間的對應關系。

為了考察裂化溫度對基礎油產品結構的影響,對原料編號為 RLYL-0506001Y(其裂化溫度為372.7℃)與 RLYL-0506002Y(其裂化溫度為363.2℃)所對應的基礎油產品進行質譜分析,結果見表 6。加工的兩批原料均為 Cabinda與Masila混油的減三線VGO。

表6 RLYL-0506001Y與RLYL-0506002Y所對應產品的質譜分析 %

從質譜分析結果可以看出,此加氫基礎油產品的鏈烷烴比例低,而環烷烴的比例較高,這與原料性質也有著密切的關系,并說明原料本身的環烷烴較高,而且對于 RLYL-0506001Y所對應的基礎油,其環烷烴,尤其是四環以上的烷烴的比例小,故其基礎油產品的V I也相對高,粘 -溫性能好。這也進一步說明,在操作條件控制范圍以內,裂化溫度越高,其裂化程度越深,轉化率越高,則其對應的基礎油產品鏈烷烴比例相對較高。

各質譜數據對應的烷烴分布與裂化溫度的關系圖見圖 2～圖4。

圖 2 輕潤烷烴分布與裂化溫度的關系

圖 3 中潤烷烴分布與裂化溫度的關系

圖4 重潤烷烴分布與裂化溫度的關系

比較圖 2～圖 4,可以看出,對于不同裂化溫度下的基礎油產品,隨著裂化溫度的提升,產品的鏈烷烴與一環烷及二環烷比例增加,相應的三、四、五環烷的比例下降。

由于結構決定性質,從產品結構分析進一步證明:裂化溫度高時,其所對應的產品性質更好。

4 結論

(1)無論是對于同種原料還是不同種原料,在其他操作條件近似的情況下,裂化溫度的提升都會一定程度提高基礎油產品的粘 -溫性能,改善產品的氧化安定性,降低產品的總收率。

(2)產品結構決定產品性質,而裂化溫度的改變會一定程度影響產品的結構:一般來說,裂化溫度高,裂化深度越深,基礎油產品的鏈烷烴比例上升,環烷烴比例下降,從而產品質量越好。

[1]梁文杰.石油化學 [M].北京:石油大學出版社出版, 1995.

The Ma in Influences of Changing the Hydrocracking Temperature on the Performances of Hydrogenated Base O ils

L IU Ying,PAN Cao-yuan
(S INO PEC Shanghai GPC O ilRefining D ivision,Shanghai200137,China)

TE624.432

A

2009-09-28。

劉英(1974-),女,工程師,2001年畢業于中南大學化學化工學院化學工藝專業,工學碩士,現主要從事潤滑油生產技術研究與新產品開發工作。

1002-3119(2010)04-0056-05