潤滑油基礎油絡合－吸附精制工藝及其應用研究

蔣 艦，周新紅，郭寶華，王瑞華

（中國石油獨山子石化分公司，獨山子833600）

1 前 言

中國石油獨山子石化分公司除利用糠醛精制、酮苯脫蠟、白土補充精制裝置處理減壓餾分油生產MVI基礎油外，還在國內首創了利用這些裝置處理加氫裂化尾油生產高黏度指數潤滑油基礎油的工藝，產品質量達到HVIH基礎油標準。由于這兩種基礎油原料性質的差異，雖然處理工藝基本相同，但精制過程中所脫除的非理想組分及精制目標不完全一致。減壓餾分油中非理想物質主要有膠質、少環短側鏈芳烴、多環芳烴、含雜原子化合物等，通過糠醛精制和白土補充精制工藝可以提高基礎油黏度指數、改善顏色和氧化安定性。加氫裂化尾油飽和烴含量高，芳烴和含雜原子化合物等極性化合物含量低，具有良好的黏溫性能和氧化安定性能，精制工藝的主要作用是提高光安定性［1－2］。對于影響加氫型基礎油光安定性的原因眾說紛紜，近幾年來大部分觀點認為，重質芳烴，含有硫、氮的芳香雜環化合物和部分加氫的多環芳烴等極性組分的存在是造成加氫油光不安定的因素［3－5］。

潤滑油白土精制是物理吸附過程，它利用活性白土對油品中的膠質、烷基酸、微量溶劑等極性物質有較強的吸附能力，對飽和烴組分具有較弱吸附的特點，改善油品的顏色、殘炭、抗氧化性及安定性［6］。白土用量大時精制效果好，但存在精制油收率低、油品損失大、粉塵含量超標、廢白土污染、工人勞動強度高等諸多問題。截至2009年，國內三大石油集團的13個生產廠家、16套白土精制裝置相繼改造成“脫氮－吸附”精制工藝，合計基礎油生產能力約為1.65Mt/a。但“脫氮－吸附”精制工藝存在一定的技術缺陷，例如，脫色、脫膠質和脫瀝青質的性能差，不適合加工堿氮含量低的基礎油。

武漢某公司開發了具有集脫氮、脫色、脫酸、脫膠質等功能于一體的潤滑油基礎油“絡合－吸附”精制工藝，并于2010年4月成功進行了工業應用。本課題采用該工藝考察中國石油獨山子石化分公司經糠醛精制、酮苯脫蠟后的減壓側線餾分油和加氫裂化尾油的絡合－吸附精制效果，探討該工藝替代白土補充精制工藝的可行性。

2 絡合－吸附精制工藝

2.1 原 理

溶劑精制脫蠟后的潤滑油基礎油中仍殘存一定量的堿性氮化物、烷基酸和微量的溶劑等極性物質，這些極性物質對潤滑油基礎油的性能均具有不同程度的負作用。

在絡合精制中，加入的絡合劑（其非金屬中心離子具有空的3d軌道）與堿性氮化物（其氮原子上具有孤對電子）發生絡合反應，形成更為穩定的［堿性氮－絡合劑］絡合物，因此，這個分散體系的平衡被打破并發生聚集沉降。

在沉降過程中，由于沉降粒子顆粒直徑的連續性分布特性，較細小的粒子（包括少量的［堿性氮－絡合劑］絡合物、殘余絡合劑）沉降較慢，隨主體物料一起帶出沉降設備。至于烷基酸，其烷基與潤滑油基礎油的結構相似，由于相似相溶原理的作用，也留在了絡合精制后的潤滑油基礎油中。這些仍然留在潤滑油基礎油中的雜質，需要通過進一步的精制過程才能除去。在絡合－吸附精制工藝中，這一精制過程是通過吸附精制完成的。

在吸附精制中，由于高效吸附劑具有大比表面積、合適的孔隙率和孔徑及較強的吸附活性中心等特點，可在較低的反應溫度（小于100℃）下對絡合精制油中殘留的少量極性物質進行吸附分離。吸附發生在吸附劑的內孔表面，以化學吸附為主。當［堿性氮－絡合劑］絡合物、殘余絡合劑、烷基酸、堿性氮等極性分子擴散到吸附劑內表面時，與吸附中心上的活性組分形成絡合鍵，在潤滑油絡合－吸附精制物料體系中，該絡合鍵很難打開而不能脫附，從而達到精制的目的［7］。

2.2 絡合劑與吸附劑

RUN－410絡合精制劑由鰲合劑、沉淀劑、緩蝕劑等功能助劑組成，可與基礎油中的膠質、瀝青質、堿性氮化物發生絡合反應，生成較重的大分子配位化合物進入溶劑相，從而有效地脫除基礎油中的不良組分，顯著提高基礎油質量，達到深度精制的要求。

RUN－422高效吸附劑是以ZnO－Al2O3為載體、添加了固體雜多酸而制得的一種具有大比表面積、大孔隙率和孔徑、強吸附活性中心的分子篩，對極性物質具有極強的吸附性，可以對絡合精制油中殘留的絡合劑、未沉降的廢渣及其它極性物質進行吸附分離。

2.3 絡合－吸附精制工藝流程

圖1為絡合－吸附精制工藝流程示意。原料油經過換熱后與來自絡合劑儲罐的絡合劑在靜態混合器中充分混合反應，反應后混合油進入電精制沉降罐中經電場系統沉降精制，絡合精制油從電精制沉降罐頂部排出，經過高效吸附劑補充精制得到絡合－吸附精制油。聚集在電精制沉降罐的下層尾渣定時排入尾渣罐，采用專利回收技術進行無害化處理。少量廢吸附劑的處理方法同廢白土一樣。可根據原料油極性組分含量的高低選擇絡合－吸附精制工藝流程或只選擇吸附精制工藝流程。

圖1 絡合－吸附精制工藝流程示意

3 試 驗

3.1 試驗原料

原料油：MVI100，MVI400，MVI600，HVIH2，HVIH4，HVIH6脫蠟油，取自中國石油獨山子石化分公司煉油廠潤滑油車間罐區。原料油性質見表1。

白土取自中國石油獨山子石化分公司潤滑油車間白土裝置。

RUN－410絡合精制劑、RUN－422高效吸附劑由湖北某企業提供。

3.2 試驗方法［8－9］

白土精制試驗過程為：稱取適量油品放置于燒瓶中，安裝氮氣保護裝置，預熱至80℃，按比例加入白土后，升溫至各側線油品精制溫度，并保持在此溫度下攪拌30min，最后抽真空10min后將油樣過濾，即得到白土精制油樣。

絡合－吸附精制試驗過程為：稱取適量油品放置于燒瓶中，預熱至80℃，按比例加入絡合劑，然后在試驗溫度下保溫攪拌30min，并恒溫靜置沉降30～60min，上層清油即為絡合精制油。再將絡合精制油轉移至另一燒瓶，預熱至80℃后，按比例加入吸附劑，然后升溫至90℃并保溫攪拌30min，最后抽真空10min，將油樣過濾后即得到絡合－吸附精制油樣。

表1 原料油性質

4 結果與討論

4.1 MVI和HVIH原料性質的比較

從表1可以看出，與減壓側線餾分MVI脫蠟油相比，由加氫裂化尾油生產的HVIH脫蠟油具有硫、氮等極性物質含量低、色度好、氧化安定性高的特點，但光安定性差，在日光和紫外光的照射下，油品顏色變深、變混濁、產生霧狀絮凝物并最后形成沉淀［1，10］。因此，對于MVI脫蠟油，白土補充精制或絡合－吸附精制處理的目的主要是脫色和提高氧化安定性；而對于HVIH脫蠟油，補充精制的主要目的是提高光安定性。

4.2 MVI基礎油和HVIH基礎油的主要技術要求

表2為中國石油潤滑油基礎油企業標準Q/SY 44—2009中MVI基礎油和HVIH基礎油的主要技術指標。

表2 Q/SY 44—2009中MVI基礎油和HVIH基礎油的主要技術要求

4.3 兩種精制工藝條件的比較

絡合－吸附精制和白土補充精制的主要工藝條件見表3。從表3可以看出：與白土補充精制相比，絡合－吸附精制的精制溫度大幅下降，有利于降低能耗，用劑量大幅降低，標志著固體廢料的減少和精制油收率的提高；與MVI脫蠟油相比，由于HVIV脫蠟油本身的氧化安定性很高，所以在進行絡合－吸附精制時，絡合劑用量很少而吸附劑用量較高。

表3 絡合－吸附精制與白土補充精制的主要工藝條件

4.4 精制油質量的比較

4.4.1 MVI精制油 MVI脫蠟油的兩種精制工藝評價試驗結果見表4。從表4可以看出：隨著原料油變重、氮（堿氮）含量的增加，絡合－吸附精制油的堿氮含量明顯低于白土精制油，而硫含量與白土精制油相當，說明絡合－吸附精制工藝的保硫脫氮（尤其是脫堿氮）的能力優于白土精制；絡合－吸附精制油的氧化安定性優于白土精制油；兩種精制油的色度和酸值相當；絡合－吸附精制油的收率比白土精制油高1～2百分點。因此，整體來說，對于MVI油品，絡合－吸附精制油質量優于白土精制油。

4.4.2 HVIH精制油 HVIH脫蠟油的兩種精制工藝評價試驗結果見表5。從表5可以看出：兩種工藝都能顯著提高基礎油的氧化安定性，兩種精制油的旋轉氧彈時間都在350min以上，絡合－吸附精制油氧化安定性稍遜于白土精制油。由于HVIH脫蠟油本身精制深度高、極性物質含量低，具有良好的氧化安定性，與Q/SY 44—2009基礎油技術要求HVIH油的氧化安定性不小于250min相比，HVIH精制油的氧化安定性有較大富余，進一步提高沒有必要；兩種精制油的光安定性相當；兩種精制油的色度和酸值相當；絡合－吸附精制油的收率比白土精制油高1.0～1.5百分點。因此，整體來說，對于HVIH油品，絡合－吸附精制油與白土精制油質量相當。

表4 MVI精制油性質分析

表5 HVIH精制油性質分析

5 技術經濟分析

白土精制時，各種MVI脫蠟油和HVIH脫蠟油的平均白土加入量為4%。絡合－吸附精制時，MVI脫蠟油的平均絡合劑和吸附劑加入量都為0.3%；HVIH脫蠟油的平均絡合劑加入量為0.1%，平均吸附劑加入量為0.7%。

價格估算：白土1 500元/t，絡合精制劑19 800元/t，高效吸附劑9 800元/t，1kg標油（相當于41.82MJ）4.4元，精制基礎油7 000元/t。

廢白土和廢吸附劑含油33%，每使用1t絡合劑產生1.5t廢渣。

按照以上基礎數據來核算白土精制和絡合－吸附精制兩種工藝的技術經濟性，結果見表6。從表6可見，在達到相近的精制效果的情況下，絡合－吸附精制與白土精制相比，劑耗成本平均上升了47.7%，濾紙濾布消耗減少了52.1%，產生絡合沉淀廢渣約3.0kg/t，加工損失平均減少了82.3%，精制油收率平均提高了1.62百分點，油品損失降低了82.3%，綜合能耗降低了11.1%。雖然絡合－吸附精制的劑耗成本上升了47.7%，但從減少濾紙濾布用量、降低綜合能耗、減少油品損失、提高精制油收率等方面帶來的效益遠高于劑耗成本的上升，對于MVI油品和HVIH油品，加工成本分別降低99.19元/t和92.02元/t，經濟效益十分明顯。此外，采用絡合－吸附精制工藝可以使固體廢料量減少95%，將使生產環境的粉塵污染大幅降低，環境效益顯著。

表6 兩種精制工藝的主要經濟技術指標比較

6 結 論

（1）采用絡合－吸附精制工藝處理獨山子MVI100，MVI400，MVI600和HVIH2，HVIH4，HVIH6餾分油，可以使精制油的性質滿足基礎油相關技術標準的要求。

（2）對于以減壓側線餾分油為原料的MVI脫蠟油，絡合－吸附精制油質量優于白土精制油；對于以加氫裂化尾油為原料的HVIH脫蠟油，兩種精制工藝油品質量相當。

（3）采用絡合－吸附精制工藝取代白土精制工藝，可以使固體廢料量減少95%，精制油收率提高1.62百分點，油品損失降低82.3%，綜合能耗降低11.1%。對于MVI油品和HVIH油品，加工成本分別降低了99.19元/t和92.02元/t。

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