生產優質APIⅠ類基礎油的原料分析及其優化

朱 永 進

(中國石油化工股份有限公司煉油事業部，北京 100728)

生產優質APIⅠ類基礎油的原料分析及其優化

朱 永 進

(中國石油化工股份有限公司煉油事業部，北京 100728)

通過試驗及生產數據，對生產API Ⅰ類潤滑油基礎油的原料進行分析，提出了生產優質基礎油的原油優選方案，以及分輸分煉、有條件地混煉等優化管理措施，在實際生產中提高了中國石油化工股份有限公司優質API Ⅰ類基礎油的產量和所占比例。

潤滑油 基礎油 原料 優化

溶劑法基礎油生產過程即俗稱的“老三套”生產過程，一直是APIⅠ類潤滑油基礎油的主要生產工藝。盡管近年來加氫工藝發展勢頭迅猛，API Ⅰ類基礎油的比例逐年下降，但由于配方、成本、改造費用以及副產石蠟的效益等原因，溶劑法生產工藝的生命周期仍會延續，優質API Ⅰ類基礎油在相當長時間內仍有生存空間[1-2]。根據Lubes’N’Greases公布的數據，2009年API Ⅰ類基礎油的產能仍占世界基礎油產能的60.09%，國內則占63.16%。

國內優質API Ⅰ類基礎油的生產裝置大多以大慶原油餾分油為原料設計。自20世紀90年代開始，以中國石化茂名分公司為代表的沿海企業陸續采用非大慶原油進行潤滑油基礎油的生產，由此帶來生產波動大、基礎油質量下降等問題，一直困擾著基礎油生產企業以及下游潤滑油調合企業。在原油品種多、對外依存度高的形勢下，優質API Ⅰ類基礎油的原料優選、優化的重要性日益突出。

本課題擬通過對生產API Ⅰ類潤滑油基礎油的原料進行分析，提出含硫及高硫中間基原油生產溶劑法基礎油的措施，為溶劑法基礎油的生產開辟新的原油來源和生產途徑。

1 原油的選擇

1.1 石蠟基原油

要用某一種原油來生產潤滑油基礎油，一般先對該原油的潤滑油潛含量及其性質進行分析評價[3]。多年的研究結果表明，石蠟基原油潤滑油餾分的烷烴和長側鏈環烷烴含量較高，芳香烴和非烴類(雜原子有機化合物、膠質、瀝青質)含量較低，有利于加工，且基礎油黏溫性能好，一直是潤滑油生產企業的首選原料。

在大慶原油減少之后，綜合考慮基礎油質量、裝置適應性等因素，基礎油生產企業優先考慮利用國內外可得的石蠟基原油來作為生產潤滑油的原料。然而，并不是所有的石蠟基原油都適合作為生產潤滑油的原料，比如番禺原油，從特性因數K值和關鍵餾分K值看，是典型的石蠟基原油，潤滑油餾分的黏度指數也較高(見表1)。但經溶劑法加工后，基礎油的黏度指數卻大幅下降(見表2)。對不同產地的石蠟基原油進行窄餾分試驗及試生產分析，也驗證了部分原油在加工后性質變化很大。

表1 番禺原油餾分油的主要性質

表2 番禺原油溶劑精制酮苯脫蠟油的主要性質

因此，為獲得優質基礎油，還需對原料進行進一步篩選。

目前，煉油廠主要依據燃料油生產的流程要求對原油進行初評價，基礎油生產企業在考察原料時，則需進一步測試潤滑油餾分的黏度指數及四組分組成，再決定是否進行工業試生產，依據工業試生產獲得的數據來決定該原料是否適合作潤滑油原料。一些企業用此方法，篩選出薩里爾、西江等石蠟基原油可用于基礎油生產[4]。近年來篩選出的其它原油作為優質基礎油原料的餾分油性質見表3。從表3可以看出，一些餾分油的黏度指數雖然很高，但酸值偏高，不利于后序裝置加工，并最終影響基礎油質量等級，需要在原料優化時綜合考慮。

表3 部分石蠟基原油的基礎油餾分油的主要性質

1.2 中間基原油

由于石蠟基原油價格較高，同時由于原油產地與加工企業的地域界限，難以保證穩定供應，生產企業不得不進一步拓展原料來源，轉向尋求利用部分中間基原油。初期的主要方向為低硫中間基原油，如馬瑞巴原油、阿朱納原油、文昌原油等。根據實際生產經驗，低硫中間基原油生產的基礎油黏度指數普遍偏低，酸值偏大，而且此類原油的價格仍然較高，因此如果不考慮裝置的適應性，一般不作為優選原料。

隨著國內中東含硫原油的加工比例不斷上升，以含硫及高硫中間基原油生產基礎油的需求日漸迫切，一些沿海企業也在20世紀90年代中期開始進行少量試生產，但存在設備腐蝕加劇、油蠟產品臭味大等問題。此外，與石蠟基原料相比，此類原料的溶劑精制裝置及溶劑脫蠟裝置基礎油收率變化大，導致裝置能力不適應，生產平衡困難，因此并沒有得到推廣。但國外在利用含硫原油生產基礎油方面積累了豐富的經驗[5]，可以通過總結、借鑒，優化加工方案，從而選擇出合適的原料。

2 原料的優化管理

2.1 分輸分煉措施

對于API Ⅰ類基礎油，異構烷烴、單環長側鏈環烷烴和芳烴是潤滑油基礎油的理想組分。多環環烷烴的黏度指數很低，即黏溫性能很差，會對基礎油黏溫性能產生較大的負面影響。溶劑精制對芳烴，特別是多環芳烴和膠質具有較高的選擇性，但對多環環烷烴的選擇性較差，多環芳烴和膠質很容易在溶劑精制過程中被脫除，而多環環烷烴卻很難在溶劑精制過程中被脫除。多環環烷烴的凝點也較低，不能在溶劑脫蠟過程中被脫除。因此，對于含有較多多環環烷烴的原料，不能采用溶劑法生產高黏度指數基礎油。不同基屬原油和相同基屬不同品種原油的潤滑油餾分，其烴類組成不同。如果將不適合生產基礎油的原油與適合生產基礎油的原料混煉，會造成基礎油質量下降，因此原料選擇和分輸分煉成為API Ⅰ類基礎油生產的重要環節。對適合生產潤滑油的原料實行分輸分煉的主要措施包括：①有條件的企業，對生產基礎油的原油進行專線輸送，沒有專線的企業采用順序輸送方式，盡量避免混輸；②利用潤滑油型常減壓蒸餾裝置加工優選出的用于生產潤滑油基礎油的原油，按“高真空、低爐溫、窄餾分、淺顏色”的原則組織基礎油原料的蒸餾切割；③加工過程的中間物料采取分儲措施，精確計算切換時間，減少物料互混；④做好切換料，特別是劣質原料的“掐頭去尾”，減少對優質原料的污染。

2.2 混煉方案的選擇

將試驗和生產數據進行統計、回歸分析，可得到不同原油的不同餾分生產的潤滑油基礎油的運動黏度(40 ℃)與黏度指數關系曲線，如圖1所示，從而篩選出7～8種原油作為基礎油生產企業的可選原油。在此基礎上，根據地域特點，每家基礎油生產企業采用進口原油與國產海洋原油搭配的方式選定3～4種原油，作為基礎油生產的指定原料，在年度計劃中統一安排采購。

圖1 主要原油品種生產的基礎油運動黏度與黏度指數關系◆—中東A； ■—海洋A； ▲—非洲A； ●—海洋B；俄羅斯A； 海洋C； 海洋D

作為管理措施，需要對相關原油的收率情況進行分析統計，確定高品質基礎油的結構比例指標。而對因采購基礎油原料導致的原油價格變動，在相關的考核中給予剔除，從而保證企業的積極性，確保“宜潤則潤”的資源利用率。

由于資源稀缺且價格偏高，基礎油生產企業仍需進一步拓寬原油資源，因此在試驗及試生產驗證的基礎上，對原只能部分合格的基礎油原料可以進行優化混煉，亦可生產出高品質的基礎油。

由圖1可見，以相當一部分原料的減三線餾分生產400SN或500SN基礎油時，由于黏度指數偏低，很難生產出優質的基礎油。這種低黏度餾分和高黏度餾分生產的基礎油黏度指數高，而中等黏度餾分生產的基礎油黏度指數低的現象在黏度-黏度指數曲線上恰似“馬鞍型”。此時可以選擇“非馬鞍型”原油與“馬鞍型”原油混煉，從而生產出合格的產品，避免減三線餾分油回催化裂化裝置加工造成的資源浪費。此方法也適用于解決以部分原料生產基礎油時硫含量、酸值等個別指標不合格而導致基礎油等級降低的問題。混煉還有減少裝置間收率差異、平衡生產、減少腐蝕等效果。

圖2為典型的原油混煉時基礎油運動黏度(40 ℃)與黏度指數關系曲線。通過高硫、低酸中間基進口原油A與低硫、含酸海洋原油B按一定比例(質量比55∶45)進行混煉，在保證基礎油黏度指數的同時，不僅解決了2種原油單獨加工時的酸值及硫含量不達標問題，而且使原本不能生產合格API Ⅰ類基礎油的原油B減三線餾分油得到利用，黏度指數由低于80提高到90以上，取得了較好的效果。

圖2 原料混煉實例的基礎油運動黏度與黏度指數關系

通常混煉應遵循以下原則：①混煉可以是原油，也可以用相同餾分的中間物料混合加工，但要基于實驗及試生產數據支持，有詳細的全流程加工方案；②混煉應采用固定的比例，并固定好對應的加工方案及操作參數，生產質量和牌號穩定的基礎油，防止操作條件的不確定而導致質量下降及其它經濟損失；③應注意觀察基礎油或者石蠟是否出現分層現象。

3 效 果

從2009年開始，中國石油化工股份有限公司陸續在兩家主要API Ⅰ類基礎油生產企業組織優質基礎油的原料優選及優化，優質基礎油產量由2008年的302.0 kt提高到2012年的407.8 kt，占基礎油比例由60.71%提高到82.65%，如圖3所示，其中2011年因市場因素導致部分裝置限量停產。

圖3 優質基礎油產量及比例變化趨勢■—優質基礎油產量； —優質基礎油比例

4 結 論

(1) 采用溶劑法生產API Ⅰ類基礎油的企業，在原油品種越來越多樣化、復雜化的過程中，通過重視原料的管理，仍可保證高品質基礎油的生產。

(2) 生產基礎油應相對固定好原油品種，并固定好對應的加工方案及操作參數，以生產質量、牌號穩定的基礎油產品。

(3) 充分利用好原料的黏度-黏度指數曲線，抓好原料的優化管理，可實現資源的合理利用，最大限度地生產黏度指數高的基礎油。

[1] 祖德光，石亞華，王玉章，等.我國當前基礎油生產中應重視的問題[J].石油煉制與化工，2005，36(2)：12-16

[2] 宋寧寧，康茵.潤滑油基礎油的特點及生產工藝[J].齊魯石油化工，2010，38(1)：23-28

[3] 水天德.現代潤滑油生產工藝[M].北京：中國石化出版社，1997：29-36

[4] 林榮興.原油產地對基礎油性能的影響[J].武漢工程大學學報，2012，34(7)：11-18

[5] 張德義.含硫原油加工技術[M].北京：中國石化出版社，2003：465-469

RAW MATERIAL SELECTION AND OPTIMIZATION FOR HIGH-QUALITY APIⅠ BASE OIL PRODUCTION

Zhu Yongjin

(RefiningDepartmentofSINOPEC，Beijing100728)

Based on the lab and unit operation data of raw materials for APIⅠbase oil production， the optimized solutions are suggested. The yield of high quality APIⅠbase oil is increased by selecting the raw material， independent transporting and processing， and reasonable mixed refining. The ratio of high quality API Ⅰ base oil in total base oil output of SINOPEC is also increased.

lubricant； base oil； raw material； optimization

2014-01-29； 修改稿收到日期： 2014-05-08。

朱永進，工學學士，工商管理碩士，長期從事潤滑油生產、技術及管理工作。

朱永進，E-mail：zhuyj@sinopec.com。