費-托合成蠟加氫提質生產基礎油和特種蠟技術的工業應用

王魯強，李國紅，郭慶洲，夏國富

(1.中國石化石油化工科學研究院，北京 100083；2.中國石化南陽能源化工有限公司)

費-托合成蠟加氫提質生產基礎油和特種蠟技術的工業應用

王魯強1，李國紅2，郭慶洲1，夏國富1

(1.中國石化石油化工科學研究院，北京 100083；2.中國石化南陽能源化工有限公司)

采用中國石化石油化工科學研究院開發的費-托合成蠟加氫提質生產基礎油和特種蠟工藝技術，以中國石化鎮海煉化分公司漿態床費-托合成中試裝置生產的費-托合成蠟為原料，在南陽精蠟廠3 kta加氫裝置進行了工業應用試驗。結果表明，費-托合成蠟加氫提質技術可以生產出傾點低于-30 ℃、黏度指數大于140的高質量潤滑油基礎油和滴熔點達到90 ℃以上的特種蠟，驗證了該技術的可靠性。

費-托合成蠟 加氫提質 基礎油 工業應用

隨著國民經濟的快速發展，對能源的需求持續旺盛，我國原油進口規模不斷擴大，2014年原油進口量超過308 Mt，對外依存度達到59.5%，國際原油市場的波動對我國經濟發展的影響力迅速增加。通過非石油路線合成液體燃料解決液體燃料供需問題，不僅滿足國家能源戰略安全需要，而且對國民經濟長期穩定可持續發展具有重要的促進作用。替代能源技術已成為世界各大能源公司關注的熱點。費-托合成技術是煤制油領域的核心技術，是國家能源安全戰略技術儲備需求的一項重要技術。作為一項戰略儲備技術，費-托合成技術最終要實現產品的商業化，費-托合成油加氫提質技術是關鍵技術之一，也是提高費-托合成技術經濟性的重要環節。目前國內費-托合成產物提質多采用生產中間餾分油的加氫技術，經濟性較差。全球基礎油市場供大于求，結構性矛盾突出。常規基礎油居主導地位，但需求量減少；非常規基礎油需求量增長，供不應求。從全球基礎油的發展情況來看，Ⅲ類基礎油的發展狀況尤為令人關注。基礎油的一項重要進展就是用費-托合成蠟來生產Ⅲ類基礎油[1]。費-托合成基礎油由于基本無硫、無氮、無芳烴及幾乎完全為異構烷烴的結構特點，表現出優異的氧化安定性和高的黏度指數，其顏色為水白色。同時，費-托合成基礎油還具有生物可降解性[2]。但費-托合成蠟凝點高達70～80 ℃，要生產傾點低于-30 ℃的優質潤滑油基礎油，降凝幅度達到100 ℃以上，這是一項世界性難題，對催化劑的開發及工藝技術都提出了嚴峻的考驗。有關由費-托合成蠟生產潤滑油基礎油加工技術的文獻多見于專利中[3-7]，采用費-托合成蠟生產潤滑油基礎油和蠟產品在國內的應用研究尚處于空白。為了充分利用費-托合成蠟的特點，最大量生產高附加值產品，提高費-托合成技術的經濟性，中國石化石油化工科學研究院(簡稱石科院)在實驗室開發了費-托合成蠟加氫提質工藝中試技術。本文主要介紹石科院開發的費-托合成蠟加氫提質生產高檔潤滑油基礎油和特種蠟技術在南陽精蠟廠3 kta加氫裝置的工業應用結果。

1 工藝流程簡介

南陽精蠟廠加氫裝置建于1995年，設計生產醫藥級白凡士林，規模為3 kta。加氫裝置由氫氣壓縮工序、反應工序、低壓分離及成品工序組成，配套甲醇制氫裝置及原料成品罐區，具有較好的公用工程基礎。裝置設計壓力為15 MPa，原料采用導熱油和電加熱方式加熱，3臺反應器串聯，全流程系統保溫較好。通過對裝置進行適當改造和完善，達到費-托合成蠟加氫提質生產高檔潤滑油基礎油和特種蠟的技術要求。

石科院開發的費-托合成蠟加氫提質生產高檔潤滑油基礎油和特種蠟的技術包括兩種工藝方案。方案一是生產基礎油與特種蠟方案，工藝流程見圖1。費-托合成蠟首先進入穩定加氫反應器進行烯烴飽和、脫氧和脫酸等反應，得到的加氫生成油滿足異構降凝催化劑的進料要求。再經過常減壓蒸餾，切割出顏色水白、滴熔點高的特種蠟產品。中間含蠟潤滑油餾分進一步經過異構降凝后精制生產高檔基礎油。方案一可同時生產2號、4號高檔潤滑油基礎油和滴熔點大于90 ℃的特種蠟產品。方案二是生產基礎油方案，工藝流程見圖2。費-托合成蠟首先通過穩定加氫進行脫氧、烯烴飽和等反應，得到的加氫生成油滿足異構降凝催化劑的進料要求。經常減壓蒸餾潤滑油餾分的物料進入異構降凝反應器，在一定條件下與異構降凝催化劑反應，使物流中的正構烴進行充分異構化，從而降低產品的傾點。經過異構化的物流進入后精制反應器，進一步進行烯烴加氫飽和，從而改善產品的穩定性和顏色。最后經過進一步分餾切割得到2號、6號高檔潤滑油基礎油等目標產品。

圖1 生產潤滑油基礎油及特種蠟工藝流程示意

圖2 生產潤滑油基礎油工藝流程示意

由于現場工業裝置只有一套加氫單元，費-托合成蠟加氫提質生產基礎油和特種蠟技術工業試驗分兩個階段進行，第一階段進行費-托合成蠟穩定加氫試驗，生產出合格的異構降凝反應原料，第二步進行異構降凝試驗生產優質基礎油產品。

2 穩定加氫工業試驗

費-托合成蠟主要由正構烷烴和烯烴組成，硫、氮含量極低，含有一定量的以醇等有機物形式存在的氧。費-托合成蠟需經過穩定加氫將烯烴加氫飽和脫除氧、硫和氮等雜質后才能進行后續的異構降凝反應生成基礎油產品。在生產石蠟產品時也需要穩定加氫反應改善石蠟產品的顏色和安定性。

裝填好的加氫精制催化劑經過干燥、硫化、初活穩定后通入費-托合成蠟，進行穩定加氫工業試驗。此階段試驗分為兩種生產方案，方案一是以兼產石蠟和4號潤滑油原料；方案二以生產6號潤滑油原料為主。

費-托合成蠟的主要性質見表1。產品性質見表2～表4。從表1可以看出：費-托合成蠟的滴熔點為84.5 ℃，高于相同餾分段石蠟基油的凝點；餾程數據中，30%餾出溫度為385 ℃，表明適合生產潤滑油的組分約占原料質量的70%。從表2可以看出：4號潤滑油基礎油原料的餾程范圍在292～485 ℃，6號潤滑油基礎油原料的餾程范圍在276～576 ℃，從餾程數據看，由于受到分餾裝置操作波動的影響，兩種基礎油原料均含有少量的輕餾分；4號潤滑油基礎油原料的滴熔點為57.5 ℃，6號潤滑油基礎油原料的滴熔點為78.5 ℃，都屬于高熔點的原料油，生產低傾點的潤滑油基礎油難度較大，需要進行深度的異構降凝反應。從表3可以看出，重質蠟的滴熔點為95 ℃，含油量小于1.0%，而目前行業標準中最高微晶蠟牌號為85號，即滴熔點為82～87 ℃，含油量不大于2%，因此該重質蠟適宜作特種蠟產品，生產滴熔點達到90 ℃以上的特種蠟。從表4可以看出，柴油餾分的凝點為11 ℃，十六烷指數為86.7，可以作為高十六烷值的柴油調合組分。

表1 費-托合成蠟的主要性質

表2 含蠟潤滑油餾分的主要性質

表3 重質蠟的主要性質

表4 柴油餾分的主要性質

表5～表6為生產4號和6號潤滑油基礎油原料的穩定加氫的物料平衡數據。從表5和表6可以看出：穩定加氫過程比較緩和，基本上沒有裂化反應發生，因此物料損失很少，方案一中，化學氫耗為0.15%，柴油餾分收率為8.45%，4號潤滑油基礎油原料收率為57.31%，特種蠟組分收率為32.45%；方案二中化學氫耗為0.2%，6號潤滑油基礎油原料收率為80.46%。

表5 費-托合成蠟穩定加氫方案一的物料平衡數據

表6 費-托合成蠟穩定加氫方案二的物料平衡數據

3 異構降凝工業試驗

異構降凝催化劑裝填完畢后，對裝置系統進行干燥、氫氣氣密、鈍化初活等操作。在初活穩定結束后，通入上階段生產的4號潤滑油原料與6號潤滑油原料，在異構降凝體積空速為0.8 h-1、反應溫度及反應壓力為基準的條件下，生產出低冰點的噴氣燃料、低凝點的柴油餾分、高黏度指數的基礎油產品。表7～表9列出了各餾分段產品的性質。從表7可以看出，噴氣燃料的閃點為41 ℃，冰點小于-60 ℃，初餾點為147 ℃，10%餾出溫度為195 ℃，終餾點為292 ℃，基本性質滿足ASTM D7566 附錄1的質量指標要求，可以作為生物噴氣燃料的調合組分。從表8可以看出，低凝柴油的凝點低于-50 ℃，十六烷指數為78，可以作為低凝柴油的調合組分。另外，由于柴油餾分不含芳烴組分、無硫無氮，可以通過精密分餾生產高檔無芳溶劑油產品，以提高產品附加值。從表9可以看出：2號潤滑油基礎油的傾點小于-34 ℃，100 ℃運動黏度為2.186 mm2s，外觀無色透明，可以作為變壓器油或金屬加工液產品；6號潤滑油基礎油的傾點小于-30 ℃，100 ℃運動黏度為6.220 mm2s，黏度指數為154，外觀無色透明；4號潤滑油基礎油的傾點小于-34 ℃，100 ℃運動黏度為4.050 mm2s，黏度指數為142，外觀無色透明，從基礎油產品性質看，黏度指數高于140，可用于高檔潤滑油產品的調合。

表7 噴氣燃料的主要性質

表8 柴油餾分的主要性質

表9 基礎油的主要性質

為了進一步考察費-托合成蠟改質后所產潤滑油基礎油的質量，將其與PAO及相應Ⅲ類加氫基礎油性質進行比較，結果見表10。從表10可以看出，費-托合成蠟改質生產的費-托合成基礎油性質與PAO基本相近，可以生產API Ⅲ類以上的高質量潤滑油基礎油，這些基礎油黏度指數高、蒸發損失低，是調配高檔潤滑油的原料，可以滿足日益嚴格的汽車發動機用潤滑油的需要。副產的噴氣燃料無硫、無芳烴、冰點低，是清潔的噴氣燃料添加組分，可以替代部分PAO使用。從經濟性方面考慮，目前PAO的價格約為3萬元t，而常規Ⅲ類基礎油市場價格為8 000～9 000元t，由費-托合成基礎油替代PAO，具有可觀的經濟效益。

表10 費-托合成基礎油與常規基礎油的主要性質對比

4 結 論

石科院開發的費-托合成蠟加氫提質生產高檔潤滑油基礎油和特種蠟技術在南陽精蠟廠3 kta加氫裝置的工業應用成功驗證了該技術的可靠性，采用該技術可以生產黏度指數140以上的4號基礎油、6號基礎油、優質的2號基礎油，滿足ASTM D7566 附錄1指標要求的噴氣燃料餾分，凝點小于-30 ℃的柴油餾分，以及滴熔點達到90 ℃以上的特種蠟。

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COMMERCIAL APPLICATION OF HYDROUPGRADING TECHNOLOGY FOR PRODUCTION OF BASE OIL AND SPECIALTY WAX FROM F-T WAXES

Wang Luqiang1， Li Guohong2， Guo Qingzhou1， Xia Guofu1

(1.SINOPECResearchInstituteofPetroleumProcessing，Beijing100083；2.SINOPECNanyangEnergyandChemicalCompany)

The F-T wax hydroupgrading technology for producing high quality base oil and specialty waxes was applied in a 3 kta hydrotreating unit of Nanyang Wax Fine Chemical Plant. The raw material F-T wax is from the slurry bed in pilot plant of Zhenhai Refining & Chemical Company. The commercial practice shows that the base oil with pour point <-30 ℃， viscosity index >140 and the specialty wax with melting point >90 ℃ can be produced， indicating the reliability of this technology.

F-T wax； hydroupgrading； base oil； commercial application

2015-10-16； 修改稿收到日期： 2016-01-28。

王魯強，工學博士，高級工程師，主要從事潤滑油加氫生產工藝研究工作。

王魯強，E-mail：wanglq2.ripp@sinopec.com。