潤(rùn)滑油加氫工藝

于姣洋　雷楊　潘超

摘要：隨著對(duì)高規(guī)格潤(rùn)滑油需求量的不斷增加，常規(guī)溶劑抽提工藝已無(wú)法滿足APIⅡ類和APIⅢ類潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油的生產(chǎn)，而加氫工藝越來(lái)越廣泛地用于生產(chǎn)高規(guī)格潤(rùn)滑油。為了提升中國(guó)的潤(rùn)滑油品質(zhì)，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，煉化企業(yè)正加大對(duì)加氫工藝在高規(guī)格潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油生產(chǎn)上的推廣和應(yīng)用。簡(jiǎn)述了幾種潤(rùn)滑油加氫工藝及其特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：潤(rùn)滑油；環(huán)保；加氫工藝研究

中圖分類號(hào)：TE 624 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-0460（2017）01-0089-04

1 背景

面臨全球日益注重的環(huán)保要求，我國(guó)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)品質(zhì)量較差，不具備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的局面下，國(guó)家工業(yè)部明確提出“十二五”期間國(guó)家石油和化學(xué)工業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整的目標(biāo)是發(fā)展高檔潤(rùn)滑油、工藝用油、高等級(jí)道路瀝青、特種瀝青。因此，全國(guó)大型稠油加工企業(yè)為了增強(qiáng)在全國(guó)市場(chǎng)內(nèi)的有效競(jìng)爭(zhēng)力，加快了潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油質(zhì)量升級(jí)的步伐，立足自身原油資源優(yōu)勢(shì)，生產(chǎn)高端潤(rùn)滑油新產(chǎn)品，這符合國(guó)家和地方產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整的目標(biāo)，符合中國(guó)石油煉化業(yè)務(wù)戰(zhàn)略規(guī)劃部署。

根據(jù)目前的狀況我們可以清楚的知道，采用傳統(tǒng)的加工方法不能滿足生產(chǎn)高端潤(rùn)滑油，因此加快發(fā)展?jié)櫥图託浼夹g(shù)，才能提升中國(guó)的潤(rùn)滑油品質(zhì)，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

2 潤(rùn)滑油加氫工藝

加氫工藝在潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油的生產(chǎn)中有多種應(yīng)用形式，大體可分為補(bǔ)充精制、加氫處理、催化脫蠟和異構(gòu)脫蠟。

（1）加氫補(bǔ)充精制用于對(duì)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油原料進(jìn)行處理或?qū)Ξa(chǎn)品進(jìn)行補(bǔ)充精制，加氫深度較淺。

（2）加氫處理裂化程度較大，可以裂解稠環(huán)芳烴，還可以發(fā)生異構(gòu)化反應(yīng)，從而提供基礎(chǔ)油的質(zhì)量。

（3）催化脫蠟技術(shù)是將凝點(diǎn)高的直鏈烷烴裂化的技術(shù)，脫除了直鏈烷烴的同時(shí)也降低了潤(rùn)滑油的粘溫性能。

（4）異構(gòu)脫蠟是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新潤(rùn)滑油加氫工藝，與催化脫蠟技術(shù)相比具有粘度低、揮發(fā)性低、粘度指數(shù)高的優(yōu)勢(shì)。

而加氫工藝在每個(gè)煉廠的應(yīng)用情況也不同。對(duì)于一些采用傳統(tǒng)加工流程的煉油廠，為了提高潤(rùn)滑油生產(chǎn)的靈活性，擴(kuò)大原料來(lái)源，經(jīng)濟(jì)而有效地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)高質(zhì)量基礎(chǔ)油，常采用加氫技術(shù)與“老三套”常規(guī)潤(rùn)滑油加工技術(shù)結(jié)合的方法。但隨著用于生產(chǎn)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油原料的劣質(zhì)化，以及環(huán)保要求下對(duì)非常規(guī)基礎(chǔ)油（UCBO）需求的不斷增加，“全氫法”加工工藝生產(chǎn)高粘度指數(shù)基礎(chǔ)油的新技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用不斷擴(kuò)大，已顯示出日趨重要的地位。

2.1 加氫補(bǔ)充精制工藝

加氫補(bǔ)充精制過(guò)程中，含氧（如有機(jī)酸類）、含硫、含氮化合物發(fā)生氫解反應(yīng)，生成易分離的H₂O、H₂S、NH₃，而這些非理想組分經(jīng)過(guò)汽提、分餾而被分出，從而保證基礎(chǔ)油的色度、氣味、氧化安定性。判斷加氫補(bǔ)充精制深度的主要依據(jù)是通過(guò)氧化安定性指標(biāo)。加氫補(bǔ)充精制特別適用于硫含量高、氮含量低的原料，在潤(rùn)滑油生產(chǎn)工藝中日漸顯示出重要地位。

2.1.1 “糠醛精制-溶劑脫蠟-加氫精制”

“糠醛精制一溶劑脫蠟一加氫精制”工藝路線常用于潤(rùn)滑油加工流程，適用于處理凝固點(diǎn)回升很少的重質(zhì)潤(rùn)滑油料，將加氫補(bǔ)充精制工序替代了白土精制工序，其作用可脫除脫蠟工序中的溶劑，易于脫除硫、氧及一定的氮化物，可改善基礎(chǔ)油的色度、氣味和透明度。其流程見(jiàn)圖1。

2.1.2 “糠醛精制-加氫精制-溶劑脫蠟”

對(duì)于處理凝固點(diǎn)回升較大的輕質(zhì)潤(rùn)滑油料，通常采用“糠醛精制-加氫精制-溶劑脫蠟”工藝路線，流程見(jiàn)圖2。

相關(guān)研究表明，按照此流程，由輕質(zhì)潤(rùn)滑油料所得的蠟膏經(jīng)脫油后，不需補(bǔ)充精制，可符合商品蠟的質(zhì)量要求。由該流程制得的基礎(chǔ)油調(diào)制的變壓器油，其臺(tái)架試驗(yàn)壽命超過(guò)1200h。

2.2 加氫處理工藝

潤(rùn)滑油加氫處理技術(shù)比溶劑精制有很大的優(yōu)勢(shì)，它可以使硫、氮、氧雜環(huán)化合物大部分脫除，基礎(chǔ)油收率得到提高，處理原料適應(yīng)性廣。因此該工藝已在多套潤(rùn)滑油裝置得到推廣應(yīng)用，某廠建成的潤(rùn)滑油加氫裝置，加工環(huán)烷基餾分油，采用中壓加氫過(guò)程，油品粘度指數(shù)提高40個(gè)單位。2000年后又建成一套30×10⁴t/a潤(rùn)滑油加氫裝置。該工藝是生產(chǎn)APIⅡ類和APIⅢ類潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油的主要技術(shù)之一。

2.3 催化脫蠟加氫工藝

催化脫蠟技術(shù)是煉廠生產(chǎn)低凝點(diǎn)油品的重要技術(shù)。催化脫蠟技術(shù)是在分子篩催化劑的孔道內(nèi)，油品在臨氫狀態(tài)下發(fā)生長(zhǎng)直鏈烷烴裂化成較小的分子，從而實(shí)現(xiàn)油品傾點(diǎn)降低。在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中，伴隨發(fā)生一些非選擇性裂化反應(yīng)和生成積碳的反應(yīng)。所以經(jīng)過(guò)催化脫蠟出來(lái)的油品往往安定性不好，產(chǎn)物放置時(shí)，顏色逐漸變黃變深，需要再經(jīng)過(guò)加氫補(bǔ)充精制改善其顏色安定性。

某廠30×10⁴t/a潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油加氫裝置采用“加氫處理-催化脫蠟-加氫補(bǔ)充精制”工藝路線，可以生產(chǎn)低傾點(diǎn)環(huán)烷基潤(rùn)滑油，其產(chǎn)品光穩(wěn)定性好、凝點(diǎn)低、硫、氮雜原子脫除率高，流程見(jiàn)圖3。

當(dāng)采用催化脫蠟工藝加工石蠟基餾分油，其潤(rùn)滑油產(chǎn)品的粘度指數(shù)（Ⅵ）、產(chǎn)品收率均較低，因而它很快被后來(lái)開(kāi)發(fā)成功的擇形催化異構(gòu)脫蠟技術(shù)所取代。但是對(duì)于含蠟較少、凝點(diǎn)相對(duì)較低的環(huán)烷基油料，由于催化脫蠟采用非貴金屬催化劑，其對(duì)氮含量要求不嚴(yán)格，催化脫蠟效果好，目的產(chǎn)品的收率高。

2.4 異構(gòu)脫蠟加氫工藝

異構(gòu)脫蠟技術(shù)是長(zhǎng)直鏈烷烴在分子篩的催化作用下，發(fā)生異構(gòu)化反應(yīng)最終生成烷烴的同分異構(gòu)體。潤(rùn)滑油加工采用傳統(tǒng)工藝不僅粘度指數(shù)降低，基礎(chǔ)油效率也較低。某煉油廠采用“加氫處理-異構(gòu)脫蠟-加氫后精制”全氫法，加工工藝流程見(jiàn)圖4。

該裝置包括加氫處理、異構(gòu)脫蠟和加氫后精制三部分。異構(gòu)脫蠟與加氫后精制采用貴金屬催化劑，反應(yīng)進(jìn)料需經(jīng)過(guò)加氫處理反應(yīng)器可將氮含量降至2μg/g以下，并使大部分芳烴飽和。原料經(jīng)過(guò)加氫異構(gòu)脫蠟反應(yīng)器可降低傾點(diǎn)，改進(jìn)粘度指數(shù)以及生產(chǎn)高收率、高質(zhì)量的基礎(chǔ)油。原料經(jīng)過(guò)加氫后精制反應(yīng)器，它使殘余的芳烴飽和，生產(chǎn)幾乎無(wú)色、穩(wěn)定的基礎(chǔ)油。

3 “組合法”與“全氫法”

“組合法”以化學(xué)過(guò)程為主導(dǎo)，根據(jù)原料性質(zhì)及產(chǎn)品要求相應(yīng)的設(shè)置了單個(gè)加氫工藝單元，可轉(zhuǎn)變非理想組分，非飽和烴含量低，安定性好，可以生產(chǎn)APIⅡ類潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油。

“全氫法”加工工藝可以降低傾點(diǎn)，改進(jìn)粘度指數(shù)的同時(shí)下，還可以提高產(chǎn)品收率，生產(chǎn)高質(zhì)量的潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油，同時(shí)保證殘余的芳烴飽和，生產(chǎn)無(wú)色、氧化安定性好、滿足APIⅡ+標(biāo)準(zhǔn)的潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油，滿足市場(chǎng)需求的高品質(zhì)潤(rùn)滑油。

4 國(guó)內(nèi)外潤(rùn)渭油加氫工藝技術(shù)參數(shù)對(duì)比

國(guó)外具有代表性的潤(rùn)滑油加氫工藝有，Chevron公司的異構(gòu)脫蠟工藝（IDW技術(shù)）、ExxonMobil公司的選擇性脫蠟工藝（MSDW技術(shù)）和蠟異構(gòu)化工藝（MWI技術(shù)）和Shell公司的異構(gòu)脫蠟工藝。國(guó)內(nèi)具有代表I生的潤(rùn)滑油加氫技術(shù)有，石油化工科學(xué)研究院（RIPP）的催化脫蠟工藝和撫順石油化工研究院（FRIPP）的異構(gòu)脫蠟技術(shù)。

自上世紀(jì)90年代開(kāi)始，國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行加氫法生產(chǎn)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油研究工作，先后在各種新型催化材料上做了大量的工作，開(kāi)發(fā)出了石蠟烴擇形異構(gòu)化技術(shù)及配套的催化劑，具有較高的直鏈烷烴異構(gòu)化活性和選擇性，在相似的反應(yīng)條件和產(chǎn)品質(zhì)量條件下，綜合性能達(dá)到目前國(guó)際先進(jìn)水平。異構(gòu)脫蠟工藝及配套催化劑等方面的創(chuàng)新技術(shù)內(nèi)容授權(quán)專利了國(guó)內(nèi)外30余件專利，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。如撫順石油化工研究院（FRIPP）的異構(gòu)脫蠟技術(shù)于2005年首次工業(yè)應(yīng)用，該技術(shù)通過(guò)中國(guó)石化的技術(shù)鑒定，并獲科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。加氫裂化尾油異構(gòu)脫蠟技術(shù)的成功工業(yè)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了全氫法生產(chǎn)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油關(guān)鍵技術(shù)的突破，為全氫法生產(chǎn)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油、白油和其它特種油品的技術(shù)開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)，綜合性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

現(xiàn)將國(guó)內(nèi)外潤(rùn)滑油加氫工藝進(jìn)行主要技術(shù)參數(shù)對(duì)比，對(duì)比情況見(jiàn)表1。

從表1可以看出，國(guó)內(nèi)外潤(rùn)滑油加氫技術(shù)生產(chǎn)的潤(rùn)滑油產(chǎn)品基本相同。國(guó)內(nèi)外技術(shù)在關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)、氫耗、液收、裝置投資和商業(yè)化程度上各有優(yōu)勢(shì)。

從技術(shù)參數(shù)方面對(duì)比，國(guó)外的異構(gòu)脫蠟催化劑和補(bǔ)充精制催化劑的操作空速高于國(guó)內(nèi)催化劑空速，可以降低裝置的設(shè)備投資。國(guó)外補(bǔ)充精制段要求氫油體積比為500低于國(guó)內(nèi)潤(rùn)滑油加氫技術(shù)，可以降低裝置的運(yùn)行成本，降低能耗。

從氫耗方面對(duì)比，國(guó)外潤(rùn)滑油加氫技術(shù)的化學(xué)氫耗相對(duì)低于國(guó)內(nèi)潤(rùn)滑油加氫技術(shù)的氫耗。

從液收方面對(duì)比，國(guó)內(nèi)潤(rùn)滑油加氫技術(shù)的產(chǎn)品總液收稍高于國(guó)外潤(rùn)滑油加氫技術(shù)。

從裝置投資方面對(duì)比，工藝流程、操作條件、產(chǎn)品性能、設(shè)備、管道選材等方面基本相同，但國(guó)外潤(rùn)滑油加氫技術(shù)的催化劑購(gòu)置費(fèi)較國(guó)內(nèi)催化劑多出約18000萬(wàn)元。

從商業(yè)化程度方面對(duì)比，國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的“加氫處理-異構(gòu)脫蠟-補(bǔ)充精制”技術(shù)于2008年實(shí)現(xiàn)首次工業(yè)應(yīng)用。到2016年為止，國(guó)內(nèi)共有3套裝置得到應(yīng)用，總加工能力超過(guò)50萬(wàn)t/a；國(guó)外的“加氫處理-異構(gòu)脫蠟-補(bǔ)充精制”技術(shù)在國(guó)內(nèi)目前沒(méi)有工業(yè)化應(yīng)用。

從技術(shù)綜合比較來(lái)看，國(guó)內(nèi)外技術(shù)在關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)、氫耗、液收、裝置投資和商業(yè)化程度上各有優(yōu)勢(shì)。