聚α—烯烴合成油生產工藝概述

楊子江

摘 要：文中介紹了聚α-烯烴合成油的幾種生產工藝及其在國內外的應用情況，對我國聚α-烯烴合成油的技術發展提出了建議。

關鍵詞：聚α-烯烴；生產工藝；PAO

聚α-烯烴合成油（PAO）是基礎油的一種，與同粘度礦物油相比，PAO具有液體范圍寬、粘溫性能好、低溫流動性好、粘度指數高、蒸發損失小等優點[1]，也具有優良的熱安定性和氧化安定性，在高溫、高寒等苛刻條件下依然表現出優越的性能，廣泛用于配制高檔和專用潤滑油[2]。同時，PAO和礦物油良好的相容性可保證其與礦物油進行調和，既可提高基礎油質量，還可解決PAO相對于礦物油的高成本問題。此外，PAO是一種無毒無味的合成油，在使用過程中不會對環境造成污染，能滿足現代工業對環境保護的要求。

長期以來，市場供應的潤滑油以礦物油為主，隨著航空、汽車等行業的發展以及環保節能要求的不斷提高，傳統的礦物油已漸漸難以滿足日益提高的要求，綜合性能優異的聚α-烯烴合成油得到了廣泛關注和應用，自20世紀70年代以來，聚α-烯烴油合成技術在國內外發展迅速。PAO的性能取決于產品的聚合度及相對分子量分布，原料性質、催化劑的選擇及聚合工藝條件都對PAO的性質有很大影響。PAO的生產工藝主要有以下幾種。

1.石蠟裂解法

石蠟裂解法通常以脫油的C20～C40的石蠟餾分為原料，也可采用含油蠟。在400～600℃的溫度下，使直鏈烷烴內部碳碳單鍵斷裂，裂解產物經過分餾形成不同用途的產品。原料石蠟性質和裂解工藝條件是限制α-烯烴質量和收率的決定因素。裂解產物中α-烯烴約占40%，含有較多的內烯烴、雙烯烴、烷烴、環烷烴和芳烴雜質[3]，組成相對復雜，α-烯烴收率較低且產品質量較差。

石蠟裂解法相對簡單，歐美和俄羅斯早期曾使用該方法制取α-烯烴，隨著烯烴齊聚工藝的日趨成熟，石蠟裂解法逐漸失去競爭能力。我國石蠟資源豐富，乙烯資源短缺，生產PAO主要采用石蠟裂解法，生產廠家有撫順石化、燕山石化和蘭州石化，均以蠟下油為原料，經裂解、聚合、分餾、白土精制等工序生產PAO。由于石蠟含油率高，使得裂解的正構α-烯烴的含量較低，得到的PAO產品結構組成復雜，在粘度指數、低溫性能及熱氧化安定性等方面與國外產品有一定差距[4]。

2.烯烴齊聚法

烯烴齊聚法生產過程為：乙烯等低分子烯烴齊聚為C4～C30的α-烯烴并進行分離，將其中約25%的1-癸烯進一步齊聚，并將齊聚物加氫飽和得到PAO產品。生產過程主要包括聚合、催化劑分離、蒸餾和加氫四個單元。

目前，烯烴齊聚法是生產α-烯烴的主要方法，利用該法生產的α-烯烴達到總產量的94.1%。目前擁有烯烴齊聚技術的公司主要有美國CPChem、Ethyl、Shell、英國BP Amoco以及日本Idemitsu等。這些技術因采用不同的催化劑體系而使操作條件和工藝過程有所不同。對于低粘度PAO的生產以BF3為催化劑，以水、醇或弱羧酸作為助催化劑；而高粘度PAO生產采用Ziegar一Natta催化劑；第二步是以金屬鎳或鈀為催化劑，通過加氫飽和雙鍵，來提高PAO產品的化學穩定性及氧化安定性[5]。

20世紀90年代末期，國內各公司及研究所等也展開了對烯烴齊聚生產工藝的研究，并分別建立了工業生產裝置。自1986年以后，國外各公司基本采用烯烴齊聚生成的C10α-烯烴為原料生產PAO（如埃克森美孚、殼牌等公司），由于原料α-烯烴純度高，分子整齊，催化劑活性及選擇性高，工藝條件控制嚴格，得到的PAO產品在粘度指數、低溫性能及熱氧化安定性等方面有顯著的提高[6]。

3、費-托合成法

費-托合成法由南非Sasol公司開發并應用，從煤制油的費-托合成過程中的富含α-烯烴物流中經過預分離、選擇加氫、水洗、醚化、甲醇回收、超精餾萃取蒸餾、干燥和精煉等步驟分離出優質的α-烯烴，再經聚合反應得到PAO產品，產品中飽和烴含量非常高，并且基本不含芳烴、硫和氮，具有非常高的粘度指數，而生產成本卻比烯烴齊聚法低得多[7]。

國內某公司的潤滑油基礎油裝置于2015年建成投產。原料α-烯烴由煤制烯烴裝置通過費-托合成制備，產物主要由直鏈烷烴和直鏈α-烯烴所組成，通過蒸餾切割合適的餾分段并脫除含氧化合物，可作為生產PAO的優質原料。原料脫水后通過三氯化鋁催化劑催化進行聚合反應，水洗后加入白土、硅藻土脫色凈化，在真空條件下加熱蒸出其中含有的烷烴溶劑及少量的水，經過濾得到較澄清的聚烯烴半成品，在高溫高壓及鎳基催化劑的作用下進行加氫，產物加白土、硅藻土進行脫色凈化，在真空條件下加熱蒸餾，經過濾后得到所需PAO產品。與國內大多數聚α-烯烴合成工藝相比，該生產工藝增加了加氫工段，降低了PAO的不飽和度，提高了其氧化安定性。

4、結語

缺油少氣富煤是我國化石能源的基本結構。我國的原油探明儲量35.1億噸，原油產量1.94億噸，儲采比僅有18.1年，相較而言，我國的煤炭資源可以開采70多年，所以，充分發揮我國煤炭資源的優勢是實現符合我國國情的能源多元化的首選。相較石油路線，以煤為原料，通過費-托合成法生產α-烯烴，進一步制得聚α-烯烴合成油，原料來源廣泛，生產成本較低，產品性能更好，競爭優勢明顯，具有良好的發展前景。

參考文獻：

[1]唐俊杰.合成潤滑油基礎知識講座之二[J].潤滑油，1999，14（6）：59-64.

[2]侯芙生.發展高檔潤滑油提高我國潤滑油競爭實力[J].當代石油石化，2004，12（6）：5-11.

[3]郭峰，李傳峰，劉經偉等.線性α-烯烴的生產工藝和技術進展[J].現代化工，2010，30（2）：92-96.

[4]祁彥平，栗同林，郭貴貴.α-烯烴的生產工藝及應用[J].石化技術，2008，15（1）：53-56.

[5]黨蘭生，張靜淑.聚α-烯烴合成油及其在潤滑油中的地位[J].精細化工，2005，22（z1）：146-150.

[6]崔敬佶，李廷秋.PAO和酯類油在合成潤滑劑中的應用[J].潤滑油，2004，19（1）：7-12.

[7]王建平，翁惠新.費-托合成油品的加工利用[J].煉油技術與工程，2006，36（1）：39-42.