重質潤滑油基礎油的原料制備及加工工藝的研究

張翠偵，焦祖凱，朱長申，許海龍，徐巖峰

(中國海油煉油化工科學研究院(北京)有限公司， 山東 青島 266500)

0 引言

重質潤滑油基礎油廣泛應用于內燃機油、車輛齒輪油、船舶發動機油、重負荷齒輪油和潤滑脂等產品的生產，市場需求量較大。而重質潤滑油基礎油缺乏，且資源難覓。

減壓渣油作為生產重質潤滑油基礎油的原料，通常是經過溶劑脫瀝青工藝生產脫瀝青油，即殘渣潤滑油的原料[1-3]。試驗證明[4]，以丙烷作溶劑時，選擇性較高，脫瀝青油的品質最好，其殘炭值最低，是加工生產潤滑油的理想原料。故國內外潤滑油型的溶劑脫瀝青工藝，幾乎都是丙烷脫瀝青工藝。

本文以環烷基原油經常減壓工藝所得的減壓渣油和石蠟基原油經常減壓工藝所得的減壓渣油為原料，考察溶劑脫瀝青試驗影響因素，包括抽提溫度、劑油體積比等對脫瀝青油性質的影響，旨在拓寬生產重質潤滑油基礎油的資源。

1 實驗部分

1.1 試驗材料

試驗原料為環烷基原油經常減壓工藝所得的減壓渣油(1#減壓渣油)和石蠟基原油經常減壓工藝所得的減壓渣油(2#減壓渣油)，主要性質見表1。

表1 減壓渣油性質

表1(續)

注：*方法源于交通運輸部發布的行業標準“JTG E20-2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程”。

由表1可知，兩種減壓渣油的硫含量、氮含量、膠質及殘炭等均偏高，性質較差；且兩種減壓渣油的組成差別較大，石蠟基減壓渣油的飽和分較環烷基減壓渣油高，膠質和瀝青質含量較低。

1.2 試驗裝置及催化劑

丙烷脫瀝青試驗采用連續式丙烷脫瀝青試驗裝置，處理能力為1.0 kg/h，萃取塔內裝填規整填料，操作壓力為4 MPa。工藝原則流程如圖1所示。

圖1 丙烷脫瀝青中試裝置原則流程

丙烷為市售產品，純度為97.92%。溶劑組成如表2所示。

表2 溶劑組成

表2(續)

2 結果與討論

2.1 1#減壓渣油丙烷脫瀝青試驗

該試驗以1#減壓渣油為原料，對丙烷脫瀝青工藝操作參數如劑油比、抽提溫度等進行考察。

2.1.1 劑油比對脫瀝青油性質的影響

劑油比作為一個重要的影響因素，其大小決定了溶劑循環量的大小，對脫瀝青油收率、質量和工藝過程的能耗都會產生直接的影響。故以1#減壓渣油為原料，在其他影響因素固定的前提下，進行劑油比的考察試驗，試驗條件和結果如表3所示。

表3 1#減壓渣油不同劑油比下丙烷脫瀝青試驗結果

由表3可知：

(1)在抽提溫度等條件固定的前提下，劑油比由4∶1提高至10∶1，脫瀝青油的收率由23.7%增至35.8%，但殘炭、硫含量及氮含量等指標呈上升趨勢，油品質量變差；

(2)劑油比為6∶1時，所得脫瀝青油的殘炭值為1.05%，滿足加氫試驗的進料要求(要求殘炭值<1.2%)。

2.1.2 抽提溫度對脫瀝青油性質的影響

抽提溫度對脫瀝青過程影響較大，且最靈敏，作為控制脫瀝青油收率和選擇性的主要控制因素。因1#減壓渣油最佳抽提劑油比為6∶1，本試驗固定該劑油比進行抽提溫度的考察，試驗條件和結果如表4所示。

表4 1#減壓渣油不同抽提溫度下丙烷脫瀝青試驗結果(系統壓力4 MPa，劑油比6∶1，進料量700 g/h)

表4(續)

由表4可知：

(1)隨著抽提溫度的增大，脫瀝青油收率和殘炭值逐漸降低。因當抽提溫度增大時，溶劑的密度降低，溶解能力也降低，使得脫瀝青油收率降低；

(2)當抽提溫度為60 ℃/77 ℃時，所得脫瀝青油的殘炭值為1.05%，滿足加氫試驗的進料要求(殘炭值<1.2%)。

2.2 2#減壓渣油丙烷脫瀝青試驗

該試驗以2#減壓渣油為原料，對丙烷脫瀝青試驗操作參數如劑油體積比、抽提溫度等進行考察。

2.2.1 劑油比對脫瀝青油性質的影響

以2#減壓渣油為原料，在其他影響因素固定的前提下，進行了劑油體積比的考察試驗，試驗條件和結果如表5所示。

表5 2#減壓渣油不同劑油比下丙烷脫瀝青試驗結果

由表5可知:

(1)在抽提溫度等條件固定的前提下，隨著劑油比的提高，脫瀝青油的收率、硫含量、氮含量和殘炭均呈上升趨勢。當劑油比自6∶1提升至8∶1時，脫瀝青油的收率由28.0%增至41.4%，提高約13%；當劑油比由8∶1提升至10∶1時，脫瀝青油的收率趨于穩定；

(2)當劑油比為8∶1時，殘炭值為0.80%，遠低于加氫進料要求(殘炭值<1.2%)，可通過調整抽提溫度，在保證殘炭指標的前提下，實現收率最大化。

2.2.2 抽提溫度對脫瀝青油性質的影響

因2#減壓渣油最佳劑油比為8∶1，本試驗固定該劑油比進行抽提溫度的考察，試驗條件和結果如表6所示。

表6 2#減壓渣油不同抽提溫度下丙烷脫瀝青試驗結果

由表6可知：

(1)抽提溫度升高，脫瀝青油收率降低、殘炭值變小；

(2)抽提溫度為55 ℃/70 ℃的試驗條件所得脫瀝青油的殘炭值為1.15%，收率為44.3%，滿足加氫試驗的進料要求(殘炭值<1.2%)，該條件可用于生產重質潤滑油基礎油原料。

2.3 兩種原料試驗條件的比較

對環烷基減壓渣油和石蠟基減壓渣油進行丙烷脫瀝青試驗條件的考察，所獲得最優條件如表7所示。

表7 丙烷脫瀝青優化試驗結果

表7(續)

由表7可知，兩種減壓渣油經丙烷脫瀝青所得的脫瀝青油性質差別較大。較石蠟基脫瀝青油性質，環烷基脫瀝青油運動黏度、硫含量和氮含量較高，凝點、蠟含量和CP值較低，故兩種原料生產重質潤滑油的工藝將有所差別。

3 重質潤滑油基礎油生產工藝探討

重質潤滑油基礎油的加工工藝主要分為三類：第一類為傳統工藝，即以脫瀝青油為原料，經過溶劑萃取-溶劑脫蠟-白土精制等過程，制備基礎油；第二類為高壓加氫工藝，即加氫處理-臨氫降凝(或異構脫蠟)-加氫補充精制工藝；第三類是組合工藝，即加氫處理-補充精制-酮苯脫蠟等過程[5-6]。

國內生產重質潤滑油基礎油的廠家有荊門石化、克拉瑪依石化等。其中荊門石化的原料為魯寧管輸原油減壓渣油中摻入30%～35%的石蠟基江漢南陽減壓渣油，采用的是丙烷脫瀝青-加氫改質-加氫精制-酮苯脫蠟工藝，生產120BS光亮油[7]；克拉瑪依石化是我國最大的150 BS生產基地，第一套30萬t/a潤滑油高壓加氫裝置于2000年11月建成投產，采用北京石油化工科學研究院專利技術，由加氫處理-臨氫降凝-加氫補充精制工藝組成，加工克拉瑪依油田的稠油潤滑油料，采用切換原料的方式生產150BS光亮油。2007年年底克拉瑪依石化公司投產了第二套30萬t/a潤滑油高壓加氫裝置，該裝置采用了殼牌公司以異構脫蠟催化劑為核心的全氫型潤滑油加氫技術，專門生產150BS光亮油和大黏度基礎油[8]。

因不同減壓渣油經丙烷脫瀝青所得的脫瀝青油性質差別較大，實驗室已對此進行了不同工藝的研究，所采用的工藝路線如圖2所示。

圖2 工藝路線

試驗結果表明，石蠟基減壓渣油可采用工藝路線C進行重質潤滑油基礎油的生產；環烷基減壓渣油根據脫瀝青油的含蠟量不同，可選擇工藝A或工藝B進行重質潤滑油基礎油的生產。

環烷基脫瀝青油采用工藝路線B進行重質潤滑油基礎油的制備試驗，石蠟基脫瀝青油采用工藝路線C進行重質潤滑油基礎油的制備，所得目標產品性質如表8所示。

表8 重質潤滑油基礎油性質

注：1#重質潤滑油基礎油原料為環烷基脫瀝青油；2#重質潤滑油基礎油原料為石蠟基脫瀝青油。

由表8可知，兩種脫瀝青油采用合適的加工工藝制備的重質潤滑油基礎油分別滿足中國石油企業標準(Q/SH 44-2009)中150BS光亮油和90BS光亮油的指標要求。

4 結論

(1)不同性質的減壓渣油，所得的脫瀝青油性質差別較大。較石蠟基脫瀝青油性質，環烷基脫瀝青油運動黏度、硫含量和氮含量較高，凝點、蠟含量和CP值較低。

(2)石蠟基減壓渣油可采用加氫處理-補充精制-酮苯脫蠟工藝進行重質潤滑油基礎油的生產；環烷基減壓渣油根據脫瀝青油的含蠟量不同，可選擇加氫處理-臨氫降凝-補充精制工藝或加氫處理-異構脫蠟-補充精制工藝進行重質潤滑油基礎油的生產。