高壓加氫潤滑油基礎(chǔ)油生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品性能研究

孫立鵬 王治紅(西南石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，四川 成都 610500)

0 引言

在當(dāng)今全球發(fā)展更加綠色健康的基礎(chǔ)下，環(huán)保低碳理念被廣大生產(chǎn)企業(yè)所倡導(dǎo)。幾乎所有的生產(chǎn)以及運(yùn)輸設(shè)備都離不開潤滑油，并且潤滑油除需潤滑性能良好外，還需要能夠低于高壓高溫的工況環(huán)境，所以其對(duì)應(yīng)的氧化安定性、低揮發(fā)性、高粘指等性能也需要相對(duì)優(yōu)良，而想要滿足以上性能需求，高壓加氫潤滑油基礎(chǔ)油生產(chǎn)工藝技術(shù)就必不可少[1]，并且該技術(shù)也是我國各生產(chǎn)企業(yè)現(xiàn)階段提升潤滑油基礎(chǔ)油品質(zhì)的主要技術(shù)方式。

1 生產(chǎn)工藝分析

1.1 生產(chǎn)工藝流程

圖1 高壓加氫潤滑油基礎(chǔ)油工藝流程示意圖

通過潤滑油基礎(chǔ)油高壓加氫這一生產(chǎn)工藝流程來進(jìn)行相應(yīng)的品質(zhì)提升以及性能優(yōu)化[2]，具體的過程如圖1所示，首先就是兩段加氫也就是加氫裂化的前物質(zhì)準(zhǔn)備，在經(jīng)過常減壓的減三、減四線的加氫裂化后，這時(shí)得到的物質(zhì)就可以進(jìn)入常壓塔精餾即初步的分離純化，并且在得到的常底油硫氮含量滿足至異構(gòu)脫蠟催化劑的最基本需求后，才可以進(jìn)行后續(xù)的二段加氫，進(jìn)一步的提升其油料品質(zhì)，再經(jīng)過異構(gòu)反應(yīng)得到更多的潤滑油基礎(chǔ)油，并且經(jīng)過這一次的加氫精制反應(yīng)后，所得到的的

油料物質(zhì)就可以進(jìn)入減壓塔進(jìn)行最終的分離純化，這時(shí)我們就可以得到精餾后的柴油、輕潤、中潤、重潤等相關(guān)產(chǎn)品。

1.2 生產(chǎn)工藝原理

1.2.1 加氫裂化反應(yīng)原理

常見的燃料油加氫裂化反應(yīng)的核心反應(yīng)是脫硫、脫氮以及最終的加氫飽和反應(yīng)，只有這樣才可以形成反應(yīng)的平衡，以維持進(jìn)料的餾程，同時(shí)生產(chǎn)原料中的硫氮等污染元素也會(huì)隨著反應(yīng)進(jìn)程的延續(xù)而陸續(xù)生成二氧化硫以及氨氣，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)脫硫脫氮，將氮硫這兩種元素從烴環(huán)上脫除。

而本文論述的潤滑油加氫裂化反應(yīng)的最典型的脫硫反應(yīng)是利用硫醇、噻吩將反應(yīng)過程中的烷烴轉(zhuǎn)變?yōu)橹辨溁蛑ф溚闊N，這樣就可以將其中的硫元素以二氧化硫的形式釋放出來。而最行之有效的脫氮反應(yīng)即是通過在反應(yīng)中加入吡啶、吡咯、喹啉等物質(zhì)進(jìn)而得到需要的石蠟烴、芳香烴并且將氮元素以氨氣的形式釋放出來。當(dāng)然之后就需要在異構(gòu)脫蠟之前將反應(yīng)溶液中的硫化氫以及氨氣脫除，即使不能完全脫出也需要將其值控制在標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi)，這樣才可以保證這兩種物質(zhì)不會(huì)損害貴金屬催化劑。通常情況下，如果反應(yīng)條件適宜，那么烯烴飽和反應(yīng)反應(yīng)異常迅猛，也是該生產(chǎn)工藝中反應(yīng)速度最快的反應(yīng)之一[3]。所以，該反應(yīng)中烯烴被飽和的時(shí)間也很短。這也就意味著相應(yīng)的芳香烴飽和很快，當(dāng)然該反應(yīng)也是加氫裂化的核心反應(yīng)。這其中芳香烴的飽和反應(yīng)會(huì)消耗之前加入的絕大部分氫氣，并且其釋放的熱能也是占比最大。通常，硫和氮脫掉，并不會(huì)影響反應(yīng)中的進(jìn)料分子的碳骨架，同時(shí)脫硫脫氮后的原料的粘度指數(shù)也會(huì)得到改善。更高粘度指數(shù)的鏈烷烴比重增加，也就使滑油基礎(chǔ)油的品質(zhì)更加的優(yōu)良。

1.2.2 異構(gòu)化反應(yīng)原理

該反應(yīng)需要異構(gòu)脫蠟催化劑的支持，利用該催化劑可以實(shí)現(xiàn)長鏈正構(gòu)烷烴的異構(gòu)化，進(jìn)而得到更多的異構(gòu)烷烴。這一反應(yīng)保留了原料中鏈烷烴的大部分粘度指數(shù)，對(duì)于潤滑油基礎(chǔ)油的粘度指數(shù)品質(zhì)影響不大，同時(shí)還可以保證產(chǎn)物中含有的烷烴基本上都是異構(gòu)烷烴。也是就說利用異構(gòu)脫蠟反應(yīng)，可以有效的提升產(chǎn)品的粘度指數(shù)和基礎(chǔ)油收率，且?guī)缀鯚o任何的副作用。反應(yīng)中所使用的異構(gòu)脫蠟催化劑也可以使反應(yīng)更加迅猛，進(jìn)而提升飽和芳香烴以及相關(guān)的裂解大分子的生產(chǎn)效率，同時(shí)促使脫硫、脫氮反應(yīng)的發(fā)生。

1.2.3 后精制反應(yīng)原理

當(dāng)潤滑油基礎(chǔ)油的生產(chǎn)原料油經(jīng)過了以上兩個(gè)反應(yīng)后，就可以進(jìn)入后精制反應(yīng)器進(jìn)行后續(xù)的精制提純，即脫出稠環(huán)芳烴，這一過程需要在相對(duì)較低的溫度條件下進(jìn)行，通常，想要脫出稠環(huán)芳烴，這一反應(yīng)的溫度需要控制在288℃以下，否則很難實(shí)現(xiàn)其飽和，如果溫度控制不佳，得到的潤滑油基礎(chǔ)油中這類稠環(huán)芳烴過多，那么得到的基礎(chǔ)油的色度和安定性都會(huì)被顯著降低。

1.3 生產(chǎn)工藝條件對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的影響

潤滑油基礎(chǔ)油的生產(chǎn)需經(jīng)過五道基礎(chǔ)工藝，故其性質(zhì)會(huì)受工況條件的影響，比如反應(yīng)系統(tǒng)的壓力、溫度、空速。相應(yīng)的投入的氫油比、氫分壓及最基礎(chǔ)的原料性質(zhì)等都會(huì)影響最終產(chǎn)品的性能指標(biāo)。經(jīng)過長期的實(shí)踐總結(jié)，加氫處理的壓力在18.0～20.0MPa最佳，而相應(yīng)的溫度則是在380～400℃，且還要保證進(jìn)料與催化劑的接觸效率，這也是加氫脫硫、脫氮的基礎(chǔ)保證，當(dāng)然后續(xù)的芳烴加氫飽和、開環(huán)、異構(gòu)化、轉(zhuǎn)化、精制等也需根據(jù)其設(shè)備的性能合理控制，這樣才可以在基礎(chǔ)上保證油品的粘溫性能以及相應(yīng)的色度，當(dāng)然這一反應(yīng)的整個(gè)過程相對(duì)而言適應(yīng)性較強(qiáng)，所以促進(jìn)該行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的突破口在拓展原料來源方面。

2 高壓加氫潤滑油基礎(chǔ)油性能分析

2.1 高粘度指數(shù)

粘度指數(shù)簡單的講就是流體粘度隨溫度的變化程度。潤滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)品粘度指數(shù)越高，那么就意味著其性能受溫度的影響越小，該產(chǎn)品的粘度也就對(duì)溫度越不敏感，能夠適應(yīng)更加惡劣的工況環(huán)境。根據(jù)潤滑油基礎(chǔ)油的粘度指數(shù)的不同，可以將它們分為中、高、特高三級(jí)，這三級(jí)對(duì)應(yīng)的粘指值是：35～80、80～110、110以上。本石化單位通過高壓加氫潤滑油基礎(chǔ)油裝置得到的產(chǎn)品其重潤粘指可以超過120，其對(duì)應(yīng)的粘度指數(shù)分布區(qū)間在100～170之間，基本上都是高檔次多級(jí)潤滑油。在低溫度環(huán)境下，產(chǎn)品中的高分子有機(jī)化合物分子在油中的溶解度小，相關(guān)的分子基本上都是呈現(xiàn)蜷曲緊密結(jié)構(gòu)，所以粘度變化小；當(dāng)高溫時(shí)，雖然相應(yīng)的溶解度增大，但這些蜷曲結(jié)構(gòu)膨脹伸長，這樣也可以彌補(bǔ)因溫度升高而下降的粘度。

2.2 優(yōu)良的低溫流動(dòng)性

潤滑油基礎(chǔ)油的傾點(diǎn)是指特定條件下，冷卻樣品可以流動(dòng)的最低溫度。一般情況下，潤滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)品都需要考慮傾點(diǎn)問題，這也是油品的重要質(zhì)量指標(biāo)之一，并且傾點(diǎn)越低越好。本石化單位通過高壓加氫生產(chǎn)的輕潤對(duì)應(yīng)的傾點(diǎn)低于-30℃，中潤、重潤也可以做到低于-15℃，所以品質(zhì)相對(duì)很優(yōu)良。在反應(yīng)過程中，通過異構(gòu)化得到異構(gòu)烷烴也可以顯著的降低基礎(chǔ)油的傾點(diǎn)，這樣就可以顯著改善其低溫流動(dòng)性。

2.3 外觀以及氧化安定性

潤滑油基礎(chǔ)油基本上都是需要清澈透明的外觀，良好的氧化安定性，這樣才能滿足社會(huì)實(shí)際需求。這是因?yàn)橛推返念伾旧夏軌蚍从称鋵?duì)應(yīng)的精制工藝的品質(zhì)以及得到潤滑油基礎(chǔ)油的穩(wěn)定性。基礎(chǔ)油的精制工藝越高，對(duì)應(yīng)的烴氧化物以及硫、氮等污染元素也就脫除的越干凈，潤滑油基礎(chǔ)油的顏色也就越淺。同時(shí)因?yàn)榉紵N含量會(huì)使氧化安定性降低。本石化單位為了保證基礎(chǔ)油的產(chǎn)品性能，其相應(yīng)的加氫裂化、加氫精制都會(huì)脫硫除雜，并且飽和芳烴，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)中潤、重潤的零含硫，同時(shí)產(chǎn)品中的芳烴含量也低于1%，進(jìn)而延長潤滑油的實(shí)際使用壽命。

3 結(jié)語

潤滑油基礎(chǔ)油在我國的需求量很高，對(duì)其品質(zhì)性能要求也在日益提高，而隨著高壓加氫處理工藝的完善，相對(duì)于傳統(tǒng)的物理方法，該生產(chǎn)工藝的原料適應(yīng)性更強(qiáng)，通過這一工藝得到的產(chǎn)品性能也是更高，品質(zhì)優(yōu)勢明顯。當(dāng)然想要實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)潤滑油基礎(chǔ)油的生產(chǎn)，那么在實(shí)際生產(chǎn)中，保證參數(shù)控制到位，不斷的根據(jù)自身的實(shí)際情況優(yōu)化操作參數(shù)，嚴(yán)控各指標(biāo)，不斷分析其產(chǎn)品的影響因素，也是發(fā)展高端潤滑油的必經(jīng)之路。