西江原油生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高黏度指數(shù)潤滑油基礎(chǔ)油技術(shù)研究

夏強斌，王海軍，劉 杰

(中海油氣(泰州)石化有限公司，江蘇 泰州 225321)

西江原油生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高黏度指數(shù)潤滑油基礎(chǔ)油技術(shù)研究

夏強斌，王海軍，劉 杰

(中海油氣(泰州)石化有限公司，江蘇 泰州 225321)

以西江重減壓蠟油為原料，模擬Chevron Lummus Global公司的三段高壓加氫工藝進行中型試驗，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高黏度指數(shù)潤滑油基礎(chǔ)油，分別對加氫裂化單元和異構(gòu)降凝-補充精制單元的操作條件進行了考察。試驗結(jié)果表明，在適宜的操作條件下，對西江重減壓蠟油采用加氫裂化-異構(gòu)脫蠟-補充精制的全氫工藝進行處理，可生產(chǎn)符合APIⅡ+8cSt標(biāo)準(zhǔn)要求的潤滑油基礎(chǔ)油，且產(chǎn)品收率高。

加氫裂化 異構(gòu)脫蠟 黏度指數(shù) 潤滑油基礎(chǔ)油

潤滑油廣泛應(yīng)用于汽車、機械、冶金等行業(yè)[1-2]。隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，電子燃油噴射、多氣門、增壓、排氣催化轉(zhuǎn)換、廢氣再循環(huán)、電動與混動等設(shè)計工藝在發(fā)動機上得到了廣泛的應(yīng)用，對潤滑油使用條件和質(zhì)量的要求也更為苛刻，要求其具有更高的抗氧化安定性、更好的黏溫性和低溫流動性等。潤滑油是由基礎(chǔ)油和添加劑組成，主要成分是基礎(chǔ)油[3-4]?；A(chǔ)油質(zhì)量的好壞直接影響到潤滑油的質(zhì)量，因此，對潤滑油基礎(chǔ)油抗氧化安定性、黏溫性、低溫流動性等性質(zhì)要求也愈來愈高[5-8]。

西江原油是低硫中間-石蠟基原油，其重餾分油(350～530 ℃餾分)收率為42.7%左右，飽和烴含量高，凝點高，硫、氮含量和殘?zhí)康?，是生產(chǎn)石蠟基潤滑油的優(yōu)質(zhì)原料。中海油氣(泰州)石化有限公司引進Chevron Lummus Global(CLG)公司開發(fā)的潤滑油異構(gòu)脫蠟技術(shù)和催化劑，以西江減壓蠟油為原料，采用加氫裂化-異構(gòu)脫蠟-后精制聯(lián)合技術(shù)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高黏度指數(shù)、低傾點的潤滑油基礎(chǔ)油。目前國內(nèi)已引進多套CLG潤滑油高壓加氫裝置，這些裝置在運行中都存在因原油性質(zhì)變化、反應(yīng)溫度和空速等操作條件不匹配引起的基礎(chǔ)油質(zhì)量不穩(wěn)定以及產(chǎn)品收率較低的問題[9-12]。因此，為了生產(chǎn)出符合APIⅡ+8cSt標(biāo)準(zhǔn)的潤滑油基礎(chǔ)油，中海油氣(泰州)石化有限公司以西江重減壓蠟油(HVGO)為原料開展中試研究，考察操作條件對產(chǎn)品性質(zhì)和產(chǎn)品收率的影響，確定最優(yōu)生產(chǎn)工藝條件，為工業(yè)生產(chǎn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 產(chǎn)品的指標(biāo)要求

采用西江HVGO生產(chǎn)APIⅡ+8cSt高黏度潤滑油基礎(chǔ)油，副產(chǎn)品為2cSt潤滑油基礎(chǔ)油，產(chǎn)品的主要指標(biāo)要求見表1。從表1可知：API Ⅱ+8cSt基礎(chǔ)油的指標(biāo)要求較高，要求黏度指數(shù)不小于115，高于中國石油化工股份有限公司制定的Ⅱ+基礎(chǔ)油黏度指數(shù)指標(biāo)(不小于110)[13]；同時，為了滿足市場用戶的實際使用情況，要求API Ⅱ+8cSt基礎(chǔ)油具有較低的濁點，即具有更優(yōu)異的低溫性能。

表1 潤滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)品的指標(biāo)要求

2 實 驗

2.1 原 料

西江HVGO(大于449 ℃餾分)原料的性質(zhì)見表2。從表2可以看出：該潤滑油餾分大于530 ℃的餾分收率超過15%，含蠟量、傾點也較高，從已有生產(chǎn)經(jīng)驗看，西江HVGO可以生產(chǎn)8cSt的潤滑油基礎(chǔ)油[13-14]。瀝青質(zhì)和硫氮含量較高，需要進一步優(yōu)化減壓蒸餾和加氫裂化工藝條件。

表2 西江HVGO的性質(zhì)

2.2 工藝流程

采用目前先進的全氫工藝生產(chǎn)高端潤滑油基礎(chǔ)油，中試裝置模擬工業(yè)裝置流程，分為加氫裂化、異構(gòu)降凝和補充加氫精制3個單元，其中加氫裂化單元主要是脫硫、脫氮以達到異構(gòu)降凝單元對原料的要求，異構(gòu)降凝單元主要是根據(jù)原料和基礎(chǔ)油指標(biāo)來改善黏度指數(shù)，而補充加氫精制單元則主要進行芳烴飽和，提高基礎(chǔ)油的氧化安定性。各個單元可串聯(lián)使用，也可單獨運行。為了便于考察加氫未轉(zhuǎn)化油的性質(zhì)，試驗中將加氫裂化單元單獨運行，得到的未轉(zhuǎn)化油再進入異構(gòu)降凝和補充加氫精制串聯(lián)單元處理。

2.3 催化劑裝填方案

本試驗中試裝置采用與工業(yè)裝置相同的SHELL公司催化劑，包括加氫處理催化劑、加氫裂化催化劑、異構(gòu)脫蠟催化劑和后精制催化劑，并模擬工業(yè)裝置的裝填比例，以期實現(xiàn)相近的空速，裝填方案如表3所示。

表3 催化劑裝填方案

3 結(jié)果與討論

3.1 加氫裂化試驗

3.1.1 操作條件考察 以西江HVGO為原料，采用與工業(yè)生產(chǎn)相同的壓力和氫氣循環(huán)氣率，考察操作溫度和空速對加氫裂化效果的影響。

在空速為基準(zhǔn)時，考察反應(yīng)溫度對加氫裂化轉(zhuǎn)化率以及未轉(zhuǎn)化油(UCO)收率的影響，結(jié)果見圖1。由圖1可以看出：隨著操作溫度的提高，轉(zhuǎn)化率逐漸增加，溫度每提高1 ℃，轉(zhuǎn)化率約增加1百分點，因此，高溫有利于轉(zhuǎn)化率的提高，但會使催化劑失活速率加快；隨著操作溫度的提高，UCO收率逐漸降低，在(基準(zhǔn)-20) ℃和基準(zhǔn)溫度之間，UCO收率降低速率較慢，溫度每升高10 ℃，UCO收率降低3～5百分點，大于基準(zhǔn)溫度后，UCO收率下降較快，溫度每升高10 ℃，UCO收率降低約10百分點。

圖1 溫度對加氫裂化轉(zhuǎn)化率以及UCO收率的影響■—UCO收率； ◆—轉(zhuǎn)化率

圖2 UCO黏度指數(shù)及黏度(100 ℃)隨轉(zhuǎn)化率的變化◆—黏度指數(shù)； ■—黏度(100 ℃)

UCO的黏度指數(shù)及黏度(100 ℃)隨加氫裂化轉(zhuǎn)化率變化的趨勢見圖2。從圖2可以看出，隨著轉(zhuǎn)化率的增加，UCO的黏度指數(shù)逐漸增大，黏度(100 ℃)逐漸降低。由于異構(gòu)降凝是黏度指數(shù)降低的過程，為生產(chǎn)APIⅡ+8cSt潤滑油基礎(chǔ)油，要求經(jīng)加氫裂化處理后未轉(zhuǎn)化油的黏度指數(shù)大于130，相應(yīng)的加氫裂化轉(zhuǎn)化率應(yīng)在19%以上。

在操作溫度為基準(zhǔn)時，考察空速對加氫裂化轉(zhuǎn)化率及UCO收率的影響，結(jié)果見圖3。從圖3可見：隨著空速的增加，轉(zhuǎn)化率逐漸降低，UCO收率逐漸提高；當(dāng)體積空速為(基準(zhǔn)-0.2) h-1時，轉(zhuǎn)化率可達到24.0%，但當(dāng)體積空速提高到(基準(zhǔn)+0.2) h-1時，轉(zhuǎn)化率降低到12.9%。

圖3 空速對加氫裂化轉(zhuǎn)化率及UCO收率的影響◆—轉(zhuǎn)化率； ■—UCO收率

3.1.2 操作條件及UCO性質(zhì) 綜合考慮UCO的收率、黏度指數(shù)以及加氫過程的苛刻度，加氫裂化的操作條件、產(chǎn)品收率和性質(zhì)見表4，操作過程中可以根據(jù)產(chǎn)品性質(zhì)變化進行微調(diào)，保證其滿足異構(gòu)降凝過程對硫、氮含量及黏度指數(shù)的要求。從表4可以看出，UCO收率為91.12%，黏度指數(shù)為134，完全滿足異構(gòu)降凝單元對原料的要求。

表4 加氫裂化操作條件及UCO性質(zhì)

3.2 異構(gòu)降凝和補充加氫精制試驗

3.2.1 操作條件考察 以UCO為原料，對異構(gòu)降凝-補充加氫精制的操作條件進行研究，采用與工業(yè)生產(chǎn)相同的壓力和氫氣循環(huán)氣率，考察反應(yīng)溫度、空速對異構(gòu)降凝-補充加氫精制效果的影響。

在反應(yīng)壓力為16.5 MPa、空速為基準(zhǔn)的條件下，考察反應(yīng)溫度對液體收率、目的產(chǎn)品收率和濁點的影響，結(jié)果見圖4。由圖4可知：隨著反應(yīng)溫度的提高,液體收率逐漸降低，操作溫度每提高10 ℃，液體收率約降低6百分點；隨著反應(yīng)溫度的增加，目的產(chǎn)品的收率也逐漸降低，其降低趨勢和液體收率降低趨勢一致；目的產(chǎn)品的濁點隨著反應(yīng)溫度的提高也呈下降趨勢，在試驗溫度范圍內(nèi)，濁點均在-10 ℃以下，API Ⅱ+8cSt潤滑油基礎(chǔ)油的濁點要求是不大于-10 ℃，因此可以適當(dāng)降低異構(gòu)降凝的反應(yīng)溫度，即降低反應(yīng)的苛刻度。

圖4 反應(yīng)溫度對液體收率、目的產(chǎn)品收率及濁點的影響◆—液體收率； ■—目的產(chǎn)品收率； ▲—濁點。 圖5同

在反應(yīng)溫度為基準(zhǔn)、操作壓力為16.5 MPa的條件下，考察空速對液體收率、目的產(chǎn)品收率和濁點的影響，結(jié)果見圖5。由圖5可知：隨著空速的增加，液體收率和目的產(chǎn)品的收率均逐漸增加，且變化趨勢一致；隨著空速的降低，目的產(chǎn)品的濁點呈下降趨勢，且下降幅度較大，這說明異構(gòu)降凝單元的降凝效果非常顯著；在試驗空速范圍內(nèi)，目的產(chǎn)品的濁點均在-10 ℃以下。

圖5 空速對液體收率、目的產(chǎn)品收率及濁點的影響

3.2.2 操作條件及潤滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)品性質(zhì) 綜合考慮目的產(chǎn)品收率和性質(zhì)，異構(gòu)降凝-補充加氫精制的操作條件及潤滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)品性質(zhì)分別見表5和表6。從表6可以看出：API Ⅱ+8cSt潤滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)品的性質(zhì)優(yōu)于指標(biāo)要求，其酸值低、氧化安定性好，黏度指數(shù)達到121，遠超過市面上API Ⅱ+類和API Ⅱ類基礎(chǔ)油的黏度指數(shù)并接近API Ⅲ類基礎(chǔ)油性能；濁點為-17 ℃，遠低于指標(biāo)要求(不大于-10 ℃)，這意味著實際生產(chǎn)中，如果在符合濁點要求時采用較低的操作溫度，則會提高潤滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)品的收率。

表5 異構(gòu)降凝-補充加氫精制的試驗條件

表6 潤滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)品的性質(zhì)

4 結(jié) 論

在適宜的操作條件下，采用CLG潤滑油高壓加氫技術(shù)加工西江HVGO可以生產(chǎn)出黏度指數(shù)不小于115的潤滑油基礎(chǔ)油，其濁點低、酸值低、氧化安定性好，可滿足APIⅡ+8cSt 潤滑油基礎(chǔ)油的指標(biāo)要求。

[1] 趙江.潤滑油基礎(chǔ)油的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].石油煉制與化工，2003，34(3)：38-42

[2] 屈清洲，徐麗秋.中國石油潤滑油基礎(chǔ)油生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展[J].潤滑油，2003，18(1)：1-11

[3] 張澤娜.綜述潤滑油的調(diào)和方法及設(shè)備[J].廣東化工，2007，34(6)：86-88

[4] Yang Lihe，Zhu Yong，F(xiàn)an Guochen，et al.Test on evaluation method for biodegradability of lubricants[J].Transactions of Tianjin University，2008，14：61-65

[5] Rousmaniere J.Group I base oil decline in North America[J].Lubricant World，2000，10(11)：14-16

[6] Matti L，Henrik G H.Top-tier base oil trends reflect European engine oil demands[J].Lubricant World，2000，10(11)：25-26

[7] Roger C.Base oil in the Asia Pasific[J].Hydrocarbon Engineering，2001，6(1)：51-53

[8] 孫國權(quán)，姚春雷，全輝，等.全氫法生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油技術(shù)的開發(fā)及工業(yè)應(yīng)用[J].石油煉制與化工，2014，45(10)：84-87

[9] 張戈.中國石油3套潤滑油高壓加氫裝置運行情況分析[J].當(dāng)代化工，2004，33(1)：34-36

[10]曹文磊，劉英.潤滑油加氫裝置的原料優(yōu)化與合理利用[J].潤滑油，2012，27：55-60

[11]邵振福，張大偉，程虹.國內(nèi)外潤滑油加氫異構(gòu)脫蠟技術(shù)對比分析[J].遼寧化工，2015，44(5)：560-562

[12]任建松，陳淳，蔡烈奎.環(huán)烷基潤滑油基礎(chǔ)油生產(chǎn)工業(yè)的中試研究和流程優(yōu)化[J].石油煉制與化工，2014，45(3)：69-73

[13]周高斐.改善潤滑油加氫原料性質(zhì)提升基礎(chǔ)油產(chǎn)品質(zhì)量[EBOL].(2013-12-04).http：xueshu.baidu.coms?wd=paperuri%3A%285ebd50347fb65f9c4bc994ad4e6442e5%29& filter=sc_long_sign&tn=SE_xueshusource_2kduw22v&sc_vurl=http%3A%2F%2Fwww.docin.com%2Fp-1222178187.html&ie=utf-8

[14]李德松.潤滑油加氫裝置原料的影響及對策[J].高橋石化，2006，21(5)：13-17

STUDY OF PRODUCTION OF HIGH VISCOSITY INDEX LUBRICATING BASE OIL FROM XIJIANG CRUDE HVGO

Xia Qiangbin， Wang Haijun， Liu Jie

(CNOOCTaizhouPetrochemicalCo.Ltd.，Taizhou，Jiangsu225321)

The Xijang crude HVGO was tested in a pilot plant to produce high Ⅵ base oil by simulated Chevron’s all hydrotreating processes. The operation conditions for hydrocracking， hydroiso-dewaxing and hydrofining processes were investigated respectively. It is concluded that APIⅡ+8cSt lube base oil can be produced by hydrocracking-hydroiso-dewaing-hydrofining processes. The product yield is high.

hydrocracking； hydroiso-dewaxing； viscosity index； lubricant base oil

2016-01-11； 修改稿收到日期： 2016-04-20。

夏強斌，高級工程師，主要從事大型煉化項目建設(shè)以及煉油化工企業(yè)經(jīng)營管理工作。

王海軍，wanghj62@cnooc.com.cn。