國內(nèi)環(huán)烷基原油減壓渣油生產(chǎn)150BS光亮油工藝研究及收率預測

蔡烈奎 張翠偵 徐巖峰 朱長申

中海油煉油化工科學研究院

150BS光亮油是一種重要的高黏度潤滑油基礎(chǔ)油，廣泛應用于發(fā)動機油、重負荷齒輪油和各種潤滑脂等產(chǎn)品的生產(chǎn)[1-2]?？死斠朗臼俏覈畲蟮?50BS生產(chǎn)基地，年產(chǎn)量在13×104t以上，以克拉瑪依油田的稠油減壓渣油為原料，采用溶劑脫瀝青工藝生產(chǎn)合適的輕脫油，采用了殼牌公司以異構(gòu)脫蠟催化劑為核心的全氫型潤滑油加氫技術(shù)，專門生產(chǎn)150BS光亮油和大黏度基礎(chǔ)油[3-6]。大慶煉化公司煉油廠引進Chevron公司技術(shù)的異構(gòu)脫蠟裝置生產(chǎn)黏度為20 mm2/s的基礎(chǔ)油，放置后出現(xiàn)絮狀物[7]，后來就不再持續(xù)生產(chǎn)。荊門石化也生產(chǎn)一定量的BS光亮油，以120BS光亮油為主[8]。按照中國潤滑油市場情況，國內(nèi)預計每年消耗150BS光亮油約40×104t。目前，國內(nèi)所有生產(chǎn)廠家每年可生產(chǎn)約20×104t，其余20×104t需要進口。

表1 國內(nèi)幾種典型環(huán)烷基減壓渣油性質(zhì)Table 1 Properties of several typical naphthene vacuum residues in China原料名稱密度(20 ℃)/(kg·m-3)100 ℃運動黏度/(mm2·s-1)w(殘?zhí)?/%軟化點/℃針入度/0.1 mm延度(10 ℃)/cmw(蠟)/%金屬質(zhì)量分數(shù)/( mg·kg-1)FeCaMgVNi新疆減渣10.985 012.0047.185>1001.036.43661.09.75.216.1新疆減渣20.985 513.2746.2971131.355.2566.08.68.729.6中海油減渣10.979 3355.911.6424.4>300>1002.711.7145.42.60.81.5中海油減渣20.995 21 010.016.0334.9268.7>1003.037.622.18.421.253.8

光亮油的生產(chǎn)與其原料密切相關(guān)，是否能夠生產(chǎn)質(zhì)量較優(yōu)的光亮油需要一定的工藝技術(shù)。本研究選用國內(nèi)4種典型的環(huán)烷基原油減壓渣油為原料，進行150BS光亮油的生產(chǎn)工藝研究，并力求尋找原料性質(zhì)與150BS光亮油之間的關(guān)系。

1 原料油性質(zhì)

在國內(nèi)以4種環(huán)烷基減壓渣油為研究對象，其性質(zhì)見表1。

由表1中的數(shù)據(jù)可知：①從得到的4種減壓渣油性質(zhì)來看，其共同點是密度較小，軟化點較低，延度較大，因環(huán)烷基油屬性，其金屬含量較高，特別是鈣、鐵、鎳含量均較高；②新疆減渣雖然密度小，但達到了高等級道路瀝青的主要指標要求。

2 生產(chǎn)工藝研究

2.1 溶劑脫瀝青試驗

以上述4種減壓渣油為原料，在實驗室進行了溶劑脫瀝青試驗，中試裝置原料油進料規(guī)模1 kg/h，典型操作條件見表2，輕脫油產(chǎn)品性質(zhì)見表3。

對表2、表3中的數(shù)據(jù)進行分析，可得出以下結(jié)論：

表2 4種減壓渣油丙烷脫瀝青試驗工藝條件和輕脫油收率Table 2 Technological conditions of propane de-asphalting and DAO yield of four vacuum residues原料萃取壓力/MPa萃取溫度/℃沉降溫度/℃劑油體積比輕脫油收率/%新疆減渣1457756∶131.64新疆減渣2480606∶132.20中海油減渣1455726∶149.21中海油減渣24608210∶131.80

表3 4種輕脫油性質(zhì)Table 3 Properties of four DAO原料100 ℃運動黏度/(mm2·s-1)40 ℃運動黏度/(mm2·s-1)黏度指數(shù)20 ℃密度/(kg·m-3)凝點/℃折光率(20 ℃)w(殘?zhí)?/%新疆減渣1109.4018①938.1101.517 70.93新疆減渣272.05334052916.251.505 30.98中海油減渣138.57101360931.1121.515 00.89中海油減渣237.96102456927.4231.514 80.99原料w(硫)/(mg·kg-1)w(氮)/(mg·kg-1)w(金屬)/(mg·kg-1)FeVCaNiMg新疆減渣11900990<0.2<0.21.8<0.2<0.2新疆減渣268532502.4<0.21.5<0.21中海油減渣122001878<0.2<0.20.2<0.2<0.2中海油減渣232701865<0.2<0.20.1<0.2<0.2 注:①40 ℃黏度測量超范圍,黏度指數(shù)為測量80 ℃黏度計算得到。

(1) 從4種減壓渣油的丙烷脫瀝青工藝條件來看，丙烷抽提條件較緩和，輕脫油收率均較高，在31%以上，特別是中海油減渣1，其丙烷脫瀝青收率達到49%以上。

(2) 4種減壓渣油得到的輕脫油黏度指數(shù)均不高，最高的是以中海油減渣1為原料得到的，其輕脫油黏度指數(shù)約為60。

(3) 4種輕脫油的黏度、凝點數(shù)據(jù)表明，新疆減渣1得到的輕脫油黏度最高，其100 ℃運動黏度達到100 mm2/s以上，中海油減渣2得到的輕脫油黏度最低，其100 ℃運動黏度只有38 mm2/s。

(4) 4種輕脫油凝點數(shù)據(jù)表明，新疆減渣2得到的凝點最低，只有5 ℃,中海油減渣2得到的輕脫油凝點最高，達到23 ℃。

(5) 各輕脫油的金屬含量和殘?zhí)繑?shù)值表明，4種輕脫油基本滿足加氫裝置的進料要求。

2.2 加氫工藝及加氫+酮苯脫蠟組合工藝研究

分別以上述4種輕脫油為原料在實驗室進行了中試試驗，其中兩種新疆減渣和中海油減渣1采用加氫處理-異構(gòu)脫蠟-補充精制三段加氫全加氫工藝路線，選用同樣的市售加氫處理催化劑、異構(gòu)脫蠟催化劑和貴金屬精制催化劑；中海油減渣2采用了高壓加氫處理+酮苯脫蠟的組合工藝技術(shù)。其加氫中試試驗工藝條件見表4，光亮油產(chǎn)品性質(zhì)見表5。

對表4、表5中數(shù)據(jù)進行分析，得出以下結(jié)論：

(1) 幾種輕脫油黏度相差較大，黏度指數(shù)也有差異，但得到同樣黏度指數(shù)的目標產(chǎn)品150BS光亮油，其加氫處理反應條件基本接近；說明一定的加氫處理反應溫度可以調(diào)整烴類的分子結(jié)構(gòu)，大黏度輕脫油經(jīng)過加氫處理，其黏度降低幅度更大。當其目標產(chǎn)物的黏度、黏度指數(shù)相近時，其分子結(jié)構(gòu)也趨于接近。

(2) 幾種輕脫油采用同樣的催化劑組合，得到150BS光亮油產(chǎn)品，其濁點有明顯差異，以中海油減渣1、新疆減渣1為原料時，其150BS光亮油基本沒有濁點問題；由中海油減渣2得到的輕脫油凝點最高，采用全加氫工藝時得到的光亮油濁點達到16 ℃，改為加氫處理+酮苯脫蠟工藝后，其濁點降低；由新疆減渣2得到的輕脫油凝點最低，但采用全加氫工藝時得到的光亮油濁點達到10 ℃，說明其降凝要求較為特殊，需要篩選針對性更強的異構(gòu)脫蠟催化劑。

表4 幾種渣油輕脫油高壓加氫工藝條件Table 4 High pressure hydrogenation process conditions of four residue DAO原料氫分壓(處理/降凝/精制)/MPa反應溫度(處理/降凝/精制)/℃體積空速(處理/降凝/精制)/h-1氫油體積比(處理/降凝/精制)新疆減渣115/15/15382/300/2600.4/1.0/1.61000∶1/600∶1/600∶1新疆減渣215/15/15382/325/2400.4/1.0/1.61000∶1/600∶1/600∶1中海油減渣115/15/15383/340/2600.4/1.0/1.61000∶1/600∶1/600∶1中海油減渣215/15/15384/345/2600.4/1.0/1.61000∶1/600∶1/600∶1中海油減渣215①375①酮苯脫蠟②100∶1① 注:①降凝和精制無數(shù)據(jù)。②采用加氫處理+加氫精制+酮苯脫蠟組合工藝,酮苯脫蠟工藝條件如下:溶劑組成:V(丁酮)∶V(甲苯)=50∶50;總的劑油質(zhì)量比:3.5∶1;過濾溫度:-18 ℃;冷洗劑油質(zhì)量比0.5:1,冷洗溫度:-18 ℃。

表5 5種光亮油性質(zhì)Table 5 Properties of five bright oils原料切割溫度/℃收率①/%100 ℃運動黏度/(mm2·s-1)40 ℃運動黏度/(mm2·s-1)黏度指數(shù)塞波特顏色/色號20 ℃密度/(kg·m-3)開口閃點/℃傾點/℃濁點/℃旋轉(zhuǎn)氧彈/min新疆減渣1≥48039.5029.67500.685+30881.3285-15-10 380新疆減渣2≥46055.6032.25589.283+30887.3281-15+10 420中海油減渣1≥49044.0430.27511.186+30886.9290-12-15②430中海油減渣2≥50040.8028.50485.583+30887.3305-15+16 440中海油減渣2≥49259.9027.93463.984+26895.1275-9-4 285 注:①收率均相對于輕脫油(DAO)。②油品凝固,沒有出現(xiàn)濁點。

(3) 從異構(gòu)脫蠟反應溫度和光亮油的傾點數(shù)據(jù)來看，在傾點相近時，由新疆減渣1得到的輕脫油，其異構(gòu)脫蠟反應溫度最低，新疆減渣2得到的輕脫油其異構(gòu)脫蠟反應溫度次之，中海油減渣1得到的輕脫油其異構(gòu)脫蠟反應溫度較高，中海油減渣2得到的輕脫油其異構(gòu)脫蠟反應溫度最高；說明凝點高的輕脫油蠟含量不一定高，凝點低的輕脫油蠟不一定容易脫除，輕脫油的異構(gòu)脫蠟存在差異。

(4) 對比中海油減渣2的兩種工藝，采用加氫處理+酮苯脫蠟組合工藝生產(chǎn)光亮油收率更高，但因含有一定量的芳烴，其氧化安定性略差。

(5) 切割點數(shù)據(jù)表明，為滿足光亮油黏度指標，黏度指數(shù)低的輕脫油和黏度小的輕脫油均需要適當提高減壓蒸餾切割點，這也是導致收率低的原因之一。

2.3 150BS光亮油收率的預測分析

在光亮油的生產(chǎn)過程中，經(jīng)常涉及到收率及經(jīng)濟性的問題，能否經(jīng)由簡單的原料分析判斷出150BS光亮油的收率較為重要?？紤]到黏度和黏度指數(shù)在一定程度上代表了油品的分子組成，統(tǒng)計了以上4種環(huán)烷基減壓渣油輕脫油生產(chǎn)150BS光亮油時其輕脫油的黏度、黏度指數(shù)和150BS光亮油的黏度、黏度指數(shù)及收率，數(shù)據(jù)見表6。

表6 4種環(huán)烷基輕脫油及其150BS光亮油的數(shù)據(jù)Table 6 Data of four naphthenic DAO and 150BS bright oil原料項目光亮油收率(相對DAO)/%100 ℃運動黏度/(mm2·s-1)黏度指數(shù)傾點/℃新疆減渣1DAO109.402010150BS39.529.6785-15新疆減渣2DAO72.05525150BS55.632.2583-15中海油減渣1DAO38.576012150BS44.030.2786-12中海油減渣2DAO37.965623150BS40.828.5083-15

由前期分析可知，達到150BS光亮油質(zhì)量要求時，4種輕脫油的加氫處理反應溫度基本接近。由此可以推斷，在一定的反應溫度下，不同來源的環(huán)烷基輕脫油得到了同質(zhì)化的處理，可以考慮通過簡單的原料數(shù)據(jù)分析，如輕脫油的黏度和黏度指數(shù)來預測150BS光亮油的收率。

如新疆減渣1，其100 ℃的運動黏度和黏度指數(shù)的乘積開平方的數(shù)值為：

如新疆減渣2，其100 ℃的運動黏度和黏度指數(shù)的乘積開平方的數(shù)值為：

如中海油減渣1，其100 ℃的運動黏度和黏度指數(shù)的乘積開平方的數(shù)值為：

以上數(shù)據(jù)相比其150BS光亮油收率數(shù)據(jù)(無百分比)，其差值分別為4.9、5.6和4.1，此差值范圍較小，基本在5左右。為了準確預測150BS光亮油收率，在此引入了-5%，主要考慮脫蠟造成的收率損失。經(jīng)過歸納，基本可以得到以下預測150BS光亮油收率的公式：

150BS光亮油收率≈-5%(蠟質(zhì)量分數(shù)的修正)+

并將此公式用于預測中海油減渣2光亮油收率，其收率為：

實際其150BS光亮油收率為40.8%，偏差為0.3%，說明采用上述公式預測150BS光亮油的收率是可行的。

同時，根據(jù)公式也可以預測，由環(huán)烷基輕脫油生產(chǎn)150BS光亮油時，其輕脫油原料的黏度及黏度指數(shù)均應適中，其100 ℃運動黏度數(shù)值×黏度指數(shù)數(shù)值的乘積數(shù)值越大，目標產(chǎn)品收率越高。

3 結(jié)論

(1) 不同來源環(huán)烷基原油的輕脫油采用全氫法生產(chǎn)150BS光亮油時，其加氫處理溫度接近，說明同類原油的輕脫油達到近似結(jié)構(gòu)時所需反應溫度接近。

(2) 選用的4種環(huán)烷基輕脫油生產(chǎn)150BS光亮油

(3) 低黏度、黏度指數(shù)適中的輕脫油為得到較高的光亮油收率，可以通過加氫+酮苯脫蠟組合工藝生產(chǎn)150BS光亮油，但產(chǎn)品的氧化安定性略低。

(4) 采用異構(gòu)脫蠟工藝時，150BS光亮油的濁點與原料蠟含量關(guān)系不大，與蠟的組成結(jié)構(gòu)和異構(gòu)脫蠟催化劑是否適用于原料中的蠟有關(guān)。