陳恩平,鄧會放
(恒力石化(大連)煉化有限公司,遼寧大連 116000)
潤滑油主要用于工業(yè)設備和車輛。不同使用條件和用途的潤滑油有著不同的要求,以汽車發(fā)動機油為例,其對潤滑油品質(zhì)的要求除潤滑性能外,還有低排放、低油耗、省燃料油、長壽命,換油周期長等。對應的,則要求潤滑油基礎油具有低揮發(fā)性、低黏度、氧化安定性好等性能。雖然添加劑的加入能夠改善潤滑油的性質(zhì),但仍無法保證更高要求的質(zhì)量。近年來,市場對潤滑油基礎油的質(zhì)量提出了新的要求,需具有較高的黏度指數(shù)、良好的低溫流動性、更高的抗氧化安定性以及較低的揮發(fā)性等性能,為滿足市場的需求,便促使?jié)櫥突A油的生產(chǎn)工藝需要不斷的更新。表1列出了API基礎油分類標準。
表1 API基礎油分類
“老三套”是潤滑油基礎油生產(chǎn)的傳統(tǒng)工藝,主要包括糠醛精制、酮苯脫蠟、白土精制三個主要過程,根據(jù)原料含蠟量及目標產(chǎn)品的不同,可以在工藝上調(diào)整糠醛精制與酮苯脫蠟的順序,即“老三套”工藝流程有正序與反序的區(qū)別。
近幾十年來,“老三套”工藝原理上基本沒有大的變化,傳統(tǒng)溶劑精制工藝之所以長期存在,其優(yōu)點是高黏度基礎油產(chǎn)率高,能副產(chǎn)高熔點石蠟和芳香基橡膠油等。缺點是對原油品種的適應性較差,無法生產(chǎn)高黏度指數(shù)、低傾點、低硫氮含量和低芳烴含量的API II類和III類基礎油,對環(huán)境污染程度高[1]?!袄先住惫に囍饕a(chǎn)I類基礎油,從生產(chǎn)工藝來看,生產(chǎn)過程基本以物理過程為主,不改變烴類結(jié)構(gòu),生產(chǎn)的基礎油質(zhì)量取決于原料中理想組分的含量和性質(zhì)。因此,該類基礎油在性能上受到限制。
加氫法基礎油生產(chǎn)工藝最早出現(xiàn)在20世紀60年代初期,首先從加氫精制取代白土精制開始?;A油生產(chǎn)技術逐步向加氫技術轉(zhuǎn)變,逐步經(jīng)歷了加氫精制,加氫裂化/處理,催化脫蠟,異構(gòu)脫蠟階段。加氫生產(chǎn)工藝具有收率高、操作靈活性大等優(yōu)點,加氫基礎油具有好的黏溫性能、低溫流動性能、低揮發(fā)性能和抗氧化安定性,特別是用于生產(chǎn)調(diào)配大跨度潤滑油的低黏度基礎油,具有極低CCS黏度和低揮發(fā)度的API III類基礎油只能用加氫法生產(chǎn)。
長鏈烷烴的存在使油品具有蠟的特性,傾點高。去除油品中長鏈的烷烴則是降低油品傾點的首要目的。加氫裂化可以通過裂化手段去除長鏈烷烴,將其裂化成小分子,從而降低基礎油的傾點,但是由于裂化功能,造成產(chǎn)品的收率較低。異構(gòu)脫蠟技術則將長鏈烷烴進行異構(gòu)化,最大限度保留大分子的情況下,大幅降低了基礎油的傾點,從而保證了基礎油的高收率。
1993年,Chevron公司使用異構(gòu)脫蠟(IDW)工藝在美國雪佛龍公司里奇蒙(Richmond)煉油廠一次投產(chǎn)成功,異構(gòu)脫蠟工藝相較于加氫裂化工藝,在保證潤滑油基礎油低傾點的同時,獲得了高黏度指數(shù),從而開啟了使用異構(gòu)脫蠟技術生產(chǎn)低傾點、高黏度指數(shù)潤滑油基礎油的新時代。
某石化裝置采用CLG公司加氫精制—異構(gòu)脫蠟—加氫后精制的工藝流程,以上游蠟油加氫裂化尾油為原料,傾點高達40℃。產(chǎn)品滿足API III類標準的基礎油,在潤滑油基礎油的生產(chǎn)工藝選擇上,異構(gòu)脫蠟工藝已成為目前最理想的生產(chǎn)工藝。圖1為15#白油、32#白油與原料油黏度指數(shù)對比。
圖1 產(chǎn)品與原料黏指對比圖
潤滑油具有黏度、傾點、閃點、氧化安定性、揮發(fā)度、黏度指數(shù)等重要指標。其中,良好的黏度指數(shù)保證了潤滑油在不同溫度下都能夠起到很好的潤滑效果。
黏度指數(shù)是指潤滑油在不同溫度下的黏度變化程度,用來表征潤滑油黏度隨溫度變化而變化的程度。隨著溫度的變化,潤滑油黏度變化越小,證明潤滑油的黏溫性能越好。潤滑油的黏度指數(shù)越高,則表示潤滑油的黏度受溫度的影響越小,黏度對溫度越不敏感,對溫度的適應性越強,保證了潤滑油在溫度變化的情況下,保持良好的黏度,從而保證其潤滑性能。
基礎油的黏度指數(shù)由油品中的烴類分子結(jié)構(gòu)決定,飽和烴、異構(gòu)烷烴含量的增加將會提高基礎油的黏度指數(shù)。
在潤滑油基礎油的工業(yè)化生產(chǎn)中,異構(gòu)脫蠟技術需要與加氫精制相結(jié)合。基礎油所含主要元素 H/C的比例,一定程度反映了基礎油的烴類組成,因此也影響了與烴類組成密切相關的黏度指數(shù)變化,加氫精制使芳烴等不飽和烴飽和,從而提高 H/C的比例。
隨著H/C摩爾比的增加,基礎油黏度指數(shù)相應增加。H/C摩爾比增加,表明基礎油中飽和烴,異構(gòu)烷烴含量增加,不飽和烴和環(huán)烷烴含量相對減少。飽和烴、異構(gòu)烷烴含量增加對于基礎油黏度指數(shù)的提高有正的影響,有利于提高基礎油的黏溫性能。
1)由于鏈狀烷烴的黏度指數(shù)高,但是傾點也高,環(huán)狀烴類的黏度指數(shù)和傾點都比鏈烷烴的低,基礎油中飽和烴、異構(gòu)烷烴含量決定了其黏度指數(shù)的大小。提高基礎油中的 H/C比例,顯著提高了基礎油的黏度指數(shù)。潤滑油異構(gòu)脫蠟技術能夠在保證碳原子數(shù)量的情況下,破壞直鏈烷烴結(jié)構(gòu),降低油品的傾點,以此獲得高黏度指數(shù)。
2)通過對加裂尾油進行精制,將原料中少量的不飽和烴進一步飽和,增加分子中的氫原子,從而提高H/C比,提高了潤滑油基礎油的黏度指數(shù)。