石蠟基減壓渣油生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油的研究

張翠偵，朱長申，徐巖峰

(中海油煉油化工科學研究院，山東 青島 266500)

全球原油資源逐步趨于重質(zhì)化、劣質(zhì)化，預計2020年后重質(zhì)原油儲量約占全球可采原油儲量的50%左右，重質(zhì)油高效加工利用是煉油行業(yè)面臨的重大挑戰(zhàn)[1-2]。我國原油大多偏重，石蠟基原油中減壓渣油的收率超過40%[3-4]。

隨著原油的多樣化，近年來各企業(yè)如中海(油氣)泰州石化有限公司逐漸采用石蠟基減壓蠟油為原料生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油。減壓渣油作為生產(chǎn)重質(zhì)潤滑油基礎(chǔ)油的原料，通常是經(jīng)過溶劑脫瀝青工藝生產(chǎn)脫瀝青油。范思遠等[5]研究表明，與以異丁烷、正丁烷、戊烷及其混合物為溶劑相比，以丙烷為溶劑時，減壓渣油脫瀝青工藝的選擇性較高，脫瀝青油的品質(zhì)最好，其殘?zhí)孔畹?，是加工生產(chǎn)潤滑油的理想原料。故國內(nèi)外潤滑油型的溶劑脫瀝青工藝，幾乎都是丙烷脫瀝青工藝。

隨著環(huán)保政策的日趨嚴格，市場對潤滑油基礎(chǔ)油提出了更高的質(zhì)量要求，在市場總體產(chǎn)能過剩的情況下，高品質(zhì)的潤滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)量仍相對不足[6-8]。以加氫處理為核心的工藝技術(shù)所產(chǎn)的潤滑油基礎(chǔ)油具有收率高、質(zhì)量好、副產(chǎn)品質(zhì)量好、工藝靈活的優(yōu)點，該工藝已成為世界潤滑油基礎(chǔ)油生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的潮流[9-11]。

中海油某煉油廠加工的石蠟基原油經(jīng)常減壓蒸餾得到的減壓渣油由于蠟含量較高，不能直接用作道路瀝青，只能作為重質(zhì)燃料和焦化進料，附加值較低。本課題以該原油生產(chǎn)的減壓渣油為原料，經(jīng)丙烷脫瀝青得到脫瀝青油，再將脫瀝青油通過加氫處理-異構(gòu)脫蠟-補充精制工藝以及減壓蒸餾切割制備潤滑油基礎(chǔ)油系列產(chǎn)品。

1 實 驗

1.1 試驗原料

試驗所用石蠟基減壓渣油的性質(zhì)如表1所示。溶劑脫瀝青試驗所用的溶劑丙烷為市售產(chǎn)品，其組成(體積分數(shù))為丙烷97.92%、丙烯1.83%、異丁烷0.25%。

表1 石蠟基減壓渣油的性質(zhì)

1.2 催化劑

加氫處理采用鎢-鉬-鎳系催化劑，異構(gòu)脫蠟采用以分子篩為載體的鉑催化劑，加氫精制采用鉑-鈀系貴金屬加氫催化劑，3種催化劑均為市售產(chǎn)品，其主要性質(zhì)如表2所示。

表2 催化劑的主要性質(zhì)

1.3 工藝路線和主要操作條件

減壓渣油制備潤滑油基礎(chǔ)油試驗工藝流程如圖1所示。石蠟基減壓渣油通過溶劑脫瀝青-加氫處理-異構(gòu)脫蠟-補充精制工藝生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油系列產(chǎn)品，各單元的主要操作條件范圍如表3所示。

圖1 減壓渣油制備潤滑油基礎(chǔ)油試驗工藝流程示意

表3 各單元的主要操作條件范圍

1.4 試驗裝置和儀器設(shè)備

400 mL固定床加氫試驗裝置，邁瑞爾(上海)有限公司制造；1 kgh溶劑精制裝置，洛陽凱美勝石化設(shè)備有限公司生產(chǎn)；CANNON CAV-2100運動黏度測定儀，美國凱能儀器公司制造；PHO-TON硫含量分析儀和氮含量分析儀，美國PHOTONLAB公司制造；傾點儀，法國ISL公司制造；HERZOG HFP370開口閃點測定儀，德國HERZOG公司制造。

2 結(jié)果與討論

2.1 丙烷脫瀝青試驗

由表1可知，本試驗所用石蠟基減壓渣油的飽和分質(zhì)量分數(shù)為34%、芳香分質(zhì)量分數(shù)為32.1%，理想組分含量較高。為保證理想組分最大限度的抽提，擬采用較大的劑油比。在固定操作壓力為4 MPa的前提下，進行抽提溫度和劑油體積比的條件考察試驗，具體試驗條件及結(jié)果如表4所示。由表4可知，S-2條件下所得脫瀝青油的殘?zhí)繛?.95%，滿足加氫處理催化劑進料的指標要求(殘?zhí)啃∮?%)，且脫瀝青油收率與S-4條件相當。故選擇S-2條件進行放大試驗，所得脫瀝青油樣品的性質(zhì)如表5所示。由表5可知，放大試驗所得脫瀝青油的殘?zhí)繛?.95%，金屬總質(zhì)量分數(shù)低于2 μgg，滿足加氫處理催化劑的進料要求。脫瀝青油飽和烴含量高、凝點較高(大于50 ℃)，故需要選擇合適的脫蠟工藝才可得到傾點和濁點均滿足要求的潤滑油基礎(chǔ)油。

表4 石蠟基減壓渣油丙烷脫瀝青試驗條件及結(jié)果

表5 放大試驗脫瀝青油樣品的性質(zhì)

2.2 加氫處理試驗

以上述放大試驗所制備的脫瀝青油為原料，進行加氫處理試驗，具體工藝條件和加氫生成油性質(zhì)如表6所示。由表6可知：在其他試驗條件相同時，低體積空速下脫硫、脫氮效果更為顯著；在體積空速不變的前提下，提高反應(yīng)溫度有利于芳烴開環(huán)和飽和。此外，加氫處理生成油的凝點較高(大于60 ℃)，表明樣品的直鏈烷烴較多，故需通過異構(gòu)脫蠟降低樣品的蠟含量，制備傾點和濁點較低的潤滑油基礎(chǔ)油。

表6 脫瀝青油加氫處理試驗條件及生成油性質(zhì)

2.3 異構(gòu)脫蠟-補充精制試驗

顧善龍等[12]對潤滑油基礎(chǔ)油生產(chǎn)工藝的選擇進行了研究，Ⅱ類和Ⅲ類潤滑油基礎(chǔ)油均采用高壓加氫工藝制得，異構(gòu)脫蠟為目前生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油應(yīng)用最廣泛的工藝，具有優(yōu)良的穩(wěn)定性，產(chǎn)品收率和黏度指數(shù)較高。采用貴金屬補充精制催化劑可提高產(chǎn)品顏色、改善氧化安定性并進一步降低各副產(chǎn)品的傾點[13]。以上述H-5條件下的生成油為原料，采用市售異構(gòu)脫蠟催化劑和補充精制催化劑，進行異構(gòu)脫蠟試驗和補充精制試驗，其中異構(gòu)脫蠟段為3種催化劑的級配。在反應(yīng)壓力為15 MPa、體積空速為1.0 h-1、氫油體積比為800的條件下，考察異構(gòu)脫蠟-補充精制反應(yīng)溫度的影響，優(yōu)化的反應(yīng)溫度及生成油性質(zhì)如表7所示。由表7可知，經(jīng)異構(gòu)脫蠟-補充精制后生成油的硫質(zhì)量分數(shù)小于1 μgg，且外觀清澈透明。

表7 異構(gòu)脫蠟-補充精制優(yōu)化的反應(yīng)溫度及生成油性質(zhì)

為了得到不同牌號的潤滑油基礎(chǔ)油，采用減壓蒸餾對異構(gòu)脫蠟-補充精制后生成油樣品進行切割，所得潤滑油基礎(chǔ)油樣品的性質(zhì)如表8～表10所示。

表8 重質(zhì)潤滑油基礎(chǔ)油樣品的性質(zhì)

由表8可知：大于460 ℃ 餾分和大于400 ℃ 餾分的運動黏度、黏度指數(shù)、傾點、濁點和閃點(開口)等指標均分別滿足QSY 44—2009中90BS光亮油和HVIH14基礎(chǔ)油的性質(zhì)指標要求；大于460 ℃ 餾分和大于400 ℃ 餾分相對于脫瀝青油的收率分別為40.93%和48.81%；大于460 ℃ 餾分的運動黏度(100 ℃)僅為20.71 mm2s，即使調(diào)整切割溫度，也難以得到120BS光亮油(100 ℃下運動黏度指標為22～28 mm2s)和150BS光亮油(100 ℃下運動黏度指標為28～34 mm2s)。

表9 輕質(zhì)潤滑油基礎(chǔ)油樣品的性質(zhì)

由表9可知，輕質(zhì)潤滑油餾分的密度(20 ℃)、運動黏度(100 ℃)、傾點、硫含量等性質(zhì)均滿足QSY 44—2009中HVIH2基礎(chǔ)油的性質(zhì)指標要求，但其閃點(開口)偏低，可通過調(diào)整初餾點來滿足指標要求。

表10 中質(zhì)潤滑油基礎(chǔ)油樣品的性質(zhì)

由表10可知，360～420 ℃餾分和420～460 ℃餾分的運動黏度(100 ℃)、傾點及色度等性質(zhì)均分別滿足QSY 44—2009中HVIH4和HVIH8基礎(chǔ)油的指標要求。

由上述分析結(jié)果可知，石蠟基減壓渣油經(jīng)溶劑脫瀝青后得到脫瀝青油，脫瀝青油經(jīng)加氫處理-異構(gòu)脫蠟-補充精制得到加氫生成油，再將加氫生成油經(jīng)減壓蒸餾切割后可得到5種潤滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)品，各產(chǎn)品性質(zhì)基本滿足相應(yīng)潤滑油基礎(chǔ)油標準的指標要求，且與石蠟基減壓渣油的利用現(xiàn)狀相比，5種潤滑油基礎(chǔ)油均為高附加值產(chǎn)品。以脫瀝青油為基準時潤滑油基礎(chǔ)油總收率可達75%左右，以減壓渣油為基準時潤滑油基礎(chǔ)油總收率約為34%。

3 結(jié) 論

將石蠟基減壓渣油經(jīng)溶劑脫瀝青后得到脫瀝青油，脫瀝青油經(jīng)加氫處理-異構(gòu)脫蠟-補充精制得到加氫生成油，再將加氫生成油經(jīng)減壓蒸餾切割后可制得90BS，HVIH14，HVIH8，HVIH4，HVIH2共5個牌號的潤滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)品。以脫瀝青油進料為基準時潤滑油基礎(chǔ)油總收率可達75%左右，以減壓渣油為基準時潤滑油基礎(chǔ)油總收率約為34%。