重质润滑油基础油的原料制备及加工工艺的研究

时间：2024-05-19

张翠侦，焦祖凯，朱长申，许海龙，徐岩峰

(中国海油炼油化工科学研究院(北京)有限公司，山东青岛 266500)

0 引言

重质润滑油基础油广泛应用于内燃机油、车辆齿轮油、船舶发动机油、重负荷齿轮油和润滑脂等产品的生产，市场需求量较大。而重质润滑油基础油缺乏，且资源难觅。

减压渣油作为生产重质润滑油基础油的原料，通常是经过溶剂脱沥青工艺生产脱沥青油，即残渣润滑油的原料[1-3]。试验证明[4]，以丙烷作溶剂时，选择性较高，脱沥青油的品质最好，其残炭值最低，是加工生产润滑油的理想原料。故国内外润滑油型的溶剂脱沥青工艺，几乎都是丙烷脱沥青工艺。

本文以环烷基原油经常减压工艺所得的减压渣油和石蜡基原油经常减压工艺所得的减压渣油为原料，考察溶剂脱沥青试验影响因素，包括抽提温度、剂油体积比等对脱沥青油性质的影响，旨在拓宽生产重质润滑油基础油的资源。

1 实验部分

1.1 试验材料

试验原料为环烷基原油经常减压工艺所得的减压渣油(1#减压渣油)和石蜡基原油经常减压工艺所得的减压渣油(2#减压渣油)，主要性质见表1。

表1 减压渣油性质

表1(续)

注：*方法源于交通运输部发布的行业标准“JTG E20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程”。

由表1可知，两种减压渣油的硫含量、氮含量、胶质及残炭等均偏高，性质较差；且两种减压渣油的组成差别较大，石蜡基减压渣油的饱和分较环烷基减压渣油高，胶质和沥青质含量较低。

1.2 试验装置及催化剂

丙烷脱沥青试验采用连续式丙烷脱沥青试验装置，处理能力为1.0 kg/h，萃取塔内装填规整填料，操作压力为4 MPa。工艺原则流程如图1所示。

图1 丙烷脱沥青中试装置原则流程

丙烷为市售产品，纯度为97.92%。溶剂组成如表2所示。

表2 溶剂组成

表2(续)

2 结果与讨论

2.1 1#减压渣油丙烷脱沥青试验

该试验以1#减压渣油为原料，对丙烷脱沥青工艺操作参数如剂油比、抽提温度等进行考察。

2.1.1 剂油比对脱沥青油性质的影响

剂油比作为一个重要的影响因素，其大小决定了溶剂循环量的大小，对脱沥青油收率、质量和工艺过程的能耗都会产生直接的影响。故以1#减压渣油为原料，在其他影响因素固定的前提下，进行剂油比的考察试验，试验条件和结果如表3所示。

表3 1#减压渣油不同剂油比下丙烷脱沥青试验结果

由表3可知：

(1)在抽提温度等条件固定的前提下，剂油比由4∶1提高至10∶1，脱沥青油的收率由23.7%增至35.8%，但残炭、硫含量及氮含量等指标呈上升趋势，油品质量变差；

(2)剂油比为6∶1时，所得脱沥青油的残炭值为1.05%，满足加氢试验的进料要求(要求残炭值<1.2%)。

2.1.2 抽提温度对脱沥青油性质的影响

抽提温度对脱沥青过程影响较大，且最灵敏，作为控制脱沥青油收率和选择性的主要控制因素。因1#减压渣油最佳抽提剂油比为6∶1，本试验固定该剂油比进行抽提温度的考察，试验条件和结果如表4所示。

表4 1#减压渣油不同抽提温度下丙烷脱沥青试验结果(系统压力4 MPa，剂油比6∶1，进料量700 g/h)

表4(续)

由表4可知：

(1)随着抽提温度的增大，脱沥青油收率和残炭值逐渐降低。因当抽提温度增大时，溶剂的密度降低，溶解能力也降低，使得脱沥青油收率降低；

(2)当抽提温度为60 ℃/77 ℃时，所得脱沥青油的残炭值为1.05%，满足加氢试验的进料要求(残炭值<1.2%)。

2.2 2#减压渣油丙烷脱沥青试验

该试验以2#减压渣油为原料，对丙烷脱沥青试验操作参数如剂油体积比、抽提温度等进行考察。

2.2.1 剂油比对脱沥青油性质的影响

以2#减压渣油为原料，在其他影响因素固定的前提下，进行了剂油体积比的考察试验，试验条件和结果如表5所示。

表5 2#减压渣油不同剂油比下丙烷脱沥青试验结果

由表5可知:

(1)在抽提温度等条件固定的前提下，随着剂油比的提高，脱沥青油的收率、硫含量、氮含量和残炭均呈上升趋势。当剂油比自6∶1提升至8∶1时，脱沥青油的收率由28.0%增至41.4%，提高约13%；当剂油比由8∶1提升至10∶1时，脱沥青油的收率趋于稳定；

(2)当剂油比为8∶1时，残炭值为0.80%，远低于加氢进料要求(残炭值<1.2%)，可通过调整抽提温度，在保证残炭指标的前提下，实现收率最大化。

2.2.2 抽提温度对脱沥青油性质的影响

因2#减压渣油最佳剂油比为8∶1，本试验固定该剂油比进行抽提温度的考察，试验条件和结果如表6所示。

表6 2#减压渣油不同抽提温度下丙烷脱沥青试验结果

由表6可知：

(1)抽提温度升高，脱沥青油收率降低、残炭值变小；

(2)抽提温度为55 ℃/70 ℃的试验条件所得脱沥青油的残炭值为1.15%，收率为44.3%，满足加氢试验的进料要求(残炭值<1.2%)，该条件可用于生产重质润滑油基础油原料。

2.3 两种原料试验条件的比较

对环烷基减压渣油和石蜡基减压渣油进行丙烷脱沥青试验条件的考察，所获得最优条件如表7所示。

表7 丙烷脱沥青优化试验结果

表7(续)

由表7可知，两种减压渣油经丙烷脱沥青所得的脱沥青油性质差别较大。较石蜡基脱沥青油性质，环烷基脱沥青油运动黏度、硫含量和氮含量较高，凝点、蜡含量和CP值较低，故两种原料生产重质润滑油的工艺将有所差别。

3 重质润滑油基础油生产工艺探讨

重质润滑油基础油的加工工艺主要分为三类：第一类为传统工艺，即以脱沥青油为原料，经过溶剂萃取-溶剂脱蜡-白土精制等过程，制备基础油；第二类为高压加氢工艺，即加氢处理-临氢降凝(或异构脱蜡)-加氢补充精制工艺；第三类是组合工艺，即加氢处理-补充精制-酮苯脱蜡等过程[5-6]。

国内生产重质润滑油基础油的厂家有荆门石化、克拉玛依石化等。其中荆门石化的原料为鲁宁管输原油减压渣油中掺入30%～35%的石蜡基江汉南阳减压渣油，采用的是丙烷脱沥青-加氢改质-加氢精制-酮苯脱蜡工艺，生产120BS光亮油[7]；克拉玛依石化是我国最大的150 BS生产基地，第一套30万t/a润滑油高压加氢装置于2000年11月建成投产，采用北京石油化工科学研究院专利技术，由加氢处理-临氢降凝-加氢补充精制工艺组成，加工克拉玛依油田的稠油润滑油料，采用切换原料的方式生产150BS光亮油。2007年年底克拉玛依石化公司投产了第二套30万t/a润滑油高压加氢装置，该装置采用了壳牌公司以异构脱蜡催化剂为核心的全氢型润滑油加氢技术，专门生产150BS光亮油和大黏度基础油[8]。

因不同减压渣油经丙烷脱沥青所得的脱沥青油性质差别较大，实验室已对此进行了不同工艺的研究，所采用的工艺路线如图2所示。

图2 工艺路线

试验结果表明，石蜡基减压渣油可采用工艺路线C进行重质润滑油基础油的生产；环烷基减压渣油根据脱沥青油的含蜡量不同，可选择工艺A或工艺B进行重质润滑油基础油的生产。

环烷基脱沥青油采用工艺路线B进行重质润滑油基础油的制备试验，石蜡基脱沥青油采用工艺路线C进行重质润滑油基础油的制备，所得目标产品性质如表8所示。

表8 重质润滑油基础油性质

注：1#重质润滑油基础油原料为环烷基脱沥青油；2#重质润滑油基础油原料为石蜡基脱沥青油。

由表8可知，两种脱沥青油采用合适的加工工艺制备的重质润滑油基础油分别满足中国石油企业标准(Q/SH 44-2009)中150BS光亮油和90BS光亮油的指标要求。