全氫法生產潤滑油基礎油技術的開發及工業應用

孫國權，姚春雷，全 輝，張志銀

(中國石化撫順石油化工研究院，遼寧 撫順 113001)

全氫法生產潤滑油基礎油技術的開發及工業應用

孫國權，姚春雷，全 輝，張志銀

(中國石化撫順石油化工研究院，遼寧 撫順 113001)

介紹了中國石化撫順石油化工研究院開發的高壓加氫處理與異構脫蠟組合的全加氫型流程生產高黏度指數潤滑油基礎油工藝技術，該技術組合了加氫處理、臨氫異構和加氫補充精制工藝，具有流程簡單、投資少的特點，在適宜的操作條件下可生產低芳溶劑油、白油和APIⅡ類、Ⅲ類基礎油。餾分油全氫型工藝技術的工業應用結果表明，產品質量好，附加值高，經濟效益明顯。

組合加氫 加氫處理 臨氫異構 加氫補充精制

近十年來，隨著我國國民經濟高速增長，中國潤滑油市場已成為全球第二大潤滑油市場。同時，國際汽車品牌大舉進入中國市場，發達國家制造業同時跟進，為潤滑油產業帶來了前所未有的發展機遇。2012年我國潤滑油的表觀消費量已達到6.80 Mt[1]，2013年消費量變化不大。我國潤滑油基礎油的生產和需求也在發生變化，形成央企、外資企業、民營企業三大競爭主體，國外知名潤滑油品牌牢牢占據我國潤滑油高端市場，市場份額曾經高達70%以上；中國有影響力的民族品牌昆侖、長城等，主要占據中檔、低檔潤滑油市場，在高端市場的份額逐步上升；民營企業異軍突起，在高檔潤滑油基礎油市場占有一席之地。

我國的基礎油生產中，仍然以生產Ⅰ類基礎油的傳統溶劑法占主導地位。目前國內對加氫法生產的高檔基礎油總需求量在2.0 Mt/a以上，而國內生產的APIⅡ、Ⅲ類基礎油產量不足，還需要大量進口高檔基礎油。因此，必須提高我國潤滑油基礎油的生產水平和產品質量。

目前，國內采用中國石化撫順石油化工研究院(FRIPP)異構脫蠟技術生產高黏度指數潤滑油基礎油的工業裝置共6套[2-3]，年產能達到百萬噸，占據國內APIⅡ類潤滑油基礎油市場近一半份額。在此基礎上，為了生產APIⅡ類、Ⅲ類高黏度指數潤滑油基礎油，開發了餾分油全氫型工藝技術。本文主要介紹餾分油全氫型工藝技術的開發及在河北某煉油廠高壓加氫裝置的工業應用情況。

1 實 驗

1.1 原 料

實驗所用原料油主要為減壓餾分油(VGO)，屬石蠟中間基油，其性質見表1。

表1 VGO原料的性質

1.2 工藝流程及催化劑

在實驗室小型高壓加氫試驗裝置上，采用FRIPP研究開發的以異構脫蠟為核心的加氫催化劑，以VGO為原料，進行全加氫型工藝條件試驗研究，并對生成油的性質進行分析。工藝流程示意見圖1。原料油與氫氣混合后進入加氫處理反應器(加氫精制催化劑和加氫改質催化劑在一個反應器中)，進行加氫脫硫、氮等雜質和芳烴飽和反應，所得加氫處理產物(異構脫蠟催化劑進料要求硫質量分數小于15 μg/g，氮質量分數小于2 μg/g)經分餾后進入異構脫蠟反應器反應，將潤滑油中高凝點組分轉化為異構烷烴，保留在潤滑油產品中，加氫異構反應產物進入加氫補充精制反應器進行芳烴飽和反應，提高油品安定性，隨后反應流出物進入分離系統，得到低芳溶劑油、白油和潤滑油基礎油產品。

加氫精制采用孔徑大、活性金屬分散均勻、加氫活性高、穩定性好、對重質原料適應性強的加氫精制催化劑。由于原料VGO芳烴質量分數達47.4%，加氫改質催化劑要求有較強的加氫性能，同時具備使多環芳烴和環烷烴選擇性開環轉化為少環長側鏈組分的能力，還應具有高抗氮性能、較強的稠環芳烴飽和及開環性能、較弱的鏈烷烴裂解性能。加氫異構脫蠟采用貴金屬催化劑。異構油品加氫補充精制采用貴金屬催化劑，以提高油品的安定性。

圖1 FRIPP全加氫工藝流程示意

2 結果與討論

2.1 VGO加氫處理工藝

以VGO為原料，開展了VGO加氫處理，即加氫精制、加氫精制-加氫改質-補充精制和加氫改質-補充精制3種催化劑級配裝填工藝路線的試驗研究。試驗所用加氫精制催化劑和補充精制催化劑的物化性質相近。加氫處理工藝試驗結果見表2。

由表2可見，在生成油中大于280 ℃餾分的氮質量分數小于2 μg/g，可作為異構降凝和補充精制工段進料的前提下，所需工藝條件的苛刻程度按加氫精制工藝、加氫精制-加氫改質-補充精制及加氫改質-補充精制工藝依次遞增。3種工藝條件下的轉化率由于催化劑級配方式及工藝條件的不同而不同，總體上可總結為：隨過程轉化率的提高，加氫產物中大于280 ℃餾分的鏈烷烴含量和黏度指數均提高，黏度和芳烴含量均下降。在平均反應溫度為基準+65 ℃時，加氫精制-加氫改質-補充精制工藝的產品餾分切割溫度每升高10 ℃，尾油餾分收率約降低2.68百分點，黏度指數提高0.57，鏈烷烴質量分數約提高0.18百分點。

由于異構降凝為黏度指數降低的過程，因此為生產HVI Ⅱ類、Ⅲ類潤滑油基礎油，異構降凝的原料經加氫處理后大于350 ℃餾分的黏度指數應大于120。大于350 ℃餾分黏度指數、目的產品收率與大于350 ℃餾分轉化率的關系如圖2所示。由圖2可見，大于350 ℃產品黏度指數隨大于350 ℃餾分轉化率的提高而顯著提高，而目的產品收率顯著降低，綜合考慮大于350 ℃餾分的收率、黏度指數以及加氫處理過程的苛刻度，生產潤滑油基礎油的VGO加氫處理過程采用加氫精制-加氫改質-補充精制的催化劑級配方式較適宜，也有較強的靈活性，可根據原料VGO的性質選擇適宜的轉化率，滿足異構降凝過程對硫、氮含量及黏度指數的要求。

2.2 加氫異構脫蠟-補充精制工藝

以VGO加氫處理全餾分生成油為原料，采用加氫異構脫蠟-補充精制的一段串聯工藝流程，經加氫擇形異構降低傾點，通過加氫補充精制深度脫芳烴，以改善產品顏色和消除異味。試驗結果見表3和表4。

表2 加氫處理工藝試驗結果

圖2 大于350 ℃餾分黏度指數、目的產品收率與大于350 ℃餾分轉化率的關系◆—黏度指數； ■—目的產品收率

由表3和表4可見：以VGO加氫處理的全餾分生成油為原料，在反應氫分壓為15.0 MPa，氫油體積比為800，異構脫蠟反應溫度為基準+10 ℃、體積空速為基準+0.2 h-1，補充精制反應溫度為基準-70 ℃、體積空速為基準+0.1 h-1的條件下，液體收率達94.1%，大于315 ℃潤滑油基礎油收率達83.3%；產物經分餾后可得到滿足中國石油化工股份有限公司基礎油標準要求的HVI Ⅱ 2號及8號基礎油產品。

表3 異構降凝-補充精制試驗條件及結果

表4 全加氫型工藝生產的基礎油產品性質

2.3 異構降凝工藝條件考察

對異構降凝-補充精制催化劑反應性能進行研究，考察反應溫度、空速等對擇形異構化降凝效果的影響。

2.3.1 反應溫度 在反應壓力為15.0 MPa、空速為基準的條件下，反應溫度對降凝效果的影響見圖3。由圖3可見：當反應溫度升高時，液體收率略有降低；大于350 ℃目的產品收率雖略有降低，但變化較小；大于350 ℃目的產品傾點降低，異構脫蠟降凝效果明顯。表明提高反應溫度對異構脫蠟的作用顯著，而目的產品收率損失也較小。

圖3 反應溫度對降凝效果的影響◆—液體收率； ■—>350 ℃目的產品收率；▲—>350 ℃目的產品傾點。 圖4、圖5同

2.3.2 空 速 在反應溫度為基準、壓力為15.0 MPa的條件下，體積空速對降凝效果的影響見圖4。由圖4可見，隨空速的降低，液體收率和大于350 ℃目的產品收率略有降低，大于350 ℃目的產品傾點大幅度下降，降凝效果十分顯著。

圖4 空速對降凝效果的影響

2.3.3 反應壓力 在反應溫度為基準+10 ℃、體積空速為基準+0.1 h-1的條件下，壓力在3.0～12.0 MPa范圍內的反應結果如圖5所示。由圖5可見：在本試驗反應條件下，大于350 ℃餾分收率一直保持在82%左右；隨反應壓力的降低，液體收率略有下降，大于350 ℃目的產品的傾點有降低的趨勢。在3.0～12.0 MPa的試驗壓力范圍內均可得到高收率及低傾點的主要目的產品。

圖5 反應壓力對降凝效果的影響

3 工業應用

河北某煉油廠新建一套80 kt/a餾分油全氫型加氫裝置，采用FRIPP開發的餾分油高壓加氫處理-異構脫蠟-補充精制生產特種油品的工藝技術，生產低黏度白油和高黏度指數潤滑油基礎油等系列產品。2013年5月6日，該裝置加氫處理段開始進行催化劑硫化，異構脫蠟段系統置換氫氣合格，5月20日進原料油，5月25日生產出合格產品，是全國首套全氫法加氫生產特種油品的工業裝置。原料油主要為VGO，其主要性質見表1，操作條件及生成油性質見表5。由表5可見，工業裝置液體收率高，生成油顏色達到+30，產品性質良好。基礎油產品收率略高于實驗室試驗結果，表明催化劑具有良好的選擇性。

表5 以VGO為原料時的工業裝置操作條件及生成油性質

2014年1月更換裝置原料為高含蠟蠟下油，主要性質見表6。調整裝置工藝操作參數，其中系統氫分壓、空速和氫油比不變，加氫處理反應溫度為基準溫度+20 ℃，異構脫蠟反應溫度為基準溫度，補充精制反應溫度不變。由表6可見，蠟下油的蠟含量較高，是加氫法生產高黏度指數潤滑油基礎油的極好原料。生成油的性質及產品分布見表7。

表6 蠟下油的性質

表7 以蠟下油為原料時的全氫型加氫工藝生成油性質及產品分布

蠟下油經加氫處理-異構脫蠟-補充精制后，小于280 ℃餾分可作為低芳溶劑油。大于280 ℃餾分的各主要產品性質見表8。由表8可見，以蠟下油為原料時，生成油經分餾后可得5號白油、7號白油、150SN潤滑油基礎油，均滿足產品工業生產指標的要求。低黏度指數白油符合5號和7號優級品工業白油質量要求；同時減壓塔塔底油也可以生產傾點為-18 ℃、黏度指數為136的Ⅲ+6號潤滑油基礎油產品，滿足中國石油化工股份有限公司HVI Ⅲ類潤滑油基礎油協議標準的6號基礎油要求。該工業裝置已穩定運行一年多，催化劑具有良好的活性和穩定性，可以長周期穩定運轉。

表8 以蠟下油為原料時的產品性質

4 結 論

FRIPP開發的高壓加氫處理-異構脫蠟-補充精制生產特種油品的全氫型工藝技術在河北某煉油廠餾分油加氫裝置成功進行了工業應用，所得產品均滿足工業生產指標的要求。該工藝具有液體收率高、氣體產率低、產品質量好等優點，具有良好的推廣應用前景。

[1] 張慶兵，李玉杰，王瑋，等.我國潤滑油市場競爭格局分析[J].中國市場，2013，46(761)：167-169

[2] 劉全杰，方向晨，廖士綱，等.異構降凝催化劑反應性能的研究[J].煉油技術與工程，2005，35(1)：22-24

[3] 姚春雷，劉平，全輝，等.石蠟烴擇形異構化技術的開發及工業應用[J].煉油技術與工程，2007，37(8)：21-24

DEVELOPMENT AND COMMERCIAL APPLICATION OF FULL HYDROGENATION TECHNOLOGY FOR PRODUCTION OF LUBE BASE OIL

Sun Guoquan， Yao Chunlei， Quan Hui， Zhang Zhiyin

(FushunResearchInstituteofPetroleumandPetrochemical，SINOPEC，Fushun，Liaoning113001)

A full hydrogenation process consisted of high pressure hydrotreating， iso-dewaxing and hydrofinishing is developed by Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemical and adopted in industrial unit to produce high viscosity index lube base oil. It has advantages in process simplicity and low investment. APIⅡ and Ⅲ grade lube base oils as well as low aromatic solvent naphtha and white oil can be produced under appropriate conditions. The commercial results show that the products have good qualities and high added values， bringing obvious better economic benefit to the enterprise.

combined hydrogenation technology； hydrotreating； hydroisomerization； hydrofinishing

2014-02-26； 修改稿收到日期： 2014-06-25。

孫國權，碩士，主要從事特種油品和煤焦油加氫工藝的研究工作。

孫國權，E-mail：sunguoquan.fshy@sinopec.com。