生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油的原油優(yōu)化選擇

杜珊+王京

摘要：各煉廠采用不同的生產(chǎn)工藝對(duì)不同的原油進(jìn)行加工生產(chǎn)基礎(chǔ)油，得到的基礎(chǔ)油產(chǎn)品性能存在一定的差異。文章將說明原油對(duì)基礎(chǔ)油產(chǎn)品性能的影響，以及在采用不同生產(chǎn)工藝時(shí)原油對(duì)基礎(chǔ)油產(chǎn)生的影響。溶劑精制工藝生產(chǎn)的基礎(chǔ)油受原油性質(zhì)影響較大，原油的選擇尤為重要，VGO餾分為強(qiáng)石蠟基特性的原油更適合生產(chǎn)基礎(chǔ)油產(chǎn)品。加氫及異構(gòu)化等工藝受到原油限制小，對(duì)原油進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化能顯著提高煉廠的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：潤滑油基礎(chǔ)油；原油；優(yōu)化選擇；溶劑精制

中圖分類號(hào)：TE624.82文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

原油加工是煉廠生產(chǎn)的主要部分，隨著加工原油種類的不斷增多，不同原油有著不同的性質(zhì)和價(jià)格，合理選用原油成為潤滑油型企業(yè)面對(duì)的一個(gè)重要的問題。隨著機(jī)械設(shè)備制造技術(shù)的飛速發(fā)展以及“節(jié)能、環(huán)保”意識(shí)的不斷增強(qiáng)，潤滑油產(chǎn)品的升級(jí)換代受到高度重視，引發(fā)了我國基礎(chǔ)油市場(chǎng)供需結(jié)構(gòu)的巨大變化[1]；APIⅡ、Ⅲ類基礎(chǔ)油（見表1基礎(chǔ)油分類標(biāo)準(zhǔn)）需求不斷增加，Ⅰ類基礎(chǔ)油需求仍然占主要地位[2]。這也說明未來基礎(chǔ)油產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)：高黏度指數(shù)、低傾點(diǎn)、低硫或無硫、低揮發(fā)度、更長(zhǎng)的使用壽命等。

近幾十年來基礎(chǔ)油生產(chǎn)技術(shù)也不斷取得新的突破，加氫工藝逐步取代傳統(tǒng)的溶劑精制（老三套）技術(shù)；但是，國內(nèi)基礎(chǔ)油生產(chǎn)工藝仍以傳統(tǒng)“老三套”為主，產(chǎn)品質(zhì)量只能達(dá)到APIⅠ類標(biāo)準(zhǔn)[3]。目前部分煉廠建設(shè)的加氫基礎(chǔ)油生產(chǎn)裝置合計(jì)產(chǎn)能已超過100萬t/a，基礎(chǔ)油生產(chǎn)技術(shù)與一些國家相比仍較為落后。

面對(duì)原油種類的頻繁變化、不斷出現(xiàn)原油摻煉的問題，從原油優(yōu)化選擇的角度出發(fā)[4]，改善和提高基礎(chǔ)油產(chǎn)品的質(zhì)量也是很可行的。原油成本占到煉廠總成本的90%，根據(jù)煉廠的設(shè)備情況，其所能加工的原油品種受到一定限制[5]。對(duì)于適合生產(chǎn)基礎(chǔ)油的原油，煉廠大多會(huì)選擇優(yōu)化工藝操作條件，以生產(chǎn)符合標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)油產(chǎn)品。荊門石化對(duì)南陽原油生產(chǎn)基礎(chǔ)油的工藝條件調(diào)整，改善了基礎(chǔ)油產(chǎn)品的質(zhì)量狀況[6]。適當(dāng)改變生產(chǎn)原料能提高基礎(chǔ)油產(chǎn)品的質(zhì)量，高橋石化[7]全加氫基礎(chǔ)油生產(chǎn)裝置，加工各線VGO時(shí)，調(diào)整操作條件在損失基礎(chǔ)油收率的情況下，仍然無法生產(chǎn)達(dá)到HVI Ⅲ級(jí)的產(chǎn)品；經(jīng)過對(duì)原料進(jìn)行優(yōu)化，則順利生產(chǎn)出高合格的產(chǎn)品，說明適當(dāng)改變生產(chǎn)原料能提高基礎(chǔ)油產(chǎn)品的質(zhì)量。

選擇原油品種是一項(xiàng)復(fù)雜又系統(tǒng)的工作，不能僅依靠操作者的經(jīng)驗(yàn)和市場(chǎng)價(jià)格來決定，需要綜合考慮各項(xiàng)影響，如：原油性質(zhì)、裝置負(fù)荷、裝置收率、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分布等因素。原油性質(zhì)對(duì)基礎(chǔ)油的黏度、黏溫性能以及低溫性能有一定的影響，鏈烷烴含量高其相應(yīng)基礎(chǔ)油的黏度小、低溫性能差，芳烴含量高其相應(yīng)基礎(chǔ)油黏溫性能差、低溫性能優(yōu)越。但原油性質(zhì)如何具體影響基礎(chǔ)油性能，很少有文獻(xiàn)報(bào)道。

1原油對(duì)基礎(chǔ)油的影響

1.1原油性質(zhì)對(duì)基礎(chǔ)油的影響

原油的分類方法多種多樣，通常按照特性因數(shù)K值、碳型分析將原油分類成：（1）石蠟基原油，（2）環(huán)烷基原油，（3）中間基原油。表2給出了不同基屬原油生產(chǎn)基礎(chǔ)油和石蠟的適宜性[8]。長(zhǎng)期以來，石蠟基原油是生產(chǎn)基礎(chǔ)油的首選；另外特種潤滑油基礎(chǔ)油常選用環(huán)烷基原油；隨著煉油技術(shù)工藝的不斷發(fā)展，部分中間基原油也用于生產(chǎn)基礎(chǔ)油。

石蠟基原油的潤滑油餾分中鏈烷烴和長(zhǎng)側(cè)鏈的環(huán)烷烴含量高，生產(chǎn)的基礎(chǔ)油產(chǎn)品有較高的精制收率和很好的黏溫性能[9]；石蠟基原油基礎(chǔ)油占世界基礎(chǔ)油供應(yīng)的85%以上[10]。

2不同生產(chǎn)工藝對(duì)原油的選擇

2.1傳統(tǒng) “老三套”

溶劑精制方法[17]（老三套）是指在減壓蒸餾得到潤滑油餾分后，再通過糠醛精制—酮苯脫蠟—白土精制等工序得到潤滑油基礎(chǔ)油的方法。溶劑精制方法是利用相似相容的物理原理去除重芳烴、極性分子、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等非理想組分。主要的兩個(gè)步驟：a.溶劑精制脫除重芳烴；b.通過降溫沉淀脫除蠟。

傳統(tǒng)溶劑精制生產(chǎn)的基礎(chǔ)油，芳烴含量（12%～40%）平均在20%，鏈烷烴含量在10%～20%，環(huán)烷烴含量不定，雜原子（N、S、O）含量在0.5%～4%主要取決于原油，雜質(zhì)原子對(duì)基礎(chǔ)油穩(wěn)定性和潤滑油的質(zhì)量有顯著影響[18]。

溶劑精制法作為目前國內(nèi)主要的基礎(chǔ)油生產(chǎn)工藝，無法生產(chǎn)API Ⅱ類、Ⅲ類基礎(chǔ)油，其優(yōu)點(diǎn)是高黏度基礎(chǔ)油產(chǎn)率高，副產(chǎn)石蠟，生產(chǎn)成本低，基礎(chǔ)油中的芳烴對(duì)氧化產(chǎn)物及添加劑的溶解能力強(qiáng)。有專家指出溶劑精制法與加氫技術(shù)將會(huì)共存很長(zhǎng)一段時(shí)間。

2.1.1“老三套”工藝的原油選擇

林興榮[19]利用西江、阿曼、薩里爾、陸豐這4種原油的360～540 ℃餾分以20 ℃為一段進(jìn)行潤滑油潛含量分析，對(duì)原料分別進(jìn)行酮苯脫蠟、溶劑精制后得到精制油。其中，薩里爾和陸豐原油為低硫石蠟基，西江為低硫中間基-石蠟基，阿曼原油為含硫含酸中間基。通過對(duì)原油進(jìn)行蒸餾切割后發(fā)現(xiàn)，西江與阿曼的VGO餾分油呈現(xiàn)石蠟基特性，而薩里爾和陸豐則偏向中間基特性。根據(jù)研究結(jié)果，芳烴含量少的低硫石蠟基原油適合“老三套”工藝，潤滑油餾分顯石蠟基特性的低硫中間基也適合。

“老三套”技術(shù)生產(chǎn)基礎(chǔ)油的過程中不發(fā)生化學(xué)變化，基礎(chǔ)油中的組分都是從原油組成繼承下來的，產(chǎn)品性能基本取決于原油[20]，原油中潤滑油理想組分的多少直接影響了其基礎(chǔ)油的最終性能及收率。

每個(gè)煉廠由于工藝裝置的差別，使得各自適用的原油品種存在很大的差異，孫剛[22]在文章中指出上海高橋煉廠選取生產(chǎn)基礎(chǔ)油的原油條件：（1）以低硫、低酸原油為主；（2）引進(jìn)的原油以低硫中質(zhì)原油為宜，要兼顧航煤、潤滑油和石蠟的生產(chǎn)；（3）引進(jìn)的原油總拔要在75%左右，汽油餾分收率<15%，蠟油收率為27.5%，渣油產(chǎn)率為23%左右為宜；（4）限量搭配引進(jìn)含硫和含酸原油（必須進(jìn)行調(diào)合混煉），全年引進(jìn)含硫原油不大于50萬t，含酸原油不大于30萬t；（5）含硫含酸原油不同時(shí)引進(jìn)，不引進(jìn)高酸值原油。

從上海高橋煉廠對(duì)原油的要求可以看出，選擇潤滑油型原料油時(shí)要在考慮基礎(chǔ)油收率的同時(shí)兼顧其他工藝產(chǎn)品收率，考慮到原油雜質(zhì)含量對(duì)裝置設(shè)備的腐蝕。

陸纓[27]提出，“老三套”工藝生產(chǎn)基礎(chǔ)油時(shí)，石蠟基和中間基原油應(yīng)該分儲(chǔ)分煉，這樣能最大限度地生產(chǎn)高黏度指數(shù)基礎(chǔ)油。一般情況下，石蠟基原油更適合生產(chǎn)黏度指數(shù)大于80的高黏度指數(shù)基礎(chǔ)油，適當(dāng)?shù)靥岣呔粕疃瓤梢蕴岣弋a(chǎn)品的檔次。中間基原油則只能生產(chǎn)中MVI基礎(chǔ)油，阿曼、卡賓達(dá)原油都屬于中間基原油，其基礎(chǔ)油黏度指數(shù)均不大于90。同時(shí)提出，“老三套”工藝摻煉加氫裂化尾油能明顯提高基礎(chǔ)油的黏度指數(shù)，能滿足HVI c類基礎(chǔ)油標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.2“老三套”常用油種

大慶原油是國內(nèi)溶劑精制工藝生產(chǎn)基礎(chǔ)油最優(yōu)質(zhì)的原料，其儲(chǔ)量和供應(yīng)不斷減少，研究和預(yù)測(cè)非大慶原油生產(chǎn)基礎(chǔ)油的性能顯得尤為重要。目前已知的可用溶劑精制法生產(chǎn)基礎(chǔ)油的原油有[21]：沙輕原油、科威特原油、阿曼原油、白虎原油、米納斯原油、潿洲原油、西江原油、薩里爾原油、陸豐原油等等，大部分都是石蠟基原油，表5給出了其中11種原油的性質(zhì)。

（1）大慶原油的黏度、傾點(diǎn)偏高， 表明常溫下流動(dòng)性不太好； 輕質(zhì)油收率不高， 屬于低硫石蠟基原油。大慶原油經(jīng)過傳統(tǒng)“老三套”及加氫補(bǔ)充精制的工藝可以生產(chǎn)符合API-Ⅱ類的基礎(chǔ)油；經(jīng)過加氫異構(gòu)化工藝，能達(dá)到API-Ⅲ類基礎(chǔ)油要求[28]，目前大慶原油也主要用于生產(chǎn)基礎(chǔ)油。

（2）潿洲原油凝點(diǎn)較高，表明常溫下流動(dòng)性不太好；酸值較高，硫含量較低，金屬含量不高，輕質(zhì)油收率較低，屬于低硫石蠟基原油。

（3）白虎原油凝點(diǎn)高，常溫流動(dòng)性差；硫氮含量較其他原油低很多；屬于低硫低氮石蠟基原油，基礎(chǔ)油黏度指數(shù)范圍90～95。

（4）尼羅原油蠟含量高，常溫流動(dòng)性差；硫含量低，氮含量最低，酸值稍高；屬于低硫低氮石蠟基原油。

（5）西江原油凝點(diǎn)較高，常溫下流動(dòng)性不太好；酸值、 硫含量、 金屬含量、輕質(zhì)油收率等都較低， 屬于低硫石蠟基原油。西江原油體現(xiàn)出“兩頭輕，中間重”的特點(diǎn)，380～500 ℃餾分收率高，其基礎(chǔ)油黏度指數(shù)范圍86～95，適合用于基礎(chǔ)油的生產(chǎn)。

（6）陸豐石蠟基原油，蠟含量較高會(huì)降低基礎(chǔ)油的收率，鹽含量高易腐蝕裝置，基礎(chǔ)油黏度指數(shù)范圍75～85。

（7）米納斯原油凝點(diǎn)較高， 常溫下流動(dòng)性不太好； 酸值較低， 硫含量低， 輕質(zhì)油收率較低， 屬于低硫石蠟基原油。

（8）卡賓達(dá)中間基原油，產(chǎn)自安哥拉，基礎(chǔ)油黏度指數(shù)范圍70～80。

（9）沙輕原油和伊朗原油蠟含量低，低溫流動(dòng)性好；硫含量很高，都屬于高硫中間基原油。

（10）阿曼原油屬于低硫中間基原油，密度高，含蠟量低，酸值很高易對(duì)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕，其基礎(chǔ)油黏度指數(shù)范圍80～85之間。

2.2加氫工藝

隨著機(jī)械制造行業(yè)的不斷進(jìn)步，對(duì)潤滑油基礎(chǔ)油的要求也不斷提高，采用“老三套”技術(shù)生產(chǎn)的Ⅰ類基礎(chǔ)油已經(jīng)無法滿足要求，Ⅱ、Ⅲ類基礎(chǔ)油已經(jīng)成為市場(chǎng)的主流產(chǎn)品。

對(duì)原料油中的不理想組分通過化學(xué)反應(yīng)改變其結(jié)構(gòu)，以滿足基礎(chǔ)油理想組分的要求是加氫、異構(gòu)、裂化等加氫生產(chǎn)工藝的宗旨。這些工藝可用于生產(chǎn)Ⅱ、Ⅲ類基礎(chǔ)油，其產(chǎn)品性能與合成基礎(chǔ)油較接近[29]；隨著世界原油向重質(zhì)化發(fā)展，加氫技術(shù)必定會(huì)逐步取代溶劑精制技術(shù)。加氫工藝對(duì)原料油結(jié)構(gòu)組成的要求大為降低，但由于催化劑易中毒等問題也需要嚴(yán)格控制原油各項(xiàng)指標(biāo)。

加氫工藝主要包括以下幾個(gè)過程：加氫處理、異構(gòu)脫蠟、臨加氫降凝、加氫精制等。基礎(chǔ)油加氫處理是通過深度加氫使非理想組分多環(huán)芳烴及稠環(huán)芳烴發(fā)生芳烴飽和、開環(huán)、異構(gòu)化等化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)槔硐虢M分；因而提高基礎(chǔ)油產(chǎn)品的各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)，提高基礎(chǔ)油收率。異構(gòu)脫蠟則是利用催化劑的作用，將正構(gòu)烷烴異構(gòu)轉(zhuǎn)化為支鏈烷烴，以達(dá)到降低傾點(diǎn)和提高收率的目的[30]。

與傳統(tǒng)“老三套”技術(shù)相比，加氫異構(gòu)脫蠟基礎(chǔ)油具有以下的優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)品色度好，黏度指數(shù)高，硫、氮含量低，飽和烴含量高>90%，氧化安定性好。但由于芳烴及硫含量低，對(duì)添加劑的感受性、光安定性比“老三套”基礎(chǔ)油差[31]。

進(jìn)入加氫裝置的原料油需要控制以下指標(biāo)：①瀝青質(zhì)在高溫條件下結(jié)焦形成焦炭，可以使催化劑快速失活；②無機(jī)水溶性氯化物如NaCl、MgCl2等，易在加氫裂化反應(yīng)器頂部聚集形成鹽層，堵塞催化劑床層，且Cl會(huì)與反應(yīng)中生產(chǎn)的NH3生產(chǎn)NH4Cl致使換熱器表面積垢；③Ni、V、Fe、Na等金屬會(huì)造成催化劑的不可逆失活，其中Fe可以與碳?xì)浯蠓肿咏Y(jié)合堵塞催化劑孔道增加床層壓降；④N會(huì)造成異構(gòu)脫蠟和加氫精制中的貴金屬催化劑中毒，需要在加氫處理工序大幅降低N含量，原料油中N含量的高低直接決定著加氫裂化的反應(yīng)溫度；⑤原料油中S含量高會(huì)造成設(shè)備的腐蝕。由此可知采用加氫法生產(chǎn)基礎(chǔ)油時(shí)需要選擇金屬、無機(jī)鹽、瀝青質(zhì)、N、S含量都要低的原料油。表6[32]為高橋基礎(chǔ)油加氫裝置原料控制指標(biāo)，由于每個(gè)煉廠裝置設(shè)備不完全相同，具體的原料控制指標(biāo)也不盡相同。

加氫工藝生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油時(shí)，原油的基屬已經(jīng)不是主要的影響因素，中間基原油也可以生產(chǎn)出性能優(yōu)越的基礎(chǔ)油產(chǎn)品；工藝中催化劑的使用，使得原油中金屬及雜原子的含量成為選擇原油的主要影響因素。

不同的生產(chǎn)工藝對(duì)原料的要求也是不同的，孟憲筠[33]在文章中指出，臨氫降凝-加氫補(bǔ)充精制工藝適合用加氫劣化尾油作為原料，產(chǎn)品質(zhì)量可以達(dá)到APIⅡ類基礎(chǔ)油的標(biāo)準(zhǔn)。異構(gòu)脫蠟工藝則適合加工含蠟量高的原料油，尤其是蠟下油，可生產(chǎn)高黏度指數(shù)的APIⅢ類基礎(chǔ)油。

3展望

原油對(duì)基礎(chǔ)油產(chǎn)品性能存在影響是肯定的，但是這種影響并不是100%的；這是因?yàn)樵椭蟹腔A(chǔ)油組分占有更大的比例，嚴(yán)重掩蓋了基礎(chǔ)油組分體現(xiàn)出的性質(zhì)；也就是說單靠原油總的性質(zhì)很難決定哪種原油生產(chǎn)基礎(chǔ)油更好。如何能快速準(zhǔn)確地選到更為優(yōu)質(zhì)的潤滑油型原油，原油優(yōu)化選擇模型的建立是很有必要的，但是這個(gè)模型中不能只包含原油和基礎(chǔ)油兩者的性質(zhì)，還要包括蠟油性質(zhì)、脫蠟油性質(zhì)以及工藝條件。

傳統(tǒng)的潤滑油潛含量評(píng)價(jià)方法耗時(shí)長(zhǎng)、溶劑毒性大、操作繁瑣，不適合對(duì)每一種原油都進(jìn)行分析測(cè)試，限制了優(yōu)質(zhì)潤滑油型原油發(fā)現(xiàn)的機(jī)會(huì)。隨著現(xiàn)代分析技術(shù)的不斷進(jìn)步，是否可以有較為簡(jiǎn)便的選擇潤滑油型原油的方法或者工具。

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作者簡(jiǎn)介：杜珊，研究生，2014年畢業(yè)于石油化工科學(xué)研究院應(yīng)用化學(xué)專業(yè)。E-mail： dushan836500@163.com