國內(nèi)外基礎油生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀 及發(fā)展趨勢

李玉華　關(guān)　琦（.中海油氣（泰州）石化有限公司，江蘇 泰州 53；.南京科技職業(yè)學院，江蘇 南京 0048）

國內(nèi)外基礎油生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀 及發(fā)展趨勢

李玉華1關(guān)琦2
（1.中海油氣（泰州）石化有限公司，江蘇 泰州 225321；2.南京科技職業(yè)學院，江蘇 南京 210048）

目前在基礎油生產(chǎn)技術(shù)領域并存著多種類型的生產(chǎn)工藝，包括傳統(tǒng)溶劑精制工藝、溶劑精制-加氫精制組合工藝、全氫法生產(chǎn)工藝，天然氣合成工藝（GTL）、聚-α烯烴工藝（PAO）。由于各國工業(yè)發(fā)展的水平不一，導致對潤滑油質(zhì)量的需求也不盡相同，因此各種工藝生產(chǎn)的潤滑油仍然占據(jù)著各自的市場份額，但是隨著全球日益嚴格的環(huán)保要求和汽車新工況要求，近年來國內(nèi)外Ⅱ、Ⅲ類基礎油出現(xiàn)快速增長，2002年以后增加的產(chǎn)能基本是Ⅱ/Ⅲ類油，GTL和PAO也日益發(fā)展，引起各國的重視。

基礎油；生產(chǎn)技術(shù)；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

1 礦物油基礎油

1.1“老三套”基礎油生產(chǎn)工藝

“老三套”基礎油生產(chǎn)工藝流程通常由溶劑抽提、溶劑脫蠟裝置和白土精制裝置構(gòu)成，三套裝置屬于獨立的裝置，各自分擔抽提低粘度指數(shù)的多環(huán)芳烴、脫除蠟組分和脫硫氮等職能，將蒸餾裝置或丙烷脫瀝青裝置來的蠟油原料或脫瀝青渣油按照三步法生產(chǎn)基礎油。

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)點是高粘度基礎油產(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)高粘度指數(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。

1.2 加氫法基礎油生產(chǎn)工藝

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。基礎油生產(chǎn)技術(shù)逐步向加氫技術(shù)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粘溫性能、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)。

圖1 Chevron公司Richmond煉油廠全氫型基礎油生產(chǎn)流程

圖2 RIPP公司RTL基礎油生產(chǎn)流程

隨著各種相對獨立的加氫技術(shù)不斷融合集成，1981年美國Mobil公司開發(fā)出的催化脫蠟（MLDW）生產(chǎn)潤滑油技術(shù)，在澳大利亞Mobil的阿德萊德煉油廠第一套工業(yè)裝置建成投產(chǎn)，標志著采用全氫法生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)潤滑油時代的開始，基礎油生產(chǎn)逐步向全加氫型裝置轉(zhuǎn)變。

加氫處理和加氫裂化屬于改善油品粘溫性能和脫除硫、氮、氧等雜質(zhì)的工藝過程，區(qū)別是加氫處理過程相對比較緩和，以加氫為主，產(chǎn)品收率較高，而加氫裂化過程裂化深度較大，產(chǎn)品的粘度指數(shù)較高，產(chǎn)品收率相對低。Shell、 Chevron、IFP和中國石油化工科學研究院都擁有加氫處理技術(shù)。

國內(nèi)外加氫法潤滑油生產(chǎn)工藝組合較為著名包括以下工藝。

1.2.1 Chevron公司的潤滑油異構(gòu)脫蠟工藝（IDW技術(shù)）

Chevron公司是世界上第一個采用加氫處理-異構(gòu)脫蠟-加氫后精制三段全加氫工藝路線生產(chǎn)基 礎油的專利商。1993年，該公司推出的異構(gòu)脫蠟（ID W）工藝在美國雪佛龍公司里奇蒙（ Richmond） 煉油廠一次投產(chǎn)成功，引起業(yè)內(nèi)重視。工業(yè)裝置的進料有溶劑精制油、減壓餾分油和脫瀝青油，可生產(chǎn)各種黏度等級的基礎油，其流程如圖1所示。

IDW 工藝的特點是采用了Pt /Pd 貴金屬催化劑，通過將原料中的蠟組分進行異構(gòu)化反應轉(zhuǎn)化為理想的多支鏈烷烴組分，與之前的催化裂化脫蠟和溶劑脫蠟工藝相比大幅度提高了基礎油收率，改善了基礎油的低溫性能，具有較高的粘度指數(shù)。

IDW 工藝的催化劑功能主要包括酸性功能和加氫脫氫功能，酸性載體（SAPO-11 和ZSM-5 組成的分子篩）提供異構(gòu)化裂化的酸性位，金屬位（貴金屬）提供加氫脫氫功能。Chevron公司的異構(gòu)脫蠟技術(shù)在首次成功應用后，相繼進行了第一代催化劑（ICR-404）、第二代催化劑（ICR-408）、第三代催化劑（ICR-418）、第四代催化劑（ICR-422）等多次的催化劑升級，近年來，又相繼開發(fā)了ICR-424、425、432等多個牌號的催化劑，整體而言，針對礦物油為原料的II類、III類基礎油的 生產(chǎn)，IDW技術(shù)目前已處于成熟階段，相關(guān)技術(shù)研發(fā)也僅在局部進行改進，不會再有大的突破。

1.2.2 Shell公司的基礎油生產(chǎn)工藝（XHVIRHC技術(shù)）

Shell公司在基礎油生產(chǎn)技術(shù)方面擁有超高粘度指數(shù)（XHVI）工藝技術(shù)和溶劑精致-加氫混合法（RHC）工藝技術(shù)。

其中XHVI技術(shù)包含兩種流程：

表1 傳統(tǒng)APIIII類油-GTL基礎油-PAO基礎油指標對比表

①以含蠟油為原料，生產(chǎn)粘度指數(shù)為145～150的基礎油，產(chǎn)品中芳烴含量低于0.3%，性質(zhì)類似于合成油；

②以軟蠟為原料，采用兩段加氫異構(gòu)化生產(chǎn)超高粘度指數(shù)基礎油，產(chǎn)品組成與合成油相近。

XHVI技術(shù)的特點是，能夠生產(chǎn)粘度指數(shù)超高的基礎油產(chǎn)品，從而可調(diào)合頂級潤滑油產(chǎn)品，占領高端市場。

RHC技術(shù)又稱為混合法技術(shù)，是將加氫和溶劑精制技術(shù)相結(jié)合的非異構(gòu)脫蠟加工技術(shù)，該技術(shù)可以生產(chǎn)粘度指數(shù)較高、揮發(fā)性較常規(guī)API II類基礎油更低的API II+基礎油。

Shell公司在收購標準公司后，擁有了成熟的加氫裂化-異構(gòu)脫蠟技術(shù)，該技術(shù)已積極參與國際市場的競爭，近年來全球的應用業(yè)績?nèi)諠u增多，已與Chevron 和ExxonMobil形成鼎足之勢。

1.2.3 中石化石油化工科學研究院（RIPP）公司的基礎油生產(chǎn)工藝（RLT RIW 技術(shù)）

國內(nèi)的RIPP是較早開展加氫法基礎油生產(chǎn)技術(shù)的單位，長期與各基礎油生產(chǎn)企業(yè)深度合作，開發(fā)了一系列加氫精制、加氫處理、催化脫蠟和加氫后精制技術(shù)，RLT技術(shù)是RIPP針對“老三套”工藝改造而開發(fā)的技術(shù)，目的是提高基礎油檔次，同時減少投資和操作費用。RLT技術(shù)為溶劑精制和加氫處理組合工藝，流程圖如圖2所示，該技術(shù)在中石化荊門石化20萬噸/年加氫處理裝置成功應用，可以生產(chǎn)HVI和VHVI基礎油。

1999年RIPP完成具備完全自主知識產(chǎn)權(quán)的全氫法基礎油生產(chǎn)工藝的開發(fā)，并成功應用于中石油克拉瑪依石化30萬噸/年潤滑油高壓加氫裝置，該裝置采用三段加氫：加氫裂化→催化脫蠟→加氫后精制，該裝置建成投產(chǎn)為克石化的技術(shù)升級和提升產(chǎn)品質(zhì)量做出重大貢獻，提升了克石化與國外廠商競爭的能力。在異構(gòu)脫蠟技術(shù)方面RIPP也已進行了多年的技術(shù)研究，基本具備了相關(guān)的技術(shù)，但尚未工業(yè)應用的報道。

總體而言，RIPP的加氫法基礎油生產(chǎn)技術(shù)的工業(yè)化應用業(yè)績與國外廠商相比存在相當?shù)牟罹啵孕杓哟罂蒲虚_發(fā)力度，積極參與工業(yè)應用市場的競爭。

2 天然氣合成油（GTL）生產(chǎn)基礎油技術(shù)

GTL工藝發(fā)明于20世紀20年代，工業(yè)應用研究起始于20世紀70年代，最初主要設計生產(chǎn)柴油和石腦油，后來逐步探索同時生產(chǎn)特種蠟和潤滑油基礎油。GTL生產(chǎn)工藝主要使用費-托合成技術(shù)，將天然氣轉(zhuǎn)化為中間餾分油和石腦油等石油燃料，其副產(chǎn)物為長鏈石蠟，長鏈石蠟一方面可以生產(chǎn)特種蠟產(chǎn)品，另一方面也是生產(chǎn)高品質(zhì)潤滑油基礎油的絕佳原料。嚴格意義上講，GTL技術(shù)生產(chǎn)基礎油與常規(guī)的全氫法技術(shù)生產(chǎn)基礎油的區(qū)別只是原料的不同，前者原料為GTL技術(shù)生產(chǎn)的長鏈石蠟，后者為常規(guī)的礦物油餾分油。

GTL技術(shù)生產(chǎn)的基礎油指標詳見表1。如表1所示，GTL基礎油的粘度指數(shù)超高，可與PAO相比擬，而其揮發(fā)度明顯低于III類基礎油；相對而言GTL基礎油的傾點接近III類基礎油，高于PAO基礎油。研究表明，GTL基礎油對降凝劑有良好的配伍性，可以有效降低傾點指標。

除了高品質(zhì)外，GTL基礎油在生產(chǎn)成本方面也具有優(yōu)勢。一些研究表明，成熟市場上取得的GTL基礎油生產(chǎn)成本可與常規(guī)基礎油相比擬，但其性能突出，因此更具競爭優(yōu)勢，長期來看，在大量基礎油上市的情況下，必然會對常規(guī)的II、III類基礎油形成沖擊。

GTL基礎油對基礎油市場的影響較大，直接與傳統(tǒng)的II、III類基礎油展開競爭，隨著高性能轎車發(fā)動機油配方的發(fā)展，GTL生產(chǎn)的超高粘度指數(shù)基礎油市場需求巨大，在市場上的競爭力會日益增加，但完全替代傳統(tǒng)基礎油顯然是不可能的，因為GTL基礎油主要面向該性能車用油領域，在工業(yè)用油或高負荷油品領域并不具有競爭優(yōu)勢。

GTL的核心是費-托合成技術(shù)，目前Sasol、ExxonMobil、Chevron等公司擁有該技術(shù)，該技術(shù)一般都不轉(zhuǎn)讓給其他用戶或國家，引進技術(shù)不可能，合資建廠通常會有苛刻的條件限制。我國中科院山西煤化所、大連化物所、石科院和中國石油大學等已開展了相關(guān)的技術(shù)研究，其中也有一部分研究包括生產(chǎn)GTL基礎油技術(shù)，但尚沒有進行工業(yè)裝置建設。

3 合成基礎油技術(shù)PAO

合成潤滑油基礎油包括聚α-烯烴油（PAO）、酯類油、聚醚類油（PAG）、硅油、硅酸酯類油等，而以PAO為最廣泛通用的品種。聚α-烯烴（（Polymer Alpha Olefins，簡稱PAO）技術(shù)，是一種由化學合成方法制備的合成烴類潤滑油，被認為是目前最具發(fā)展?jié)摿Φ暮铣蓾櫥汀＞郐?烯烴一般是由α-烯烴（主要是C8～C10）在催化劑作用下聚合，經(jīng)脫催化劑后處理、 蒸餾、加氫而獲得的一類具有比較規(guī)則的長鏈烷烴。國外采用合成法生產(chǎn)基礎油并最早推向市場的企業(yè)為美國Mobil公司，20世紀70年代首先推出了采用合成基礎油生產(chǎn)的“Mobil 1”牌號的發(fā)動機油，獲得世人注意。

PAO屬于IV類基礎油，與其他類型的合成油相比，綜合性能優(yōu)良，原料來源豐富低廉，因此諸如ExxonMobil、BP Amoco及Chevron等早期研發(fā)并掌握了先進生產(chǎn)技術(shù)的公司逐步占據(jù)了頂級潤滑油的市場，并取得了高額利潤。

結(jié)語

（1）國外加氫法生產(chǎn)技術(shù)主要由Chevron、ExxonMobil、Shell等國際性大公司掌握并壟斷，這是國外公司秉承的以市場為先導和技術(shù)至上的理念所決定的。加氫法基礎油生產(chǎn)技術(shù)已成為生產(chǎn)API II類、III類基礎油的成熟技術(shù)。

（2）GTL技術(shù)和PAO技術(shù)已開始成為高質(zhì)量基礎油生產(chǎn)的重要力量，預計數(shù)年內(nèi)將成為國外擁有相關(guān)技術(shù)的企業(yè)壟斷市場的利器，國內(nèi)研發(fā)企業(yè)和生產(chǎn)企業(yè)應盡快聯(lián)手協(xié)作，盡快建成擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的相關(guān)裝置，促進國內(nèi)高端基礎油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，打破技術(shù)壟斷帶來的國家高額財富損失。

（3）國內(nèi)研發(fā)企業(yè)在近年來在技術(shù)研發(fā)方面取得了不小的進步，但與國外仍存在較大的差距，受研發(fā)體制的限制，在短時間內(nèi)很難獲得領先地位；國內(nèi)研發(fā)企業(yè)應重點在自主創(chuàng)新、持續(xù)研發(fā)等方面開展工作，力爭形成具有競爭力的。

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