西江原油生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高黏度指數(shù)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油技術(shù)研究

夏強(qiáng)斌，王海軍，劉 杰

(中海油氣(泰州)石化有限公司，江蘇 泰州 225321)

西江原油生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高黏度指數(shù)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油技術(shù)研究

夏強(qiáng)斌，王海軍，劉 杰

(中海油氣(泰州)石化有限公司，江蘇 泰州 225321)

以西江重減壓蠟油為原料，模擬Chevron Lummus Global公司的三段高壓加氫工藝進(jìn)行中型試驗(yàn)，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高黏度指數(shù)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油，分別對(duì)加氫裂化單元和異構(gòu)降凝-補(bǔ)充精制單元的操作條件進(jìn)行了考察。試驗(yàn)結(jié)果表明，在適宜的操作條件下，對(duì)西江重減壓蠟油采用加氫裂化-異構(gòu)脫蠟-補(bǔ)充精制的全氫工藝進(jìn)行處理，可生產(chǎn)符合APIⅡ+8cSt標(biāo)準(zhǔn)要求的潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油，且產(chǎn)品收率高。

加氫裂化 異構(gòu)脫蠟 黏度指數(shù) 潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油

潤(rùn)滑油廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)械、冶金等行業(yè)[1-2]。隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，電子燃油噴射、多氣門(mén)、增壓、排氣催化轉(zhuǎn)換、廢氣再循環(huán)、電動(dòng)與混動(dòng)等設(shè)計(jì)工藝在發(fā)動(dòng)機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用，對(duì)潤(rùn)滑油使用條件和質(zhì)量的要求也更為苛刻，要求其具有更高的抗氧化安定性、更好的黏溫性和低溫流動(dòng)性等。潤(rùn)滑油是由基礎(chǔ)油和添加劑組成，主要成分是基礎(chǔ)油[3-4]。基礎(chǔ)油質(zhì)量的好壞直接影響到潤(rùn)滑油的質(zhì)量，因此，對(duì)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油抗氧化安定性、黏溫性、低溫流動(dòng)性等性質(zhì)要求也愈來(lái)愈高[5-8]。

西江原油是低硫中間-石蠟基原油，其重餾分油(350～530 ℃餾分)收率為42.7%左右，飽和烴含量高，凝點(diǎn)高，硫、氮含量和殘?zhí)康停巧a(chǎn)石蠟基潤(rùn)滑油的優(yōu)質(zhì)原料。中海油氣(泰州)石化有限公司引進(jìn)Chevron Lummus Global(CLG)公司開(kāi)發(fā)的潤(rùn)滑油異構(gòu)脫蠟技術(shù)和催化劑，以西江減壓蠟油為原料，采用加氫裂化-異構(gòu)脫蠟-后精制聯(lián)合技術(shù)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高黏度指數(shù)、低傾點(diǎn)的潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油。目前國(guó)內(nèi)已引進(jìn)多套CLG潤(rùn)滑油高壓加氫裝置，這些裝置在運(yùn)行中都存在因原油性質(zhì)變化、反應(yīng)溫度和空速等操作條件不匹配引起的基礎(chǔ)油質(zhì)量不穩(wěn)定以及產(chǎn)品收率較低的問(wèn)題[9-12]。因此，為了生產(chǎn)出符合APIⅡ+8cSt標(biāo)準(zhǔn)的潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油，中海油氣(泰州)石化有限公司以西江重減壓蠟油(HVGO)為原料開(kāi)展中試研究，考察操作條件對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)和產(chǎn)品收率的影響，確定最優(yōu)生產(chǎn)工藝條件，為工業(yè)生產(chǎn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 產(chǎn)品的指標(biāo)要求

采用西江HVGO生產(chǎn)APIⅡ+8cSt高黏度潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油，副產(chǎn)品為2cSt潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油，產(chǎn)品的主要指標(biāo)要求見(jiàn)表1。從表1可知：API Ⅱ+8cSt基礎(chǔ)油的指標(biāo)要求較高，要求黏度指數(shù)不小于115，高于中國(guó)石油化工股份有限公司制定的Ⅱ+基礎(chǔ)油黏度指數(shù)指標(biāo)(不小于110)[13]；同時(shí)，為了滿足市場(chǎng)用戶的實(shí)際使用情況，要求API Ⅱ+8cSt基礎(chǔ)油具有較低的濁點(diǎn)，即具有更優(yōu)異的低溫性能。

表1 潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)品的指標(biāo)要求

2 實(shí) 驗(yàn)

2.1 原 料

西江HVGO(大于449 ℃餾分)原料的性質(zhì)見(jiàn)表2。從表2可以看出：該潤(rùn)滑油餾分大于530 ℃的餾分收率超過(guò)15%，含蠟量、傾點(diǎn)也較高，從已有生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)看，西江HVGO可以生產(chǎn)8cSt的潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油[13-14]。瀝青質(zhì)和硫氮含量較高，需要進(jìn)一步優(yōu)化減壓蒸餾和加氫裂化工藝條件。

表2 西江HVGO的性質(zhì)

2.2 工藝流程

采用目前先進(jìn)的全氫工藝生產(chǎn)高端潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油，中試裝置模擬工業(yè)裝置流程，分為加氫裂化、異構(gòu)降凝和補(bǔ)充加氫精制3個(gè)單元，其中加氫裂化單元主要是脫硫、脫氮以達(dá)到異構(gòu)降凝單元對(duì)原料的要求，異構(gòu)降凝單元主要是根據(jù)原料和基礎(chǔ)油指標(biāo)來(lái)改善黏度指數(shù)，而補(bǔ)充加氫精制單元?jiǎng)t主要進(jìn)行芳烴飽和，提高基礎(chǔ)油的氧化安定性。各個(gè)單元可串聯(lián)使用，也可單獨(dú)運(yùn)行。為了便于考察加氫未轉(zhuǎn)化油的性質(zhì)，試驗(yàn)中將加氫裂化單元單獨(dú)運(yùn)行，得到的未轉(zhuǎn)化油再進(jìn)入異構(gòu)降凝和補(bǔ)充加氫精制串聯(lián)單元處理。

2.3 催化劑裝填方案

本試驗(yàn)中試裝置采用與工業(yè)裝置相同的SHELL公司催化劑，包括加氫處理催化劑、加氫裂化催化劑、異構(gòu)脫蠟催化劑和后精制催化劑，并模擬工業(yè)裝置的裝填比例，以期實(shí)現(xiàn)相近的空速，裝填方案如表3所示。

表3 催化劑裝填方案

3 結(jié)果與討論

3.1 加氫裂化試驗(yàn)

3.1.1 操作條件考察 以西江HVGO為原料，采用與工業(yè)生產(chǎn)相同的壓力和氫氣循環(huán)氣率，考察操作溫度和空速對(duì)加氫裂化效果的影響。

在空速為基準(zhǔn)時(shí)，考察反應(yīng)溫度對(duì)加氫裂化轉(zhuǎn)化率以及未轉(zhuǎn)化油(UCO)收率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖1可以看出：隨著操作溫度的提高，轉(zhuǎn)化率逐漸增加，溫度每提高1 ℃，轉(zhuǎn)化率約增加1百分點(diǎn)，因此，高溫有利于轉(zhuǎn)化率的提高，但會(huì)使催化劑失活速率加快；隨著操作溫度的提高，UCO收率逐漸降低，在(基準(zhǔn)-20) ℃和基準(zhǔn)溫度之間，UCO收率降低速率較慢，溫度每升高10 ℃，UCO收率降低3～5百分點(diǎn)，大于基準(zhǔn)溫度后，UCO收率下降較快，溫度每升高10 ℃，UCO收率降低約10百分點(diǎn)。

圖1 溫度對(duì)加氫裂化轉(zhuǎn)化率以及UCO收率的影響■—UCO收率； ◆—轉(zhuǎn)化率

圖2 UCO黏度指數(shù)及黏度(100 ℃)隨轉(zhuǎn)化率的變化◆—黏度指數(shù)； ■—黏度(100 ℃)

UCO的黏度指數(shù)及黏度(100 ℃)隨加氫裂化轉(zhuǎn)化率變化的趨勢(shì)見(jiàn)圖2。從圖2可以看出，隨著轉(zhuǎn)化率的增加，UCO的黏度指數(shù)逐漸增大，黏度(100 ℃)逐漸降低。由于異構(gòu)降凝是黏度指數(shù)降低的過(guò)程，為生產(chǎn)APIⅡ+8cSt潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油，要求經(jīng)加氫裂化處理后未轉(zhuǎn)化油的黏度指數(shù)大于130，相應(yīng)的加氫裂化轉(zhuǎn)化率應(yīng)在19%以上。

在操作溫度為基準(zhǔn)時(shí)，考察空速對(duì)加氫裂化轉(zhuǎn)化率及UCO收率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。從圖3可見(jiàn)：隨著空速的增加，轉(zhuǎn)化率逐漸降低，UCO收率逐漸提高；當(dāng)體積空速為(基準(zhǔn)-0.2) h-1時(shí)，轉(zhuǎn)化率可達(dá)到24.0%，但當(dāng)體積空速提高到(基準(zhǔn)+0.2) h-1時(shí)，轉(zhuǎn)化率降低到12.9%。

圖3 空速對(duì)加氫裂化轉(zhuǎn)化率及UCO收率的影響◆—轉(zhuǎn)化率； ■—UCO收率

3.1.2 操作條件及UCO性質(zhì) 綜合考慮UCO的收率、黏度指數(shù)以及加氫過(guò)程的苛刻度，加氫裂化的操作條件、產(chǎn)品收率和性質(zhì)見(jiàn)表4，操作過(guò)程中可以根據(jù)產(chǎn)品性質(zhì)變化進(jìn)行微調(diào)，保證其滿足異構(gòu)降凝過(guò)程對(duì)硫、氮含量及黏度指數(shù)的要求。從表4可以看出，UCO收率為91.12%，黏度指數(shù)為134，完全滿足異構(gòu)降凝單元對(duì)原料的要求。

表4 加氫裂化操作條件及UCO性質(zhì)

3.2 異構(gòu)降凝和補(bǔ)充加氫精制試驗(yàn)

3.2.1 操作條件考察 以UCO為原料，對(duì)異構(gòu)降凝-補(bǔ)充加氫精制的操作條件進(jìn)行研究，采用與工業(yè)生產(chǎn)相同的壓力和氫氣循環(huán)氣率，考察反應(yīng)溫度、空速對(duì)異構(gòu)降凝-補(bǔ)充加氫精制效果的影響。

在反應(yīng)壓力為16.5 MPa、空速為基準(zhǔn)的條件下，考察反應(yīng)溫度對(duì)液體收率、目的產(chǎn)品收率和濁點(diǎn)的影響，結(jié)果見(jiàn)圖4。由圖4可知：隨著反應(yīng)溫度的提高,液體收率逐漸降低，操作溫度每提高10 ℃，液體收率約降低6百分點(diǎn)；隨著反應(yīng)溫度的增加，目的產(chǎn)品的收率也逐漸降低，其降低趨勢(shì)和液體收率降低趨勢(shì)一致；目的產(chǎn)品的濁點(diǎn)隨著反應(yīng)溫度的提高也呈下降趨勢(shì)，在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，濁點(diǎn)均在-10 ℃以下，API Ⅱ+8cSt潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油的濁點(diǎn)要求是不大于-10 ℃，因此可以適當(dāng)降低異構(gòu)降凝的反應(yīng)溫度，即降低反應(yīng)的苛刻度。

圖4 反應(yīng)溫度對(duì)液體收率、目的產(chǎn)品收率及濁點(diǎn)的影響◆—液體收率； ■—目的產(chǎn)品收率； ▲—濁點(diǎn)。 圖5同

在反應(yīng)溫度為基準(zhǔn)、操作壓力為16.5 MPa的條件下，考察空速對(duì)液體收率、目的產(chǎn)品收率和濁點(diǎn)的影響，結(jié)果見(jiàn)圖5。由圖5可知：隨著空速的增加，液體收率和目的產(chǎn)品的收率均逐漸增加，且變化趨勢(shì)一致；隨著空速的降低，目的產(chǎn)品的濁點(diǎn)呈下降趨勢(shì)，且下降幅度較大，這說(shuō)明異構(gòu)降凝單元的降凝效果非常顯著；在試驗(yàn)空速范圍內(nèi)，目的產(chǎn)品的濁點(diǎn)均在-10 ℃以下。

圖5 空速對(duì)液體收率、目的產(chǎn)品收率及濁點(diǎn)的影響

3.2.2 操作條件及潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)品性質(zhì) 綜合考慮目的產(chǎn)品收率和性質(zhì)，異構(gòu)降凝-補(bǔ)充加氫精制的操作條件及潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)品性質(zhì)分別見(jiàn)表5和表6。從表6可以看出：API Ⅱ+8cSt潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)品的性質(zhì)優(yōu)于指標(biāo)要求，其酸值低、氧化安定性好，黏度指數(shù)達(dá)到121，遠(yuǎn)超過(guò)市面上API Ⅱ+類和API Ⅱ類基礎(chǔ)油的黏度指數(shù)并接近API Ⅲ類基礎(chǔ)油性能；濁點(diǎn)為-17 ℃，遠(yuǎn)低于指標(biāo)要求(不大于-10 ℃)，這意味著實(shí)際生產(chǎn)中，如果在符合濁點(diǎn)要求時(shí)采用較低的操作溫度，則會(huì)提高潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)品的收率。

表5 異構(gòu)降凝-補(bǔ)充加氫精制的試驗(yàn)條件

表6 潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)品的性質(zhì)

4 結(jié) 論

在適宜的操作條件下，采用CLG潤(rùn)滑油高壓加氫技術(shù)加工西江HVGO可以生產(chǎn)出黏度指數(shù)不小于115的潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油，其濁點(diǎn)低、酸值低、氧化安定性好，可滿足APIⅡ+8cSt 潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油的指標(biāo)要求。

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STUDY OF PRODUCTION OF HIGH VISCOSITY INDEX LUBRICATING BASE OIL FROM XIJIANG CRUDE HVGO

Xia Qiangbin， Wang Haijun， Liu Jie

(CNOOCTaizhouPetrochemicalCo.Ltd.，Taizhou，Jiangsu225321)

The Xijang crude HVGO was tested in a pilot plant to produce high Ⅵ base oil by simulated Chevron’s all hydrotreating processes. The operation conditions for hydrocracking， hydroiso-dewaxing and hydrofining processes were investigated respectively. It is concluded that APIⅡ+8cSt lube base oil can be produced by hydrocracking-hydroiso-dewaing-hydrofining processes. The product yield is high.

hydrocracking； hydroiso-dewaxing； viscosity index； lubricant base oil

2016-01-11； 修改稿收到日期： 2016-04-20。

夏強(qiáng)斌，高級(jí)工程師，主要從事大型煉化項(xiàng)目建設(shè)以及煉油化工企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理工作。

王海軍，wanghj62@cnooc.com.cn。