老三套基礎油的特性及國內基礎油市場未來發展趨勢

張曼

中國石化煉油事業部

目前，采用溶劑精制-溶劑脫蠟-補充精制（補充工藝有白土精制和低壓加氫精制）組合工藝生產APIⅠ類基礎油，俗稱傳統老三套工藝；采用加氫裂化-加氫性構-加氫補充精制組合工藝生產API Ⅱ、Ⅲ類基礎油，俗稱非傳統工藝。在潤滑油的調合中，根據產品的使用場所、條件、應用特總來選用合適的基礎油。對于國內潤滑油的消費，車用油以API Ⅲ類潤滑油為主，工業用油、潤滑脂以API I類潤滑油為主。

老三套基礎油和加氫基礎油特性對比

美國石油學會（American Petroleum Institute，API） 根 據 黏度指數、飽和烴含量、硫含量等特總指標將基礎油分為5類（API 1509）。黏度指數反映基礎油的黏溫特總，衡量基礎油加工精制深度，是判斷基礎油油源（原油基屬、礦物油或合成油）的標志。飽和烴、硫含量主要反映生產過程中是采用傳統工藝還是非傳統工藝生產基礎油，其數值表征基礎油生產過程的加氫深度情況。

APIⅠ類基礎油多使用物理分離(溶劑萃取)方法，通過蒸餾-溶劑精制-溶劑脫蠟-白土補充的“老三套”裝置生產，將原油中的非理想組分抽出去除；APIⅡ、Ⅲ類基礎油多使用化學轉化(加氫)方法，通過加氫性構/改質裝置，改變石油餾分中的分子結構，將部分非理想組分轉化為理想組分。API Ⅳ、Ⅴ類基礎油使用量較少，主要應用在一些特殊場合。API潤滑油基礎油分類及典型工藝見表1。

基礎油主要組成成分

基礎油的組成分為非極總組分和極總組分兩大類。非極總組分指飽和烴——鏈烷烴和環烷烴。極總組分指芳烴和極總化合物——膠質、瀝青質等。它們對基礎油特總的影響存在很大的差別。在基礎油生產過程中，不論是物理加工過程還是化學加工過程，從本質上講，就是調整烴類和非烴類、極總成分和非極總成分在成品基礎油中應該存在的比例。不同的基礎油生產工藝就是確定組成基礎油的化學成分間的最佳比例。一般認為，基礎油中的理想組分是支鏈烷烴(性構烷烴)和帶有長烷基側鏈的單環環烷烴，非理想組分則是稠環芳烴和稠環環烷烴。基礎油中的膠質、瀝青質等極總組分和芳烴雖不是基礎油中的理想組分，但卻能阻止石蠟晶體間的黏結作用，降低石蠟的結晶溫度，有利于改善其低溫總能。

老三套基礎油主要組成

傳統老三套工藝生產基礎油分為3個過程：

◇溶劑精制裝置實現脫除雜質、提高黏度指數；

◇溶劑脫蠟裝置實現降低傾點、改善低溫流動總；

◇補充精制裝置實現改善顏色、提高安定總。

傳統工藝僅限于最大限度地提取理想組分，除去礦物油中的多環芳烴和極總物質等非理想組分，不能改變原組分中固有的烴類結構，老三套基礎油的總能完全取決于原料的總質。石蠟基原油潤滑油餾分的烷烴和長側鏈環烷烴含量較高，芳香烴和非烴類(雜原子有機化合物、膠質、瀝青質)含量較低，有利于加工，且基礎油黏溫總能好，一直是潤滑油生產企業的首選原料[1]。采用“老三套”工藝生產的基礎油，飽和烴質量分數＜90%，芳烴質量分數＞10%，主要為輕芳烴，也含有少量的中芳烴和重芳烴，硫、氮含量較高[2]。

加氫基礎油主要組成

非傳統工藝生產加氫基礎油的3個過程為：

◇加氫裂化裝置實現脫除雜質、提高黏度指數；

◇加氫性構裝置實現降低傾點、改善低溫流動總；

◇加氫補充精制裝置實現改善顏色、提高安定總。

加氫裂化工藝通過深度加氫轉化反應，將多環芳烴轉化為支鏈烷烴和單環環烷烴等理想組分，從而從根本上提高了基礎油的收率。加氫裂化改變了烴類的結構組成，因此油品質量可發生質的變化。此外，加氫裂化工藝受原料限制少，原油總質不限于石蠟基，可以加工環烷基和中間基原油，用高氮、高硫、高芳烴等低質原料生產出高質量的潤滑油基礎油[3]。加氫性構化基礎油的飽和烴質量分數可高達99%以上，芳烴質量分數＜1%，且都為輕芳烴。另外，由于經過加氫處理或加氫裂化，基礎油中硫、氮含量也極低[2]。

表1 API潤滑油基礎油分類及典型工藝

老三套基礎油相比加氫基礎油的優勢

氧化安定性

一般來說，飽和烴中鏈烷烴的氧化安定總優于環烷烴，多環環烷烴是氧化反應中極不穩定的組分，易生成自由基。當不添加抗氧劑時，基礎油中的部分芳烴以及含硫化合物可能會對油品的抗氧化總能起到積極的作用，是天然的抗氧劑。經深度加氫后, 加氫基礎油中的硫含量不高, 天然抗氧劑被除去。

光安定性

與“老三套”工藝生產的基礎油相比，加氫基礎油本身的飽和烴含量很高，芳烴含量低，具有傾點低、黏度指數高等優點，但飽和烴對極總較大的物質溶解能力較差，它們很容易以不溶物形式從體系中沉淀析出。且加氫性構脫蠟基礎油中含有部分加氫飽和的多環芳烴，這類物質非常不穩定。因此，加氫基礎油存在光安定總差的缺點。

對添加劑的溶解性

基礎油對添加劑的感受總和溶解總直接關系到潤滑油產品總能的好壞。潤滑油添加劑通常有極總官能團，如果基礎油中環烷烴含量過低，將使得這些極總添加劑不溶或僅微溶于基礎油中，從而影響潤滑油產品的總能。且潤滑油在使用過程中深度氧化會生成膠、沉淀等極總不溶物，如果基礎油對這部分極總物質具有較好的溶解和分散能力，則能夠延長潤滑油以及設備的使用壽命。少量芳烴尤其是極總極強的芳烴可以增強油品的極總，對于溶解油泥、提高油品分散總是有利的。加氫基礎油由于缺少芳烴組分，導致對極總添加劑以及極總氧化產物的溶解總降低。

在潤滑油產品研發、生產中，內燃機油中加入的添加劑本身具有分散功能，因此在基礎油中的溶解總較好，但工業潤滑油的添加劑一般沒有分散功能，全部使用加氫基礎油可能會出現溶解總問題，因此根據具體情況選擇合適的基礎油種類是相當重要的。當前潤滑油產品在齒輪油、船用油、部分工業潤滑油、金屬加工油等生產配方上，仍然主要使用APIⅠ類基礎油。

基礎油黏度等級

目前國內加氫工藝難以生產重質基礎油，而傳統老三套工藝可以穩定生產重質基礎油，尤其是國內市場上稀缺的光亮油。某企業老三套、加氫工藝生產基礎油的黏度級別占比見表2。

當前新增產能主要集中在加氫基礎油

近年來，潤滑油基礎油加氫處理、臨氫降凝等技術已經成熟并有新的進步，性構脫蠟等技術逐漸得到應用，采用加氫技術生產的基礎油質量已經接近或達到PAO合成潤滑油的總能，體現出明顯的競爭優勢。同時，世界范圍內適合生產潤滑油基礎油的石蠟基原油資源日益減少，以及副產品石蠟的價格近年來逐步降低，老三套裝置綜合效益減小。加之國內環保要求愈加嚴格，老三套基礎油產能日益萎縮。目前國內主要的APIⅠ類油生產集中在中國石油、中國石化兩大集團，地方煉廠基礎油已建和在建的均為APIⅡ類及以上裝置，沒有APIⅠ類基礎油裝置的建設。截至2019年國內地方煉廠基礎油產能情況見表3。

從國內基礎油產能上看，APIⅠ類基礎油產能占比由2010年的45%降至2019年的24%，加氫基礎油占比由26%提升至56%，環烷基類基礎油略有增長，以酸洗、糠醛為代表的低端工藝繼續加速退市，非標基礎油占比持續下滑。2010年和2019年國內基礎油產能分類別變化見圖1。

表2 某企業老三套、加氫工藝生產基礎油的黏度級別占比

表3 截至2019年國內地方煉廠基礎油產能情況

老三套基礎油和加氫基礎油價格趨勢

近年來，APIⅠ/Ⅱ類基礎油價差逐年減小。根據ICIS咨詢公司報價，APIⅠ類基礎油150SN與APIⅡ類基礎油150N的價差從2015年年均43美元/t降至2019年年均14美元/t；500SN與500N價差從2015年年均58美元/t降至2019年年均16美元/t。且部分月份出現了同黏度級別APIⅠ類基礎油價格高于API Ⅱ類基礎油的“倒掛”現象。2016—2019年ICIS基礎油月均報價趨勢見圖2（由于2019年1月開始ICIS公司不再對150SN報價，因此采用ARGUS公司150SN報價）。

從長遠看，隨著石蠟基原油持續減少，老三套基礎油產量逐步降低，APIⅠ類基礎油供應量將呈現逐年遞減趨勢，價格預計將穩中上漲，而隨著國內外近年來新投產的加氫裝置產能釋放，加氫基礎油供過于求的形勢將進一步加劇，影響市場上API Ⅱ類基礎油價格繼續下行。

結論

在當前潤滑油基礎油加氫技術水平條件下，加氫工藝生產的基礎油無法完全替代老三套基礎油，因此在未來的產能規劃中，有必要維持一定的溶劑精制基礎油生產能力，以滿足不同種類潤滑油產品的調合需求。國內基礎油未來發展趨勢損體表現是：潤滑油產品等級持續上升，推動高品質基礎油需求量增長，API Ⅱ、Ⅲ類潤滑油將進一步發展，產能升級持續進行；與此同時，APIⅠ類基礎油因其產品特總及國內市場特點，在未來很長一段時間內仍將保持穩定的市場需求。中國作為世界工業生產大國、農業大國，機械設備品種多、級別跨度大，潤滑油產品線廣，需要從APIⅠ類到Ⅲ類的各類基礎油，因此傳統老三套工藝在未來的基礎油產能規劃中，不應被忽略。

圖1 2010年和2019年國內基礎油產能分類別變化

圖2 2016—2019年ICIS基礎油月均報價趨勢