潤滑油加氫技術工程化問題及對策

甯龍(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

0 引言

潤滑油加氫技術是為了生產不同類型的潤滑油，將原油中組分較重的油品進行分餾，得到不同輕重組分的餾分潤滑油料和渣油，餾分潤滑油料便可作為潤滑油基礎油制取各類油品。

1 潤滑油加氫技術工程化發展情況

潤滑油基礎油生產中的“老三套”工藝都屬于物理技術，將油品中的理想組分和非理想組分進行分離，從而改善潤滑油基礎油的組成和性能。而加氫工藝屬于化學過程，在面對性質較差的原油時加氫精制技術已經替代傳統的溶劑精制工藝。常規加氫工藝中的加氫處理是APIⅡ類和Ⅲ類油的主要技術，可以有效改善油品性質，提升油品黏度指數；穩定性處理技術多是建設在加氫處理或加氫催化脫蠟工藝之后，該技術可以脫除部分芳烴以及不飽和化合物，得到顏色與氧化安全性更好的產品；加氫補充精制工藝在潤滑油加工前后都可進行，前期補充精制可增強后續溶劑精制的相分離效果，提高精制油的收率等。而后期補充精制可脫除上游工藝過程后殘留的溶劑、硫化物、含氧化物等，改善油品的透明度、氣味等性質。加氫技術的優點在于可以根據生產需求采用不同的工藝方案。比如在加氫裂化和加氫處理改善基礎油黏度指數的要求下，就可以利用催化脫蠟的方式降低基礎油的凝點和傾點。現階段，工業生產上所采用的加氫工藝多是與傳統工藝相結合的生產方式，例如溶劑抽提→加氫處理→溶劑脫蠟等。

自20世紀90年代開始，原油質量逐漸變差，在潤滑油對基礎油產品要求不斷提高的背景下，對潤滑油加氫技術的工程化發展提出了新的要求。國內外石油企業紛紛投入到潤滑油加氫技術工程化的研發和實踐當中，出現了諸多潤滑油加氫技術工藝。

2 潤滑油加氫技術工程化出現的問題

2.1 升溫升壓要求

根據加工原油的特性以及相關產品的需求，在潤滑油加氫處理中有三種工藝方式，即高壓加氫處理、中壓加氫處理和全氫型處理。高壓加氫處理工藝的壓力不得小于18 MPa，原料油品以減壓餾分油和脫瀝青油為主，高壓加氫處理的流程簡單，適用原料油廣泛，不過需要一定的投資和運營費用，潤滑油基礎油的收率較低。中壓加氫處理與高壓加氫處理的差別在于加氫處理前需要經過溶劑精制加工，其優點包括操作靈活、收率高，但相關副產品的價值不及高壓加氫處理。而全氫型則是最為簡單的技術流程，可以生產高質量的基礎油，相對的其生產成本較高。

從高壓和中壓潤滑油加氫處理技術工程化來看，需要高壓、高溫設備作為工業生產的基礎，而現階段高壓、高溫設備多采用鉻鉬合金鋼材料，來保證高溫高壓生產過程中的安全。在實際生產過程中，溫度低于93 ℃時對設備加壓所產生的應力不應超過鋼材料屈服極限的20%，但是為了滿足鉻鉬合金鋼材料設備的升溫要求，在開工后會快速升溫，這就造成加氫裝置在一段時間內無法進行升壓操作，而且升溫過快也會產生較大的熱應力，容易導致設備發生脆裂問題。

2.2 加氫基礎油氧化安定性差

在潤滑油加氫技術工藝中影響技術工藝效果的主要是催化劑和工藝流程兩點。工程化的工藝流程主要取決于企業生產要求和產品需求，而催化劑是加氫技術中不可或缺的要素，傳統加氫技術采用的催化劑多是氧化態加氫催化劑，其本身雖然是催化劑成品，但穩定性和活性不高，在加氫處理中與油品產生化學反應后也會造成基礎油的氧化穩定性不高的缺點，使得加氫基礎油在有氧條件下出現顏色變深、透明度偏低等問題。為了提高加氫基礎油的安定性，石油加工企業目前多采用在加氫反應器內注入二甲基二硫醚等硫化劑，也就是器內硫化過程，可以使催化劑具有更高的活性和穩定性。不過硫化時間以及硫化劑注入加氫裝置等流程需要較長時間，進而影響到了加氫處理的開工時間，仍需進一步研究相關硫化技術[1]。

2.3 加氫基礎油性質變差

正常情況下加氫處理是為了改善潤滑油基礎油的性質，而在潤滑油加氫處理過程中會受到溫度的影響，而導致油品出現絮狀物，油品渾濁度升高等問題，即便油品的關鍵性指標皆可滿足技術要求，但是外觀普遍渾濁，尤其是在重質基礎油的加氫處理后，油品渾濁比例可達到75%以上，就會導致這些油品難以售賣出去。

2.4 節能降耗及環保要求

近年來我國在環境保護，節能降耗方面出臺了諸多政策要求，在潤滑油加氫技術工程化應用中節能降耗以及環境保護要求也是需要石油加工企業考慮的重要因素，這對于經濟和技術的可持續發展有著重要影響。潤滑油加氫處理中主要涉及燃料氣、汽提蒸汽用量、循環水和電四個方面，某潤滑油加氫處理裝置能耗結構如表1所示，可以看出實際能耗通常都高于設計能耗，浪費現象時有發生，這對于潤滑油加氫技術工程化的擴展造成了一定影響。

表1 某潤滑油加氫處理裝置能源消耗結構表

3 潤滑油加氫技術工程化問題的解決對策

3.1 滿足升溫升壓要求的途徑

潤滑油加氫處理裝置是升溫升壓的基礎，只有處理裝置能夠滿足升溫升壓的要求，才能有效解決升溫升壓帶來的問題。在設備方面需要結合鉻鉬合金鋼材料的特點，設定好反應器、換熱器的最低溫度，以最低溫度作為設備升溫的最低條件。而在加氫工藝方面，需要保障鉻鉬合金鋼在先升溫后升壓過程中不會出現脆化問題，可以在處理裝置升溫過程中設定循環氫壓縮機全開循環，利用循環氫流動的方式減緩溫度突然升高的趨勢，保證氫氣在升壓期間能夠滿足升壓最低溫度的工藝條件。此外，直接調整基礎油的硅含量、鐵含量、瀝青質含量，協調反應進料加熱、反應器運作也可以在一定程度上降低快速升溫或升壓對加氫技術的影響。

3.2 提高加氫基礎油氧化安定性

提高加氫基礎油氧化安定性可以從催化劑和處理技術兩方面著手。先是催化劑硫化技術方面，中國石油化工科學研究院研發的一步浸漬法制備預硫化劑(RPS)或是撫順石油化工研究院研發的器外預硫化(EPRES)等技術，都是通過將硫化劑負載到氧化態催化劑上，再通過升溫分解產生硫化氫。雖然在一定程度上縮短了硫化時間，但并不顯著，而且活化過程中高濃度的硫化氫還會腐蝕設備。為此，器外真硫化態潤滑油加氫處理催化劑開始在工業應用上嶄露頭角，器外真硫化態潤滑油加氫處理催化劑是先用加氫處理催化劑在器外進行真硫化處理，同時貴金屬催化劑對潤滑油進行異構、降凝處理，再使用氫氣將貴金屬催化劑還原為金屬態催化劑。在潤滑油加氫處理前就在器外完成了催化劑的加工，避免了在加氫過程中使用硫化劑，排放出含硫氣體或液體，相關流程更為簡單，可以在確保加氫基礎油氧化安定性的基礎上，減少操作，加快作業效率[2]。而在處理技術方面則主要是針對基礎油進行前期處理。例如擁有“老三套”裝置的企業可以加強溶劑精制效果，盡可能脫除基礎油中的氮化物和芳烴，也可加入白土精制。或是運用旋轉氧彈法來提高氧分壓與氧化安定性之間的關系，可以通過提高反應溫度、降低空速、提高氫油比例，使基礎油在誘導期的氧化安定性能變好，如果其氧化安定性依然較差，也可以提高異構脫脂來降低芳烴飽和度。

3.3 改善加氫基礎油性質

將減壓蠟油淺度脫蠟，除去基礎油中正構烷烴分子，脫蠟油再加氫等方式是傳統改善加氫基礎油性質的方法，雖然在一定程度上優化加氫基礎油性質，但在低溫條件下，部分重質油渾濁度依然較高，外觀難以符合市場需求。因此，對于加氫基礎油，尤其是重質基礎油，應當在加氫處理的環節優化異構脫蠟條件，使長鏈異構烷烴和帶環烷基團可以充分進入孔道與催化劑反應，避免因劣化反應而進入加氫基礎油當中。在分餾環節的減壓塔可采用重沸汽提，增強對加氫基礎油的過濾。也可以采用高活性的異構脫蠟或催化脫蠟催化劑來減少多環芳烴。

3.4 降低加氫處理能源消耗

潤滑油加氫技術工程化能源消耗的降低也需要從設備和工藝兩方面進行探討。在潤滑油加氫處理裝置中常壓分餾塔和減壓分餾塔是燃料氣能源消耗占比最大的設施，換熱網絡的設計不夠合理才導致常壓分餾塔和減壓分餾塔的能耗水平較高。在潤滑油加氫處理工程化設計中要形成能量回收利用的換熱網絡結構，這樣不僅能夠降低能源的消耗，而且在加氫處理中的氫活化溫度也可以得到優化，降低整個加氫工程的成本。而相關工藝技術則與潤滑油加氫處理的產品有較大關系，橡膠油、光亮油所采用的高壓加氫工藝較為特殊，相關性質和產品質量優化方式需要結合有關石油加工企業的實際生產經驗得到。以中海油高芳烴餾分油生產環保輪胎油為例，單段高壓加氫處理工藝生產芳烴值在10%左右的環保輪胎油收率在90%以上，有著良好的經濟效益和環保作用[3]。

4 結語

在潤滑油加氫技術工程化發展過程中，石油加工企業研發出諸多加氫處理技術工藝，為潤滑油加氫技術工程化發展提供助力，不過也出現了一些問題，針對相關問題，文章提出了調整加氫處理裝置，提高加氫基礎油氧化安定性，改善加氫基礎油性質，降低加氫處理能源消耗等對策，進一步促進潤滑油加氫技術工程化的穩步發展。