石蠟基潤滑油裝置催化劑級配方案評價

徐巖峰，王啟升，張翠偵

[1.中海油（青島）重質油加工工程技術研究中心有限公司，山東 青島 266500；2.中海油氣（泰州）石化有限公司，江蘇 泰州 225300]

橡膠工業環保政策趨嚴導致市場對油品添加劑質量提出了更高的要求，而潤滑油基礎油是潤滑油的主要成分（占比為70%～99%），其性質和組成對潤滑油的質量具有重要的影響。在潤滑油總體產能相對飽和的情況下，高品質潤滑油的產量仍相對不足[1-5]。通過加氫工藝制備潤滑油基礎油具有產品收率高、工藝靈活性好等優點[6]，且產品具有較高的粘度指數、良好的低溫流動性、更好的氧化安定性及較低的揮發性等[7-9]，該工藝已經成為世界潤滑油基礎油生產技術的發展潮流[10]。

鑒于加氫工藝的優勢，中國海洋石油集團有限公司（中海油）某煉油廠以石蠟基減四線餾分油（石蠟基VGO4，其西江/潿洲的原油摻煉質量比為1/1）為原料生產潤滑油基礎油，并對A和B催化劑公司提供的催化劑裝填體系（分別簡稱A和B裝填體系）方案生產Ⅱ類或Ⅲ類基礎油的可行性進行評價，以選擇合適的催化劑裝填體系方案，有助于煉油廠實現效益最大化。

1 實驗

1.1 原料油

本研究以石蠟基VGO4為原料油，進行潤滑油基礎油的生產工藝研究。

原料油的主要性質見表1。

該原料油的密度較小，硫含量和氮含量皆較低，凝點較高，具有典型的石蠟基油的特性。

1.2 工藝路線

潤滑油基礎油生產采用全加氫工藝，工藝路線見圖1。A裝填體系方案采用三段高壓加氫工藝，B裝填體系方案采用三段加氫工藝。

加氫各段催化劑的裝填分別按照A和B裝填體系方案進行，異構脫蠟段催化劑均采用貴金屬催化劑。在評價過程中為便于考察加氫裂化段催化劑的性能以及滿足后續異構脫蠟段貴金屬催化劑對進料油品硫含量和氮含量均小于2 mg·kg-1的要求，加氫裂化段試驗單獨進行。

2 結果與討論

2.1 加氫裂化段試驗

加氫裂化預處理不僅能脫除原料中的硫、氮和氧等非烴類化合物，以生產出滿足后續進料要求的原料，還能將低粘度指數分子裂化或升級，提高油的粘溫特性[11]。本工作以減四線餾分油為原料，按照A和B裝填體系方案進行加氫裂化段試驗，對所得加氫生成油進行性質分析和餾分切割（結果見表2），制備后續異構脫蠟及補充精制進料油品（硫含量和氮含量均小于2 mg·kg-1），其產品油收率對比見圖2。

由表2和圖2可知：同一種裝填體系方案下，在其他反應條件固定的前提下，加氫裂化反應溫度升高，加氫生成油的運動粘度、密度、硫含量及氮含量均降低，其原因是加氫裂化段進行了脫硫、脫氮、脫金屬及其他脫雜質反應；加氫生成油的初餾點前移，餾程范圍擴大。相比于B裝填體系方案，A裝填體系方案加氫裂化段在較高的反應空速下采用較低的反應溫度可得到硫含量和氮含量均小于2 mg·kg-1的加氫生成油，且A裝填體系方案潤滑油基礎油總餾分收率及重質潤滑油基礎油餾分（≥440 ℃）收率均較高，說明A裝填體系方案加氫裂化段工藝較B裝填體系方案更具有優勢。

表2 加氫裂化條件對加氫生成油性質的影響Tab.2 Effect of hydrocracking conditions on properties of hydrogenated oil

2.2 異構脫蠟及補充精制段試驗

相對于傳統生產工藝，采用加氫異構脫蠟法生產的潤滑油基礎油具有較高的鏈烷烴含量、較高的粘度指數和優異的低溫流動性[12]，產品收率較高[13]。分別在上述A和B裝填體系方案（加氫裂化反應溫度分別為405和407 ℃）下進行樣品反應條件放大試驗及后續異構脫蠟及補充精制試驗。不同反應溫度下產品油收率見圖3，產品油性質見表3和4，其中基溫為基準反應溫度的簡稱。

表3 A裝填體系方案產品油性質Tab.3 Product oil properties of A loading system schemes

由圖3可知，隨著反應溫度的升高，潤滑油基礎油總餾分收率及重質潤滑油基礎油餾分收率（≥440 ℃）均下降。

≥440 ℃餾分段油品傾點是潤滑油基礎油的重要指標，也是異構脫蠟催化劑的重點評定指標。試驗結果表明：在A裝填體系方案下，當異構脫蠟反應溫度由基溫升至基溫＋5 ℃時，≥440 ℃餾分段油品傾點由15 ℃降至－12 ℃，變化明顯，表明此溫度為異構脫蠟催化劑活性反應溫度。在異構脫蠟/補充精制反應溫度為（基溫＋5 ℃）/基溫及（基溫＋10℃）/基溫條件下，≥440 ℃餾分段油品傾點均能滿足Q/SY 44—2009《通用潤滑油基礎油》要求。

表4 B裝填體系方案產品油性質Tab.4 Product oil properties of B loading system schemes

由表3和4還可以看出：（1）在A裝填體系方案下，在異構脫蠟/補充精制反應溫度為（基溫＋5℃）/基溫及（基溫＋10 ℃）/基溫的條件下，≥440℃餾分段收率分別為45.14%和44.10%，可得到粘度指數分別為119和112、傾點分別為－12和－21℃、氧化安定性時間分別為412和315 min的10cst潤滑油基礎油；（2）在A裝填體系方案下，在異構脫蠟/補充精制反應溫度為（基溫＋5 ℃）/基溫的條件下，280～360 ℃餾分可作為變壓器油基礎油，360～440 ℃餾分可作為5cst潤滑油基礎油或石蠟基橡膠油；（3）在B裝填體系方案下，在異構脫蠟/補充精制反應溫度為（基溫＋5 ℃）/基溫及（基溫＋10 ℃）/基溫的條件下，≥440 ℃餾分段收率分別為38.03%和37.17%，可得到粘度指數分別為114和112、傾點分別為－15和－18 ℃、氧化安定性時間分別為303和310 min的10cst潤滑油基礎油；（4）在B裝填體系方案下，在異構脫蠟/補充精制反應溫度為（基溫＋5 ℃）/基溫條件下，280～360 ℃餾分可作為變壓器油基礎油或2cst潤滑油基礎油，360～440 ℃餾分可作為石蠟基橡膠油；（5）在B裝填體系方案下，在異構脫蠟/補充精制反應溫度為（基溫＋10 ℃）/基溫的條件下，280～360 ℃餾分可作為2cst潤滑油基礎油或變壓器油基礎油，360～440 ℃餾分可作為5cst潤滑油基礎油或石蠟基橡膠油。

3 結論

（1）A裝填體系方案中加氫裂化段催化劑活性較高，可在較高的反應空速及較低的反應溫度下得到硫含量和氮含量均小于2 mg·kg-1的加氫生成油，且其加氫生成油的潤滑油餾分收率較高。

（2）采用A裝填體系方案（加氫裂化反應溫度為405 ℃，異構脫蠟反應溫度為基溫＋5 ℃）產品的360～440 ℃和≥440 ℃餾分能滿足Q/SY 44—2009中5cst和10cst潤滑油基礎油的指標要求，5cst和10cst潤滑油基礎油的收率分別為17.96%和45.14%；280～360 ℃餾分無法滿足2cst潤滑油基礎油的指標要求，但可滿足變壓器油基礎油的指標要求。

（3）采用B裝填體系方案（加氫裂化反應溫度為407 ℃，異構脫蠟反應溫度為基溫＋10 ℃）產品油的餾分能滿足Q/SY—2009中潤滑油基礎油的指標要求，2cst，5cst和10cst潤滑油基礎油的收率分別為9.01%，14.56%和37.17%。