費-托合成蠟加氫異構生產的API類基礎油低溫性能研究

王澤愛，黃小珠，黃 波，陳遠慶，張 浩

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

費-托合成蠟的組成是飽和、長鏈的正構烷烴[1]，具有硫、氮、芳烴含量極低，黏度指數高等特性[2-3]，是加氫法生產API Ⅲ類潤滑油基礎油(簡稱基礎油)的優質原料[4-6]。其核心是將高熔點的長鏈正構烷烴加氫異構，轉化為具有優良低溫性能的異構烷烴。姚春雷等[7]通過對常規加氫異構催化劑異構化選擇性的優化，得到的Ⅲ類基礎油傾點和濁點分別不高于-18 ℃和-6 ℃。王子文等[8]通過對加氫精制、異構裂化和異構脫蠟等工藝的不同組合，得到傾點不高于-30 ℃的API Ⅲ類加氫基礎油。本研究以費-托合成蠟為原料，采用生產Ⅱ類基礎油常規的加氫異構/加氫精制工藝，以及適宜加工費-托合成蠟原料的異構脫蠟/加氫精制催化劑，在加氫中試裝置上考察費-托合成蠟為原料和工藝參數對得到的API Ⅲ類基礎油低溫性能的影響，特別是對濁點的影響。濁點是基礎油重要的低溫性能指標之一，低傾點、高濁點的基礎油在低溫下雖然具有較好的流動性，但因少量的高碳數、低支鏈度的烷烴析出致使油品混濁，且析出物易堵塞潤滑油過濾器而影響油品的使用性能。

1 實 驗

1.1 加氫中試裝置及工藝參數

試驗在200 mL加氫中試裝置上進行。該裝置由進料系統、反應系統、循環氫系統、冷卻分離系統和控制系統組成。原料油經加壓后依次進入加氫異構脫蠟反應器和加氫精制反應器；反應產物進入冷卻分離系統，分離出的以氫氣為主的氣相進入循環氫系統，液相產物經汽提塔分離出氣相產物后進入產品罐，然后采用2 L的蒸餾儀進行切割分離，其切割溫度分別為280 ℃和395 ℃，得到的3個樣品餾程分別為小于310 ℃，250～420 ℃和大于350 ℃，與工業裝置輕質白油料、2cSt基礎油和5cSt基礎油產品的餾程基本吻合。

基于以加氫尾油為原料的400 kt/a潤滑油加氫裝置的工藝參數，確定中型試驗工藝參數，如表1所示，其中反應壓力15 MPa和2.5 MPa、氫油體積比600和500分別是以加氫尾油為原料時該工業裝置的設計值和以費-托合成蠟為原料時催化劑供應商給出的推薦值。

表1 中型試驗工藝參數

1.2 試驗原料

70號和60號費-托合成蠟為商業產品，60-1，60-2，60-3均為60號費-托合成蠟切割出的輕餾分，且分別為60號費-托合成蠟質量的70%，50%，30%，其主要性質見表2。由表2可知：隨著費-托合成蠟餾分變輕，其黏度、黏度指數和熔點逐漸下降；所有樣品的硫和氮質量分數均小于1 μg/g。

表2 費-托合成蠟的主要性質

2 結果與討論

2.1 以70號費-托合成蠟為原料的試驗結果

以70號費-托合成蠟為原料，考察異構化反應溫度、反應壓力和氫油比對基礎油低溫性能的影響，結果見表3。

由表3可見：在反應壓力2.5 MPa條件下，隨著異構化反應溫度的提高和氫油比的增大，2cSt和5cSt基礎油的傾點逐漸降低，其濁點分別為-19 ℃左右和大于20 ℃。即使異構化反應溫度提升至348 ℃時，2cSt基礎油的傾點和濁點分別為-31 ℃和-19 ℃；5cSt基礎油的傾點已低于-15 ℃，且其收率已降至47.0%，但其濁點仍大于20 ℃。

表3 以70號費-托合成蠟為原料的試驗結果

在反應壓力15 MPa、異構化反應溫度348 ℃、氫油體積比600的條件下，2cSt和5cSt基礎油的傾點分別為2 ℃和大于25 ℃，2cSt基礎油的濁點高達10 ℃。由于費-托合成蠟在高壓下的異構化反應程度很低，以下試驗中壓力確定為2.5 MPa。

在催化劑供應商推薦的異構化反應溫度335～350 ℃條件下，70號費-托合成蠟的異構主反應和裂解副反應深度不夠，不僅導致其產物濁點較高，且5cSt基礎油樣品的100 ℃運動黏度超出4.5～5.5 mm2/s的指標范圍。

2.2 以60號費-托合成蠟為原料的試驗結果

針對以70號費-托合成蠟為原料時得到的5cSt基礎油在室溫下渾濁和100 ℃運動黏度高的問題，進行了以60號費-托合成蠟為原料，在壓力2.5 MPa、氫油體積比500、不同異構化反應溫度條件下的中型試驗，得到的5cSt基礎油的性質和收率見圖1。

圖1 不同反應溫度下5cSt基礎油的性質和收率

由圖1可見：以60號費-托合成蠟為原料時，隨著異構化反應溫度的提高，5cSt基礎油的濁點、傾點、黏度指數和收率均逐漸下降；當異構化反應溫度升至348 ℃時，5cSt基礎油的濁點和傾點分別降至-2 ℃和-27 ℃，但其黏度指數和收率已分別降至144和41.67%。異構化反應溫度越高，費-托合成蠟的異構化反應程度越深，但同時也加大了高溫裂解副反應的深度。催化劑供應商推薦的異構化反應最高溫度為350 ℃，且在348 ℃時5cSt基礎油的收率已降至41.67%，因此沒有繼續開展提高異構化反應溫度的試驗。

在異構化反應溫度分別為335，339，343，348 ℃的條件下，5cSt基礎油樣品的100 ℃運動黏度分別為5.068，4.973，4.921，4.896 mm2/s，隨著異構化反應溫度的升高，基礎油的100 ℃運動黏度緩慢下降，但仍在4.5～5.5 mm2/s的指標范圍內。

2.3 以60號費-托合成蠟輕餾分為原料的試驗結果

圖2為在反應壓力2.5 MPa、異構化反應溫度348 ℃和氫油體積比500的條件下，以60號費-托合成蠟及其輕餾分為原料時得到的5cSt基礎油的性質和收率。為便于比較，同時列出異構化反應溫度343 ℃條件下以60-3費-托合成蠟為原料時的試驗結果，實驗編號記為60-3*。

圖2 以60號費-托合成蠟不同餾分為原料時得到的5cSt基礎油的性質和收率

由圖2可知：以60號費-托合成蠟為原料切割出的餾分越輕，得到的5cSt基礎油的傾點、濁點、黏度指數和收率越低；以60-2費-托合成蠟為原料時，5cSt基礎油的濁點已降至-15 ℃，傾點降至-30 ℃，黏度指數降至138，但收率已降至35.67%；以60-3費-托合成蠟為原料時，5cSt基礎油的濁點可降至-18 ℃，傾點降至-31 ℃，黏度指數降至136，但收率進一步降至30.31%，將其異構化反應溫度由348 ℃降至343 ℃時，收率可提高至38.97%，且濁點為-15 ℃。

以60號、60-1、60-2和60-3費-托合成蠟為原料時，得到的5cSt基礎油的100 ℃運動黏度分別為4.896，4.803，4.751，4.696 mm2/s。費-托合成蠟原料逐步變輕，得到的5cSt基礎油的100 ℃運動黏度緩慢下降，但仍在4.5～5.5 mm2/s的指標范圍內。在滿足5cSt基礎油濁點指標要求的前提下，以60-3費-托合成蠟為原料時異構化溫度由348 ℃降至343 ℃時，100 ℃運動黏度由4.696 mm2/s提高至4.794 mm2/s。

由上述試驗可知：費-托合成蠟原料的組成對得到的5cSt基礎油的濁點有較大影響。圖3為60號費-托合成蠟不同餾分的碳數分布。由圖3可見，4種原料的碳數均呈正態分布，隨著餾分變輕，分布曲線向低碳數方向移動，且碳數大于40的烴類含量逐漸降低，60-2和60-3費-托合成蠟碳數大于40的烴類比例分別為0.40%和0.23%。以碳數大于40的比例超過0.5%的費-托合成蠟為原料時，得到的5cSt基礎油的濁點難以降至-15 ℃以下，這與高碳數的費-托合成蠟異構化難度更大有關。

圖3 60號費-托合成蠟不同餾分的碳數分布

3 結 論

(1)以70號費-托合成蠟為原料時，即使異構化反應溫度升至348 ℃，已接近催化劑供應商推薦使用溫度的上限值，得到的5cSt基礎油的傾點雖已低于-15 ℃，但在室溫下仍然渾濁，100 ℃運動黏度超出4.50～5.55 mm2/s的指標范圍。低壓有助于異構化反應。

(2)以60號費-托合成蠟為原料時，得到的5cSt基礎油的濁點、傾點、黏度指數、100 ℃運動黏度和收率隨著異構化反應溫度的升高而逐漸降低。異構化反應溫度升至348 ℃時，5cSt基礎油的濁點和傾點分別降至-2 ℃和-27 ℃，黏度指數、100 ℃運動黏度和收率分別為144、4.896 mm2/s和41.67%。

(3)以60號費-托合成蠟的切割餾分為原料時，在相同的反應條件下，餾分越輕，得到的5cSt基礎油的傾點、濁點、100 ℃運動黏度、黏度指數和收率越低。以碳數大于40的烴類的碳比例不超過0.5%的60-2和60-3費-托合成蠟為原料時，5cSt基礎油的濁點和傾點分別不高于-15 ℃和-30 ℃，黏度指數和收率分別不低于135和30%，100 ℃運動黏度在4.5～5.5 cSt的指標范圍內。