高品質(zhì)類(lèi)基礎(chǔ)油工業(yè)化生產(chǎn)與性能

李玉華，顧善龍，陳春保，韓守知

（中海油氣 （泰州）石化有限公司，江蘇 泰州 225300）

近年來(lái)，隨著工程機(jī)械、汽車(chē)制造等行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，國(guó)內(nèi)對(duì)高端潤(rùn)滑油的需求不斷增加。同時(shí)，在國(guó)Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)[1]實(shí)施、及雙碳目標(biāo)戰(zhàn)略[2]背景下，不斷提升潤(rùn)滑油的品質(zhì)成為必然趨勢(shì)。潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油（簡(jiǎn)稱(chēng)基礎(chǔ)油）是潤(rùn)滑油的主要組成部分，決定著潤(rùn)滑油的基本性質(zhì)，因此市場(chǎng)對(duì)高端潤(rùn)滑油的需求增加促使基礎(chǔ)油的性能不斷提高升級(jí)。其中，美國(guó)石油學(xué)會(huì)（API）Ⅰ類(lèi)礦物基礎(chǔ)油正不斷被APIⅡ類(lèi)、Ⅲ類(lèi)基礎(chǔ)油替代，尤其是APIⅢ類(lèi)加氫基礎(chǔ)油的市場(chǎng)需求正快速增加[3]。API基礎(chǔ)油分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定Ⅲ類(lèi)基礎(chǔ)油的黏度指數(shù)不小于120、飽和烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于90%、硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于3μg／g。在此基礎(chǔ)上，隨著基礎(chǔ)油的生產(chǎn)工藝不斷進(jìn)步，其黏度指數(shù)、飽和烴含量、硫含量、傾點(diǎn)、濁點(diǎn)、蒸發(fā)損失、低溫動(dòng)力黏度等關(guān)鍵性能指標(biāo)進(jìn)一步改善，高品質(zhì)Ⅲ類(lèi)基礎(chǔ)油應(yīng)運(yùn)而生。當(dāng)前，我國(guó)Ⅲ類(lèi)基礎(chǔ)油的需求量約為900 kt／a，主要依賴進(jìn)口，來(lái)源主要有韓國(guó)、阿聯(lián)酋、馬來(lái)西亞等[4-6]。因此，高品質(zhì)Ⅲ類(lèi)基礎(chǔ)油的國(guó)產(chǎn)化替代具有緊迫性和重要意義[7-9]。

在此背景下，中海油氣（泰州）石化有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)泰州石化）以中國(guó)南海原油為原料，采用先進(jìn)的全加氫工藝并結(jié)合前期中試研究結(jié)果，于2022年5月利用原有基礎(chǔ)油生產(chǎn)裝置成功生產(chǎn)出了兩種黏度級(jí)別的APIⅢ類(lèi)基礎(chǔ)油TZ-HVI 6和TZ-HVI 4。這兩種Ⅲ類(lèi)基礎(chǔ)油均具有黏度指數(shù)高、飽和烴含量高、硫含量低、傾點(diǎn)低、低溫動(dòng)力黏度低的優(yōu)點(diǎn)。以下詳細(xì)介紹泰州石化Ⅲ類(lèi)基礎(chǔ)油的生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用和產(chǎn)品性能。

1 生產(chǎn)工藝流程

泰州石化Ⅲ類(lèi)基礎(chǔ)油的生產(chǎn)工藝流程主要包括加氫裂化、異構(gòu)脫蠟、加氫后精制3部分，裝置包括3臺(tái)反應(yīng)器及分餾系統(tǒng)，如圖1所示。生產(chǎn)時(shí)，南海原油的減壓餾分油依次進(jìn)入3臺(tái)反應(yīng)器，進(jìn)行脫金屬、脫硫、脫氮、芳烴飽和、開(kāi)環(huán)裂化、異構(gòu)脫蠟以及進(jìn)一步芳烴飽和等反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后產(chǎn)品進(jìn)入減壓蒸餾塔進(jìn)行分離，得到不同組分的輕質(zhì)基礎(chǔ)油（輕潤(rùn)）、中質(zhì)基礎(chǔ)油（中潤(rùn)）和重質(zhì)基礎(chǔ)油（重潤(rùn)），其中減壓蒸餾塔塔底得到的重潤(rùn)，即為Ⅲ類(lèi)基礎(chǔ)油。

圖1 Ⅲ類(lèi)基礎(chǔ)油生產(chǎn)工藝流程示意

2 原料性質(zhì)

通過(guò)常減壓蒸餾裝置調(diào)整南海原油的減壓餾分油，篩選出適合的潤(rùn)滑油加氫裝置原料油A和原料油B，以生產(chǎn)相應(yīng)黏度級(jí)別的Ⅲ類(lèi)基礎(chǔ)油TZ-H VI 6和TZ-H VI 4。潤(rùn)滑油加氫裝置原料性質(zhì)見(jiàn)表1。由表1可以看到，在連續(xù)生產(chǎn)的3 d時(shí)間內(nèi)，原料油的性質(zhì)基本穩(wěn)定。兩種原料油的硫、氮、芳烴含量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于催化劑處理能力上限，原料油的黏度適合于相應(yīng)的基礎(chǔ)油黏度，且兩種石蠟基原料油的黏度指數(shù)、傾點(diǎn)、飽和烴含量均較高，適合于用作生產(chǎn)Ⅲ類(lèi)基礎(chǔ)油的原料。

表1 潤(rùn)滑油加氫裝置原料油的主要性質(zhì)

3 生產(chǎn)工藝參數(shù)

表2為穩(wěn)定生產(chǎn)狀態(tài)下裝置的主要工藝參數(shù)。在各工藝參數(shù)中，氫油比、反應(yīng)壓力、反應(yīng)溫度影響原料油整個(gè)加氫反應(yīng)的深度；其中，加氫裂化反應(yīng)溫度主要影響基礎(chǔ)油產(chǎn)品的硫含量、氮含量、芳烴含量、黏度指數(shù)，異構(gòu)脫蠟反應(yīng)溫度主要影響基礎(chǔ)油產(chǎn)品的傾點(diǎn)，加氫后精制溫度主要影響基礎(chǔ)油產(chǎn)品的光熱穩(wěn)定性和顏色。根據(jù)前期中試研究結(jié)果，反應(yīng)壓力選擇16～17 MPa，加氫裂化階段氫油體積比大于900，異構(gòu)脫蠟階段氫油體積比大于500，加氫后精制階段氫油體積比大于500。生產(chǎn)時(shí)，根據(jù)原料油的性質(zhì)以及Ⅲ類(lèi)基礎(chǔ)油產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)，先預(yù)設(shè)空速和反應(yīng)溫度進(jìn)行生產(chǎn)，再參考Ⅲ類(lèi)基礎(chǔ)油產(chǎn)品的實(shí)際分析結(jié)果對(duì)空速和反應(yīng)溫度進(jìn)行微調(diào)。最終，在基礎(chǔ)油TZ-HVI 6生產(chǎn)過(guò)程中，加氫裂化催化劑、異構(gòu)脫蠟催化劑、加氫后精制催化劑的體積空速分別保持在0．99，1．67，1．65 h－1，3個(gè)工藝單元的反應(yīng)溫度分別控制在390～400，350～360，240～250℃；在基礎(chǔ)油TZHVI 4生產(chǎn)過(guò)程中，加氫裂化氫催化劑、異構(gòu)脫蠟催化劑、加氫后精制催化劑的體積空速分別維持在0．89，1．51，1．50 h－1，3個(gè)工藝單元的反應(yīng)溫度分別控制在385～395，343～353，240～250℃。

表2 Ⅲ類(lèi)基礎(chǔ)油生產(chǎn)過(guò)程的主要工藝參數(shù)

4 基礎(chǔ)油產(chǎn)品性質(zhì)及收率

Ⅲ類(lèi)基礎(chǔ)油產(chǎn)品的性質(zhì)如表3和表4所示。由表3和表4可知：TZ-HVI 6基礎(chǔ)油的黏度指數(shù)為127～128，傾點(diǎn)為－21℃；TZ-HVI 4基礎(chǔ)油的黏度指數(shù)為125～126，傾點(diǎn)為－18～－21℃；二者黏度指數(shù)均較高且低溫流動(dòng)性良好。此外，通過(guò)裝置物料平衡計(jì)算，加工原料油A時(shí)，TZ-HVI 6基礎(chǔ)油的收率為20．59%；加工原料油B時(shí)，TZ-HVI 4基礎(chǔ)油的收率為21．16%。

表3 Ⅲ類(lèi)基礎(chǔ)油TZ-HVI 6的主要性質(zhì)

表4 Ⅲ類(lèi)基礎(chǔ)油TZ-HVI 4的主要性質(zhì)

5 Ⅲ類(lèi)基礎(chǔ)油與同類(lèi)進(jìn)口產(chǎn)品的性能對(duì)比

表5和表6分別為泰州石化生產(chǎn)TZ-HVI 6和TZ-H VI 4基礎(chǔ)油產(chǎn)品和同類(lèi)進(jìn)口基礎(chǔ)油產(chǎn)品的主要質(zhì)量指標(biāo)。由表5和表6可知，泰州石化生產(chǎn)的Ⅲ類(lèi)基礎(chǔ)油與同類(lèi)進(jìn)口主流產(chǎn)品的性質(zhì)相近，其中TZ-H VI 6基礎(chǔ)油的傾點(diǎn)、蒸發(fā)損失、飽和烴含量、低溫動(dòng)力黏度等性質(zhì)均優(yōu)于SK YUBASE 6，TZ-HVI 4基礎(chǔ)油的黏度指數(shù)、傾點(diǎn)、蒸發(fā)損失、低溫動(dòng)力黏度等性質(zhì)均優(yōu)于SK YUBASE 4。

表5 泰州石化TZ-HVI 6與同類(lèi)進(jìn)口基礎(chǔ)油的主要指標(biāo)

表6 泰州石化TZ-HVI 4與同類(lèi)進(jìn)口基礎(chǔ)油的主要指標(biāo)

6 基礎(chǔ)油的應(yīng)用

APIⅢ類(lèi)基礎(chǔ)油廣泛應(yīng)用于高等級(jí)汽油機(jī)油的生產(chǎn)[10]，泰州石化以自產(chǎn)Ⅲ類(lèi)基礎(chǔ)油為原料，與高效復(fù)合添加劑復(fù)配后，生產(chǎn)出各黏度級(jí)別的發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油產(chǎn)品。表7為泰州石化以自產(chǎn)Ⅲ類(lèi)基礎(chǔ)油生產(chǎn)的SP 5W-30規(guī)格汽油機(jī)油產(chǎn)品的主要理化性質(zhì)。由表7可以看到，以泰州石化自產(chǎn)Ⅲ類(lèi)基礎(chǔ)油生產(chǎn)的SP 5W-30規(guī)格汽油機(jī)油的抗泡性、硫含量、磷含量、高溫高剪切黏度、蒸發(fā)損失、硫酸鹽灰分等關(guān)鍵理化性能均滿足歐洲汽車(chē)制造協(xié)會(huì)ACEA C3發(fā)動(dòng)機(jī)油標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)于美國(guó)石油學(xué)會(huì)API SN汽油機(jī)油標(biāo)準(zhǔn)。目前，該油品通過(guò)了國(guó)內(nèi)某著名品牌汽車(chē)臺(tái)架試驗(yàn)，已成功用作其發(fā)動(dòng)機(jī)初裝油。

表7 以泰州石化自產(chǎn)Ⅲ類(lèi)基礎(chǔ)油生產(chǎn)的SP 5W-30規(guī)格汽油機(jī)油的主要理化性質(zhì)

7 結(jié) 論

（1）泰州石化以中國(guó)南海原油的減壓餾分油為原料，采用全加氫工藝，成功生產(chǎn)出具有高黏度指數(shù)、高飽和烴含量、低硫含量、低傾點(diǎn)且低溫動(dòng)力黏度優(yōu)的高品質(zhì)APIⅢ類(lèi)基礎(chǔ)油TZ-HVI 6和TZ-HVI 4。

（2）與同類(lèi)進(jìn)口主流產(chǎn)品性質(zhì)相比，泰州石化生產(chǎn)的APIⅢ類(lèi)基礎(chǔ)油性質(zhì)相近。其中，TZ-HVI 6基礎(chǔ)油的傾點(diǎn)、蒸發(fā)損失、飽和烴、低溫動(dòng)力黏度等性質(zhì)優(yōu)于SK YUBASE 6，TZ-HVI 4基礎(chǔ)油的黏度指數(shù)、傾點(diǎn)、蒸發(fā)損失、低溫動(dòng)力黏度等性質(zhì)優(yōu)于SK YUBASE 4。

（3）泰州石化Ⅲ類(lèi)基礎(chǔ)油的生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定，而且產(chǎn)品質(zhì)量高，說(shuō)明原有基礎(chǔ)油生產(chǎn)裝置的原料適應(yīng)性好，潤(rùn)滑油全加氫工藝的技術(shù)穩(wěn)定性優(yōu)良。

（4）以泰州石化自產(chǎn)Ⅲ類(lèi)基礎(chǔ)油為原料生產(chǎn)的SP 5W-30規(guī)格汽油機(jī)油的抗泡性、硫含量、磷含量、高溫高剪切黏度、蒸發(fā)損失、硫酸鹽灰分等關(guān)鍵理化性能均滿足歐洲汽車(chē)制造協(xié)會(huì)ACEA C3發(fā)動(dòng)機(jī)油標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)于美國(guó)石油學(xué)會(huì)API SN汽油機(jī)油標(biāo)準(zhǔn)。