高品質類基礎油工業化生產與性能

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，隨著工程機械、汽車制造等行業的高質量發展，國內對高端潤滑油的需求不斷增加。同時，在國Ⅵ排放標準[1]實施、及雙碳目標戰略[2]背景下，不斷提升潤滑油的品質成為必然趨勢。潤滑油基礎油（簡稱基礎油）是潤滑油的主要組成部分，決定著潤滑油的基本性質，因此市場對高端潤滑油的需求增加促使基礎油的性能不斷提高升級。其中，美國石油學會（API）Ⅰ類礦物基礎油正不斷被APIⅡ類、Ⅲ類基礎油替代，尤其是APIⅢ類加氫基礎油的市場需求正快速增加[3]。API基礎油分類標準規定Ⅲ類基礎油的黏度指數不小于120、飽和烴質量分數不低于90%、硫質量分數不大于3μg／g。在此基礎上，隨著基礎油的生產工藝不斷進步，其黏度指數、飽和烴含量、硫含量、傾點、濁點、蒸發損失、低溫動力黏度等關鍵性能指標進一步改善，高品質Ⅲ類基礎油應運而生。當前，我國Ⅲ類基礎油的需求量約為900 kt／a，主要依賴進口，來源主要有韓國、阿聯酋、馬來西亞等[4-6]。因此，高品質Ⅲ類基礎油的國產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（簡稱泰州石化）以中國南海原油為原料，采用先進的全加氫工藝并結合前期中試研究結果，于2022年5月利用原有基礎油生產裝置成功生產出了兩種黏度級別的APIⅢ類基礎油TZ-HVI 6和TZ-HVI 4。這兩種Ⅲ類基礎油均具有黏度指數高、飽和烴含量高、硫含量低、傾點低、低溫動力黏度低的優點。以下詳細介紹泰州石化Ⅲ類基礎油的生產技術應用和產品性能。

1 生產工藝流程

泰州石化Ⅲ類基礎油的生產工藝流程主要包括加氫裂化、異構脫蠟、加氫后精制3部分，裝置包括3臺反應器及分餾系統，如圖1所示。生產時，南海原油的減壓餾分油依次進入3臺反應器，進行脫金屬、脫硫、脫氮、芳烴飽和、開環裂化、異構脫蠟以及進一步芳烴飽和等反應，反應結束后產品進入減壓蒸餾塔進行分離，得到不同組分的輕質基礎油（輕潤）、中質基礎油（中潤）和重質基礎油（重潤），其中減壓蒸餾塔塔底得到的重潤，即為Ⅲ類基礎油。

圖1 Ⅲ類基礎油生產工藝流程示意

2 原料性質

通過常減壓蒸餾裝置調整南海原油的減壓餾分油，篩選出適合的潤滑油加氫裝置原料油A和原料油B，以生產相應黏度級別的Ⅲ類基礎油TZ-H VI 6和TZ-H VI 4。潤滑油加氫裝置原料性質見表1。由表1可以看到，在連續生產的3 d時間內，原料油的性質基本穩定。兩種原料油的硫、氮、芳烴含量均遠遠低于催化劑處理能力上限，原料油的黏度適合于相應的基礎油黏度，且兩種石蠟基原料油的黏度指數、傾點、飽和烴含量均較高，適合于用作生產Ⅲ類基礎油的原料。

表1 潤滑油加氫裝置原料油的主要性質

3 生產工藝參數

表2為穩定生產狀態下裝置的主要工藝參數。在各工藝參數中，氫油比、反應壓力、反應溫度影響原料油整個加氫反應的深度；其中，加氫裂化反應溫度主要影響基礎油產品的硫含量、氮含量、芳烴含量、黏度指數，異構脫蠟反應溫度主要影響基礎油產品的傾點，加氫后精制溫度主要影響基礎油產品的光熱穩定性和顏色。根據前期中試研究結果，反應壓力選擇16～17 MPa，加氫裂化階段氫油體積比大于900，異構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。生產時，根據原料油的性質以及Ⅲ類基礎油產品的質量指標，先預設空速和反應溫度進行生產，再參考Ⅲ類基礎油產品的實際分析結果對空速和反應溫度進行微調。最終，在基礎油TZ-HVI 6生產過程中，加氫裂化催化劑、異構脫蠟催化劑、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個工藝單元的反應溫度分別控制在390～400，350～360，240～250℃；在基礎油TZHVI 4生產過程中，加氫裂化氫催化劑、異構脫蠟催化劑、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個工藝單元的反應溫度分別控制在385～395，343～353，240～250℃。

表2 Ⅲ類基礎油生產過程的主要工藝參數

4 基礎油產品性質及收率

Ⅲ類基礎油產品的性質如表3和表4所示。由表3和表4可知：TZ-HVI 6基礎油的黏度指數為127～128，傾點為－21℃；TZ-HVI 4基礎油的黏度指數為125～126，傾點為－18～－21℃；二者黏度指數均較高且低溫流動性良好。此外，通過裝置物料平衡計算，加工原料油A時，TZ-HVI 6基礎油的收率為20．59%；加工原料油B時，TZ-HVI 4基礎油的收率為21．16%。

表3 Ⅲ類基礎油TZ-HVI 6的主要性質

表4 Ⅲ類基礎油TZ-HVI 4的主要性質

5 Ⅲ類基礎油與同類進口產品的性能對比

表5和表6分別為泰州石化生產TZ-HVI 6和TZ-H VI 4基礎油產品和同類進口基礎油產品的主要質量指標。由表5和表6可知，泰州石化生產的Ⅲ類基礎油與同類進口主流產品的性質相近，其中TZ-H VI 6基礎油的傾點、蒸發損失、飽和烴含量、低溫動力黏度等性質均優于SK YUBASE 6，TZ-HVI 4基礎油的黏度指數、傾點、蒸發損失、低溫動力黏度等性質均優于SK YUBASE 4。

表5 泰州石化TZ-HVI 6與同類進口基礎油的主要指標

表6 泰州石化TZ-HVI 4與同類進口基礎油的主要指標

6 基礎油的應用

APIⅢ類基礎油廣泛應用于高等級汽油機油的生產[10]，泰州石化以自產Ⅲ類基礎油為原料，與高效復合添加劑復配后，生產出各黏度級別的發動機潤滑油產品。表7為泰州石化以自產Ⅲ類基礎油生產的SP 5W-30規格汽油機油產品的主要理化性質。由表7可以看到，以泰州石化自產Ⅲ類基礎油生產的SP 5W-30規格汽油機油的抗泡性、硫含量、磷含量、高溫高剪切黏度、蒸發損失、硫酸鹽灰分等關鍵理化性能均滿足歐洲汽車制造協會ACEA C3發動機油標準，優于美國石油學會API SN汽油機油標準。目前，該油品通過了國內某著名品牌汽車臺架試驗，已成功用作其發動機初裝油。

表7 以泰州石化自產Ⅲ類基礎油生產的SP 5W-30規格汽油機油的主要理化性質

7 結 論

（1）泰州石化以中國南海原油的減壓餾分油為原料，采用全加氫工藝，成功生產出具有高黏度指數、高飽和烴含量、低硫含量、低傾點且低溫動力黏度優的高品質APIⅢ類基礎油TZ-HVI 6和TZ-HVI 4。

（2）與同類進口主流產品性質相比，泰州石化生產的APIⅢ類基礎油性質相近。其中，TZ-HVI 6基礎油的傾點、蒸發損失、飽和烴、低溫動力黏度等性質優于SK YUBASE 6，TZ-HVI 4基礎油的黏度指數、傾點、蒸發損失、低溫動力黏度等性質優于SK YUBASE 4。

（3）泰州石化Ⅲ類基礎油的生產過程穩定，而且產品質量高，說明原有基礎油生產裝置的原料適應性好，潤滑油全加氫工藝的技術穩定性優良。

（4）以泰州石化自產Ⅲ類基礎油為原料生產的SP 5W-30規格汽油機油的抗泡性、硫含量、磷含量、高溫高剪切黏度、蒸發損失、硫酸鹽灰分等關鍵理化性能均滿足歐洲汽車制造協會ACEA C3發動機油標準，優于美國石油學會API SN汽油機油標準。