輕質(zhì)白油（Ⅱ）系列產(chǎn)品的研制

陶立新 董躍輝 宋鑫凱

中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司煉油化工研究院

“2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰[1]、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和[2]”是我國政府積極響應(yīng)和應(yīng)對全球環(huán)境與氣候問題的重大戰(zhàn)略部署，其實(shí)施將大力推動國內(nèi)能源消費(fèi)重大變革，對過剩石油燃料的高價值轉(zhuǎn)化和利用研究具有重要意義[3]。同時，隨著社會環(huán)保意識的逐步增強(qiáng)以及國內(nèi)對輕質(zhì)白油使用標(biāo)準(zhǔn)的日趨完善，尤其是對揮發(fā)性物質(zhì)的限制，致使低硫(＜1 mg/kg）、低芳烴[＜0.05%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))]的輕質(zhì)白油（Ⅱ）產(chǎn)品逐漸成為生產(chǎn)商競相追逐的方向。另外，隨著下游應(yīng)用行業(yè)對輕質(zhì)白油環(huán)保要求的不斷提高，使得輕質(zhì)白油（Ⅱ）產(chǎn)品的市場需求量逐年遞增。但國內(nèi)輕質(zhì)白油（Ⅱ）產(chǎn)品的品質(zhì)穩(wěn)定性與國外進(jìn)口產(chǎn)品存在明顯的差異，在實(shí)際使用過程中不能滿足一些行業(yè)日益苛刻的質(zhì)量和產(chǎn)量要求。

由于輕質(zhì)白油（Ⅱ）中鏈烷烴含量較高，體現(xiàn)出無色、無味、高純的碳?xì)錈N類流體的特點(diǎn)；品質(zhì)穩(wěn)定，綠色環(huán)保，凝點(diǎn)低，幾乎無氣味，毒性極低，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在皮膚直接接觸的個人護(hù)理品配方、日常生活中的家居護(hù)理品、與食品直接接觸的金屬器皿成型加工等方面。其相對于環(huán)烷烴表現(xiàn)出很好的生物降解性，安定性好，產(chǎn)品質(zhì)量一致性好，表面張力小，低密度，有著良好的低溫性能和溶解力等。

輕質(zhì)白油產(chǎn)品生產(chǎn)工藝一般分為石油基加氫異構(gòu)降凝-精制工藝、煤基全餾分加氫精制工藝和煤基加氫異構(gòu)降凝-精制工藝等。據(jù)隆眾咨詢統(tǒng)計，2022年全國輕質(zhì)白油產(chǎn)量已達(dá)300萬t，其中石油基輕質(zhì)白油產(chǎn)品占80%，依然占主導(dǎo)地位。2023年7月，財政部、國家稅務(wù)總局發(fā)布《關(guān)于部分成品油消費(fèi)稅政策執(zhí)行口徑的公告》對石油醚、粗白油、輕質(zhì)白油、部分工業(yè)白油（5號、7號、10號、15號、22號、32號、46號）按照溶劑油征收消費(fèi)稅。煤制油產(chǎn)品的增加消費(fèi)稅，將使產(chǎn)品價格大幅度提升，這使得下游以煤制油產(chǎn)品為原料的溶劑油生產(chǎn)企業(yè)成本大大增加，使得煤基原料對比石油原料優(yōu)勢不在。

目前克拉瑪依石化有限責(zé)任公司（以下簡稱克石化公司）高壓加氫裝置副產(chǎn)的煤、柴油餾分組成中鏈烷烴含量較低[＜50%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）]、環(huán)烷烴含量較高[＞45%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）]，氣味較重，不能通過精密分餾工藝生產(chǎn)出符合輕質(zhì)白油（Ⅱ）系列產(chǎn)品。克石化公司Ⅱ蒸餾裝置的柴油餾分鏈烷烴含量在60%以上，可以通過高壓加氫深度精制、精密分餾組合工藝，解決目前高壓加氫裝置副產(chǎn)的輕組分在組成上存在的不足，制備的樣品性質(zhì)得到較大改善，達(dá)到輕質(zhì)白油（Ⅱ）標(biāo)準(zhǔn)（NB/SH/T 0913—2015）技術(shù)要求。

輕質(zhì)白油（Ⅱ）技術(shù)指標(biāo)要求

2016年頒布的輕質(zhì)白油標(biāo)準(zhǔn)（NB/SH/T 0913—2015）按照產(chǎn)品的芳烴含量、顏色、硫含量、溴指數(shù)的不同，將產(chǎn)品分類為輕質(zhì)白油（I）、輕質(zhì)白油（Ⅱ）。輕質(zhì)白油（I）、輕質(zhì)白油（Ⅱ）技術(shù)要求見表1。

表1 NB/SH/T0913—2015輕質(zhì)白油（I）類、（Ⅱ）類技術(shù)要求

輕質(zhì)白油（Ⅱ）標(biāo)準(zhǔn)中的產(chǎn)品芳烴含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）指標(biāo)要求由輕質(zhì)白油（I）標(biāo)準(zhǔn)中不大于0.2%和0.5%提升到不大于0.01%和0.05%；顏色由不低于+28提升到+30；硫含量由不大于2.0 mg/kg提升到1.0 mg/kg；溴指數(shù)由不大于100 mgBr/100g提升到50 mgBr/100g；同時增加易炭化物指標(biāo)要求。

通過相關(guān)資料查詢和油樣檢測國外A公司脫芳烴系列烴類流體產(chǎn)品以及國外B公司混合烴類流體系列產(chǎn)品的性質(zhì)，具體見表2、表3。

表2 A公司脫芳烴系列烴類流體典型值

表3 B公司混合烷烴類流體系列產(chǎn)品

從國外A公司脫芳烴系列烴類流體和B公司混合烷烴烴類流體系列產(chǎn)品性質(zhì)分析看：與輕質(zhì)白油（Ⅱ）產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對比，芳烴含量降低到0.005%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），傾點(diǎn)降低到-18 ℃以下，同時，增加苯含量、20 ℃蒸氣壓、20 ℃表面張力、苯胺點(diǎn)和相對揮發(fā)速度的數(shù)值。

利用GC-MS分析從市場獲取的A4產(chǎn)品的烴結(jié)構(gòu)組成為鏈烷烴57.1%（其中正構(gòu)烷烴11.6%），環(huán)烷烴42.9%，體現(xiàn)出石蠟基高純碳?xì)錈N類流體的特點(diǎn)。

結(jié)果及討論

輕質(zhì)白油潔凈化的核心是降低硫、氮、芳烴等雜質(zhì)的含量，采用加氫技術(shù)脫除上述雜質(zhì)至安全允許值至為關(guān)鍵[4]。本試驗(yàn)采用三段高壓加氫工藝試驗(yàn)。一段加氫處理工藝，目的是脫除硫、氮和部分芳烴飽和以及富集鏈烷烴；二段加氫異構(gòu)工藝，目的是通過直鏈烷烴異構(gòu)化反應(yīng)來降低產(chǎn)品的凝點(diǎn)；三段加氫精制工藝，目的是烯烴加氫和芳烴的加氫飽和，從而得到純凈的輕質(zhì)白油原料。再通過精密分餾工藝試驗(yàn)，制得輕質(zhì)白油（Ⅱ）系列產(chǎn)品。

加氫試驗(yàn)

克石化公司Ⅱ蒸餾裝置加工稀油，屬于石蠟基原油，鏈烷烴含量較高（60%以上），是制備輕質(zhì)白油（Ⅱ）產(chǎn)品的理想原料。綜上所述，選取克石化公司Ⅱ蒸餾裝置生產(chǎn)的柴油餾分油開展輕質(zhì)白油（Ⅱ）系列產(chǎn)品的研制。同時與國外A公司和B公司對應(yīng)產(chǎn)品進(jìn)行性質(zhì)比對。加氫工藝和加氫油的性質(zhì)分析見表4、表5。

表4 Ⅱ套蒸餾柴油加氫階段反應(yīng)條件

表5 Ⅱ套蒸餾常二線原料和加氫油樣性質(zhì)分析數(shù)據(jù)

從表5中可以看出：Ⅱ套蒸餾柴油原料加氫處理基準(zhǔn)溫度、基準(zhǔn)溫度+15 ℃油樣對比，加氫處理基準(zhǔn)溫度+15 ℃油樣的20 ℃密度下降4個單位，黏度略有下降，硫含量下降60%，芳烴含量減低75%，鏈烷烴含量提升7個單位，說明加氫處理反應(yīng)溫度提高有利于提高油品精制深度，促進(jìn)油品鏈烷烴含量提升；采用加氫處理基準(zhǔn)溫度+15 ℃油樣進(jìn)行異構(gòu)和后精制加氫工藝試驗(yàn)，精制油芳烴降到0.01%，可作為輕質(zhì)白油（Ⅱ）窄餾分產(chǎn)品的原料。

實(shí)沸點(diǎn)蒸餾試驗(yàn)

進(jìn)行Ⅱ套蒸餾柴油餾分加氫壓力15 MPa，加氫處理基準(zhǔn)溫度+15 ℃，加氫異構(gòu)基準(zhǔn)溫度和加氫精制基準(zhǔn)溫度放大試驗(yàn)。同時，利用實(shí)沸點(diǎn)蒸餾儀以10～20 ℃餾程間隔對加氫精制放大試驗(yàn)油進(jìn)行實(shí)沸點(diǎn)蒸餾試驗(yàn)，其窄餾分收率及窄餾分性質(zhì)分析結(jié)果見表6。

表6 Ⅱ套蒸餾柴油加氫樣實(shí)沸點(diǎn)蒸餾收率及窄餾分性質(zhì)分析

從Ⅱ套蒸餾柴油加氫精制放大試驗(yàn)油的窄餾分收率看：其餾分主要集中在230～300 ℃。

樣品調(diào)和和性質(zhì)分析試驗(yàn)

以調(diào)和240～280 ℃組分作為W2-100小樣，調(diào)和250～290 ℃組分作為W2-110小樣，調(diào)和260～300 ℃組分作為W2-120小樣，調(diào)和280～≥300 ℃組分作為W2-140小樣。其性質(zhì)分析見表7～表10。同時，對比了國外A公司和B公司混合烷烴烴類流體對應(yīng)產(chǎn)品的基本性質(zhì)。

表7 Ⅱ套蒸餾柴油加氫油窄餾分W2-100小樣性質(zhì)

表8 Ⅱ套蒸餾柴油加氫油窄餾分W2-110小樣性質(zhì)

表9 Ⅱ套蒸餾柴油加氫油窄餾分W2-120小樣性質(zhì)

從表7～表10可以看出，Ⅱ套柴油加氫工藝精制生成油調(diào)制的W2-100、W2-110、W2-120、W2-140小樣均符合NB/SH/T 0913—2015 輕質(zhì)白油（Ⅱ）對應(yīng)的產(chǎn)品性能要求，與國外A公司和B公司對應(yīng)的產(chǎn)品對比基本性能相近，傾點(diǎn)遠(yuǎn)低于A公司和B公司對應(yīng)產(chǎn)品，具有良好的低溫性能。

產(chǎn)品應(yīng)用分析

輕質(zhì)白油已在多個領(lǐng)域應(yīng)用：

◇金屬加工行業(yè)的珩磨、切削、電火花加工、磨削等加工工藝中的應(yīng)用。產(chǎn)品具有芳烴含量低，無味不刺激；餾程窄，碳鏈集中，純度高，不會在金屬表面產(chǎn)生油斑，油品使用壽命長；苯胺點(diǎn)低，溶解性能好的特性。典型產(chǎn)品包括國外B公司B1、B2、B3產(chǎn)品。

◇硅酮密封膠填充。硅酮密封膠生產(chǎn)過程基于成本節(jié)約，采用輕質(zhì)白油部分替代二甲基硅油。要求輕質(zhì)白油相容性好，揮發(fā)速率低。B公司B3產(chǎn)品在道康寧、瓦克、凌志等企業(yè)中應(yīng)用。

◇PVC糊樹脂中的應(yīng)用。作為PVC體系的填充油或操作油，部分替代增塑劑DOP、DINP、TXIB等，減少增塑劑用量。要求輕質(zhì)白油相容性好。

◇電子驅(qū)蚊水和驅(qū)蚊片中的應(yīng)用。產(chǎn)品揮發(fā)快、無色無味、環(huán)保無毒。B公司B1、B2產(chǎn)品得到廣泛應(yīng)用。

所研制的W2-100、W2-110、W2-120、W2-140小樣與國外A公司和B公司對應(yīng)的產(chǎn)品對比基本性能相近，可在以上領(lǐng)域替代國外產(chǎn)品。

結(jié)論

☆對國內(nèi)外輕質(zhì)油品進(jìn)行了性質(zhì)分析，混合烷烴產(chǎn)品的鏈烷烴（正構(gòu)和異構(gòu)烷烴）含量在60%左右，環(huán)烷烴含量在40%左右。

☆克石化公司Ⅱ套蒸餾柴油餾分的黏度、密度較小，鏈烷烴含量超過50%。加氫工藝條件放大的試驗(yàn)樣品的性質(zhì)分析表明，其可作為輕質(zhì)白油（Ⅱ）窄餾分產(chǎn)品的原料。

☆窄餾分調(diào)制的W2系列輕質(zhì)白油（Ⅱ）產(chǎn)品對標(biāo)國外A公司和B公司系列脫芳烴烴類流體產(chǎn)品，其基本性質(zhì)符合國外A公司的A1/A2/A3/A4以及B公司的B1/B2/B3高品質(zhì)烴類流體產(chǎn)品。