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潤滑油基礎油的特點及生產工藝

  工業技術齊魯石油化工,201038(1)23~潤滑油基礎油的特點及生產工藝宋寧寧康茵(中國石化石油化工科學研究院,北京,100083)求。近年來新發展的加氫技術是提高潤滑油質量的有效工藝。不同加工工藝油結構組成對其性能影響不同。

  表1API-1509基礎油分類標準基礎油類別飽和烴含量(W)%黏度指數VI硫含量(W,90%>120〈0.03V類聚烯烴(PAO)V類所有非H域V類基礎油02―01:宋寧寧(977―)男,中國石化石油化工科學研究院在讀碩士研究生,化學工程專業。E-malsogm 3潤滑油升級換代的發展趨勢揮發性和低黏度的方向發展,用常規的類基礎現代工業特別是汽車工業的發展,對潤滑油油通過改變添加劑的種類和添加量已難以滿足要的質量提出了越來越高的要求。隨著汽車工業的發展,車用潤滑油(發動機油、自動傳動液、齒輪油)升級換代的速度加快。從發動機油的情況看,其質量正在向高黏度指數、高氧化安定性、低Sjnc)ec 1前言潤滑油基礎油的質量是影響潤滑油質量的重要因素。隨著現代工業的發展及環保要求日益嚴格,對潤滑油的質量要求也越來越高,迫切需要生產出具有高黏度指數、抗氧化安定性好、低揮發性的高檔潤滑油基礎油。老三套(包括溶劑脫浙青、糠醛精制和酮苯脫蠟)傳統工藝有其不可完全取代的優勢,但生產出的常規類基礎油達不到高檔潤滑油要求。加氫基礎油具有優異的品質,能滿足現代潤滑油高規格要求。目前以加氫處理為核心的工藝技術已成為世界潤滑油生產技術發展的主流。但從生產成本、潤滑油應用范圍、工藝流程等各方面考慮,傳統溶劑精制技術與用加氫技術生產潤滑油基礎油并存的局面將會持續較長時期111.為充分認識不同潤滑油基礎油的特點及應用,從潤滑油基礎油的分類、不同潤滑油基礎油的特點、不同基礎油的生產工藝、基礎油結構特征對其性能的影響等方面對潤滑油基礎油進行介紹。

  2潤滑油基礎油的分類20世紀80年代以來,以發動機油的發展為先導,潤滑油趨向低黏度、多級化、通用化,對基礎油的黏度指數提出了更高的要求。API于1993年將基礎油分為5類(API-1509)其分類方法1n類基礎用全加氫工藝制得主與cftibli蠟催化劑se.Allrightsreserved.求13.從自動傳動液的情況看,調制新牌號所用的基礎油都需要有更好的氧化安定性、低溫流動性和剪切安定性,而用常規的類基礎油根本達不到要求,只有使用n類、n+類或in類基礎油才有可能13.傳統的溶劑精制一溶劑脫蠟生產潤滑油基礎油的工藝只能生產常規的類基礎油。為滿足潤滑油升級換代的需要,國外一些大石油公司和國內的一些科研院所先后開發了幾種生產n類和in類基礎油的加氫工藝。目前的加氫工藝主要包括加氫改質+溶劑脫蠟、催化脫蠟和異構脫蠟141.近年來,加氫法生產潤滑油基礎油在工藝技術的改進、原料來源拓寬、提高潤滑油收率和質量、降低生產成本等方面取得了很大的進展13.從2005年開始,美國、中國、日本、俄羅斯和德國等成品潤滑油的主要消費國,一些基礎油生產裝置擴能項目陸續啟動。所有已知的新增能力將生產n類、n+類、in類和天然氣合成油(gil)基礎油,采用更高效率的工藝和更好的催化劑技術15.從總體看,世界潤滑油生產的繼續擴能和升級將使世界潤滑油市場走向新的平衡。

  4I類、n類和I膜基礎油的主要特點美國AP財基礎油分類主要對硫含量、飽和烴及黏度指數作了明確規定121.I類基礎油有較高的硫含量和較低的飽和烴含量;n類基礎油的硫含量和芳烴含量較低,非理想組分更少(芳烴含量小于10%,硫含量低于0. 03%)I類基礎油要求很高的黏度指數,一般要通過深度加氫裂化或異構脫蠟來實現。

  類基礎油通常是由傳統的“老三套”工藝生產制得,從生產工藝來看,生產過程基本以物理過程為主,不改變烴類結構,生產的基礎油質量取決于原料中理想組分的含量和性質。因此,該類基礎油在性能上受到限制161.當前我國大部分基礎油屬于AP吩類的I類油171. n類基礎油是通過組合工藝(溶劑工藝和加氫工藝結合)制得,工藝主要以化學過程為主,不受原料限制,可以改變原來的烴類結構。因而n類基礎油雜質少(芳烴含量小于10%)飽和烴含量高,熱安定性和抗氧化性好,低溫和煙炱分散性能均優于類基礎油。

  礎油相比,屬高黏度指數的加氫基礎油,又稱作非常規基礎油(UCBO)。I類基礎油在性能上遠遠超過I類基礎油和n類基礎油,尤其是具有較高的黏度指數和較低的揮發性。某些、i類油的性能可與聚《―希烴(pao)相當,其價格卻比合成油便宜得多。

  21世紀對潤滑油基礎油的技術要求主要有:熱氧化安定性好、低揮發性、高黏度指數、低硫無硫、低黏度、環境友好。傳統的“老三套”工藝生產的類潤滑油基礎油已不能滿足未來潤滑油的這種要求,加氫法生產的n或ni類基礎油將成為市場主流。

  5I類、n類和n類基礎油生產工藝特點5.1I類基礎油生產工藝目前,不論國內還是國外,“老三套”傳統工藝依然有其不可完全取代的優勢。我國潤滑油生產主要以“老三套”生產工藝為主|81.多年來,我國在擴大潤滑油生產能力的同時,對“老三套”進行了以節能降耗、提高經濟效益為主旨的多項技術改進,已取得明顯效果。傳統工藝生產潤滑油對原油質量依賴性較大,無法生產黏度指數高,傾點低的n類及n類基礎油。但傳統工藝生產高黏度指數基礎油的產率高,能副產高熔點石蠟,生產成本較低。

  調制一些工業潤滑油以及某些小跨度的多級內燃機油,用類基礎油完全可以滿足要求111. 5.2n類和n類基礎油生產工藝1燃料油型加氫裂化一異構脫蠟或催化脫蠟一加氫后精制燃料油型加氫裂化裝置尾油中烷烴含量隨轉化率的提高而增加。因此高轉化率加氫裂化裝置的尾油是生產i類基礎油很好的原料131.韓國SK公司的UCO潤滑油生產工藝首次采用了對加氫裂化尾油的催化脫蠟技術。該技術是加氫裂化尾油的循環利用以及燃料油加氫裂化和潤滑油加工過程的有機結合。裝置工藝流程見圖T1.催化劑為HC和HC―22 UCO工藝生產的基礎油具有高黏度指數、低揮發性、良好的氧化安定性、低芳烴和低雜原子含量的優點。下游的催化脫蠟技術原來采用的是Mbi公司的MLW過程。為了提高脫蠟油收率和質量,1997年6月開始采用了Chvon異構脫5.22潤滑油型加氫裂化一異構脫蠟一加氫后處理淇流程見)bookmark7油柴汽輕餾兮加氫處理補充精制常減壓蒸餾油油柴i RCmond煉廠全加氫型(異構降凝)流程這種全加氫工藝是以減壓蠟油(VGO)和脫瀝青油(PAO)為原料,通過加氫裂化一異構脫蠟一加氫后處理生產和I類基礎油,是目前世界上生產、I類基礎油工業應用**多的工藝。

  開發這種全氫工藝的初衷是利用高黏度指數組分較少的非石蠟基原料油來生產高收率高黏度指數基礎油,同時聯產高附加值的噴氣燃料、低凝點柴油和少量石腦油,以降低生產成本,提高經濟效VGO與PAO加氫裂化主要是進行脫氮、脫硫、脫金屬,以滿足異構脫蠟的需要;使原料中的芳烴特別是多環芳烴飽和開環,多環環烷烴開環和烷烴異構化,變為高黏度指數組分(黏度指數可提高50~60個單位)同時也把低黏度指數組分裂化變為低沸點餾分(噴氣燃料、柴油和石腦油)。因此加氫裂化催化劑既要有很強的加氫性能,又要有選擇性很好的裂化性能。

  異構脫蠟是用以弱酸性中孔沸石為載體的貴金屬催化劑,通過擇形異構化與裂化反應,使基礎油料中的正構烷烴異構化,得到低傾點、高黏度指數的基礎油。

  加氫后處理反應器串聯在異構脫蠟反應器的后面,主要是降低異構脫蠟油中殘留的芳烴、硫化物氮化物和其它影響顏色安定性的雜質烴ri二烯烴等,以提高基礎油的氧化安定性和顏色安定性。

  5.23傳統技術與加氫結合生產I類基礎油的組合工藝bookmark10 5.23.1溶劑精制一加氫處理一溶劑脫蠟Excn公司和中國石化石油化工科學研究院開發的溶劑精制一加氫處理一溶劑脫蠟工藝。開發這種組合工藝的目的是利用溶劑精制的中中性油料通過加氫轉化與加氫后處理一溶劑脫蠟生產類中性油,I類輕中性油和重中性油仍用溶劑精制一溶劑脫蠟工藝生產,保持石蠟產量不變。

  美國Exn公司Batwn煉油廠生產的兩種中中性油的性質如表2所示131.該裝置基礎油的總產量(2kta未變,石蠟的質量和產量也未變,但85k/a中中性油的質量則由類升級到類和11+類,被認為是原生產常規類基礎油的煉油廠調整產品結構、適時投入、少投入、滿足市場需求的一個優選方案。

  表2美國Bayown煉油廠。

  5.23.2溶劑精制一加氫處理一異構脫蠟一加氫后處理制一加氫處理一異構脫蠟一加氫后處理工藝。開發這種組合工藝的目的是利用原生產常規類基礎油的部分設備(溶劑精制)通過技術改造,使大慶煉化公司煉油廠工藝流程見81.這套裝置的原料是來自黏度指數較高的大慶原油。該流程中減二線、減三線經過溶劑脫蠟,得到的油去異構脫蠟裝置。重質減四線則經過溶劑精制后再去異構脫蠟。

  對于石蠟基原料油生產常規類基礎油的煉油廠來說,如果不采用全氫工藝,而利用原有的溶劑精制裝置,并增建加氫處理和異構脫蠟/加氫后處理裝置,也同樣可以生產出非常規的I、類基礎油。

  常減壓大慶原油丙烷脫f青I―瀝青大慶煉化公司異構脫蠟裝置工藝流程縱觀加氫工藝路線基本上可分為全加氫工藝路線和與傳統工藝的I路線。加氫技術bli 23.3燃料型加氫裂化一溶劑精制一溶劑脫蠟一加氫后精制曰本三菱公司的技術路線為:燃料型加氫裂化一溶劑精制一溶劑脫蠟一加氫后精制。加氫反應器進料為重減壓瓦斯油(HVCO)并向其中加入軟蠟。該工藝將加氫裂化裝置與傳統潤滑油精制裝置工藝相結合,生產低、中等黏度的超高黏度指數(UHVI)潤滑油基礎油。加入軟蠟有利于生產超高黏度指數的基礎油19. 23.4加氫裂化加氫處理一加氫異構化加氫后精制一溶劑脫蠟為原料,通過加氫裂化一加氫異構化/加氫后處理一溶劑脫蠟生產黏度指數為145的超高黏度指數基礎油。其工藝流程見91.石加氫異構化催化劑,使加氫異構化蠟的轉化率有了較大提高。與燃料型加氫裂化尾油生產的I類基礎油相比,除黏度指數更高外,揮發性更低,氧化安定性更好13.產潤滑油基礎油,不僅增強了對原料的適應性,而且擴大了潤滑油料的范圍,更重要的是提高了潤滑油基礎油的質量。對煉廠來說,生產類或I類基礎油的加工費用比生產類基礎油高。但據國內某些煉油廠的經驗,即使類或I類基礎油以接近類基礎油的價格銷售,由于加氫工藝生產基礎油時的副產品的附加值高,其生產的經濟效益并不會降低。國內目前生產的類或類基礎油與進口的同類產品比較,其質量不能令人滿意,其原因實際上與裝置的開工率不高有關。通過提高裝置開工率,積累操作經驗,質量問題是可以得到很好解決的111. 6潤滑油加氫催化劑61催化脫蠟催化劑催化脫蠟就是利用蠟分子在催化劑上發生選擇裂解反應而除去1101,但由于蠟分子的選擇性裂解,會導致基礎油收率和黏度指數的下降|11.Mbi公司在20世紀70年代中期開發了催化脫蠟工藝,以減輕對溶劑脫蠟的依賴。該工藝將ZM―5選為催化脫蠟工藝的催化劑。ZSM-5允許高傾點直鏈烷烴、帶甲基支鏈的烷烴、長鏈單烷基苯進入孔道,將低傾點、高分支烷烴、多環環烷烴和芳烴拒之孔外。通過氫轉移反應,低相對分子質量的烯烴、烷烴和單烷基苯的烷基側鏈轉化成正碳離子,通過骨架異構化正碳離子發生裂化。裂化產物擴散到分子篩之外,進入粘結劑形成的大孔,繼續反應,在高溫下生成芳烴和焦炭。

  礎油性能對比。煉油與化工,2004 3姚國欣。潤滑油基礎油的發展和對我們的啟示。當4夏秋延,李斌,喬玉林等。加氫精制和異構脫蠟基出都會進!步促進潤滑油生猛技術的發展咖釀油4礎油擂擦A卩抗化性能比較知:潤滑與密封內部形成,使ZJM―5比其他用在相同場合的大孔分子篩具有更長的使用壽命1121.MOblf發了4種催化脫蠟催化劑,每一種催化劑都比前一種催化劑的周期壽命進一步延長。該系列催化劑能夠對從錠子油到光亮油的整個黏度等級的基礎油實現有效脫蠟。

  62異構脫蠟催化劑異構脫蠟是蠟分子發生異構化反應而不裂解使蠟轉變為理想組分,這種方法得到的基礎油傾點低,黏度指數高,基礎油收率比催化脫蠟工藝要高110.異構脫蠟催化劑要求具有雙功能,即強金屬功能和與金屬功能相平衡的酸功能。理想的異構脫蠟催化劑只催化烷烴異構化,能大幅度降低傾點和提高黏度指數,只改變烷烴的化學結構,不破壞分子的大小。但實際上,異構脫蠟催化劑的酸性組分總是有一些裂化活性,目前還沒有完全異構化的催化劑112.Mb1開究開發了系列選擇性異構化潤滑油脫蠟雙功能催化劑,特別適于處理石蠟基加氫處理和加氫裂化的原料。不僅基礎油收率和黏度指數有很大提高,而且中餾分油收率也有較大提高。Chevron公司開發了3種類型的異構脫蠟催化劑,具有獨特的分子篩功能,異構化反應的選擇性強,可以得到低傾點、高收率的基礎油。

  63加氫裂化催化劑加氫裂化有兩個主要的反應:加氫裂化和加氫一脫氫。加氫裂化發生在催化劑的酸性部位,而加氫一脫氫發生在催化劑的金屬部位。因此加氫裂化催化劑必須具有雙功能。對于現代加氫裂化催化劑,加氫裂化功能由酸性載體如氧化鋁,無定型硅一鋁,分子篩或是它們的混合物提供。加氫一脫氫功能發生在貴金屬或非貴金屬表面。目前大多數加氫裂化裝置使用的是非貴金屬加氫裂化催化劑|131.據報道|121,用Chevcn公司專門開發的潤滑油加氫裂化催化劑,在得到黏度指數相同的基礎油時收率比用其他公司的高1Q%左右;在得到的基礎油收率相同時黏度指數提高約8~10個單位。目前國外用加氫裂化一異構脫蠟與加氫后精制生產、111類基礎油的工業裝置中約80%都采用這種催化劑。

  潤滑油加氫催化劑的研究、開發和應用是潤滑油加氫技術發展的關鍵。每一次新催化劑的推7不同加工工藝油結構組成對其性能的影響盡管潤滑油的組成非常復雜,但從組成角度上看,它主要是由鏈烷烴、環烷烴、芳烴三組分構成114.KanerDC認為1151,基礎油的氧化安定性主要由芳香烴含量所決定。對于芳烴含量小于1%的基礎油,飽和烴的結構對其氧化速率的影響大于芳烴的影響。改善基礎油氧化安定性**有效的途徑是增大基礎油的黏度指數。隨著黏度指數的增加,基礎油中脂肪烴的含量增加,多環環烷烴的含量減少,氧化安定性增加。多環環烷烴的含量越低,基礎油的黏度指數越高,其氧化安定性也越高。

  一般來說,含氮雜環化合物和芳烴對基礎油的氧化安定性起副作用,而某些含硫化合物起著抗氧化的作用。鏈烷烴的氧化安定性比環烷烴強,是潤滑油理想組分。芳烴含量很低的、111類基礎油給潤滑油帶來的**大益處是其氧化安定性和熱穩定性大大提高。

  8結語目前全世界占較大比例的潤滑油基礎油仍采用傳統的溶劑精制工藝生產。出于成本考慮,對現有裝置進行改造,采用傳統工藝與加氫組合的工藝技術將會得到快速發展。

  加速基礎油質量的升級換代。加氫工藝就是通過提高飽和烴含量,除去芳烴及硫氮化合物。近年來,潤滑油加氫工藝生產的基礎油數量占總基礎油產量的比例不斷提高。

  應重視潤滑油加氫催化劑的研究、開發和應用。新催化劑的研發往往是潤滑油加氫技術發展的關鍵。

  基礎油的組成對成品油的性能起著至關重要的作用。



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