生产优质APIⅠ类基础油的原料分析及其优化

朱 永 进

(中国石油化工股份有限公司炼油事业部，北京 100728)

生产优质APIⅠ类基础油的原料分析及其优化

朱 永 进

(中国石油化工股份有限公司炼油事业部，北京 100728)

通过试验及生产数据，对生产API Ⅰ类润滑油基础油的原料进行分析，提出了生产优质基础油的原油优选方案，以及分输分炼、有条件地混炼等优化管理措施，在实际生产中提高了中国石油化工股份有限公司优质API Ⅰ类基础油的产量和所占比例。

润滑油 基础油 原料 优化

溶剂法基础油生产过程即俗称的“老三套”生产过程，一直是APIⅠ类润滑油基础油的主要生产工艺。尽管近年来加氢工艺发展势头迅猛，API Ⅰ类基础油的比例逐年下降，但由于配方、成本、改造费用以及副产石蜡的效益等原因，溶剂法生产工艺的生命周期仍会延续，优质API Ⅰ类基础油在相当长时间内仍有生存空间[1-2]。根据Lubes’N’Greases公布的数据，2009年API Ⅰ类基础油的产能仍占世界基础油产能的60.09%，国内则占63.16%。

国内优质API Ⅰ类基础油的生产装置大多以大庆原油馏分油为原料设计。自20世纪90年代开始，以中国石化茂名分公司为代表的沿海企业陆续采用非大庆原油进行润滑油基础油的生产，由此带来生产波动大、基础油质量下降等问题，一直困扰着基础油生产企业以及下游润滑油调合企业。在原油品种多、对外依存度高的形势下，优质API Ⅰ类基础油的原料优选、优化的重要性日益突出。

本课题拟通过对生产API Ⅰ类润滑油基础油的原料进行分析，提出含硫及高硫中间基原油生产溶剂法基础油的措施，为溶剂法基础油的生产开辟新的原油来源和生产途径。

1 原油的选择

1.1 石蜡基原油

要用某一种原油来生产润滑油基础油，一般先对该原油的润滑油潜含量及其性质进行分析评价[3]。多年的研究结果表明，石蜡基原油润滑油馏分的烷烃和长侧链环烷烃含量较高，芳香烃和非烃类(杂原子有机化合物、胶质、沥青质)含量较低，有利于加工，且基础油黏温性能好，一直是润滑油生产企业的首选原料。

在大庆原油减少之后，综合考虑基础油质量、装置适应性等因素，基础油生产企业优先考虑利用国内外可得的石蜡基原油来作为生产润滑油的原料。然而，并不是所有的石蜡基原油都适合作为生产润滑油的原料，比如番禺原油，从特性因数K值和关键馏分K值看，是典型的石蜡基原油，润滑油馏分的黏度指数也较高(见表1)。但经溶剂法加工后，基础油的黏度指数却大幅下降(见表2)。对不同产地的石蜡基原油进行窄馏分试验及试生产分析，也验证了部分原油在加工后性质变化很大。

表1 番禺原油馏分油的主要性质

表2 番禺原油溶剂精制酮苯脱蜡油的主要性质

因此，为获得优质基础油，还需对原料进行进一步筛选。

目前，炼油厂主要依据燃料油生产的流程要求对原油进行初评价，基础油生产企业在考察原料时，则需进一步测试润滑油馏分的黏度指数及四组分组成，再决定是否进行工业试生产，依据工业试生产获得的数据来决定该原料是否适合作润滑油原料。一些企业用此方法，筛选出萨里尔、西江等石蜡基原油可用于基础油生产[4]。近年来筛选出的其它原油作为优质基础油原料的馏分油性质见表3。从表3可以看出，一些馏分油的黏度指数虽然很高，但酸值偏高，不利于后序装置加工，并最终影响基础油质量等级，需要在原料优化时综合考虑。

表3 部分石蜡基原油的基础油馏分油的主要性质

1.2 中间基原油

由于石蜡基原油价格较高，同时由于原油产地与加工企业的地域界限，难以保证稳定供应，生产企业不得不进一步拓展原料来源，转向寻求利用部分中间基原油。初期的主要方向为低硫中间基原油，如马瑞巴原油、阿朱纳原油、文昌原油等。根据实际生产经验，低硫中间基原油生产的基础油黏度指数普遍偏低，酸值偏大，而且此类原油的价格仍然较高，因此如果不考虑装置的适应性，一般不作为优选原料。

随着国内中东含硫原油的加工比例不断上升，以含硫及高硫中间基原油生产基础油的需求日渐迫切，一些沿海企业也在20世纪90年代中期开始进行少量试生产，但存在设备腐蚀加剧、油蜡产品臭味大等问题。此外，与石蜡基原料相比，此类原料的溶剂精制装置及溶剂脱蜡装置基础油收率变化大，导致装置能力不适应，生产平衡困难，因此并没有得到推广。但国外在利用含硫原油生产基础油方面积累了丰富的经验[5]，可以通过总结、借鉴，优化加工方案，从而选择出合适的原料。

2 原料的优化管理

2.1 分输分炼措施

对于API Ⅰ类基础油，异构烷烃、单环长侧链环烷烃和芳烃是润滑油基础油的理想组分。多环环烷烃的黏度指数很低，即黏温性能很差，会对基础油黏温性能产生较大的负面影响。溶剂精制对芳烃，特别是多环芳烃和胶质具有较高的选择性，但对多环环烷烃的选择性较差，多环芳烃和胶质很容易在溶剂精制过程中被脱除，而多环环烷烃却很难在溶剂精制过程中被脱除。多环环烷烃的凝点也较低，不能在溶剂脱蜡过程中被脱除。因此，对于含有较多多环环烷烃的原料，不能采用溶剂法生产高黏度指数基础油。不同基属原油和相同基属不同品种原油的润滑油馏分，其烃类组成不同。如果将不适合生产基础油的原油与适合生产基础油的原料混炼，会造成基础油质量下降，因此原料选择和分输分炼成为API Ⅰ类基础油生产的重要环节。对适合生产润滑油的原料实行分输分炼的主要措施包括：①有条件的企业，对生产基础油的原油进行专线输送，没有专线的企业采用顺序输送方式，尽量避免混输；②利用润滑油型常减压蒸馏装置加工优选出的用于生产润滑油基础油的原油，按“高真空、低炉温、窄馏分、浅颜色”的原则组织基础油原料的蒸馏切割；③加工过程的中间物料采取分储措施，精确计算切换时间，减少物料互混；④做好切换料，特别是劣质原料的“掐头去尾”，减少对优质原料的污染。

2.2 混炼方案的选择

将试验和生产数据进行统计、回归分析，可得到不同原油的不同馏分生产的润滑油基础油的运动黏度(40 ℃)与黏度指数关系曲线，如图1所示，从而筛选出7～8种原油作为基础油生产企业的可选原油。在此基础上，根据地域特点，每家基础油生产企业采用进口原油与国产海洋原油搭配的方式选定3～4种原油，作为基础油生产的指定原料，在年度计划中统一安排采购。

图1 主要原油品种生产的基础油运动黏度与黏度指数关系◆—中东A； ■—海洋A； ▲—非洲A； ●—海洋B；俄罗斯A； 海洋C； 海洋D

作为管理措施，需要对相关原油的收率情况进行分析统计，确定高品质基础油的结构比例指标。而对因采购基础油原料导致的原油价格变动，在相关的考核中给予剔除，从而保证企业的积极性，确保“宜润则润”的资源利用率。

由于资源稀缺且价格偏高，基础油生产企业仍需进一步拓宽原油资源，因此在试验及试生产验证的基础上，对原只能部分合格的基础油原料可以进行优化混炼，亦可生产出高品质的基础油。

由图1可见，以相当一部分原料的减三线馏分生产400SN或500SN基础油时，由于黏度指数偏低，很难生产出优质的基础油。这种低黏度馏分和高黏度馏分生产的基础油黏度指数高，而中等黏度馏分生产的基础油黏度指数低的现象在黏度-黏度指数曲线上恰似“马鞍型”。此时可以选择“非马鞍型”原油与“马鞍型”原油混炼，从而生产出合格的产品，避免减三线馏分油回催化裂化装置加工造成的资源浪费。此方法也适用于解决以部分原料生产基础油时硫含量、酸值等个别指标不合格而导致基础油等级降低的问题。混炼还有减少装置间收率差异、平衡生产、减少腐蚀等效果。

图2为典型的原油混炼时基础油运动黏度(40 ℃)与黏度指数关系曲线。通过高硫、低酸中间基进口原油A与低硫、含酸海洋原油B按一定比例(质量比55∶45)进行混炼，在保证基础油黏度指数的同时，不仅解决了2种原油单独加工时的酸值及硫含量不达标问题，而且使原本不能生产合格API Ⅰ类基础油的原油B减三线馏分油得到利用，黏度指数由低于80提高到90以上，取得了较好的效果。

图2 原料混炼实例的基础油运动黏度与黏度指数关系

通常混炼应遵循以下原则：①混炼可以是原油，也可以用相同馏分的中间物料混合加工，但要基于实验及试生产数据支持，有详细的全流程加工方案；②混炼应采用固定的比例，并固定好对应的加工方案及操作参数，生产质量和牌号稳定的基础油，防止操作条件的不确定而导致质量下降及其它经济损失；③应注意观察基础油或者石蜡是否出现分层现象。

3 效 果

从2009年开始，中国石油化工股份有限公司陆续在两家主要API Ⅰ类基础油生产企业组织优质基础油的原料优选及优化，优质基础油产量由2008年的302.0 kt提高到2012年的407.8 kt，占基础油比例由60.71%提高到82.65%，如图3所示，其中2011年因市场因素导致部分装置限量停产。

图3 优质基础油产量及比例变化趋势■—优质基础油产量； —优质基础油比例

4 结 论

(1) 采用溶剂法生产API Ⅰ类基础油的企业，在原油品种越来越多样化、复杂化的过程中，通过重视原料的管理，仍可保证高品质基础油的生产。

(2) 生产基础油应相对固定好原油品种，并固定好对应的加工方案及操作参数，以生产质量、牌号稳定的基础油产品。

(3) 充分利用好原料的黏度-黏度指数曲线，抓好原料的优化管理，可实现资源的合理利用，最大限度地生产黏度指数高的基础油。

[1] 祖德光，石亚华，王玉章，等.我国当前基础油生产中应重视的问题[J].石油炼制与化工，2005，36(2)：12-16

[2] 宋宁宁，康茵.润滑油基础油的特点及生产工艺[J].齐鲁石油化工，2010，38(1)：23-28

[3] 水天德.现代润滑油生产工艺[M].北京：中国石化出版社，1997：29-36

[4] 林荣兴.原油产地对基础油性能的影响[J].武汉工程大学学报，2012，34(7)：11-18

[5] 张德义.含硫原油加工技术[M].北京：中国石化出版社，2003：465-469

RAW MATERIAL SELECTION AND OPTIMIZATION FOR HIGH-QUALITY APIⅠ BASE OIL PRODUCTION

Zhu Yongjin

(RefiningDepartmentofSINOPEC，Beijing100728)

Based on the lab and unit operation data of raw materials for APIⅠbase oil production， the optimized solutions are suggested. The yield of high quality APIⅠbase oil is increased by selecting the raw material， independent transporting and processing， and reasonable mixed refining. The ratio of high quality API Ⅰ base oil in total base oil output of SINOPEC is also increased.

lubricant； base oil； raw material； optimization

2014-01-29； 修改稿收到日期： 2014-05-08。

朱永进，工学学士，工商管理硕士，长期从事润滑油生产、技术及管理工作。

朱永进，E-mail：zhuyj@sinopec.com。