金属轧制油所需基础油的来源与生产

秦鹤年，葛庆文

(1.中国石油华北润滑油销售分公司，北京 100101；2.中国石油润滑油公司，北京 100028)

0 引言

金属轧制油属于油基型产品，与水基型轧制液相比具有润滑效果好、轧件表面质量好等特点，广泛用于铝材、铜材和不锈钢等对表面质量要求较高的有色金属及合金钢的冷轧。与常规润滑油产品相比，金属轧制油黏度较低，所需基础油对馏程范围要求很窄，虽然石油的常压馏分和部分减压馏分，还有加氢油与合成油中的轻组分，都可以用来提取金属轧制油所需的基础油，但需要经过进一步的精密分馏才能得到。因缺乏相关的精馏设备，石油炼制行业通常将石油的常压馏分段即轻油组分用来制备汽油、溶剂油、煤油和柴油等，很难用来批量生产金属轧制油所需的基础油，不仅造成了金属轧制油的基础油来源困难，也使得石油轻质馏分未得到充分利用。如何充分利用石油的常压馏分以及加氢油与合成油的轻组分制备金属轧制油所需的轻质基础油，使其基础油来源容易，同时也提高石油产品的附加值，就此展开讨论。

1 当前金属轧制油的发展状况以及基础油原料的来源

金属轧制油主要有铝材轧制油、铜材轧制油和不锈钢轧制油等，用于板材和带材轧制生产过程中的冷却与润滑。轧制生产线一般采用轧制油喷淋法润滑轧辊和轧板，要求轧制油不仅具有良好的润滑效果，还要具有很好的流动性和冷却效果，尤其是轧件经轧制后还需经退火处理，要求表面残留轧制油容易燃烧完全，不在轧件表面形成油斑而影响表面质量。为满足这些性能的要求，轧制油的黏度不宜过高，其40 ℃运动黏度一般不大于10 mm2/s，其基础油主要来源于石油的轻质馏分，此外还有加氢异构化油的与聚α-烯烃(PAO)合成油的轻组分等，要求基础油具有高闪点、窄馏程、低硫、低芳烃等特点。

对于不同的轧制材质，所需轧制油的黏度与其硬度和熔点有关。铝材的硬度较小，熔点较低，所需轧制力较小，要求轧制后退火温度不宜过高，时间不宜过长，轧件表面残留轧制油易燃烧完全，因此铝材轧制油的黏度较低，其40 ℃运动黏度通常小于3 mm2/s。不锈钢硬度较大，熔点较高，所需轧制力较大，轧制后退火温度也较高，适当提高轧制油的黏度对轧制有较好的润滑作用，因此不锈钢轧制油的40 ℃运动黏度通常在7～10 mm2/s。铜材的硬度和熔点居于铝材和不锈钢之间，所需轧制油的黏度高于铝材轧制油而低于不锈钢轧制油，其40 ℃运动黏度通常在5～8 mm2/s。

铝材轧制油又分为箔材轧制油和板材轧制油。目前国内铝材轧制油多由民营润滑油企业生产，或者是铝加工企业自行配制，通常采用航空煤油为基础油原料，经过精密分馏截取合适的馏分，然后加入功能添加剂调制而成。由于箔材厚度极小，所用轧制油要求黏度更低，而且铝箔通常用于食品、药品和香烟的包装材料，因此对于轧制油的硫和芳烃等有害物质含量控制十分严格。中国石油兰州润滑油研发中心采用聚α-烯烃(PAO)合成油的轻组分为基础油，研发出了高级铝材轧制油，分为箔材轧制油和板材轧制油[1]，产品具有较低的硫含量和芳烃含量，满足食品包装的要求，技术指标如表1所示。

表1 高级铝材轧制油技术指标

铜材轧制油所用基础油通常采用石油中的常压重馏分或减压轻馏分为基础油，同样经过精密分馏对组分进行分割，再通过进一步的脱硫、脱芳烃制取[2]。目前国内铜材轧制油以国外公司产品为主，具有代表性的产品为美孚真力士产品系列，同时也有部分民营润滑油企业产品。中国石油兰州润滑油研发中心选用加氢异构化油的轻组分作为基础油原料，研发出了铜及铜合金轧制油产品，并在西北铜加工厂进行了使用试验，使用效果良好，而且退火清净性比原用油有所改善[3]，产品技术指标如表2所示。

表2 铜及铜合金轧制油研制指标及油品分析数据

表2(续)

不锈钢轧制油采用石油轻质减压馏分、轻质加氢异构化油或合成油轻组分为原料制备基础油，添加相应的添加剂调制而成。国内冷轧不锈钢薄板生产企业早先以进口油为主，如美孚真力士产品系列。中国石油兰州润滑油研发中心采用聚α-烯烃(PAO)合成油与加氢异构化油的轻组分油、还有石油轻质减压馏分油为基础油，研发出了冷轧不锈钢薄板轧制用油，产品在太钢不锈刚冷轧板生产线上进行了使用，替代了原用的同类产品Mobil Genrex 26，效果很好[4]，产品目前继续供应太钢正常使用。后经不断修订完善，形成了产品质量标准Q/SY RH2145-2008(2009)，如表3所示。

表3 不锈钢冷轧油产品质量标准

表3(续)

2 石油馏分的利用现状

石油的主要组成部分为烃类，即碳氢化合物，占原油总量的95%～99%。石油的初步加工为加热分馏，也称为原油的一次加工。分馏又分为常压分馏和减压分馏。在常压条件下能够蒸馏出来的馏分称为轻质油馏分，用于制备燃料油和溶剂油；由于烃类化合物在高温条件下容易受热分解，因此当在常压条件下350 ℃时不能蒸馏出的部分，如需继续分割组分需要在减压条件下继续蒸馏，这部分称为重油，用来制备润滑油基础油和重质燃料油，重油组分中又可分为减压条件下能够蒸馏出的重油馏分和不能蒸馏出的残渣油组分，表4为石油一次加工分馏的各馏分段的沸程、碳数分布及用途[5]。

表4 原油一次加工各馏分段的沸程、碳数分布及用途

由表4可见，各馏分段并没有严格的分界线，沸程和碳数分布都有重叠部分，特别是煤油馏分和柴油馏分有很大的重叠部分，因此很多炼油企业将沸程为180～350 ℃的部分统称为煤油馏分或柴油馏分，用于制备溶剂油、煤油和柴油。

然而，由减压组分(即重油组分)制备的润滑油基础油原料，40 ℃运动黏度通常大于10 mm2/s，而40 ℃运动黏度小于10 mm2/s的低黏度润滑油基础油(轻质基础油)则大部分来自常压组分的煤油或柴油馏分。表5给出了不同黏度等级(GB/T 3141分类，即40 ℃运动黏度中心值，单位mm2/s)的润滑油种类及基础油所需的石油组分，由表5可见，石油的常压组分黏度虽小，但同样可以作为润滑油使用，不仅是金属冷轧油的主要原料，也可作为主轴油和白油等低黏度润滑油品轻质基础油的主要来源。而石油的减压组分及减压残渣油则是液压油、汽轮机油和工业齿轮油等中等黏度和高黏度油品基础油的来源。

表5 不同黏度等级润滑油品及基础油所需的石油组分

注：不同原油的馏分段其黏度是有差异的，此表仅供参考。

3 轻质基础油的制备与石油常压馏分的综合利用

铝材、铜材及不锈钢等金属冷轧油目前面临的主要难题就是基础油制备困难，同样基础油的品质也决定了金属轧制油的性能。轧制基础油虽然可以从石油馏分提取，但金属冷轧油所需基础油的馏程范围较窄，需要对石油的常压馏分和轻质减压馏分做进一步分馏，即精密蒸馏。目前国内各大炼油企业缺少精密分馏装置，无法直接提供金属冷轧油所需的轻质基础油。我国原油轻组分偏少，而且常压馏分中的煤油组分或柴油组分大部分又被用于生产航空煤油和车用柴油，进一步造成了轻质基础油的来源紧张。如何制备金属冷轧油所需的轻质基础油，并提高石油炼制产品的附加值，可从以下几方面进行研究与讨论。

3.1 从石油常压蒸馏组分中提取的方法

我国原油属于重质原油，常压蒸馏组分比例较低，仅占30%～40%，而其中的煤油馏分或柴油馏分，包括部分减压馏分还需要经过进一步的精密分馏才能得到金属轧制油所需的轻质基础油。由此可见，适用于制备金属轧制油所需轻质基础油的馏分在石油中所占比例很小，而且目前金属轧制油不同于常规润滑油那样形成批量生产与销售，因此其开发与生产通常不被炼油企业所重视，多依赖于国外公司和部分民营企业。

我国的原油硫含量和金属含量较低，用来制备金属轧制油对环保和金属表面质量是非常有利的。根据碳氢组分分子结构原油可大体分为石蜡基、中间基和环烷基三大类，其特性对比如表6所示。

表6 不同原油种类及特性对比

石蜡基原油的特性因数大于12.1，黏度指数较高，但含蜡量和凝点较高[6]，如经适度地精制和脱蜡将得到最适用于制备金属轧制油所需的轻质基础油。我国大多数油田所产原油属于石蜡基原油，原料来源较为丰富，尤其是大庆油田所产的石蜡基原油，是全球公认的制备润滑油基础油的最佳原料之一。随着石油资源的日益减少，石蜡基原油更显珍贵，生产润滑油应成为其主要用途。

制备金属冷轧油所需的轻质基础油，首先应该在石油加工企业增加精密分馏装置，以石蜡基原油常压馏分中的煤油组分或柴油组分，即180～350 ℃的馏程部分为主要原料，还有轻质减压馏分，经过脱硫、脱芳烃、脱蜡和精制，然后再进行精密分馏，获取不同馏分段，同时考察每段馏分的40 ℃运动黏度、黏度指数、闪点、倾点、酸值、铜片腐蚀等项目，根据轧制油的要求制定相应的技术指标。

3.2 重油组分加氢异构化制取

重油组分通过加氢异构化反应，可以获得优质的润滑油基础油料，已成为提高矿物型基础油性能的有效手段。中国石油目前已有三套加氢异构化装置，可分别对石蜡基油、中间基油和环烷基油进行加氢异构化反应。加氢异构化的同时也伴随裂解反应而产生轻质油，同样可通过分馏制取优质的轻质基础油，已用于铜材轧制油和不锈钢轧制油的制备[7]。

3.3 合成油轻质馏分的提取

合成油通常是聚α-烯烃类或聚酯类产物，其黏度与聚合物分子量有关，而分子量取决于聚合度，轻质油聚合度较低，一般为合成油的初馏产物，如聚α-烯烃的拔头油。而合成油通常选取聚合度较高、分子量较大的组分，轻质油往往得不到有效利用。作为金属冷轧油，轻质合成油组分经分馏后也同样是理想的基础油原料，尤其是聚酯类合成油还具有较好的润滑性能，作为金属冷轧油的基础油使用可改进油品的抗磨性能。

总之，轻质基础油也分为矿物油型、加氢异构化型与合成型产品，均可用于金属冷轧油的制备，形成矿物油型产品与半合成型产品。

4 展望与建议

作为冶金行业，产品深加工是一大发展方向，也是提高产品附加值的有效手段。尤其是在当前产能过剩、市场竞争异常激烈的情况下，提高产品的加工深度是竞争取胜的有力法宝。以太钢为例，不锈钢冷轧薄板已成为拳头产品，为企业创造了巨大效益，在目前钢铁行业普遍不景气的环境下太钢依然能靠不锈钢冷轧薄板保持盈利。

目前在国内进口金属轧制油仍占据着很大的比例，还有很多产品为民营企业生产，大型国营石油企业仍把重点放在常规润滑油产品的生产上，对金属加工用油的开发生产重视程度还不够，因此作为石油企业，应该充分重视金属加工用油的研发与生产，满足金属深加工的需求，积极引进精密分馏装置，充分利用石油常压馏分与轻质减压馏分、加氢异构化油轻组分及合成油轻组分开发生产轻质润滑油基础油，为金属轧制油的生产提供优质的轻质基础油原料，由此提高石油各组分的利用率以及产品的附加值，为企业创造更多的效益。