国内环烷基原油减压渣油生产150BS光亮油工艺研究及收率预测

蔡烈奎 张翠侦 徐岩峰 朱长申

中海油炼油化工科学研究院

150BS光亮油是一种重要的高黏度润滑油基础油，广泛应用于发动机油、重负荷齿轮油和各种润滑脂等产品的生产[1-2]。克拉玛依石化公司是我国最大的150BS生产基地，年产量在13×104t以上，以克拉玛依油田的稠油减压渣油为原料，采用溶剂脱沥青工艺生产合适的轻脱油，采用了壳牌公司以异构脱蜡催化剂为核心的全氢型润滑油加氢技术，专门生产150BS光亮油和大黏度基础油[3-6]。大庆炼化公司炼油厂引进Chevron公司技术的异构脱蜡装置生产黏度为20 mm2/s的基础油，放置后出现絮状物[7]，后来就不再持续生产。荆门石化也生产一定量的BS光亮油，以120BS光亮油为主[8]。按照中国润滑油市场情况，国内预计每年消耗150BS光亮油约40×104t。目前，国内所有生产厂家每年可生产约20×104t，其余20×104t需要进口。

表1 国内几种典型环烷基减压渣油性质Table 1 Properties of several typical naphthene vacuum residues in China原料名称密度(20 ℃)/(kg·m-3)100 ℃运动黏度/(mm2·s-1)w(残炭)/%软化点/℃针入度/0.1 mm延度(10 ℃)/cmw(蜡)/%金属质量分数/( mg·kg-1)FeCaMgVNi新疆减渣10.985 012.0047.185>1001.036.43661.09.75.216.1新疆减渣20.985 513.2746.2971131.355.2566.08.68.729.6中海油减渣10.979 3355.911.6424.4>300>1002.711.7145.42.60.81.5中海油减渣20.995 21 010.016.0334.9268.7>1003.037.622.18.421.253.8

光亮油的生产与其原料密切相关，是否能够生产质量较优的光亮油需要一定的工艺技术。本研究选用国内4种典型的环烷基原油减压渣油为原料，进行150BS光亮油的生产工艺研究，并力求寻找原料性质与150BS光亮油之间的关系。

1 原料油性质

在国内以4种环烷基减压渣油为研究对象，其性质见表1。

由表1中的数据可知：①从得到的4种减压渣油性质来看，其共同点是密度较小，软化点较低，延度较大，因环烷基油属性，其金属含量较高，特别是钙、铁、镍含量均较高；②新疆减渣虽然密度小，但达到了高等级道路沥青的主要指标要求。

2 生产工艺研究

2.1 溶剂脱沥青试验

以上述4种减压渣油为原料，在实验室进行了溶剂脱沥青试验，中试装置原料油进料规模1 kg/h，典型操作条件见表2，轻脱油产品性质见表3。

对表2、表3中的数据进行分析，可得出以下结论：

表2 4种减压渣油丙烷脱沥青试验工艺条件和轻脱油收率Table 2 Technological conditions of propane de-asphalting and DAO yield of four vacuum residues原料萃取压力/MPa萃取温度/℃沉降温度/℃剂油体积比轻脱油收率/%新疆减渣1457756∶131.64新疆减渣2480606∶132.20中海油减渣1455726∶149.21中海油减渣24608210∶131.80

表3 4种轻脱油性质Table 3 Properties of four DAO原料100 ℃运动黏度/(mm2·s-1)40 ℃运动黏度/(mm2·s-1)黏度指数20 ℃密度/(kg·m-3)凝点/℃折光率(20 ℃)w(残炭)/%新疆减渣1109.4018①938.1101.517 70.93新疆减渣272.05334052916.251.505 30.98中海油减渣138.57101360931.1121.515 00.89中海油减渣237.96102456927.4231.514 80.99原料w(硫)/(mg·kg-1)w(氮)/(mg·kg-1)w(金属)/(mg·kg-1)FeVCaNiMg新疆减渣11900990<0.2<0.21.8<0.2<0.2新疆减渣268532502.4<0.21.5<0.21中海油减渣122001878<0.2<0.20.2<0.2<0.2中海油减渣232701865<0.2<0.20.1<0.2<0.2 注:①40 ℃黏度测量超范围,黏度指数为测量80 ℃黏度计算得到。

(1) 从4种减压渣油的丙烷脱沥青工艺条件来看，丙烷抽提条件较缓和，轻脱油收率均较高，在31%以上，特别是中海油减渣1，其丙烷脱沥青收率达到49%以上。

(2) 4种减压渣油得到的轻脱油黏度指数均不高，最高的是以中海油减渣1为原料得到的，其轻脱油黏度指数约为60。

(3) 4种轻脱油的黏度、凝点数据表明，新疆减渣1得到的轻脱油黏度最高，其100 ℃运动黏度达到100 mm2/s以上，中海油减渣2得到的轻脱油黏度最低，其100 ℃运动黏度只有38 mm2/s。

(4) 4种轻脱油凝点数据表明，新疆减渣2得到的凝点最低，只有5 ℃,中海油减渣2得到的轻脱油凝点最高，达到23 ℃。

(5) 各轻脱油的金属含量和残炭数值表明，4种轻脱油基本满足加氢装置的进料要求。

2.2 加氢工艺及加氢+酮苯脱蜡组合工艺研究

分别以上述4种轻脱油为原料在实验室进行了中试试验，其中两种新疆减渣和中海油减渣1采用加氢处理-异构脱蜡-补充精制三段加氢全加氢工艺路线，选用同样的市售加氢处理催化剂、异构脱蜡催化剂和贵金属精制催化剂；中海油减渣2采用了高压加氢处理+酮苯脱蜡的组合工艺技术。其加氢中试试验工艺条件见表4，光亮油产品性质见表5。

对表4、表5中数据进行分析，得出以下结论：

(1) 几种轻脱油黏度相差较大，黏度指数也有差异，但得到同样黏度指数的目标产品150BS光亮油，其加氢处理反应条件基本接近；说明一定的加氢处理反应温度可以调整烃类的分子结构，大黏度轻脱油经过加氢处理，其黏度降低幅度更大。当其目标产物的黏度、黏度指数相近时，其分子结构也趋于接近。

(2) 几种轻脱油采用同样的催化剂组合，得到150BS光亮油产品，其浊点有明显差异，以中海油减渣1、新疆减渣1为原料时，其150BS光亮油基本没有浊点问题；由中海油减渣2得到的轻脱油凝点最高，采用全加氢工艺时得到的光亮油浊点达到16 ℃，改为加氢处理+酮苯脱蜡工艺后，其浊点降低；由新疆减渣2得到的轻脱油凝点最低，但采用全加氢工艺时得到的光亮油浊点达到10 ℃，说明其降凝要求较为特殊，需要筛选针对性更强的异构脱蜡催化剂。

表4 几种渣油轻脱油高压加氢工艺条件Table 4 High pressure hydrogenation process conditions of four residue DAO原料氢分压(处理/降凝/精制)/MPa反应温度(处理/降凝/精制)/℃体积空速(处理/降凝/精制)/h-1氢油体积比(处理/降凝/精制)新疆减渣115/15/15382/300/2600.4/1.0/1.61000∶1/600∶1/600∶1新疆减渣215/15/15382/325/2400.4/1.0/1.61000∶1/600∶1/600∶1中海油减渣115/15/15383/340/2600.4/1.0/1.61000∶1/600∶1/600∶1中海油减渣215/15/15384/345/2600.4/1.0/1.61000∶1/600∶1/600∶1中海油减渣215①375①酮苯脱蜡②100∶1① 注:①降凝和精制无数据。②采用加氢处理+加氢精制+酮苯脱蜡组合工艺,酮苯脱蜡工艺条件如下:溶剂组成:V(丁酮)∶V(甲苯)=50∶50;总的剂油质量比:3.5∶1;过滤温度:-18 ℃;冷洗剂油质量比0.5:1,冷洗温度:-18 ℃。

表5 5种光亮油性质Table 5 Properties of five bright oils原料切割温度/℃收率①/%100 ℃运动黏度/(mm2·s-1)40 ℃运动黏度/(mm2·s-1)黏度指数塞波特颜色/色号20 ℃密度/(kg·m-3)开口闪点/℃倾点/℃浊点/℃旋转氧弹/min新疆减渣1≥48039.5029.67500.685+30881.3285-15-10 380新疆减渣2≥46055.6032.25589.283+30887.3281-15+10 420中海油减渣1≥49044.0430.27511.186+30886.9290-12-15②430中海油减渣2≥50040.8028.50485.583+30887.3305-15+16 440中海油减渣2≥49259.9027.93463.984+26895.1275-9-4 285 注:①收率均相对于轻脱油(DAO)。②油品凝固,没有出现浊点。

(3) 从异构脱蜡反应温度和光亮油的倾点数据来看，在倾点相近时，由新疆减渣1得到的轻脱油，其异构脱蜡反应温度最低，新疆减渣2得到的轻脱油其异构脱蜡反应温度次之，中海油减渣1得到的轻脱油其异构脱蜡反应温度较高，中海油减渣2得到的轻脱油其异构脱蜡反应温度最高；说明凝点高的轻脱油蜡含量不一定高，凝点低的轻脱油蜡不一定容易脱除，轻脱油的异构脱蜡存在差异。

(4) 对比中海油减渣2的两种工艺，采用加氢处理+酮苯脱蜡组合工艺生产光亮油收率更高，但因含有一定量的芳烃，其氧化安定性略差。

(5) 切割点数据表明，为满足光亮油黏度指标，黏度指数低的轻脱油和黏度小的轻脱油均需要适当提高减压蒸馏切割点，这也是导致收率低的原因之一。

2.3 150BS光亮油收率的预测分析

在光亮油的生产过程中，经常涉及到收率及经济性的问题，能否经由简单的原料分析判断出150BS光亮油的收率较为重要。考虑到黏度和黏度指数在一定程度上代表了油品的分子组成，统计了以上4种环烷基减压渣油轻脱油生产150BS光亮油时其轻脱油的黏度、黏度指数和150BS光亮油的黏度、黏度指数及收率，数据见表6。

表6 4种环烷基轻脱油及其150BS光亮油的数据Table 6 Data of four naphthenic DAO and 150BS bright oil原料项目光亮油收率(相对DAO)/%100 ℃运动黏度/(mm2·s-1)黏度指数倾点/℃新疆减渣1DAO109.402010150BS39.529.6785-15新疆减渣2DAO72.05525150BS55.632.2583-15中海油减渣1DAO38.576012150BS44.030.2786-12中海油减渣2DAO37.965623150BS40.828.5083-15

由前期分析可知，达到150BS光亮油质量要求时，4种轻脱油的加氢处理反应温度基本接近。由此可以推断，在一定的反应温度下，不同来源的环烷基轻脱油得到了同质化的处理，可以考虑通过简单的原料数据分析，如轻脱油的黏度和黏度指数来预测150BS光亮油的收率。

如新疆减渣1，其100 ℃的运动黏度和黏度指数的乘积开平方的数值为：

如新疆减渣2，其100 ℃的运动黏度和黏度指数的乘积开平方的数值为：

如中海油减渣1，其100 ℃的运动黏度和黏度指数的乘积开平方的数值为：

以上数据相比其150BS光亮油收率数据(无百分比)，其差值分别为4.9、5.6和4.1，此差值范围较小，基本在5左右。为了准确预测150BS光亮油收率，在此引入了-5%，主要考虑脱蜡造成的收率损失。经过归纳，基本可以得到以下预测150BS光亮油收率的公式：

150BS光亮油收率≈-5%(蜡质量分数的修正)+

并将此公式用于预测中海油减渣2光亮油收率，其收率为：

实际其150BS光亮油收率为40.8%，偏差为0.3%，说明采用上述公式预测150BS光亮油的收率是可行的。

同时，根据公式也可以预测，由环烷基轻脱油生产150BS光亮油时，其轻脱油原料的黏度及黏度指数均应适中，其100 ℃运动黏度数值×黏度指数数值的乘积数值越大，目标产品收率越高。

3 结论

(1) 不同来源环烷基原油的轻脱油采用全氢法生产150BS光亮油时，其加氢处理温度接近，说明同类原油的轻脱油达到近似结构时所需反应温度接近。

(2) 选用的4种环烷基轻脱油生产150BS光亮油

(3) 低黏度、黏度指数适中的轻脱油为得到较高的光亮油收率，可以通过加氢+酮苯脱蜡组合工艺生产150BS光亮油，但产品的氧化安定性略低。

(4) 采用异构脱蜡工艺时，150BS光亮油的浊点与原料蜡含量关系不大，与蜡的组成结构和异构脱蜡催化剂是否适用于原料中的蜡有关。