费-托合成蜡加氢异构生产的API类基础油低温性能研究

王泽爱，黄小珠，黄 波，陈远庆，张 浩

(中海油惠州石化有限公司，广东 惠州 516086)

费-托合成蜡的组成是饱和、长链的正构烷烃[1]，具有硫、氮、芳烃含量极低，黏度指数高等特性[2-3]，是加氢法生产API Ⅲ类润滑油基础油(简称基础油)的优质原料[4-6]。其核心是将高熔点的长链正构烷烃加氢异构，转化为具有优良低温性能的异构烷烃。姚春雷等[7]通过对常规加氢异构催化剂异构化选择性的优化，得到的Ⅲ类基础油倾点和浊点分别不高于-18 ℃和-6 ℃。王子文等[8]通过对加氢精制、异构裂化和异构脱蜡等工艺的不同组合，得到倾点不高于-30 ℃的API Ⅲ类加氢基础油。本研究以费-托合成蜡为原料，采用生产Ⅱ类基础油常规的加氢异构/加氢精制工艺，以及适宜加工费-托合成蜡原料的异构脱蜡/加氢精制催化剂，在加氢中试装置上考察费-托合成蜡为原料和工艺参数对得到的API Ⅲ类基础油低温性能的影响，特别是对浊点的影响。浊点是基础油重要的低温性能指标之一，低倾点、高浊点的基础油在低温下虽然具有较好的流动性，但因少量的高碳数、低支链度的烷烃析出致使油品混浊，且析出物易堵塞润滑油过滤器而影响油品的使用性能。

1 实 验

1.1 加氢中试装置及工艺参数

试验在200 mL加氢中试装置上进行。该装置由进料系统、反应系统、循环氢系统、冷却分离系统和控制系统组成。原料油经加压后依次进入加氢异构脱蜡反应器和加氢精制反应器；反应产物进入冷却分离系统，分离出的以氢气为主的气相进入循环氢系统，液相产物经汽提塔分离出气相产物后进入产品罐，然后采用2 L的蒸馏仪进行切割分离，其切割温度分别为280 ℃和395 ℃，得到的3个样品馏程分别为小于310 ℃，250～420 ℃和大于350 ℃，与工业装置轻质白油料、2cSt基础油和5cSt基础油产品的馏程基本吻合。

基于以加氢尾油为原料的400 kt/a润滑油加氢装置的工艺参数，确定中型试验工艺参数，如表1所示，其中反应压力15 MPa和2.5 MPa、氢油体积比600和500分别是以加氢尾油为原料时该工业装置的设计值和以费-托合成蜡为原料时催化剂供应商给出的推荐值。

表1 中型试验工艺参数

1.2 试验原料

70号和60号费-托合成蜡为商业产品，60-1，60-2，60-3均为60号费-托合成蜡切割出的轻馏分，且分别为60号费-托合成蜡质量的70%，50%，30%，其主要性质见表2。由表2可知：随着费-托合成蜡馏分变轻，其黏度、黏度指数和熔点逐渐下降；所有样品的硫和氮质量分数均小于1 μg/g。

表2 费-托合成蜡的主要性质

2 结果与讨论

2.1 以70号费-托合成蜡为原料的试验结果

以70号费-托合成蜡为原料，考察异构化反应温度、反应压力和氢油比对基础油低温性能的影响，结果见表3。

由表3可见：在反应压力2.5 MPa条件下，随着异构化反应温度的提高和氢油比的增大，2cSt和5cSt基础油的倾点逐渐降低，其浊点分别为-19 ℃左右和大于20 ℃。即使异构化反应温度提升至348 ℃时，2cSt基础油的倾点和浊点分别为-31 ℃和-19 ℃；5cSt基础油的倾点已低于-15 ℃，且其收率已降至47.0%，但其浊点仍大于20 ℃。

表3 以70号费-托合成蜡为原料的试验结果

在反应压力15 MPa、异构化反应温度348 ℃、氢油体积比600的条件下，2cSt和5cSt基础油的倾点分别为2 ℃和大于25 ℃，2cSt基础油的浊点高达10 ℃。由于费-托合成蜡在高压下的异构化反应程度很低，以下试验中压力确定为2.5 MPa。

在催化剂供应商推荐的异构化反应温度335～350 ℃条件下，70号费-托合成蜡的异构主反应和裂解副反应深度不够，不仅导致其产物浊点较高，且5cSt基础油样品的100 ℃运动黏度超出4.5～5.5 mm2/s的指标范围。

2.2 以60号费-托合成蜡为原料的试验结果

针对以70号费-托合成蜡为原料时得到的5cSt基础油在室温下浑浊和100 ℃运动黏度高的问题，进行了以60号费-托合成蜡为原料，在压力2.5 MPa、氢油体积比500、不同异构化反应温度条件下的中型试验，得到的5cSt基础油的性质和收率见图1。

图1 不同反应温度下5cSt基础油的性质和收率

由图1可见：以60号费-托合成蜡为原料时，随着异构化反应温度的提高，5cSt基础油的浊点、倾点、黏度指数和收率均逐渐下降；当异构化反应温度升至348 ℃时，5cSt基础油的浊点和倾点分别降至-2 ℃和-27 ℃，但其黏度指数和收率已分别降至144和41.67%。异构化反应温度越高，费-托合成蜡的异构化反应程度越深，但同时也加大了高温裂解副反应的深度。催化剂供应商推荐的异构化反应最高温度为350 ℃，且在348 ℃时5cSt基础油的收率已降至41.67%，因此没有继续开展提高异构化反应温度的试验。

在异构化反应温度分别为335，339，343，348 ℃的条件下，5cSt基础油样品的100 ℃运动黏度分别为5.068，4.973，4.921，4.896 mm2/s，随着异构化反应温度的升高，基础油的100 ℃运动黏度缓慢下降，但仍在4.5～5.5 mm2/s的指标范围内。

2.3 以60号费-托合成蜡轻馏分为原料的试验结果

图2为在反应压力2.5 MPa、异构化反应温度348 ℃和氢油体积比500的条件下，以60号费-托合成蜡及其轻馏分为原料时得到的5cSt基础油的性质和收率。为便于比较，同时列出异构化反应温度343 ℃条件下以60-3费-托合成蜡为原料时的试验结果，实验编号记为60-3*。

图2 以60号费-托合成蜡不同馏分为原料时得到的5cSt基础油的性质和收率

由图2可知：以60号费-托合成蜡为原料切割出的馏分越轻，得到的5cSt基础油的倾点、浊点、黏度指数和收率越低；以60-2费-托合成蜡为原料时，5cSt基础油的浊点已降至-15 ℃，倾点降至-30 ℃，黏度指数降至138，但收率已降至35.67%；以60-3费-托合成蜡为原料时，5cSt基础油的浊点可降至-18 ℃，倾点降至-31 ℃，黏度指数降至136，但收率进一步降至30.31%，将其异构化反应温度由348 ℃降至343 ℃时，收率可提高至38.97%，且浊点为-15 ℃。

以60号、60-1、60-2和60-3费-托合成蜡为原料时，得到的5cSt基础油的100 ℃运动黏度分别为4.896，4.803，4.751，4.696 mm2/s。费-托合成蜡原料逐步变轻，得到的5cSt基础油的100 ℃运动黏度缓慢下降，但仍在4.5～5.5 mm2/s的指标范围内。在满足5cSt基础油浊点指标要求的前提下，以60-3费-托合成蜡为原料时异构化温度由348 ℃降至343 ℃时，100 ℃运动黏度由4.696 mm2/s提高至4.794 mm2/s。

由上述试验可知：费-托合成蜡原料的组成对得到的5cSt基础油的浊点有较大影响。图3为60号费-托合成蜡不同馏分的碳数分布。由图3可见，4种原料的碳数均呈正态分布，随着馏分变轻，分布曲线向低碳数方向移动，且碳数大于40的烃类含量逐渐降低，60-2和60-3费-托合成蜡碳数大于40的烃类比例分别为0.40%和0.23%。以碳数大于40的比例超过0.5%的费-托合成蜡为原料时，得到的5cSt基础油的浊点难以降至-15 ℃以下，这与高碳数的费-托合成蜡异构化难度更大有关。

图3 60号费-托合成蜡不同馏分的碳数分布

3 结 论

(1)以70号费-托合成蜡为原料时，即使异构化反应温度升至348 ℃，已接近催化剂供应商推荐使用温度的上限值，得到的5cSt基础油的倾点虽已低于-15 ℃，但在室温下仍然浑浊，100 ℃运动黏度超出4.50～5.55 mm2/s的指标范围。低压有助于异构化反应。

(2)以60号费-托合成蜡为原料时，得到的5cSt基础油的浊点、倾点、黏度指数、100 ℃运动黏度和收率随着异构化反应温度的升高而逐渐降低。异构化反应温度升至348 ℃时，5cSt基础油的浊点和倾点分别降至-2 ℃和-27 ℃，黏度指数、100 ℃运动黏度和收率分别为144、4.896 mm2/s和41.67%。

(3)以60号费-托合成蜡的切割馏分为原料时，在相同的反应条件下，馏分越轻，得到的5cSt基础油的倾点、浊点、100 ℃运动黏度、黏度指数和收率越低。以碳数大于40的烃类的碳比例不超过0.5%的60-2和60-3费-托合成蜡为原料时，5cSt基础油的浊点和倾点分别不高于-15 ℃和-30 ℃，黏度指数和收率分别不低于135和30%，100 ℃运动黏度在4.5～5.5 cSt的指标范围内。