高品质类基础油工业化生产与性能

2023-03-14李玉华顾善龙陈春保韩守知

石油炼制与化工 2023年2期

李玉华，顾善龙，陈春保，韩守知

（中海油气（泰州）石化有限公司，江苏泰州 225300）

近年来，随着工程机械、汽车制造等行业的高质量发展，国内对高端润滑油的需求不断增加。同时，在国Ⅵ排放标准[1]实施、及双碳目标战略[2]背景下，不断提升润滑油的品质成为必然趋势。润滑油基础油（简称基础油）是润滑油的主要组成部分，决定着润滑油的基本性质，因此市场对高端润滑油的需求增加促使基础油的性能不断提高升级。其中，美国石油学会（API）Ⅰ类矿物基础油正不断被APIⅡ类、Ⅲ类基础油替代，尤其是APIⅢ类加氢基础油的市场需求正快速增加[3]。API基础油分类标准规定Ⅲ类基础油的黏度指数不小于120、饱和烃质量分数不低于90%、硫质量分数不大于3μg／g。在此基础上，随着基础油的生产工艺不断进步，其黏度指数、饱和烃含量、硫含量、倾点、浊点、蒸发损失、低温动力黏度等关键性能指标进一步改善，高品质Ⅲ类基础油应运而生。当前，我国Ⅲ类基础油的需求量约为900 kt／a，主要依赖进口，来源主要有韩国、阿联酋、马来西亚等[4-6]。因此，高品质Ⅲ类基础油的国产化替代具有紧迫性和重要意义[7-9]。

在此背景下，中海油气（泰州）石化有限公司（简称泰州石化）以中国南海原油为原料，采用先进的全加氢工艺并结合前期中试研究结果，于2022年5月利用原有基础油生产装置成功生产出了两种黏度级别的APIⅢ类基础油TZ-HVI 6和TZ-HVI 4。这两种Ⅲ类基础油均具有黏度指数高、饱和烃含量高、硫含量低、倾点低、低温动力黏度低的优点。以下详细介绍泰州石化Ⅲ类基础油的生产技术应用和产品性能。

1 生产工艺流程

泰州石化Ⅲ类基础油的生产工艺流程主要包括加氢裂化、异构脱蜡、加氢后精制3部分，装置包括3台反应器及分馏系统，如图1所示。生产时，南海原油的减压馏分油依次进入3台反应器，进行脱金属、脱硫、脱氮、芳烃饱和、开环裂化、异构脱蜡以及进一步芳烃饱和等反应，反应结束后产品进入减压蒸馏塔进行分离，得到不同组分的轻质基础油（轻润）、中质基础油（中润）和重质基础油（重润），其中减压蒸馏塔塔底得到的重润，即为Ⅲ类基础油。

图1 Ⅲ类基础油生产工艺流程示意

2 原料性质

通过常减压蒸馏装置调整南海原油的减压馏分油，筛选出适合的润滑油加氢装置原料油A和原料油B，以生产相应黏度级别的Ⅲ类基础油TZ-H VI 6和TZ-H VI 4。润滑油加氢装置原料性质见表1。由表1可以看到，在连续生产的3 d时间内，原料油的性质基本稳定。两种原料油的硫、氮、芳烃含量均远远低于催化剂处理能力上限，原料油的黏度适合于相应的基础油黏度，且两种石蜡基原料油的黏度指数、倾点、饱和烃含量均较高，适合于用作生产Ⅲ类基础油的原料。

表1 润滑油加氢装置原料油的主要性质

3 生产工艺参数

表2为稳定生产状态下装置的主要工艺参数。在各工艺参数中，氢油比、反应压力、反应温度影响原料油整个加氢反应的深度；其中，加氢裂化反应温度主要影响基础油产品的硫含量、氮含量、芳烃含量、黏度指数，异构脱蜡反应温度主要影响基础油产品的倾点，加氢后精制温度主要影响基础油产品的光热稳定性和颜色。根据前期中试研究结果，反应压力选择16～17 MPa，加氢裂化阶段氢油体积比大于900，异构脱蜡阶段氢油体积比大于500，加氢后精制阶段氢油体积比大于500。生产时，根据原料油的性质以及Ⅲ类基础油产品的质量指标，先预设空速和反应温度进行生产，再参考Ⅲ类基础油产品的实际分析结果对空速和反应温度进行微调。最终，在基础油TZ-HVI 6生产过程中，加氢裂化催化剂、异构脱蜡催化剂、加氢后精制催化剂的体积空速分别保持在0．99，1．67，1．65 h－1，3个工艺单元的反应温度分别控制在390～400，350～360，240～250℃；在基础油TZHVI 4生产过程中，加氢裂化氢催化剂、异构脱蜡催化剂、加氢后精制催化剂的体积空速分别维持在0．89，1．51，1．50 h－1，3个工艺单元的反应温度分别控制在385～395，343～353，240～250℃。

表2 Ⅲ类基础油生产过程的主要工艺参数

4 基础油产品性质及收率

Ⅲ类基础油产品的性质如表3和表4所示。由表3和表4可知：TZ-HVI 6基础油的黏度指数为127～128，倾点为－21℃；TZ-HVI 4基础油的黏度指数为125～126，倾点为－18～－21℃；二者黏度指数均较高且低温流动性良好。此外，通过装置物料平衡计算，加工原料油A时，TZ-HVI 6基础油的收率为20．59%；加工原料油B时，TZ-HVI 4基础油的收率为21．16%。

表3 Ⅲ类基础油TZ-HVI 6的主要性质

表4 Ⅲ类基础油TZ-HVI 4的主要性质

5 Ⅲ类基础油与同类进口产品的性能对比

表5和表6分别为泰州石化生产TZ-HVI 6和TZ-H VI 4基础油产品和同类进口基础油产品的主要质量指标。由表5和表6可知，泰州石化生产的Ⅲ类基础油与同类进口主流产品的性质相近，其中TZ-H VI 6基础油的倾点、蒸发损失、饱和烃含量、低温动力黏度等性质均优于SK YUBASE 6，TZ-HVI 4基础油的黏度指数、倾点、蒸发损失、低温动力黏度等性质均优于SK YUBASE 4。

表5 泰州石化TZ-HVI 6与同类进口基础油的主要指标

表6 泰州石化TZ-HVI 4与同类进口基础油的主要指标

6 基础油的应用

APIⅢ类基础油广泛应用于高等级汽油机油的生产[10]，泰州石化以自产Ⅲ类基础油为原料，与高效复合添加剂复配后，生产出各黏度级别的发动机润滑油产品。表7为泰州石化以自产Ⅲ类基础油生产的SP 5W-30规格汽油机油产品的主要理化性质。由表7可以看到，以泰州石化自产Ⅲ类基础油生产的SP 5W-30规格汽油机油的抗泡性、硫含量、磷含量、高温高剪切黏度、蒸发损失、硫酸盐灰分等关键理化性能均满足欧洲汽车制造协会ACEA C3发动机油标准，优于美国石油学会API SN汽油机油标准。目前，该油品通过了国内某著名品牌汽车台架试验，已成功用作其发动机初装油。