超高黏度指數(shù)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油生產(chǎn)工藝研究

 

　　潤(rùn)滑油是廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)械、治金等行業(yè)的石化產(chǎn)品。隨著國(guó)內(nèi)汽車工業(yè)的快速發(fā)展，以及環(huán)保和節(jié)能要求的加強(qiáng)，對(duì)高檔潤(rùn)滑油的需求日趨旺盛。潤(rùn)滑油的主要成分是基礎(chǔ)油，含量通常為70%90%，是潤(rùn)滑油使用性能的決定因素，因此，對(duì)潤(rùn)滑油質(zhì)量要求的提高必然導(dǎo)致對(duì)基礎(chǔ)油質(zhì)量要求的提高。基礎(chǔ)油中正構(gòu)烷烴的黏度指數(shù)高，但低溫流動(dòng)性差，是基礎(chǔ)油的非理想組分；帶有支鏈的直鏈烷烴則具有較好的低溫流動(dòng)性和與正構(gòu)烷烴相近的黏度和黏度指數(shù)，是基礎(chǔ)油中的理想組分。隨著加氫異構(gòu)催化技術(shù)的快速發(fā)展，高凝點(diǎn)直鏈正構(gòu)烴異構(gòu)轉(zhuǎn)化生成低凝點(diǎn)、高黏度指數(shù)的異構(gòu)烴成為現(xiàn)實(shí)3，可以生產(chǎn)很高黏度指數(shù)（VI>120）和超高黏度指數(shù)（VI> 1類基礎(chǔ)油，該類基礎(chǔ)油是GF-2，GF-3，CF-4等新一代高檔發(fā)動(dòng)機(jī)油不可缺少的原料。

 

　　目前超高黏度指數(shù)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油在我國(guó)尚屬空白，開發(fā)該類基礎(chǔ)油將會(huì)提高我國(guó)潤(rùn)滑油的質(zhì)量水平，尤其對(duì)增強(qiáng)中國(guó)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油的市場(chǎng)影響力和競(jìng)爭(zhēng)力具有重要的意義。本課題以含油蠟膏為原料，采用以異構(gòu)脫蠟催化劑為核心的全加氫工藝和酮苯脫蠟工藝研制超高黏度指數(shù)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油。

 

　　1實(shí)驗(yàn)1.1原料含油蠟膏取自中國(guó)石油克拉瑪依石化公司酮苯脫蠟裝置，性質(zhì)見表1.表1含油蠟膏的性質(zhì)項(xiàng)目數(shù)據(jù)密度（0黏度（mm2黏度指數(shù)組成（w），飽和烴芳烴極性化合物1）由于蠟膏40C運(yùn)動(dòng)黏度無法直接測(cè)得，在此由80 C和100C黏度計(jì)算得到。

 

　　12加氫催化劑加氫催化劑采用工業(yè)潤(rùn)滑油加氫裝置所用催化劑，性質(zhì)見表2.表2催化劑的性質(zhì)項(xiàng)目加氫處理劑異構(gòu)降凝劑后精制劑形狀三葉草圓柱三葉草比表面積/（m2顆粒直徑/mm活性組分裝填密度/（g.mL-1）壓碎強(qiáng)度/（Ncm-1）3加氫試驗(yàn)加氫試驗(yàn)在2套200mL固定床加氫試驗(yàn)裝置上進(jìn)行，流程示意見。第一套裝置裝填加氫處理催化劑，第二套裝置裝填異構(gòu)降凝催化劑和補(bǔ)充精制催化劑。在第一套加氫裝置上，進(jìn)行加氫處理反應(yīng)并收集加氫處理生成油，考察反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)品硫、氮含量的影響。含油蠟膏的飽和烴含量高，黏溫性能好，加氫處理的主要目的是脫除硫、氮雜質(zhì)，以滿足異構(gòu)降凝催化劑進(jìn)料要求。加氫處理生成油經(jīng)過氮?dú)馄岷笞鳛槎准託湓囼?yàn)裝置的原料，進(jìn)行降凝和后精制，收集生成油，再通過分餾得到重質(zhì)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油。對(duì)重質(zhì)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油的性質(zhì)進(jìn)行分析，考察降凝反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)物分布的影響。本次試驗(yàn)考察溫度對(duì)加氫處理及異構(gòu)降凝過程的影響，其它操作條件工業(yè)生產(chǎn)條件，后精制條件保持不變。氫氣為電解制氫裝置生產(chǎn)的電解氫，氫純度達(dá)99.99%. 1一第一反應(yīng)器；2―第二反應(yīng)器；3―質(zhì)量流量計(jì)；4一過濾器；5―原料罐；6―原料泵；7―液控閥；8―高壓分離器；9一氣液分離罐；10―壓控閥；11一流量計(jì)；12―產(chǎn)品罐4酮苯脫蠟試驗(yàn)為考察不同脫蠟深度對(duì)超高黏度指數(shù)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油性質(zhì)和收率的影響，以加氫產(chǎn)物分餾得到的重質(zhì)潤(rùn)滑油為原料，進(jìn)行酮苯脫蠟試驗(yàn)。酮苯溶劑為甲乙酮與甲苯的混合物，均為分析純，二者的質(zhì)量比為65 2結(jié)果與討論21研制指標(biāo)中國(guó)石油化工集團(tuán)公司于1995年頒布潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油分類標(biāo)準(zhǔn)Q/SHR001―1995，具體指標(biāo)見表3.表3超高黏度指數(shù)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油指標(biāo)項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)黏度/（mm2報(bào)告黏度指數(shù)外觀透明色度/號(hào)15閃點(diǎn)（開口/C傾點(diǎn)/C苯胺點(diǎn)報(bào)告密度（0C）報(bào)告蒸發(fā)損失（Noack法，報(bào)告17抗乳化度（4C，氧化安定性（旋轉(zhuǎn)氧彈，2加氫處理試驗(yàn)黏度指數(shù)是潤(rùn)滑基礎(chǔ)油性能優(yōu)劣的重要標(biāo)志之，是其化學(xué)組成的函數(shù)。它大致反映基礎(chǔ)油的烴類組成（族組成或結(jié)構(gòu)組成）。一般來說，黏度指數(shù)與基礎(chǔ)油中的飽和烴含量呈正相關(guān)關(guān)系。蠟膏的飽和烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為96. 51%，自身的黏溫性能較好，蠟膏加氫處理過程是將蠟中所含硫、氮等雜原子除去，同時(shí)除去膠質(zhì)、重芳烴等易生焦組分，使其滿足異構(gòu)降凝與后精制工藝的進(jìn)料要求。表4為加氫處理操作條件及生成油性質(zhì)。

 

　　表4加氫處理操作條件及生成油性質(zhì)項(xiàng)目試驗(yàn)編號(hào)1號(hào)2號(hào)3號(hào)操作條件反應(yīng)溫度/C基準(zhǔn)一5基準(zhǔn)基準(zhǔn)+5氫分壓/MPa空速基準(zhǔn)氫油體積比生成油性質(zhì)從表4可以看出，隨著反應(yīng)溫度升高，硫含量變化不大，氮含量降低。異構(gòu)降凝催化劑對(duì)原料油中硫、氮含量的要求為質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于5g/g，除1號(hào)樣品的氮含量不滿足催化劑進(jìn)料要求外，另外兩個(gè)都滿足要求，為避免加氫處理生成油過度裂化，選擇2號(hào)樣品作為后續(xù)異構(gòu)降凝的原料。

 

　　Z3異構(gòu)降凝與后精制試驗(yàn)異構(gòu)降凝與后精制工藝試驗(yàn)在200mL固定床加氫試驗(yàn)裝置上進(jìn)行，在第個(gè)反應(yīng)器中裝填異構(gòu)降凝催化劑，第二反應(yīng)器裝填后精制催化劑。

　　加氫異構(gòu)降凝是由含油蠟膏生產(chǎn)超高黏度指數(shù)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油工藝技術(shù)的核心，加氫異構(gòu)催化劑和工藝操作條件對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和收率有較大的影響。提高異構(gòu)反應(yīng)苛刻度可降低產(chǎn)品傾點(diǎn)，但也會(huì)提高裂化反應(yīng)速率和降低目標(biāo)產(chǎn)物選擇性，從而損失潤(rùn)滑油的收率和降低潤(rùn)滑油的黏度指數(shù)。因此，異構(gòu)反應(yīng)在整個(gè)生產(chǎn)工藝中非常重要。后精制過程主要對(duì)異構(gòu)降凝反應(yīng)產(chǎn)物中存在的少量不飽和烴加氫飽和，提高產(chǎn)品的光熱安定性，對(duì)產(chǎn)品的關(guān)鍵指標(biāo)和產(chǎn)物分布影響較小。因此，本試驗(yàn)僅考察溫度對(duì)異構(gòu)降凝過程的影響，后精制條件不變，重點(diǎn)考察異構(gòu)反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)品傾點(diǎn)、黏溫性能及潤(rùn)滑油產(chǎn)物收率的影響。異構(gòu)降凝操作條件、產(chǎn)物分布及重質(zhì)潤(rùn)滑油的性質(zhì)見表5.表5異構(gòu)降凝操作條件、產(chǎn)物分布及重質(zhì)潤(rùn)滑油性質(zhì)項(xiàng)目試驗(yàn)編號(hào)21號(hào)22號(hào)23號(hào)24號(hào)25號(hào)操作條件反應(yīng)溫度C基準(zhǔn)一10基準(zhǔn)一5基準(zhǔn)基準(zhǔn)+5基準(zhǔn)+10空速基準(zhǔn)氫油體積比產(chǎn)物分布（W），輕質(zhì)潤(rùn)滑油中質(zhì)潤(rùn)滑油重質(zhì)潤(rùn)滑油潤(rùn)滑油總收率，重質(zhì)潤(rùn)滑油性質(zhì)黏度指數(shù)傾點(diǎn)C從表5可知：隨異構(gòu)反應(yīng)溫度的升高，重質(zhì)潤(rùn)滑油的40C運(yùn)動(dòng)黏度逐漸增大，傾點(diǎn)和黏度指數(shù)逐漸降低，密度逐漸增加；輕質(zhì)潤(rùn)滑油收率先增加后略微減少，中質(zhì)潤(rùn)滑油收率先增加后減少，重質(zhì)潤(rùn)滑油收率逐漸降低，潤(rùn)滑油總收率降低；當(dāng)異構(gòu)反應(yīng)溫度增加20C時(shí)，重質(zhì)潤(rùn)滑油收率下降61.22百分點(diǎn)，潤(rùn)滑油總收率下降53.14百分點(diǎn)，表明異構(gòu)降凝催化劑的產(chǎn)物選擇性對(duì)溫度變化較敏感，反應(yīng)溫度每升高1C，重質(zhì)潤(rùn)滑油收率和潤(rùn)滑油總收率分別下降3. 06百分點(diǎn)和2.66百分點(diǎn)，在前10C升溫過程中，反應(yīng)溫度每升高1C，重質(zhì)潤(rùn)滑油收率和潤(rùn)滑油總收率分別下降3.22百分點(diǎn)和1. 82百分點(diǎn)，在后10C升溫過程中，反應(yīng)溫度每升高1C，重質(zhì)潤(rùn)滑油收率和潤(rùn)滑油總收率分別下降2.90百分點(diǎn)和3.47百分點(diǎn)，表明前期提溫對(duì)重質(zhì)潤(rùn)滑油收率影響更明顯，后期提溫對(duì)潤(rùn)滑油總收率影響更明顯。

 

　　對(duì)比22號(hào)與23號(hào)兩個(gè)試驗(yàn)的結(jié)果可知，異構(gòu)降凝反應(yīng)溫度增加5C，輕質(zhì)潤(rùn)滑油收率從5.28%升至13.30%，中質(zhì)潤(rùn)滑油收率變化不大，重質(zhì)潤(rùn)滑油收率從71. 90%降至4750%，降幅達(dá)2440百分點(diǎn)，表明在此反應(yīng)溫度區(qū)間提高溫度時(shí)，該異構(gòu)催化劑的裂化活性增加迅速，產(chǎn)物選擇性明顯下降。此后繼續(xù)提高異構(gòu)反應(yīng)溫度，重質(zhì)潤(rùn)滑油收率進(jìn)步降低，但降幅有所減小。

 

　　21號(hào)、22號(hào)試驗(yàn)中，重質(zhì)潤(rùn)滑油傾點(diǎn)都在0C以上，不滿足指標(biāo)要求；23號(hào)試驗(yàn)的重質(zhì)潤(rùn)滑油黏度指數(shù)為142，40C運(yùn)動(dòng)黏度為31.10mm2/s，符合UVHV150指標(biāo)要求，但傾點(diǎn)只有0C，低溫性能不能滿足指標(biāo)要求，再進(jìn)一步提高異構(gòu)降凝反應(yīng)溫度，黏度指數(shù)小于140，無法滿足超高黏度潤(rùn)滑油指標(biāo)要求；4號(hào)試驗(yàn)的重質(zhì)潤(rùn)滑油黏度指數(shù)為120，40C運(yùn)動(dòng)黏度為38. 57mm2/s，傾點(diǎn)為一15C，該產(chǎn)品可以滿足VHVI200指標(biāo)要求，重質(zhì)潤(rùn)滑油收率為31.50%；25號(hào)試驗(yàn)重質(zhì)潤(rùn)滑油黏度指數(shù)為109，40 C運(yùn)動(dòng)黏度為41.傾點(diǎn)為一30C，該產(chǎn)品可以滿足HVI200指標(biāo)要求，重質(zhì)潤(rùn)滑油收率為18.50%.從收率來看，蠟膏全氫法直接生產(chǎn)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油的經(jīng)濟(jì)效益較差。

 

　　4酮苯脫蠟對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的影響從異構(gòu)降凝試驗(yàn)產(chǎn)物收率變化趨勢(shì)來看：從21號(hào)到22號(hào)試驗(yàn)，反應(yīng)溫度增加5°C，重質(zhì)潤(rùn)滑油收率從79.72%降至71.90%，潤(rùn)滑油總收率從93.48%降至90.18%，降幅較小；但從22號(hào)到23號(hào)試驗(yàn)，反應(yīng)溫度增加5C，重質(zhì)潤(rùn)滑油收率從71.90%降至47 50%，潤(rùn)滑油總收率從90. 18%降至75.00%，降幅較大。綜合考慮含油蠟膏轉(zhuǎn)化率及目標(biāo)產(chǎn)物性質(zhì)和收率，選擇22號(hào)樣品為酮苯脫蠟試驗(yàn)原料。

 

　　在以上試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將22號(hào)產(chǎn)物分餾切割出重質(zhì)潤(rùn)滑油，再對(duì)得到的重質(zhì)潤(rùn)滑油進(jìn)行酮苯脫蠟，考察脫蠟深度對(duì)基礎(chǔ)油性質(zhì)的影響，結(jié)果見表6，其中從31號(hào)試驗(yàn)到34號(hào)試驗(yàn)的脫蠟苛刻度依次增加。

 

　　表6苯脫蠟油的性質(zhì)項(xiàng)目31號(hào)32號(hào)33號(hào)34號(hào)收率1；），組成（w），飽和烴芳烴極性化合物外觀清亮透明色度/號(hào)黏度指數(shù)閃點(diǎn)（開口/C折射率（20C）傾點(diǎn)/C氧化安定性（旋轉(zhuǎn)氧彈，1）以含油蠟膏為基準(zhǔn)。

 

　　從表6可以看出，隨著脫蠟苛刻度加大，重質(zhì)潤(rùn)滑油的傾點(diǎn)降點(diǎn)，黏度逐漸增大，蒸發(fā)損失不變，飽和烴含量始終為100%，黏度指數(shù)從159降至146，閃點(diǎn)變化不大，且均達(dá)到260C以上，脫蠟油收率降低。

 

　　蠟油可以滿足UHVI150指標(biāo)要求，34號(hào)脫蠟油可以滿足UHVIW150、UHVIS150指標(biāo)要求；重質(zhì)潤(rùn)滑油脫蠟油的閃點(diǎn)比指標(biāo)高60C左右，40C運(yùn)動(dòng)黏度也接近指標(biāo)上限，表明異構(gòu)降凝后精制產(chǎn)物分餾切割方案可滿足生產(chǎn)超高黏度指數(shù)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油的要求，但本次試驗(yàn)的重質(zhì)潤(rùn)滑油與中質(zhì)潤(rùn)滑油的分割點(diǎn)偏高，還可適當(dāng)降低分餾切割點(diǎn)，進(jìn)一步提高重質(zhì)潤(rùn)滑油收率。

 

　　3結(jié)論以含油蠟膏為原料，采用異構(gòu)脫蠟為核心的全加氫工藝，可以生產(chǎn)出符合VHVI200指標(biāo)要求的潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油，收率為31.以含油蠟膏為原料，通過以異構(gòu)脫蠟為核心的全加氫工藝與酮苯脫蠟工藝組合，可以生產(chǎn)出符合UHVI150，UHVIW150，UHVIS150指標(biāo)要求的潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油，收率在53.00%60.30%之間。）從超高黏度指數(shù)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油性質(zhì)分析來看，組合工藝還可進(jìn)步優(yōu)化，以提高重質(zhì)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油收率，提高組合工藝的經(jīng)濟(jì)性。