高压加氢润滑油基础油生产工艺及产品性能研究

高压加氢润滑油基础油生产工艺及产品性能研究

邹立张纯庆

中国石油天然气股份有限公司大庆炼化分公司润滑油厂黑龙江大庆163411

摘要：在环保低碳理念的倡导之下，要想提升资源的利用效率与质量，润滑油除了要有良好的润滑性能外，还应具有良好的氧化安定性、低挥发性以及高粘指等特征，而高压加氢润滑油基础油生产工艺技术可以有效地满足这些需求，是现阶段提升润滑油基础油整体品质的重要方式。

关键词：高压加氢；润滑油；基础油；生产工艺

引言：润滑油基础油加氢处理过程是化学变化过程，相对于传统的溶剂精制等物理脱蜡方法来说，其具有原料适应性较强，产品质量高以及粘度指数相对较高、低温流动性好、氧化安定性好等优势。但是，在实际生产中，要加强对各个参数的控制，优化操作参数，严格控制润滑油基础油各物性指标的要求，研究分析高压加氢工艺条件对基础油各性质的影响以及基础油各性质对润滑油性能的影响，对高端润滑油的发展有很大的意义。为此，在接下来的文章中，将围绕高压加氢润滑油基础油生产工艺及产品性能方面展开详细研究。

1.润滑油基础油生产能力现状

减压馏分油经溶剂精制、酮苯脱蜡、白土精制这种“老三套”的工艺生产基础油的方法称为常规法，国内基础油生产主要采用该工艺，它对原油品种、性质依赖性强。20世纪90年代以来，由于原油质量变差，适于通过常规法来生产基础油的石蜡级原油数量减少，另外由于发动机润滑油对基础油质量要求越来越高，推动了加氢处理、加氢裂化、异构脱蜡工艺技术的发展。自20世纪70年代末第一套润滑油加氢处理装置建成投产至今，全球已有30余套工业装置投入运行。国内在自20世纪70年代开始进行润滑油加氢工艺的研究工作。自1994年以来，先后有中国石油克拉玛依石化分公司和中国石油化工股份有限公司荆门分公司采用中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院（RIPP）开发的技术，由国内自行设计、建设的不同类型润滑油加氢处理装置建成投产。

2.高压加氢润滑油基础油生产工艺分析

图1.高压加氢润滑油基础油工艺流程示意图

如图1所示，高压加氢润滑油基础油工艺流程一般为两段加氢，常减压的减三、减四线经过加氢裂化处理后，进入常压塔精馏，常底油硫氮含量满足至异构脱蜡催化剂要求后，进入二段加氢，经过异构反应和加氢精制反应后，进入减压塔，精馏后分离出柴油、轻润、中润、重润。

2.1生产工艺原理

①加氢裂化反应原理。在加氢裂化器内主要进行脱硫、脱氮、饱和烯烃和芳烃及裂化反应。这些反应全部是放热反应。润滑油与燃料油的加氢裂化反应有所不同，润滑油加氢裂化的主要反应是脱硫、脱氮和加氢饱和反应，为维持进料的馏程，应尽量减少加氢裂化反应的发生。原料中的硫氮随反应生成H2S和NH3从烃环上脱除。典型的脱硫反应将硫醇或者噻吩转变为直链或者支链烷烃以及H2S。典型的脱氮反应是将吡啶、吡咯或者喹啉加氢反应生成石蜡烃和芳香烃以及NH3。在进入异构脱蜡和后精制反应器之前需要将H2S和NH3脱除或降至允许值内，否则使贵金属催化剂失活。烯烃饱和反应是所发生反应中速度最快的之一。因此，基本上所有的烯烃很快就在反应器内被饱和。芳香烃饱和是润滑油装置加氢裂化反应器内重要的反应。进料中的芳香烃加氢生成粘度指数更高的环烷烃。芳香烃的饱和反应消耗的氢气既占总耗氢量的大部分，放出的反应热又占总反应放热量的大部分。一般来说，在反应器内将进料中的硫和氮脱掉，进料分子的碳骨架并没有因为杂原子的脱除而被改变。但是含硫氮化合物的沸点会下降很多。减压蜡油原料的粘度指数随着烷基芳香烃饱和环烷烃而得到了改善。环烷烃具有很高粘度指数，一些环烷烃的环被打开而产生更高粘度指数的链烷烃，这些反应产生了高质量的润滑油基础油。②异构化反应原理。异构脱蜡催化剂将长链的正构烷烃异构化为异构烷烃。正构烷烃转变为异构烷烃保留了原料中链烷烃的大部分粘度指数，并且保证了润滑油馏程内含有大部分异构烷烃。通过异构脱蜡的方式能够提高粘度指数和基础油收率。另外异构脱蜡催化剂也会促使饱和芳香烃、裂解大分子、脱硫、脱氮反应的发生。③后精制反应原理。当原料油经历了前面两个反应器后，进入后精制反应器，主要脱出稠环芳烃，需在比较低的温度下反应，一般小于288℃，否则难以饱和，这类稠环芳烃对基础油的色度及安定性有很大影响。

2.2生产工艺条件对产品性质的影响

润滑油基础油的性质会受反应系统压力、反应温度、空速、氢油比、氢分压、原料性质等因素影响。润滑油加氢处理一般在压力为18.0MPa～20.0MPa、温度为380℃～400℃的高温高压状态下进行操作。在实践中，进料与催化剂接触，继而产生加氢脱硫、脱氮反应，芳烃加氢饱和及开环，环烷烃加氢开环及异构化，选择性转化环烷烃，继而在根本上改善油品的粘温性能和色度及安定性，从而提升润滑油基础油的质量，而整个过程对于原料有着较强的适应能力，可以在根本上拓展原料来源。

3.高压加氢润滑油基础油性能分析

3.1高粘度指数

粘度指数表示一切流体粘度随温度变化的程度。粘度指数越高，表示流体粘度受温度的影响越小，粘度对温度越不敏感，粘温特性就愈好。根据粘度指数不同，可将润滑油分为中、高、特高三级粘度指数润滑油，粘指值分别为：35～80、80～110、110以上。而某石化高压加氢润滑油基础油装置生产的重润粘指能达到120以上。粘度指数处于100～170的机油，为高档次多级润滑油，它具有粘温曲线变化平缓性和良好的粘温性。在较低温度时，这些粘度指数改进剂中的高分子有机化合物分子在油中的溶解度小，分子蜷曲成紧密的小团，因而油的粘度增加很小；而在高温时，它在油中的溶解度增大，蜷曲状的线形分子膨胀伸长，从而使粘度增长较大，弥补了基础油由于温度升高而下降的粘度。

3.2优良的低温流动性

倾点是指油品在规定的试验条件下，被冷却的试样能够流动的最低温度；倾点都是油品低温流动性的一个重要质量指标，倾点越低，油品的低温流动性越好，而某石化高压加氢润滑油基础油装置生产的轻润倾点＜-30℃、中润和重润＜-15℃，通过异构化催化剂使正构直链烷烃转化为异构烷烃，降低基础油倾点，极大的改善了润滑油基础油的低温流动性。

3.3清澈透明的外观及优良的氧化安定性

油品的颜色，往往可以反映其精制程度和稳定性。对于基础油来说，一般精制程度越高，其烃的氧化物和硫化物脱除的越干净，颜色也就越浅。另外基础油的芳烃含量会影响润滑油的氧化安定性。某石化高压加氢润滑油基础油装置通过加氢裂化、加氢精制反应极大地脱除了原料中的硫氮杂质，并使芳烃充分饱和，生产的中润和重润的硫氮含量能达到0%，芳烃含量小于1%，使基础油清澈透明并极大地改善了氧化安定性，延长润滑油使用寿命[1]。

结论

简而言之，随着工业的发展，尤其是汽车工业对高品质润滑油的需求量越来越大，而通过高压加氢工艺生产的润滑油基础油具有硫氮含量低、芳烃含量低、粘度指数高、低温流动性好等特点，能够保证润滑油的高品质。另外全加氢型润滑油生产工艺“三废”排放少、产品质量高，除能生产高端润滑油外，生产的石脑油、航煤、柴油等副产品品质也很高，能够满足环保节能的要求。本文围绕某石化40wt/a高压加氢润滑油基础油装置，对润滑油基础油加氢处理工艺进行分析，探究工艺条件对润滑油基础油的影响[2]。

参考文献：

[1]王子文，高杰，李洪辉.加氢法生产HVIⅡ/Ⅲ类润滑油基础油的技术途径与实践[J].润滑油，2017，32（03）：54-57.

[2]孔劲媛，王昭，张蕾.我国润滑油暨基础油市场现状与发展预测[J].润滑油，2016，31（05）：1-5.