劉英,潘草原

(中國(guó)石化上海高橋分公司煉油事業(yè)部,上海 200137)

加氫裂化溫度對(duì)加氫基礎(chǔ)油性質(zhì)的主要影響

劉英,潘草原

(中國(guó)石化上海高橋分公司煉油事業(yè)部,上海 200137)

加氫基礎(chǔ)油性質(zhì)主要受原料性質(zhì)與潤(rùn)滑油加氫裝置操作條件的影響,文章重點(diǎn)討論了在其他操作條件相同或近似的情況下,加氫裂化溫度對(duì)同種原料與不同種原料所生產(chǎn)基礎(chǔ)油產(chǎn)品粘度指數(shù)、傾點(diǎn)、旋轉(zhuǎn)氧彈等主要性質(zhì)的影響,并對(duì)不同裂化溫度下生產(chǎn)的基礎(chǔ)油產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析,從而進(jìn)一步對(duì)裂化溫度影響產(chǎn)品性質(zhì)的主要原因進(jìn)行了解釋。

加氫裂化;潤(rùn)滑油加氫;加氫基礎(chǔ)油

Abstract:The perfor m ances of hydrogenated base o ils are m ainly affected by the quality of crude oiland the w orking conditions of the lubricating o ilhydrogenat ion unit.In this paper,it is pointed out that the hydrocracking temperature can influence the m ain perfo r m ances such as viscosity index,pour pint,and ROBUT of hydrogenated base oils p roduced from sam e and different crude oils under the sam e or approx im ate w orking conditions of the unit.And the m ain reasons are explained by analyzing the structure of hydrogenated base oils produced under the different hydrocracking temperatures.

Key words:hydrocracking;lubricating oil hydrogenation;hydrogenated base oil

0 引言

隨著發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的壓縮比逐年提高,功率體積比升高,熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷不斷增加,以及提高發(fā)動(dòng)機(jī)壽命及延遲換油期的要求,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)提出了更高的要求,從而對(duì)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油提出了更高的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)的老三套工藝生產(chǎn)的APIⅠ類潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在潤(rùn)滑油的低揮發(fā)性、良好的低溫性能、高粘度指數(shù)、很好的熱氧化安定性等需求。于是全球潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油開(kāi)始了從“老三套”基礎(chǔ)油向加氫基礎(chǔ)油的轉(zhuǎn)變時(shí)期,世界APIⅡ、Ⅲ類基礎(chǔ)油的市場(chǎng)份額在逐年增加。

為順應(yīng)這種發(fā)展的要求,中國(guó)石化上海高橋分公司煉油事業(yè)部采用美國(guó)Chevron技術(shù)投建了30萬(wàn)t/a的潤(rùn)滑油加氫裝置,并于 2004年 12月正式投入生產(chǎn)。加工原料主要有減二線、減三線、減四線VGO,加氫裂化尾油,目前該裝置操作基本平穩(wěn)。但是因?yàn)檠b置原料切換過(guò)于頻繁,且油種多樣,導(dǎo)致操作調(diào)整幅度較大、產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)范圍較寬。在此主要考察了加工同種與不同種原料時(shí),其他操作條件不變的情況下,加氫裂化溫度變化對(duì)加氫基礎(chǔ)油性質(zhì)與結(jié)構(gòu)的主要影響。

1 潤(rùn)滑油加氫裝置簡(jiǎn)介

上海高橋分公司煉油事業(yè)部的 30萬(wàn) t/a潤(rùn)滑油加氫裝置采用美國(guó) Chevron公司開(kāi)發(fā)的異構(gòu)脫蠟技術(shù),裝置主要由加氫裂化 (HCR)、異構(gòu)脫蠟(I

DW)、加氫后精制 (HDF)三段臨氫反應(yīng)串聯(lián)組成,它是中國(guó)石化第一套全加氫法的潤(rùn)滑油加工裝置,其流程簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖 1。其中輕潤(rùn)為輕質(zhì)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油;中潤(rùn)為中質(zhì)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油;重潤(rùn)為重質(zhì)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油。

圖 1 中國(guó)石化上海高橋分公司煉油事業(yè)部潤(rùn)滑油加氫工藝流程

從圖 1可以看出,本裝置是一套無(wú)論是在操作控制單元上還是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上都比較復(fù)雜的裝置。

該裝置在設(shè)計(jì)上按加氫裂化部分 30萬(wàn) t/a進(jìn)料、異構(gòu)脫蠟部分 40萬(wàn) t/a進(jìn)料進(jìn)行設(shè)計(jì),以大慶油與 Cabinda油減三線、減四線VGO和丙烷脫瀝青油為設(shè)計(jì)原料,目標(biāo)產(chǎn)品是APIⅡ、Ⅲ類基礎(chǔ)油。但根據(jù)目前上海高橋分公司的原油供應(yīng)情況,以及裝置實(shí)際操作情況,在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)所加工的原料品種多樣,該裝置的進(jìn)料主要是各種不同原油混油的減二線、減三線、減四線VGO以及加氫裂化尾油等。

本裝置的生產(chǎn)原理是將原料油經(jīng)過(guò)加氫裂化反應(yīng)、加氫異構(gòu)化反應(yīng)與加氫后精制反應(yīng),再經(jīng)過(guò)分餾后得到高品質(zhì)的潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油,同時(shí)副產(chǎn)柴油、煤油、石腦油和液化石油氣等產(chǎn)品。

其中,加氫裂化系統(tǒng)的主要反應(yīng)是脫 S、脫N,烯烴和芳烴的飽和,以及加氫裂解,所有這些反應(yīng)都是放熱反應(yīng)。在脫 S和脫N的反應(yīng)中,S和N通過(guò)芳烴飽和與裂化從含 S或含脫N的烴環(huán)中分裂出來(lái),生成H2S與NH3,加氫裂化反應(yīng)在很大程度上保留了烴環(huán)。

加氫裂化溫度對(duì)產(chǎn)品的粘度、收率以及產(chǎn)品分布情況會(huì)有很大影響。一般來(lái)說(shuō),主要是視原料性質(zhì)與產(chǎn)品質(zhì)量要求來(lái)對(duì)加氫裂化溫度進(jìn)行調(diào)節(jié),在調(diào)節(jié)過(guò)程中,如果裂化溫度太低,則原料轉(zhuǎn)化率亦太低,從而會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)油產(chǎn)品質(zhì)量不合格;但是如果加氫裂化溫度調(diào)整太高,原料轉(zhuǎn)化率會(huì)太高,雖然可一定程度改善基礎(chǔ)油產(chǎn)品質(zhì)量,但是可能會(huì)很大程度降低潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)品的收率,進(jìn)而影響該裝置的經(jīng)濟(jì)效益。

2 加氫裂化溫度對(duì)加氫基礎(chǔ)油主要性質(zhì)的影響

在其他操作條件不變或近似的情況下,考察了裂化溫度變化對(duì)以同種原料與不同種原料所生產(chǎn)的基礎(chǔ)油產(chǎn)品性質(zhì)的主要影響。

2.1 加氫裂化溫度對(duì)同種原料基礎(chǔ)油主要性質(zhì)的影響

連續(xù)兩天對(duì)加工的同罐減三線VGO原料與其所對(duì)應(yīng)的加氫基礎(chǔ)油進(jìn)行了跟蹤,該原料的油種為減三線 Cabinda與Masila的混油,其所對(duì)應(yīng)的操作條件以及產(chǎn)品的主要性質(zhì)見(jiàn)表 1、表 2。

表1 兩天的主要操作條件比較

在加工該罐原料時(shí),兩天主要是對(duì)裂化溫度進(jìn)行了調(diào)整,從表 1可以看出,第一天所對(duì)應(yīng)的裂化溫度較之第二天所對(duì)應(yīng)的裂化溫度高近 4℃左右。將兩批原料所對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品性質(zhì)進(jìn)行比較。

兩天所對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品主要性質(zhì)及收率情況見(jiàn)表2。

表2 兩天所對(duì)應(yīng)產(chǎn)品質(zhì)量情況與收率

從表 2可以看出第一天所采編號(hào)為 0509003Y的產(chǎn)品在V I上較之第二天所采編號(hào)為 0509004Y的產(chǎn)品好,說(shuō)明裂化溫度的提高,可以進(jìn)一步提升產(chǎn)品的V I,優(yōu)化產(chǎn)品的粘 -溫性能。

一般來(lái)說(shuō),烴類的粘 -溫性能與分子的結(jié)構(gòu)有密切的關(guān)系:正構(gòu)烷烴的粘 -溫性質(zhì)最好,分支程度較小的異構(gòu)烷烴的粘 -溫性質(zhì)比正構(gòu)烷烴的稍差,隨其分支程度的增大,粘 -溫性質(zhì)越來(lái)越差;環(huán)狀烴的粘-溫性質(zhì)都比鏈烷烴的差,當(dāng)分子中只有一個(gè)環(huán)時(shí),粘度指數(shù)雖有下降,但下降不多,但當(dāng)分子中環(huán)數(shù)增多時(shí),則粘 -溫性質(zhì)顯著變差;當(dāng)分子中環(huán)數(shù)相同時(shí),其側(cè)鏈越長(zhǎng)則粘 -溫性質(zhì)越好,側(cè)鏈上有分支也會(huì)使粘度指數(shù)下降[1]。如此分析的話,則說(shuō)明了對(duì)于潤(rùn)滑油加氫裝置,當(dāng)裂化程度深時(shí),可以進(jìn)一步打開(kāi)裂化原料中的各種環(huán),繼而提高產(chǎn)品的粘 -溫性能。

從表 2中可以看出,提高裂化溫度會(huì)一定程度降低基礎(chǔ)油產(chǎn)品的總收率。提高裂化溫度后,重潤(rùn)(HV I6)的收率降低比較顯著。

由表 2可知,編號(hào)為 0509003Y的中潤(rùn)與重潤(rùn)的傾點(diǎn)較之編號(hào)為 0509004Y的中潤(rùn)與重潤(rùn)的更高,說(shuō)明裂化溫度的提高并沒(méi)有降低產(chǎn)品的傾點(diǎn)。從該裝置的實(shí)際生產(chǎn)情況表明,在一般情況下,因?yàn)檩p潤(rùn)本身的傾點(diǎn)很低,所以裂化溫度的變化對(duì)輕潤(rùn)傾點(diǎn)的影響也不大。

對(duì)于油品失去流動(dòng)性的原因有兩種,一種是對(duì)于含蠟較多的油品,隨溫度的下降,其中正構(gòu)烷烴等高熔點(diǎn)烴內(nèi)的結(jié)晶不斷析出,進(jìn)而連續(xù)形成結(jié)晶骨架,并把此時(shí)尚處于液態(tài)的油品包在骨架中,從而使整個(gè)油品失去流動(dòng)性;另一種情況是,對(duì)于含蠟很少的油品,當(dāng)溫度降低時(shí)雖還沒(méi)有結(jié)晶析出,但因其分子中環(huán)狀結(jié)構(gòu)較多,在低溫下其粘度很大,直至由于過(guò)于粘滯而喪失流動(dòng)性 (此時(shí)油品仍然是透明的)[1]。

從潤(rùn)滑油加氫裝置的工藝原理上來(lái)講,裂化程度深,則基礎(chǔ)油產(chǎn)品的環(huán)狀結(jié)構(gòu)應(yīng)該隨其深度的提升而降低,但是結(jié)果表明,基礎(chǔ)油的傾點(diǎn)并沒(méi)有隨著裂化溫度的提高而降低,這便表明,在此,對(duì)于基礎(chǔ)油傾點(diǎn)影響的因素應(yīng)為蠟的影響大于其結(jié)構(gòu)的影響。

再比較表 2中旋轉(zhuǎn)氧彈的分析結(jié)果,可以看出,經(jīng)過(guò)加氫后的基礎(chǔ)油均具有優(yōu)良的氧化安定性,且裂化溫度高,中潤(rùn)與重潤(rùn)的氧化安定性更好。

2.2 加氫裂化溫度對(duì)不同原料產(chǎn)品主要性質(zhì)的影響

考察溫度對(duì)不同種原料產(chǎn)品性質(zhì)的影響。所跟蹤的原料編號(hào)分別為 RLYL-0506002Y與 RLYL-0507002Y,所對(duì)應(yīng)的油種分別為減三線的 Cabinda與Masila的混油和 Cabinda與 Oman的混油。兩次跟蹤原料與產(chǎn)品性質(zhì)相關(guān)的主要性質(zhì)見(jiàn)表 3,所對(duì)應(yīng)的操作條件見(jiàn)表 4。

表3 RLYL-0506002Y與 RLYL-0507002Y的基本性質(zhì)

兩種原料的 100℃粘度基本相近,RLYL-0506002Y的蠟含量高于 RLYL-0507002Y的蠟含量,故其V I也相應(yīng)較高。

表 4 加工 RLYL-0506002Y與 RLYL-0507002Y時(shí)所對(duì)應(yīng)的主要操作條件

從表 4可以看出,加工 RLYL-0507002Y所對(duì)應(yīng)的裂化溫度比加工 RLYL-0506002Y所對(duì)應(yīng)的裂化溫度高 12.1℃,異構(gòu)脫蠟溫度低 3.2℃。其他操作條件接近。

將這兩批原料所對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品性質(zhì)進(jìn)行比較。其比較情況見(jiàn)表 5。

表 5 RLYL-0507002Y與 RLYL-0506002Y所對(duì)應(yīng)產(chǎn)品質(zhì)量情況與收率

由表 5可見(jiàn),對(duì)于不同的油種,提升裂化溫度,同樣可以顯著提升產(chǎn)品的V I。

對(duì)兩次跟蹤的產(chǎn)品收率進(jìn)行比較。從中可以看出,對(duì)于不同的油種,提高裂化溫度也會(huì)一定程度影響產(chǎn)品的收率。在裂化溫度提高 10℃,而異構(gòu)溫度降低 3℃的情況下,基礎(chǔ)油總收率下降了近 10%,且重潤(rùn)的收率降低了 16%左右。

從表 5可以看出,RLYL-0507002Y所對(duì)應(yīng)基礎(chǔ)油產(chǎn)品的傾點(diǎn)均比相應(yīng)于 RLYL-0506002Y所對(duì)應(yīng)基礎(chǔ)油產(chǎn)品的低。從表 4的操作條件可以看出, RLYL-0506002Y所對(duì)應(yīng)的異構(gòu)溫度較之 RLYL-0507002Y所對(duì)應(yīng)的異構(gòu)溫度高出 3℃,但是其所對(duì)應(yīng)基礎(chǔ)油產(chǎn)品并不具有更好的低溫流動(dòng)性,這便說(shuō)明,此兩次跟蹤原料所對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)油傾點(diǎn)主要是受其本身結(jié)構(gòu)的影響。

同時(shí),表 5中產(chǎn)品旋轉(zhuǎn)氧彈的結(jié)果同樣表明,裂化深度越深,基礎(chǔ)油的氧化安定性越好。

3 加氫裂化溫度對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的影響

以上分析表明,裂化溫度提高,會(huì)一定程度提升產(chǎn)品質(zhì)量,在此,進(jìn)一步對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,從而考察在不同裂化溫度下,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

為了考察裂化溫度對(duì)基礎(chǔ)油產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的影響,對(duì)原料編號(hào)為 RLYL-0506001Y(其裂化溫度為372.7℃)與 RLYL-0506002Y(其裂化溫度為363.2℃)所對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)油產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)譜分析,結(jié)果見(jiàn)表 6。加工的兩批原料均為 Cabinda與Masila混油的減三線VGO。

表6 RLYL-0506001Y與RLYL-0506002Y所對(duì)應(yīng)產(chǎn)品的質(zhì)譜分析 %

從質(zhì)譜分析結(jié)果可以看出,此加氫基礎(chǔ)油產(chǎn)品的鏈烷烴比例低,而環(huán)烷烴的比例較高,這與原料性質(zhì)也有著密切的關(guān)系,并說(shuō)明原料本身的環(huán)烷烴較高,而且對(duì)于 RLYL-0506001Y所對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)油,其環(huán)烷烴,尤其是四環(huán)以上的烷烴的比例小,故其基礎(chǔ)油產(chǎn)品的V I也相對(duì)高,粘 -溫性能好。這也進(jìn)一步說(shuō)明,在操作條件控制范圍以內(nèi),裂化溫度越高,其裂化程度越深,轉(zhuǎn)化率越高,則其對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)油產(chǎn)品鏈烷烴比例相對(duì)較高。

各質(zhì)譜數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的烷烴分布與裂化溫度的關(guān)系圖見(jiàn)圖 2～圖4。

圖 2 輕潤(rùn)烷烴分布與裂化溫度的關(guān)系

圖 3 中潤(rùn)烷烴分布與裂化溫度的關(guān)系

圖4 重潤(rùn)烷烴分布與裂化溫度的關(guān)系

比較圖 2～圖 4,可以看出,對(duì)于不同裂化溫度下的基礎(chǔ)油產(chǎn)品,隨著裂化溫度的提升,產(chǎn)品的鏈烷烴與一環(huán)烷及二環(huán)烷比例增加,相應(yīng)的三、四、五環(huán)烷的比例下降。

由于結(jié)構(gòu)決定性質(zhì),從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析進(jìn)一步證明:裂化溫度高時(shí),其所對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品性質(zhì)更好。

4 結(jié)論

(1)無(wú)論是對(duì)于同種原料還是不同種原料,在其他操作條件近似的情況下,裂化溫度的提升都會(huì)一定程度提高基礎(chǔ)油產(chǎn)品的粘 -溫性能,改善產(chǎn)品的氧化安定性,降低產(chǎn)品的總收率。

(2)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)決定產(chǎn)品性質(zhì),而裂化溫度的改變會(huì)一定程度影響產(chǎn)品的結(jié)構(gòu):一般來(lái)說(shuō),裂化溫度高,裂化深度越深,基礎(chǔ)油產(chǎn)品的鏈烷烴比例上升,環(huán)烷烴比例下降,從而產(chǎn)品質(zhì)量越好。

[1]梁文杰.石油化學(xué) [M].北京:石油大學(xué)出版社出版, 1995.

The Ma in Influences of Changing the Hydrocracking Temperature on the Performances of Hydrogenated Base O ils

L IU Ying,PAN Cao-yuan
(S INO PEC Shanghai GPC O ilRefining D ivision,Shanghai200137,China)

TE624.432

A

2009-09-28。

劉英(1974-),女,工程師,2001年畢業(yè)于中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)工藝專業(yè),工學(xué)碩士,現(xiàn)主要從事潤(rùn)滑油生產(chǎn)技術(shù)研究與新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工作。

1002-3119(2010)04-0056-05