宋以常，王魯強(qiáng)

(1.中國(guó)石化北京燕山分公司，北京 102500；2.中石化石油化工科學(xué)研究院有限公司)

經(jīng)過多年的發(fā)展進(jìn)步，我國(guó)潤(rùn)滑油加氫技術(shù)日臻成熟。1999年，中石化石油化工科學(xué)研究院有限公司(簡(jiǎn)稱石科院)開發(fā)的全氫型潤(rùn)滑油加氫技術(shù)在中國(guó)石油克拉瑪依石化有限公司進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用；2009年，中國(guó)石油石油化工研究院與中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所共同研制的異構(gòu)脫蠟催化劑在中國(guó)石油大慶煉化公司0.2 Mt/a的異構(gòu)脫蠟裝置進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用，有效提高了產(chǎn)品質(zhì)量[1]。2016年，石科院自主研發(fā)的RIW異構(gòu)脫蠟技術(shù)在中國(guó)石化茂名分公司0.4 Mt/a潤(rùn)滑油加氫異構(gòu)脫蠟裝置上成功進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用，標(biāo)志著我國(guó)異構(gòu)脫蠟技術(shù)又取得了一項(xiàng)重要突破[2]

未來(lái)幾年，進(jìn)口APIⅠ類潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油(簡(jiǎn)稱基礎(chǔ)油)的市場(chǎng)份額將持續(xù)小幅滑落，而光亮油仍會(huì)以進(jìn)口為主。同時(shí)，進(jìn)口APIⅡ類基礎(chǔ)油的占比也將有所回落，隨著國(guó)內(nèi)API Ⅱ類基礎(chǔ)油新生產(chǎn)裝置持續(xù)增加，國(guó)產(chǎn)低黏度API Ⅱ類基礎(chǔ)油將逐步滿足潤(rùn)滑油成品油的生產(chǎn)需求，但部分高黏度API Ⅱ類基礎(chǔ)油仍需進(jìn)口。此外，隨著車用潤(rùn)滑油向高檔化發(fā)展，API Ⅲ類基礎(chǔ)油的需求量不斷增長(zhǎng)[3]。

按照煉化企業(yè)“油轉(zhuǎn)特”、提升效益的要求，中國(guó)石化北京燕山分公司(簡(jiǎn)稱燕山石化)新建了一套0.45 Mt/a潤(rùn)滑油加氫裝置(簡(jiǎn)稱加氫裝置)。該加氫裝置由加氫處理單元和加氫異構(gòu)單元組合而成，以生產(chǎn)高黏度API Ⅱ+類基礎(chǔ)油和高黏度指數(shù)基礎(chǔ)油為目標(biāo)。該裝置于2021年9月一次開工成功，生產(chǎn)出了高黏度指數(shù)的API Ⅲ類基礎(chǔ)油產(chǎn)品。

1 裝置工藝流程與技術(shù)特點(diǎn)

燕山石化潤(rùn)滑油加氫裝置的加氫處理單元和加氫異構(gòu)單元分別采用石科院開發(fā)的RLT技術(shù)和?？松?美孚公司的異構(gòu)降凝MSDW工藝。RLT技術(shù)采用潤(rùn)滑油加氫處理專用催化劑RL-2[4]，該催化劑的金屬功能和酸性功能平衡，加氫活性很強(qiáng)并有一定的異構(gòu)化活性，可在緩和反應(yīng)條件下大幅提高基礎(chǔ)油的黏度指數(shù)，同時(shí)減少其黏度損失。MSDW工藝中脫蠟部分使用貴金屬催化劑EM-7210和EM-7320，后精制部分使用EM-7520催化劑；基礎(chǔ)油異構(gòu)降凝過程中，正構(gòu)烷烴和短側(cè)鏈烷烴通過選擇性裂化和加氫異構(gòu)來(lái)降低基礎(chǔ)油的傾點(diǎn)，并通過后精制改善油品顏色。

潤(rùn)滑油加氫工藝流程如圖1所示。其加氫處理單元由反應(yīng)系統(tǒng)和分餾系統(tǒng)組成。反應(yīng)系統(tǒng)有兩個(gè)反應(yīng)器，第一反應(yīng)器填裝RG系列保護(hù)劑及脫金屬劑，潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油主要發(fā)生脫雜質(zhì)、脫硫、脫氮和芳烴飽和反應(yīng)；第二反應(yīng)器填裝RL-2主劑，基礎(chǔ)油中環(huán)烷烴通過選擇性開環(huán)提高其黏度指數(shù)。加氫異構(gòu)單元包括一個(gè)選擇性脫蠟反應(yīng)器和一個(gè)后精制反應(yīng)器。由圖1可知，該裝置設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)為：①反應(yīng)部分采用成熟的爐前混氫流程，可提高傳熱效率、減少換熱設(shè)備、降低系統(tǒng)壓降；②采用熱高壓分離器(熱高分)和熱低壓分離器(熱低分)，可降低反應(yīng)產(chǎn)物冷卻負(fù)荷及反應(yīng)生成油分餾加熱爐負(fù)荷；③加氫處理單元的循環(huán)氫壓縮機(jī)與裝置中的新氫壓縮機(jī)組成聯(lián)合機(jī)組，以降低能耗；④反應(yīng)器采用新型內(nèi)構(gòu)件，使氣液分布更均勻，減小徑向溫差；⑤減壓分餾塔設(shè)置中段回流，回收熱量、降低能耗；⑥基礎(chǔ)油產(chǎn)品側(cè)線抽出采用汽提+干燥塔流程，可降低基礎(chǔ)油水含量，提高產(chǎn)品品質(zhì)。

圖1 潤(rùn)滑油加氫工藝流程

2 裝置開工應(yīng)用情況

為降低催化劑成本，潤(rùn)滑油加氫處理單元使用了RL-2再生劑，其脫硫、脫氮性能不及RL-2新鮮劑。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，不宜加工劣質(zhì)重質(zhì)原料，因此本次開車以減三線蠟油為原料，其主要性質(zhì)見表1。此外，潤(rùn)滑油加氫裝置全流程開車期間加工的原料油是由以巴士拉原油和科威特原油為主要油種生產(chǎn)的減三線蠟油。

表1 減三線蠟油的主要性質(zhì)

由1表可見：原料減三線蠟油的密度(20 ℃)、硫含量、芳烴含量均大于裝置原料質(zhì)量指標(biāo)設(shè)計(jì)值；同時(shí)，其黏度指數(shù)僅有55，與API Ⅱ+類(黏度指數(shù)大于110)或API Ⅲ類(黏度指數(shù)大于120)基礎(chǔ)油產(chǎn)品的黏度指數(shù)指標(biāo)差距很大，生產(chǎn)高黏度指數(shù)產(chǎn)品的難度較大。

潤(rùn)滑油加氫反應(yīng)器的主要操作參數(shù)見表2。由表2可知，反應(yīng)器入口氫分壓為15.3 MPa，加氫預(yù)精制反應(yīng)器溫升約為30 ℃。由于芳烴含量高，減三線蠟油需要進(jìn)行芳烴加氫飽和反應(yīng)和加氫脫硫、脫氮反應(yīng)；同時(shí)為了生產(chǎn)高黏度指數(shù)基礎(chǔ)油產(chǎn)品，加氫處理減三線蠟油需要進(jìn)一步深度加氫開環(huán)異構(gòu)，在保證基礎(chǔ)油餾分的同時(shí)提高異構(gòu)產(chǎn)物的黏度指數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)[5]，通過工藝手段提高基礎(chǔ)油的鏈烷烴含量，不僅可以提高基礎(chǔ)油黏度指數(shù)，還可降低基礎(chǔ)油的蒸發(fā)損失，有利于改善產(chǎn)品質(zhì)量。因此，加氫處理反應(yīng)器的反應(yīng)溫度比設(shè)計(jì)值略高，以提高潤(rùn)滑油餾分中的鏈烷烴含量。

減三線蠟油加氫處理后，經(jīng)減壓塔分餾得到減壓塔塔底油(簡(jiǎn)稱減底油)，其主要性質(zhì)如表3所示。從表3可知：加氫處理減底油硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30 μg/g左右，氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 μg/g左右，滿足異構(gòu)單元進(jìn)料質(zhì)量要求(硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于50 μg/g、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于5 μg/g)；減底油的初餾點(diǎn)及50%餾出溫度均低于設(shè)計(jì)值，說明減底油中包含部分柴油餾分，但其黏度指數(shù)由55提高至120，增幅顯著；減三線蠟油的大部分芳烴發(fā)生加氫飽和，減底油的芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)由57%降至3%左右，而鏈烷烴由15.6%提高至28.3%，表明RL-2再生劑的加氫處理性能基本達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

表3 加氫處理減底油的性質(zhì)

表4為異構(gòu)輕質(zhì)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油(簡(jiǎn)稱輕潤(rùn))和中間餾分潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油(簡(jiǎn)稱中潤(rùn))產(chǎn)品的性質(zhì)。由表4可知：輕潤(rùn)的運(yùn)動(dòng)黏度(40 ℃)為10.56 mm2/s，黏度指數(shù)為69，傾點(diǎn)為-48 ℃，可以作為變壓器油基礎(chǔ)油；中潤(rùn)的運(yùn)動(dòng)黏度(40 ℃)為17.21 mm2/s，黏度指數(shù)為99，芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.2%，賽波特方法測(cè)定的色號(hào)大于+30，因而中潤(rùn)可以作為15號(hào)工業(yè)白油或API Ⅱ 4基礎(chǔ)油產(chǎn)品。

表4 異構(gòu)輕質(zhì)和中質(zhì)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)品的性質(zhì)

表5為異構(gòu)重質(zhì)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油(簡(jiǎn)稱重潤(rùn))產(chǎn)品的性質(zhì)。由表5可知，重潤(rùn)的運(yùn)動(dòng)黏度(100 ℃)為5.945 mm2/s，黏度指數(shù)為119，達(dá)到API Ⅱ+類黏度指數(shù)大于110的指標(biāo)要求。若適當(dāng)調(diào)整原油類型或增加加氫深度，可以生產(chǎn)出黏度指數(shù)大于120的API Ⅲ 6基礎(chǔ)油產(chǎn)品。

表5 重質(zhì)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)品性質(zhì)

按照國(guó)際通用的調(diào)合油品黏度計(jì)算模型[6]，計(jì)算加氫異構(gòu)產(chǎn)物(按產(chǎn)率比例混合的輕潤(rùn)、中潤(rùn)、重潤(rùn)混合物)的綜合黏度指數(shù)為108，這比加氫異構(gòu)單元進(jìn)料(減底油)的黏度指數(shù)小12，說明加氫異構(gòu)降凝后，基礎(chǔ)油的黏度指數(shù)有一定損失。

3 加氫基礎(chǔ)油的生產(chǎn)情況

3.1 API Ⅲ 4基礎(chǔ)油的生產(chǎn)

目前，國(guó)內(nèi)潤(rùn)滑油加氫裝置產(chǎn)能已達(dá)5 Mt/a以上，但高黏度指數(shù)基礎(chǔ)油產(chǎn)量仍很低，如黏度指數(shù)120以上的API Ⅲ 4基礎(chǔ)油的產(chǎn)量不足1 000 t/a。國(guó)內(nèi)API Ⅲ 4基礎(chǔ)油的需求量在80～100 kt/a，基本依靠進(jìn)口。國(guó)際上，SK公司和S-Oil公司是API Ⅲ類基礎(chǔ)油的兩大生產(chǎn)供應(yīng)商，其API Ⅲ類基礎(chǔ)油的產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的2/3以上[7]。

國(guó)內(nèi)一般用加氫裂化尾油(或摻煉蠟下油)來(lái)生產(chǎn)API Ⅲ類基礎(chǔ)油產(chǎn)品[8]。自2021年12月開始，燕山石化以減二線餾分油為原料，進(jìn)行API Ⅲ 4基礎(chǔ)油的生產(chǎn)試驗(yàn)。表6為減二線餾分油的理化性質(zhì)，表7為減二線餾分油加氫減底油的理化性質(zhì)，表8為減底油異構(gòu)降凝得到API Ⅲ 4基礎(chǔ)油的理化性質(zhì)。

表6 減二線餾分油的理化性質(zhì)

由表6可知：減二線原料餾程較輕，初餾點(diǎn)為303 ℃、95%餾出溫度為477 ℃，沸程范圍較寬；同時(shí)，其硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.08%，屬于高硫餾分油，芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)在50%以上；另外，其黏度指數(shù)很低，為61。由表7可知，減二線餾分油經(jīng)過高壓加氫處理后，得到減底油的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至20 μg/g，黏度指數(shù)升至118。從其餾程看，減底油的50%餾出溫度為376 ℃，說明減底油中含有較多柴油餾分，而其中潤(rùn)滑油餾分的實(shí)際黏度指數(shù)遠(yuǎn)高于減底油。切除減底油中的柴油餾分，得到餾程>370 ℃的潤(rùn)滑油餾分，其黏度指數(shù)高達(dá)135。說明經(jīng)過高壓加氫處理后，基礎(chǔ)油的黏度指數(shù)增幅超過70。由表8可知，API Ⅲ 4基礎(chǔ)油產(chǎn)品的餾程與減底油>370 ℃潤(rùn)滑油餾分相近，其黏度指數(shù)為121；與減底油>370 ℃潤(rùn)滑油餾分對(duì)比可知，在加氫異構(gòu)降凝過程中，減底油中潤(rùn)滑油餾分的黏度指數(shù)損失約為14。

表7 加氫處理減底油的理化性質(zhì)

表8 減二線餾分油加氫生產(chǎn)API Ⅲ 4基礎(chǔ)油的理化性質(zhì)

由上述分析結(jié)果可知，減二線蠟油通過潤(rùn)滑油加氫處理和異構(gòu)化后，可以穩(wěn)定生產(chǎn)API Ⅲ 4基礎(chǔ)油；但是減二線餾分油的餾程較低，致使目標(biāo)基礎(chǔ)油產(chǎn)品的收率偏低，而柴油收率大幅增加，不利于改善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和提升經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 API Ⅲ 6基礎(chǔ)油的生產(chǎn)

2021年11月，燕山石化以減三線餾分油為原料，進(jìn)行了API Ⅲ 6基礎(chǔ)油的生產(chǎn)試驗(yàn)。表9為減三線餾分油的理化性質(zhì)。

表9 減三線餾分油的理化性質(zhì)

由表9可見：減三線餾分油的黏度指數(shù)為75；其芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為53.9%，超過了設(shè)計(jì)限值(不大于50%)要求；其硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.48%，也超過了設(shè)計(jì)限值(不大于1.75%)要求；從其組成來(lái)看，燕山減三線餾分油的鏈烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為16.3%，含量很低，用于生產(chǎn)高黏度指數(shù)基礎(chǔ)油存在一定困難。

減三線餾分油加氫處理減底油的理化性質(zhì)見表10。從表10可知：加氫處理減底油的黏度指數(shù)達(dá)135；從其餾程看，作為加氫異構(gòu)單元的進(jìn)料，減底油中含有部分柴油餾分，因此按照重質(zhì)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油的100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度，對(duì)減底油進(jìn)行了餾分切割，得到100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度為6.010 mm2/s，黏度指數(shù)為137，凝點(diǎn)為42 ℃的潤(rùn)滑油餾分。與減三線餾分油相比，加氫處理減底油的黏度指數(shù)增幅超過60；加氫處理過程中，芳烴表現(xiàn)出優(yōu)良的選擇性加氫、開環(huán)性能，減底油芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)由53.9%降至4.2%，芳烴飽和率達(dá)到92%，鏈烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)由16.3%提高到40.2%，加氫效果良好。

表10 加氫處理減底油的理化性質(zhì)

表11為減底油經(jīng)加氫異構(gòu)降凝后得到的各段基礎(chǔ)油的理化性質(zhì)。由表11可知，重潤(rùn)的100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度為6.150 mm2/s，黏度指數(shù)達(dá)到122，傾點(diǎn)低于-21 ℃，芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0，滿足API Ⅲ 6基礎(chǔ)油的質(zhì)量指標(biāo)要求。異構(gòu)降凝過程中，重潤(rùn)組分的黏度指數(shù)約降低15。

表11 異構(gòu)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)品性質(zhì)

4 結(jié) 論

燕山石化潤(rùn)滑油加氫裝置將石科院開發(fā)的脫硫、脫氮、芳烴飽和性能優(yōu)異的RLT加氫處理技術(shù)與ExxonMobil公司的MSDW異構(gòu)降凝技術(shù)組合，通過加工高硫原油減二線、減三線餾分油，穩(wěn)定生產(chǎn)出質(zhì)量合格的API Ⅱ+和API Ⅲ類基礎(chǔ)油。

原料油經(jīng)過加氫處理，其黏度指數(shù)提高60～70，芳烴飽和率超過90%；加氫處理減底油在加氫異構(gòu)降凝后，其黏度指數(shù)下降12～15，基礎(chǔ)油中不含芳烴，鏈烷烴含量大幅提高。

燕山石化采用該潤(rùn)滑油加氫裝置，通過加工高硫原油的減二線餾分油，生產(chǎn)出API Ⅲ4基礎(chǔ)油；通過加工高硫原油的減三線餾分油，生產(chǎn)出API Ⅲ6基礎(chǔ)油，裝置的原料適應(yīng)性強(qiáng)，目標(biāo)產(chǎn)品的選擇性良好且質(zhì)量穩(wěn)定，總體達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。