隨著制造業(yè)的發(fā)展及環(huán)保形勢的緊迫，對潤滑油的質(zhì)量要求越來越高。潤滑油基礎(chǔ)油在潤滑油中所占比例為70%～9%，由于僅靠改變添加劑配方已無法滿足更高的質(zhì)量要求，因此對潤滑油基礎(chǔ)油的質(zhì)量提出了新發(fā)展要求，需具有較高的粘度指數(shù)、良好的低溫流動性、更高的抗氧化安定性、較低的揮發(fā)性等性能。

 

國內(nèi)75%以上的基礎(chǔ)油仍依靠“老三套”（即溶劑精制、溶劑脫蠟和白土補(bǔ)充精制）傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)，雖然其具有不可完全取代的優(yōu)勢，但產(chǎn)出的常規(guī)I類基礎(chǔ)油已達(dá)不到現(xiàn)代工業(yè)的要求，從而推動了傳統(tǒng)“老三套”生產(chǎn)工藝的轉(zhuǎn)變。通過采用改變石油餾分中分子結(jié)構(gòu)的化學(xué)方法，尤其是基礎(chǔ)油生產(chǎn)首選的加氫工藝方法，基礎(chǔ)油能夠滿足潤滑油的新要求。

 

目前加氫處理工藝技術(shù)已成為世界生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油的主流技術(shù)，但從工藝流程、潤滑油應(yīng)用范圍、生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)成本、生產(chǎn)現(xiàn)狀等各方面考慮，傳統(tǒng)老三套工藝與加氫工藝共同生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油局面將持續(xù)一段時(shí)期。

 

 

 

潤滑油基礎(chǔ)油最基本、最傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法是物理法，即“老三套”傳統(tǒng)工藝，包括溶劑精制、溶劑脫蠟和白土補(bǔ)充精制等3個(gè)主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)。“老三套”傳統(tǒng)工藝具有成本低廉、高黏度基礎(chǔ)油產(chǎn)率高、副產(chǎn)品石蠟熔點(diǎn)高的特點(diǎn)，而且通過溶劑精制方法生產(chǎn)的基礎(chǔ)油中還含有少量的芳烴，因此對氧化產(chǎn)物及添加劑都具有很強(qiáng)的溶解能力。

 

“老三套”工藝因其不可替代的優(yōu)勢，仍然在潤滑油基礎(chǔ)油生產(chǎn)中占據(jù)重要地位。多年來，我國在擴(kuò)大潤滑油生產(chǎn)能力的同時(shí)，對“老三套”生產(chǎn)工藝進(jìn)行了以節(jié)能降耗、提高經(jīng)濟(jì)效益為主旨的多項(xiàng)技改，已取得明顯效果。

 

(1) 溶劑精制

 

溶劑精制作為潤滑油生產(chǎn)過程中的傳統(tǒng)工藝，其主要作用是脫除油品中的稠環(huán)芳烴、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等，從而改善潤滑油的黏溫性質(zhì)、抗氧化安定性、油品顏色、殘?zhí)恐档戎笜?biāo)。工業(yè)生產(chǎn)中常用的溶劑有糠醛、苯酚和N－甲基吡咯烷酮(NMP)。目前國內(nèi)主要采用的是糠醛溶劑裝置，其處理能力約占總處理能力的80%；其余大部分為苯酚精制裝置，只有很少的企業(yè)采用NMP精制裝置。

 

在歐美國家，苯酚精制基本上已被淘汰。在實(shí)驗(yàn)室條件下采用分液漏斗間歇模擬法對潤滑油糠醛精制法進(jìn)行評定。結(jié)果表明：該精制工藝可大幅度提高減三線餾分油的飽和烴含量，同時(shí)降低非理想組分的含量，從而有效地提高了餾分的黏度指數(shù)，改善了油品的色度；而且糠醛溶劑比越大、溫度越高，油品的質(zhì)量越好。此外，研究人員也在潛心研究其他更加經(jīng)濟(jì)環(huán)保的溶劑。以環(huán)丁砜為溶劑對再生廢潤滑油進(jìn)行了研究。

 

結(jié)果表明：環(huán)丁砜精制的最佳工藝條件為劑油體積比1.4，精制時(shí)間30min，精制溫度120℃;在該工藝條件下，再生精制油收率為85.89%，黏度指數(shù)達(dá)103.62。然而，采用溶劑精制方法生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油對原油質(zhì)量依賴性很大，并不是所有原油都可以用溶劑精制法生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油；而且無法生產(chǎn)黏度指數(shù)高、傾點(diǎn)低的Ⅱ類及Ⅲ類基礎(chǔ)油。

 

(2) 溶劑脫蠟

 

溶劑脫蠟為目前國內(nèi)最常見的脫蠟技術(shù)，其目的是脫除油品中的石蠟，降低潤滑油基礎(chǔ)油的傾點(diǎn)。大多數(shù)國內(nèi)外潤滑油基礎(chǔ)油生產(chǎn)企業(yè)都采用溶劑脫蠟和蠟脫油聯(lián)合工藝，以節(jié)約成本、降低能耗。常規(guī)的溶劑脫蠟工藝主要包括結(jié)晶、過濾、溶劑回收和冷凍等4部分，最常用的溶劑為甲苯和甲乙酮(丁酮)，一般會根據(jù)原料性質(zhì)，選用一段脫蠟或兩段脫油工藝。

 

隨著科技的發(fā)展，在常規(guī)溶劑脫蠟工藝的基礎(chǔ)上，又發(fā)展出了一些更加高效節(jié)能的生產(chǎn)工藝。例如無冷凍脫蠟脫油技術(shù)、濾液全面循環(huán)溶劑脫蠟脫油、稀釋冷凍脫蠟法等。其中，無冷凍脫蠟脫油技術(shù)舍去了制冷換熱過程，采用一段脫蠟脫油組合工藝便可生產(chǎn)出含油量小于0.1%的石油蠟，大幅降低了操作成本。

 

濾液全面循環(huán)溶劑脫蠟脫油工藝中，第二段脫油濾液不再進(jìn)入蠟下油回收，而是全部循環(huán)至脫油一段，用第一段脫油濾液代替脫蠟的冷點(diǎn)稀釋溶劑，從而降低冷凍負(fù)荷和熱負(fù)荷，進(jìn)而提高裝置整體的經(jīng)濟(jì)效益。稀釋冷凍脫蠟法是由美國埃索研究工程公司開發(fā)的新脫蠟方法。

 

大慶煉化潤滑油廠酮苯車間引進(jìn)該生產(chǎn)工藝，依靠結(jié)晶器高度攪拌冷稀釋劑，使冷稀釋劑與含蠟油直接混合，增大蠟晶顆粒，降低熱消耗。采用該工藝生產(chǎn)出的蠟晶油含量低、脫蠟油收率高。撫順石化分公司石油一廠通過優(yōu)化控制酮苯裝置，調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)，在同等條件下將產(chǎn)品去蠟油的收率提高1%以上。

 

(3) 白土補(bǔ)充精制

 

白土補(bǔ)充精制工藝是指在一定溫度下，將油與白土充分混合后，經(jīng)過加熱、蒸發(fā)、過濾等工序，利用白土的吸附性能，去除潤滑油中的不飽和烴、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、環(huán)烷酸皂、選擇性溶劑、氮化物、機(jī)械雜質(zhì)、水分等雜質(zhì)，從而使油品的顏色、抗氧化安定性、抗乳化度等指標(biāo)得到改善。試驗(yàn)研究表明:一些含硫化合物與含氮化合物，尤其是堿性氮化物會對潤滑油的氧化起促進(jìn)作用。

 

因此，若要提高潤滑油基礎(chǔ)油的抗氧化性能，必須盡量脫除油品中的堿性氮化合物。白土補(bǔ)充精制工藝能有效地脫除油品中的殘余溶劑及含硫、氮、氧的極性化合物，但工藝過程中存在白土用量大、粉塵污染嚴(yán)重、精制油損失大等問題。針對傳統(tǒng)工藝中的這些缺點(diǎn)，又開發(fā)出潤滑油液相脫氮－白土精制工藝。該工藝過程中，液相脫氮技術(shù)能選擇性地脫除油品中大量的堿性氮化物，白土精制進(jìn)一步吸附含硫、氮、氧的極性化合物。2種技術(shù)結(jié)合既顯著提高了精制油的抗氧化安定性、改善產(chǎn)品的顏色，又大大降低了白土用量，同時(shí)在一定程度上提高了精制油的收率。相較于傳統(tǒng)白土補(bǔ)充精制工藝，采用液相脫氮－白土精制組合工藝可節(jié)約白土加入量4%～7%，各側(cè)線基礎(chǔ)油收率可提高0.9%～1.3%，不僅具有一定的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)具有很好的環(huán)境效益。因此，近年來潤滑油液相脫氮－白土精制工藝已成為大多數(shù)潤滑油生產(chǎn)廠家普遍采用的一種方法。

 

遼河石化于2003年7月對原有的15萬t/a潤滑油液相脫氮－白土精制工業(yè)裝置進(jìn)行完善，在實(shí)驗(yàn)室研究的基礎(chǔ)上，一次試生產(chǎn)成功。相較于原白土補(bǔ)充精制工藝，遼河環(huán)烷基潤滑油的收率和質(zhì)量均得到了顯著提高。試驗(yàn)結(jié)果充分表明液相脫氮－白土精制組合工藝不僅適用于石蠟基潤滑油，同時(shí)也適用于環(huán)烷基潤滑油的脫氮。

 

我國基礎(chǔ)油含氮量普遍偏高，尤其是堿性氮含量。例如，大慶油因其堿性氮含量高，使得生產(chǎn)出的潤滑油基礎(chǔ)油氧化安定性較不穩(wěn)定。絡(luò)合脫氮－白土聯(lián)合工藝有效地解決了困擾我國多年的難題，同時(shí)降低了白土的添加量。目前多數(shù)使用大慶油生產(chǎn)潤滑油的東北地區(qū)石化企業(yè)，都采用了該聯(lián)合工藝。如錦西石化分公司在安裝使用了絡(luò)合脫氮－白土聯(lián)合裝置后，產(chǎn)品質(zhì)量明顯提高。裝置整體收率可達(dá)99%以上，白土加量降至1.5%，精制油旋轉(zhuǎn)氧彈指標(biāo)(HVI150、HVI350)達(dá)到200min以上。絡(luò)合脫氮工藝與白土精制聯(lián)合工藝的應(yīng)用，年減少廢白土約4000t，有效解決了粉塵污染的環(huán)境問題。

 

“無白土工藝”，即采用低溫高效吸附劑取代白土，可大幅減少油品損失，降低裝置能耗與生產(chǎn)成本，同時(shí)徹底解決了白土帶來的污染問題，因此具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。我國在這一領(lǐng)域一直進(jìn)行著積極的研究與嘗試。2003年，大連石化分公司在實(shí)驗(yàn)室條件下，即吸附劑加入量為0.1%、溫度為85℃，應(yīng)用自主研發(fā)的新型吸附劑精制出了達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求的HVI650油品。這一研究成果為“無白土工藝”工業(yè)放大試驗(yàn)提供了可靠依據(jù)。2006年，大連石化又成功地將潤滑油基礎(chǔ)油低溫吸附工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，這在國內(nèi)屬于首創(chuàng)，為我國潤滑油基礎(chǔ)油“無白土工藝”發(fā)展指明了方向。

 

同年，大慶石化將“潤滑油裝置應(yīng)用無白土精制工藝”定為重點(diǎn)技改項(xiàng)目，經(jīng)過對數(shù)十種添加劑的對比考察，最終確定將湖北金鶴化工有限公司研制生產(chǎn)的BLS－X100型吸附劑代替活性白土，經(jīng)過調(diào)合，生產(chǎn)出了品質(zhì)優(yōu)異的潤滑油產(chǎn)品，同時(shí)延長了設(shè)備的使用周期，大幅降低了生產(chǎn)成本。

 

 

支鏈烷烴和帶有長烷基側(cè)鏈的單環(huán)環(huán)烷烴是基礎(chǔ)油的理想組分，傳統(tǒng)的溶劑精制工藝只能利用物理方法選擇性地通過抽提去除低黏度指數(shù)的多環(huán)芳烴和其他雜環(huán)化合物，無法從根本上提高基礎(chǔ)油的收率、黏度指數(shù)與其他性能參數(shù)。而加氫裂化工藝通過深度加氫轉(zhuǎn)化反應(yīng)，將多環(huán)芳烴變?yōu)橹ф溚闊N和單環(huán)環(huán)烷烴等理想組分，從而從根本上提高了基礎(chǔ)油的收率。加氫裂化為化學(xué)反應(yīng)，可改變烴類的結(jié)構(gòu)組成，因此油品質(zhì)量可發(fā)生質(zhì)的變化。

 

此外，加氫裂化工藝受原料限制少，甚至可以從高氮高硫高芳烴等低質(zhì)原料生產(chǎn)出高質(zhì)量的潤滑油基礎(chǔ)油。加氫工藝過程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)主要有:雜環(huán)化合物脫除;芳烴飽和、環(huán)烷烴開環(huán)及異構(gòu)化;正構(gòu)烷烴或低分支異構(gòu)烷烴臨氫異構(gòu)化為高分支異構(gòu)烷烴。其中，芳烴飽和、異構(gòu)化反應(yīng)是提高潤滑油基礎(chǔ)油黏度指數(shù)的關(guān)鍵。此外，工藝過程中還會伴有烷烴的加氫裂化以及帶有長烷基側(cè)鏈環(huán)烷烴的加氫脫烷基反應(yīng)，這類反應(yīng)會產(chǎn)生輕油，從而降低了基礎(chǔ)油收率。因此，在工藝過程中需要對這類反應(yīng)進(jìn)行抑制。

 

加氫工藝最早可追溯到20世紀(jì)30年代，加拿大首先實(shí)現(xiàn)了其工業(yè)化，應(yīng)用加氫補(bǔ)充精制取代了白土精制。我國加氫工藝起步較晚，20世紀(jì)70年代，撫順石化公司(原撫順石油三廠)開始投入精力展開加氫技術(shù)研發(fā)工作。

 

我國是世界上少數(shù)擁有環(huán)烷基原油資源的國家。相較于其他非環(huán)保型潤滑油產(chǎn)品，環(huán)烷基潤滑油除了具有安全環(huán)保的優(yōu)勢外，還具有較好的低溫性能與較強(qiáng)的溶解性，因此，在今后的電力、輪胎、合成橡膠、黏合劑、制冷劑、油墨生產(chǎn)等領(lǐng)域中，將取代現(xiàn)在的一些非環(huán)保產(chǎn)品，市場需求量也將大幅增加。

 

然而我國境內(nèi)的環(huán)烷基原油酸值普遍較高，因此在加氫過程中，還要加入脫酸工藝。1989年1月，克拉瑪依石化投產(chǎn)建成了4萬t/a加氫脫酸裝置，1993年又新建20萬t/a加氫脫酸裝置，大港、遼河也相繼投產(chǎn)建設(shè)了加氫脫酸裝置。工藝過程中使用RN－1、RN－10、CH－4等催化劑，RG－1系列保護(hù)劑，取得了很好的效果。1995年，新疆克拉瑪依石化公司以環(huán)烷基原油為原料，建成了5萬t/a潤滑油加氫處理裝置，其加氫過程較為緩和，可將油品黏度指數(shù)提高40個(gè)單位;2000年又投產(chǎn)建成了一套30萬t/a的潤滑油高壓加氫裝置;此外，根據(jù)克拉瑪依地區(qū)環(huán)烷基稠油的特點(diǎn)，自主研制開發(fā)了達(dá)到國際先進(jìn)水平的系列環(huán)烷基潤滑油產(chǎn)品。

 

 

隨著科技的迅猛發(fā)展與人們環(huán)保意識的提高，具有高黏度指數(shù)的APIⅡ、APIⅢ類基礎(chǔ)油受到越來越多的青睞。APIⅢ類基礎(chǔ)油的主要成分為異構(gòu)烷烴，黏度指數(shù)(VI)大于120、飽和度大于90%，具有低揮發(fā)性、高黏度指數(shù)等高性能特點(diǎn)。溶劑脫蠟和催化脫蠟工藝加工方法是將具有高黏度指數(shù)的正構(gòu)烷烴從油品中除去，而不能將其轉(zhuǎn)化為高黏度指數(shù)、低傾點(diǎn)的異構(gòu)烷烴，并且造成基礎(chǔ)油的黏度指數(shù)低、收率低，因此無法滿足高質(zhì)量基礎(chǔ)油的規(guī)格要求。異構(gòu)脫蠟工藝針對產(chǎn)品特點(diǎn)，在專用分子篩催化劑的作用下，將高傾點(diǎn)的正構(gòu)烷烴異構(gòu)化為低傾點(diǎn)的支鏈烷烴，成為如今生產(chǎn)APIⅢ類基礎(chǔ)油的重要方法。

 

催化脫蠟工藝過程發(fā)生的主要反應(yīng)為選擇性加氫裂化反應(yīng)，其中需要裂解活性很強(qiáng)的分子篩作為催化劑。分子篩表面規(guī)則的孔結(jié)構(gòu)可為正構(gòu)烷烴的選擇性加氫裂化提供條件，同時(shí)可使進(jìn)入孔道的環(huán)狀烴類的長側(cè)鏈與側(cè)鏈上碳數(shù)較少的異構(gòu)烷烴發(fā)生裂化。1993年，美國的Richmand煉油廠研發(fā)出世界上第一套異構(gòu)脫蠟催化劑裝置，開啟了潤滑油基礎(chǔ)油生產(chǎn)的新局面。近些年來，我國在該領(lǐng)域也取得了一些可喜的研究成果，技術(shù)日臻成熟。

 

2009年，大慶煉化公司將中國石油天然氣股份有限公司石油化工研究院與中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所共同研制的異構(gòu)脫蠟催化劑應(yīng)用于20萬t/a的異構(gòu)脫蠟裝置，有效提高了油品質(zhì)量。2011年，大慶煉化分公司將我國自主研發(fā)的加氫預(yù)精制－異構(gòu)化/非對稱裂化－補(bǔ)充精制技術(shù)(IAC技術(shù))在20萬t/a潤滑油基礎(chǔ)油加氫裝置上進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用。

 

結(jié)果表明:在溫和的生產(chǎn)條件下，幾種不同的原料油生產(chǎn)出的Ⅱ類中質(zhì)基礎(chǔ)油和Ⅲ類重質(zhì)基礎(chǔ)油收率較傳統(tǒng)的異構(gòu)脫蠟技術(shù)提高9%～20%。2016年，中國石化石油化工科學(xué)研究院自主研發(fā)的RIW異構(gòu)脫蠟技術(shù)在中國石化茂名分公司40萬t/a潤滑油加氫異構(gòu)脫蠟裝置上工業(yè)應(yīng)用成功，標(biāo)志著我國異構(gòu)脫蠟技術(shù)取得了又一項(xiàng)重要突破。

 

 

潤滑油基礎(chǔ)油質(zhì)量是保證潤滑油質(zhì)量最重要的一環(huán)，加速開展國內(nèi)高質(zhì)量潤滑油基礎(chǔ)油的生產(chǎn)及研發(fā)是爭取潤滑油市場的當(dāng)務(wù)之急，特別是生產(chǎn)APIⅡ類、Ⅲ類的基礎(chǔ)油，其中采用加氫工藝是提高潤滑油基礎(chǔ)油質(zhì)量的有效方法。目前，“老三套”傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝及裝置在國內(nèi)仍處于主導(dǎo)地位，且歷史悠久，而加氫工藝成本較為昂貴。因此，出于資源配置、經(jīng)濟(jì)成本等考慮，對現(xiàn)有“老三套”裝置進(jìn)行升級改造，采用傳統(tǒng)“老三套”工藝與加氫工藝的組合工藝將會有廣闊的發(fā)展空間，同時(shí)將大大提高潤滑油的質(zhì)量，滿足不斷變化的市場要求。

 

同時(shí)，“老三套”工藝作為最傳統(tǒng)的生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油的方法，以其技術(shù)成熟、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，很長一段時(shí)間內(nèi)仍將在生產(chǎn)中占據(jù)重要地位。“無白土工藝”具有經(jīng)濟(jì)環(huán)保等突出優(yōu)勢，但要實(shí)現(xiàn)其大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用，還有很長的路要走。此外，在傳統(tǒng)的溶劑脫蠟工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的加氫脫蠟、異構(gòu)脫蠟等新工藝，在提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，大幅降低了企業(yè)生產(chǎn)成本，同時(shí)減少了對環(huán)境的污染。

 

因此，在改進(jìn)潤滑油生產(chǎn)工藝進(jìn)程中，應(yīng)大力推進(jìn)加氫補(bǔ)充精制、異構(gòu)脫蠟等新工藝的發(fā)展，提升我國高檔潤滑油生產(chǎn)企業(yè)以及煉油企業(yè)的綜合競爭力。