润滑油加氢组合技术的工业应用

宋以常，王鲁强

(1.中国石化北京燕山分公司，北京 102500；2.中石化石油化工科学研究院有限公司)

经过多年的发展进步，我国润滑油加氢技术日臻成熟。1999年，中石化石油化工科学研究院有限公司(简称石科院)开发的全氢型润滑油加氢技术在中国石油克拉玛依石化有限公司进行了工业应用；2009年，中国石油石油化工研究院与中国科学院大连化学物理研究所共同研制的异构脱蜡催化剂在中国石油大庆炼化公司0.2 Mt/a的异构脱蜡装置进行了工业应用，有效提高了产品质量[1]。2016年，石科院自主研发的RIW异构脱蜡技术在中国石化茂名分公司0.4 Mt/a润滑油加氢异构脱蜡装置上成功进行了工业应用，标志着我国异构脱蜡技术又取得了一项重要突破[2]

未来几年，进口APIⅠ类润滑油基础油(简称基础油)的市场份额将持续小幅滑落，而光亮油仍会以进口为主。同时，进口APIⅡ类基础油的占比也将有所回落，随着国内API Ⅱ类基础油新生产装置持续增加，国产低黏度API Ⅱ类基础油将逐步满足润滑油成品油的生产需求，但部分高黏度API Ⅱ类基础油仍需进口。此外，随着车用润滑油向高档化发展，API Ⅲ类基础油的需求量不断增长[3]。

按照炼化企业“油转特”、提升效益的要求，中国石化北京燕山分公司(简称燕山石化)新建了一套0.45 Mt/a润滑油加氢装置(简称加氢装置)。该加氢装置由加氢处理单元和加氢异构单元组合而成，以生产高黏度API Ⅱ+类基础油和高黏度指数基础油为目标。该装置于2021年9月一次开工成功，生产出了高黏度指数的API Ⅲ类基础油产品。

1 装置工艺流程与技术特点

燕山石化润滑油加氢装置的加氢处理单元和加氢异构单元分别采用石科院开发的RLT技术和埃克森-美孚公司的异构降凝MSDW工艺。RLT技术采用润滑油加氢处理专用催化剂RL-2[4]，该催化剂的金属功能和酸性功能平衡，加氢活性很强并有一定的异构化活性，可在缓和反应条件下大幅提高基础油的黏度指数，同时减少其黏度损失。MSDW工艺中脱蜡部分使用贵金属催化剂EM-7210和EM-7320，后精制部分使用EM-7520催化剂；基础油异构降凝过程中，正构烷烃和短侧链烷烃通过选择性裂化和加氢异构来降低基础油的倾点，并通过后精制改善油品颜色。

润滑油加氢工艺流程如图1所示。其加氢处理单元由反应系统和分馏系统组成。反应系统有两个反应器，第一反应器填装RG系列保护剂及脱金属剂，润滑油基础油主要发生脱杂质、脱硫、脱氮和芳烃饱和反应；第二反应器填装RL-2主剂，基础油中环烷烃通过选择性开环提高其黏度指数。加氢异构单元包括一个选择性脱蜡反应器和一个后精制反应器。由图1可知，该装置设计的主要特点为：①反应部分采用成熟的炉前混氢流程，可提高传热效率、减少换热设备、降低系统压降；②采用热高压分离器(热高分)和热低压分离器(热低分)，可降低反应产物冷却负荷及反应生成油分馏加热炉负荷；③加氢处理单元的循环氢压缩机与装置中的新氢压缩机组成联合机组，以降低能耗；④反应器采用新型内构件，使气液分布更均匀，减小径向温差；⑤减压分馏塔设置中段回流，回收热量、降低能耗；⑥基础油产品侧线抽出采用汽提+干燥塔流程，可降低基础油水含量，提高产品品质。

图1 润滑油加氢工艺流程

2 装置开工应用情况

为降低催化剂成本，润滑油加氢处理单元使用了RL-2再生剂，其脱硫、脱氮性能不及RL-2新鲜剂。为保证产品质量，不宜加工劣质重质原料，因此本次开车以减三线蜡油为原料，其主要性质见表1。此外，润滑油加氢装置全流程开车期间加工的原料油是由以巴士拉原油和科威特原油为主要油种生产的减三线蜡油。

表1 减三线蜡油的主要性质

由1表可见：原料减三线蜡油的密度(20 ℃)、硫含量、芳烃含量均大于装置原料质量指标设计值；同时，其黏度指数仅有55，与API Ⅱ+类(黏度指数大于110)或API Ⅲ类(黏度指数大于120)基础油产品的黏度指数指标差距很大，生产高黏度指数产品的难度较大。

润滑油加氢反应器的主要操作参数见表2。由表2可知，反应器入口氢分压为15.3 MPa，加氢预精制反应器温升约为30 ℃。由于芳烃含量高，减三线蜡油需要进行芳烃加氢饱和反应和加氢脱硫、脱氮反应；同时为了生产高黏度指数基础油产品，加氢处理减三线蜡油需要进一步深度加氢开环异构，在保证基础油馏分的同时提高异构产物的黏度指数。研究发现[5]，通过工艺手段提高基础油的链烷烃含量，不仅可以提高基础油黏度指数，还可降低基础油的蒸发损失，有利于改善产品质量。因此，加氢处理反应器的反应温度比设计值略高，以提高润滑油馏分中的链烷烃含量。

减三线蜡油加氢处理后，经减压塔分馏得到减压塔塔底油(简称减底油)，其主要性质如表3所示。从表3可知：加氢处理减底油硫质量分数为30 μg/g左右，氮质量分数为1 μg/g左右，满足异构单元进料质量要求(硫质量分数不大于50 μg/g、氮质量分数不大于5 μg/g)；减底油的初馏点及50%馏出温度均低于设计值，说明减底油中包含部分柴油馏分，但其黏度指数由55提高至120，增幅显著；减三线蜡油的大部分芳烃发生加氢饱和，减底油的芳烃质量分数由57%降至3%左右，而链烷烃由15.6%提高至28.3%，表明RL-2再生剂的加氢处理性能基本达到了预期目标。

表3 加氢处理减底油的性质

表4为异构轻质润滑油基础油(简称轻润)和中间馏分润滑油基础油(简称中润)产品的性质。由表4可知：轻润的运动黏度(40 ℃)为10.56 mm2/s，黏度指数为69，倾点为-48 ℃，可以作为变压器油基础油；中润的运动黏度(40 ℃)为17.21 mm2/s，黏度指数为99，芳烃质量分数小于0.2%，赛波特方法测定的色号大于+30，因而中润可以作为15号工业白油或API Ⅱ 4基础油产品。

表4 异构轻质和中质润滑油基础油产品的性质

表5为异构重质润滑油基础油(简称重润)产品的性质。由表5可知，重润的运动黏度(100 ℃)为5.945 mm2/s，黏度指数为119，达到API Ⅱ+类黏度指数大于110的指标要求。若适当调整原油类型或增加加氢深度，可以生产出黏度指数大于120的API Ⅲ 6基础油产品。

表5 重质润滑油基础油产品性质

按照国际通用的调合油品黏度计算模型[6]，计算加氢异构产物(按产率比例混合的轻润、中润、重润混合物)的综合黏度指数为108，这比加氢异构单元进料(减底油)的黏度指数小12，说明加氢异构降凝后，基础油的黏度指数有一定损失。

3 加氢基础油的生产情况

3.1 API Ⅲ 4基础油的生产

目前，国内润滑油加氢装置产能已达5 Mt/a以上，但高黏度指数基础油产量仍很低，如黏度指数120以上的API Ⅲ 4基础油的产量不足1 000 t/a。国内API Ⅲ 4基础油的需求量在80～100 kt/a，基本依靠进口。国际上，SK公司和S-Oil公司是API Ⅲ类基础油的两大生产供应商，其API Ⅲ类基础油的产量占全球总产量的2/3以上[7]。

国内一般用加氢裂化尾油(或掺炼蜡下油)来生产API Ⅲ类基础油产品[8]。自2021年12月开始，燕山石化以减二线馏分油为原料，进行API Ⅲ 4基础油的生产试验。表6为减二线馏分油的理化性质，表7为减二线馏分油加氢减底油的理化性质，表8为减底油异构降凝得到API Ⅲ 4基础油的理化性质。

表6 减二线馏分油的理化性质

由表6可知：减二线原料馏程较轻，初馏点为303 ℃、95%馏出温度为477 ℃，沸程范围较宽；同时，其硫质量分数为3.08%，属于高硫馏分油，芳烃质量分数在50%以上；另外，其黏度指数很低，为61。由表7可知，减二线馏分油经过高压加氢处理后，得到减底油的硫质量分数降至20 μg/g，黏度指数升至118。从其馏程看，减底油的50%馏出温度为376 ℃，说明减底油中含有较多柴油馏分，而其中润滑油馏分的实际黏度指数远高于减底油。切除减底油中的柴油馏分，得到馏程>370 ℃的润滑油馏分，其黏度指数高达135。说明经过高压加氢处理后，基础油的黏度指数增幅超过70。由表8可知，API Ⅲ 4基础油产品的馏程与减底油>370 ℃润滑油馏分相近，其黏度指数为121；与减底油>370 ℃润滑油馏分对比可知，在加氢异构降凝过程中，减底油中润滑油馏分的黏度指数损失约为14。

表7 加氢处理减底油的理化性质

表8 减二线馏分油加氢生产API Ⅲ 4基础油的理化性质

由上述分析结果可知，减二线蜡油通过润滑油加氢处理和异构化后，可以稳定生产API Ⅲ 4基础油；但是减二线馏分油的馏程较低，致使目标基础油产品的收率偏低，而柴油收率大幅增加，不利于改善产品结构和提升经济效益。

3.2 API Ⅲ 6基础油的生产

2021年11月，燕山石化以减三线馏分油为原料，进行了API Ⅲ 6基础油的生产试验。表9为减三线馏分油的理化性质。

表9 减三线馏分油的理化性质

由表9可见：减三线馏分油的黏度指数为75；其芳烃质量分数为53.9%，超过了设计限值(不大于50%)要求；其硫质量分数为2.48%，也超过了设计限值(不大于1.75%)要求；从其组成来看，燕山减三线馏分油的链烷烃质量分数仅为16.3%，含量很低，用于生产高黏度指数基础油存在一定困难。

减三线馏分油加氢处理减底油的理化性质见表10。从表10可知：加氢处理减底油的黏度指数达135；从其馏程看，作为加氢异构单元的进料，减底油中含有部分柴油馏分，因此按照重质润滑油基础油的100 ℃运动黏度，对减底油进行了馏分切割，得到100 ℃运动黏度为6.010 mm2/s，黏度指数为137，凝点为42 ℃的润滑油馏分。与减三线馏分油相比，加氢处理减底油的黏度指数增幅超过60；加氢处理过程中，芳烃表现出优良的选择性加氢、开环性能，减底油芳烃质量分数由53.9%降至4.2%，芳烃饱和率达到92%，链烷烃质量分数由16.3%提高到40.2%，加氢效果良好。

表10 加氢处理减底油的理化性质

表11为减底油经加氢异构降凝后得到的各段基础油的理化性质。由表11可知，重润的100 ℃运动黏度为6.150 mm2/s，黏度指数达到122，倾点低于-21 ℃，芳烃质量分数为0，满足API Ⅲ 6基础油的质量指标要求。异构降凝过程中，重润组分的黏度指数约降低15。

表11 异构润滑油基础油产品性质

4 结 论

燕山石化润滑油加氢装置将石科院开发的脱硫、脱氮、芳烃饱和性能优异的RLT加氢处理技术与ExxonMobil公司的MSDW异构降凝技术组合，通过加工高硫原油减二线、减三线馏分油，稳定生产出质量合格的API Ⅱ+和API Ⅲ类基础油。

原料油经过加氢处理，其黏度指数提高60～70，芳烃饱和率超过90%；加氢处理减底油在加氢异构降凝后，其黏度指数下降12～15，基础油中不含芳烃，链烷烃含量大幅提高。

燕山石化采用该润滑油加氢装置，通过加工高硫原油的减二线馏分油，生产出API Ⅲ4基础油；通过加工高硫原油的减三线馏分油，生产出API Ⅲ6基础油，装置的原料适应性强，目标产品的选择性良好且质量稳定，总体达到国内领先水平。