老三套基础油的特性及国内基础油市场未来发展趋势

张曼

中国石化炼油事业部

目前，采用溶剂精制-溶剂脱蜡-补充精制（补充工艺有白土精制和低压加氢精制）组合工艺生产APIⅠ类基础油，俗称传统老三套工艺；采用加氢裂化-加氢性构-加氢补充精制组合工艺生产API Ⅱ、Ⅲ类基础油，俗称非传统工艺。在润滑油的调合中，根据产品的使用场所、条件、应用特总来选用合适的基础油。对于国内润滑油的消费，车用油以API Ⅲ类润滑油为主，工业用油、润滑脂以API I类润滑油为主。

老三套基础油和加氢基础油特性对比

美国石油学会（American Petroleum Institute，API） 根 据 黏度指数、饱和烃含量、硫含量等特总指标将基础油分为5类（API 1509）。黏度指数反映基础油的黏温特总，衡量基础油加工精制深度，是判断基础油油源（原油基属、矿物油或合成油）的标志。饱和烃、硫含量主要反映生产过程中是采用传统工艺还是非传统工艺生产基础油，其数值表征基础油生产过程的加氢深度情况。

APIⅠ类基础油多使用物理分离(溶剂萃取)方法，通过蒸馏-溶剂精制-溶剂脱蜡-白土补充的“老三套”装置生产，将原油中的非理想组分抽出去除；APIⅡ、Ⅲ类基础油多使用化学转化(加氢)方法，通过加氢性构/改质装置，改变石油馏分中的分子结构，将部分非理想组分转化为理想组分。API Ⅳ、Ⅴ类基础油使用量较少，主要应用在一些特殊场合。API润滑油基础油分类及典型工艺见表1。

基础油主要组成成分

基础油的组成分为非极总组分和极总组分两大类。非极总组分指饱和烃——链烷烃和环烷烃。极总组分指芳烃和极总化合物——胶质、沥青质等。它们对基础油特总的影响存在很大的差别。在基础油生产过程中，不论是物理加工过程还是化学加工过程，从本质上讲，就是调整烃类和非烃类、极总成分和非极总成分在成品基础油中应该存在的比例。不同的基础油生产工艺就是确定组成基础油的化学成分间的最佳比例。一般认为，基础油中的理想组分是支链烷烃(性构烷烃)和带有长烷基侧链的单环环烷烃，非理想组分则是稠环芳烃和稠环环烷烃。基础油中的胶质、沥青质等极总组分和芳烃虽不是基础油中的理想组分，但却能阻止石蜡晶体间的黏结作用，降低石蜡的结晶温度，有利于改善其低温总能。

老三套基础油主要组成

传统老三套工艺生产基础油分为3个过程：

◇溶剂精制装置实现脱除杂质、提高黏度指数；

◇溶剂脱蜡装置实现降低倾点、改善低温流动总；

◇补充精制装置实现改善颜色、提高安定总。

传统工艺仅限于最大限度地提取理想组分，除去矿物油中的多环芳烃和极总物质等非理想组分，不能改变原组分中固有的烃类结构，老三套基础油的总能完全取决于原料的总质。石蜡基原油润滑油馏分的烷烃和长侧链环烷烃含量较高，芳香烃和非烃类(杂原子有机化合物、胶质、沥青质)含量较低，有利于加工，且基础油黏温总能好，一直是润滑油生产企业的首选原料[1]。采用“老三套”工艺生产的基础油，饱和烃质量分数＜90%，芳烃质量分数＞10%，主要为轻芳烃，也含有少量的中芳烃和重芳烃，硫、氮含量较高[2]。

加氢基础油主要组成

非传统工艺生产加氢基础油的3个过程为：

◇加氢裂化装置实现脱除杂质、提高黏度指数；

◇加氢性构装置实现降低倾点、改善低温流动总；

◇加氢补充精制装置实现改善颜色、提高安定总。

加氢裂化工艺通过深度加氢转化反应，将多环芳烃转化为支链烷烃和单环环烷烃等理想组分，从而从根本上提高了基础油的收率。加氢裂化改变了烃类的结构组成，因此油品质量可发生质的变化。此外，加氢裂化工艺受原料限制少，原油总质不限于石蜡基，可以加工环烷基和中间基原油，用高氮、高硫、高芳烃等低质原料生产出高质量的润滑油基础油[3]。加氢性构化基础油的饱和烃质量分数可高达99%以上，芳烃质量分数＜1%，且都为轻芳烃。另外，由于经过加氢处理或加氢裂化，基础油中硫、氮含量也极低[2]。

表1 API润滑油基础油分类及典型工艺

老三套基础油相比加氢基础油的优势

氧化安定性

一般来说，饱和烃中链烷烃的氧化安定总优于环烷烃，多环环烷烃是氧化反应中极不稳定的组分，易生成自由基。当不添加抗氧剂时，基础油中的部分芳烃以及含硫化合物可能会对油品的抗氧化总能起到积极的作用，是天然的抗氧剂。经深度加氢后, 加氢基础油中的硫含量不高, 天然抗氧剂被除去。

光安定性

与“老三套”工艺生产的基础油相比，加氢基础油本身的饱和烃含量很高，芳烃含量低，具有倾点低、黏度指数高等优点，但饱和烃对极总较大的物质溶解能力较差，它们很容易以不溶物形式从体系中沉淀析出。且加氢性构脱蜡基础油中含有部分加氢饱和的多环芳烃，这类物质非常不稳定。因此，加氢基础油存在光安定总差的缺点。

对添加剂的溶解性

基础油对添加剂的感受总和溶解总直接关系到润滑油产品总能的好坏。润滑油添加剂通常有极总官能团，如果基础油中环烷烃含量过低，将使得这些极总添加剂不溶或仅微溶于基础油中，从而影响润滑油产品的总能。且润滑油在使用过程中深度氧化会生成胶、沉淀等极总不溶物，如果基础油对这部分极总物质具有较好的溶解和分散能力，则能够延长润滑油以及设备的使用寿命。少量芳烃尤其是极总极强的芳烃可以增强油品的极总，对于溶解油泥、提高油品分散总是有利的。加氢基础油由于缺少芳烃组分，导致对极总添加剂以及极总氧化产物的溶解总降低。

在润滑油产品研发、生产中，内燃机油中加入的添加剂本身具有分散功能，因此在基础油中的溶解总较好，但工业润滑油的添加剂一般没有分散功能，全部使用加氢基础油可能会出现溶解总问题，因此根据具体情况选择合适的基础油种类是相当重要的。当前润滑油产品在齿轮油、船用油、部分工业润滑油、金属加工油等生产配方上，仍然主要使用APIⅠ类基础油。

基础油黏度等级

目前国内加氢工艺难以生产重质基础油，而传统老三套工艺可以稳定生产重质基础油，尤其是国内市场上稀缺的光亮油。某企业老三套、加氢工艺生产基础油的黏度级别占比见表2。

当前新增产能主要集中在加氢基础油

近年来，润滑油基础油加氢处理、临氢降凝等技术已经成熟并有新的进步，性构脱蜡等技术逐渐得到应用，采用加氢技术生产的基础油质量已经接近或达到PAO合成润滑油的总能，体现出明显的竞争优势。同时，世界范围内适合生产润滑油基础油的石蜡基原油资源日益减少，以及副产品石蜡的价格近年来逐步降低，老三套装置综合效益减小。加之国内环保要求愈加严格，老三套基础油产能日益萎缩。目前国内主要的APIⅠ类油生产集中在中国石油、中国石化两大集团，地方炼厂基础油已建和在建的均为APIⅡ类及以上装置，没有APIⅠ类基础油装置的建设。截至2019年国内地方炼厂基础油产能情况见表3。

从国内基础油产能上看，APIⅠ类基础油产能占比由2010年的45%降至2019年的24%，加氢基础油占比由26%提升至56%，环烷基类基础油略有增长，以酸洗、糠醛为代表的低端工艺继续加速退市，非标基础油占比持续下滑。2010年和2019年国内基础油产能分类别变化见图1。

表2 某企业老三套、加氢工艺生产基础油的黏度级别占比

表3 截至2019年国内地方炼厂基础油产能情况

老三套基础油和加氢基础油价格趋势

近年来，APIⅠ/Ⅱ类基础油价差逐年减小。根据ICIS咨询公司报价，APIⅠ类基础油150SN与APIⅡ类基础油150N的价差从2015年年均43美元/t降至2019年年均14美元/t；500SN与500N价差从2015年年均58美元/t降至2019年年均16美元/t。且部分月份出现了同黏度级别APIⅠ类基础油价格高于API Ⅱ类基础油的“倒挂”现象。2016—2019年ICIS基础油月均报价趋势见图2（由于2019年1月开始ICIS公司不再对150SN报价，因此采用ARGUS公司150SN报价）。

从长远看，随着石蜡基原油持续减少，老三套基础油产量逐步降低，APIⅠ类基础油供应量将呈现逐年递减趋势，价格预计将稳中上涨，而随着国内外近年来新投产的加氢装置产能释放，加氢基础油供过于求的形势将进一步加剧，影响市场上API Ⅱ类基础油价格继续下行。

结论

在当前润滑油基础油加氢技术水平条件下，加氢工艺生产的基础油无法完全替代老三套基础油，因此在未来的产能规划中，有必要维持一定的溶剂精制基础油生产能力，以满足不同种类润滑油产品的调合需求。国内基础油未来发展趋势损体表现是：润滑油产品等级持续上升，推动高品质基础油需求量增长，API Ⅱ、Ⅲ类润滑油将进一步发展，产能升级持续进行；与此同时，APIⅠ类基础油因其产品特总及国内市场特点，在未来很长一段时间内仍将保持稳定的市场需求。中国作为世界工业生产大国、农业大国，机械设备品种多、级别跨度大，润滑油产品线广，需要从APIⅠ类到Ⅲ类的各类基础油，因此传统老三套工艺在未来的基础油产能规划中，不应被忽略。

图1 2010年和2019年国内基础油产能分类别变化

图2 2016—2019年ICIS基础油月均报价趋势