李玉华,顾善龙,陈春保,韩守知
(中海油气 (泰州)石化有限公司,江苏 泰州 225300)
近年来,随着工程机械、汽车制造等行业的高质量发展,国内对高端润滑油的需求不断增加。同时,在国Ⅵ排放标准[1]实施、及双碳目标战略[2]背景下,不断提升润滑油的品质成为必然趋势。润滑油基础油(简称基础油)是润滑油的主要组成部分,决定着润滑油的基本性质,因此市场对高端润滑油的需求增加促使基础油的性能不断提高升级。其中,美国石油学会(API)Ⅰ类矿物基础油正不断被APIⅡ类、Ⅲ类基础油替代,尤其是APIⅢ类加氢基础油的市场需求正快速增加[3]。API基础油分类标准规定Ⅲ类基础油的黏度指数不小于120、饱和烃质量分数不低于90%、硫质量分数不大于3μg/g。在此基础上,随着基础油的生产工艺不断进步,其黏度指数、饱和烃含量、硫含量、倾点、浊点、蒸发损失、低温动力黏度等关键性能指标进一步改善,高品质Ⅲ类基础油应运而生。当前,我国Ⅲ类基础油的需求量约为900 kt/a,主要依赖进口,来源主要有韩国、阿联酋、马来西亚等[4-6]。因此,高品质Ⅲ类基础油的国产化替代具有紧迫性和重要意义[7-9]。
在此背景下,中海油气(泰州)石化有限公司(简称泰州石化)以中国南海原油为原料,采用先进的全加氢工艺并结合前期中试研究结果,于2022年5月利用原有基础油生产装置成功生产出了两种黏度级别的APIⅢ类基础油TZ-HVI 6和TZ-HVI 4。这两种Ⅲ类基础油均具有黏度指数高、饱和烃含量高、硫含量低、倾点低、低温动力黏度低的优点。以下详细介绍泰州石化Ⅲ类基础油的生产技术应用和产品性能。
泰州石化Ⅲ类基础油的生产工艺流程主要包括加氢裂化、异构脱蜡、加氢后精制3部分,装置包括3台反应器及分馏系统,如图1所示。生产时,南海原油的减压馏分油依次进入3台反应器,进行脱金属、脱硫、脱氮、芳烃饱和、开环裂化、异构脱蜡以及进一步芳烃饱和等反应,反应结束后产品进入减压蒸馏塔进行分离,得到不同组分的轻质基础油(轻润)、中质基础油(中润)和重质基础油(重润),其中减压蒸馏塔塔底得到的重润,即为Ⅲ类基础油。
图1 Ⅲ类基础油生产工艺流程示意
通过常减压蒸馏装置调整南海原油的减压馏分油,筛选出适合的润滑油加氢装置原料油A和原料油B,以生产相应黏度级别的Ⅲ类基础油TZ-H VI 6和TZ-H VI 4。润滑油加氢装置原料性质见表1。由表1可以看到,在连续生产的3 d时间内,原料油的性质基本稳定。两种原料油的硫、氮、芳烃含量均远远低于催化剂处理能力上限,原料油的黏度适合于相应的基础油黏度,且两种石蜡基原料油的黏度指数、倾点、饱和烃含量均较高,适合于用作生产Ⅲ类基础油的原料。
表1 润滑油加氢装置原料油的主要性质
表2为稳定生产状态下装置的主要工艺参数。在各工艺参数中,氢油比、反应压力、反应温度影响原料油整个加氢反应的深度;其中,加氢裂化反应温度主要影响基础油产品的硫含量、氮含量、芳烃含量、黏度指数,异构脱蜡反应温度主要影响基础油产品的倾点,加氢后精制温度主要影响基础油产品的光热稳定性和颜色。根据前期中试研究结果,反应压力选择16~17 MPa,加氢裂化阶段氢油体积比大于900,异构脱蜡阶段氢油体积比大于500,加氢后精制阶段氢油体积比大于500。生产时,根据原料油的性质以及Ⅲ类基础油产品的质量指标,先预设空速和反应温度进行生产,再参考Ⅲ类基础油产品的实际分析结果对空速和反应温度进行微调。最终,在基础油TZ-HVI 6生产过程中,加氢裂化催化剂、异构脱蜡催化剂、加氢后精制催化剂的体积空速分别保持在0.99,1.67,1.65 h-1,3个工艺单元的反应温度分别控制在390~400,350~360,240~250℃;在基础油TZHVI 4生产过程中,加氢裂化氢催化剂、异构脱蜡催化剂、加氢后精制催化剂的体积空速分别维持在0.89,1.51,1.50 h-1,3个工艺单元的反应温度分别控制在385~395,343~353,240~250℃。
表2 Ⅲ类基础油生产过程的主要工艺参数
Ⅲ类基础油产品的性质如表3和表4所示。由表3和表4可知:TZ-HVI 6基础油的黏度指数为127~128,倾点为-21℃;TZ-HVI 4基础油的黏度指数为125~126,倾点为-18~-21℃;二者黏度指数均较高且低温流动性良好。此外,通过装置物料平衡计算,加工原料油A时,TZ-HVI 6基础油的收率为20.59%;加工原料油B时,TZ-HVI 4基础油的收率为21.16%。
表3 Ⅲ类基础油TZ-HVI 6的主要性质
表4 Ⅲ类基础油TZ-HVI 4的主要性质
表5和表6分别为泰州石化生产TZ-HVI 6和TZ-H VI 4基础油产品和同类进口基础油产品的主要质量指标。由表5和表6可知,泰州石化生产的Ⅲ类基础油与同类进口主流产品的性质相近,其中TZ-H VI 6基础油的倾点、蒸发损失、饱和烃含量、低温动力黏度等性质均优于SK YUBASE 6,TZ-HVI 4基础油的黏度指数、倾点、蒸发损失、低温动力黏度等性质均优于SK YUBASE 4。
表5 泰州石化TZ-HVI 6与同类进口基础油的主要指标
表6 泰州石化TZ-HVI 4与同类进口基础油的主要指标
APIⅢ类基础油广泛应用于高等级汽油机油的生产[10],泰州石化以自产Ⅲ类基础油为原料,与高效复合添加剂复配后,生产出各黏度级别的发动机润滑油产品。表7为泰州石化以自产Ⅲ类基础油生产的SP 5W-30规格汽油机油产品的主要理化性质。由表7可以看到,以泰州石化自产Ⅲ类基础油生产的SP 5W-30规格汽油机油的抗泡性、硫含量、磷含量、高温高剪切黏度、蒸发损失、硫酸盐灰分等关键理化性能均满足欧洲汽车制造协会ACEA C3发动机油标准,优于美国石油学会API SN汽油机油标准。目前,该油品通过了国内某著名品牌汽车台架试验,已成功用作其发动机初装油。
表7 以泰州石化自产Ⅲ类基础油生产的SP 5W-30规格汽油机油的主要理化性质
(1)泰州石化以中国南海原油的减压馏分油为原料,采用全加氢工艺,成功生产出具有高黏度指数、高饱和烃含量、低硫含量、低倾点且低温动力黏度优的高品质APIⅢ类基础油TZ-HVI 6和TZ-HVI 4。
(2)与同类进口主流产品性质相比,泰州石化生产的APIⅢ类基础油性质相近。其中,TZ-HVI 6基础油的倾点、蒸发损失、饱和烃、低温动力黏度等性质优于SK YUBASE 6,TZ-HVI 4基础油的黏度指数、倾点、蒸发损失、低温动力黏度等性质优于SK YUBASE 4。
(3)泰州石化Ⅲ类基础油的生产过程稳定,而且产品质量高,说明原有基础油生产装置的原料适应性好,润滑油全加氢工艺的技术稳定性优良。
(4)以泰州石化自产Ⅲ类基础油为原料生产的SP 5W-30规格汽油机油的抗泡性、硫含量、磷含量、高温高剪切黏度、蒸发损失、硫酸盐灰分等关键理化性能均满足欧洲汽车制造协会ACEA C3发动机油标准,优于美国石油学会API SN汽油机油标准。