高黏度指数润滑油基础油的发展

　　随着交通运输和制造业的发展，润滑油的消费量逐年增加，产品指标要求也在不断提高。润滑油产品是由润滑油基础油和用于改善其使用性能的各种添加剂调制而成。以前主要通过增加润滑油添加剂品种，改进添加剂质量及增加添加剂用量来提高润滑油的产品质量。但是近年来，由于对润滑油产品要求越来越严格，润滑油的某些性质又不能完全依赖添加剂得以改善，所以生产高档润滑油产品，首先需要制备具有良好氧化安定性、高黏度指数和低挥发性的优质基础油。

　　目前Ⅰ类基础油的市场已经萎缩，多家炼油厂已停止生产Ⅰ类基础油，改造为生产Ⅱ类和Ⅲ类基础油。随着汽车燃油经济性提高，Ⅲ类及Ⅲ+类高档润滑油基础油的需求不断增长，目前韩国SK和S-Oil公司是全球Ⅲ类和Ⅲ+类基础油的主要生产商和供应商，生产的Ⅲ类基础油占全球基础油总产量的三分之二以上。而国内的高黏度指数润滑油基础油主要依靠进口，目前仍没有大规模工业化生产，了解国外大公司的润滑油基础油生产工艺有利于推动国内基础油技术的开发和工业应用。

　　润滑油基础油的分类

　　美国石油学会API根据基础油组成的主要特性把基础油分成5类：

　　I类为溶剂精制基础油，有较高的硫含量和不饱和烃（主要是芳烃）含量；

　　II类主要为加氢处理基础油，其硫氮含量和芳烃含量较低，烷烃（饱和烃）含量高；

　　III类主要是加氢异构化基础油，不仅硫、芳烃含量低，而且黏度指数很高；

　　IV类为聚a-烯烃(PAO)合成油基础油；

　　V类则是除 I-IV类以外的各种基础油。

　　I类基础油通常是由传统的“老三套”工艺生产制得，从生产工艺来看，I类基础油的生产过程基本以物理过程为主，不改变烃类结构，生产的基础油质量取决于原料中理想组分的含量和性质。因此，该类基础油在性能上受到限制。

　　II类基础油是通过组合工艺（溶剂工艺和加氢工艺结合）制得，工艺主要以化学过程为主，不受原料限制，可以改变原来的烃类结构。因而II类基础油杂质少（芳烃含量小于10％），饱和烃含量高，热安定性和抗氧性好，低温和烟炱分散性能均优于I类基础油。

　　III类基础油是用全加氢工艺制得，与II类基础油相比，属高粘度指数的加氢基础油。III类基础油在性能上远远超过I类基础油和II类基础油，尤其是具有很高的黏度指数和很低的挥发性。某些III类油的性能可与聚α-烯烃(PAO)相媲美，其价格却比合成油便宜得多。

　　IV类基础油指的是聚α-烯烃(PAO)合成油。常用的生产方法有石蜡分解法和乙烯聚合法。PAO依聚合度不同可分为低聚合度、中聚合度、高聚合度，分别用来调制不同的油品。

　　V类基础油是除I～IV类以外的基础油，它主要包括：植物性基础油，合成酯、聚醚、硅油、含氟油、磷酸酯，各种GTL油，以及再生基础油等。

　　除I～IV类基础油之外的其他合成油（合成烃类、酯类、硅油等）、植物油、再生基础油等统称V类基础油。

　　我国润滑油基础油标准建立于1983年，为适应调制高档润滑油的需要，1995年对原标准进行了修订，执行润滑油基础油分类方法和规格标QSHR 001-95，详见表1。这种分类方法与国际上的分类有着本质上的区别。

　　润滑油基础油市场及展望

　　世界各国政府要求提高车辆燃油经济性，降低温室气体排放，这推动了高黏度指数润滑油基础油需求增长，高黏度指数润滑油的使用降低了基础油的挥发性，改善了发动机性能，延长了润滑油的使用周期。从2008年起Ⅰ类基础油生产能力以199.2dam3/d的速度降低，全球Ⅱ类和Ⅲ类基础油生产能力呈上升态势，最近埃克森美孚(ExxonMobil)宣布位于德克萨斯博蒙特的炼油厂停止生产Ⅰ类基础油，意味着在新一代更严格的发动机油标准推动下，全球基础油市场向高端转移。

 

　　预计到2020年，全球Ⅰ类基础油占全球基础油总产能的比例将从2005年的75%下降到40%，Ⅱ类和Ⅲ类润滑油基础油的生产能力将达到6700kt，新增产能主要集中在亚洲。雪弗隆(Chevron)预计，在低排放和燃油经济性的推动下，到2020年，优质润滑油的全球市场份额将从目前的30%提高到50%。韩国SK公司负责美洲润滑油市场的技术副总监称，预计到2020年，全球Ⅲ类基础油的需求量将从目前占全球总量的5%增加到10%。2020年Ⅲ类润滑油基础油的主要增长区域为通过严格燃油经济标准的国家，如美国等。

　　据资料报道，全球有41个润滑油项目正处于开发或实施阶段。在今后的3～5a如果所有项目建设完成，全球基础油的生产能力将增加29.46dam3/d。其中：

　　亚太地区有16个项目；

　　独联体、中欧和东欧有11个项目；

　　拉丁美洲和加勒比地区有4个项目；

　　西欧有3个项目；

　　美国、加拿大和中东地区各有两个项目；

　　非洲有1个项目。

　　表2列出了近两年的新建装置情况。

　　Ⅲ类及Ⅲ+类基础油的生产工艺

　　通常，根据减压馏分油(VGO)中蜡含量，采用不同工艺生产Ⅲ类及Ⅲ+类基础油，见图1。当VGO馏分中蜡质量分数低于30%时，可以采用3种工艺生产Ⅲ类基础油：

　　即润滑油型加氢裂化(HC)与催化脱蜡工艺(CDW)

　　燃料型加氢裂化(HC)与催化脱蜡工艺

　　燃料型加氢裂化与溶剂萃取(SDW)和溶剂脱蜡组合工艺。

　　当VGO馏分中蜡质量分数为40%～60%时，可以采用加氢处理(HT)与催化脱蜡工艺生产Ⅲ类基础油。当原料蜡质量分数高于70%时，可以采用两种工艺生产Ⅲ+类基础油：

　　异构脱蜡与溶剂脱蜡工艺

　　加氢处理与催化脱蜡工艺

　　SK及S-Oil基础油生产技术

　　1. SK的UCO基础油生产工艺

　　韩国SK公司与WashingtonGroupInternational(WGI)公司签署独家技术使用协议，根据协议内容，SK公司成为唯一使用WGI公司Badger技术中心开发的UCO润滑油工艺(UCOLubeProcess)的公司。UCOLubeProcess技术以加氢裂化未转化尾油(UCO)为原料，生产高黏度指数润滑油基础油(称为YUBASE)。

　　第一套工业装置由Raytheon建筑工程公司设计，于1995年10月在SK公司蔚山(Ulsan)炼油厂投产，装置处理量为120dam3/d，生产YUBASE基础油。该装置加工过各种原油。1994年炼油厂加工原油数量超过40种，加氢裂化装置的VGO原料来自原油减压蒸馏塔，减压塔处理10种不同混合比的原油混合物。目前蔚山炼油厂高黏度指数基础油生产能力为700m3/d，装置工艺流程见图2。

　　UCO润滑油基础油生产工艺原则流程为：常压渣油经减压蒸馏得到VGO馏分，然后将其泵送入加氢裂化装置，其中加氢裂化装置包括一个加氢处理反应器和一个加氢裂化反应器，VGO馏分首先经加氢处理脱除原料中硫、氮、氧、金属等杂质，然后进入加氢裂化反应器进行裂化反应，将大部分VGO转化成轻质烃类，反应后物料经分离装置得到富氢气体和液体烃，其中富氢气体循环回加氢裂化装置，液体烃经一系列精馏装置得到石脑油、煤油、柴油等石油产品和未转化尾油(UCO)。

　　通常VGO原料加氢裂化单程转化率为50%-60%，未转化油可以进入半成品储罐(一次通过操作模式)，或循环回加氢裂化反应器（循环操作模式）。SK公司UCO润滑油生产技术采用循环操作模式。通常高干点的减压蜡油含有难处理的高度缩合多环芳烃，采用循环操作模式，反应进料中的芳烃缩聚物不断累积，浓度过高会导致催化剂快速失活，降低催化剂的产品选择性，需要将少量未转化物流从反应系统中排出，以降低芳烃缩聚物含量，维持反应器中催化剂的活性。因此，需要将少量产品精馏塔底物流循环至原料减压塔，将难处理的多环芳烃缩聚物残留至减压渣油中。而采用UCO润滑油生产技术不需要将精馏塔底物流循环至减压塔。

　　此外，由于加氢裂化未转化油(UCO)饱和烃含量高，所以它是理想的基础油原料，可用于生产高质量基础油。UCO的平均黏度为4.0～4.5mm2/s(100℃)，对于制备150N基础油来讲，黏度太低。所以UCO首先需要经过蒸馏装置调整产品黏度，然后再经催化脱蜡得到规定倾点的产品。如图2所示，部分来自加氢裂化精馏装置的UCO进入减压塔，得到所需黏度、闪点和挥发度的馏分产品，经冷却后送入中间储罐，然后进入加氢脱蜡装置。多余的馏分进入缓冲罐，重新加热与其余未转化油混合进入循环油缓冲罐，然后循环回加氢裂化装置。SK公司UCO润滑油生产工艺降低了加氢裂化产品精馏塔塔底循环油量，可用新鲜原料补充，从而保持加氢裂化装置处理量。循环量降低有助于延长加氢裂化装置运转周期。

　　2. S-Oil的基础油生产工艺

　　S-Oil公司主要加工沙特原油，以沙特减压蜡油为原料，经过裂化和加氢工艺生产润滑油基础油。S-Oil公司生产Ⅲ类基础油装置使用Exxon-Mobil公司催化剂，采用燃料型加氢裂化装置尾油作为原料，先进行异构脱蜡反应，然后进行加氢精制，经减压分馏出不同黏度Ⅲ类基础油，该装置能同时生产四种不同黏度Ⅲ类基础油。S-Oil公司润滑油生产Ⅲ类基础油的原则工艺流程见图3。

　　Ⅲ类及Ⅲ+类润滑油基础油性质

　　美国石油协会(API)建立的五类润滑油基础油的指标要求见表3。

　　1. SK润滑油基础油性质

　　SK公司YUBASE牌号Ⅲ类及Ⅲ+类润滑油基础油性质列于表4。

　　2. S-Oil润滑油基础油性质

　　S-Oil公司Ultra-S基础油是高黏度产品，采用加氢裂化、加氢异构脱蜡和加氢精制技术生产，其中加氢异构脱蜡催化剂为Mobil公司的MSDW-3脱蜡催化剂。通过两段加氢处理技术降低了产品不饱和烃和杂质含量，Ultra-S基础油被韩国国家广告公司(NAD)称为合成油，它的性质与合成润滑油基础油(PAO)相近，详见表5。

　　总  结

　　“随着全球科技进步、技术发展及环保法规日益严格，润滑油基础油质量要求不断提升，Ⅰ类基础油需求下降，高黏度指数Ⅲ类及Ⅲ+类基础油的需求量不断增加，新建的润滑油基础油生产装置的目标产品主要是高黏度指数的基础油。

　　SK和S-Oil为全球客户提供了大部分优质Ⅲ类润滑油基础油，此外SK公司是全球首家将Ⅲ类基础油投入市场的公司。SK与S-Oil公司的基础油生产技术都是以加氢裂化尾油为原料，通过异构脱蜡、加氢精制及窄馏分切割等工艺生产高黏度指数润滑油基础油，该基础油具有氧化安定性好，挥发分低等特点，其润滑油基础油加工技术值得借鉴。

来源：互联网

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