CN102911726B - 高粘度指数润滑油基础油的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高粘度指数润滑油基础油的生产方法。本发明方法采用无需预分馏的含蜡油作为加氢异构脱蜡的进料，首先进入第一加氢异构脱蜡反应区，完成适宜深度的加氢异构化反应，反应产物进行分馏，得到倾点满足要求、高粘度指数的轻质润滑油基础油产品以及倾点较高的重质基础油组分。重质基础油组分继续进入第二加氢异构脱蜡反应区，反应产物进行分馏，得到倾点满足要求、高粘度指数的重质润滑油基础油产品。与现有技术相比，本发明方法可以得到质量高的轻重润滑油基础油，并且工艺简单，操作能耗低。
Description
技术领域
本发明涉及一种高粘度指数润滑油基础油的生产方法。具体说是以宽馏分含蜡油直接作为加氢异构脱蜡的进料，生产高粘度指数润滑油基础油的方法。
背景技术
传统的润滑油基础油生产是采用溶剂精制工艺，其主要两个步骤是采用溶剂精制去除芳烃等非理想组分和溶剂脱蜡以保证基础油的低温流动性能。此外，一般还要进行白土或加氢补充精制。
日趋严格的环境法规和机械工业的迅速发展对润滑油基础油的性能提出了越来越高的要求。同时，由于世界范围的原油劣质化，使得适宜于生产润滑油的原油数量逐渐减少。因此，加氢法生产润滑油技术发展十分迅速。加氢法工艺是指采用加氢裂化工艺或加氢处理-异构脱蜡-加氢精制联合工艺生产润滑油基础油的过程，其优点是原料灵活性大、基础油收率高、副产品价值高等。
传统的加氢异构脱蜡过程存在的一个缺点是，当采用全馏分或宽馏分的含蜡油作为进料时，难以同时使轻质润滑油组分和重质润滑油组分同时满足倾点和粘度指数的要求。一般情况下，当重质润滑油组分倾点合格时，轻质润滑油组分的粘度指数损失较大，难以生产粘度指数>120的API III类轻质基础油产品；而当轻质润滑油组分粘度指数合格时，重质组分不能作为合格的润滑油组分。
针对上述问题，目前现有技术采用将含蜡油进行预分馏，然后将各个窄馏分分别作为加氢异构脱蜡的进料，解决生产高粘度指数轻质润滑油基础油的问题。US5,580,442提出了一种加氢裂化尾油生产高粘度指数润滑油基础油的方法。首先将加氢裂化尾油进行减压预分馏，切割出100粘度分别为3mm2/s、4mm2/s、6 mm2/s以及8mm2/s的四个窄馏分，这些窄馏分分别进行加氢异构脱蜡，生产粘度指数>130的100粘度分别为3mm2/s、4mm2/s、6 mm2/s以及8mm2/s的四种润滑油基础油产品。
US7,198,710提出了一种由费托蜡生产高粘度指数润滑油基础油的方法。先将费托蜡进行分馏得到轻组分和重组分，然后分别进行加氢异构脱蜡降低原料倾点，可得到倾点满足要求的轻质润滑油基础油。加氢异构脱蜡重组分由于倾点不合格，采用溶剂脱蜡的方法进一步降低重组分的倾点，最后得到倾点符合要求的重质润滑油基础油产品。
采用窄馏分含蜡油作为加氢异构脱蜡的进料方法，可以解决生产轻质及重质高粘度指数润滑油基础油的方法，但需要设置多个原料罐，增加装置的建设投资；而且在实际生产中要经常切换原料并频繁调整工艺参数，大大增加了装置操作难度并产生大量的不合格产品。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种高粘度指数润滑油基础油的生产方法，含蜡原料油不经分馏，直接作为加氢异构脱蜡的进料，生产高粘度指数润滑油基础油。
本发明高粘度指数润滑油基础油的生产方法包括如下内容：以加氢处理馏分油、加氢处理轻脱油、费托合成蜡或加氢裂化尾油中的一种或几种含蜡油为原料油，原料和氢气混合首先进入第一加氢异构脱蜡反应区，进行加氢异构化反应，反应产物进行分馏，分别得到轻质基础油产品和重质基础油组分。通过控制第一加氢异构脱蜡反应区的异构化反应深度，使得轻质润滑油基础油产品倾点符合指标要求，并保持较高的粘度指数。经过第一加氢异构脱蜡反应区的重质基础油组分的倾点仍较高，与氢气混合继续进入第二加氢异构脱蜡反应区，通过控制第二加氢异构脱蜡反应区的异构化反应深度，使分馏得到的重质润滑油基础油产品倾点得到满足，并保持较高的粘度指数。
本发明方法中，得到的轻质润滑油基础油产品（第一加氢异构脱蜡反应区液相产物蒸馏得到的1～2个侧线产品）和重质润滑油基础油产品（第二加氢异构脱蜡反应区液相产物蒸馏得到的1个侧线产品和塔底产品）的粘度指数均大于120，一般为120～170。轻质润滑油基础油产品和重质润滑油基础油产品的倾点均低于-10℃，优选低于-15℃。轻质润滑油基础油产品的倾点为-10～-30℃，优选为-15～-27℃；重质润滑油基础油产品的倾点为-10～-25℃，优选为-12～-21℃。
本发明方法中，原料油可以是加氢处理馏分油、加氢处理轻脱油、费托合成蜡或加氢裂化尾油中的一种或几种，这些原料的硫含量要求低于30μg/g，优选低于15μg/g；氮含量要求低于5μg/g，优选低于2μg/g。以达到加氢异构脱蜡使用的贵金属催化剂对原料杂质含量的要求。馏分油及轻脱油的加氢处理或加氢裂化均为本领域常规方法，一般使用非贵金属催化剂，主要目的是深度脱除硫、氮等杂质。上述原料油的馏程在280～700℃范围内的任意馏分，一般初馏点至终馏点的温度差在100～400℃之间。分别得到轻质基础油产品和重质基础油组分的分割点温度为450～520℃，即第一加氢异构脱蜡反应区后的减压蒸馏塔中，轻质润滑油基础油产品与重质润滑油基础油组分的蒸馏分割温度（指实沸点温度）为450～520℃，沸点低于分割点的润滑油基础油为轻质润滑油基础油，沸点高于分割点的润滑油基础油组分进入第二加氢异构脱蜡反应区进一步反应分馏后得到重质润滑油基础油。
本发明方法使用的加氢异构脱蜡催化剂可以选择本领域常用的润滑油加氢异构催化剂，可以使用商品加氢异构催化剂，也可以按本领域一般知识制备。加氢异构催化剂载体一般为氧化铝和TON结构的NU-10分子筛或ZSM-22分子筛等，分子筛在催化剂中的含量为30wt%~80wt%，优选为40wt%~70wt%，载体中也可加入部分氧化硅；活性金属组分为Pt、Pd、Ru和Rh中一种或多种，在催化剂中的含量为0.1wt%~5.0wt%。可选择的助剂组分为硼、氟、氯和磷中的一种或多种，在催化剂中的含量为0.1wt%~5.0wt%；加氢异构催化剂的比表面为150～500m2/g，孔容为0.15～0.60ml/g。使用前对催化剂进行还原处理，使加氢活性金属在反应过程中处于还原态。第一加氢异构脱蜡反应区和第二加氢异构脱蜡反应区使用的催化剂可以在上述描述的加氢异构催化剂中进行选择，两个反应区可以使用相同的加氢异构催化剂，也可以使用不同的加氢异构催化剂。
所述的第一加氢异构脱蜡区的反应条件为：温度为280℃～350℃，优选300℃～330℃，氢分压为2.0MPa～18.0MPa，优选10.0～15.0MPa，原料油液时体积空速为0.4 h-1～6.0h-1，优选0.8 h-1～1.8h-1，氢油体积比400:1～1500:1，优选600:1～800:1。
所述的第二加氢异构脱蜡区的反应条件为：温度为300℃～380℃，优选310℃～340℃，氢分压为2.0MPa～18.0MPa，优选10.0～15.0MPa，原料油液时体积空速为0.2h-1～6.0h-1，优选0.4 h-1～0.8h-1，氢油体积比400:1～1500:1，优选600:1～800:1。
第一加氢异构脱蜡区和第二加氢异构脱蜡区的反应条件可以相同，也可以不同，具体根据产品质量要求进行调整。优选第二加氢异构脱蜡区的反应温度高于第一加氢异构脱蜡区10～60℃。
本发明方法中，第一加氢异构脱蜡区得到的液相产物和第二加氢异构脱蜡区得到的液相产物分别在两个减压蒸馏塔中进行分馏。采用的减压蒸馏是本领域技术人员公知的技术。如两个减压蒸馏的条件一般为：减压蒸馏塔进料温度为350℃～410℃，较适宜的进料温度为375℃～400℃；减压蒸馏塔塔顶压力为4KPa～10KPa，较适宜的塔顶压力为5KPa～8KPa；减压蒸馏塔塔顶温度为110～180℃，可以得到一些轻质油品。两个减压蒸馏的条件一般可以在上述范围内进行调整，得到所需的产品。
第一加氢异构脱蜡区后的减压蒸馏塔一般可以设置1～2个侧线（根据原料情况，可以设置1个侧线也可以设置两个侧线），相应得到1～2个轻质润滑油基础油，轻质润滑油基础油100℃粘度为2.5-3.5mm2/s（上部侧线产品）和3.5-4.5mm2/s（下部侧线产品），轻质润滑油基础油对应的侧线的温度由低到高依次为330℃～340℃和350℃～360℃。减压蒸馏塔塔顶温度为110～180℃，可以得到一些轻质油品。
第二加氢异构脱蜡区后的减压蒸馏塔一般可以开1个侧线得到1个侧线重质润滑油基础油产品，再加上塔底重质润滑油基础油产品，分别得到100℃粘度分别为5.5-6.5mm2/s（侧线产品）和9.5-10.5mm2/s（塔底产品）的重质润滑油基础油产品，侧线的温度为：380℃～390℃；减压蒸馏塔塔顶温度为110～180℃，可以得到一些轻质油品。
本发明方法中也可以在每个加氢异构脱蜡反应区后增加加氢补充精制反应区，改善基础油产品的颜色及安定性。加氢补充精制催化剂，为常规的还原型加氢精制催化剂，其活性金属为Pt、Pd中的一种或两种或活性金属为还原态镍催化剂，贵金属催化剂中活性金属在催化剂的重量含量一般为0.05%～1%，还原态镍催化剂的活性金属以氧化物重量计为30%～80%，催化剂载体一般为Al2O3或Al2O3-SiO2，可以含有P、Ti、B、Zr等助剂。使用前催化剂进行常规的还原，保证加氢活性金属在反应过程中处于还原态。可以选用该领域普通商品催化剂，或按本领域普通方法制备。
所述的加氢补充精制反应条件为：温度为200℃～300℃，优选210℃～280℃，氢分压为6.0MPa～18.0MPa，优选10.0～15.0MPa，体积空速为0.3h-1～3.0h-1，优选为0.6h-1～1.2h-1，氢油体积比400:1～1500:1，优选600:1～800:1。
本发明方法通过对含蜡油加氢异构脱蜡过程分析而知，在相同的加氢异构脱蜡条件下，轻重组分的异构脱蜡深度不同，为达到相同的倾点要求，与轻组分相比较，重组分需要较高异构脱蜡深度。通过控制异构脱蜡过程的转化深度，使得含蜡油中的轻重组分在不同的异构脱蜡反应区，分别达到最佳的脱蜡深度，从而实现轻、重润滑油基础油产品的倾点与粘度指数间达到最佳平衡点。
与现有技术相比，本发明方法无需对含蜡油原料进行预分馏，即可以解决生产倾点合格的轻质及重质高粘度指数润滑油基础油的方法，只需设置一个原料罐，在实际生产中也无需切换原料及频繁调整工艺参数，大大降低了装置的建设投资及装置的操作难度，并大幅度减少了不合格产品的数量。
对于采用对含蜡油原料进行预分馏的现有技术方案来说，预分馏得到的窄馏分进行加氢异构后仍需再进行分馏操作，因为经过加氢异构后生成油性质发生了较大变化，需再进行分馏才能得到所需性质的润滑油基础，操作较为复杂，两次分馏的能耗较高。
附图说明
图1是本发明方法工艺流程示意图。
具体实施方式
本发明生产高粘度指数润滑油基础油的方法具体见图1：以加氢处理馏分油、加氢处理轻脱油、费托蜡或加氢裂化尾油中的一种或几种含蜡油为原料，首先进入第一加氢异构脱蜡反应区，进行加氢异构化反应，反应产物进行分馏，分别得到倾点合格的轻质高粘度指数基础油产品和重质基础油组分。重质基础油组分继续进入第二加氢异构脱蜡反应区，进行加氢异构化反应，反应产物进行分馏，得到倾点满足要求的重质高粘度指数润滑油基础油产品。
本发明涉及的各种催化剂可以按性质选择商品催化剂，也可以按本领域知识制备。加氢异构脱蜡催化剂如抚顺石油化工研究院研制生产的FIW-1催化剂，也可以按CN03133557.8、CN02133128.6等现有专利技术制备。
如按CN02133128.6所述，加氢异构脱蜡催化剂载体为氧化铝和TON结构的NU-10分子筛或ZSM-22分子筛；分子筛在催化剂中的含量为30wt%~80wt%；活性金属组分为Pt、Pd、Ru、Rh和Ni中一种或多种，在催化剂中的含量为0.1wt%~30.0wt%；其比表面为150～500m2/g，孔容为0.15～0.60ml/g。
下面通过具体实施例说明本发明方法的具体内容和效果。
下面的实施列将对本发明提供的方法予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明的范围。本发明处理的原料性质见表1，采用的加氢异构脱蜡催化剂的理化性质见表2。
表1 实施例原料性质。
| 原料油 | 加氢裂化尾油 | 加氢处理VGO | 费托合成蜡 |
| 密度，kg/m3 | 846 | 862 | 796 |
| 馏程范围，℃ | 322～510 | 345～535 | 290～652 |
| 粘度（100℃），mm2/s | 6.35 | 8.548 | 12.23 |
| 倾点，℃ | 32 | 34 | 105（滴熔点） |
| 硫，μg/g | 5.0 | 14.0 | 2.0 |
| 氮，μg/g | 1.0 | 1.5 | 2.0 |
| 蜡含量，wt% | 24.8 | 30.1 | 6.71（含油量） |
表2催化剂性质。
| 催化剂 | 异构脱蜡 |
| 化学组成，重量% | |
| 铂(Pt) | 0.2-0.5 |
| 物理性质 | |
| 外形尺寸(φ×L)/mm | (1.4-1.6)×(3~8) |
| 孔容/mL·g-1 | ≥0.30 |
| 比表面积/m2·g-1 | ≥180 |
| 堆积密度/g·cm-3 | 0.65~0.75 |
| 压碎强度/N·cm-1 | ≥100 |
| 形状 | 圆柱条 |
实施例1~3
实施例1~3，原料直接进第一加氢异构脱蜡反应区，产物经分馏得到轻质基础油产品；重质组分进入第二加氢异构脱蜡反应区，产物再经分馏得到重质基础油产品。原料分别为表1中所列的3种原料，其中加氢异构脱蜡使用表2中所列催化剂，得到结果具体见表3。加氢异构催化剂按常规方法还原后进行实施。第一加氢异构脱蜡反应区后的减压蒸馏塔设置一个侧线，生产4号基础油，塔底产品进入第二加氢异构脱蜡反应区；第二加氢异构脱蜡反应区后的减压蒸馏塔设置一个侧线，侧线生产6号基础油，塔底产品生产10号基础油。轻质润滑油基础油和重质润滑油基础油的分割点控制为480℃。
对比例1
对比例1采用表1中所列的加氢裂化尾油原料，采用单一加氢异构脱蜡反应区生产基础油的工艺过程，使用与实施例1中相同加氢异构脱蜡催化剂，结果见表3。
对比例2
对比例2采用表1中所列的加氢裂化尾油原料，将加氢裂化尾油进行预分馏，得到100℃粘度分别为4.2mm2/s以及6.3mm2/s加氢裂化尾油窄馏分，然后分别进行加氢异构脱蜡反应的工艺过程，使用与实施例1中相同的加氢异构脱蜡催化剂，结果见表3。
对比例3
对比例3采用表1中所列的费托合成蜡原料，将进行费托蜡预分馏，得到100℃粘度分别为4.05mm2/s、6.5mm2/s以及8.46mm2/s的费托蜡窄馏分，然后分别进行加氢异构脱蜡反应的工艺过程，使用与实施例1中相同的加氢异构脱蜡催化剂，结果见表3。
从表3中实施例和对比例的比较数据可知，对原料不进行预分馏的现有技术方案来说，不能得到全部合格的润滑油基础油。对于原料进行预分馏处理的现有技术方案来说，虽然也可以得合格的轻重润滑油基础油，但过程复杂。
表3 实施例及对比例的工艺条件及结果。
| 试验编号 | 实施例1 | 对比例1 | 对比例2 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例3 |
| 原料油 | 1 | 1 | 1 | 2 | 3 | 3 |
| 第一异构脱蜡区工艺条件 | ||||||
| 反应温度/℃ | 305 | 320 | 305 | 308 | 316 | 340 |
| 反应压力/MPa | 9.0 | 9.0 | 9.0 | 12.0 | 15.0 | 15.0 |
| 氢油体积比 | 600 | 600 | 800 | 800 | 800 | 800 |
| 体积空速/h-1 | 1.2 | 1.0 | 1.2 | 1.2 | 1.0 | 0.7 |
| 第二异构脱蜡工区艺条件 | ||||||
| 反应温度/℃ | 320 | \ | \ | 325 | 345 | \ |
| 反应压力/MPa | 9.0 | \ | \ | 12.0 | 15.0 | \ |
| 氢油体积比 | 600 | \ | \ | 800 | 800 | \ |
| 体积空速/h-1 | 1.5 | \ | \ | 1.5 | 1.0 | \ |
| 基础油性质 | ||||||
| 4号基础油 | ||||||
| 收率，质量% | 23.2 | 14.5 | 23.5 | 18.6 | 27.2 | 27.6 |
| 倾点/℃ | -18 | -36 | -18 | -24 | -21 | -21 |
| 粘度（100℃），mm/s2 | 4.198 | 4.282 | 4.261 | 3.985 | 4.212 | 4.01 |
| 粘度指数 | 121 | 99 | 122 | 120 | 129 | 129 |
| 6号基础油 | ||||||
| 收率，质量% | 19.6 | 17.8 | 19.5 | 29.1 | 15.3 | 16.5 |
| 倾点/℃ | -18 | -24 | -18 | -21 | -18 | -18 |
| 粘度（100℃），mm/s2 | 6.127 | 6.342 | 6.088 | 6.483 | 6.210 | 6.184 |
| 粘度指数 | 126 | 111 | 126 | 125 | 136 | 135 |
| 10号基础油 | ||||||
| 收率，质量% | 35.3 | 36.5 | * | 25.4 | 33.6 | 32.9 |
| 倾点/℃ | -15 | -9 | * | -15 | -15 | -12 |
| 粘度（100℃），mm/s2 | 10.021 | 9.984 | * | 5.583 | 8.210 | 8.324 |
| 粘度指数 | 130 | 124 | * | 129 | 145 | 146 |
*产品不能作为润滑油基础油。
Claims (13)
1.一种高粘度指数润滑油基础油的生产方法，以加氢处理馏分油、加氢处理轻脱油、费托合成蜡或加氢裂化尾油中的一种或几种含蜡油为原料油，其特征在于包括如下过程：原料和氢气混合首先进入第一加氢异构脱蜡反应区，进行加氢异构化反应，反应产物进行分馏，分别得到轻质基础油产品和重质基础油组分，轻质基础油产品和重质基础油组分的分割点温度为450～520℃,通过控制第一加氢异构脱蜡反应区的异构化反应深度，使得轻质润滑油基础油产品倾点符合指标要求，并保持粘度指数大于120；经过第一加氢异构脱蜡反应区的重质基础油组分的倾点仍较高，与氢气混合继续进入第二加氢异构脱蜡反应区，通过控制第二加氢异构脱蜡反应区的异构化反应深度，使得分馏得到的重质润滑油基础油产品倾点得到满足，并保持粘度指数大于120。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：原料油的硫含量要求低于30μg/g，氮含量要求低于5μg/g。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：原料油的馏程在280～700℃范围内
的任意馏分，初馏点至终馏点的温度差在100～400℃之间。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：第一加氢异构脱蜡反应区和第二加氢异
构脱蜡反应区使用贵金属加氢异构催化剂，加氢异构催化剂载体为氧化铝和TON结构的NU-10分子筛或ZSM-22分子筛，分子筛在催化剂中的含量为30wt%~80wt%，活性金属组分为Pt、Pd、Ru 和Rh中一种或多种，在催化剂中的含量为0.1wt%~5.0wt%。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：第一加氢异构脱蜡区的反应条件为：温度为280℃～350℃，氢分压为2.0MPa～18.0MPa，原料油液时体积空速为0.4 h-1～6.0h-1，氢油体积比400:1～1500:1；第二加氢异构脱蜡区的反应条件为：温度为300℃～380℃，氢分压为2.0MPa～18.0MPa，原料油液时体积空速为0.2h-1～6.0h-1，氢油体积比400:1～1500:1。
6.按照权利要求1或5所述的方法，其特征在于：第二加氢异构脱蜡区的反应温度高于第一加氢异构脱蜡区10～60℃。
7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：第一加氢异构脱蜡区得到的液相产物和第二加氢异构脱蜡区得到的液相产物分别在两个减压蒸馏塔中进行分馏。
8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于：减压蒸馏塔进料温度为350℃～410℃，
减压蒸馏塔塔顶压力为4KPa～10KPa，减压蒸馏塔塔顶温度为110～180℃。
9.按照权利要求7所述的方法，其特征在于：第一加氢异构脱蜡区后的减压蒸馏塔设置1～2个侧线，相应得到1～2个轻质润滑油基础油，轻质润滑油基础油100℃粘度为2.5-3.5mm2/s 和3.5-4.5mm2/s，轻质润滑油基础油对应的侧线的温度由低到高依次为330℃～340℃和350℃～360℃。
10.按照权利要求7所述的方法，其特征在于：第二加氢异构脱蜡区后的减压蒸馏塔设置1个侧线得到1个侧线产品，再加上塔底产品分别得到100℃粘度分别为5.5-6.5mm2/s和9.5-10.5mm2/s 的重质润滑油基础油产品，侧线的温度为：380℃～390℃。
11.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：轻质润滑油基础油产品的倾点低于-10℃，重质润滑油基础油产品的倾点低于-10℃。
12.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：轻质润滑油基础油产品的倾点为-15～-27℃，重质润滑油基础油产品的倾点为-12～-21℃。
13.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：在每个加氢异构脱蜡反应区后增加加氢补充精制反应区，改善基础油产品的颜色及安定性。
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