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进料时,难以同时使轻质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,为使重质润滑油组分倾点合格,会使轻质润滑油组分过度异构化,造成轻质润滑油组分粘度指数的损失,从而难以生产粘度指数>120的API III类轻质基础油产品。
现有技术中,为了制备高粘度指数润滑油基础油产品,有的采用将原料切割成窄组分,然后将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。也有采用全馏分或宽馏分的进料,通过逐步异构脱蜡-产物分离的方法生产高粘度指数的润滑油基础油。
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、重两种组分,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。
CN201110217552.4提出了一种高粘度指数的润滑油基础油生产方法。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。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种生产高粘度指数润滑油基础油的方法。本发明方法无需对含蜡油原料进行预分馏,也无需多次异构脱蜡及分离的复杂过程,即可以实现生产高粘度指数润滑油基础油的目的。
本发明提供一种高粘度指数润滑油基础油生产方法,所述生产方法包括如下内容:
(1)原料油与氢气混合后,依次进入加氢异构脱蜡区和加氢补充精制反应区,进行加氢异构化反应和加氢补充精制反应;
(2)步骤(1)中所述加氢补充精制反应区得到的反应产物进行常压蒸馏,得到石脑油、柴油和基础油组分;
(3)将步骤(2)中得到的基础油组分进行减压蒸馏,分离得到不同粘度等级的基础油窄馏分;
(4)将步骤(3)中得到的不同粘度等级的基础油窄馏分送入低温分离区,经分离后得到不同粘度指数的基础油产品。
本发明方法中,步骤(4)中得到的基础油产品中,能够制备得到粘度指数大于130,倾点小于-18℃的高粘度指数润滑油基础油产品。
本发明方法中,所述原料油为加氢裂化尾油、加氢处理VGO、加氢处理轻脱油或费托蜡中的一种或几种,其中原料油的硫含量低于50µg/g,优选低于15µg/g;氮含量低于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。
本发明方法中,所述的加氢异构脱蜡反应区的的反应条件为:反应温度为250℃~380℃,优选为290℃~330℃,氢分压为2.0MPa~18.0MPa,优选为10.0~15.0MPa,体积空速为0.2 h-1~6.0h-1,优选为0.8 h-1~1.8h-1,氢油体积比为400:1~1500:1,优选为600:1~800:1。
本发明方法中,所述加氢补充精制反应区的反应条件为:反应温度为180℃~300℃,优选为200℃~260℃,氢分压为2.0MPa~18.0MPa,优选为10.0~15.0MPa,体积空速为0.2h-1~6.0h-1,优选为0.3 h-1~1.8h-1,氢油体积比为400:1~1500:1,优选为600:1~800:1。
本发明方法中,步骤(2)中所述的常压蒸馏条件为:常压蒸馏塔进料温度为280℃~400℃,较适宜的进料温度为330℃~380℃;常压蒸馏塔塔顶压力为0.01MPa~0.06MPa,较适宜的塔顶压力为0.02MPa~0.05MPa;常压蒸馏塔一般可以设1个侧线。常压蒸馏塔塔顶温度为90~160℃,抽出石脑油;常压蒸馏塔侧线抽出温度为250~330℃,可以抽出柴油组分。所述的常压蒸馏是本领域技术人员公知的技术。
本发明方法中,步骤(3)中所述的减压蒸馏的条件为: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。所述减压蒸馏塔塔顶温度为110~180℃,可以得到一些轻质油品,塔底温度为380℃~390℃。通过调整减压蒸馏塔的操作条件,得到所需的产品。所述减压蒸馏是本领域技术人员公知的技术。减压蒸馏塔可以设置1~3个侧线(根据原料情况,可以设置1-3个侧线),相应得到1~4个不同粘度等级的基础油窄馏分。
本发明方法中,步骤(3)中所述的不同粘度等级的基础油窄馏分,通常包括100℃粘度为3.5-4.5mm2/s的基础油窄馏分(侧线产品,侧线温度为350℃~360℃)、100℃粘度为5.5-6.5mm2/s的基础油窄馏分(侧线产品,侧线温度为360~380℃),100℃粘度为7.5-8.5mm2/s的基础油窄馏分(侧线产品,侧线温度为370~390℃)和100℃粘度为9.5-11.0mm2/s的基础油窄馏分(塔底产品)。
本发明方法中,步骤(4)中所述的低温分离区是由若干组垂直设置的管束组成,每组管束中设置若干根分离管,所述分离管形状优选为圆柱形,管束也优选为圆柱形。所述低温分离区内管束的数量根据要分离的基础油窄馏分量设定。所述每组管束中分离管的数量可根据基础油窄馏分的处理量进行设定,一般情况下为50~200根,优选为80~150根。按照物料流动方向,所述管束的温度由高到低,从20℃~-20℃,优选为15~-15℃。所述管束的温度可以通过现有的换热手段来实现,如在管束外部缠绕换热管,这些换热管与每根分离管均保持良好的接触,以保证传热效果。管束外部的上部换热管和下部换热管通过不同的换热介质实现分离管束的温度调节。
本发明方法中,所述的低温分离区为间歇操作,分为进料-降温出料-升温出料-进料四个过程,其中,基础油窄馏分进料时间为10-40分钟,优选为15-30分钟;降温出料时间为10-50分钟,优选为15-40分钟;升温出料时间为5-20分钟,优选为5-10分钟;经过减压分馏后得到的不同粘度等级的基础油窄馏分由顶部分别进入到分离管中,开始降温出料过程随着分离管的管壁温度由上至下的逐渐降低,不同粘度指数的组分得到分离。高粘度指数基础油组分首先由管束下部流出至高粘度指数基础油组分储罐;然后开始升温出料过程,即将分离管束外部的上部换热管和下部换热管均通过40℃-60℃的换热介质。将低粘度指数基础油组分由管束中排出至低粘度指数基础油组分储罐。然后再重新进料完成新一轮的分离过程。
本发明方法中,所述分离管的高度为2m~50m,较适宜的高度为5m~30m。处理不同粘度等级的基础油窄馏分,需要采用不同内径的分离管。当处理粘度为3.5-4.5mm2/s的基础油窄馏分时,所述管束的每根分离管的内径为0.1cm~3cm,较适宜的内径为0.2cm~1.0cm;当处理粘度为5.5-6.5mm2/s的基础油窄馏分时,管束的每根分离管的内径为0.1cm~5cm,较适宜的内径为0.2cm~2.0cm;当处理粘度为9.5-11.0mm2/s的基础油窄馏分时,管束的每根分离管的内径为0.1cm~5cm,较适宜的内径为0.3cm~3.0cm。
本发明方法中,使用的加氢异构脱蜡催化剂可以选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。
本发明方法中,所述加氢补充精制反应区用来改善基础油产品的颜色及安定性。加氢补充精制反应区中采用的加氢补充精制催化剂可以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。
与现有技术相比,本发明方法具有如下优点:
本发明方法提供一种无需对含蜡油原料进行预分馏,也无需多次异构脱蜡及分离的复杂过程,即可以实现生产高粘度指数润滑油基础油的方法。本发明方法,仅仅通过增加低温分离区,就可以生产粘度指数大于130的高粘度指数润滑油基础油。发明人通过对润滑油基础油粘度指数的分析后发现,润滑油基础油是不同粘度指数基础油组分的混合物,润滑油基础油的粘度指数是这些粘度指数不同的基础油组分的综合体现。但是,同一粘度范围内的润滑油基础油组分的粘度指数最大和最低的差别可在40-50的单位。本发明方法就是通过低温分离区将不同粘度指数的基础油组分进行分离,可以得到高粘度指数基础油组分。
本发明方法,解决了现有方法中采用窄馏分含蜡油作为加氢异构脱蜡的进料时需要设置多个原料罐,装置的建设投资较高的问题;以及实际生产过程中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的技术问题。
本发明方法解决了现有技术中,采用全馏分或宽馏分的含蜡油作为进料需要多次异构脱蜡及分离的过程,流程复杂,增加装置的建设投资及操作费用高的问题。
具体实施方式
下面通过具体实施例说明本发明方法的具体内容和效果。下面的实施例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。
本发明方法实施例和比较例中所用原料油包括加氢裂化尾油、加氢处理VGO和费托蜡三种,具体原料油性质见表1。实施例1-3和比较例中所涉及的异构脱蜡催化剂和补充精制催化剂可以按性质选择商品催化剂,也可以按本领域知识进行制备。本发明方法中,异构脱蜡催化剂和补充精制催化剂的具体物化性质见表2。
表1 原料油性质
表2 催化剂物化性质
实施例1
以表1中的加氢裂化尾油为原料,异构脱蜡-补充精制过程的工艺条件见表3。异构脱蜡-补充精制产物先经常压蒸馏塔蒸馏脱除轻馏分油后,得到的基础油组分进入减压蒸馏塔,减压蒸馏塔侧线得到100℃粘度为4.02mm2/s的4号润滑油基础油窄馏分,塔底得到100℃粘度为6.42mm2/s的6号润滑油基础油窄馏分。4号润滑油基础油窄馏分和6号润滑油基础油窄馏分分别进入低温分离区。
所述低温分离区圆柱状管束的高度为6m,处理4号基础油窄馏分的分离管内径为0.5cm;处理粘度为6号基础油窄馏分的分离管的内径为0.8cm;低温分离过程中基础油窄馏分进料时间为15分钟;降温出料时间为30分钟;升温出料时间为5分钟。处理4号基础油窄馏分管束顶部的内壁温度为5℃,管束底部的内壁温度为-15℃。处理6号基础油窄馏分管束顶部的内壁温度为10℃,管束底部的内壁温度为-10℃。分离得到的不同粘度指数的4号和6号基础油产品性质见表4。
实施例2
以表1中的加氢处理VGO为原料,异构脱蜡-补充精制过程的工艺条件见表3。异构脱蜡-补充精制产物先经常压蒸馏塔蒸馏脱除轻馏分油后,得到的基础油组分进入减压蒸馏塔。减压蒸馏塔侧线得到100℃粘度为4.36mm2/s的4号润滑油基础油窄馏分,塔底得到100℃粘度为8.11mm2/s的8号润滑油基础油窄馏分。4号润滑油基础油窄馏分和8号润滑油基础油窄馏分分别进入低温分离区。
所述低温分离区圆柱状管束的高度为6m,处理4号基础油窄馏分的分离管内径为0.5cm;处理粘度为8号基础油窄馏分的分离管的内径为1.0cm;低温分离过程中基础油窄馏分进料时间为16分钟;降温出料时间为35分钟;升温出料时间为8分钟。处理4号基础油窄馏分的管束顶部的内壁温度为10℃,管束底部的内壁温度为-12℃。处理8号基础油窄馏分的管束顶部的内壁温度为15℃,管束底部的内壁温度为-5℃。分离得到的不同粘度指数的4号和8号基础油产品性质见表4。
实施例3
以表1中的F-T蜡为原料,异构脱蜡-补充精制过程的工艺条件见表3。异构脱蜡-补充精制产物先经常压蒸馏塔蒸馏脱除轻馏分油后,得到的基础油组分进入减压蒸馏塔。减压蒸馏塔侧线得到100℃粘度为4.45mm2/s的4号润滑油基础油窄馏分,塔底得到100℃粘度为10.21mm2/s的10号润滑油基础油窄馏分。4号润滑油基础油窄馏分和10号润滑油基础油窄馏分分别进入低温分离区。
所述低温分离区圆柱状管束的高度为8m,处理4号基础油窄馏分的分离管内径为0.5cm;处理粘度为10号基础油窄馏分的分离管的内径为1.5cm;低温分离过程中基础油窄馏分进料时间为15分钟;降温出料时间为30分钟;升温出料时间为10分钟。处理4号基础油窄馏分的管束顶部的内壁温度为5℃,管束底部的内壁温度为-15℃。处理10号基础油窄馏分的管束顶部的内壁温度为16℃,管束底部的内壁温度为0℃。分离得到的不同粘度指数的4号和10号基础油产品性质见表4。
比较例1
以表1中的加氢裂化尾油为原料,异构脱蜡-补充精制过程的工艺条件见表3。异构脱蜡-补充精制产物先经常压蒸馏塔脱除轻馏分油后,得到的基础油组分进入减压蒸馏塔。减压蒸馏塔侧线得到100℃粘度为4.02mm2/s的4号润滑油基础油,塔底得到100℃粘度为6.42mm2/s的6号润滑油基础油,性质见表4。
表3 实施例及对比例的工艺条件
表4 实施例及对比例的结果