CN1829788B - 低粘度费-托基础油和费-托衍生塔底或光亮油的调合方法 - Google Patents

低粘度费-托基础油和费-托衍生塔底或光亮油的调合方法 Download PDF

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Abstract

通过调合100℃下粘度为2或更大但小于3厘沲的费-托馏出物馏分和费-托衍生塔底馏分制备费-托衍生润滑基础油的方法；润滑基础油组合物具有100℃下约3到约10厘沲的粘度和低于约45wt％的TGANoack挥发性；使用前述润滑基础油的精制润滑剂。

Description

低粘度费-托基础油和费-托衍生塔底或光亮油的调合方法
参照的相关申请
本申请涉及2002年9月4日申请的系列号No.10/235,150，题目为“生产高品质润滑基础油的低粘度费-托基础油的调合方法”美国专利申请和2002年11月20日申请的系列号No.10/301,391，题目为“生产高品质润滑基础油的低粘度费-托基础油和常规基础油的调合方法”美国专利申请的共同未决申请。 
技术领域
本发明涉及调合低粘度费-托基础油衍生基础油馏分和高粘度费-托衍生塔底馏分来生产用于制备商用精制润滑剂例如曲轴箱发动机润滑油的高品质润滑基础油。 
背景技术
用于各个领域包括汽车、柴油发动机、天然气发动机、轮轴、变速器和工业领域的精制润滑剂和润滑脂由两种常规组分组成：润滑基础油和添加剂。润滑基础油是这些精制润滑剂的主要组成部分并对精制润滑剂的性质作出较大的贡献。通常，通过改变各个的润滑基础油和各个添加剂的混合物来使用少量的润滑基础油制备多种精制润滑剂。 
许多管理组织，其中包括原始设备制造商(OEM’S)、美国石油学会(API)、Association des Consructeurs d′Automobiles(ACEA)、  美国材料试验学会(ASTM)、汽车工程师学会(SAE)和全国润滑脂协会(NLGI)，规定润滑基础油和精制润滑剂的规范。逐渐地，精制润滑剂的规范要求产品具有极好的低温性质、高的氧化稳定性和低挥发性。今天，普遍地只有制得的少部分基础油能符合高级润滑剂产品苛求的规范 
由费-托合成过程制备的合成油包括各种固体、液体和气态烃的混合物。那些沸点在润滑基础油范围内的费-托产品含有高比例石蜡，这使他们成为加工成润滑基础油原料的理想组分。据此，建议将从费-托合成过程中回收的烃产品作为制备高品质润滑基础油的原料。当通过各种方法例如加氢和蒸馏将费-托石蜡转化成费-托基础油时，生产的基础油通常落入各种窄馏分的粘度范围。典型地，各种馏分100℃的运动粘度为2.1厘沲(cSt)到12厘沲。因为润滑基础油100℃的运动粘度一般落入3到32厘沲的范围内，落入该粘度范围之外的基础油已经限制使用并因此对发动机润滑油具有更低的市场价值。 
费-托合成过程一般生产含各种分子量的宽范围产品的合成油混合物，但相当高比例的产品特征在于低分子量和低粘度。如果单独使用，该低粘度产品在多数润滑剂领域，尤其是高强度领域，例如发动机润滑油都不适用。通常，那些100℃下运动粘度低于3厘沲的费-托衍生基础油受到市场限制并通常裂化成更低分子量的物质，例如柴油和石脑油。但是，柴油和石脑油具有比润滑基础油更低的市场价值。能将这些低粘度的基础油改质为适用作润滑基础油的产品将是令人期望的。 
从100℃下运动粘度低于3厘沲的石油衍生原料中制备的常规基础油具有低粘度指数(VI)和高挥发性。因此，低粘度常规基础油不适合与较高粘度的常规基础油调合，因为调合物不能符合多数精制润滑剂的VI和挥发性规范。令人惊奇地，已经发现100℃下大于2并低于3厘沲的费-托衍生基础油通常具有高的VI，其具有极好的低温性质和挥发性，与100℃下运动粘度通常落入3.8到4.7厘沲范围的常规I类和II类轻中性油类似。更加令人惊奇的是当低粘度费-托衍生  基础油与某些费-托衍生塔底馏分或光亮油调合时，观测到高级的VI，即调合物的VI显著高于预期的两种馏分VI的简单平均值。因此，已经发现低粘度费-托基础油馏分有利地用作制备高级润滑剂的调合原料。 
尽管现有技术已经描述了费-托衍生润滑基础油的调合物，但用来制备它们的方法和已有调合物的性质与本发明不同。参看，例如，美国专利Nos.6,332,974、6,096,940、4,812,246和4,906,350。但先前没有教导可以使用100℃下粘度低于3厘沲的费-托馏分来制备适用于调合精制润滑剂的润滑基础油，该精制润滑剂符合SAE等级10W、和15W多级发动机润滑油、单级发动机润滑油、自动变速器油、和ISO粘度等级22、32和46工业油规范。在本发明中使其变成可能。 
当涉及常规润滑基础油时，本发明是指使用在文献中充分证实并已为本领域技术人员所知的石油精制方法生产的常规石油衍生润滑基础油。 
本文使用的词“包括”或“包含”是指包含指定元素的开放式表达。但不必排除其它未指定的元素。短语“基本由...组成”或“基本由...组成”是指排除对组合物实质重要的所有其它元素。短语“由...组成”或“由...组成”是指排除了所有但不排除仅含微量杂质的引用元素。 
发明内容
本发明涉及制备费-托衍生润滑基础油调合物的方法，其包括以适当比例调合费-托馏出物馏分和费-托衍生塔底馏分来生产费-托衍生润滑基础油，该基础油的特征在于100℃下的运动粘度为约3到约10厘沲和TGA Noack挥发性低于约45wt％，其中所述的馏出物馏分特征在于100℃下运动粘度约为2厘沲或更大但小于3厘沲。 
费-托衍生塔底馏分100℃下运动粘度通常不低于约7厘沲。费-托衍生塔底馏分可以是费-托合成油中直接回收的含蜡物质馏分之后  的减压塔底剩余的残留馏分，或者其还可以通过烯烃的低聚的冷凝物馏分来制备。除了光亮油，大部分费-托塔底馏分100℃下运动粘度在约9厘沲到约20厘沲的范围内，优选地，约10厘沲到16厘沲。但是，费-托衍生光亮油的运动粘度可能相当高。本发明使低粘度费-托衍生基础油改质成更具价值的高级润滑剂成为可能，否则它将被裂化或调合成更低价值的运输燃料。 
光亮油是已经被高度精制并脱蜡的塔底馏分。光亮油是高粘度基础油。常规石油衍生的光亮油在210°F下被指定为SUS粘度，其在40℃下粘度大于180厘沲，优选40℃下的粘度大于250厘沲，和更优选40℃下的粘度从500到1100厘沲。费-托衍生的光亮油100℃下的运动粘度约为15厘沲到约40厘沲。用于实施本发明的光亮油可以在含蜡产品从费-托装置的合成油中分离后由减压塔底回收的费-托衍生残留原料生产。但是，费-托衍生光亮油还可以由存在于从费-托反应器回收的费-托冷凝物中存在的烯烃低聚来制备。调合费-托衍生光亮油和费-托衍生馏出物馏分生产润滑基础油，该基础油与多数常规基础油相比具有特别低的挥发性、优良的低温冷流动性和改进的氧化稳定性。 
落入本发明范围的润滑基础油是至少两种不同馏分的调合物。一种馏分是轻馏出物馏分，另一种馏分是塔底馏分。据此，本发明的润滑基础油与那些由单一馏出物馏分或单独的塔底馏分制备的同类润滑基础油不同。因此，使用本发明方法制备的费-托润滑基础油调合物是独特的，并具有用来区别现有技术公开的常规和其它费-托衍生润滑基础油的某些性质。例如，按照本发明制备的润滑基础油调合物具有大于约12的TGA Noack挥发性和更多通常具有超过约20的TGA Noack挥发性。但是，如果打算将调合物用作曲轴箱润滑油，它们将优选具有低于约30wt％的Noack挥发性。调合物典型地还具有约130到约185的VI并具有非常低的总硫量，通常低于约5ppm。最引人注目的，本发明的润滑基础油组合物具有独特的沸程分布。 
按照本发明制备的润滑基础油的沸程分布特征某种程度上取决于用于制备调合物的费-托衍生塔底馏分的性质范围。总之，本发明的润  滑基础油的初馏点为约550°F(288℃)到约625°F(330℃)和终馏点为约1000°F(538℃)到约1400°F(760℃)。另外，可以被描述为润滑基础油调合物的本发明润滑基础油典型地具有双峰沸程分布的，其中低于20wt％的调合物在50wt％沸点，加上或减去30°F限定的区域内沸腾。 
除非另有说明，本发明的所有沸程分布都使用标准分析法D-6352或其等同方法测定。这里使用的，D-6352的等同分析方法是指能提供与标准方法基本上相同结果的所有分析方法。 
按照本发明制备的费-托衍生润滑基础油调合物还可以与常规衍生的润滑基础油，例如常规的中性I类和II类润滑基础油调合。当费-托衍生润滑基础油与常规的中性I类或II类润滑基础油调合时，常规的基础油典型地包括约40wt％到约90wt％的总调合物，优选从约40wt％到约70wt％。 
本发明的费-托衍生润滑基础油调合物还可以与合成润滑剂、例如酯(单-、双-、二聚体-、多羟基-和芳香的)、聚α-烯烃调合。聚苯醚和聚二元醇(polygycols)。 
本发明的润滑基础油调合物代表可以用来制备精制润滑剂的高级润滑剂。精制润滑剂，例如，符合SAE J300，2001年6月规范的商业多级曲轴箱润滑油，可以由本发明的润滑基础油调合物通过添加适当的添加剂来制备。当制备精制润滑剂时，加入润滑基础油调合物的典型添加剂包括抗磨剂、清净剂、分散剂、抗氧化剂、降凝剂、VI改进剂、摩擦改进剂、破乳剂、消泡剂、防腐剂、密封增强剂等。另外，可以由本发明的费-托衍生润滑基础油制备的工业产品符合齿轮润滑剂的SAE规范、润滑脂的NLGI Mark GC和LB和工业油的ISO粘度等级规范。 
发明详述 
已经发现，通过TGA Noack和类似方法测定的发动机润滑油的Noack挥发性与客车发动机中的油耗有关。低挥发性的严格要求是几种  新近发动机润滑油规范的重要方面，例如，欧洲的ACEA A-3和B-3和北美洲的ILSAC GF-3。由于100℃下运动粘度低于3厘沲的常规低粘度油的高挥发性，它们已经被限制用于客车发动机润滑油。所有研发的用于汽车发动机润滑油的新润滑基础油原料应该具有不大于现行的常规I类或II类轻中性油的挥发性。 
费-托合成石蜡方法典型地生产相对高比例的低分子量和低粘度产品，即加工成轻的产品例如石脑油、汽油、柴油、燃料油或煤油。一定比例产品具有大于3.0厘沲的运动粘度，其直接用作包括发动机润滑油的多数不同产品的润滑基础油。典型地，将那些运动粘度为2.1到2.8厘沲的油进一步加工成轻的产品(例如，汽油或柴油)以具有很大的经济价值。可选择地，这些低粘度费-托衍生基础油可以用于轻工业油，例如，实用油、变压器油、机泵油或液压油；其中许多没有严格的挥发性要求，所有这些都具有比发动机润滑油更低的要求。 
用于发动机润滑油的润滑基础油比用于轻产品的基础油要求更高。在润滑基础油调合物中使用较高比例费-托合成过程产品的能力是非常令人向往的。根据本文的优点，调合低粘度的费-托衍生润滑基础油与费-托衍生塔底馏分来生产用作制备发动机润滑油的润滑基础油的组合物。本发明的润滑基础油原料与常规的I类和II类中性油的挥发性和粘度类似。另外，本发明的润滑基础油还具有其它改进的性质，例如非常低的硫和优越的氧化稳定性。 
费-托合成
在费-托合成过程中，通过使包括氢和一氧化碳混合物的合成气(煤气)与费-托催化剂在适当的温度和压力反应条件下接触生成液体和气态烃。实施费-托反应的温度通常从约300到大约700°F(约150到约370℃)，优选从约400°F到550°F(约205到约290℃)；压力从约10到约600psia，(0.7到41巴)优选30到300psia，(2到21巴)和催化剂空速从约100到约10,000cc/g/hr，优选300到3,000cc/g/hr。 
费-托合成的产品可以是C1到C200+烃，大部分为C5-C100+烃。可以  在各种反应器内实施反应，例如，包括一种或多种催化剂床的固定床反应器、淤浆反应器、流化床反应器、或不同类型的反应器的组合。这些反应方法和反应器为大家所熟知并在文献中证实。当使用钴催化剂时，在本发明的实践中优选淤浆费-托合成过程，其利用对强放热合成反应来说优越的热量(和质量)转移特性并且使用钴催化剂时能生产相对较高分子量的石蜡烃。在淤浆法中，包括氢和一氧化碳的混合物的煤气作为第三相鼓泡向上通过淤浆，该淤浆包括在含有合成反应的烃产品的浆液中分散并悬浮的微粒的费-托型烃合成催化剂，该烃产品在反应条件下是液体。氢/一氧化碳的摩尔比可以较宽地从约0.5到约4，但更典型地在从约0.7到约2.75的范围内和优选从约0.7到约2.5。在欧洲专利申请No.0609079中教导了特别优选的费-托合成过程，其全部用途也在这里结合参考。 
适当的费-托催化剂包括一种或多种VIII族催化金属例如铁、镍、钴、钌和稀土(Re)，钴是优选的。另外，适当的催化剂可以包括助剂。因而，优选的费-托催化剂包括在适当的无机载体材料上负载的有效量的钴和稀土、钌、铂、铁、镍、钍、锆、铪、铀、镁和镧中的一种或多种，优选的载体材料包括一种或多种耐火金属氧化物。通常，钴于催化剂中存在的数量约为1到50wt％总催化剂组合物。催化剂还可以包括碱性氧化物助剂，例如ThO2、La2O3、MgO和TiO2，助剂例如ZrO2、贵金属(铂、钯、钌、铑、锇、铱)、造币金属(铜、银、金)及其它过渡金属例如铁、锰、镍和稀土。适当的载体材料包括氧化铝、二氧化硅、氧化镁和二氧化钛或其混合物。优选含有催化剂的钴载体包括二氧化钛。有用的催化剂和它们的制备是已知的并在美国专利No.4,568,663中说明，其只是说明而不是针对催化剂选择的限制。 
从费-托操作中回收的产品可以分成三个馏分，气态的馏分由非常轻的产品组成，冷凝物馏分通常沸点在石脑油和柴油的范围，和高沸点的费-托石蜡馏分通常在环境温度下是固体。用来制备基础油的费-托副产品通常是通过加氢处理和/或加氢异构化由费-托合成油的含蜡馏分制备。可以用于制备基础油的其它方法包括低聚反应、溶剂脱蜡、  常减压馏出物、加氢裂化、加氢精制及其它加氢处理形式。 
加氢异构化和溶剂脱蜡
加氢异构化，或仅用于本发明目的的“异构化”是用来通过进入分子结构支链的选择加成来改进费-托衍生产品的冷流性质。理想地异构化将实现从费-托石蜡到非蜡异构链烷烃的高转化率，并同时使裂化转化最小化。因为石蜡可以完全或至少非常高地转化，本方法通常不需要与另外的脱蜡方法结合来生产具有可接受的倾点的润滑油基础原料。适合本发明使用的异构化操作通常使用包含酸性组分的催化剂并可以任选含有具有加氢活性的活性金属组分。催化剂的酸性组分优选包括中孔SAPO、例如SAPO-11、SAPO-31和SAPO-41。SAPO-11是特别优选的。中孔沸石、ZSM-22、ZSM-23、SSZ-32、ZSM-35和ZSM-48也可以用于实施异构化。典型的活泼金属包括钼、镍、钒、钴、钨、锌、铂和钯。尤其优选金属铂和钯作为活泼金属，最常用铂。 
这里使用的短语“中孔尺寸”，是指当多孔无机氧化物以煅烧的形式时，有效孔径从约4.0到约7.1埃。具有该范围孔径的分子筛趋向于具有独特的分子筛特征。不同的小孔沸石例如毛沸石和菱沸石，它们将允许具有一些支链的烃进入分子筛孔隙。不同的大孔沸石例如八面沸石和丝光沸石，它们能辨别正烷烃和少许支链的烯烃，和含有例如叔碳原子的更大链烷烃。参看美国专利No.5,413,695。术语“SAPO”是指例如美国专利Nos.4,440,871和5,208,005中所描述的硅铝磷酸盐分子筛。 
在制备包括非沸石分子筛和具有加氢组分的催化剂中，通常优选使用无水的方法将金属沉积在催化剂上。非沸石的分子筛包括有四面配位[AlO2和PO2]的氧化物单元，其可以任选包括二氧化硅。参看美国专利No.5,514,362。催化剂包括非沸石的分子筛，特别地，催化剂包括SAPO，利用无水方法已经于其上沉积金属，已经显示出比那些使用湿法沉淀活性金属的催化剂更强的选择性和活性。在美国专利No.5,939,349中教导了活性金属在非沸石的分子筛上的无水沉积。通  常，方法包括在无水的、非活性溶剂中分散活性金属化合物并通过例子交换或浸渍将其沉积于分子筛上。 
溶剂脱蜡试图通过以下步骤使含蜡分子从产品中除去：将其分散在溶剂中，例如甲基乙基酮、甲基异丁基酮或甲苯，沉淀蜡分子并随后通过过滤除去它们，详见石油化学工艺，第三版，William Gruse和Donald Stevens、McGraw-Hill图书公司，Inc，纽约，1960，566-570页中的论述。还可参看美国专利Nos.4,477,333、3,773,650和3,775,288。一般而言，较溶剂脱蜡本发明的异构化通常是优选的，因为它导致改进低温性质的较高粘度指数产品，和产品沸点在轻馏出物馏分和重馏分范围内的较高产品收率。然而溶剂脱蜡可以有利地用于与异构化联合来回收异构化后未转化的蜡。 
加氢处理、加氢裂化和加氢精制
加氢处理是指通常在游离氢存在下实施的催化方法，其中主要目的是除去各种金属杂质，例如砷；杂原子，例如硫和氮；或者来自原料的芳烃。通常，在加氢处理中，烃分子的裂化，即，将较大的烃分子破坏成较小的烃分子最小化，不饱和烃被全部或者部分氢化。 
加氢裂化是指通常在游离氢存在下实施的催化方法，其中操作的主要目的是使较大的烃分子裂化。通常还发生原料的脱硫和/或脱氮。尽管典型地加氢裂化操作通常限于最重的塔底原料的裂化，在本发明中，它是可以用来使存在于费-托合成操作中回收的费-托冷凝物中的烯烃数量增加的一种方法。可以将由冷凝物产生的富含烯烃馏份低聚来制备光亮油，该光亮油与轻馏分调合以制备本发明范围的润滑基础油。 
用于实施加氢处理和加氢裂化操作的催化剂是本领域所熟知的。参看例如美国专利Nos.4,347,121和4,810,357，概述了加氢处理、加氢裂化和用于每一种方法的典型催化剂，其中的内容全部引用作为参考。适当的催化剂包括氧化铝或含硅基质上的来自VIIIA族贵金属(根据1975年国际纯粹与应用化学联合会的规则)，例如铂或钯，氧化铝  或含硅基质上的VIII族和VIB族，例如镍-钼或镍-锡。美国专利No.3,852,207描述了适当的贵金属催化剂和缓和条件，美国专利Nos.4,157,294和3,904,513描述了其它适当的催化剂。非贵族加氢金属，例如通常存在于最终催化剂组合物中的镍-钼，当该硫化物易于由涉及的特殊金属形成时，通常以它们还原或硫化物的形式使用。优选非贵金属催化剂组合物包含确定作为相应氧化物的超过约5wt％，优选约5到约40wt％钼和/或钨，和至少约0.5、通常约1到约15wt％的镍和/或钴。包含贵金属的催化剂，例如铂、包含超过0.01％金属，优选为0.1到1.0％金属。贵金属还可以结合使用，例如铂和钯的混合物。 
可以通过众多的方法中的任何一种将加氢组分结合到催化剂组合物中。加氢组分可以通过共同研磨、浸渗或离子交换加入基质组分中，VI组族分，即钼和钨可以通过浸渗、共同研磨或共同沉淀与耐高温氧化物结合。 
基质组分可以有许多包括一些具有酸性催化活性的类型。具有酸性的基质包括无定形硅铝或沸石的或非沸石晶体分子筛。适当的基质分子筛的例子包括Y沸石、X沸石和所谓的超稳Y沸石和高结构硅铝比的Y沸石例如美国专利Nos.4,401,556、4,820,402和5,059,567中描述例子。小晶体尺寸Y沸石，例如美国专利No.5,073,530中描述的沸石也可以使用。可以使用的非沸石分子筛包括，例如，硅铝磷酸盐(SAPO)、铁铝磷酸盐、钛铝磷酸盐和美国专利No.4,913,799中描述的各种ELAPO分子筛在这里引用参考。在美国专利Nos.5,114,563(SAPO)和4,913,799和美国专利No.4,913,799引用的各种参考中可以发现详述的各种非沸石分子筛的相关制备。还可以使用中孔分子筛，例如以下所述的M41S族材料， 
J.Am.Chem.Soc.，114：10834-10843(1992))，MCM-41、美国专利Nos.5,246,689、5,198,203和5,334,368和MCM-48(Kresge等，Nature 359：710(1992))。适当的基质材料还可以包括合成的或天然的物质以及无机材料例如粘土、二氧化硅和/或金属氧化物例如二氧化硅-氧化铝、二氧化硅-氧化镁、二氧化硅-氧化锌、二氧化硅-氧化钍、二氧化  硅-氧化铍、二氧化硅-氧化钛以及三元组合物，例如二氧化硅-氧化铝-氧化钍、二氧化硅-氧化铝-氧化锆、二氧化硅-氧化铝-氧化镁和二氧化硅-氧化镁氧化锆。后者可以是天然地存在或以凝胶状沉淀或包含二氧化硅和金属氧化物形式。天然存在的可与催化剂混成的粘土包括蒙脱土和高岭土族。这些粘土可以以原始状态使用或经过初步的脱铝、酸处理或化学改性。 
实施加氢裂化和/和加氢处理操作，可以在反应器中使用一种以上催化剂。不同类型的催化剂可以被分层或混合。 
加氢裂化条件已经在文献中充分证实。通常，总的液时空速为约0.1hr-1到约15.0hr-1(v/v)，优选从约0.25hr-1到约2.5hr-1。反应压力通常从约500psig到约3500psig(约10.4MPa到约24.2MPa，优选从约1500psig到约5000psig(约3.5MPa到约34.5MPa)。氢耗典型地从约500到约2500SCF/桶原料(89.1到445m3H2/m3原料)。反应器内的温度从约400°F到约950°F(约204℃到约510℃)，优选从约650°F到约850°F(约343℃到约454℃)。 
典型的加氢处理条件在非常宽的范围内变化。总之，总的LHSV为约0.25到2.0，优选约0.5到1.0。氢分压大于200psia，优选从约500psia到约2000psia。氢循环率典型地为大于50SCF/桶，和优选为1000到5000SCF/桶。反应器内的温度从约300°F到约750°F(约150℃到约400℃)，优选从450°F到600°F(230℃到约315℃)。 
在润滑基础油的制备过程中，加氢处理还可以用作最后的步骤。最后步骤通常称作加氢精制，其通过除去痕量芳烃、烯烃、染色体和溶剂试图改进产品的UV稳定性和外观。如本文公开的，术语UV稳定性是指润滑基础油或精制润滑剂在暴露于紫外线和氧下的稳定性。稳定性是指当明显的沉淀物生成时，通常可以看见絮状物或云状物暴露于紫外线和空气下。在美国专利Nos.3,852,207和4,673,487中可以找到加氢精制的概述。除去这些杂质的粘土处理是可以选择的最终处理步骤。 
热裂化
热裂化也可以用来使石蜡分子裂化成更低分子量的烯烃以使烯烃富含费-托冷凝物。正如已经指出的，从费-托合成过程中初步回收的所有费-托合成油包含烯烃。通过热裂化存在于冷凝物馏分的链烷烃分子，烯烃的数量可以显著地增加。热裂化操作后，冷凝物馏分应当具有20％的烯烃(olefinicity)，优选至少40％，和最优选至少50％。 
尽管例如用于延迟焦化或循环间歇操作的间歇热解反应器可以用来实施这种操作。通常连续流动通过的操作是优选的，其中在蒸汽通过管道后，首先将原料预热至足以汽化大多数或全部原料的温度。令人满意的选择是在进入裂解炉的管道前排出所有剩余的未汽化烃。优选地，在蒸汽存在下实施热裂化，其中蒸汽充当热源并还帮助抑制反应器中的焦炭。在美国专利No.4,042,488中可以发现详述的典型的蒸汽热裂化方法，在这里全部引用作为参考。虽然在实施热裂化中通常不使用催化剂，可以在流化床中实施操作，汽化原料在流化床中与热的流化惰性颗粒例如焦炭的流化颗粒接触。 
在实施热裂化操作中，优选在裂化操作中将原料保持气相以使烯烃生产最大化。液相裂化导致大量在低聚操作中不反应的链烷烃生成，因此，是不希望的。在热裂解区，裂化条件应该足以提供大于约30％链烷烃的裂化转化率，优选地，裂化转化至少50wt％和最优选70wt％。在裂解区用于裂化操作的最佳温度和其它条件将根据原料稍微改变。通常，温度必须足够高以将原料维持在气相，而不是高到使原料过度裂化，即，温度和条件不应该严重到产生过度的C4-烃。热解区的温度通常保持在约950°F(510℃)到约1600°F(870℃)。为了使从费-托石蜡中生产烯烃最大化，裂解区的最佳温度取决于原料的终馏点。通常，碳数越高、要求来实现最大转化率的温度越高。据此，可能必需一些常规试验来确定用于规定原料的最佳裂化条件。裂解区通常使压力保持在约0个大气压到约5个大气压，通常优选的压力为约0到约2。尽管反应器内的蜡馏分的最佳停留时间取决于裂解区的温度和压力，但典型的停留时间通常为约1.5秒到约500秒，优选从约5秒到约300秒。 
低聚
取决于费-托合成怎样实施，费-托冷凝物包含不同数量的烯烃。另外，大多数费-托冷凝物包含通过脱水可以容易转化成烯烃的一些醇。如已经指出的，冷凝物还可以是通过加氢裂化或更优选热裂化的裂化操作富化的烯烃。在本发明的一个具体实施方案中，烯烃可能被低聚来制备费-托衍生光亮油。在低聚期间，轻的烯烃不仅转化为更重的分子，低聚物的主碳链还可在分子加成点支链化。由于支链化引入分子，产品的倾点降低。 
烯烃低聚已经在文献中充分报道，并且许多商业方法是有效的。参看，例如美国专利Nos.4,417,088、4,434,308、4,827,064、4,827,073和4,990,709。可以使用各种类型的反应器结构，工业上使用固定催化剂床反应器。近年来，因为离子液体介质催化剂非常活跃，已经建议用其进行低聚反应，并且催化剂和反应物的接触是有效的并便于从低聚反应产品中分离催化剂。低聚反应会在很宽的条件下进行。实施反应的典型温度为约32°F(0℃)到约800°F(425℃)。其它条件包括空速从0.1到3LHSV和压力从0到2000psig。用于低聚反应的催化剂实际上可以是所有的酸性物质，例如，沸石、粘土、树脂、BF3络合物、HF、H2SO4、AlCl3、离子液体(优选含有Bronsted或Lewis酸性组分或Bronsted和Lewis酸组分组合物的离子液体)、过渡金属催化剂(例如Cr/SiO2)、过酸等。另外，可以使用包括特定的有机金属或过渡金属低聚反应的催化剂，例如锆茂(zirconocenes)。 
蒸馏
将费-托衍生产品分离成用于本发明方法中的各种馏分通常通过常压或减压蒸馏或常减压蒸馏的联合实现。常压蒸馏典型地被用来从具有初馏点高于约700°F到约750°F(约370℃到约400℃)的塔底馏分中分离较轻的馏分，例如石脑油和中间馏分。在较高温度下，烃热裂化可以导致设备堵塞并使较重馏分的产率降低。典型地使用减压蒸馏来  分离较高的沸点原料，例如润滑基础油馏分。 
如这里公开的，术语“馏出物馏分”或“馏分”是指从常压分馏塔或减压分馏塔回收的与“塔底馏分”相对的侧流产品，该塔底馏分表示从塔底回收的残留的较高沸点馏分。在本发明中，术语“塔底”还包括从存在于费-托冷凝物中的烯烃低聚反应衍生的塔底馏分和光亮油。 
馏出物馏分
用来制备本发明润滑基础油产品的馏出物馏分是如上述定义的费-托衍生产品的馏出物馏分。用于实施发明的馏出物馏分和本发明的费-托衍生润滑基础油调合物特征在于它们的实沸点(TBP)和它们的沸程分布。为了本发明的这个目的，除非另有说明，按照ASTM D-6352或其等同方法通过气相色谱法测定馏分的TBP和沸程分布。 
本发明馏分的关键性质是粘度。100℃下馏分的运动粘度必须约为2或更大但小于3厘沲，优选100℃下约为2.1到2.8，和最优选100℃下约2.2到2.7厘沲。 
本发明的馏出物馏分和润滑基础油的另一个关键性质是表示为Noack挥发性的挥发性。Noack挥发性定义为油的质量，以重量百分数表示，其是油在250℃和低于常压20mmHg(2.67kPa；26.7毫巴)的试验坩埚中加热时的损失，以恒定的气流抽吸该坩埚60分钟(ASTMD-5800)。用于评价Noack挥发性更方便的方法和与ASTM D-5800充分关联的方法是通过ASTM D-6375法使用热重分析仪试验(TGA)。除非另有说明，本发明始终使用TGA Noack挥发性。如上所述，100℃下具有低于3厘沲粘度的本发明第一馏出物馏分与具有同等粘度的常规石油衍生馏分相比具有比预期显著降低的TGA Noack挥发性，这使调合低粘度的第一馏出物馏分和较高粘度的第二馏出物馏分并还符合润滑油基础油和精制润滑剂的挥发性规范成为可能。 
塔底馏分
费-托衍生塔底馏分为高粘度高沸点馏分。典型地，塔底馏分100℃下具有至少9厘沲的运动粘度。费-托衍生塔底馏分而不是光亮油100℃下通常具有约9厘沲到约20厘沲的运动粘度，约10厘沲到约16厘沲的运动粘度是优选的。塔底馏分将含有大百分比的费-托蜡并且在室温下通常为固体。为了在调合馏出物馏分之前改进它的性质，进一步加工塔底馏分也许是有利的。例如，塔底馏分可能被加氢处理至双键饱和并除去所有杂质，例如可能存在的所有氧化物。还可以将塔底馏分异构化以改进其冷流性质。 
可以通过高度精制直接从费-托装置回收的含蜡塔底馏分制备费-托衍生光亮油。但是，因为费-托合成油通常不包含大部分重产品，通过存在于费-托冷凝物中的烯烃低聚制备至少部分光亮油可能是令人期望的。已经讨论过通过含有烯烃的费-托冷凝物的增浓和烯烃的低聚反应来产生更大的分子。典型地，生产光亮油的费-托衍生原料的加工包括脱蜡、加氢精制和分馏。如上所述，费-托光亮油是高粘度原料，其100°F下运动粘度在约15厘沲到约40厘沲的范围内。 
润滑基础油调合物
润滑基础油是具有以下性质的普通材料：100℃下粘度大于3厘沲，倾点低于20℃，优选低于0℃；和VI大于70，优选大于90。如以下例子中的解释和说明，按照本发明的方法制备的润滑基础油调合物符合这些标准。另外，本发明的润滑基础油具有独特的组合性质，该性质不能从回顾涉及常规和费-托材料的现有技术中预见。当较轻的馏出物馏分与较重的馏分调合时，本发明利用其高的VI获得具有用作润滑基础油可接受限制内粘度的最终调合物。 
本发明范围内的润滑基础油100℃下通常具有约3到约10厘沲的运动粘度。一般将润滑基础油调合到适用于制备供特殊领域使用的精制润滑剂的预定目标粘度。明显地，需要将调合物中各种馏出物和重馏分的比例将调整至符合润滑基础油调合物要求的目标粘度。在最终混合物中每种馏分的精确比率取决于每种馏分的精确粘度和润滑基础  油要求的目标粘度，以及要求的其它性质，例如，VI、挥发性、倾点、浊点等。 
通过调合馏出物馏分和重馏分形成的润滑基础油特征在于100℃下具有约3到约10厘沲的粘度和低于约45wt％的TGA Noack挥发性。通常，润滑基础油100℃下具有约4厘沲到约8厘沲的粘度和大于约12wt％的Noack挥发性。通常Noack挥发性大于约20wt％。但是，如果打算将润滑基础油调合物用于配制曲轴箱润滑油，Noack挥发性优选低于约30wt％。本发明的费-托衍生润滑基础油调合物的挥发性是可接受的，与常规的石油衍生润滑基油相比，其令人惊奇地具有馏出物馏分的低粘度。润滑基础油调合物中同等的石油衍生基础油的使用将导致不可接受的高Noack挥发性。通常，费-托衍生润滑基础油调合物的粘度指数(VI)为约130到约185。VI是粘度的温度效应的表达，令人惊奇的，使用100℃下具有低于3厘沲粘度的基础油制备的润滑基础油调合物的特征在于这种有利的VI。如前所述，更令人惊奇的，本发明的调合物通常获得高级的VI，即，润滑基础油调合物的VI高于期望的轻馏出物馏分和重馏分的平均VI。因为费-托烃通常具有非常低的总硫量，润滑基础油的总硫量通常低于约5ppm。通常衍生的溶剂处理的精制润滑基础油通常具有更高的硫含量，通常超过2000ppm。 
本发明范围的润滑基础油调合物通常具有至少450°F(约232℃)的沸程分布，典型地，费-托衍生润滑基础油调合物初馏点为约550°F(288℃)到约625°F(330℃)，终馏点为约1000°F(538℃)到约1400°F(760℃)，其中，少于20wt％的调合物沸点在50％沸点加上或减去30°F(16.7℃)限制的区域内。本发明润滑基础油沸程分布比观察到的常规润滑基基础油的沸程分布显著更宽。常规衍生润滑基础油的沸程通常不超过约250°F(约139℃)。在本发明中，当指沸程分布时，涉及的沸程为5％到95％的沸点。 
倾点是润滑基础油样品的在小心控制条件下开始流动的温度。除非另有说明，在本发明中给出倾点，它是通过标准分析法ASTM D-5950  测定。按照本发明制备的润滑基础油具有极好的倾点，其与常规衍生润滑基础油类似或更低。另外，已经观察到包含馏出物馏分和光亮油的调合物具有高级的浊点，即，浊点比由两组分组成的浊点的纯平均数显著地更低。在一些情况下，浊点比每一种组分的浊点显著地更低。优选这种调合物的浊点为15℃或更低。最后，由于费-托衍生基础油调合物极低的芳烃和多环环烷烃含量，它们的氧化稳定性远超过常规润滑基础油调合物。 
通过与低温启动有关的冷启动模拟器(CCS)表观粘度测定打算用于汽车发动机润滑油的润滑基础油和精制润滑剂的有用性质。在规定的-10℃到35℃温度下，其通过ASTM D5293测定。发动机润滑油规范，例如，SAE J300，包括用于多级发动机润滑油的CCS粘度的最高限制。对于本发明范围的精制润滑剂，如果打算将该润滑剂用作汽车发动机的多级发动机润滑油，-25℃下冷启动模拟器(CCS)表观粘度应该小于7000cP，优选-25℃下小于6500cP。 
精制润滑剂
精制润滑剂通常包括润滑基础油和至少一种添加剂。用于汽车、柴油发动机、汽油发动机、轮轴、变速器和工业领域的精制润滑剂。如上所述，精制润滑剂必须符合相关管理组织限制的打算供给领域的规范。已经发现本发明的润滑基础油适用于配制打算供给多数这种领域的精制润滑剂。例如，本发明的润滑基础油可以用于配制符合10W-XX，和15W-XX多级曲轴箱润滑油的SAE J300，2001年六月规范。尽管可以仅使用按照本发明制备的费-托衍生基础油配制一些符合的分级曲轴箱油，为了符合一些10W-XX和大多数15W-XX规范，期望将费-托衍生基础油调合物和常规石油衍生的润滑基础油，例如常规的中性I类或II类基础油调合以符合规范。典型地，当存在时，常规中性的I类或II基础油包含约40到约90wt％润滑基础油调合物，更优选从约40到约70wt％。本发明的费-托衍生润滑油还可以用来配制单级发动机润滑油，例如SAE20或SAE30，其大量地用于世界许多低温性能不关键的地  方。另外，本发明的费-托衍生润滑基础油还可以用来配制符合自动变速箱用油、NLGI Mark GC和LB润滑脂、和ISO粘度级22、32和46的工业油规范的精制润滑剂。
本发明的润滑基础油组合物还可以用作含有其它油的调合组分。例如，费-托衍生润滑基础油还可以用作含有合成基础油的调合组分，例如酯(单-、二-、二聚物-、多羟基-和芳香的)聚α烯烃、聚苯醚和聚二元醇以改进那些油的粘度和粘度指数性质。费-托衍生基础油还可以与异构化的石油蜡组合。它们还可以用作修井液、封隔液、取心液、完井液、和其它的油领域和维修井领域。例如，可以将它们用作解卡液以释放已经卡住的钻杆，或者它们可以用于代替部分和全部的井下施用的聚α烯烃润滑添加剂。此外，费-托衍生润滑基础油还可以用于钻井液配方，其中抑制页岩膨胀是重要的，例如美国专利No.4,941,981中所述。 
添加剂可以与润滑基础油调合至生成精制润滑剂组合物，其包括那些意图改进精制润滑剂的某些性质的添加剂。典型的添加剂包括，例如抗磨剂、清净剂、分散剂、抗氧化剂、降凝剂、VI改进剂、摩擦改进剂、破乳剂、消泡剂、防腐剂、密封增强剂等。其它的烃，例如美国专利Nos.5,096,883和5,189,012中描述的那些烃，可以与提供的精制润滑剂的润滑基础油调合，条件是精制润滑剂具有必需的倾点、运动粘度、闪点和毒性性质。典型地，精制添加剂中添加剂的总量落入约1到约30wt％的范围。但是，由于本发明费-托衍生润滑基础油极好的性质，使用比常规石油衍生基础油要求更少的添加剂可以满足用于精制润滑剂规范。配制精制润滑剂中添加剂的用途在文献中充分证实并在本领域熟练的人的能力以内。因此，在本发明中附加的说明是不必要的。 
实施例
包括以下的实施例来进一步阐明但不能解释为对本发明范围的限制。用于本文的℉和℃换算关系为 
实施例1
从使用钴基催化剂制备的费-托合成油中回收100℃下具有2到3厘沲运动粘度的两种费-托馏出物馏分(分别命名为FT-2.2和FT-2.4)。分析每一种馏分并与将它们的性质与粘度在相同的普通范围内的两种商用常规石油衍生油(Nexbase 3020和Pennzoil 75HC)相比较。四种样品性质的比较在以下示出： 
                        FT-2.2  FT-2.4  Nexbase 3020 Pennzoil 75HC 
100℃下的粘度(厘沲)     2.18    2.399   2.055        2.885 
粘度指数(VI)            123     125     96           80 
倾点(℃)                -37     -33     -51          -38 
Noack(wt.％)            52.3    56.64   75.1         59.1 
应当指出，尽管两种费-托衍生原料在100℃下的粘度与那些常规油的粘度相当，但VI却令人惊奇的高，这导致对于给定粘度挥发性降低很多。 
实施例2
从使用铁基催化剂制备的费-托合成油中回收命名为FT-14的费-托塔底馏分。随后对塔底馏分加氢处理。以下是FT-14的性质： 
100℃下的粘度(厘沲)          14.62 
粘度指数(VI)                 160 
倾点℃                       -1 
实施例3
通过调合不同比例的实施例1的FT-2.4和实施例2的FT-14制备两种不同的费-托衍生润滑基础油调合物。每一种调合物中FT-2.4和FT-14的比例在下面的表1中列出： 
表1 
    Wt％FT-2.2   Wt％FT-14
  润滑基础油A   60   40
  润滑基础油B   35   65
每种润滑基础油混合物的性质在下面的表2中列出： 
表2 
    润滑基础油A   润滑基础油B
  D-2887模拟的TBP(wt％)，°F    
  TBP0.5(初馏点)   593   596
  TBP5   616   634
  TBP10   630   659
  TBP20   656   708
  TBP30   680   765
  TBP40   705   1015
  TBP50   730   1032
  TBP60   760   1049
  TBP70   996   1065
  TBP80   1027   1089
  TBP90   1057   1136
  TBP95   1079   1182
  TBP99.5   1132   1251
  沸程分布(5-95)   463   548
  40℃下的粘度   21.00   38.62
  100℃下的粘度   4.969   7.718
  粘度指数   174   174
  倾点，℃   -29   -19
  -25℃下的CCS，cP＊     2293
  -35℃下的CCS，cP   1058   8570
  TGA Noack   37.85   22.47
*该性质表示冷启动模拟器(CCS)表观粘度，其是通过ASTM D-5293确定的汽车发动机中低温冷启动的测量值。 
应当指出，两种费-托调合物具有通过TGA Noack测定的挥发性，其适用于调合的发动机润滑油。还应当指出，每-种调合物的VI都高于FT-2.4或FT-14的VI，表明调合物实现了VI的提高。 
实施例4
上表2所示的费-托衍生润滑基础油的性质可以与如下表3列出的商用石油衍生的常规I类和II类轻中性基础油相比较。 
表3 
    ChevronTexaco  100R   普通海湾  溶剂100   海湾  H.P.100   美国埃克森  核心100
  API基础油种类  (API 1509E.1.3)   II   I   II   I
  D-6532模拟的TBP  (WT％)，°F        
  TBP5   659       647
  TBP10   677       672
  TBP20   703       703
  TBP30   723       725
  TBP50   756       761
  TBP70   786       796
  TBP90   825       839
  TBP95   842       858
  TBP99.5   878       907
  沸程分布  (5-95)   219       211
  40℃下的粘度   20.0   20.4   20.7   20.2
  100℃下的粘度   4.1   4.1   4.1   4.04
  粘度指数   102   97   97   95
  倾点，℃   -14   -18   -15   -19
  -25℃下的CCS，cP   1450   1430   1550   1513
  -35℃下的CCS，cP   ＞3000   ＞3000   ＞3000   ＞3000
  Noack Volatility，wt％   26   29   25.5   29.3
表2和表3的比较说明费-托衍生润滑基础油具有与常规I类和II类轻中性油类似的Noack挥发性。润滑基础油A与I类和II类轻中性油的运动粘度相当，而润滑基础油B的运动粘度显著地高。润滑基础油A具有比常规的轻中性油更低的倾点。本发明的费-托衍生润滑基础油还具有显著优良的VI值。 
实施例5
制备含有25wt％的FT-2.2和75wt％的FT-14的润滑油基础油调合物。发现其100℃下的运动粘度为9.007和VI为173。再一次表明调合物具有超过FT-2.2和FT-14 VI的VI值。 
实施例6
调合命名为FT-2.5的费-托馏出物馏分和命名为FT-BS的费-托衍生光亮油，该光亮油通过费-托衍生原料中烯烃的低聚制备。两种费-托衍生原料的性质如下： 
                        FT-2.5       FT-BS 
粘度100℃(厘沲)        2.583        30.12 
粘度指数(VI)            133          132 
倾点，℃                -30          -46 
浊点，℃                -16          -10 
Noack(wt.％)            48.94 
制备两种不同的费-托衍生润滑基础油调合物，每一种调合物中FT-2.5和FT-BS各自的比例在下面的表4中示出： 
表4 
      Wt％FT-2.5     Wt％FT-BS
  润滑基础油C     70     30
  润滑基础油D     30     70
每一种润滑基础油调合物的性质在下面的表5中列出： 
表5 
    润滑基础油C   润滑基础油D
  D-2887模拟的TBP(wt％)，°F    
  TBP0.5(初馏点)   599   604
  TBP5   617   634
  TBP10   630   664
  TBP20   656   728
  TBP30   684   809
  TBP40   711   1048
  TBP50   739   1114
  TBP60   773   1165
  TBP70   809   1210
  TBP80   1111   1261
  TBP90   1226   1312
  TBP95   1288   1335
  TBP99.5   1349   1373
  沸程分布(5-95)   671   701
  40℃下的粘度   20.70   84.14
  100℃下的粘度   4.799   12.58
  粘度指数   162   147
  倾点，℃   -23   -33
  浊点，℃   -16   -23
  -20℃下的CCS，cP＊     4,017
  -25℃下的CCS，cP＊     6,665
  -30℃下的CCS，cP   1,186   11,911
  TGA Noack   34.55   14.52
*该性质表示冷启动模拟器(CCS)表观粘度，其是通过ASTM D-5293确定的汽车发动机中低温冷启动的测量值。 
应当指出，两种费-托衍生调合物具有极好的VI、低倾点和低浊点。特别指出当调合物与FT-2.5和FT-BS的VI相比较时，证实其具有更高的VI。还应当指出与FT-BS相比浊点显著改进。润滑基础油D具有更好的浊点，即浊点显著低于FT-2.5或FT-BS的浊点。具有更好浊点的基础油在要求冷虑点，例如制冷油的产品中实用。基础油C，尽管单独用于发动机润滑油中挥发性太高，但可以进一步调合作为发动机润滑油的次要组分，或在其它润滑剂领域，例如传动液、工业油、稀释油、喷雾油、工艺油、液压油等用作主要组分。基础油D可用来制备15W 40发动机润滑油而不用添加粘度改进剂。 

Claims (19)

1.一种制备费-托衍生润滑基础油调合物的方法，其包括以适当比例调合费-托馏出物馏分和费-托衍生塔底馏分来生产费-托衍生润滑基础油，该基础油的特征在于100℃下的运动粘度为3到10厘沲，TGA Noack挥发性低于45wt％，初馏点在288℃到330℃的范围内，终馏点为538℃到760℃，其中低于30wt％的调合物在50wt％沸点加上或减去-4℃(25°F)限定的区域内沸腾，其中所述的馏出物馏分特征在于100℃下运动粘度为2厘沲或更大但小于3厘沲，其中100℃下费-托衍生塔底馏分的运动粘度为9厘沲到20厘沲。
2.权利要求1的方法，其中100℃下馏出物馏分的粘度为2.1到2.8厘沲。
3.权利要求2的方法，其中100℃下馏出物馏分的粘度为2.2到2.7厘沲。
4.权利要求1的方法，其中100℃下塔底馏分的粘度为10厘沲到16厘沲。
5.权利要求1的方法，其中费-托衍生塔底馏分是光亮油。
6.权利要求5的方法，其中光亮油是通过存在于含烯烃的费-托衍生冷凝物中的烯烃低聚生产的。
7.权利要求6的方法，其包括通过存在于冷凝物中的醇脱水使费-托冷凝物中烯烃浓缩的预备步骤。
8.权利要求6的方法，包括通过存在于冷凝物中烃的热裂化使费-托冷凝物中的烯烃浓缩的预备步骤。
9.权利要求1的方法，其中润滑基础油调合物具有低于30wt％的Noack挥发性。
10.权利要求1的方法，其包括将费-托润滑基础油调合物和至少一种添加剂调合以生产精制润滑剂的附加步骤。
11.一种费-托衍生润滑基础油调合物，其特征在于100℃下3到10厘沲的运动粘度；低于45wt％的TGA Noack挥发性；初馏点在288℃到330℃的范围内；终馏点为538℃到760℃；其中低于30wt％的调合物在50wt％沸点加上或减去-4℃(25°F)限定的区域内沸腾。
12.权利要求11所述的费-托衍生润滑基础油调合物，其在5％到95％点具有通过分析方法D-6352或其等同方法测定的至少232℃的沸程分布。
13.权利要求11所述的费-托衍生润滑基础油调合物，其中TGANoack挥发性为12wt％或更大。
14.权利要求13所述的费-托衍生润滑基础油调合物，其中TGA挥发性高于20wt％。
15.权利要求11所述的费-托衍生润滑基础油调合物，其中TGA挥发性低于30wt％。
16.权利要求11所述的费-托衍生润滑基础油调合物，其中VI为130到185。
17.权利要求11所述的费-托衍生润滑基础油调合物，其中总硫量低于5ppm。
18.一种精制润滑剂，其包括费-托衍生润滑基础油调合物和至少一种添加剂，其中费-托衍生润滑基础油调合物的特征在于100℃下的粘度为3厘沲到10厘沲，TGA Noack挥发性低于45wt％，初馏点在288℃到330℃的范围内，终馏点为538℃到760℃，其中低于30wt％的调合物在50wt％沸点加上或减去-4℃(25°F)限定的区域内沸腾并包括费-托馏出物馏分和费-托衍生塔底馏分，其中：
(a)所述的馏出物馏分特征在于100℃下粘度2厘沲或更大但小于3厘沲。
(b)所述的费-托衍生塔底馏分特征在于100℃下粘度不低于9厘沲。
19.权利要求18所述的精制润滑剂，其适合用作发动机润滑油曲轴箱润滑剂。
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