王魯強，李國紅，郭慶洲，夏國富

(1.中國石化石油化工科學(xué)研究院，北京 100083；2.中國石化南陽能源化工有限公司)

費-托合成蠟加氫提質(zhì)生產(chǎn)基礎(chǔ)油和特種蠟技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用

王魯強1，李國紅2，郭慶洲1，夏國富1

(1.中國石化石油化工科學(xué)研究院，北京 100083；2.中國石化南陽能源化工有限公司)

采用中國石化石油化工科學(xué)研究院開發(fā)的費-托合成蠟加氫提質(zhì)生產(chǎn)基礎(chǔ)油和特種蠟工藝技術(shù)，以中國石化鎮(zhèn)海煉化分公司漿態(tài)床費-托合成中試裝置生產(chǎn)的費-托合成蠟為原料，在南陽精蠟廠3 kta加氫裝置進行了工業(yè)應(yīng)用試驗。結(jié)果表明，費-托合成蠟加氫提質(zhì)技術(shù)可以生產(chǎn)出傾點低于-30 ℃、黏度指數(shù)大于140的高質(zhì)量潤滑油基礎(chǔ)油和滴熔點達到90 ℃以上的特種蠟，驗證了該技術(shù)的可靠性。

費-托合成蠟 加氫提質(zhì) 基礎(chǔ)油 工業(yè)應(yīng)用

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，對能源的需求持續(xù)旺盛，我國原油進口規(guī)模不斷擴大，2014年原油進口量超過308 Mt，對外依存度達到59.5%，國際原油市場的波動對我國經(jīng)濟發(fā)展的影響力迅速增加。通過非石油路線合成液體燃料解決液體燃料供需問題，不僅滿足國家能源戰(zhàn)略安全需要，而且對國民經(jīng)濟長期穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展具有重要的促進作用。替代能源技術(shù)已成為世界各大能源公司關(guān)注的熱點。費-托合成技術(shù)是煤制油領(lǐng)域的核心技術(shù)，是國家能源安全戰(zhàn)略技術(shù)儲備需求的一項重要技術(shù)。作為一項戰(zhàn)略儲備技術(shù)，費-托合成技術(shù)最終要實現(xiàn)產(chǎn)品的商業(yè)化，費-托合成油加氫提質(zhì)技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)之一，也是提高費-托合成技術(shù)經(jīng)濟性的重要環(huán)節(jié)。目前國內(nèi)費-托合成產(chǎn)物提質(zhì)多采用生產(chǎn)中間餾分油的加氫技術(shù)，經(jīng)濟性較差。全球基礎(chǔ)油市場供大于求，結(jié)構(gòu)性矛盾突出。常規(guī)基礎(chǔ)油居主導(dǎo)地位，但需求量減少；非常規(guī)基礎(chǔ)油需求量增長，供不應(yīng)求。從全球基礎(chǔ)油的發(fā)展情況來看，Ⅲ類基礎(chǔ)油的發(fā)展狀況尤為令人關(guān)注?；A(chǔ)油的一項重要進展就是用費-托合成蠟來生產(chǎn)Ⅲ類基礎(chǔ)油[1]。費-托合成基礎(chǔ)油由于基本無硫、無氮、無芳烴及幾乎完全為異構(gòu)烷烴的結(jié)構(gòu)特點，表現(xiàn)出優(yōu)異的氧化安定性和高的黏度指數(shù)，其顏色為水白色。同時，費-托合成基礎(chǔ)油還具有生物可降解性[2]。但費-托合成蠟?zāi)c高達70～80 ℃，要生產(chǎn)傾點低于-30 ℃的優(yōu)質(zhì)潤滑油基礎(chǔ)油，降凝幅度達到100 ℃以上，這是一項世界性難題，對催化劑的開發(fā)及工藝技術(shù)都提出了嚴峻的考驗。有關(guān)由費-托合成蠟生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油加工技術(shù)的文獻多見于專利中[3-7]，采用費-托合成蠟生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油和蠟產(chǎn)品在國內(nèi)的應(yīng)用研究尚處于空白。為了充分利用費-托合成蠟的特點，最大量生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品，提高費-托合成技術(shù)的經(jīng)濟性，中國石化石油化工科學(xué)研究院(簡稱石科院)在實驗室開發(fā)了費-托合成蠟加氫提質(zhì)工藝中試技術(shù)。本文主要介紹石科院開發(fā)的費-托合成蠟加氫提質(zhì)生產(chǎn)高檔潤滑油基礎(chǔ)油和特種蠟技術(shù)在南陽精蠟廠3 kta加氫裝置的工業(yè)應(yīng)用結(jié)果。

1 工藝流程簡介

南陽精蠟廠加氫裝置建于1995年，設(shè)計生產(chǎn)醫(yī)藥級白凡士林，規(guī)模為3 kta。加氫裝置由氫氣壓縮工序、反應(yīng)工序、低壓分離及成品工序組成，配套甲醇制氫裝置及原料成品罐區(qū)，具有較好的公用工程基礎(chǔ)。裝置設(shè)計壓力為15 MPa，原料采用導(dǎo)熱油和電加熱方式加熱，3臺反應(yīng)器串聯(lián)，全流程系統(tǒng)保溫較好。通過對裝置進行適當改造和完善，達到費-托合成蠟加氫提質(zhì)生產(chǎn)高檔潤滑油基礎(chǔ)油和特種蠟的技術(shù)要求。

石科院開發(fā)的費-托合成蠟加氫提質(zhì)生產(chǎn)高檔潤滑油基礎(chǔ)油和特種蠟的技術(shù)包括兩種工藝方案。方案一是生產(chǎn)基礎(chǔ)油與特種蠟方案，工藝流程見圖1。費-托合成蠟首先進入穩(wěn)定加氫反應(yīng)器進行烯烴飽和、脫氧和脫酸等反應(yīng)，得到的加氫生成油滿足異構(gòu)降凝催化劑的進料要求。再經(jīng)過常減壓蒸餾，切割出顏色水白、滴熔點高的特種蠟產(chǎn)品。中間含蠟潤滑油餾分進一步經(jīng)過異構(gòu)降凝后精制生產(chǎn)高檔基礎(chǔ)油。方案一可同時生產(chǎn)2號、4號高檔潤滑油基礎(chǔ)油和滴熔點大于90 ℃的特種蠟產(chǎn)品。方案二是生產(chǎn)基礎(chǔ)油方案，工藝流程見圖2。費-托合成蠟首先通過穩(wěn)定加氫進行脫氧、烯烴飽和等反應(yīng)，得到的加氫生成油滿足異構(gòu)降凝催化劑的進料要求。經(jīng)常減壓蒸餾潤滑油餾分的物料進入異構(gòu)降凝反應(yīng)器，在一定條件下與異構(gòu)降凝催化劑反應(yīng)，使物流中的正構(gòu)烴進行充分異構(gòu)化，從而降低產(chǎn)品的傾點。經(jīng)過異構(gòu)化的物流進入后精制反應(yīng)器，進一步進行烯烴加氫飽和，從而改善產(chǎn)品的穩(wěn)定性和顏色。最后經(jīng)過進一步分餾切割得到2號、6號高檔潤滑油基礎(chǔ)油等目標產(chǎn)品。

圖1 生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油及特種蠟工藝流程示意

圖2 生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油工藝流程示意

由于現(xiàn)場工業(yè)裝置只有一套加氫單元，費-托合成蠟加氫提質(zhì)生產(chǎn)基礎(chǔ)油和特種蠟技術(shù)工業(yè)試驗分兩個階段進行，第一階段進行費-托合成蠟穩(wěn)定加氫試驗，生產(chǎn)出合格的異構(gòu)降凝反應(yīng)原料，第二步進行異構(gòu)降凝試驗生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)基礎(chǔ)油產(chǎn)品。

2 穩(wěn)定加氫工業(yè)試驗

費-托合成蠟主要由正構(gòu)烷烴和烯烴組成，硫、氮含量極低，含有一定量的以醇等有機物形式存在的氧。費-托合成蠟需經(jīng)過穩(wěn)定加氫將烯烴加氫飽和脫除氧、硫和氮等雜質(zhì)后才能進行后續(xù)的異構(gòu)降凝反應(yīng)生成基礎(chǔ)油產(chǎn)品。在生產(chǎn)石蠟產(chǎn)品時也需要穩(wěn)定加氫反應(yīng)改善石蠟產(chǎn)品的顏色和安定性。

裝填好的加氫精制催化劑經(jīng)過干燥、硫化、初活穩(wěn)定后通入費-托合成蠟，進行穩(wěn)定加氫工業(yè)試驗。此階段試驗分為兩種生產(chǎn)方案，方案一是以兼產(chǎn)石蠟和4號潤滑油原料；方案二以生產(chǎn)6號潤滑油原料為主。

費-托合成蠟的主要性質(zhì)見表1。產(chǎn)品性質(zhì)見表2～表4。從表1可以看出：費-托合成蠟的滴熔點為84.5 ℃，高于相同餾分段石蠟基油的凝點；餾程數(shù)據(jù)中，30%餾出溫度為385 ℃，表明適合生產(chǎn)潤滑油的組分約占原料質(zhì)量的70%。從表2可以看出：4號潤滑油基礎(chǔ)油原料的餾程范圍在292～485 ℃，6號潤滑油基礎(chǔ)油原料的餾程范圍在276～576 ℃，從餾程數(shù)據(jù)看，由于受到分餾裝置操作波動的影響，兩種基礎(chǔ)油原料均含有少量的輕餾分；4號潤滑油基礎(chǔ)油原料的滴熔點為57.5 ℃，6號潤滑油基礎(chǔ)油原料的滴熔點為78.5 ℃，都屬于高熔點的原料油，生產(chǎn)低傾點的潤滑油基礎(chǔ)油難度較大，需要進行深度的異構(gòu)降凝反應(yīng)。從表3可以看出，重質(zhì)蠟的滴熔點為95 ℃，含油量小于1.0%，而目前行業(yè)標準中最高微晶蠟牌號為85號，即滴熔點為82～87 ℃，含油量不大于2%，因此該重質(zhì)蠟適宜作特種蠟產(chǎn)品，生產(chǎn)滴熔點達到90 ℃以上的特種蠟。從表4可以看出，柴油餾分的凝點為11 ℃，十六烷指數(shù)為86.7，可以作為高十六烷值的柴油調(diào)合組分。

表1 費-托合成蠟的主要性質(zhì)

表2 含蠟潤滑油餾分的主要性質(zhì)

表3 重質(zhì)蠟的主要性質(zhì)

表4 柴油餾分的主要性質(zhì)

表5～表6為生產(chǎn)4號和6號潤滑油基礎(chǔ)油原料的穩(wěn)定加氫的物料平衡數(shù)據(jù)。從表5和表6可以看出：穩(wěn)定加氫過程比較緩和，基本上沒有裂化反應(yīng)發(fā)生，因此物料損失很少，方案一中，化學(xué)氫耗為0.15%，柴油餾分收率為8.45%，4號潤滑油基礎(chǔ)油原料收率為57.31%，特種蠟組分收率為32.45%；方案二中化學(xué)氫耗為0.2%，6號潤滑油基礎(chǔ)油原料收率為80.46%。

表5 費-托合成蠟穩(wěn)定加氫方案一的物料平衡數(shù)據(jù)

表6 費-托合成蠟穩(wěn)定加氫方案二的物料平衡數(shù)據(jù)

3 異構(gòu)降凝工業(yè)試驗

異構(gòu)降凝催化劑裝填完畢后，對裝置系統(tǒng)進行干燥、氫氣氣密、鈍化初活等操作。在初活穩(wěn)定結(jié)束后，通入上階段生產(chǎn)的4號潤滑油原料與6號潤滑油原料，在異構(gòu)降凝體積空速為0.8 h-1、反應(yīng)溫度及反應(yīng)壓力為基準的條件下，生產(chǎn)出低冰點的噴氣燃料、低凝點的柴油餾分、高黏度指數(shù)的基礎(chǔ)油產(chǎn)品。表7～表9列出了各餾分段產(chǎn)品的性質(zhì)。從表7可以看出，噴氣燃料的閃點為41 ℃，冰點小于-60 ℃，初餾點為147 ℃，10%餾出溫度為195 ℃，終餾點為292 ℃，基本性質(zhì)滿足ASTM D7566 附錄1的質(zhì)量指標要求，可以作為生物噴氣燃料的調(diào)合組分。從表8可以看出，低凝柴油的凝點低于-50 ℃，十六烷指數(shù)為78，可以作為低凝柴油的調(diào)合組分。另外，由于柴油餾分不含芳烴組分、無硫無氮，可以通過精密分餾生產(chǎn)高檔無芳溶劑油產(chǎn)品，以提高產(chǎn)品附加值。從表9可以看出：2號潤滑油基礎(chǔ)油的傾點小于-34 ℃，100 ℃運動黏度為2.186 mm2s，外觀無色透明，可以作為變壓器油或金屬加工液產(chǎn)品；6號潤滑油基礎(chǔ)油的傾點小于-30 ℃，100 ℃運動黏度為6.220 mm2s，黏度指數(shù)為154，外觀無色透明；4號潤滑油基礎(chǔ)油的傾點小于-34 ℃，100 ℃運動黏度為4.050 mm2s，黏度指數(shù)為142，外觀無色透明，從基礎(chǔ)油產(chǎn)品性質(zhì)看，黏度指數(shù)高于140，可用于高檔潤滑油產(chǎn)品的調(diào)合。

表7 噴氣燃料的主要性質(zhì)

表8 柴油餾分的主要性質(zhì)

表9 基礎(chǔ)油的主要性質(zhì)

為了進一步考察費-托合成蠟改質(zhì)后所產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油的質(zhì)量，將其與PAO及相應(yīng)Ⅲ類加氫基礎(chǔ)油性質(zhì)進行比較，結(jié)果見表10。從表10可以看出，費-托合成蠟改質(zhì)生產(chǎn)的費-托合成基礎(chǔ)油性質(zhì)與PAO基本相近，可以生產(chǎn)API Ⅲ類以上的高質(zhì)量潤滑油基礎(chǔ)油，這些基礎(chǔ)油黏度指數(shù)高、蒸發(fā)損失低，是調(diào)配高檔潤滑油的原料，可以滿足日益嚴格的汽車發(fā)動機用潤滑油的需要。副產(chǎn)的噴氣燃料無硫、無芳烴、冰點低，是清潔的噴氣燃料添加組分，可以替代部分PAO使用。從經(jīng)濟性方面考慮，目前PAO的價格約為3萬元t，而常規(guī)Ⅲ類基礎(chǔ)油市場價格為8 000～9 000元t，由費-托合成基礎(chǔ)油替代PAO，具有可觀的經(jīng)濟效益。

表10 費-托合成基礎(chǔ)油與常規(guī)基礎(chǔ)油的主要性質(zhì)對比

4 結(jié) 論

石科院開發(fā)的費-托合成蠟加氫提質(zhì)生產(chǎn)高檔潤滑油基礎(chǔ)油和特種蠟技術(shù)在南陽精蠟廠3 kta加氫裝置的工業(yè)應(yīng)用成功驗證了該技術(shù)的可靠性，采用該技術(shù)可以生產(chǎn)黏度指數(shù)140以上的4號基礎(chǔ)油、6號基礎(chǔ)油、優(yōu)質(zhì)的2號基礎(chǔ)油，滿足ASTM D7566 附錄1指標要求的噴氣燃料餾分，凝點小于-30 ℃的柴油餾分，以及滴熔點達到90 ℃以上的特種蠟。

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COMMERCIAL APPLICATION OF HYDROUPGRADING TECHNOLOGY FOR PRODUCTION OF BASE OIL AND SPECIALTY WAX FROM F-T WAXES

Wang Luqiang1， Li Guohong2， Guo Qingzhou1， Xia Guofu1

(1.SINOPECResearchInstituteofPetroleumProcessing，Beijing100083；2.SINOPECNanyangEnergyandChemicalCompany)

The F-T wax hydroupgrading technology for producing high quality base oil and specialty waxes was applied in a 3 kta hydrotreating unit of Nanyang Wax Fine Chemical Plant. The raw material F-T wax is from the slurry bed in pilot plant of Zhenhai Refining & Chemical Company. The commercial practice shows that the base oil with pour point <-30 ℃， viscosity index >140 and the specialty wax with melting point >90 ℃ can be produced， indicating the reliability of this technology.

F-T wax； hydroupgrading； base oil； commercial application

2015-10-16； 修改稿收到日期： 2016-01-28。

王魯強，工學(xué)博士，高級工程師，主要從事潤滑油加氫生產(chǎn)工藝研究工作。

王魯強，E-mail：wanglq2.ripp@sinopec.com。