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        國內環(huán)烷基原油減壓渣油生產150BS光亮油工藝研究及收率預測

        2019-11-07 11:04:48蔡烈奎張翠偵徐巖峰朱長申
        石油與天然氣化工 2019年5期
        關鍵詞:減壓渣油中海油烷基

        蔡烈奎 張翠偵 徐巖峰 朱長申

        中海油煉油化工科學研究院

        150BS光亮油是一種重要的高黏度潤滑油基礎油,廣泛應用于發(fā)動機油、重負荷齒輪油和各種潤滑脂等產品的生產[1-2]??死斠朗臼俏覈畲蟮?50BS生產基地,年產量在13×104t以上,以克拉瑪依油田的稠油減壓渣油為原料,采用溶劑脫瀝青工藝生產合適的輕脫油,采用了殼牌公司以異構脫蠟催化劑為核心的全氫型潤滑油加氫技術,專門生產150BS光亮油和大黏度基礎油[3-6]。大慶煉化公司煉油廠引進Chevron公司技術的異構脫蠟裝置生產黏度為20 mm2/s的基礎油,放置后出現(xiàn)絮狀物[7],后來就不再持續(xù)生產。荊門石化也生產一定量的BS光亮油,以120BS光亮油為主[8]。按照中國潤滑油市場情況,國內預計每年消耗150BS光亮油約40×104t。目前,國內所有生產廠家每年可生產約20×104t,其余20×104t需要進口。

        表1 國內幾種典型環(huán)烷基減壓渣油性質Table 1 Properties of several typical naphthene vacuum residues in China原料名稱密度(20 ℃)/(kg·m-3)100 ℃運動黏度/(mm2·s-1)w(殘?zhí)?/%軟化點/℃針入度/0.1 mm延度(10 ℃)/cmw(蠟)/%金屬質量分數(shù)/( mg·kg-1)FeCaMgVNi新疆減渣10.985 012.0047.185>1001.036.43661.09.75.216.1新疆減渣20.985 513.2746.2971131.355.2566.08.68.729.6中海油減渣10.979 3355.911.6424.4>300>1002.711.7145.42.60.81.5中海油減渣20.995 21 010.016.0334.9268.7>1003.037.622.18.421.253.8

        光亮油的生產與其原料密切相關,是否能夠生產質量較優(yōu)的光亮油需要一定的工藝技術。本研究選用國內4種典型的環(huán)烷基原油減壓渣油為原料,進行150BS光亮油的生產工藝研究,并力求尋找原料性質與150BS光亮油之間的關系。

        1 原料油性質

        在國內以4種環(huán)烷基減壓渣油為研究對象,其性質見表1。

        由表1中的數(shù)據可知:①從得到的4種減壓渣油性質來看,其共同點是密度較小,軟化點較低,延度較大,因環(huán)烷基油屬性,其金屬含量較高,特別是鈣、鐵、鎳含量均較高;②新疆減渣雖然密度小,但達到了高等級道路瀝青的主要指標要求。

        2 生產工藝研究

        2.1 溶劑脫瀝青試驗

        以上述4種減壓渣油為原料,在實驗室進行了溶劑脫瀝青試驗,中試裝置原料油進料規(guī)模1 kg/h,典型操作條件見表2,輕脫油產品性質見表3。

        對表2、表3中的數(shù)據進行分析,可得出以下結論:

        表2 4種減壓渣油丙烷脫瀝青試驗工藝條件和輕脫油收率Table 2 Technological conditions of propane de-asphalting and DAO yield of four vacuum residues原料萃取壓力/MPa萃取溫度/℃沉降溫度/℃劑油體積比輕脫油收率/%新疆減渣1457756∶131.64新疆減渣2480606∶132.20中海油減渣1455726∶149.21中海油減渣24608210∶131.80

        表3 4種輕脫油性質Table 3 Properties of four DAO原料100 ℃運動黏度/(mm2·s-1)40 ℃運動黏度/(mm2·s-1)黏度指數(shù)20 ℃密度/(kg·m-3)凝點/℃折光率(20 ℃)w(殘?zhí)?/%新疆減渣1109.4018①938.1101.517 70.93新疆減渣272.05334052916.251.505 30.98中海油減渣138.57101360931.1121.515 00.89中海油減渣237.96102456927.4231.514 80.99原料w(硫)/(mg·kg-1)w(氮)/(mg·kg-1)w(金屬)/(mg·kg-1)FeVCaNiMg新疆減渣11900990<0.2<0.21.8<0.2<0.2新疆減渣268532502.4<0.21.5<0.21中海油減渣122001878<0.2<0.20.2<0.2<0.2中海油減渣232701865<0.2<0.20.1<0.2<0.2 注:①40 ℃黏度測量超范圍,黏度指數(shù)為測量80 ℃黏度計算得到。

        (1) 從4種減壓渣油的丙烷脫瀝青工藝條件來看,丙烷抽提條件較緩和,輕脫油收率均較高,在31%以上,特別是中海油減渣1,其丙烷脫瀝青收率達到49%以上。

        (2) 4種減壓渣油得到的輕脫油黏度指數(shù)均不高,最高的是以中海油減渣1為原料得到的,其輕脫油黏度指數(shù)約為60。

        (3) 4種輕脫油的黏度、凝點數(shù)據表明,新疆減渣1得到的輕脫油黏度最高,其100 ℃運動黏度達到100 mm2/s以上,中海油減渣2得到的輕脫油黏度最低,其100 ℃運動黏度只有38 mm2/s。

        (4) 4種輕脫油凝點數(shù)據表明,新疆減渣2得到的凝點最低,只有5 ℃,中海油減渣2得到的輕脫油凝點最高,達到23 ℃。

        (5) 各輕脫油的金屬含量和殘?zhí)繑?shù)值表明,4種輕脫油基本滿足加氫裝置的進料要求。

        2.2 加氫工藝及加氫+酮苯脫蠟組合工藝研究

        分別以上述4種輕脫油為原料在實驗室進行了中試試驗,其中兩種新疆減渣和中海油減渣1采用加氫處理-異構脫蠟-補充精制三段加氫全加氫工藝路線,選用同樣的市售加氫處理催化劑、異構脫蠟催化劑和貴金屬精制催化劑;中海油減渣2采用了高壓加氫處理+酮苯脫蠟的組合工藝技術。其加氫中試試驗工藝條件見表4,光亮油產品性質見表5。

        對表4、表5中數(shù)據進行分析,得出以下結論:

        (1) 幾種輕脫油黏度相差較大,黏度指數(shù)也有差異,但得到同樣黏度指數(shù)的目標產品150BS光亮油,其加氫處理反應條件基本接近;說明一定的加氫處理反應溫度可以調整烴類的分子結構,大黏度輕脫油經過加氫處理,其黏度降低幅度更大。當其目標產物的黏度、黏度指數(shù)相近時,其分子結構也趨于接近。

        (2) 幾種輕脫油采用同樣的催化劑組合,得到150BS光亮油產品,其濁點有明顯差異,以中海油減渣1、新疆減渣1為原料時,其150BS光亮油基本沒有濁點問題;由中海油減渣2得到的輕脫油凝點最高,采用全加氫工藝時得到的光亮油濁點達到16 ℃,改為加氫處理+酮苯脫蠟工藝后,其濁點降低;由新疆減渣2得到的輕脫油凝點最低,但采用全加氫工藝時得到的光亮油濁點達到10 ℃,說明其降凝要求較為特殊,需要篩選針對性更強的異構脫蠟催化劑。

        表4 幾種渣油輕脫油高壓加氫工藝條件Table 4 High pressure hydrogenation process conditions of four residue DAO原料氫分壓(處理/降凝/精制)/MPa反應溫度(處理/降凝/精制)/℃體積空速(處理/降凝/精制)/h-1氫油體積比(處理/降凝/精制)新疆減渣115/15/15382/300/2600.4/1.0/1.61000∶1/600∶1/600∶1新疆減渣215/15/15382/325/2400.4/1.0/1.61000∶1/600∶1/600∶1中海油減渣115/15/15383/340/2600.4/1.0/1.61000∶1/600∶1/600∶1中海油減渣215/15/15384/345/2600.4/1.0/1.61000∶1/600∶1/600∶1中海油減渣215①375①酮苯脫蠟②100∶1① 注:①降凝和精制無數(shù)據。②采用加氫處理+加氫精制+酮苯脫蠟組合工藝,酮苯脫蠟工藝條件如下:溶劑組成:V(丁酮)∶V(甲苯)=50∶50;總的劑油質量比:3.5∶1;過濾溫度:-18 ℃;冷洗劑油質量比0.5:1,冷洗溫度:-18 ℃。

        表5 5種光亮油性質Table 5 Properties of five bright oils原料切割溫度/℃收率①/%100 ℃運動黏度/(mm2·s-1)40 ℃運動黏度/(mm2·s-1)黏度指數(shù)塞波特顏色/色號20 ℃密度/(kg·m-3)開口閃點/℃傾點/℃濁點/℃旋轉氧彈/min新疆減渣1≥48039.5029.67500.685+30881.3285-15-10 380新疆減渣2≥46055.6032.25589.283+30887.3281-15+10 420中海油減渣1≥49044.0430.27511.186+30886.9290-12-15②430中海油減渣2≥50040.8028.50485.583+30887.3305-15+16 440中海油減渣2≥49259.9027.93463.984+26895.1275-9-4 285 注:①收率均相對于輕脫油(DAO)。②油品凝固,沒有出現(xiàn)濁點。

        (3) 從異構脫蠟反應溫度和光亮油的傾點數(shù)據來看,在傾點相近時,由新疆減渣1得到的輕脫油,其異構脫蠟反應溫度最低,新疆減渣2得到的輕脫油其異構脫蠟反應溫度次之,中海油減渣1得到的輕脫油其異構脫蠟反應溫度較高,中海油減渣2得到的輕脫油其異構脫蠟反應溫度最高;說明凝點高的輕脫油蠟含量不一定高,凝點低的輕脫油蠟不一定容易脫除,輕脫油的異構脫蠟存在差異。

        (4) 對比中海油減渣2的兩種工藝,采用加氫處理+酮苯脫蠟組合工藝生產光亮油收率更高,但因含有一定量的芳烴,其氧化安定性略差。

        (5) 切割點數(shù)據表明,為滿足光亮油黏度指標,黏度指數(shù)低的輕脫油和黏度小的輕脫油均需要適當提高減壓蒸餾切割點,這也是導致收率低的原因之一。

        2.3 150BS光亮油收率的預測分析

        在光亮油的生產過程中,經常涉及到收率及經濟性的問題,能否經由簡單的原料分析判斷出150BS光亮油的收率較為重要??紤]到黏度和黏度指數(shù)在一定程度上代表了油品的分子組成,統(tǒng)計了以上4種環(huán)烷基減壓渣油輕脫油生產150BS光亮油時其輕脫油的黏度、黏度指數(shù)和150BS光亮油的黏度、黏度指數(shù)及收率,數(shù)據見表6。

        表6 4種環(huán)烷基輕脫油及其150BS光亮油的數(shù)據Table 6 Data of four naphthenic DAO and 150BS bright oil原料項目光亮油收率(相對DAO)/%100 ℃運動黏度/(mm2·s-1)黏度指數(shù)傾點/℃新疆減渣1DAO109.402010150BS39.529.6785-15新疆減渣2DAO72.05525150BS55.632.2583-15中海油減渣1DAO38.576012150BS44.030.2786-12中海油減渣2DAO37.965623150BS40.828.5083-15

        由前期分析可知,達到150BS光亮油質量要求時,4種輕脫油的加氫處理反應溫度基本接近。由此可以推斷,在一定的反應溫度下,不同來源的環(huán)烷基輕脫油得到了同質化的處理,可以考慮通過簡單的原料數(shù)據分析,如輕脫油的黏度和黏度指數(shù)來預測150BS光亮油的收率。

        如新疆減渣1,其100 ℃的運動黏度和黏度指數(shù)的乘積開平方的數(shù)值為:

        如新疆減渣2,其100 ℃的運動黏度和黏度指數(shù)的乘積開平方的數(shù)值為:

        如中海油減渣1,其100 ℃的運動黏度和黏度指數(shù)的乘積開平方的數(shù)值為:

        以上數(shù)據相比其150BS光亮油收率數(shù)據(無百分比),其差值分別為4.9、5.6和4.1,此差值范圍較小,基本在5左右。為了準確預測150BS光亮油收率,在此引入了-5%,主要考慮脫蠟造成的收率損失。經過歸納,基本可以得到以下預測150BS光亮油收率的公式:

        150BS光亮油收率≈-5%(蠟質量分數(shù)的修正)+

        并將此公式用于預測中海油減渣2光亮油收率,其收率為:

        實際其150BS光亮油收率為40.8%,偏差為0.3%,說明采用上述公式預測150BS光亮油的收率是可行的。

        同時,根據公式也可以預測,由環(huán)烷基輕脫油生產150BS光亮油時,其輕脫油原料的黏度及黏度指數(shù)均應適中,其100 ℃運動黏度數(shù)值×黏度指數(shù)數(shù)值的乘積數(shù)值越大,目標產品收率越高。

        3 結論

        (1) 不同來源環(huán)烷基原油的輕脫油采用全氫法生產150BS光亮油時,其加氫處理溫度接近,說明同類原油的輕脫油達到近似結構時所需反應溫度接近。

        (2) 選用的4種環(huán)烷基輕脫油生產150BS光亮油

        (3) 低黏度、黏度指數(shù)適中的輕脫油為得到較高的光亮油收率,可以通過加氫+酮苯脫蠟組合工藝生產150BS光亮油,但產品的氧化安定性略低。

        (4) 采用異構脫蠟工藝時,150BS光亮油的濁點與原料蠟含量關系不大,與蠟的組成結構和異構脫蠟催化劑是否適用于原料中的蠟有關。

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