王澤愛，黃小珠，黃 波，陳遠(yuǎn)慶，張 浩

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

費(fèi)-托合成蠟的組成是飽和、長鏈的正構(gòu)烷烴[1]，具有硫、氮、芳烴含量極低，黏度指數(shù)高等特性[2-3]，是加氫法生產(chǎn)API Ⅲ類潤滑油基礎(chǔ)油(簡稱基礎(chǔ)油)的優(yōu)質(zhì)原料[4-6]。其核心是將高熔點(diǎn)的長鏈正構(gòu)烷烴加氫異構(gòu)，轉(zhuǎn)化為具有優(yōu)良低溫性能的異構(gòu)烷烴。姚春雷等[7]通過對(duì)常規(guī)加氫異構(gòu)催化劑異構(gòu)化選擇性的優(yōu)化，得到的Ⅲ類基礎(chǔ)油傾點(diǎn)和濁點(diǎn)分別不高于-18 ℃和-6 ℃。王子文等[8]通過對(duì)加氫精制、異構(gòu)裂化和異構(gòu)脫蠟等工藝的不同組合，得到傾點(diǎn)不高于-30 ℃的API Ⅲ類加氫基礎(chǔ)油。本研究以費(fèi)-托合成蠟為原料，采用生產(chǎn)Ⅱ類基礎(chǔ)油常規(guī)的加氫異構(gòu)/加氫精制工藝，以及適宜加工費(fèi)-托合成蠟原料的異構(gòu)脫蠟/加氫精制催化劑，在加氫中試裝置上考察費(fèi)-托合成蠟為原料和工藝參數(shù)對(duì)得到的API Ⅲ類基礎(chǔ)油低溫性能的影響，特別是對(duì)濁點(diǎn)的影響。濁點(diǎn)是基礎(chǔ)油重要的低溫性能指標(biāo)之一，低傾點(diǎn)、高濁點(diǎn)的基礎(chǔ)油在低溫下雖然具有較好的流動(dòng)性，但因少量的高碳數(shù)、低支鏈度的烷烴析出致使油品混濁，且析出物易堵塞潤滑油過濾器而影響油品的使用性能。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 加氫中試裝置及工藝參數(shù)

試驗(yàn)在200 mL加氫中試裝置上進(jìn)行。該裝置由進(jìn)料系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)、循環(huán)氫系統(tǒng)、冷卻分離系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。原料油經(jīng)加壓后依次進(jìn)入加氫異構(gòu)脫蠟反應(yīng)器和加氫精制反應(yīng)器；反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入冷卻分離系統(tǒng)，分離出的以氫氣為主的氣相進(jìn)入循環(huán)氫系統(tǒng)，液相產(chǎn)物經(jīng)汽提塔分離出氣相產(chǎn)物后進(jìn)入產(chǎn)品罐，然后采用2 L的蒸餾儀進(jìn)行切割分離，其切割溫度分別為280 ℃和395 ℃，得到的3個(gè)樣品餾程分別為小于310 ℃，250～420 ℃和大于350 ℃，與工業(yè)裝置輕質(zhì)白油料、2cSt基礎(chǔ)油和5cSt基礎(chǔ)油產(chǎn)品的餾程基本吻合。

基于以加氫尾油為原料的400 kt/a潤滑油加氫裝置的工藝參數(shù)，確定中型試驗(yàn)工藝參數(shù)，如表1所示，其中反應(yīng)壓力15 MPa和2.5 MPa、氫油體積比600和500分別是以加氫尾油為原料時(shí)該工業(yè)裝置的設(shè)計(jì)值和以費(fèi)-托合成蠟為原料時(shí)催化劑供應(yīng)商給出的推薦值。

表1 中型試驗(yàn)工藝參數(shù)

1.2 試驗(yàn)原料

70號(hào)和60號(hào)費(fèi)-托合成蠟為商業(yè)產(chǎn)品，60-1，60-2，60-3均為60號(hào)費(fèi)-托合成蠟切割出的輕餾分，且分別為60號(hào)費(fèi)-托合成蠟質(zhì)量的70%，50%，30%，其主要性質(zhì)見表2。由表2可知：隨著費(fèi)-托合成蠟餾分變輕，其黏度、黏度指數(shù)和熔點(diǎn)逐漸下降；所有樣品的硫和氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)均小于1 μg/g。

表2 費(fèi)-托合成蠟的主要性質(zhì)

2 結(jié)果與討論

2.1 以70號(hào)費(fèi)-托合成蠟為原料的試驗(yàn)結(jié)果

以70號(hào)費(fèi)-托合成蠟為原料，考察異構(gòu)化反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力和氫油比對(duì)基礎(chǔ)油低溫性能的影響，結(jié)果見表3。

由表3可見：在反應(yīng)壓力2.5 MPa條件下，隨著異構(gòu)化反應(yīng)溫度的提高和氫油比的增大，2cSt和5cSt基礎(chǔ)油的傾點(diǎn)逐漸降低，其濁點(diǎn)分別為-19 ℃左右和大于20 ℃。即使異構(gòu)化反應(yīng)溫度提升至348 ℃時(shí)，2cSt基礎(chǔ)油的傾點(diǎn)和濁點(diǎn)分別為-31 ℃和-19 ℃；5cSt基礎(chǔ)油的傾點(diǎn)已低于-15 ℃，且其收率已降至47.0%，但其濁點(diǎn)仍大于20 ℃。

表3 以70號(hào)費(fèi)-托合成蠟為原料的試驗(yàn)結(jié)果

在反應(yīng)壓力15 MPa、異構(gòu)化反應(yīng)溫度348 ℃、氫油體積比600的條件下，2cSt和5cSt基礎(chǔ)油的傾點(diǎn)分別為2 ℃和大于25 ℃，2cSt基礎(chǔ)油的濁點(diǎn)高達(dá)10 ℃。由于費(fèi)-托合成蠟在高壓下的異構(gòu)化反應(yīng)程度很低，以下試驗(yàn)中壓力確定為2.5 MPa。

在催化劑供應(yīng)商推薦的異構(gòu)化反應(yīng)溫度335～350 ℃條件下，70號(hào)費(fèi)-托合成蠟的異構(gòu)主反應(yīng)和裂解副反應(yīng)深度不夠，不僅導(dǎo)致其產(chǎn)物濁點(diǎn)較高，且5cSt基礎(chǔ)油樣品的100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度超出4.5～5.5 mm2/s的指標(biāo)范圍。

2.2 以60號(hào)費(fèi)-托合成蠟為原料的試驗(yàn)結(jié)果

針對(duì)以70號(hào)費(fèi)-托合成蠟為原料時(shí)得到的5cSt基礎(chǔ)油在室溫下渾濁和100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度高的問題，進(jìn)行了以60號(hào)費(fèi)-托合成蠟為原料，在壓力2.5 MPa、氫油體積比500、不同異構(gòu)化反應(yīng)溫度條件下的中型試驗(yàn)，得到的5cSt基礎(chǔ)油的性質(zhì)和收率見圖1。

圖1 不同反應(yīng)溫度下5cSt基礎(chǔ)油的性質(zhì)和收率

由圖1可見：以60號(hào)費(fèi)-托合成蠟為原料時(shí)，隨著異構(gòu)化反應(yīng)溫度的提高，5cSt基礎(chǔ)油的濁點(diǎn)、傾點(diǎn)、黏度指數(shù)和收率均逐漸下降；當(dāng)異構(gòu)化反應(yīng)溫度升至348 ℃時(shí)，5cSt基礎(chǔ)油的濁點(diǎn)和傾點(diǎn)分別降至-2 ℃和-27 ℃，但其黏度指數(shù)和收率已分別降至144和41.67%。異構(gòu)化反應(yīng)溫度越高，費(fèi)-托合成蠟的異構(gòu)化反應(yīng)程度越深，但同時(shí)也加大了高溫裂解副反應(yīng)的深度。催化劑供應(yīng)商推薦的異構(gòu)化反應(yīng)最高溫度為350 ℃，且在348 ℃時(shí)5cSt基礎(chǔ)油的收率已降至41.67%，因此沒有繼續(xù)開展提高異構(gòu)化反應(yīng)溫度的試驗(yàn)。

在異構(gòu)化反應(yīng)溫度分別為335，339，343，348 ℃的條件下，5cSt基礎(chǔ)油樣品的100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度分別為5.068，4.973，4.921，4.896 mm2/s，隨著異構(gòu)化反應(yīng)溫度的升高，基礎(chǔ)油的100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度緩慢下降，但仍在4.5～5.5 mm2/s的指標(biāo)范圍內(nèi)。

2.3 以60號(hào)費(fèi)-托合成蠟輕餾分為原料的試驗(yàn)結(jié)果

圖2為在反應(yīng)壓力2.5 MPa、異構(gòu)化反應(yīng)溫度348 ℃和氫油體積比500的條件下，以60號(hào)費(fèi)-托合成蠟及其輕餾分為原料時(shí)得到的5cSt基礎(chǔ)油的性質(zhì)和收率。為便于比較，同時(shí)列出異構(gòu)化反應(yīng)溫度343 ℃條件下以60-3費(fèi)-托合成蠟為原料時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)編號(hào)記為60-3*。

圖2 以60號(hào)費(fèi)-托合成蠟不同餾分為原料時(shí)得到的5cSt基礎(chǔ)油的性質(zhì)和收率

由圖2可知：以60號(hào)費(fèi)-托合成蠟為原料切割出的餾分越輕，得到的5cSt基礎(chǔ)油的傾點(diǎn)、濁點(diǎn)、黏度指數(shù)和收率越低；以60-2費(fèi)-托合成蠟為原料時(shí)，5cSt基礎(chǔ)油的濁點(diǎn)已降至-15 ℃，傾點(diǎn)降至-30 ℃，黏度指數(shù)降至138，但收率已降至35.67%；以60-3費(fèi)-托合成蠟為原料時(shí)，5cSt基礎(chǔ)油的濁點(diǎn)可降至-18 ℃，傾點(diǎn)降至-31 ℃，黏度指數(shù)降至136，但收率進(jìn)一步降至30.31%，將其異構(gòu)化反應(yīng)溫度由348 ℃降至343 ℃時(shí)，收率可提高至38.97%，且濁點(diǎn)為-15 ℃。

以60號(hào)、60-1、60-2和60-3費(fèi)-托合成蠟為原料時(shí)，得到的5cSt基礎(chǔ)油的100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度分別為4.896，4.803，4.751，4.696 mm2/s。費(fèi)-托合成蠟原料逐步變輕，得到的5cSt基礎(chǔ)油的100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度緩慢下降，但仍在4.5～5.5 mm2/s的指標(biāo)范圍內(nèi)。在滿足5cSt基礎(chǔ)油濁點(diǎn)指標(biāo)要求的前提下，以60-3費(fèi)-托合成蠟為原料時(shí)異構(gòu)化溫度由348 ℃降至343 ℃時(shí)，100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度由4.696 mm2/s提高至4.794 mm2/s。

由上述試驗(yàn)可知：費(fèi)-托合成蠟原料的組成對(duì)得到的5cSt基礎(chǔ)油的濁點(diǎn)有較大影響。圖3為60號(hào)費(fèi)-托合成蠟不同餾分的碳數(shù)分布。由圖3可見，4種原料的碳數(shù)均呈正態(tài)分布，隨著餾分變輕，分布曲線向低碳數(shù)方向移動(dòng)，且碳數(shù)大于40的烴類含量逐漸降低，60-2和60-3費(fèi)-托合成蠟碳數(shù)大于40的烴類比例分別為0.40%和0.23%。以碳數(shù)大于40的比例超過0.5%的費(fèi)-托合成蠟為原料時(shí)，得到的5cSt基礎(chǔ)油的濁點(diǎn)難以降至-15 ℃以下，這與高碳數(shù)的費(fèi)-托合成蠟異構(gòu)化難度更大有關(guān)。

圖3 60號(hào)費(fèi)-托合成蠟不同餾分的碳數(shù)分布

3 結(jié) 論

(1)以70號(hào)費(fèi)-托合成蠟為原料時(shí)，即使異構(gòu)化反應(yīng)溫度升至348 ℃，已接近催化劑供應(yīng)商推薦使用溫度的上限值，得到的5cSt基礎(chǔ)油的傾點(diǎn)雖已低于-15 ℃，但在室溫下仍然渾濁，100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度超出4.50～5.55 mm2/s的指標(biāo)范圍。低壓有助于異構(gòu)化反應(yīng)。

(2)以60號(hào)費(fèi)-托合成蠟為原料時(shí)，得到的5cSt基礎(chǔ)油的濁點(diǎn)、傾點(diǎn)、黏度指數(shù)、100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度和收率隨著異構(gòu)化反應(yīng)溫度的升高而逐漸降低。異構(gòu)化反應(yīng)溫度升至348 ℃時(shí)，5cSt基礎(chǔ)油的濁點(diǎn)和傾點(diǎn)分別降至-2 ℃和-27 ℃，黏度指數(shù)、100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度和收率分別為144、4.896 mm2/s和41.67%。

(3)以60號(hào)費(fèi)-托合成蠟的切割餾分為原料時(shí)，在相同的反應(yīng)條件下，餾分越輕，得到的5cSt基礎(chǔ)油的傾點(diǎn)、濁點(diǎn)、100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度、黏度指數(shù)和收率越低。以碳數(shù)大于40的烴類的碳比例不超過0.5%的60-2和60-3費(fèi)-托合成蠟為原料時(shí)，5cSt基礎(chǔ)油的濁點(diǎn)和傾點(diǎn)分別不高于-15 ℃和-30 ℃，黏度指數(shù)和收率分別不低于135和30%，100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度在4.5～5.5 cSt的指標(biāo)范圍內(nèi)。