趙思萌 王玉龍 劉 通 王 波 馬克存 張 良

(1 中國石油石油化工研究院大慶化工研究中心，黑龍江 大慶 163714；2 蘭州中石油潤滑油添加劑有限公司，甘肅 蘭州 730060)

合成潤滑油的最初用途是為了滿足軍事上的需要。合成潤滑油工藝技術(shù)的進(jìn)步和產(chǎn)品質(zhì)量的提高以及市場需求的增加，推動(dòng)了合成潤滑油生產(chǎn)技術(shù)和商品化的發(fā)展。目前，合成潤滑油已被廣泛用于航空、汽車、機(jī)械等領(lǐng)域。當(dāng)前潤滑油市場整體需求增速已趨于放緩，但合成潤滑油在質(zhì)量穩(wěn)定性、使用周期、油耗、環(huán)保和設(shè)備維修等方面具有優(yōu)勢(shì)，因此其市場占比仍在逐年增加，發(fā)展空間仍在擴(kuò)大。

常見的合成潤滑油主要有聚烯烴類、合成酯類、聚醚類和烷基化芳烴等，聚烯烴類約占全球合成潤滑油市場份額的45%[1]，也是增長幅度最大、應(yīng)用最廣的合成油。目前聚烯烴合成潤滑油主要有：聚α-烯烴合成潤滑油(PAO)和聚乙烯合成潤滑油兩大類。

PAO是由α-烯烴經(jīng)催化聚合加氫得到的、具有規(guī)整結(jié)構(gòu)的烷烴低聚物，其中由茂金屬催化聚合得到的PAO一般稱為mPAO，由煤制烯烴合成的PAO稱為煤基PAO。PAO與傳統(tǒng)礦物潤滑油相比，具有黏溫性能、氧化安定性和低溫流動(dòng)性好，蒸發(fā)損失低等優(yōu)勢(shì)，是目前綜合性能最為理想的潤滑油基礎(chǔ)油，在國防、高端制造、民用工業(yè)中具有不可替代的作用。

另一類聚烯烴合成潤滑油是由乙烯在催化劑作用下，直接聚合得到的乙烯衍生新材料——聚乙烯潤滑油基礎(chǔ)油。聚乙烯潤滑油基礎(chǔ)油在色度、黏度指數(shù)、閃點(diǎn)、傾點(diǎn)、酸值和蒸發(fā)損失等性能方面，優(yōu)于同黏度等級(jí)條件下的PAO，具有良好的抗氧化安定性和流動(dòng)性，且不含硫、氮等雜質(zhì)，黏度易于控制，產(chǎn)品相對(duì)分子質(zhì)量分布窄[2]。

1 國內(nèi)外聚烯烴潤滑油市場和產(chǎn)能概況

目前國內(nèi)外的聚烯烴潤滑油產(chǎn)品主要為PAO，還沒有聚乙烯潤滑油的工業(yè)化商品生產(chǎn)。

全球PAO市場需求量較大，預(yù)計(jì)2025年將達(dá)到820 kt。而在產(chǎn)能方面，據(jù)kline咨詢公司統(tǒng)計(jì)，全球PAO產(chǎn)能約為1 Mt/a，但實(shí)際產(chǎn)量約為670 kt，其中低黏度PAO約為440 kt，中高黏度約為230 kt。?？松梨?ExxonMobil)、英力士(Ineos)、雪佛龍菲利浦(Chevron Philips)和朗盛(Lanxess)4家公司的產(chǎn)能約占全球總產(chǎn)能的90%。

生產(chǎn)PAO的原料大多為采用乙烯齊聚得到的C8～C10線性α-烯烴(LAO)，其中1-癸烯的應(yīng)用最為廣泛。但由于1-癸烯的市場供給不足，PAO產(chǎn)量增長緩慢。全球1-癸烯的供給主要集中在英力士、雪佛龍菲利浦、殼牌(Shell)、沙索(Sasol)、日本出光和三菱化學(xué)(Mitsubishi Chemical)等公司。英國石油、法國石油研究院(IFP)、中國石油、中國石化等也均有這方面的專利技術(shù)。

用于合成PAO的催化劑主要有AlCl3、BF3、茂金屬和離子液體催化劑等[3-6]。BF3催化劑因制備低黏度PAO時(shí)的高選擇性等優(yōu)勢(shì)，仍作為目前低黏度PAO生產(chǎn)的主要催化劑在使用。茂金屬催化劑主要用于制備高黏度和超高黏度PAO，因催化活性高、產(chǎn)物相對(duì)分子質(zhì)量分布窄等優(yōu)勢(shì)，成為近年來的熱點(diǎn)。2010年，埃克森美孚最先推出了茂金屬催化合成的mPAO產(chǎn)品[7-8]，并于2014年在德克薩斯州貝城投建了50 kt/a的mPAO工廠。接著，雪佛龍菲利普、英力士、日本出光(Idemitsu)、科聚亞(Chemtura)和英國石油(BP)等公司也利用自己的技術(shù)生產(chǎn)mPAO，且全球mPAO的生產(chǎn)也主要集中在這幾家公司。

我國在合成潤滑油的研發(fā)和生產(chǎn)方面與國外相比還有一定的差距，主要體現(xiàn)在原料選擇、催化劑種類、生產(chǎn)工藝以及產(chǎn)品質(zhì)量等方面[9]。國內(nèi)早先生產(chǎn)PAO的企業(yè)大都采用石蠟裂解的α-烯烴為原料，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，主要使用AlCl3為催化劑，降低了PAO的氧化安定性，另外有些產(chǎn)物沒有進(jìn)行充分加氫處理，導(dǎo)致產(chǎn)物的綜合性能不高。目前，國內(nèi)所用原料多為高純度1-癸烯，但主要依靠進(jìn)口，這也增加了PAO的生產(chǎn)成本。在催化劑和工藝的選擇上，國內(nèi)大多采用傳統(tǒng)的工藝技術(shù)，只在助催化劑和溶劑方面略有不同。同時(shí)在mPAO合成開發(fā)方面也比較落后，近幾年有關(guān)單位才開發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的mPAO生產(chǎn)技術(shù)并建有mPAO中試裝置。國內(nèi)目前合成潤滑油占比不到1%，但增速較快。在國內(nèi)供應(yīng)的PAO中，約有90%以上依賴于進(jìn)口，其中低黏度PAO用量最大。

2 國內(nèi)聚烯烴潤滑油企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀

2.1 民營企業(yè)PAO生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展

(1)沈陽奧吉娜化工有限公司

2004年沈陽奧吉娜化工有限公司被國家發(fā)展改革委員會(huì)批準(zhǔn)為“中國全合成油(PAO，聚α-烯烴)生產(chǎn)基地”，并于2006年采用自主開發(fā)的PAO生產(chǎn)技術(shù)承建了國內(nèi)第一個(gè)產(chǎn)能為20 kt/a的民企PAO生產(chǎn)基地。該生產(chǎn)基地所用原料主要來源于中國石油蘭州石化公司的石蠟裂解法癸烯，純度較低，生產(chǎn)的PAO質(zhì)量不高，因而沒有競爭力。

(2)沈陽市宏城精細(xì)化工廠

2008年，沈陽市宏城精細(xì)化工廠采用AlCl3催化聚合工藝生產(chǎn)中高黏度的PAO，產(chǎn)品供應(yīng)中國石化潤滑油有限公司等國內(nèi)市場，并先后出口德國、日本、韓國、俄羅斯、東南亞等國家與地區(qū)。

2011年，該廠開發(fā)出了脂肪醇制α-烯烴專利技術(shù)，能夠生產(chǎn)C8～C14系列及混合線性α-烯烴(LAO)，質(zhì)量達(dá)到了國際標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)開發(fā)出BF3催化體系聚合等工藝，實(shí)現(xiàn)了中低黏度系列PAO的穩(wěn)產(chǎn)量產(chǎn)。

目前該廠依托撫順軍用油生產(chǎn)基地進(jìn)行LAO和PAO的生產(chǎn)，PAO生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)規(guī)模為5 kt/a，利用自產(chǎn)LAO可生產(chǎn)PAO2～PAO100系列產(chǎn)品，產(chǎn)品收率達(dá)85%以上。

(3)上海孚科獅化工科技有限公司

上海孚科獅化工科技有限公司采用自有技術(shù)和高壓加氫工藝，在其南京化學(xué)工業(yè)園3 kt/a裝置上實(shí)現(xiàn)了低黏度至超高黏度PAO工業(yè)化生產(chǎn)。為滿足市場需求，該公司在南京和南通分別投建兩座PAO生產(chǎn)基地，總產(chǎn)能50 kt/a，生產(chǎn)PAO2～PAO100系列產(chǎn)品。該公司先期采用國產(chǎn)1-癸烯為原料，產(chǎn)品質(zhì)量有一定差距，后期采用進(jìn)口高純1-癸烯。但是該公司目前由于各種因素制約，已處于“休眠”狀態(tài)。

(4)上海納克潤滑技術(shù)有限公司

2008年4月，上海納克潤滑技術(shù)有限公司利用自主專利技術(shù)在上海投建的5 kt/a高黏度PAO裝置投入運(yùn)行，可生產(chǎn)PAO10～PAO100系列產(chǎn)品，產(chǎn)品注冊(cè)商標(biāo)“Sinosyn”。2015年起產(chǎn)品陸續(xù)出口北美、歐洲、東南亞等多地。

2014年6月，該公司采用傳統(tǒng)的路易斯酸催化體系和進(jìn)口原料，在上海浦東建成了一期產(chǎn)能達(dá)25 kt/a的現(xiàn)代化新工廠，其中含24 kt/a的PAO和1 kt/a的烷基萘，可生產(chǎn)PAO40、PAO100和PAO150產(chǎn)品。2018年調(diào)整為5 kt/a的PAO、7 kt/a的mPAO和10 kt/a烷基萘。

2018年5月，該公司與神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司合作，利用煤制α-烯烴，成功生產(chǎn)出超高黏度mPAO產(chǎn)品NacoFlow?V1000和V600，并已投入下游應(yīng)用，該產(chǎn)品可以完美替代傳統(tǒng)黏度指數(shù)改進(jìn)劑，并通過了美國國家衛(wèi)生基金會(huì)(NSF)H1級(jí)認(rèn)證。雙方還計(jì)劃以神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司4 000 kt/a煤制油的混合烯烴為原料，將合資建設(shè)100 kt/a煤基PAO項(xiàng)目。

2.2 國有企業(yè)PAO產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目進(jìn)展

(1)中國石油低黏度PAO連續(xù)化生產(chǎn)項(xiàng)目

原蘭州煉油化工總廠2 kt/a合成油裝置建于1987年，2011年裝置擴(kuò)能改造至10 kt/a，可生產(chǎn)PAO2、PAO4等7個(gè)品種[10]。2017年6月該裝置隨企業(yè)轉(zhuǎn)制重組到蘭州中石油潤滑油添加劑有限公司。

2019年，蘭州中石油潤滑油添加劑有限公司與中國石油天然氣股份有限公司石油化工研究院大慶化工研究中心合作，對(duì)該套裝置進(jìn)一步改造，實(shí)施國家“低黏度PAO基礎(chǔ)油清潔生產(chǎn)成套技術(shù)開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化示范”項(xiàng)目。2020年12月，該項(xiàng)目在新改造的工業(yè)裝置上成功生產(chǎn)出低黏度PAO系列產(chǎn)品，成為國內(nèi)首個(gè)采用連續(xù)生產(chǎn)工藝進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)PAO的成功范例。

(2)中國石化茂名全鏈條PAO生產(chǎn)技術(shù)項(xiàng)目

2019年6月，中國石化完成了“茂金屬PAO中試工藝包開發(fā)”項(xiàng)目[11]，該項(xiàng)目以mPAO小試研究數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，開發(fā)了以1-辛烯為原料生產(chǎn)規(guī)模為3 kt/a的mPAO中試裝置工藝包。2020年9月，該項(xiàng)目的中試裝置及配套設(shè)施通過了環(huán)評(píng)并在中國石油化工股份有限公司茂名分公司(以下簡稱茂名分公司)開工建設(shè)。

2021年6—7月，茂名分公司50 kt/a LAO裝置以及12 kt/a PAO裝置也分別投產(chǎn)，成功生產(chǎn)出原料LAO以及低黏度PAO系列產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了PAO從基礎(chǔ)原材料到產(chǎn)品的全鏈條技術(shù)國產(chǎn)化。

(3)山西潞安化工集團(tuán)煤基PAO項(xiàng)目

山西潞安化工集團(tuán)2013年9月與上海納克潤滑技術(shù)有限公司組建合資公司，在山西投建15 kt/a的PAO新工廠，并以自產(chǎn)煤制α-烯烴生產(chǎn)出了PAO150和PAO200，商品品牌SmartSyn，成為全球第一家生產(chǎn)高黏度煤基PAO的企業(yè)。后期因上海納克潤滑技術(shù)有限公司資金緊張，山西潞安化工集團(tuán)收購了對(duì)方50%的合資公司股權(quán)。

2017年11月，山西潞安化工集團(tuán)采用與中科院上海高等研究院合作研發(fā)的茂金屬催化合成低黏度mPAO專利技術(shù)[12]和自產(chǎn)煤制α-烯烴，投建全球首例煤基、國內(nèi)首套茂金屬催化劑生產(chǎn)低黏度mPAO示范裝置，可生產(chǎn)3 kt/a 4個(gè)黏度等級(jí)(4、6、8、10)的mPAO。該裝置于2019年9月建成，并完成了工藝參數(shù)及原輔料消耗數(shù)據(jù)的驗(yàn)證與采集。

2.3 聚乙烯合成潤滑油生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展

(1)南京中科康潤新材料有限公司

南京中科康潤新材料有限公司依托中科院上海有機(jī)化學(xué)研究所開發(fā)的乙烯直接催化聚合制聚乙烯合成油技術(shù)，于2019年在南京投建30 kt/a聚乙烯合成油產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目。該項(xiàng)目一期建設(shè)3 kt/a的含LPE40(2 250 t/a)、LPE4(750 t/a)兩種高低黏度的LPE全自動(dòng)生產(chǎn)線，并于2021年10月工程試產(chǎn)。該生產(chǎn)項(xiàng)目以二氯甲烷為反應(yīng)溶劑，采用固定床連續(xù)加氫工藝，溶劑易于回收利用，“三廢”少，生產(chǎn)成本低，乙烯轉(zhuǎn)化率可高達(dá)95%。

(2)江蘇奧克化學(xué)有限公司

江蘇奧克化學(xué)有限公司與中山大學(xué)高海洋教授簽訂了“催化乙烯齊聚制備高性能烯烴潤滑油”技術(shù)開發(fā)委托合同，所用技術(shù)無需加氫處理，即可得到飽和的高支化低相對(duì)分子質(zhì)量聚烯烴潤滑油，工藝路線更加簡單[13]。他們完成了百噸級(jí)間歇式中試，產(chǎn)品合格率可達(dá)99%，收率在97%以上，并準(zhǔn)備進(jìn)行千噸級(jí)中試實(shí)驗(yàn)，已于2021年開展萬噸級(jí)規(guī)?；a(chǎn)的準(zhǔn)備工作。

3 國產(chǎn)聚烯烴基礎(chǔ)油產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析

目前，中國潤滑油行業(yè)已向高品質(zhì)、高端化發(fā)展。高端潤滑油產(chǎn)品需求的增加、潤滑油升級(jí)換代的加速，帶動(dòng)了聚烯烴潤滑油的快速增長，其市場發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

近年來部分民營企業(yè)看到了市場機(jī)遇，已進(jìn)軍聚烯烴潤滑油領(lǐng)域，但受原料來源、裝置規(guī)模、技術(shù)經(jīng)驗(yàn)、產(chǎn)品質(zhì)量等因素影響，其所占市場份額相對(duì)有限。這些民營企業(yè)的創(chuàng)業(yè)者大多為高新技術(shù)人才，對(duì)市場商機(jī)敏感，對(duì)技術(shù)轉(zhuǎn)化信心十足，并且融資、投資等資金來源廣，在建設(shè)周期上時(shí)間短、進(jìn)度快。但這些民營企業(yè)在廠址選擇上易受到地方政策的影響；在建設(shè)程序、生產(chǎn)管理和裝置操作上，缺少相對(duì)成熟的綜合性化工管理經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)；企業(yè)相對(duì)分散、產(chǎn)能較小、產(chǎn)業(yè)鏈短，在規(guī)模上不具優(yōu)勢(shì)；在資金債務(wù)、疫情、貿(mào)易危機(jī)等情況下，市場抗風(fēng)險(xiǎn)能力弱。

國內(nèi)早期PAO生產(chǎn)企業(yè)多為國企，但受觀念、程序和政策等影響，技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)速度相對(duì)緩慢，成果轉(zhuǎn)化周期較長。目前國企也在進(jìn)行觀念轉(zhuǎn)變，如中石油蘭州潤滑油添加劑有限公司近年樹立“服務(wù)+品牌+技術(shù)”營銷策略，向民企學(xué)習(xí)和對(duì)標(biāo)，不斷提升客戶體驗(yàn)，探索新的原料來源，持續(xù)提升國產(chǎn)PAO品質(zhì)。而中國石化也在PAO項(xiàng)目推進(jìn)中，發(fā)揮央企集團(tuán)優(yōu)勢(shì)，組建生產(chǎn)、科研、銷售等多部門跨專業(yè)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)，開展協(xié)同創(chuàng)新研究，開創(chuàng)了產(chǎn)品“代理制銷售模式”和“邊開工、邊調(diào)整、邊銷售”的新模式。

國內(nèi)現(xiàn)有PAO的生產(chǎn)規(guī)模普遍較小，大多低于20 kt/a。同時(shí)，國內(nèi)1-癸烯等原料供應(yīng)不足，這也限制PAO產(chǎn)業(yè)規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大。

我國煤炭資源豐富，煤化工的發(fā)展使得煤制油生產(chǎn)α-烯烴成為現(xiàn)實(shí)。采用煤制α-烯烴生產(chǎn)PAO，拓展了原料來源，且成本較低。經(jīng)粗略估算，國內(nèi)現(xiàn)有煤化工企業(yè)的產(chǎn)能中，可分離出的α-烯烴原料能夠生產(chǎn)出約600 kt/a的低黏度PAO[14-15]。不過煤制油中α-烯烴的分離與精制技術(shù)還需進(jìn)一步深入研究，以降低其分離成本[16]。

我國乙烯產(chǎn)能逐年增加，但產(chǎn)能利用率逐年下降。聚乙烯潤滑油的國內(nèi)原料來源和工藝路線均在技術(shù)上可行，但從裝置區(qū)選址上更需要考慮靠近原料產(chǎn)地，以方便采用管道運(yùn)輸，從而在安全管理、經(jīng)濟(jì)成本和技術(shù)操作上更具有優(yōu)勢(shì)。另外聚乙烯潤滑油基礎(chǔ)油作為一個(gè)新的品種，尤其是在高端和特種潤滑油領(lǐng)域的應(yīng)用，需要一個(gè)市場接納的過程和考驗(yàn)。

4 結(jié)語

國內(nèi)聚烯烴潤滑油基礎(chǔ)油有著巨大的市場空間和發(fā)展?jié)摿?，如何盡快解決原料來源是重點(diǎn)，國內(nèi)乙烯齊聚制備α-烯烴技術(shù)，主要掌握在中國石油和中國石化，他們也是國內(nèi)乙烯產(chǎn)業(yè)大戶，可憑自身優(yōu)勢(shì)加快α-烯烴技術(shù)開發(fā)轉(zhuǎn)化進(jìn)程。如中國石油可充分利用其“石油和化工行業(yè)線型α-烯烴產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新中心”的優(yōu)勢(shì)，加快推進(jìn)1-癸烯等后續(xù)α-烯烴成套技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。

煤制α-烯烴生產(chǎn)PAO具有很大的競爭潛力，加快煤制油中α-烯烴分離與精制技術(shù)的研發(fā)，可降低成本，增強(qiáng)競爭力。

乙烯直接生產(chǎn)聚乙烯基礎(chǔ)油，可直接跨越乙烯齊聚制α-烯烴，是一條經(jīng)濟(jì)便捷的工藝路線，石油石化企業(yè)具有原料和技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

煤基PAO和聚乙烯基礎(chǔ)油是傳統(tǒng)PAO產(chǎn)業(yè)的有力競爭者，也將是我國聚烯烴合成潤滑油發(fā)展的中國特色。