隨著制造業的發展及環保形勢的緊迫，對潤滑油的質量要求越來越高。潤滑油基礎油在潤滑油中所占比例為70%～9%，由于僅靠改變添加劑配方已無法滿足更高的質量要求，因此對潤滑油基礎油的質量提出了新發展要求，需具有較高的粘度指數、良好的低溫流動性、更高的抗氧化安定性、較低的揮發性等性能。

 

國內75%以上的基礎油仍依靠“老三套”（即溶劑精制、溶劑脫蠟和白土補充精制）傳統工藝生產，雖然其具有不可完全取代的優勢，但產出的常規I類基礎油已達不到現代工業的要求，從而推動了傳統“老三套”生產工藝的轉變。通過采用改變石油餾分中分子結構的化學方法，尤其是基礎油生產首選的加氫工藝方法，基礎油能夠滿足潤滑油的新要求。

 

目前加氫處理工藝技術已成為世界生產潤滑油基礎油的主流技術，但從工藝流程、潤滑油應用范圍、生產經濟成本、生產現狀等各方面考慮，傳統老三套工藝與加氫工藝共同生產潤滑油基礎油局面將持續一段時期。

 

 

 

潤滑油基礎油最基本、最傳統的生產方法是物理法，即“老三套”傳統工藝，包括溶劑精制、溶劑脫蠟和白土補充精制等3個主要生產環節。“老三套”傳統工藝具有成本低廉、高黏度基礎油產率高、副產品石蠟熔點高的特點，而且通過溶劑精制方法生產的基礎油中還含有少量的芳烴，因此對氧化產物及添加劑都具有很強的溶解能力。

 

“老三套”工藝因其不可替代的優勢，仍然在潤滑油基礎油生產中占據重要地位。多年來，我國在擴大潤滑油生產能力的同時，對“老三套”生產工藝進行了以節能降耗、提高經濟效益為主旨的多項技改，已取得明顯效果。

 

(1) 溶劑精制

 

溶劑精制作為潤滑油生產過程中的傳統工藝，其主要作用是脫除油品中的稠環芳烴、膠質、瀝青質等，從而改善潤滑油的黏溫性質、抗氧化安定性、油品顏色、殘炭值等指標。工業生產中常用的溶劑有糠醛、苯酚和N－甲基吡咯烷酮(NMP)。目前國內主要采用的是糠醛溶劑裝置，其處理能力約占總處理能力的80%；其余大部分為苯酚精制裝置，只有很少的企業采用NMP精制裝置。

 

在歐美國家，苯酚精制基本上已被淘汰。在實驗室條件下采用分液漏斗間歇模擬法對潤滑油糠醛精制法進行評定。結果表明：該精制工藝可大幅度提高減三線餾分油的飽和烴含量，同時降低非理想組分的含量，從而有效地提高了餾分的黏度指數，改善了油品的色度；而且糠醛溶劑比越大、溫度越高，油品的質量越好。此外，研究人員也在潛心研究其他更加經濟環保的溶劑。以環丁砜為溶劑對再生廢潤滑油進行了研究。

 

結果表明：環丁砜精制的最佳工藝條件為劑油體積比1.4，精制時間30min，精制溫度120℃;在該工藝條件下，再生精制油收率為85.89%，黏度指數達103.62。然而，采用溶劑精制方法生產潤滑油基礎油對原油質量依賴性很大，并不是所有原油都可以用溶劑精制法生產潤滑油基礎油；而且無法生產黏度指數高、傾點低的Ⅱ類及Ⅲ類基礎油。

 

(2) 溶劑脫蠟

 

溶劑脫蠟為目前國內最常見的脫蠟技術，其目的是脫除油品中的石蠟，降低潤滑油基礎油的傾點。大多數國內外潤滑油基礎油生產企業都采用溶劑脫蠟和蠟脫油聯合工藝，以節約成本、降低能耗。常規的溶劑脫蠟工藝主要包括結晶、過濾、溶劑回收和冷凍等4部分，最常用的溶劑為甲苯和甲乙酮(丁酮)，一般會根據原料性質，選用一段脫蠟或兩段脫油工藝。

 

隨著科技的發展，在常規溶劑脫蠟工藝的基礎上，又發展出了一些更加高效節能的生產工藝。例如無冷凍脫蠟脫油技術、濾液全面循環溶劑脫蠟脫油、稀釋冷凍脫蠟法等。其中，無冷凍脫蠟脫油技術舍去了制冷換熱過程，采用一段脫蠟脫油組合工藝便可生產出含油量小于0.1%的石油蠟，大幅降低了操作成本。

 

濾液全面循環溶劑脫蠟脫油工藝中，第二段脫油濾液不再進入蠟下油回收，而是全部循環至脫油一段，用第一段脫油濾液代替脫蠟的冷點稀釋溶劑，從而降低冷凍負荷和熱負荷，進而提高裝置整體的經濟效益。稀釋冷凍脫蠟法是由美國埃索研究工程公司開發的新脫蠟方法。

 

大慶煉化潤滑油廠酮苯車間引進該生產工藝，依靠結晶器高度攪拌冷稀釋劑，使冷稀釋劑與含蠟油直接混合，增大蠟晶顆粒，降低熱消耗。采用該工藝生產出的蠟晶油含量低、脫蠟油收率高。撫順石化分公司石油一廠通過優化控制酮苯裝置，調節運行參數，在同等條件下將產品去蠟油的收率提高1%以上。

 

(3) 白土補充精制

 

白土補充精制工藝是指在一定溫度下，將油與白土充分混合后，經過加熱、蒸發、過濾等工序，利用白土的吸附性能，去除潤滑油中的不飽和烴、膠質、瀝青質、環烷酸皂、選擇性溶劑、氮化物、機械雜質、水分等雜質，從而使油品的顏色、抗氧化安定性、抗乳化度等指標得到改善。試驗研究表明:一些含硫化合物與含氮化合物，尤其是堿性氮化物會對潤滑油的氧化起促進作用。

 

因此，若要提高潤滑油基礎油的抗氧化性能，必須盡量脫除油品中的堿性氮化合物。白土補充精制工藝能有效地脫除油品中的殘余溶劑及含硫、氮、氧的極性化合物，但工藝過程中存在白土用量大、粉塵污染嚴重、精制油損失大等問題。針對傳統工藝中的這些缺點，又開發出潤滑油液相脫氮－白土精制工藝。該工藝過程中，液相脫氮技術能選擇性地脫除油品中大量的堿性氮化物，白土精制進一步吸附含硫、氮、氧的極性化合物。2種技術結合既顯著提高了精制油的抗氧化安定性、改善產品的顏色，又大大降低了白土用量，同時在一定程度上提高了精制油的收率。相較于傳統白土補充精制工藝，采用液相脫氮－白土精制組合工藝可節約白土加入量4%～7%，各側線基礎油收率可提高0.9%～1.3%，不僅具有一定的經濟效益，同時具有很好的環境效益。因此，近年來潤滑油液相脫氮－白土精制工藝已成為大多數潤滑油生產廠家普遍采用的一種方法。

 

遼河石化于2003年7月對原有的15萬t/a潤滑油液相脫氮－白土精制工業裝置進行完善，在實驗室研究的基礎上，一次試生產成功。相較于原白土補充精制工藝，遼河環烷基潤滑油的收率和質量均得到了顯著提高。試驗結果充分表明液相脫氮－白土精制組合工藝不僅適用于石蠟基潤滑油，同時也適用于環烷基潤滑油的脫氮。

 

我國基礎油含氮量普遍偏高，尤其是堿性氮含量。例如，大慶油因其堿性氮含量高，使得生產出的潤滑油基礎油氧化安定性較不穩定。絡合脫氮－白土聯合工藝有效地解決了困擾我國多年的難題，同時降低了白土的添加量。目前多數使用大慶油生產潤滑油的東北地區石化企業，都采用了該聯合工藝。如錦西石化分公司在安裝使用了絡合脫氮－白土聯合裝置后，產品質量明顯提高。裝置整體收率可達99%以上，白土加量降至1.5%，精制油旋轉氧彈指標(HVI150、HVI350)達到200min以上。絡合脫氮工藝與白土精制聯合工藝的應用，年減少廢白土約4000t，有效解決了粉塵污染的環境問題。

 

“無白土工藝”，即采用低溫高效吸附劑取代白土，可大幅減少油品損失，降低裝置能耗與生產成本，同時徹底解決了白土帶來的污染問題，因此具有良好的經濟效益和環保效益。我國在這一領域一直進行著積極的研究與嘗試。2003年，大連石化分公司在實驗室條件下，即吸附劑加入量為0.1%、溫度為85℃，應用自主研發的新型吸附劑精制出了達到質量標準要求的HVI650油品。這一研究成果為“無白土工藝”工業放大試驗提供了可靠依據。2006年，大連石化又成功地將潤滑油基礎油低溫吸附工藝技術實現工業化應用，這在國內屬于首創，為我國潤滑油基礎油“無白土工藝”發展指明了方向。

 

同年，大慶石化將“潤滑油裝置應用無白土精制工藝”定為重點技改項目，經過對數十種添加劑的對比考察，最終確定將湖北金鶴化工有限公司研制生產的BLS－X100型吸附劑代替活性白土，經過調合，生產出了品質優異的潤滑油產品，同時延長了設備的使用周期，大幅降低了生產成本。

 

 

支鏈烷烴和帶有長烷基側鏈的單環環烷烴是基礎油的理想組分，傳統的溶劑精制工藝只能利用物理方法選擇性地通過抽提去除低黏度指數的多環芳烴和其他雜環化合物，無法從根本上提高基礎油的收率、黏度指數與其他性能參數。而加氫裂化工藝通過深度加氫轉化反應，將多環芳烴變為支鏈烷烴和單環環烷烴等理想組分，從而從根本上提高了基礎油的收率。加氫裂化為化學反應，可改變烴類的結構組成，因此油品質量可發生質的變化。

 

此外，加氫裂化工藝受原料限制少，甚至可以從高氮高硫高芳烴等低質原料生產出高質量的潤滑油基礎油。加氫工藝過程中發生的化學反應主要有:雜環化合物脫除;芳烴飽和、環烷烴開環及異構化;正構烷烴或低分支異構烷烴臨氫異構化為高分支異構烷烴。其中，芳烴飽和、異構化反應是提高潤滑油基礎油黏度指數的關鍵。此外，工藝過程中還會伴有烷烴的加氫裂化以及帶有長烷基側鏈環烷烴的加氫脫烷基反應，這類反應會產生輕油，從而降低了基礎油收率。因此，在工藝過程中需要對這類反應進行抑制。

 

加氫工藝最早可追溯到20世紀30年代，加拿大首先實現了其工業化，應用加氫補充精制取代了白土精制。我國加氫工藝起步較晚，20世紀70年代，撫順石化公司(原撫順石油三廠)開始投入精力展開加氫技術研發工作。

 

我國是世界上少數擁有環烷基原油資源的國家。相較于其他非環保型潤滑油產品，環烷基潤滑油除了具有安全環保的優勢外，還具有較好的低溫性能與較強的溶解性，因此，在今后的電力、輪胎、合成橡膠、黏合劑、制冷劑、油墨生產等領域中，將取代現在的一些非環保產品，市場需求量也將大幅增加。

 

然而我國境內的環烷基原油酸值普遍較高，因此在加氫過程中，還要加入脫酸工藝。1989年1月，克拉瑪依石化投產建成了4萬t/a加氫脫酸裝置，1993年又新建20萬t/a加氫脫酸裝置，大港、遼河也相繼投產建設了加氫脫酸裝置。工藝過程中使用RN－1、RN－10、CH－4等催化劑，RG－1系列保護劑，取得了很好的效果。1995年，新疆克拉瑪依石化公司以環烷基原油為原料，建成了5萬t/a潤滑油加氫處理裝置，其加氫過程較為緩和，可將油品黏度指數提高40個單位;2000年又投產建成了一套30萬t/a的潤滑油高壓加氫裝置;此外，根據克拉瑪依地區環烷基稠油的特點，自主研制開發了達到國際先進水平的系列環烷基潤滑油產品。

 

 

隨著科技的迅猛發展與人們環保意識的提高，具有高黏度指數的APIⅡ、APIⅢ類基礎油受到越來越多的青睞。APIⅢ類基礎油的主要成分為異構烷烴，黏度指數(VI)大于120、飽和度大于90%，具有低揮發性、高黏度指數等高性能特點。溶劑脫蠟和催化脫蠟工藝加工方法是將具有高黏度指數的正構烷烴從油品中除去，而不能將其轉化為高黏度指數、低傾點的異構烷烴，并且造成基礎油的黏度指數低、收率低，因此無法滿足高質量基礎油的規格要求。異構脫蠟工藝針對產品特點，在專用分子篩催化劑的作用下，將高傾點的正構烷烴異構化為低傾點的支鏈烷烴，成為如今生產APIⅢ類基礎油的重要方法。

 

催化脫蠟工藝過程發生的主要反應為選擇性加氫裂化反應，其中需要裂解活性很強的分子篩作為催化劑。分子篩表面規則的孔結構可為正構烷烴的選擇性加氫裂化提供條件，同時可使進入孔道的環狀烴類的長側鏈與側鏈上碳數較少的異構烷烴發生裂化。1993年，美國的Richmand煉油廠研發出世界上第一套異構脫蠟催化劑裝置，開啟了潤滑油基礎油生產的新局面。近些年來，我國在該領域也取得了一些可喜的研究成果，技術日臻成熟。

 

2009年，大慶煉化公司將中國石油天然氣股份有限公司石油化工研究院與中國科學院大連化學物理研究所共同研制的異構脫蠟催化劑應用于20萬t/a的異構脫蠟裝置，有效提高了油品質量。2011年，大慶煉化分公司將我國自主研發的加氫預精制－異構化/非對稱裂化－補充精制技術(IAC技術)在20萬t/a潤滑油基礎油加氫裝置上進行工業應用。

 

結果表明:在溫和的生產條件下，幾種不同的原料油生產出的Ⅱ類中質基礎油和Ⅲ類重質基礎油收率較傳統的異構脫蠟技術提高9%～20%。2016年，中國石化石油化工科學研究院自主研發的RIW異構脫蠟技術在中國石化茂名分公司40萬t/a潤滑油加氫異構脫蠟裝置上工業應用成功，標志著我國異構脫蠟技術取得了又一項重要突破。

 

 

潤滑油基礎油質量是保證潤滑油質量最重要的一環，加速開展國內高質量潤滑油基礎油的生產及研發是爭取潤滑油市場的當務之急，特別是生產APIⅡ類、Ⅲ類的基礎油，其中采用加氫工藝是提高潤滑油基礎油質量的有效方法。目前，“老三套”傳統生產工藝及裝置在國內仍處于主導地位，且歷史悠久，而加氫工藝成本較為昂貴。因此，出于資源配置、經濟成本等考慮，對現有“老三套”裝置進行升級改造，采用傳統“老三套”工藝與加氫工藝的組合工藝將會有廣闊的發展空間，同時將大大提高潤滑油的質量，滿足不斷變化的市場要求。

 

同時，“老三套”工藝作為最傳統的生產潤滑油基礎油的方法，以其技術成熟、成本低廉等優點，很長一段時間內仍將在生產中占據重要地位。“無白土工藝”具有經濟環保等突出優勢，但要實現其大規模的工業化應用，還有很長的路要走。此外，在傳統的溶劑脫蠟工藝基礎上發展起來的加氫脫蠟、異構脫蠟等新工藝，在提高產品質量的同時，大幅降低了企業生產成本，同時減少了對環境的污染。

 

因此，在改進潤滑油生產工藝進程中，應大力推進加氫補充精制、異構脫蠟等新工藝的發展，提升我國高檔潤滑油生產企業以及煉油企業的綜合競爭力。