国内外矿物油基础油生产技术探究

　　1 矿物油基础油

　　1.1“老三套”基础油生产工艺

　　“老三套”基础油生产工艺流程通常由溶剂抽提、溶剂脱蜡装置和白土精制装置构成，三套装置属于独立的装置，各自分担抽提低粘度指数的多环芳烃、脱除蜡组分和脱硫氮等职能，将蒸馏装置或丙烷脱沥青装置来的蜡油原料或脱沥青渣油按照三步法生产基础油。

　　近几十年来，“老三套”工艺原理上基本没有大的变化，传统溶剂精制工艺之所以长期存在，其优点是高粘度基础油产率高，能副产高熔点石蜡和芳香基橡胶油等。缺点是对原油品种的适应性较差，无法生产高粘度指数、低倾点、低硫氮含量和低芳烃含量的API II类和III类基础油，对环境污染程度高。

　　1.2 加氢法基础油生产工艺

　　加氢法基础油生产工艺最早出现在20世纪60年代初期，首先从加氢精制取代白土精制开始。基础油生产技术逐步向加氢技术转变，逐步经历了加氢精制，加氢裂化/处理，催化脱蜡，异构脱蜡阶段。加氢生产工艺具有收率高、操作灵活性大等优点，加氢基础油具有好的粘温性能、低温流动性能、低挥发性能和抗氧化安定性，特别是用于生产调配大跨度润滑油的低黏度基础油、具有极低CCS黏度和低挥发度的API III类基础油只能用加氢法生产。

　　随着各种相对独立的加氢技术不断融合集成，1981年美国Mobil公司开发出的催化脱蜡（MLDW）生产润滑油技术，在澳大利亚Mobil的阿德莱德炼油厂第一套工业装置建成投产，标志着采用全氢法生产优质润滑油时代的开始，基础油生产逐步向全加氢型装置转变。

　　加氢处理和加氢裂化属于改善油品粘温性能和脱除硫、氮、氧等杂质的工艺过程，区别是加氢处理过程相对比较缓和，以加氢为主，产品收率较高，而加氢裂化过程裂化深度较大，产品的粘度指数较高，产品收率相对低。Shell、Chevron、IFP和中国石油化工科学研究院都拥有加氢处理技术。国内外加氢法润滑油生产工艺组合较为着名包括以下工艺。

　　1.2.1 Chevron公司的润滑油异构脱蜡工艺（IDW技术）

　　Chevron公司是世界上第一个采用加氢处理-异构脱蜡-加氢后精制三段全加氢工艺路线生产基础油的专利商。1993年，该公司推出的异构脱蜡（IDW）工艺在美国雪佛龙公司里奇蒙（ Richmond） 炼油厂一次投产成功，引起业内重视。工业装置的进料有溶剂精制油、减压馏分油和脱沥青油，可生产各种黏度等级的基础油，其流程如图1所示。

　　IDW 工艺的特点是采用了Pt /Pd 贵金属催化剂，通过将原料中的蜡组分进行异构化反应转化为理想的多支链烷烃组分，与之前的催化裂化脱蜡和溶剂脱蜡工艺相比大幅度提高了基础油收率，改善了基础油的低温性能，具有较高的粘度指数。

　　IDW 工艺的催化剂功能主要包括酸性功能和加氢\脱氢功能，酸性载体（SAPO-11 和ZSM-5 组成的分子筛）提供异构化\裂化的酸性位，金属位（贵金属）提供加氢\脱氢功能。Chevron公司的异构脱蜡技术在首次成功应用后，相继进行了第一代催化剂（ICR-404）、第二代催化剂（ICR-408）、第三代催化剂（ICR-418）、第四代催化剂（ICR-422）等多次的催化剂升级，近年来，又相继开发了ICR-424、425、432等多个牌号的催化剂，整体而言，针对矿物油为原料的II类、III类基础油的生产，IDW技术目前已处于成熟阶段，相关技术研发也仅在局部进行改进，不会再有大的突破。

　　1.2.2 Shell公司的基础油生产工艺（XHVI\RHC技术）

　　Shell公司在基础油生产技术方面拥有超高粘度指数（XHVI）工艺技术和溶剂精致-加氢混合法（RHC）工艺技术。

　　其中XHVI技术包含两种流程：【1】

　　
　　①以含蜡油为原料，生产粘度指数为145~150的基础油，产品中芳烃含量低于0.3%,性质类似于合成油；②以软蜡为原料，采用两段加氢异构化生产超高粘度指数基础油，产品组成与合成油相近。

　　XHVI技术的特点是，能够生产粘度指数超高的基础油产品，从而可调合顶级润滑油产品，占领高端市场。

　　RHC技术又称为混合法技术，是将加氢和溶剂精制技术相结合的非异构脱蜡加工技术，该技术可以生产粘度指数较高、挥发性较常规API II类基础油更低的API II+基础油。

　　Shell公司在收购标准公司后，拥有了成熟的加氢裂化-异构脱蜡技术，该技术已积极参与国际市场的竞争，近年来全球的应用业绩日渐增多，已与Chevron和ExxonMobil形成鼎足之势。

　　1.2.3 中石化石油化工科学研究院（RIPP）公司的基础油生产工艺（RLT\RIW 技术）

　　国内的RIPP是较早开展加氢法基础油生产技术的单位，长期与各基础油生产企业深度合作，开发了一系列加氢精制、加氢处理、催化脱蜡和加氢后精制技术，RLT技术是RIPP针对“老三套”工艺改造而开发的技术，目的是提高基础油档次，同时减少投资和操作费用。RLT技术为溶剂精制和加氢处理组合工艺，流程图如图2所示，该技术在中石化荆门石化20万吨/年加氢处理装置成功应用，可以生产HVI和VHVI基础油。

　　1999年RIPP完成具备完全自主知识产权的全氢法基础油生产工艺的开发，1吨/年润滑油高压加氢装置，该装置采用三段加氢：加氢裂化→催化脱蜡→加氢后精制，该装置建成投产为克石化的技术升级和提升产品质量做出重大贡献，提升了克石化与国外厂商竞争的能力。在异构脱蜡技术方面RIPP也已进行了多年的技术研究，基本具备了相关的技术，但尚未工业应用的报道。

　　总体而言，RIPP的加氢法基础油生产技术的工业化应用业绩与国外厂商相比存在相当的差距，仍需加大科研开发力度，积极参与工业应用市场的竞争。

　　2 天然气合成油（GTL）生产基础油技术

　　GTL工艺发明于20世纪20年代，工业应用研究起始于20世纪70年代，最初主要设计生产柴油和石脑油，后来逐步探索同时生产特种蜡和润滑油基础油。

　　GTL生产工艺主要使用费-托合成技术，将天然气转化为中间馏分油和石脑油等石油燃料，其副产物为长链石蜡，长链石蜡一方面可以生产特种蜡产品，另一方面也是生产高品质润滑油基础油的绝佳原料。严格意义上讲，GTL技术生产基础油与常规的全氢法技术生产基础油的区别只是原料的不同，前者原料为GTL技术生产的长链石蜡，后者为常规的矿物油馏分油。

　　GTL技术生产的基础油指标详见表1.如表1所示，GTL基础油的粘度指数超高，可与PAO相比拟，而其挥发度明显低于III类基础油；相对而言GTL基础油的倾点接近III类基础油，高于PAO基础油。研究表明，GTL基础油对降凝剂有良好的配伍性，可以有效降低倾点指标。

　　除了高品质外，GTL基础油在生产成本方面也具有优势。一些研究表明，成熟市场上取得的GTL基础油生产成本可与常规基础油相比拟，但其性能突出，因此更具竞争优势，长期来看，在大量基础油上市的情况下，必然会对常规的II、III类基础油形成冲击。

　　GTL基础油对基础油市场的影响较大，直接与传统的II、III类基础油展开竞争，随着高性能轿车发动机油配方的发展，GTL生产的超高粘度指数基础油市场需求巨大，在市场上的竞争力会日益增加，但完全替代传统基础油显然是不可能的，因为GTL基础油主要面向该性能车用油领域，在工业用油或高负荷油品领域并不具有竞争优势。

　　GTL的核心是费-托合成技术，目前Sasol、ExxonMobil、Chevron等公司拥有该技术，该技术一般都不转让给其他用户或国家，引进技术不可能，合资建厂通常会有苛刻的条件限制。我国中科院山西煤化所、大连化物所、石科院和中国石油大学等已开展了相关的技术研究，其中也有一部分研究包括生产GTL基础油技术，但尚没有进行工业装置建设。

　　3 合成基础油技术PAO

　　合成润滑油基础油包括聚α-烯烃油（PAO）、酯类油、聚醚类油（PAG）、硅油、硅酸酯类油等，而以PAO为最广泛通用的品种。聚α-烯烃（（PolymerAlpha Olefins,简称PAO）技术，是一种由化学合成方法制备的合成烃类润滑油，被认为是目前最具发展潜力的合成润滑油。聚α-烯烃一般是由α-烯烃（主要是C8~C10）在催化剂作用下聚合，经脱催化剂后处理、蒸馏、加氢而获得的一类具有比较规则的长链烷烃。

　　国外采用合成法生产基础油并最早推向市场的企业为美国Mobil公司，20世纪70年代首先推出了采用合成基础油生产的“Mobil 1”牌号的发动机油，获得世人注意。

　　PAO属于IV类基础油，与其他类型的合成油相比，综合性能优良，原料来源丰富低廉，因此诸如ExxonMobil、BPAmoco及Chevron等早期研发并掌握了先进生产技术的公司逐步占据了顶级润滑油的市场，并取得了高额利润。

　　结语

　　（1）国外加氢法生产技术主要由Chevron、ExxonMobil、Shell等国际性大公司掌握并垄断，这是国外公司秉承的以市场为先导和技术至上的理念所决定的。加氢法基础油生产技术已成为生产API II类、III类基础油的成熟技术。

　　（2）GTL技术和PAO技术已开始成为高质量基础油生产的重要力量，预计数年内将成为国外拥有相关技术的企业垄断市场的利器，国内研发企业和生产企业应尽快联手协作，尽快建成拥有自主知识产权的相关装置，促进国内高端基础油产业的发展，打破技术垄断带来的国家高额财富损失。

　　（3）国内研发企业在近年来在技术研发方面取得了不小的进步，但与国外仍存在较大的差距，受研发体制的限制，在短时间内很难获得领先地位；国内研发企业应重点在自主创新、持续研发等方面开展工作，力争形成具有竞争力的。

　　参考文献
　　
　　[1] 凌昊，沈本贤，周敏建 . 润滑油基础油加氢异构脱蜡研究进展 [J]. 化工科技，2007,15（01）：59-63.
　　[2] 孟宪筠 . 加氢脱蜡催化技术在润滑油基础油生产中的应用 [J]. 当代化工，2006,35（04）：239-242.
　　[3] 裴文军 . 润滑油基础油生产工艺的选择[J].炼油技术与工程[J].2012,42（07）：25-30.
　　[4] 储宇，金月昶，王海彦 . 环烷基油加氢生产润滑油技术进展 [J]. 当代化工，2010,39（03）：261-265.
　　[5] 钱伯章 .GTL 润滑油市场与发展前景[J]. 润滑油，2014,29（02）。
　　[6] 张景河，等 .PAO 润滑油基础油的使用性能及其应用动向 [J]. 润滑油与燃料，2006,16（06）。