光亮油生产技术

姚春雷

摘要：介绍光亮油市场、生产工艺及FRIPP开发的加氢生产光亮油技术成果

主题词：光亮油  市场  生产工艺

1 前言

光亮油即残渣润滑油基础油，是一种高粘度的润滑油基础油，广泛应用于船舶发动机油、单级和高档的多级发动机油、内燃机车机油、重负荷齿轮油和各种润滑脂等产品的生产。按照传统的生产工艺，光亮油一般由减压渣油经过丙烷脱沥青、溶剂精制、溶剂脱蜡及白土补充精制才能得到，加工流程长，且由于原料很重，杂质含量高，每个过程的生产难度都很大。随着炼油技术的发展，现在可以采用先进的加氢处理、催化脱蜡或异构脱蜡及加氢补充精制工艺分别替代传统的溶剂精制、溶剂脱蜡及白土补充精制过程，光亮油的生产现状得到了一定程度的改善，但其生产成本仍很高。

2 全球光亮油的市场情况

2.1 光亮油的市场供求概况

全球光亮油市场现在基本供需平衡，西欧和拉美的供应过剩补充了亚洲太平洋地区和北美地区的不足。预计到2020年光亮油缺口将达到22000桶/天。价格的上涨会引起供应的增加和需求的减小，市场也会出现新的替代产品。2004年，全球光亮油供应和需要基本上是70,000桶/天，处于供需平衡，但是到2020年，需求将增加到82,000桶/天，而供应下降到60,000桶/天。需求将会持续增长，特别是由于亚太地区市场的不断扩大以及一些地区将继续使用光亮油调配的单级发动机油、金属加工液、船舶发动机油等。由于北美和西欧Ⅰ类油厂的关闭，光亮油供应还会持续下降，而且没有新的Ⅰ类油厂的兴建，因此也没有光亮油新的供应来源。Ⅰ类油厂的关闭将导致每天短缺10,000桶光亮油；而亚太地区，中国和印度市场需求将增加12,000桶/天。

2.2 光亮油的供应将呈逐渐降低趋势

西欧地区成品润滑油的需求降低，配方中趋向使用Ⅲ类油，因此会导致Ⅰ类油厂面临关闭的威胁。在北美，发动机油规格的改变导致对Ⅰ类油的需求减小。2006年Motiva的扩产会进一步加剧Ⅱ类油的过剩，从而导致Ⅱ类油价格降低，推动调和厂向使用Ⅱ类油转换。GTL基础油的面世，会使I类油的形势变得更加严峻，一些北美Ⅰ类油炼油厂会升级为Ⅱ类油或Ⅱ类油以上的生产厂。其他一些北美Ⅰ类油厂可能不会选择改变基础油的品种，只是选择生产无须许可证的发动机油市场。对这些炼油厂来说，光亮油和蜡的紧缺是维持这种生产的主要原因。拉美、俄罗斯和东欧的利用率较低的Ⅰ类油厂会加大对光亮油的生产，起到比较重要的作用。但是这种供应的增加不超过4,000到5,000桶/天。亚太地区光亮油缺口不断加大，新建的基础油厂却都是Ⅱ类和Ⅲ类油厂。由于在船用油和许多齿轮油中很难找到光亮油的替代产品，因此尽管光亮油价格不断上涨，光亮油的需求仍保持旺盛。使用单级发动机油的地区主要是因为单级油价格便宜，但是由于Ⅱ类和Ⅲ类油的过剩而使其价格降低，以及光亮油的价格升高，都会促使他们转向使用多级油。炼油厂也注意到光亮油紧缺的趋势，但由于光亮油市场非常有限，不能吸引新的投资。Ⅱ类油厂由于担心光亮油原料中含硫较高，会对异构脱蜡催化剂有不利影响，因此价格高也不愿意生产光亮油。炼油厂的另一个选择是对润滑油型脱沥青装置进行改造以增加光亮油的产量，但如增加生产能力2,000桶/天，却需投资8千万美元，因此这种选择的可能性也很小。燃料油型的脱沥青装置也可以改造为润滑油型脱沥青装置，但是以目前燃料油价格增长的趋势，这种装置改造的可能性也是很小的。

2.3 光亮油替代品的发展趋势

光亮油的供应短缺情况至少在短期至中期内不会改变。但是，当价格上涨，代替品如PIB、PAO、环烷油和其他产品的供应也会增加。代替品是解决光亮油短缺的一个选择，PIB已经在一些应用中被用来代替光亮油，但是PIB的价格是光亮油价格的1到2倍，而且PIB的供应也很有限，在短期内不会大幅度增加。全球润滑油工业每年使用的PIB大约为20000吨。为了弥补光亮油的短缺，这个数字需再翻一倍，这也是很难做到的。高粘度PAO也可以用来代替光亮油，但是润滑油中添加等量的光亮油需要加入等量的PAO来配伍，这样会大大增加润滑油配方的成本。

2.4光亮油国内市场情况

    光亮油在国内也是十分紧俏的产品，其近两年的市场价格走势见下图，光亮油价格由2004年10月的6600元/吨升至目前的11500元/吨，在不到两年的时间里价格几乎翻了一番。2005年由于国内汽柴油空前紧张，使得国内炼厂集中产能生产利润更高的汽柴油，造成基础油供应得不足，尤其是光亮油，国内最大的供应商克拉玛依石化主要供应了中石油和中石化的企业，对外停供，造成有市无货的情况。目前进口基础油商也因为市场不稳定及润滑油企业采购疲软的局

面，不敢大量进口，货源很少而价格很高。

3、国内加氢光亮油生产工艺

国内生产光亮油工艺有传统的溶剂油法、加氢改质-溶剂油法及全氢法，传统的工艺过程脱沥青油需要经过溶剂油脱蜡、溶剂萃取、白土精制等过程，由于脱沥青油含有较多的重芳烃、胶质等杂质化合物，在加工过程中，存在着溶剂/油比高、白土用量大、产品质量差收率低等问题。加氢处理－补充精制－溶剂油脱蜡工艺过程，为加氢工艺和传统工艺的结合，虽然加氢处理工艺可将原料中的非理想组分转化为理想组分，提高产品的粘度指数，但是由于工艺过程复杂，生产成本和操作难度大。和以上工艺相比较，全氢法加工工艺采用加氢处理－异构脱蜡－补充精制工艺过程，异构脱蜡工艺是在氢气和催化剂的作用下，通过择形异构化，把润滑油中高凝点组分转化为异构烷烃，保留在润滑油产品中，具有目的产品收率高，润滑油产品质量好等优点，随着异构脱蜡的技术的不断发展，此工艺过程越来越成熟，所以，全氢法生产光亮工艺将逐渐取代其它的工艺过程。

3.1、全氢法生产光亮油润滑油工艺

国内采用全氢法生产光亮油厂家主要有大庆助剂厂、克拉玛依炼油厂。高桥分公司虽然设计加工以轻脱油为原料生产光亮油，但至今一直没有生产。

3.1.1大庆助剂厂加氢生产光亮油工艺

大庆助剂厂引进美国雪弗隆（Chevron）上世纪九十年代开发的异构脱蜡技术，以150BS糠醛精制油为原料，采用加氢处理－异构脱蜡－补充精制工艺过程，生产轻质润滑油基础油（2.0cst）、中质润滑油基础油（5.0cst）和重质润滑油基础油（20.0cst）。经过糠醛精制后的轻脱油原料油性质列入表1，产品性质列入表2。采用用加氢处理－异构脱蜡－补充精制工艺过程生产的光亮油收率达到47.51％，润滑油总收率达到68.91％，产品的颜色浅，粘度指数为134，达到了Ⅲ类润滑油基础油的标准。

表1原料油性质

相对密度（15.6）/Kg.m－3	879.0
馏程/℃
IBP	4
硫/μg.g-1	793
氮/μg.g-1	710
残炭，%	0.4
倾点 ℃	56
粘度/mm2.s-1
100℃	31.52

表2、产品性质

产品名称	轻润（2.0cs）	中润（5.0cst）	重润（20.0cst）
产品收率，％	10.96	10.41	47.54
倾点/℃	<-40	-25	-15
粘度/mm2·s-1
40℃	11.21	37.91	153.6
100℃	2.95	6.55	18.80
粘度指数	105	126	134
比色/号	0	0	0
氧化安定性/min	275	400	455

3.1.2环烷基馏分油生产光亮油工艺

环烷基丙烷脱沥青馏分油为原料，采用加氢处理、临氢降凝、加氢补充精制三段串联全氢工艺流程，生产环烷基光亮油产品。原料油性质列入表3，产品性质列入表4。经过三段加氢过程，生产的光亮油产品，低温流动性、颜色和粘温特性均较好，国内150BS光亮油产品大部分由环烷基馏分油生产，由于环烷基油在我国和世界是一种较少有的石油资源，国内占原油储备量的1.6％，国外在115个大油田中的储量仅为2.2％，所以环烷基轻脱馏分油生产光亮油受到原料来源的。

表3、原料油性质

原料油	环烷基轻脱油
相对密度（15.6）/Kg.m－3	918.1
硫/μg.g-1	1227
氮/μg.g-1	1041
酸度/mgKOH.g-1	1.57
倾点/℃	+3
粘度/mm2.s-1
40℃	3313
100℃	71.51

表4产品性质

产品名称	轻润	中润	重润（150BS）
收率，％	5.84	15.62	66.27
密度/Kg.m-3	877.8	875.6	885.3
馏程/℃
5%	294	354	4
95%	377	499	5
倾点/℃	<-57	-47	-18
粘度/mm2·s-1
40℃	10.93	70.16	538.9
100℃	2.571	7.688	31.18
粘度指数	42	62	86
比色/号	<0.5	<0.5	<0.5
氧化安定性/min	250	275	483

3.2加氢处理－常减压蒸馏－加氢补充精制－溶剂油脱蜡生产光亮油工艺

采用一段加氢处理－常减压蒸馏－二段加氢补充精制－溶剂油脱蜡工艺流程生产Ⅱ类润滑油基础油，一段加氢处理催化剂活性金属为Ni、Mo，具有精制和选择裂化活性，主要用来提高基础油粘度指数，二段补充精制催化剂活性金属为Ni、Mo，主要起芳烃饱和作用，改善加氢基础油颜色和氧化安定性，溶剂脱蜡过程主要改善产品的低温流动性。原料油性质列入表5，脱蜡油产品性质列入表6。

表5原料油性质

相对密度（15.6）/Kg.m－3	902.7
硫/μg.g-1	874
氮/μg.g-1	1332
残炭，％	0.
粘度/mm2.s-1
100℃	33.4

表6脱蜡油产品性质

产品名称	200N	500N	150BS
密度/Kg.m-3	－	863.7	880.1
粘度/mm2·s-1
100℃	7.15	11.	33.62
粘度指数	－	95	97
倾点/℃	-15	-12	-12
色度/号	0.5	1.0	1.5
氧化安定性/min	270	267	334

一段加氢处理－常减压蒸馏－二段加氢补充精制－溶剂油脱蜡工艺，通过溶剂脱蜡脱出润滑油馏分高凝点组分达到降低产品凝点的目的，而许多高凝点组分如长链烷烃又是润滑油的理想组分，此工艺过程比全氢法的润滑油收率和粘度指数低。另外由于此工艺加工流程复杂，能耗高，操作费用大，经济效益受到影响。

4、FRIPP全氢法生产光亮油技术

抚顺石油化工研究院（FRIPP）的科研人员经过多年的不断探索和努力研发成功了石蜡烃择形异构化（WSI）技术，WSI技术使用的催化剂是以新型催化材料和氧化铝为载体，与加脱氢活性组分的优化组合而成，用于大分子正构烃异构化，具有异构选择性好、活性高的特点。可广泛应用于生产API II、III类润滑油基础油，石蜡烃择形异构化（WSI）成套技术通过中国石油化工股份有限公司的技术评议。以加氢裂化尾油为原料，低压择形异构化技术已经于2005年1月在金陵分公司10万吨/年加氢装置工业应用，经过长时间工业运转，运转效果良好。金陵WSI工业试验的初步结果，取得采用全氢法生产光亮油的关键技术的突破，FRIPP以中东轻脱馏分油和大庆轻脱加氢精制油为原料，采用石蜡烃择形异构化（WSI）技术开展研究工作，取得较好的效果。

4.1工艺流程

全氢法生产光亮油采用加氢处理－异构脱蜡－补充精制两段工艺流程，原料经过一段加氢处理后，脱除原料油中硫、氮等杂质，满足二段催化剂的需要，二段采用加氢择形异构-补充精制一段串联工艺流程，采用还原型择形异构和补充精制催化剂，精制生成油经加氢择形异构过程降低倾点，再经补充精制过程深度脱芳，改善产品颜色，生成油经蒸馏得到轻质润滑油基础油、中质润滑油基础油和重质润滑油基础油产品。

4.2加氢处理和浅度糠醛精制工艺条件及产品性质

试验原料油Ａ和Ｂ两种性质列入表7， 原料油Ａ为经过浅度糠醛精制后的轻脱油，由于原料油A的硫、氮含量均超过择形异构催化剂的限定指标要求，需要经过加氢处理后，作为择形异构－补充精制段的进料。原料油Ｂ为加氢处理后的轻脱生成油，硫、氮含量满足择形异构化催化剂进料的限定要求。

表7原料油性质

分析项目	原料Ａ	原料Ｂ
密度（20℃）/g.m-3	901.9	863.7
馏程/（D1160）
IBP/10%	361/519	261/449
30%/50%	543/-	525/-
硫/µg.µg-1	12100	6.8
氮/µg.µg-1	193.1	1.3
倾点/℃	51	52
粘度/mm.s-2  100℃	19.25	21.45
残炭，％	0.	0.05
闪点（开口）/℃	320	234
质谱组成，％
链烷烃	20.0
总环烷烃	30.3
总 芳 烃	49.7
胶质	0.0

原料油Ａ加氢处理工艺条件试验结果及产品性质列入表8、原料油Ａ经过加氢精制工艺过程，生成油倾点45℃，硫和氮含量为14.5µg. g-1和1.7µg. g-1，蜡含量26.8％。由于没有进行蒸馏，原料油Ａ加氢处理油中有约10（V）％左右<350℃馏分，这将影响目的产品润滑油馏分的收率。原料油Ａ加氢处理油及原料油Ｂ采用加氢择形异构-补充精制工艺过程的工艺条件及产品分布列于表9，加氢处理原料油Ａ产品性质列入表10，原料油Ｂ产品性质列入表11。原料油Ａ副产品性质列入表12。在表9～表12试验数据中，以加氢处理原料油Ａ和原料油Ｂ为原料，采用加氢择形异构-补充精制工艺过程，润滑油收率分别为84.1％和85.26％，重质润滑油基础油收率为42.79％和67.09％，加氢处理原料油Ａ中质润滑油馏分、重质润滑油馏分粘度指数大于105，分别满足APIⅡ类350N和120BS基础油标准。原料油Ｂ产品的重质润滑油馏分粘度指数大于120，满足APIⅢ类润滑油基础油的标准。WSI工艺对高蜡含量的重质润滑油馏分原料有相当好的加氢异构化性能，在适宜的工艺条件下，均可制取到质量较好的润滑油基础油产品。经WSI工艺得到目的产品后，副产品从族组成的分析来看，硫、氮含量很低，芳烃小于0.03，且都富含烷烃和环烷烃。采用适当的工艺处理，可生产各种牌号的清洁溶剂油产品同样具有较高的经济价值。

表8加氢处理工艺条件及产品性质

原料油	原料油Ａ
工艺条件
反应氢分压/MPa	15.0
反应温度/℃	375
体积空速/h-1	0.7
氢油体积比	1000:1
液体收率（对进料），％	98.9
生成油性质
粘度/mm2·s-1 100℃	8.783
馏程/℃
初馏/10%	207/328
30%/50%	473/527
70%/90%	-/-
95%/干点	-/-
倾点/℃	45
闪点（开口）/℃	162
硫/ µg.µg-1	14.5
氮/µg.µg-1	1.7
残炭，%	<0.01
蜡含量，％	26.8

表9加氢择形异构-补充精制工艺条件及产品分布

原料油	原料油Ａ	原料油Ｂ
工艺条件
氢分压/MPa	15.0
择形异构反应温度/℃	360
择形异构体积空速/h-1	0.60
补充精制反应温度	230
补充精制体积空速/ h-1	1.0
氢油体积比	800:1	800:1
液收，％	>92	>91
轻质润滑油	2.40	2.03
中质润滑油	38.91	16.14
重质润滑油	42.79	67.09
润滑油馏分收率，%	84.1	85.26

表10原料油Ａ产品性质

产品名称	轻润	中润（350N）	重润（120BS）
倾点/℃	-60	-48	-24
粘度/mm2·s-1
40℃	8.55	65.85	294.3
100℃	－	8.86	25.94
粘度指数	－	106	115
闪点℃	143	240	304
比色/号	<0.5	<0.5	<0.5
赛波特颜色/号	＋30	＋30	＋30
氧化安定性/min	－	>300	>300
质谱组成，％
链烷烃	-	21.9	63.0
环烷烃	-	78.1	36.2
芳烃	-	-	0.8

表11原料油Ｂ产品性质

产品名称	轻润	中润	重润（120BS）
倾点/℃	-51	-36	-12
粘度/mm2·s-1
40℃	10.33	54.95	268.7
100℃	2.72	7.835	26.25
粘度指数	101	108	129
闪点℃	165	248	287
比色/号	<0.5	<0.5	<0.5
赛波特颜色/号	＋30	＋30	＋30
氧化安定性/min	>300	>300	>300

4.3丙烷脱沥青DAO馏分两段加氢试验

表12脱沥青油（DAO）原料性质

项目	数据	项目	数据
密度(20℃)/g.cm-3	912.7	质谱组成，m%
馏程/℃		链烷烃	17.0
IBP/10%	320/496	总环烷	29.0
30%/50%	538/5	其中: 一环	9.0
70%/90%	-/-	二环	10.8
95%/EBP	-/578	三环	6.5
粘度(100℃)/mm2.s-1		四环	2.7
凝点/℃	>50	总芳烃	50.9
折光/nD70		其中: 一环	26.5
残炭，m%	0.91	二环	8.2
S/ N， m%	1.91/0.082	三环	2.0
沥青质，m%	0.018	四环	0.9
Fe/Ni	0.42/0.21	五环	0.9
Mg /V	0.29/0.268	总噻吩	10.1
		未鉴定芳烃	2.3
		胶质	3.1

表13 DAO加氢处理工艺条件

项目
工艺条件
反应压力/MPa	16.0
反应温度（R1/R2）/℃	385/390
体积空速/h-1	0.4
氢油体积比	1000
液体收率	99.17

表14　　ＤAO加氢处理生成油全馏分性质

项目	数据
粘度（100℃）/mm·s-2	8.284
凝点/℃	>50
硫含量/μg·g-1	13.5
氮含量/μg·g-1	1.0
闪点（开口）/℃	160
残炭，%	<0.01
酸值/mgKOH.g-1	0.02

表15　DAO加氢处理生成油280℃+馏分性质

项目	数据
收率（对加氢处理进料），%	92.97
密度(20℃)，g/cm3	866.6
馏程/℃
IBP/10%/ 30%/50%	304/385/484/533
70%/90%/95%/EBP	-/-/-/557
粘度（100℃）/mm.s-2	11.69
凝点/℃	>50
硫含量/μg·g-1	44
氮含量/μg·g-1	3.0
闪点（开口）/℃	224
残炭，%	<0.01
质谱组成，％
链烷烃	19.0
环烷烃	68.3
芳烃	12.0
胶质	0.7

表16　茂名DAO加氢处理油加氢异构化-加氢补充精制试验结果

项目
催化剂（R1/R2）	FIW-1/FHDA-1
工艺条件
反应压力（R1/R2）/MPa	15.0/15.0
反应温度（R1/R2）/℃	360/250
体积空速（R1/R2）/h-1	0.6/0.8
氢油体积比（R1/R2）	1000/800
液收（对加氢异构化进料），%	92.5
加氢生成油性质
颜色（赛氏）/号	+30
产品分布（对加氢异构化进料），%
<130℃	2.32
130℃-280℃	11.24
280℃-350℃	10.69
350℃-530℃	35.00
>530℃	33.25
350℃-530℃馏分性质
收率，％	35.00
倾点/℃	-18
粘度（40℃）/mm.s-2	84.49

VI	104
>530℃馏分性质
收率，％	33.25
倾点/℃	-12
粘度（100℃）/mm.s-2	23.25
VI	112

表17　加氢择形异构副产品的性质

原料油	原料油Ａ
<130℃轻石脑油
赛氏颜色/号	＋30
S/μg·g-1	<1
N/μg·g-1	<1
族组成，v%
C4	1.0
C5(N/P)	-/25.9
C6(N/P)	1.6/63.5
C7(N/P)	0.9/6.9
C8(N/P)	-/0.2
C9(N/P)	-/-
130～280℃馏分
S/μg·g-1	<1
N/μg·g-1	<1
芳烃，%	<0.027
赛氏颜色/号	＋30
质谱族组成，%
链烷烃	27.8
环烷烃	72.2

一环	30.1
二环	33.4
三环	8.7

5结论

⑴光亮油生产工艺中，全氢法具有生产过程简单、目的产品收率高、质量好等特点，得到广泛的应用。

⑵以轻脱油为原料，采用FRIPP开发的全氢法生产光亮油技术具有目的产品收率高、产品质量好等优点。

⑶建议有条件的厂家，合理利用轻脱油资源，采用全氢法生产光亮油产品，提高经济效益。

金达DAO性质 

项目	数据	限定值
密度（20℃）/kg·m-3	9.9
馏程/℃
IBP/5%/10%/20%/30%	327/472/503/532/544
粘度（40℃）/mm2·s-1
粘度（100℃）/mm2·s-1
硫含量，%	1.24
氮含量/μg·g-1	4546
凝点/℃	32
残炭，％	9.2	≯1.0
酸值/mgKOH·g-1	0.56
质谱组成，％
链烷烃	7.6
环烷烃	30.9
一环环烷烃/二环环烷烃	9.0/7.7
三环环烷烃/四环环烷烃	8.4/5.1
五环环烷烃/六环环烷烃	0.7/0.0
芳烃	55.2
单环芳烃/双环芳烃/三环芳烃	19.7/12.5/8.1
四环芳烃/五环芳烃/噻吩/未鉴定芳烃	3.4/1.7/2.1/7.7

胶质	6.3	≯4.0
沥青质/ppm		≯200
重金属/ppm
Fe	2.84	≯1.0
V	22.48	≯0.5
Ni	16.34	≯0.5

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