一种加氢裂化-异构脱蜡生产高粘度指数润滑油基础油方法

摘要

本发明公开了一种加氢裂化-异构脱蜡生产高粘度指数润滑油基础油方法，内容如下，原料油经加氢裂化工艺处理后，加氢裂化尾油进入第一加氢异构脱蜡反应区，反应产物经分离后得到轻质润滑油基础油馏分和的重质基础油馏分，所述重质润滑油基础油馏分一部分排出作为产品，剩余部分第二加氢异构脱蜡反应区，通过控制异构化反应深度，使得重质润滑油基础油的倾点符合指标要求，并保持较高的粘度指数。与现有技术相比，本发明方法新氢一次通过异构脱蜡单元，其尾氢直接返回加氢裂化单元做补充氢。两个单元仅有一个氢气循环系统，装置建设投资和操作费用明显降低，且可得到质量满足要求的轻质、重质重润滑油基础油，工艺简单，操作能耗低。

说明书

技术领域

本发明涉及一种润滑油基础油的生产方法，特别是涉及一种采用加氢裂化-异构脱蜡的组合工艺生产轻、重润滑油基础油。

背景技术

传统的润滑油基础油生产是采用溶剂工艺，其主要两个步骤是采用溶剂精制去除芳烃等非理想组分和溶剂脱蜡以保证基础油的低温流动性能。此外，一般还要进行白土或加氢补充精制。

由于世界范围的原油劣质化，使得适宜于传统工艺生产高粘度指数润滑油基础油的石蜡基原油数量逐渐减少，因此，加氢法生产润滑油技术发展十分迅速。加氢法工艺是指采用加氢处理或加氢裂化工艺-加氢降凝或异构脱蜡-加氢精制联合工艺生产润滑油基础油的过程，该工艺优点是原料灵活性大、基础油收率高、副产品价值高等。

润滑油异构脱蜡是上世纪九十年代开发的生产高质量API II/III类润滑油基础油的新技术。异构脱蜡是将油品中凝点较高的直链烷烃通过异构化反应生成异构烷烃，达到降低产品倾点并保持较高润滑油基础油收率的技术。与溶剂脱蜡和催化脱蜡相比，异构脱蜡基础油收率高、倾点低、粘度指数高，是现代高性能内燃机油的优良调和组分。

润滑油异构脱蜡技术的关键是异构化反应催化剂。根据烷烃异构化的反应机理，所有的异构脱蜡催化剂均是由高加氢活性的贵金属组分和酸性活性组分的分子筛所构成的双功能催化剂。这种组成决定了催化剂对异构脱蜡原料中的硫、氮杂质非常敏感，原料必须经过深度的加氢处理，或是采用硫、氮杂质含量很少的原料如：加氢裂化尾油及费托合成蜡等，进入异构化反应器的原料要控制硫含量小于10μg/g，氮含量小于5μg/g。

US7,198,710提出了一种由费托蜡生产高粘度指数润滑油基础油的方法。先将费托蜡进行分馏得到轻组分和重组分，然后分别进行加氢异构脱蜡降低原料倾点，可得到倾点满足要求的轻质润滑油基础油。加氢异构脱蜡重组分由于倾点不合格，采用溶剂脱蜡的方法进一步降低重组分的倾点，最后得到倾点符合要求的重质润滑油基础油产品。

US 6,676,827公开了一种异构脱蜡生产低凝润滑油基础油的方法。采用加氢裂化-异构脱蜡两段加氢工艺路线，加氢裂化和异构脱蜡均有各自的氢气循环系统，这是目前加氢法生产润滑油基础油最常见的工艺过程。由于采用两段工艺，因此工艺流程复杂、设备多、运转成本高。

US 4,283,272公开了一种加氢裂化-加氢脱蜡-补充精制一段工艺生产润滑油基础油的方法。该技术在加氢裂化单元后增加了一个吸附单元，从而可以脱除加氢裂化产物中的硫化氢及氨气，然后该物流直接进入加氢脱蜡及补充精制单元，因此在只有一个氢气循环系统达到生产润滑油基础油的目的。但加氢裂化产物未经蒸馏分离，润滑油组分和轻质产品一齐全部进入加氢脱蜡和补充精制单元，大大降低了它们的反应效率，增加了能耗和运行成本。而且必须增加一个吸附单元来实现一段工艺生产润滑油的目的，增加了装置投资，使过程更复杂。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种工艺流程简单、灵活的生产润滑油基础油的方法。

本发明加氢裂化-异构脱蜡生产高粘度指数润滑油基础油方法，包括如下步骤：

（1）原料油与氢气混合进入加氢裂化反应区，与加氢裂化催化剂接触，进行加氢裂化反应；

（2）步骤（1）所得加氢裂化流出物进入分离系统，分离所得气体作为循环氢返回加氢裂化反应区，液相产物进入分馏系统；

（3）步骤（2）分馏后得到的加氢裂化尾油与新氢混合进入第一加氢异构脱蜡反应区，与加氢异构脱蜡催化剂接触进行反应；

（4）步骤（3）加氢异构脱蜡反应流出物进入分离系统，分离所得气体作为补充氢返回加氢裂化反应区，液相产物经分离系统分离后得到倾点满足要求、高粘度指数的轻质润滑油基础油馏分和重质润滑油基础油馏分；

（5）步骤（4）得到的重质润滑油基础油馏分一部分排出作为产品，剩余部分与新氢混合进入第二加氢异构脱蜡反应区，第二加氢异构脱蜡反应区反应流出物与第一加氢异构脱蜡反应区反应流出物共同进入同一分离系统，通过控制第二加氢异构脱蜡反应区的异构化反应深度，使得分离系统排出作为产品的重质润滑油基础油的倾点符合指标要求，并保持较高的粘度指数。

本发明方法中，原料油为减压馏分油、溶剂精制脱沥青油和费托合成油中的一种或几种。

本发明方法中，只在加氢裂化反应区设置一个氢气循环系统，加氢异构脱蜡反应区氢气采用一次通过的方式。本发明加氢裂化工艺方法可以采用单段加氢裂化工艺，也可以采用串联加氢裂化工艺。单段加氢裂化工艺指以使用一种类型催化剂为主（可以有保护剂等）。串联工艺流程指不同类型催化剂形成了顺序的两个或几个不同的反应区，可以在一个反应器中装填不同类型的催化剂，形成串联反应区，也可以使用两个或多个串联反应器中使用不同类型催化剂，形成串联反应区。串联加氢裂化工艺中，原料首先通过常规加氢精制催化剂床层，然后通过加氢裂化催化剂床层。

加氢裂化反应区所用的催化剂为常规的加氢精制催化剂及加氢裂化催化剂，其活性金属为第VIB族或第VIII族金属，使用前催化剂应进行硫化，保证加氢活性金属在反应过程中处于硫化态。可以选用该领域普通商品催化剂。

加氢裂化过程可以是常规的加氢处理条件，一般反应条件为反应压力0.5～18.0MPa，反应温度230～430℃，氢油体积比200～1500，体积空速0.5～10.0h^-1。

本发明方法使用的加氢异构脱蜡催化剂可以选择本领域常用的润滑油加氢异构催化剂，可使用商品加氢异构催化剂，也可按本领域一般知识制备。所述的加氢异构脱蜡催化剂，载体为氧化铝和TON结构的NU-10分子筛或ZSM-22分子筛，分子筛在催化剂中的含量为30wt%～80wt%，优选为40wt%～70wt%，载体中也可加入部分氧化硅；活性金属组分为Pt、Pd、Ru、Rh和Ni中一种或多种，在催化剂中的含量为0.1wt%～30.0wt%。可选择的助剂组分为硼、氟、氯和磷中的一种或多种，在催化剂中的含量为0.1wt%～5.0wt%；该催化剂的比表面为150～500m²/g，孔容为0.15～0.60ml/g。使用前对催化剂进行还原，使加氢活性金属在反应过程中处于还原态。第一加氢异构脱蜡反应区和第二加氢异构脱蜡反应区使用的催化剂可以在上述描述的加氢异构催化剂中进行选择，两个反应区可以使用相同的加氢异构催化剂，也可以使用不同的加氢异构催化剂。

本发明方法中，在加氢异构化脱蜡反应装置开工初期，分离系统得到的重质润滑油基础油产品的倾点达不到指标要求，需要将全部的重质润滑油基础油产品进入第二加氢异构脱蜡反应区，当加氢异构化脱蜡反应装置稳定运转后，维持适宜的重质润滑油基础油循环比例，可以得到倾点和粘度指数均合格的重质润滑油基础油产品，一般来说循环质量比（分离系统得到的重质润滑油基础油馏分，循环进入第二加氢异构脱蜡反应区的量与作为产品出装置的量之比）为0.2：1～5：1，优选为0.5：1～2：1，具体可以根据原料性质和产品质量指标确定。

本发明方法中，得到的轻质润滑油基础油馏分（蒸馏得到的1～2个侧线产品）和重质润滑油基础油馏分（蒸馏得到的1个侧线产品和塔底产品）的粘度指数均大于120，一般为120～170。轻质润滑油基础油馏分和重质润滑油基础油馏分的倾点均低于-10℃，优选低于-15℃。轻质润滑油基础油馏分的倾点一般为-10～-30℃，优选为-15～-27℃；重质润滑油基础油馏分的倾点一般为-10～-25℃，优选为-12～-21℃。

所述的第一加氢异构脱蜡区的反应条件为：温度为280℃～350℃，优选300℃～330℃，氢分压为2.0MPa～18.0MPa，优选10.0 MPa～15.0MPa，原料油液时体积空速为0.4 h^-1～6.0h^-1，优选0.8 h^-1～1.8h^-1，氢油体积比400:1～1500:1，优选600:1～800:1。

所述的第二加氢异构脱蜡区的反应条件为：温度为300℃～380℃，优选310℃～340℃，氢分压为2.0MPa～18.0MPa，优选10.0～15.0MPa，原料油液时体积空速为0.2h^-1～6.0h^-1，优选0.4 h^-1～0.8h^-1，氢油体积比400:1～1500:1，优选600:1～800:1。

第一加氢异构脱蜡区和第二加氢异构脱蜡区的反应条件可以相同，也可以不同，具体根据产品质量要求进行调整，第一加氢异构脱蜡反应区的异构化反应深度和第二加氢异构脱蜡反应区的异构化反应深度主要通过反应温度进行调整，反应温度越高，反应温度越深，反应产物的倾点更低，但粘度指数降低。优选第二加氢异构脱蜡区的反应温度高于第一加氢异构脱蜡区10～60℃。

本发明方法中，分离系统一般包括高压分离器、低压分离器和分馏塔，第一加氢异构脱蜡区得到的液相产物和第二加氢异构脱蜡区得到的液相产物在同一个减压蒸馏塔中进行分馏。采用的减压蒸馏是本领域技术人员公知的技术，可以很好地保证产品颜色。如减压蒸馏的条件一般为：减压蒸馏塔进料温度为350℃～410℃，较适宜的进料温度为375℃～400℃；减压蒸馏塔塔顶压力为4KPa～10KPa，较适宜的塔顶压力为5KPa～8KPa；减压蒸馏塔塔顶温度为110～180℃，可以得到一些轻质油品。减压蒸馏的条件一般可以在上述范围内进行调整，得到所需的产品。

本发明方法中，分别得到轻质润滑油基础油馏分和重质润滑油基础油馏分的分割点温度为450～520℃，即减压蒸馏塔中，轻质润滑油基础油馏分与重质润滑油基础油馏分的蒸馏分割温度（指实沸点温度）为450～520℃，沸点低于分割点的润滑油基础油为轻质润滑油基础油馏分，沸点高于分割点的重质润滑油基础油馏分部分进入第二加氢异构脱蜡反应区进一步反应，剩余部分作为产品排出。

本发明方法中，减压蒸馏塔一般可以设置2～3个侧线（根据原料情况，可以设置2个侧线也可以设置3个侧线），相应得到1～2个轻质润滑油基础油，轻质润滑油基础油100℃粘度为2.5-3.5mm²/s和3.5-4.5mm²/s，轻质润滑油基础油对应的侧线的温度由低到高依次为330℃～340℃和350℃～360℃。同时得到100℃粘度分别为5.5-6.5mm²/s（侧线产品）和9.5-10.5mm²/s（塔底产品）的重质润滑油基础油产品，侧线的温度为：380℃～390℃。减压蒸馏塔塔顶温度为110～180℃，可以得到一些轻质油品。

本发明方法中也可以在每个加氢异构脱蜡反应区后增加加氢补充精制反应区，改善基础油产品的颜色及安定性。加氢补充精制催化剂，为常规的还原型加氢精制催化剂，其活性金属为Pt、Pd中的一种或两种或活性金属为还原态镍催化剂，贵金属催化剂中活性金属在催化剂的重量含量一般为0.05%～1%，还原态镍催化剂的活性金属以氧化物重量计为30%～80%，催化剂载体一般为Al₂O₃或Al₂O₃-SiO₂，可以含有P、Ti、B、Zr等助剂。使用前催化剂进行常规的还原，保证加氢活性金属在反应过程中处于还原态。可以选用该领域普通商品催化剂，或按本领域普通方法制备。

所述的加氢补充精制反应条件为：温度为200℃～300℃，优选210℃～280℃，氢分压为6.0MPa～18.0MPa，优选10.0～15.0MPa，体积空速为0.3h^-1～3.0h^-1，优选为0.6h^-1～1.2h^-1，氢油体积比400:1～1500:1，优选600:1～800:1。

本发明方法通过对含蜡油加氢异构脱蜡过程分析而知，在相同的加氢异构脱蜡条件下，轻重组分的异构脱蜡深度不同，为达到相同的倾点要求，与轻组分相比较，重组分需要较高异构脱蜡深度。通过控制异构脱蜡过程的转化深度，使得含蜡油中的轻重组分在不同的异构脱蜡反应区，分别达到最佳的脱蜡深度，从而实现轻、重润滑油基础油产品的倾点与粘度指数间达到最佳平衡点。

与现有技术相比，本发明方法无需对含蜡油原料进行预分馏，即可以解决生产倾点合格的轻质及重质高粘度指数润滑油基础油的方法，只需设置一个原料罐和一套分离、蒸馏系统，在实际生产中也无需切换原料及频繁调整工艺参数，大大降低了装置的建设投资及装置的操作难度，并大幅度减少了不合格产品的数量。

本发明具有工艺流程简单、操作费用及投资低等优点。加氢异构脱蜡催化剂是由高加氢活性的贵金属组分和酸性活性组分的分子筛所构成的双功能催化剂。这种组成决定了加氢异构脱蜡原料中的硫、氮含量很低，进料的氢气中也不能含有硫化氢及氨气。按照本领域一般知识和现有技术，需要将加氢异构脱蜡产物经高、低压分离和蒸馏得到不含H₂S和NH₃的氢气，作为循环氢返回加氢异构脱蜡反应器继续使用。本发明通过对加氢异构脱蜡的整个工艺过程的详细分析得知，加氢异构脱蜡过程的氢耗不高，过程生成的甲烷、乙烷很少，所以异构脱蜡生成油经分离后得到的气体中氢气纯度仍很高，可一次通过并直接作为加氢裂化过程的补充氢使用，从而省略了加氢异构脱蜡过程的氢气循环。整个加氢裂化-异构脱蜡两段组合工艺过程，实现了加氢裂化和异构脱蜡两个工段的嘴对嘴热进料，而且异构脱蜡分馏塔底部得到的重质基础油组分温度较高，可将大量的热量直接带入第二加氢异构反应区，因而降低第二加氢异构反应区的热负荷，同时仅需一段氢气循环，大幅度地简化了工艺流程，并大大降低了装置建设投资和操作费用。

附图说明

图1是本发明加氢裂化-异构脱蜡生产润滑油基础油工艺流程示意图。

具体实施方式

本发明实施例中，加氢裂化反应区采用常规一段串联加氢裂化过程，经分离后得到的气体作为加氢裂化的循环氢使用。 

本发明生产润滑油基础油的工艺流程具体见图1：原料油1与氢气混合后进入加氢裂化预处理反应区3，加氢预处理流出物4进入加氢裂化反应区5，在氢气和加氢裂化催化剂存在下，进行加氢裂化反应，反应产物经分离系统7分离后，气相8作为循环氢经循环氢压缩机返回加氢裂化预处理反应区3和加氢裂化反应区5，液相产物经分馏塔10分馏后，得到汽油11、柴油12和加氢裂化尾油13，其中尾油13与新氢2混合进入第一加氢异构脱蜡反应区14，反应流出物经高压分离器15分离后，气体16作为循环氢经循环氢压缩机压缩后返回加氢裂化预处理反应区3和加氢裂化反应区5，液相进入17进入低压分离器18进一步分离，低压分离器流出物19进入分馏塔20，分馏塔后得到得到倾点合格、粘度指数高的轻质基础油馏分21和重质润滑油基础油馏分，重质润滑油基础油馏分的一部分22做为产品排出，剩余部分重质润滑油基础油馏分23与新氢2混合继续进入第二加氢异构脱蜡反应区24，第二加氢异构脱蜡反应区反应流出物25与第一加氢异构脱蜡反应流出物混合一起进入分离系统。

本发明实施例中涉及的各种催化剂可以按性质选择商品催化剂，也可以按本领域知识制备。其中，一段串联加氢裂化过程中，加氢裂化预处理反应区可以选择的商业催化剂如抚顺石油化工研究院（FRIPP）研制生产的3936、3996、FF-16和FF-26等加氢裂化预处理催化剂。加氢裂化反应区催化剂可以选择的商业催化剂如抚顺石油化工研究院（FRIPP）研制生产的3825、3974、FC-14等商品加氢处理催化剂。加氢异构脱蜡催化剂如抚顺石油化工研究院（FRIPP）研制生产的FIW-1催化剂。也可以按现有技术进行制备上述催化剂，如加氢裂化催化剂可以按CN97116403.7、CN00123130.8、CN00110021.1等现有专利技术制备。加氢异构脱蜡催化剂可以按CN03133557.8、CN02133128.6等现有专利技术制备。

如按CN00123130.8所述，加氢裂化催化剂催化剂中包括无定形硅铝、改性的β分子筛、耐熔多孔氧化物、VIB族和VIII族金属氧化物，以催化剂的重量百分比为基准，催化剂中含改性β分子筛1w%～9w%，改性β分子筛的二氧化硅/三氧化二铝重量比为50～90，晶粒平均尺寸为0.1～0.5微米，红外酸度0.1～0.4mmol/g。

如按CN02133128.6所述，加氢异构脱蜡催化剂载体为氧化铝和TON结构的NU-10分子筛或ZSM-22分子筛；分子筛在催化剂中的含量为30wt%～80wt%；活性金属组分为Pt、Pd、Ru、Rh和Ni中一种或多种，在催化剂中的含量为0.1wt%～30.0wt%；其比表面为150～500m²/g，孔容为0.15～0.60ml/g。

本发明具有工艺流程简单、装置投资低及运行成本低等特点。

下面通过具体实施例说明本发明方法的具体内容和效果。

下面的实施列将对本发明提供的方法予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明的范围。本发明原料具体性质见表1，加氢裂化预处理反应区使用3936催化剂，加氢裂化反应区以及加氢异构脱蜡反应区是用的催化剂的理化性质见表2。

 

表1 试验用原料性质

原料减三线馏分油密度（20℃），kg/m³878.3馏程，℃（D1160） IBP/10%/30%315/341/377硫，wt%0.89氮，μg/g63.5凝点，℃35粘度（100℃），mm/s²3.68闪点（开口），℃203含蜡量，wt%15.21

表2  催化剂的物化性质

催化剂加氢裂化催化剂加氢异构脱蜡催化剂无定形硅铝，wt%59 改性β分子筛，wt%3 大孔氧化铝，wt%10 分子筛NU-10，wt% 70粘合剂，wt%28 WO₃，wt%22.1 NiO，wt%5.8 Pt，wt% 0.15Pd，wt% 1.35P，wt% 3.35SiO₂，wt%27.6 Al₂O₃，wt%余量余量孔容，mL/g0.3720.55比表面积，m²/g182500

实施例1

本实施例介绍了加氢裂化单元和加氢异构脱蜡单元分别采用表2中催化剂，处理表1中所列的原料。加氢异构脱蜡单元氢气一次通过，尾氢作为加氢裂化的补充氢气，加氢裂化反应区和加氢异构脱蜡单元的反应条件和反应结果具体见表3。第一加氢异构脱蜡反应区后的减压分馏塔设置两个侧线，分别生产4号基础油和6号基础油，塔底产品生产10号基础油。轻质润滑油基础油和重质润滑油基础油的分割点控制为480℃。

对比例1

对比例1采用与实施例1中相同的加氢裂化及加氢异构脱蜡催化剂，加氢裂化及加氢异构脱蜡过程均采用各自独立的氢气循环过程，得到结果具体见表3。

对比例2

对比例2采用与实施例1中相同的原料和催化剂，采用单一加氢异构脱蜡反应器生产基础油的工艺过程，结果见表3。

从表3中实施例和对比例2的比较数据可知，对原料不进行预分馏的现有技术方案来说，不能得到全部合格的润滑油基础油。实施例和对比例1的比较数据可知，本发明过程与现有技术相比，在相同的反应条件下，得到的润滑油基础油产品收率及性质基本相同，但由于仅采用一段氢气循环，所以降低了装置投资及装置操作费用。

表3 实施例及对比例的工艺条件及结果

试验编号实施例对比例1对比例2加氢裂化反应区工艺条件   反应温度，℃375375375反应压力，MPa15.015.015.0氢油体积比100010001000体积空速，h^-11.01.01.0第一加氢异构脱蜡区工艺条件   反应温度，℃305305315反应压力，Mpa9.09.09.0氢油体积比600600600体积空速，h^-11.21.21.2第二加氢异构脱蜡区工艺条件   10号基础油循环质量比2：1——反应温度，℃320320—反应压力，Mpa9.09.0—氢油体积比600600—体积空速，h^-11.51.5—4号基础油   收率，%23.223.125.7倾点，℃-18-18-33粘度（40℃），mm/s²19.4119.3319.05粘度（100℃），mm/s²4.1984.1564.012粘度指数1211181086号基础油   收率，%19.619.218.6倾点，℃-18-18-24粘度（40℃），mm/s²34.5434.3334.68粘度（100℃），mm/s²6.1276.1015.965粘度指数12612511710号基础油   收率，%35.335.132.1倾点，℃-15-15-9粘度（40℃），mm/s²68.5169.5270.12粘度（100℃），mm/s²10.0219.9849.989粘度指数130124125