润滑油基础油加氢.ppt
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1、润滑油基础油加氢技术内容 前言 基础油分类 润滑油基础油的生产工艺 润滑油基础油的加氢技术 典型工厂生产流程分析 RIPP润滑油加氢技术 小结前言润滑油的重要性和发展对润滑油质量的要求越来越高机械 提高机械效率,运转条件更苛刻 零件小型化,承受大型机械的负荷 机械材料的变化,新的抗磨剂环保a.b.排放要求,蒸发损失,全寿命润滑油减少基础油的硫含量现代润滑油产品的质量要求传统润滑要求现代润滑要求21世纪的润滑要求基础油质量努力方向:1. 高粘度指数,低的低温粘度2. 好的高温性能2. 好的抗氧化性能3. 低挥发度21世纪对润滑油产品的质量要求润滑油性能要求对基础油的性质要求发动机油低排放,低油耗
2、 好的高温性能,低挥发度省燃料长周期运转高粘度指数抗氧化安定性齿轮油传动油全寿命使用省燃料优良的流动性省燃料抗氧化安定性高粘度指数高粘度指数低挥发度世界润滑油基础油生产水平对比区域全球北美美国加拿大西欧亚洲中国基础油生产水平1965 2000 年 新 增 2.5Mt/a 生 产 基 础 油 能 力 , 全 氢 法 占 50%,2000 年 加 氢 裂 化 法 生 产 的 基 础 油 产 量 占 总 量 16 ,2019 年 20 的石 蜡基 基 础油 通 过加 氢 处理 生产 ,18的 石 蜡基 基 础油 通过异构脱蜡或由其它催化脱蜡技术生产 类 基 础 油 已 占 北 美 石 蜡 基 基 础
3、 油 供 应 量 的 1/3 以 上 类 基 础 油 达 基 础 油 总 量 的 35 ,预 计 、 类 基 础 油 每 年 增 长 率 超 过 102019 年 、 类 基 础 油 占 到 60.3%主要生产、类基础油,不产类基础油1990 2019 年 , 类 基 础 油 达 30 万 t/a, 接 近 全 球 需 求 量 的 1/22019 年 25 30 的 基 础 油 通 过 加 氢 法 生 产预 计 、 类 基 础 油 在 2019 年 将 达 15 左 右润滑油基础油的分类基础油的分类和构成 种类 传统精制矿物基础油 非传统精制矿物油 合成油等(如PAO) 分类 壳牌分类 API
4、分类 我国分类基础油类别代号粘度指数低粘度指数LVI40中粘度指数MVI4080高粘度指数HVI 95很高粘度指数VHVI120超高粘度指数UHVI140壳牌分类以粘度指数为根据分类模糊矿物油和其他类型基础油无明确组成要求基础油饱和烃/%含硫量/%粘度指数I类0.0380II类900.0380 VI120III类900.03VI120IV类聚烯烃(PAO)V类除I、II、III、IV、IV类以外的其他基础油API分类将矿物油和其他油分开以粘度指数并辅以组成分类API分类中基础油性质特点 I类油 传统“老三套”工艺生产的基础油 氧化安定性差,挥发损失大,粘度指数低,硫含量高 II类油 组合工艺或
5、全氢型工艺生产 组成发生较大变化,饱和烃含量高,杂质少,氧化安定性好,低温性能优于I类油 III类油 生产工艺与II类油相同,但操作条件苛刻 粘温性能优异,挥发损失低,氧化安定性好粘度指数超高粘度指数VI140很高粘度指数VI120高粘度指数VI90中粘度指数VI40低粘度指数VI环烷烃芳烃大庆减二基础油0.02210大庆减二:沙轻减二2:10.1326220大庆减二:沙轻减二1:10.1918250大庆减二:沙轻减二1:20.3162260沙轻减二基础油0.478235大庆减三基础油0.0462130大庆减三:沙轻减三2:10.3434128大庆减三:沙轻减三1:10.5949172大庆减三
6、:沙轻减三1:20.7471140沙轻减三基础油0.9781160基础油的硫含量对氧化安定性的影响基础油的硫含量对氧化安定性的影响从基础油的硫含量对氧化安定性的影响对比可以看出:并不是随着硫含量的按比例增加,油品的抗氧化安定性就会呈线性或按一定规律增加,而是同样地出现了不规律性 。基础油中的硫化物对油品的抗氧化安定性具有一定的天然添加剂的作用,但是由于油品中的硫化物形态多种多样,在油品使用的过程中也会发生变化,其对油品的理化和使用性能不尽相同,呈现出的规律性亦都不强。基础油饱和烃含量对内燃机油清净性的影响对柴油机油来讲,高温清净性是其关键性能之一,随着饱和烃含量的增加,油品在发动机台架上的高温
7、清净性变好(WTD缺点评分减小),当超过某一值,随着饱和烃含量的增加,油品在发动机台架上的高温清净性又有所下降。基础油的发展为满足严格的环保要求和汽车新工况要求,、类基础油增长较快,2019年以后增加的产能基本是/类油,部分是GTL和PAO。/类基础油占世界基础油市场的比例,已由2019年的11%增长到2019年的23%。预计2019年前后全球的II/III类油生产能力将达到1600万吨左右,占总产能的30%。由于节能、环保、长寿命高性能发动机油的发展,PAO需求将进一步增长,近年来平均年增长率5.7%,2019年38.4万吨。PAO的技术由BP、雪弗龙、埃克森美孚等少数公司掌握,目前生产能力
8、与需求基本相当。基础油生产发展方向随着环保法规与节能法规的日渐苛刻,对高粘度指数、低硫、低挥发度、低倾点、高抗氧化安定性、高添加剂感受性的基础油需求越来越大。世界润滑油基础油正由API 类向API /类转变。预计到2019年,世界/类基础油增长在30%50%之间 , 占到 全 球 基 础 油 总 量 的 20 。 基 础 油 加 氢 技 术 主 要 有 :Exxon Mobil加氢技术,Chevron Texaco加氢裂化异构脱蜡技术,Shell加氢裂化加氢异构化技术,中国石化RIPP的RLT、RHW及RIW技术。国内润滑油的生产和消费润滑油基础油生产能力(行业统计)全国基础油生产能力441万
9、吨1、中石油:288 万吨2、中石化:133 万吨3、地方:20 万吨CNPC65.31%OTHER4.54%SINOPEC30.16%加氢基础油生产能力 现有加氢装置5套 中石油3套(兰炼,克石化,大庆炼化) 中石化2套(荆门,高桥) 加氢装置加工原料的能力150万吨/年 中石油90万吨/年 中石化60万吨/年 加氢基础油生产能力88万吨/年 可用于调油的基础油生产能力约80万吨/年 目前加氢基础油实际生产约35万吨,调油用油约20万吨基础油消费情况 消费 2019年消费约330万吨 2019年消费约420万吨 加氢基础油消费约100万吨(包括橡胶油,白油料等),其中进口6070万吨 需求预
10、测 2019年430万吨 2019年490万吨 2019年550万吨润滑油基础油的生产工艺烃类组成对润滑油性能的影响粘度指数倾点抗氧化安定性对抗氧剂感受性高高高低低高低中低中低低正构烷烃异构烷烃长侧链环烷烃多环烷烃芳烃硫、氮等极性化合物好好好中差差好好好好差差不同烃类的粘度指数烃的类型正构烃异构烃单环环烷烃双环环烷烃芳烃粘度指数1751551427050润滑油基础油粘度同组成的关系 对于同一系列烃类,分子质量越大,粘度越大; 分子质量相近时,环状结构分子粘度大于链状结构,而且环数越多,粘度越大; 环数相同时,其侧链越长其粘度越大。基础油的性质指标 满足基础油的使用性能 粘度,润滑性能 粘度指数
11、,粘温性能,适应工作环境变化要求 倾点,低温流动性能 满足环保(排放)要求 饱和烃含量,硫含量 满足经济性能指标 氧化安定性,蒸发损失润滑油基础油生产工艺-1 传统“老三套”工艺 溶剂精制-溶剂脱蜡-白土精制 原料依赖性强,过程限制很难生产API II类油以上产品 加氢工艺 加氢处理-催化脱蜡-后精制 化学转化过程,原料来源广,收率高,质量好润滑油基础油生产工艺-21.溶剂精制加氢精制溶剂脱蜡2.溶剂精制加氢裂化脱蜡3.溶剂精制加氢处理异构脱蜡4.加氢裂化溶剂脱蜡加氢精制5.加氢裂化溶剂精制溶剂脱蜡6.加氢精制溶剂精制脱蜡 利用二者优势,优化生产过程 可生产APIII类油及以上产品 组合工艺灵
12、活,有些情况下,是目前全氢型工艺无法替代的工艺目的 采用物理的或者化学的方法,使原料中的非理想组分或者分离除去或者转化,使产品满足使用性能的要求。 老三套过程 物理分离过程,物料不发生化学结构变化 加氢过程 化学转化,通过化学反应使非理想组分或者转化为理想组分或者裂化成小分子通过蒸馏除去 组合工艺 通过物理分离优化加氢过程的化学反应,获得更好效益润滑油生产技术发展史 20世纪50年代前,传统“老三套”技术 20世纪50年代末60年代初,加氢精制技术,取代白土精制 20世纪60年代末出现润滑油加氢裂化(处理)技术 20世纪70年代出现催化脱蜡技术,ZSM-5择型裂化 20世纪80年代末出现SAP
13、O分子筛异构脱蜡催化剂 20世纪90年代初出现异构脱蜡技术 20世纪9时年代中期异构降凝催化剂更新换代 20世纪90年代中期至今,异构脱蜡技术大规模工业化润滑油加氢技术的发展及应用现状润滑油加氢技术的作用 脱除杂环化合物,脱除胶质 饱和芳烃 通过上二种功能改善油品颜色与氧化安定性 通过芳烃饱和、适度开环提高油品粘度指数 通过裂化或异构化链烷烃降低油品倾点 改变基础油组分的分子构型,提高对添加剂的感受性,特别是对氧化安定性的感受性烃类的VI烃类正构烃异构烃单环环烷烃双环环烷烃芳烃VI1751551427050不同加工过程中油品化学变化分子类型粘度指数 常规加工流程加氢流程正构烷烃异构烷烃单环环烷
14、烃双环与多环环烷烃单环、双环芳烃三环与稠环芳烃含硫化合物含氮化合物含氧化合物17515514270 50 0/大部分除去部分除去大部分保留大部分保留大部分保留部分除去大部分除去大部分除去大部分除去裂化或异构化大部分保留大部分保留开环,多环向少环转化加氢饱和,开环加氢饱和,开环转化为 H2S 脱除转化为 NH3 脱除转化为 H2O 脱除胶质很低大部分除去转化为低分子烃类很低沥青质其它非理想组分/全部除去大部分除去转化为低分子烃类转化为低分子烃类润滑油加氢处理过程理想的反应润滑油加氢技术应用现状 从发展看,经历了加氢精制,加氢裂化/处理,催化脱蜡阶段 现阶段,加氢裂化/处理、催化脱蜡、加氢精制及于
15、老三套溶剂精制或溶剂脱蜡进行组合的工艺均有应用,用于生产APIII或III类基础油 发展过程中,随着基础油质量要求的不断提高,各种独立的加氢技术不断融合集成,形成了当今的全氢型流程,代表了润滑油生产技术的最高水平 在全氢型流程中,异构将凝技术获得了广泛的应用,至2000年底,异构脱蜡工艺生产的基础油占加氢脱蜡基础油的65% 到2019年底,世界各地约14套异构脱蜡装置投产或即将投产,总设计能力859.5万吨/年。世界润滑油异构脱蜡技术专利商 Exxon:软蜡两段异构化生产VHVI基础油 Shell:含油蜡异构裂化生产UHVI基础油 Mobil:加氢裂化-选择性催化脱蜡生产HVI基础油(150N
16、,500N) Lyondell:加氢裂化尾油异构化生产HVI基础油 Chevron:加氢处理/裂化-异构脱蜡生产HVI或VHVI基础油 RIPP:加氢处理/裂化-异构脱蜡生产HVI或VHVI基础油发展趋势 基础油由API I类向API II类或III类过渡 加氢技术发展 改进催化剂的性能 组合工艺技术开发与应用 降低成本加氢基础油生产现状与构成趋势 国外 API II、III类加氢基础油3050% 国内 目前加氢能力150万吨/年,约占17% 实际生产只占7%,可用于调油的只占4.5% 市场有需求,国内开工不足,需进口基础油 以2019年总消费490万吨、加氢基础油占2530%计,需122.5
17、147万吨。需加氢能力190230万吨,发展空间很大。厂家技术来源加氢能力基础油生产能力兰炼IFP4020克石化RIPP3026大庆炼化Chevron2014荆门分公司RIPP2010高桥分公司Chevron4028合计/15088(Max)加氢装置及生产能力国内加氢基础油生产能力(万吨/年)典型的润滑油基础油加氢工艺流程加氢基础油的生产工艺路线1、溶剂抽提溶剂脱蜡补充精制2、燃料型加氢裂化异构脱蜡或催化脱蜡加氢后精制3、润滑油型加氢(处理)裂化异构脱蜡加氢后处理4、溶剂抽提加氢处理溶剂脱蜡5、溶剂抽提加氢处理异构脱蜡加氢后处理加氢基础油的生产工艺路线6、燃料型加氢裂化溶剂精制溶剂脱蜡加氢后精
18、制7、加氢裂化/加氢处理加氢异构化/加氢后精制溶剂脱蜡1 润滑油补充后精制工艺流程糠醛精制酮苯脱蜡后精制产物原料溶剂白土精制与加氢油性质比较SAE 级1040精制工艺37.8 厘沱色度 D1500加氢35990.2白土精制38960.6加氢182901.3白土精制200892.7氧化安定性(酸值达 2.0mg 的小时) 4750180014001000S mN ppm0.00230.1520.111300.3380加氢油硫低色度浅,氧化安定性好,重质油粘度加氢后有下降2燃料型加氢裂化异构脱蜡或催化脱蜡加氢后精制Mobil润滑油脱蜡工艺(Mobil LubeDewaxing-MLDW) MLDW
19、-1于1981年在Mobil公司的Paulsboro装置工业应用 MLDW-2于1992年在Paulsboro装置工业应用 MLDW-3于1993年在位于澳洲的Mobil公司Adelaide装置工业应用 2019年,MLDW-4在澳洲的Adelaide装置以及位于法国的Mobil公司的Gravenchon装置工业应用韩国SK公司的加氢基础油生产装置 SK公司的加氢基础油装置于2019年10月在SK公司的ULSAN炼厂投产,生产能力为17.5万吨。 加氢裂化装置的原料为科威特原油减压馏分油,加氢裂化常用UOP技术催化剂为HCK和HC22。 其优点是加氢裂化尾油的循环利用以及燃料加氢裂化和润滑油加
20、工过程的有机结合。 最初采用Mobile公司的MLDW催化脱蜡技术,97年开始采用Chevron异构脱蜡催化剂(ICR-408)韩国SK公司的生产流程项目Yubase3Yubase4Yubase640运动粘度12.319.132.5100运动粘度3.14.26.0粘度指数115126133倾点,24151520低温粘度5005001230旋转氧弹/分钟440480520韩国SK公司的加氢基础油典型性质3润滑油型加氢(处理)裂化异构脱蜡加氢后处理美国Excel公司查理湖炼厂加氢基础油生产装置 Excel公司查理湖炼厂的加氢基础油生产装置于2019年投产。 异构脱蜡采用Chevron的异构脱蜡催化
21、剂。美国Excel公司查理湖炼厂的生产流程项目轻中性油重中性油操作条件异构脱蜡温度341352加氢后精制温度235236基础油收率7483基础油性质倾点1512运动粘度21.1(40)12.2粘度指数10196美国Excel公司查理湖炼厂装置操作条件及基础油性质Mobil选择性脱蜡工艺(Mobil SelectiveDewaxing-MSDW) 2019年MSDW-1在新加坡的Jurong炼厂投用 Jurong炼油厂是Mobil在新加坡的独资石油化工联合企业 MSDW-1装置设计能力为8000桶/天(40万吨年)基础油ExxonMobil公司Jurong炼厂加氢基础油生产装置 新加坡Juron
22、g炼厂采用MSDW工艺,于2019年建成。 该装置最初采用MSDW-1催化剂,2000年换用MSDW2催化剂。ExxonMobil公司Jurong炼厂的生产流程项目加氢裂化异构脱蜡操作条件压力/Mpa10171017温度3803903151空速/h1.00.51.0基础油收率,90ExxonMobil公司Jurong炼厂操作条件项目J150 2类J150 3类J500 2类40运动粘度3035.495100运动粘度5.46.210.8粘度指数11512497倾点,-18-24-15蒸发损失1573芳烃含量,2295.095.093.01含硫量/g g55107旋转氧弹/min357324286
23、RLT技术工业结果5 溶剂抽提加氢处理异构脱蜡加氢后处理CHEVRON公司的润滑油加氢技术ISO-dewaxing是Chevron公司1985年开发的一项润滑油脱蜡技术 1993年8月首先在Richmond炼油厂实现工业化 国内大庆石油管理局油田化工总厂、高桥分公司已经引进了二套chevron异构脱蜡装置美国STAR公司的约瑟港炼油厂异构脱蜡装置 该装置采用较缓和的溶剂抽提条件,提高了溶剂精制油的收率。 基础油的粘度指数与溶剂精制基础油的粘度指数相当,产品符合2类基础油规格要求,基础油的收率较高。美国STAR公司的约瑟港炼油厂异构脱蜡装置大庆炼化公司引进的CHEVRON技术工艺流程糠醛精制油或
24、脱蜡油或蜡下油加氢脱氮汽提加氢异构加氢精制蒸馏大庆炼化公司加氢基础油典型性质大庆项目150N500N40粘度/mm2.s-1100粘度/mm2.s-1VI倾点/色度/号外观硫/ug.g-1氮/ug.g-1氧化安定性/min族组成 饱和烃芳烃31.25.31102280.5透明10.7738097.82.179.0611.25132-150.5透明+50 稠环环烷部分加氢开环VI 20凝点+20 长侧链的单环环烷烃或单环芳烃VI 110-140凝点0 VI 20凝点+20 因此要求加氢裂化(处理)催化剂必须具有高的加氢活性和相匹配的裂化活性,才能使高凝点低VI值的稠环化合物变成理想基础油组分催化
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