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提高润滑油基础油粘度指数措施优化

更新时间:2016-07-05

0 引言

润滑油一般由基础油和添加剂两部分组成。基础油是润滑油的主要成分,决定着润滑油的基本性质[1]。随着现代工业的发展及环保法规的日益严格,对润滑油质量要求越来越高,迫切需要生产出具有高粘度指数、抗氧化安定性好、低挥发性的高品质润滑油基础油,使得润滑油的升级换代势在必行[2]

近年来,以传统“老三套”工艺生产Ⅰ类MVI基础油为主的兰州石化公司MVI基础油使用领域明显萎缩,对兰州石化公司经济效益提升产生了很大的影响。针对以上情况本论述将对兰州石化公司润滑油基础油产量偏低原因、生产现状、产品质量状况进行分析,通过优化原油结构以及按照“低炉温、高真空、窄馏分、深精制、浅脱蜡”的思路分别对各项措施进行操作优化调整,提高润滑油基础油质量[3],改善润滑油生产的被动局面。

1 兰州石化公司润滑油基础油现状

1.1 基础油产量下降原因分析

图1 兰州石化公司近年润滑油基础油产量结构图

从图1可以看出,兰州石化公司基础油产量逐年递减,且下降幅度快速增加,主要原因有:

(1)随着汽车工业的发展,车用润滑油(发动机油、自动传动液、齿轮油)升级换代的速度加快,常规的I类基础油已难以满足调制高档润滑油的要求。(2)从发动机油的情况看,其质量正在向高粘度指数、高氧化安定性、低挥发性和低粘度的方向发展,用常规的Ⅰ类基础油通过改变添加剂的种类或添加量已难以满足要求。(3)从自动传动液的情况看,调制新牌号所用的基础油都需要有更好的氧化安定性、低温流动性和剪切安定性,而用常规的Ⅰ类基础油根本达不到要求[4]。(4)兰州石化公司采用“老三套”工艺生产的Ⅰ类MVI基础油,由于其粘度指数低、抗氧化性能差,限制了其在内燃机油中的应用,只能用于配合生产低档内燃机油、普通液压油,MVI基础油使用领域显著萎缩,因此,需求量大幅下降。

1.2 润滑油馏分粘度指数情况

兰州石化公司加工原油以长庆、青海、牙哈、南疆、北疆、哈油等为主,通过开展原油评价显示,在符合ASTMD 2892-2010《原油蒸馏试验方法(15-理论板式法)》和 ASTMD5236-2003(2007)《重烃混合物蒸馏试验方法(真空罐馏器法)》标准的抚顺-Ⅲ型实沸点蒸馏装置进行切割,选取350℃~400℃,400℃~450℃和450℃~520℃馏分按润滑油指标进行性质分析,从表1可以看出,在350℃~400℃馏分时,牙哈油粘度指数的贡献最大、青海油次之、长庆油最小,均属于石蜡基原油,适合于500万t/a常减压装置加工。

通过调节萃取塔顶部温度、萃取塔湿溶剂量、萃取塔温度梯度,溶剂比控制、循环溶剂质量控制等运行参数,大大提高了溶剂精制深度,强化了萃取效果,从表4可以看出,优化调整各操作参数后3~9月份减二线、减三线和减四线精制油收率均值较2015年分别降低了1.2%、3%和0.41%,说明溶剂精制油精制深度进一步加深。

以感官评分为指标,考察糖添加量、淡奶油添加量、发酵温度个因素对其影响,确定二次通用旋转最佳因素水平,实验结果见图8-图10。

1.3 近年来基础油质量情况

图2 2013~2015粘度指数折线图

从图2和表2可以看出,近年来润滑油基础油粘度指数均有很大提高,且各类基础油粘度指数≥80的合格率均大幅增加。从表2可以看出,与Ⅰ类基础油质量标准相比,MVI300粘度指数均值虽未达到指标,但最大值、最小值、平均值均大幅提升。但是近几年,润滑油产品质量升级步伐太快,配方的调整更加严格,兰州石化公司基础油质量提升明显跟不上润滑油品质升级的步伐,因此,对兰州石化公司整体润滑油基础油及石蜡的生产平衡、加工任务和经济效益以及后续润滑油的调合均造成了非常大的影响。

2 生产运行分析及质量提升优化措施

影响润滑油溶剂精制效果的主要因素有溶剂用量(常以溶剂比表示)、抽提温度与温差、循环溶剂质量。生产过程中溶剂比偏低、萃取塔顶/底温度梯度控制过大(轻质油原料约一般控制在8℃~10℃,重质原料油一般控制在10℃~12℃),精制循环溶剂质量差含水大于3%,均会导致溶剂精制深度不足,非理想组分萃取(抽提)深度不够;另外,循环溶剂质量差带油大于3%,循环溶剂的选择性大大降低,在润滑油萃取过程中理想组份、非理想组份全部溶解,根本无法达到溶剂精制的目的。

表1 青海、牙哈、长庆原油润滑油馏分性质

沸点范围,℃原油产地占原油收率,%(m/m)密度(20℃),kg/m3凝点,℃硫含量,mg/kg粘度(40℃),mm2/s粘度(100℃),mm2/s粘度指数350℃~400℃400℃~450℃450℃~520℃青海7.92 839.9 28 2 200 10.33 2.812 118牙哈6.26 830.7+30 300 9.224 2.724 144长庆8.27 851.4 25 1 100 10.28 2.762 90青海13.25 851.7 38 3 000-4.088-牙哈5.91 837.7+40 400无法分析3.999无法分析长庆12.64 864.9 35 1 600 20.88 4.218 105青海11.28 874.5 48 4 300-7.662-牙哈2.78 850.5+49 600 6.658长庆14.47 888.4 48 1 800-9.131-试验方法模拟蒸馏GB/T 1884 GB/T 510 GB/T 17040 GB/T 265 GB/T 265 GB/T 1995

表2 近年来润滑油基础油质量分析表

项目MVI150指标MVI300指标MVI500指标粘度指数≥最大值最小值平均值80 80 80粘度指数≥80的比例%倾点≤℃ 平均值-12 2013年86 71 80.42 65.79-13.9 2014年92 81 88.16 100-12.8 2015年94 79 89.33 96.97-13.7-9 2013年80 59 68.66 2.86-11.4 2014年83 71 75.58 12.5-11.3 2015年84 73 78.5 33.33-10.7-5 2013年85 71 75.9 7.69-8.6 2014年85 75 81.1 63.6-7.7 2015年86 78 82 77.8-7.6

2.1 常减压装置运行分析及调整

北方农区的设施农业和畜牧业要做好温室大棚和牲畜棚舍的加固保温工作,积极防范大风降温雨雪天气的不利影响。北方冬麦区要加强田间管理,促进麦苗扎根分蘖,培育壮苗;墒情偏差地区要及时灌溉补水,确保冬小麦安全出苗;西南等未播种地区要抓住有利天气条件,适时播种;对缺苗断垅的麦田,要及时补种。南方油菜产区要适时移栽油菜,部分土壤过湿地区注意排湿降渍,促进油菜健壮生长。江南地区要及时收晒晚稻;南方农区要实时开展冬种工作。

通过优化调整,避免同时切割导致各减压馏分油馏程过宽问题,同时对加工原油比例进行了优化调整,使得有利于润滑油粘度指数提高的青海油、牙哈油比例较以往明显上升。从表3可以看出,自优化调整各操作参数后,减压馏分油馏程宽度明显变窄,合格率显著上升。

常减压装置是在常压、减压条件下,在蒸馏塔里按蒸发能力分成沸点范围不同的油品(馏分),将原油切割为连续重整原料、石脑油、加氢航煤、煤油、轻柴油、重柴油、催料和润滑油组分及渣油等多个产品[6]。兰州石化公司500万t/a常减压装置设计加工原油为长庆油、青海油和牙哈油。由于装置加工原油结构性质较设计轻,且根据目前汽柴油市场要求及兰州石化公司柴油冷滤点的影响,常减压装置对常三线95%点进行压轻,减压塔负荷增加,且因减压塔各侧线抽出及中段回流泵封油的影响,造成各减压侧线油头轻尾重,馏程较宽,难以实现窄馏程控制;另外,从2011年~2015年加工原油中粘度指数较高的青海油比例在2.45%~15.7%之间,均值为6.8%,低于设计33.33%的要求,原油中粘度指数最高的牙哈油的比例也较低为5.31%~11.65%,均值为6.1%;因此,目前500万t/a常减压装置生产的润滑油基础油原料不能为更高粘度指数基础油提供保障。

2.2 溶剂精制装置运行分析及调整

自2016年3月兰州石化公司润滑油基础油生产相关的500万t/a常减压、20万t/a苯酚溶剂精制、23万t/a NMP溶剂精制和25万t/a酮苯脱蜡装置对操作参数同时进行优化调整后,当常减压装置减压馏分油馏程宽度控制合格率达80%以上、苯酚溶剂精制装置溶剂比提高至2.3∶1~2.5∶1(V/V)、抽提温度梯度轻质油原料控制在8℃~10℃,重质原料油控制在10℃~12℃、酮苯脱蜡装置减二线去蜡油凝固点提高至-11.25℃、减三线去蜡油凝固点提高至-7℃、减四线去蜡油凝固点提高至-7.5℃时,粘度指数有明显上升趋势,粘度指数合格率也达到了最好水平。

基础油品质关系到石化企业整体实力和经济效益,开展润滑油基础油的生产工艺及相关技术研究是极其重要的[5]。提升润滑油基础油质量,提高运行经济效益,炼油厂从加工的原油种类、润滑油基础油生产的各装置操作条件及质量分析数据进行分析研究,对500万t/a常减压、23万t/aNMP溶剂精制、20万t/a苯酚溶剂精制、25万t/a酮苯脱蜡等相关装置操作进行了优化调整。

国有企业改革要以完善的财务管理预算体系为基础,通过在经营管理过程总有效的编制财务预算,从而促进建立、健全各种财务规章制度。预算管理要充分发挥国有企业管理层次的引导作用,以管理者为突破口,强化其财务预算管理的意识,来调动管理层进行有效财务预算观的积极性,将预算管理能够切实的落到实处。除此之蛙,要做好国有企业员工的思想教育工作,采取各种措施进行财务预算管理培训,以此来增强全员对财务管理预算的认识。

在实际生产过程中,牙哈油粘度指数最高,硫含量低,但收率低、密度小,比例增加时,易造成常减压装置常压塔气相负荷过大;青海油粘度指数次之,润滑油馏分收率高,是理想的润滑油组分,但由于是火槽运输,占石蜡基原油比例约为3%~15%,考虑化工裂解轻柴油硫含量要求不大于300 mg/kg,青海油比例不宜超过10%;长庆油中润滑油馏分收率高,硫含量低,但粘度指数最低,因此,需选择三种原油适宜的比例,作为润滑油基础油原料。

对于孟晚舟被扣留一事,华为公司反应迅速。12月6日,华为在官方微信发布声明称,孟晚舟是被加拿大当局暂时扣留,美国正在寻求对孟晚舟的引渡,她面临纽约东区未指明的指控。

表3 500万t/a常减压装置减压馏分油情况及加工原油组成表

注:1.均为2016年3~9月份数据; 2.馏程合格率为减二线97%点馏出温度-2%点馏出温度≤100℃,减三线、减四线97%点馏出温度-2%点馏出温度≤110℃。

项目原油种类及混合比例%长庆/青海/牙哈3月4月79.38/12.89/7.73 76/13.33/10.67 5月6月7月81.93/9.64/6.02 85.9/11.54/2.5 77.27/22.73 8月63.64/36.36 9月减压馏分油减三线减四线减二线减四线减二线减三线减四线减四线减二线减四线减二线减三线减四线减二线减三线减四线闪点(开)℃228.3 254.5 210.5 251.2 209.9 226.1 254.5 254.5 209.6 254.3 211.8 228.2 251.5 206.6 224.1 247.7粘度mm2/s(50/10)6.42 10.46 14.8 10.29 13.27 6.0 10.31 10.56 14.2 10.39 15.77 6.57 9.56 13.07 5.86 8.97色度号2.0 3.5 1.5 3.5 1.5 2.0 3.5 3.5 1.5 3.5 1.5 2.5 3.9 1.5 2.22 3.52 2%点馏出温度℃386.3 423.8 352.2 407.1 348.8 375.2 415.4 415.17 352 408.2 350.3 372.8 398.7 347.6 365.2 402.9 97%点馏出温度℃498.7 526.7 452.3 504.9 451.5 485.8 517.2 517.5 463.0 518.6 472.1 506.2 545.1 457.3 494 531.0馏程温差℃112.4 102.9 100.1 97.8 102.7 110.6 101.8 102.33 111 110.4 121.8 133.4 146.4 109.7 128.8 128.1馏程温差合格率%66.2 100 98.2 100 97.5 81.4 100 100 78.2 99.1 75.4 74.2 84.1 79.6 77.1 80.1 73.68/26.32

表4 润剂精制装置操作参数调整及质量情况对比表

注:以上数据均为2016年3~9月份数据。

加工方案溶剂比精制油收率%82.56 80.82 88.57 77.18 85.1 79.61 77.24 83.61 81.07 84.04 83.2 84.33 73.17 85.22 69.81 81.13减三线减四线减二线减四线减二线减三线减四线减四线减二线减四线减二线减三线减四线减二线减三线减四线1.6 1.6 2.0 2.5 2.3 2.3 2.5 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.5萃取塔顶/底温度℃88/78 97/86 81/71 98/87 80/71 80/70 97/87 94/83 79/70 93/80 78/68 80/70 95/83 79/70 78/68 98/86萃取塔温度梯度℃10 11 10 11 9 10 10 11 9 10 10 10 12 9 10 12运动粘度(50/100℃)mm2/s 6.047 8.52 13.52 8.56 12.2 5.66 8.84 8.76 13.05 8.66 13 5.93 8.56 11.58 5.71 7.54循环溶剂质量含水%0.77 0.77含油%0.64 0.62 0.69 1.53 1.77 0.75 0.92 0.73 1.7 0.79 0.8 0.78

2.3 酮苯脱蜡装置运行分析及调整

溶剂脱蜡工艺主要包括结晶、过滤、溶剂回收和冷冻四部分,其目的是除去油品中的石蜡,降低润滑油基础油的倾点。该工艺在加工较轻的原料时有技术优势,脱蜡油收率高、粘度指数较高[7]。溶剂脱蜡是一个物理过程,它除去了润滑油原料中大分子正构烷烃及长侧链异构烷烃即蜡,以满足润滑油品在低温下的使用要求。

表5 酮苯脱蜡装置操作参数调整及质量情况对比表

注:1.以上数据均为2016年3~9月平均数据; 2.自3月开始调整操作以来,去蜡油凝固点温度范围均在4℃之内。

项目3月4月5月6月7月8月9月油品三线去蜡油四线去蜡油二线去蜡油四线去蜡油二线去蜡油三线去蜡油四线去蜡油四线去蜡油二线去蜡油四线去蜡油二线去蜡油三线去蜡油四线去蜡油二线去蜡油三线去蜡油四线去蜡油去蜡油凝固点℃-7.5-7.55-11.4-7.5-11.25-7-8.37-8.25-12.25-8.4-12-11.8-8.8-13.1-12-7.8去蜡油闪点℃226 250 206.8 252 204.5 225.1 252.5 252.8 205.8 252.2 216.5 226.6 253 201.2 215.6 244.5蜡下油闪点℃225 246.5 202.9 256 201.5 221.2 249.6 250.9 204.9 249.3 215.5 223.8 249.5 198.5 216.6 242滤机进料温度℃-18.6-18.0-18.9-17.8-18.5-17.6-18.8-18.7-17.5-17.9-18.2-18.1-17.9-18.6-18.8-17.3

通过优化调整滤机进料温度,提高其温度并保持稳定,使之对应去蜡油凝固点按指标(减二线、三线去蜡油在-9℃~-12℃之间,减四线去蜡油在-6℃~-9℃之间)控制,且凝固点变化范围<4℃(即卡4℃),从而降低脱蜡深度,适当提高去蜡油中蜡下油组分含量。从表5可以看出,优化调整后,随着滤机进料温度的提高,去蜡油凝固点达到了指标上限,实现了最大限度的浅脱蜡。

2.4 优化调整的效果

溶剂精制是润滑油生产过程中的重要步骤,其主要作用是脱除油品中的稠环芳烃、胶质、沥青质等,使润滑油粘温性质、抗氧化安定性、残炭值、颜色等性质得到改善。该工艺较成熟,常用的溶剂有糠醛、酚和N-甲基吡咯烷酮(NMP)[7]

从2016年润滑油粘度指数合格率来看:MVI150合格率100%,MVI300合格率75%,MVI500合格率87.5%(具体数据见表6、7、8),均较2015年合格率分别提升了10.67%、1.5%和5.5%,说明优化调整后润滑油基础油粘度指数提高效果明显,从而为后续润滑油的调合创造了良好的条件,降低了粘度指数改进剂的加入量,有效地降低了润滑油生产调合的难度和成本。

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表6 2016年润滑油基础油MVI150质量统计表

项目 色度号黏度指数倾点℃MVI150 40℃运动黏度,mm2/s 32.80 30.06 28.26 27.56 30.34 32.39 38.99 31.81 32.12 33.88 30.72 33.18 33.81 29.25 28.74 33.83 100℃运动黏度,mm2/s 5.234 4.993 4.863 4.804 5.458 5.293 5.828 5.191 5.208 5.398 5.096 6.390 5.679 4.923 4.607 5.432 0.1 0.1 0.2 0.2 0.5 0.3 0.9 0.2 0.2 0.5 0.5 1 0.9 0.4 0.3 0.4 85 86 90 90 87 92 87 89 88 90 90 88 90 86 87 92闪点(开口),℃214 214 214 214 214 214 214 214 214 214 214 214 214 214 214 214-12-15-12-12-9-6-9-18-12-9-12-12-12-12-15-12旋转氧弹法(150℃)min 266 203 231 231 231 231 231 231 231 162 237 237 237 237 237 237

表7 2016年润滑油基础油MVI300质量统计表

项目 色度,号黏度指数倾点,℃MVI300 40℃运动黏度,mm2/s 56.15 70.17 56.12 64.71 66.8旋转氧弹法(150℃)min 232 232 232 232 232 100℃运动黏度,mm2/s 7.205 8.406 7.154 7.699 7.58 0.2 1.0 0.8 0.3 0.8 83 87 81 77 84闪点(开口),℃234 234 234 234 234-6-6-9-9-7

表8 2016年润滑油基础油MVI500质量统计表

项目40℃运动黏度,mm2/s 100℃运动黏度,mm2/s色度,号黏度指数倾点,℃MVI500 126.8 128.4 132.3 103.3 107.9 106.7 108.2 109.9 111.7 107.7 105.6 97.85 103.2 103.2 108.5 112.8 113.5 112.7 109.9 106.3 105.1 98.13 92.43 8.965 12.29 12.49 10.47 11.18 10.70 10.81 10.89 11.15 10.86 10.94 10.44 10.78 10.4 11 10.97 11.19 11.02 11.22 10.50 10.59 10.14 9.788 1.2 1.2 1 0.8 0.8 0.7 0.8 1.0 0.9 0.9 0.6 0.4 0.5 0.6 0.7 1.0 0.9 0.9 1.0 1.5 0.9 0.9 0.9 81 83 83 79 83 82 80 80 82 81 86 86 86 80 83 77 80 80 80 76 80 80 81闪点(开口),℃274 274 252 252 252 252 252 252 252 252 252 252 252 252 252 252 252 252 252 252 252 252 252-8-8-5-5-11-8-8-11-5-5-8-11-14-5-5-5-5-5-8-5-8-8-11旋转氧弹法(150℃)min 218 218 218 218 218 218 251 251 251 251 226 206 206 206 206 226 226 226 262 262 262 206 206

3 结束语

(1)兰州石化公司用润滑油基础油“老三套”生产工艺,常减压、苯酚溶剂精制、NMP溶剂精制装置和酮苯脱蜡装置按照“窄馏分、深精制、浅脱蜡”的操作思路精心操作,摸索掌握最佳操作条件优化调整后,润滑油基础油粘度指数明显上升,基本达到了产品质量要求。

平台采用通过软件实现双机热备的方案,如图4所示。双击热备解决数据库通信安全问题,在主数据库服务器出现异常不能访问时,可自动切换到备用服务器上,用户访问不会受到任何影响。

(2)润滑油基础油生产涉及三套装置,各装置操作条件调整存在不同步或滞后,均对粘度指数有很大影响。因此,仍需继续寻找最佳操作条件,以保证在满足质量要求的前提下尽可能降低各装置能耗物耗等主要经济技术指标。

(3)通过优化调整润滑油基础油的生产运行参数,提升了润滑油基础油质量,取得了良好的效果。

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苏佩汝,徐海清,陈红蕾,蒲克俊
《甘肃科技纵横》 2018年第05期
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