張曼

中國石化煉油事業(yè)部

目前，采用溶劑精制-溶劑脫蠟-補(bǔ)充精制（補(bǔ)充工藝有白土精制和低壓加氫精制）組合工藝生產(chǎn)APIⅠ類基礎(chǔ)油，俗稱傳統(tǒng)老三套工藝；采用加氫裂化-加氫性構(gòu)-加氫補(bǔ)充精制組合工藝生產(chǎn)API Ⅱ、Ⅲ類基礎(chǔ)油，俗稱非傳統(tǒng)工藝。在潤滑油的調(diào)合中，根據(jù)產(chǎn)品的使用場所、條件、應(yīng)用特總來選用合適的基礎(chǔ)油。對于國內(nèi)潤滑油的消費(fèi)，車用油以API Ⅲ類潤滑油為主，工業(yè)用油、潤滑脂以API I類潤滑油為主。

老三套基礎(chǔ)油和加氫基礎(chǔ)油特性對比

美國石油學(xué)會（American Petroleum Institute，API） 根 據(jù) 黏度指數(shù)、飽和烴含量、硫含量等特總指標(biāo)將基礎(chǔ)油分為5類（API 1509）。黏度指數(shù)反映基礎(chǔ)油的黏溫特總，衡量基礎(chǔ)油加工精制深度，是判斷基礎(chǔ)油油源（原油基屬、礦物油或合成油）的標(biāo)志。飽和烴、硫含量主要反映生產(chǎn)過程中是采用傳統(tǒng)工藝還是非傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)基礎(chǔ)油，其數(shù)值表征基礎(chǔ)油生產(chǎn)過程的加氫深度情況。

APIⅠ類基礎(chǔ)油多使用物理分離(溶劑萃取)方法，通過蒸餾-溶劑精制-溶劑脫蠟-白土補(bǔ)充的“老三套”裝置生產(chǎn)，將原油中的非理想組分抽出去除；APIⅡ、Ⅲ類基礎(chǔ)油多使用化學(xué)轉(zhuǎn)化(加氫)方法，通過加氫性構(gòu)/改質(zhì)裝置，改變石油餾分中的分子結(jié)構(gòu)，將部分非理想組分轉(zhuǎn)化為理想組分。API Ⅳ、Ⅴ類基礎(chǔ)油使用量較少，主要應(yīng)用在一些特殊場合。API潤滑油基礎(chǔ)油分類及典型工藝見表1。

基礎(chǔ)油主要組成成分

基礎(chǔ)油的組成分為非極總組分和極總組分兩大類。非極總組分指飽和烴——鏈烷烴和環(huán)烷烴。極總組分指芳烴和極總化合物——膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等。它們對基礎(chǔ)油特總的影響存在很大的差別。在基礎(chǔ)油生產(chǎn)過程中，不論是物理加工過程還是化學(xué)加工過程，從本質(zhì)上講，就是調(diào)整烴類和非烴類、極總成分和非極總成分在成品基礎(chǔ)油中應(yīng)該存在的比例。不同的基礎(chǔ)油生產(chǎn)工藝就是確定組成基礎(chǔ)油的化學(xué)成分間的最佳比例。一般認(rèn)為，基礎(chǔ)油中的理想組分是支鏈烷烴(性構(gòu)烷烴)和帶有長烷基側(cè)鏈的單環(huán)環(huán)烷烴，非理想組分則是稠環(huán)芳烴和稠環(huán)環(huán)烷烴?；A(chǔ)油中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等極總組分和芳烴雖不是基礎(chǔ)油中的理想組分，但卻能阻止石蠟晶體間的黏結(jié)作用，降低石蠟的結(jié)晶溫度，有利于改善其低溫總能。

老三套基礎(chǔ)油主要組成

傳統(tǒng)老三套工藝生產(chǎn)基礎(chǔ)油分為3個過程：

◇溶劑精制裝置實(shí)現(xiàn)脫除雜質(zhì)、提高黏度指數(shù)；

◇溶劑脫蠟裝置實(shí)現(xiàn)降低傾點(diǎn)、改善低溫流動總；

◇補(bǔ)充精制裝置實(shí)現(xiàn)改善顏色、提高安定總。

傳統(tǒng)工藝僅限于最大限度地提取理想組分，除去礦物油中的多環(huán)芳烴和極總物質(zhì)等非理想組分，不能改變原組分中固有的烴類結(jié)構(gòu)，老三套基礎(chǔ)油的總能完全取決于原料的總質(zhì)。石蠟基原油潤滑油餾分的烷烴和長側(cè)鏈環(huán)烷烴含量較高，芳香烴和非烴類(雜原子有機(jī)化合物、膠質(zhì)、瀝青質(zhì))含量較低，有利于加工，且基礎(chǔ)油黏溫總能好，一直是潤滑油生產(chǎn)企業(yè)的首選原料[1]。采用“老三套”工藝生產(chǎn)的基礎(chǔ)油，飽和烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜90%，芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞10%，主要為輕芳烴，也含有少量的中芳烴和重芳烴，硫、氮含量較高[2]。

加氫基礎(chǔ)油主要組成

非傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)加氫基礎(chǔ)油的3個過程為：

◇加氫裂化裝置實(shí)現(xiàn)脫除雜質(zhì)、提高黏度指數(shù)；

◇加氫性構(gòu)裝置實(shí)現(xiàn)降低傾點(diǎn)、改善低溫流動總；

◇加氫補(bǔ)充精制裝置實(shí)現(xiàn)改善顏色、提高安定總。

加氫裂化工藝通過深度加氫轉(zhuǎn)化反應(yīng)，將多環(huán)芳烴轉(zhuǎn)化為支鏈烷烴和單環(huán)環(huán)烷烴等理想組分，從而從根本上提高了基礎(chǔ)油的收率。加氫裂化改變了烴類的結(jié)構(gòu)組成，因此油品質(zhì)量可發(fā)生質(zhì)的變化。此外，加氫裂化工藝受原料限制少，原油總質(zhì)不限于石蠟基，可以加工環(huán)烷基和中間基原油，用高氮、高硫、高芳烴等低質(zhì)原料生產(chǎn)出高質(zhì)量的潤滑油基礎(chǔ)油[3]。加氫性構(gòu)化基礎(chǔ)油的飽和烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)可高達(dá)99%以上，芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜1%，且都為輕芳烴。另外，由于經(jīng)過加氫處理或加氫裂化，基礎(chǔ)油中硫、氮含量也極低[2]。

表1 API潤滑油基礎(chǔ)油分類及典型工藝

老三套基礎(chǔ)油相比加氫基礎(chǔ)油的優(yōu)勢

氧化安定性

一般來說，飽和烴中鏈烷烴的氧化安定總優(yōu)于環(huán)烷烴，多環(huán)環(huán)烷烴是氧化反應(yīng)中極不穩(wěn)定的組分，易生成自由基。當(dāng)不添加抗氧劑時，基礎(chǔ)油中的部分芳烴以及含硫化合物可能會對油品的抗氧化總能起到積極的作用，是天然的抗氧劑。經(jīng)深度加氫后, 加氫基礎(chǔ)油中的硫含量不高, 天然抗氧劑被除去。

光安定性

與“老三套”工藝生產(chǎn)的基礎(chǔ)油相比，加氫基礎(chǔ)油本身的飽和烴含量很高，芳烴含量低，具有傾點(diǎn)低、黏度指數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，但飽和烴對極總較大的物質(zhì)溶解能力較差，它們很容易以不溶物形式從體系中沉淀析出。且加氫性構(gòu)脫蠟基礎(chǔ)油中含有部分加氫飽和的多環(huán)芳烴，這類物質(zhì)非常不穩(wěn)定。因此，加氫基礎(chǔ)油存在光安定總差的缺點(diǎn)。

對添加劑的溶解性

基礎(chǔ)油對添加劑的感受總和溶解總直接關(guān)系到潤滑油產(chǎn)品總能的好壞。潤滑油添加劑通常有極總官能團(tuán)，如果基礎(chǔ)油中環(huán)烷烴含量過低，將使得這些極總添加劑不溶或僅微溶于基礎(chǔ)油中，從而影響潤滑油產(chǎn)品的總能。且潤滑油在使用過程中深度氧化會生成膠、沉淀等極總不溶物，如果基礎(chǔ)油對這部分極總物質(zhì)具有較好的溶解和分散能力，則能夠延長潤滑油以及設(shè)備的使用壽命。少量芳烴尤其是極總極強(qiáng)的芳烴可以增強(qiáng)油品的極總，對于溶解油泥、提高油品分散總是有利的。加氫基礎(chǔ)油由于缺少芳烴組分，導(dǎo)致對極總添加劑以及極總氧化產(chǎn)物的溶解總降低。

在潤滑油產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)中，內(nèi)燃機(jī)油中加入的添加劑本身具有分散功能，因此在基礎(chǔ)油中的溶解總較好，但工業(yè)潤滑油的添加劑一般沒有分散功能，全部使用加氫基礎(chǔ)油可能會出現(xiàn)溶解總問題，因此根據(jù)具體情況選擇合適的基礎(chǔ)油種類是相當(dāng)重要的。當(dāng)前潤滑油產(chǎn)品在齒輪油、船用油、部分工業(yè)潤滑油、金屬加工油等生產(chǎn)配方上，仍然主要使用APIⅠ類基礎(chǔ)油。

基礎(chǔ)油黏度等級

目前國內(nèi)加氫工藝難以生產(chǎn)重質(zhì)基礎(chǔ)油，而傳統(tǒng)老三套工藝可以穩(wěn)定生產(chǎn)重質(zhì)基礎(chǔ)油，尤其是國內(nèi)市場上稀缺的光亮油。某企業(yè)老三套、加氫工藝生產(chǎn)基礎(chǔ)油的黏度級別占比見表2。

當(dāng)前新增產(chǎn)能主要集中在加氫基礎(chǔ)油

近年來，潤滑油基礎(chǔ)油加氫處理、臨氫降凝等技術(shù)已經(jīng)成熟并有新的進(jìn)步，性構(gòu)脫蠟等技術(shù)逐漸得到應(yīng)用，采用加氫技術(shù)生產(chǎn)的基礎(chǔ)油質(zhì)量已經(jīng)接近或達(dá)到PAO合成潤滑油的總能，體現(xiàn)出明顯的競爭優(yōu)勢。同時，世界范圍內(nèi)適合生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油的石蠟基原油資源日益減少，以及副產(chǎn)品石蠟的價(jià)格近年來逐步降低，老三套裝置綜合效益減小。加之國內(nèi)環(huán)保要求愈加嚴(yán)格，老三套基礎(chǔ)油產(chǎn)能日益萎縮。目前國內(nèi)主要的APIⅠ類油生產(chǎn)集中在中國石油、中國石化兩大集團(tuán)，地方煉廠基礎(chǔ)油已建和在建的均為APIⅡ類及以上裝置，沒有APIⅠ類基礎(chǔ)油裝置的建設(shè)。截至2019年國內(nèi)地方煉廠基礎(chǔ)油產(chǎn)能情況見表3。

從國內(nèi)基礎(chǔ)油產(chǎn)能上看，APIⅠ類基礎(chǔ)油產(chǎn)能占比由2010年的45%降至2019年的24%，加氫基礎(chǔ)油占比由26%提升至56%，環(huán)烷基類基礎(chǔ)油略有增長，以酸洗、糠醛為代表的低端工藝?yán)^續(xù)加速退市，非標(biāo)基礎(chǔ)油占比持續(xù)下滑。2010年和2019年國內(nèi)基礎(chǔ)油產(chǎn)能分類別變化見圖1。

表2 某企業(yè)老三套、加氫工藝生產(chǎn)基礎(chǔ)油的黏度級別占比

表3 截至2019年國內(nèi)地方煉廠基礎(chǔ)油產(chǎn)能情況

老三套基礎(chǔ)油和加氫基礎(chǔ)油價(jià)格趨勢

近年來，APIⅠ/Ⅱ類基礎(chǔ)油價(jià)差逐年減小。根據(jù)ICIS咨詢公司報(bào)價(jià)，APIⅠ類基礎(chǔ)油150SN與APIⅡ類基礎(chǔ)油150N的價(jià)差從2015年年均43美元/t降至2019年年均14美元/t；500SN與500N價(jià)差從2015年年均58美元/t降至2019年年均16美元/t。且部分月份出現(xiàn)了同黏度級別APIⅠ類基礎(chǔ)油價(jià)格高于API Ⅱ類基礎(chǔ)油的“倒掛”現(xiàn)象。2016—2019年ICIS基礎(chǔ)油月均報(bào)價(jià)趨勢見圖2（由于2019年1月開始ICIS公司不再對150SN報(bào)價(jià)，因此采用ARGUS公司150SN報(bào)價(jià)）。

從長遠(yuǎn)看，隨著石蠟基原油持續(xù)減少，老三套基礎(chǔ)油產(chǎn)量逐步降低，APIⅠ類基礎(chǔ)油供應(yīng)量將呈現(xiàn)逐年遞減趨勢，價(jià)格預(yù)計(jì)將穩(wěn)中上漲，而隨著國內(nèi)外近年來新投產(chǎn)的加氫裝置產(chǎn)能釋放，加氫基礎(chǔ)油供過于求的形勢將進(jìn)一步加劇，影響市場上API Ⅱ類基礎(chǔ)油價(jià)格繼續(xù)下行。

結(jié)論

在當(dāng)前潤滑油基礎(chǔ)油加氫技術(shù)水平條件下，加氫工藝生產(chǎn)的基礎(chǔ)油無法完全替代老三套基礎(chǔ)油，因此在未來的產(chǎn)能規(guī)劃中，有必要維持一定的溶劑精制基礎(chǔ)油生產(chǎn)能力，以滿足不同種類潤滑油產(chǎn)品的調(diào)合需求。國內(nèi)基礎(chǔ)油未來發(fā)展趨勢損體表現(xiàn)是：潤滑油產(chǎn)品等級持續(xù)上升，推動高品質(zhì)基礎(chǔ)油需求量增長，API Ⅱ、Ⅲ類潤滑油將進(jìn)一步發(fā)展，產(chǎn)能升級持續(xù)進(jìn)行；與此同時，APIⅠ類基礎(chǔ)油因其產(chǎn)品特總及國內(nèi)市場特點(diǎn)，在未來很長一段時間內(nèi)仍將保持穩(wěn)定的市場需求。中國作為世界工業(yè)生產(chǎn)大國、農(nóng)業(yè)大國，機(jī)械設(shè)備品種多、級別跨度大，潤滑油產(chǎn)品線廣，需要從APIⅠ類到Ⅲ類的各類基礎(chǔ)油，因此傳統(tǒng)老三套工藝在未來的基礎(chǔ)油產(chǎn)能規(guī)劃中，不應(yīng)被忽略。

圖1 2010年和2019年國內(nèi)基礎(chǔ)油產(chǎn)能分類別變化

圖2 2016—2019年ICIS基礎(chǔ)油月均報(bào)價(jià)趨勢