環(huán)烷基原油加工和應(yīng)用

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摘要：介紹了環(huán)烷基原油的特性及分布情況，說(shuō)明環(huán)烷基原油是性能獨(dú)特而又十分缺稀的寶貴資源；對(duì)其加工工藝及應(yīng)用情況進(jìn)行了系統(tǒng)介紹，說(shuō)明環(huán)烷基油是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)瀝青、制備變壓器油、冷凍機(jī)油和橡膠填充用油等產(chǎn)品的最佳原料，在潤(rùn)滑油領(lǐng)域有著不可替代的作用。

關(guān)鍵詞：環(huán)烷基原油；特性；應(yīng)用

1引言

環(huán)烷基原油屬稀缺資源，儲(chǔ)量只占世界已探明石油儲(chǔ)量的2.2%，被公認(rèn)為生產(chǎn)電氣絕緣油和橡膠油的優(yōu)質(zhì)資源。全球目前只有中國(guó)、美國(guó)和委內(nèi)瑞拉等國(guó)家擁有環(huán)烷基原油資源，中國(guó)存在于新疆油田、遼河油田、大港油田以及渤海灣等地區(qū)，較為豐富，對(duì)今后石油工業(yè)及相關(guān)用油行業(yè)的發(fā)展十分有利。

由于環(huán)烷基原油性能獨(dú)特而又稀少，其加工目的主要用來(lái)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)瀝青和潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油料，不以生產(chǎn)燃料為主，因此能夠創(chuàng)造更高的附加值。目前，全球?qū)Νh(huán)烷基原油的需求量增長(zhǎng)十分迅速，尤其是電力行業(yè)和橡膠行業(yè)的發(fā)展，對(duì)環(huán)烷基原油的依賴程度越來(lái)越大，已經(jīng)呈現(xiàn)出供不應(yīng)求的局面。以環(huán)烷基原油為原料生產(chǎn)的變壓器油、冷凍機(jī)油、橡膠填充油、BS光亮油、重交通道路瀝青等產(chǎn)品，在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上倍受青睞。尤其是超高壓變壓器油和45號(hào)變壓器油，更是環(huán)烷基油獨(dú)一無(wú)二的特色產(chǎn)品。通過(guò)高壓加氫反應(yīng)，可得到無(wú)色橡膠填充用油產(chǎn)品，從根本上解決了長(zhǎng)期困擾橡膠制品的色澤問(wèn)題。本文就關(guān)于環(huán)烷基原油的特性、加工工藝及應(yīng)用等方面進(jìn)行論述，對(duì)其使用價(jià)值進(jìn)行了概括與小結(jié)。

2環(huán)烷基原油油的特性

原油種類繁多，成分復(fù)雜，分類方法也多種多樣。但按關(guān)鍵餾分的特性，即特性因數(shù)K值，以及碳型分析，可大致將原油分為石蠟基、中間基和環(huán)烷基三大類，如表1所示。

環(huán)烷基原油又稱瀝青基原油，是以含環(huán)烷烴較多的一種原油，如果環(huán)烷碳含量CN%≥50%，則是高純度環(huán)烷基原油。環(huán)烷基原油所產(chǎn)的汽油辛烷值較高，柴油的十六烷值較低，潤(rùn)滑油餾分含蠟量少或幾乎不含蠟、凝固點(diǎn)低，粘度指數(shù)較低，渣油中含瀝青較多。環(huán)烷基原油雖然粘溫性差，但低凝固點(diǎn)，可用來(lái)制備傾點(diǎn)要求很低而對(duì)粘溫性要求不高的油品，如電器用油、冷凍機(jī)油等。雖然環(huán)烷基原油獲得高附加值的輕質(zhì)燃料油的收率低，生產(chǎn)低附加值瀝青和重質(zhì)燃料油的收率高，但其潤(rùn)滑油餾份具有良好的低溫性能，是提高其產(chǎn)品在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力和提高加工收益的一個(gè)有效途徑。

3環(huán)烷基原油的加工

環(huán)烷基原油具有蠟含量低、酸值高、密度大、粘度大、膠質(zhì)、殘?zhí)亢扛咭约敖饘俸扛叩忍攸c(diǎn)，其裂解性能很差，不能作為催化原料，然而是生產(chǎn)瀝青的優(yōu)質(zhì)原料，所以環(huán)烷基原油的裝置工藝設(shè)置是按照燃料—瀝青—潤(rùn)滑油型路線安排的。其加工工藝流程為：常減壓蒸餾、加氫脫酸、糠醛精制、絡(luò)合脫氮、白土精制生產(chǎn)常三、減二、減三線及殘?jiān)A(chǔ)油料，然后經(jīng)過(guò)調(diào)合生產(chǎn)出潤(rùn)滑油產(chǎn)品，加工流程圖如圖1所示。

加氫反應(yīng)也是當(dāng)前石油煉制的重要技術(shù)手段，世界環(huán)烷基潤(rùn)滑油的生產(chǎn)，90%以上采用加氫工藝。根據(jù)油源的不同，加氫的目的不同，一般分為加氫處理，催化脫蠟和加氫補(bǔ)充精制。特別是多環(huán)芳烴含量推出標(biāo)準(zhǔn)IP346后，加氫技術(shù)在環(huán)烷基油品生產(chǎn)上的應(yīng)用就變得不可取代。環(huán)烷基油通過(guò)加氫反應(yīng)，可有效提高粘度指數(shù)，進(jìn)一步降低凝點(diǎn)，降低色度、甚至達(dá)到無(wú)色，從而擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。加氫工藝流程圖如圖2所示。

圖2環(huán)烷基油加氫工藝流程圖

4環(huán)烷基油的應(yīng)用與發(fā)展

基于自身特性，環(huán)烷基油在調(diào)制一些潤(rùn)滑油產(chǎn)品，如變壓器油、橡膠填充油及冷凍機(jī)油等，有著其它種類基礎(chǔ)油無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。許多用戶，如國(guó)內(nèi)外大型變壓器制造商，都指定用環(huán)烷基油產(chǎn)品。

4.1變壓器油

變壓器油按凝固點(diǎn)分為10號(hào)、25號(hào)和45號(hào)3種牌號(hào)，環(huán)烷基油凝固點(diǎn)低，按上述工藝制備的基礎(chǔ)油料，凝固點(diǎn)通常在-30℃以下，可直接生產(chǎn)25號(hào)產(chǎn)品，稍加處理就可以生產(chǎn)45號(hào)產(chǎn)品。而其它種類基礎(chǔ)油需要脫蠟、甚至深度脫蠟才能滿足要求，由此可見(jiàn)，用環(huán)烷基油生產(chǎn)低凝變壓器油或其它低凝油品有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。

變壓器油的主要作用是絕緣和冷卻散熱，粘度對(duì)散熱效果影響甚大，粘度越小流動(dòng)性就越好，散熱效果也越好。我國(guó)規(guī)定10號(hào)和25號(hào)變壓器油的40℃運(yùn)動(dòng)粘度不大于13mm2/s，45號(hào)變壓器油的40℃運(yùn)動(dòng)粘度不大于11mm2/s。由于環(huán)烷基油粘度指數(shù)低，在變壓器溫度升高時(shí)，粘度迅速下降而加快循環(huán)速度，從而提高散熱效果。

氧化安定性同樣是變壓器油的重要性能，為了提高油品的氧化安定性，通常加入氧化抑制劑，但氧化抑制劑的加入，也會(huì)影響到變壓器油的耐電壓和介損性能，因此抑制劑的加入量受到了嚴(yán)格限制。國(guó)外則有根據(jù)抑制劑加量對(duì)變壓器油進(jìn)行劃分的，如IEC標(biāo)準(zhǔn)，將變壓器油分為加抑制劑和未加抑制劑兩大類。最新推出的IEC60296-2003標(biāo)準(zhǔn)，將變壓器油分為3類，如表2所示。

減少抑制劑加量或不加抑制劑，是變壓器油的發(fā)展趨勢(shì)，尤其是超高壓變壓器油，傾向于不含抑制劑。對(duì)于Ⅰ類和Ⅱ類變壓器油，基礎(chǔ)油就要求具有良好的氧化安定性，只有環(huán)烷基油經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理或加入適量的芳烴類基礎(chǔ)油，就可達(dá)到氧化安定性的要求，同時(shí)還可以滿足超高壓變壓器油析氣性的要求。

近年來(lái)中國(guó)石油潤(rùn)滑油公司依托克拉瑪依油田得天獨(dú)厚的環(huán)烷基稠油資源和先進(jìn)的加工工藝，已先后研制開(kāi)發(fā)了KI50X、KI50GX超高壓交、直流通用變壓器油、KI40AX長(zhǎng)壽命變壓器油（第三代超高壓變壓器油）、KI50AX特高壓變壓器油和KI45GX互感器專用油等系列新產(chǎn)品，產(chǎn)品質(zhì)量已躋身于國(guó)際高端油品行列。

4.2橡膠填充油

橡膠是富有彈性且具有韌性和相當(dāng)強(qiáng)度的高聚物，系長(zhǎng)分子鏈結(jié)構(gòu)，要使橡膠具有良好的加工性能，須使分子間各鏈段彼此能容易滑動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，一般采用添加橡膠油的方法。橡膠油是合成橡膠和橡膠制品行業(yè)的重要原材料或橡膠加工中的重要助劑，分為石蠟基、環(huán)烷基和芳香基三大類。理想的橡膠油應(yīng)具備以下條件：相容性好，揮發(fā)性低，易加工性、抗損傷性和潤(rùn)滑性良好，對(duì)硫化膠的物理性能無(wú)不良影響，乳化性能好，污染少，無(wú)毒性，安定性好，來(lái)源充足和價(jià)格適中等。相比較而言，石蠟基橡膠油抗氧化、光安定性好，但石蠟基橡膠油的乳化性、相容性和低溫性較差；芳香基橡膠油相容性最好，所得橡膠產(chǎn)品強(qiáng)度高，可加入量大，價(jià)格低廉，但它的顏色深、污染大、毒性大，隨著環(huán)保要求的提高將逐步被淘汰；而環(huán)烷基橡膠油則兼具石蠟基、芳香基特性，乳化性、相容性好又無(wú)污染、無(wú)毒害，適應(yīng)的橡膠品種較多，應(yīng)用范圍廣泛，因此是理想的橡膠油品種。特別是通過(guò)加氫反應(yīng)，能生產(chǎn)出無(wú)色的KN系列橡膠填充用油，為橡膠工業(yè)生產(chǎn)白膠及淺色膠提供了優(yōu)質(zhì)原料，從根本上解決了以往只能生產(chǎn)“黃膠”而不能生產(chǎn)“白膠”的問(wèn)題。為此，從世界橡膠填充油的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，最終結(jié)果是環(huán)烷基橡膠填充油的需求量將越來(lái)越大，經(jīng)過(guò)高壓加氫的低芳烴環(huán)烷基橡膠油會(huì)受到歡迎，最終成為市場(chǎng)的主流產(chǎn)品。

4.3冷凍機(jī)油

冷凍機(jī)油是制冷壓縮機(jī)專用潤(rùn)滑油，是制冷系統(tǒng)中決定和影響制冷功能和效果的至關(guān)重要的組成部分。高質(zhì)量的冷凍機(jī)油不僅必須具備與制冷劑共存時(shí)優(yōu)良的熱化學(xué)安定性和相溶性，還必須兼有優(yōu)良的低溫流動(dòng)性、潤(rùn)滑性及抗泡性，而且易于生產(chǎn)，原料來(lái)源可靠，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。制冷壓縮機(jī)所用制冷劑以R12、R134a和R600a三種為主，隨著環(huán)保進(jìn)程的推進(jìn)，R600a制冷劑將成為主流，經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明，環(huán)烷基基礎(chǔ)油與該制冷劑具有良好的相溶性及熱化學(xué)安定性。以克拉瑪依環(huán)烷基原油減壓二線餾分油為原料，經(jīng)過(guò)高壓加氫反應(yīng)，可制備出滿足德國(guó)DIN51503VG46標(biāo)準(zhǔn)的冷凍機(jī)油。4.4潤(rùn)滑脂類

環(huán)烷基基礎(chǔ)油與金屬皂類的親合力較大，所生產(chǎn)的潤(rùn)滑脂不易析出油分；而且環(huán)烷基油凝固點(diǎn)低，是生產(chǎn)低溫潤(rùn)滑脂不可缺少的原料。

4.5其它潤(rùn)滑油

苯胺點(diǎn)低、溶解度高、低芳烴含量也是環(huán)烷基油的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)使得環(huán)烷基油在許多潤(rùn)滑油產(chǎn)品的應(yīng)用中，有著其它基礎(chǔ)油無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。如高溶解度使得制備乳化型金屬加工液更加容易，所配制的乳化液穩(wěn)定性優(yōu)良，不易分層。既具有芳烴的部分性能，又無(wú)芳烴的毒性，因此環(huán)烷基油又是一種環(huán)保、安全的產(chǎn)品，在橡膠行業(yè)和油墨制造中，可替代芳烴油而解決環(huán)保問(wèn)題。此外，環(huán)烷基油還可用于生產(chǎn)壓縮機(jī)油、船用氣缸油、低凝液壓油及車輛減震器油等產(chǎn)品。

高壓加氫可有效地提高基礎(chǔ)油粘度指數(shù)，由此可彌補(bǔ)環(huán)烷基油粘度指數(shù)偏低的缺點(diǎn)，如新疆克拉瑪依石化公司的加氫環(huán)烷基基礎(chǔ)油粘度指數(shù)能達(dá)到80以上，滿足大部分潤(rùn)滑油產(chǎn)品的要求，加氫光亮油KH150BS，通過(guò)在工業(yè)閉式齒輪油中的應(yīng)用證明，效果很好。

環(huán)烷基原油屬于重質(zhì)原油，是生產(chǎn)高粘度基礎(chǔ)油的重要資源，為制備高粘度潤(rùn)滑油提供了豐富原料。如150BS及輕脫油，解決了VG680及VG1000高粘度的閉式工業(yè)齒輪油、蝸輪蝸桿油，以及汽缸油和開(kāi)式齒輪油等產(chǎn)品所需高粘度基礎(chǔ)油的來(lái)源問(wèn)題。

5使用環(huán)烷基油應(yīng)注意的問(wèn)題

環(huán)烷基油的許多特點(diǎn)，是其它基礎(chǔ)油所不具備的，因此使用環(huán)烷基油生產(chǎn)的潤(rùn)滑油產(chǎn)品，應(yīng)盡量避免與使用其它基礎(chǔ)油生產(chǎn)的油品混合，以免產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)性能受到影響。如石蠟基原油的混入對(duì)環(huán)烷基原油低溫性能的影響非常敏感。經(jīng)試驗(yàn)得知，少量的石蠟基油混入會(huì)嚴(yán)重影響環(huán)烷基原油中輕質(zhì)和中質(zhì)潤(rùn)滑油產(chǎn)品的低溫性能。在石蠟基油混入量達(dá)到6％時(shí)，輕質(zhì)環(huán)烷基潤(rùn)滑油的凝點(diǎn)會(huì)從-60℃迅速上升到-28℃，使產(chǎn)品的低溫性能優(yōu)勢(shì)消失。

6結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，環(huán)烷基原油具有粘度高、瀝青多、含蠟少、餾分油幾乎不含蠟的特點(diǎn)，是其它原油所不具備的；餾分油凝固點(diǎn)低，低溫流動(dòng)性好，無(wú)需脫蠟就能夠滿足許多低溫油品的要求，更是其它原油無(wú)法比擬的；具有芳烴油的特點(diǎn)，但無(wú)芳烴油的毒性，可替代芳烴油使用而成為環(huán)保型石油產(chǎn)品，又是其一大特性；富含環(huán)烷烴，是生產(chǎn)環(huán)烷基潤(rùn)滑油的唯一原料來(lái)源，更顯其珍貴性。通過(guò)高壓加氫，可有效提高其餾分油的粘度指數(shù)，滿足大部分潤(rùn)滑油產(chǎn)品的要求，而且能夠生產(chǎn)出無(wú)色油料，為橡膠行業(yè)提供了有力支持。總之，環(huán)烷基原油是非常寶貴、使用價(jià)值極高的石油資源。環(huán)烷基原油因粘度大，不便于長(zhǎng)途管道輸送或運(yùn)輸，所以加工環(huán)烷基油的煉油廠通常建在靠近開(kāi)采原油的油田附近。新疆克拉瑪依是中國(guó)環(huán)烷基原油的富集區(qū)，儲(chǔ)量豐富，產(chǎn)量穩(wěn)定，因此克拉瑪依是當(dāng)前國(guó)內(nèi)最大的環(huán)烷基油生產(chǎn)基地，其稠油加工手段處于世界先進(jìn)水平，并建起了一座30萬(wàn)噸/年高壓加氫裝置。

我國(guó)的環(huán)烷基原油資源較為豐富，除了新疆，在近海地區(qū)所探明的石油儲(chǔ)量也多為環(huán)烷基油，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、以及石油產(chǎn)品參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)創(chuàng)造了十分有利的條件。合理開(kāi)采環(huán)烷基原油，不斷改進(jìn)煉油工藝，開(kāi)發(fā)更多高附加值產(chǎn)品，同時(shí)從事廢油回收以節(jié)約這一寶貴資源，已成為我國(guó)石油工業(yè)今后面臨的重要任務(wù)。

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