環烷基原油加工和應用

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摘要：介紹了環烷基原油的特性及分布情況，說明環烷基原油是性能獨特而又十分缺稀的寶貴資源；對其加工工藝及應用情況進行了系統介紹，說明環烷基油是生產優質瀝青、制備變壓器油、冷凍機油和橡膠填充用油等產品的最佳原料，在潤滑油領域有著不可替代的作用。

關鍵詞：環烷基原油；特性；應用

1引言

環烷基原油屬稀缺資源，儲量只占世界已探明石油儲量的2.2%，被公認為生產電氣絕緣油和橡膠油的優質資源。全球目前只有中國、美國和委內瑞拉等國家擁有環烷基原油資源，中國存在于新疆油田、遼河油田、大港油田以及渤海灣等地區，較為豐富，對今后石油工業及相關用油行業的發展十分有利。

由于環烷基原油性能獨特而又稀少，其加工目的主要用來生產優質瀝青和潤滑油基礎油料，不以生產燃料為主，因此能夠創造更高的附加值。目前，全球對環烷基原油的需求量增長十分迅速，尤其是電力行業和橡膠行業的發展，對環烷基原油的依賴程度越來越大，已經呈現出供不應求的局面。以環烷基原油為原料生產的變壓器油、冷凍機油、橡膠填充油、BS光亮油、重交通道路瀝青等產品，在國內外市場上倍受青睞。尤其是超高壓變壓器油和45號變壓器油，更是環烷基油獨一無二的特色產品。通過高壓加氫反應，可得到無色橡膠填充用油產品，從根本上解決了長期困擾橡膠制品的色澤問題。本文就關于環烷基原油的特性、加工工藝及應用等方面進行論述，對其使用價值進行了概括與小結。

2環烷基原油油的特性

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

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

3環烷基原油的加工

環烷基原油具有蠟含量低、酸值高、密度大、粘度大、膠質、殘炭含量高以及金屬含量高等特點，其裂解性能很差，不能作為催化原料，然而是生產瀝青的優質原料，所以環烷基原油的裝置工藝設置是按照燃料—瀝青—潤滑油型路線安排的。其加工工藝流程為：常減壓蒸餾、加氫脫酸、糠醛精制、絡合脫氮、白土精制生產常三、減二、減三線及殘渣基礎油料，然后經過調合生產出潤滑油產品，加工流程圖如圖1所示。

加氫反應也是當前石油煉制的重要技術手段，世界環烷基潤滑油的生產，90%以上采用加氫工藝。根據油源的不同，加氫的目的不同，一般分為加氫處理，催化脫蠟和加氫補充精制。特別是多環芳烴含量推出標準IP346后，加氫技術在環烷基油品生產上的應用就變得不可取代。環烷基油通過加氫反應，可有效提高粘度指數，進一步降低凝點，降低色度、甚至達到無色，從而擴大了其應用范圍。加氫工藝流程圖如圖2所示。

圖2環烷基油加氫工藝流程圖

4環烷基油的應用與發展

基于自身特性，環烷基油在調制一些潤滑油產品，如變壓器油、橡膠填充油及冷凍機油等，有著其它種類基礎油無法比擬的優勢。許多用戶，如國內外大型變壓器制造商，都指定用環烷基油產品。

4.1變壓器油

變壓器油按凝固點分為10號、25號和45號3種牌號，環烷基油凝固點低，按上述工藝制備的基礎油料，凝固點通常在-30℃以下，可直接生產25號產品，稍加處理就可以生產45號產品。而其它種類基礎油需要脫蠟、甚至深度脫蠟才能滿足要求，由此可見，用環烷基油生產低凝變壓器油或其它低凝油品有著得天獨厚的優勢。

變壓器油的主要作用是絕緣和冷卻散熱，粘度對散熱效果影響甚大，粘度越小流動性就越好，散熱效果也越好。我國規定10號和25號變壓器油的40℃運動粘度不大于13mm2/s，45號變壓器油的40℃運動粘度不大于11mm2/s。由于環烷基油粘度指數低，在變壓器溫度升高時，粘度迅速下降而加快循環速度，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格限制。國外則有根據抑制劑加量對變壓器油進行劃分的，如IEC標準，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標準，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，是變壓器油的發展趨勢，尤其是超高壓變壓器油，傾向于不含抑制劑。對于Ⅰ類和Ⅱ類變壓器油，基礎油就要求具有良好的氧化安定性，只有環烷基油經過適當處理或加入適量的芳烴類基礎油，就可達到氧化安定性的要求，同時還可以滿足超高壓變壓器油析氣性的要求。

近年來中國石油潤滑油公司依托克拉瑪依油田得天獨厚的環烷基稠油資源和先進的加工工藝，已先后研制開發了KI50X、KI50GX超高壓交、直流通用變壓器油、KI40AX長壽命變壓器油（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品，產品質量已躋身于國際高端油品行列。

4.2橡膠填充油

橡膠是富有彈性且具有韌性和相當強度的高聚物，系長分子鏈結構，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，為實現這個目的，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的重要原材料或橡膠加工中的重要助劑，分為石蠟基、環烷基和芳香基三大類。理想的橡膠油應具備以下條件：相容性好，揮發性低，易加工性、抗損傷性和潤滑性良好，對硫化膠的物理性能無不良影響，乳化性能好，污染少，無毒性，安定性好，來源充足和價格適中等。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，所得橡膠產品強度高，可加入量大，價格低廉，但它的顏色深、污染大、毒性大，隨著環保要求的提高將逐步被淘汰；而環烷基橡膠油則兼具石蠟基、芳香基特性，乳化性、相容性好又無污染、無毒害，適應的橡膠品種較多，應用范圍廣泛，因此是理想的橡膠油品種。特別是通過加氫反應，能生產出無色的KN系列橡膠填充用油，為橡膠工業生產白膠及淺色膠提供了優質原料，從根本上解決了以往只能生產“黃膠”而不能生產“白膠”的問題。為此，從世界橡膠填充油的發展趨勢來看，最終結果是環烷基橡膠填充油的需求量將越來越大，經過高壓加氫的低芳烴環烷基橡膠油會受到歡迎，最終成為市場的主流產品。

4.3冷凍機油

冷凍機油是制冷壓縮機專用潤滑油，是制冷系統中決定和影響制冷功能和效果的至關重要的組成部分。高質量的冷凍機油不僅必須具備與制冷劑共存時優良的熱化學安定性和相溶性，還必須兼有優良的低溫流動性、潤滑性及抗泡性，而且易于生產，原料來源可靠，對環境無污染。制冷壓縮機所用制冷劑以R12、R134a和R600a三種為主，隨著環保進程的推進，R600a制冷劑將成為主流，經實驗表明，環烷基基礎油與該制冷劑具有良好的相溶性及熱化學安定性。以克拉瑪依環烷基原油減壓二線餾分油為原料，經過高壓加氫反應，可制備出滿足德國DIN51503VG46標準的冷凍機油。4.4潤滑脂類

環烷基基礎油與金屬皂類的親合力較大，所生產的潤滑脂不易析出油分；而且環烷基油凝固點低，是生產低溫潤滑脂不可缺少的原料。

4.5其它潤滑油

苯胺點低、溶解度高、低芳烴含量也是環烷基油的特點，這些特點使得環烷基油在許多潤滑油產品的應用中，有著其它基礎油無法比擬的優勢。如高溶解度使得制備乳化型金屬加工液更加容易，所配制的乳化液穩定性優良，不易分層。既具有芳烴的部分性能，又無芳烴的毒性，因此環烷基油又是一種環保、安全的產品，在橡膠行業和油墨制造中，可替代芳烴油而解決環保問題。此外，環烷基油還可用于生產壓縮機油、船用氣缸油、低凝液壓油及車輛減震器油等產品。

高壓加氫可有效地提高基礎油粘度指數，由此可彌補環烷基油粘度指數偏低的缺點，如新疆克拉瑪依石化公司的加氫環烷基基礎油粘度指數能達到80以上，滿足大部分潤滑油產品的要求，加氫光亮油KH150BS，通過在工業閉式齒輪油中的應用證明，效果很好。

環烷基原油屬于重質原油，是生產高粘度基礎油的重要資源，為制備高粘度潤滑油提供了豐富原料。如150BS及輕脫油，解決了VG680及VG1000高粘度的閉式工業齒輪油、蝸輪蝸桿油，以及汽缸油和開式齒輪油等產品所需高粘度基礎油的來源問題。

5使用環烷基油應注意的問題

環烷基油的許多特點，是其它基礎油所不具備的，因此使用環烷基油生產的潤滑油產品，應盡量避免與使用其它基礎油生產的油品混合，以免產品優勢性能受到影響。如石蠟基原油的混入對環烷基原油低溫性能的影響非常敏感。經試驗得知，少量的石蠟基油混入會嚴重影響環烷基原油中輕質和中質潤滑油產品的低溫性能。在石蠟基油混入量達到6％時，輕質環烷基潤滑油的凝點會從-60℃迅速上升到-28℃，使產品的低溫性能優勢消失。

6結束語

綜上所述，環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，是其它原油所不具備的；餾分油凝固點低，低溫流動性好，無需脫蠟就能夠滿足許多低溫油品的要求，更是其它原油無法比擬的；具有芳烴油的特點，但無芳烴油的毒性，可替代芳烴油使用而成為環保型石油產品，又是其一大特性；富含環烷烴，是生產環烷基潤滑油的唯一原料來源，更顯其珍貴性。通過高壓加氫，可有效提高其餾分油的粘度指數，滿足大部分潤滑油產品的要求，而且能夠生產出無色油料，為橡膠行業提供了有力支持?？傊?，環烷基原油是非常寶貴、使用價值極高的石油資源。環烷基原油因粘度大，不便于長途管道輸送或運輸，所以加工環烷基油的煉油廠通常建在靠近開采原油的油田附近。新疆克拉瑪依是中國環烷基原油的富集區，儲量豐富，產量穩定，因此克拉瑪依是當前國內最大的環烷基油生產基地，其稠油加工手段處于世界先進水平，并建起了一座30萬噸/年高壓加氫裝置。

我國的環烷基原油資源較為豐富，除了新疆，在近海地區所探明的石油儲量也多為環烷基油，為我國經濟發展、以及石油產品參與國際競爭創造了十分有利的條件。合理開采環烷基原油，不斷改進煉油工藝，開發更多高附加值產品，同時從事廢油回收以節約這一寶貴資源，已成為我國石油工業今后面臨的重要任務。

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