国内外白油三种生产工艺简介
我国的白油生产比国外起步要晚半个多世纪,虽然现在的白油工业有了较大的发展,但白油的生产工艺技术比发达国家相对落后,白油质量和档次低,与国外先进水平相比,仍有很大的距离。国内白油生产工艺主要有加氢精制法、发烟硫酸磺化和三氧化硫磺化法。其它白油制取方法还有烯烃聚合法、溶剂萃取法等。而用发烟硫酸磺化和三氧化硫磺化法工艺生产白油占的比重相当大,约占白油总产量的2/3以上。在国内,白油加氢精制法从开始研究应用至今已近20年的时间,但是发展缓慢,用加氢法生产的白油不到白油总产量的1/3,而发达国家约4/5以上。1. 加氢精制法
加氢精制法生产白油,其主要原理是通过高压加氢,使原料油中的硫、氮、氧等非烃化合物氢解,使烯烃、芳烃选择加氢饱和,并能脱除金属、沥青胶质等杂质。在加氢过程中的主要反应为脱硫、脱氮、脱氧,烯烃和芳烃的饱和,以及加氢脱金属。由于产品对芳烃含量的限制极其严格,而芳烃的加氢受热力学平衡限制难以在高温下进行,故白油工艺无一例外地采用高压加氢。依据原料的不同和对产品要求的不同,采用一段加氢或多段加氢。以质量较好的原料,如加氢裂化未转化油,或经过酸预精制的润滑油基础油,一般芳烃含量低于5%,经过一段加氢可以得到工业级白油甚至食品化妆级白油。以质量一般的原料,如润滑油基础油或溶剂精制脱蜡油等,芳烃含量10%~20%,经过两段加氢,一段加氢可以得到工业级白油,二段加氢可以得到食品化妆品级白油。若原料更差,如减压馏分油,则需要三段以上加氢。
一段加氢法一般是原料的加氢精制过程,操作条件一般压力为10~20MPa,反应温度为300--400℃,空速为0.5~1.5(体积分数)/h,氢油比为500~1000(体积分数)。多段加氢的操作条件一般压力为10~30MPa,反应温度为150~300℃,空速为0.1-0.5(体积分数)/h,氢油比为500~1000(体积分数)。在第一段加氢主要是进行脱硫、脱氮和芳烃饱和等反应,在此,可以得到工业级各种牌号的白油。第二段加氢精制深度是以产品白油易炭化物、紫外吸光度分析项目作为主要控制指标,主要是芳烃和稠环芳烃的饱和过程,油的性质变化不大,工艺流程见图1。
20世纪80年代初,抚顺石油化工研究院在已有的加氢工艺基础上开展了用加氢法生产白油的研究,首先用石化三厂加氢尾油做原料一段加氢制得了合格的白油产品,该技术1983年在抚顺石化三厂工业化。其后对辽河、大庆、茂名中性油、合成油、重烷基苯、胜利SSOT尾油及减压馏分油等进行一段、二段及串联加氢试验,得到了工业、化妆、食品级白油及PS专用白油等多种产品。抚顺石化三厂利用加氢未转化油,采用催化脱蜡工艺生产高质量润滑油基础油及白油。在加工能力为120kt/a的加氢装置上通过催化脱蜡处理,使油料发生选择性加氢裂化与异构化反应,将高凝点烃类转化为较低凝点的润滑油组分油,经再馏分后生产出不同牌号的润滑油基础油,采用3872催化剂深度精制,生产白油产品。
1980年以来,北京石油化工科学研究院针对石油化工行业对特种油品要求开展了白油加氢工艺及催化剂的研究工作,研制出RA一1、RA一10白油加氢催化剂。采用国内技术及催化剂生产的白油产品虽然满足了国内白油产品标准,但与美国FDA和德国DAB一10标准相比还有一定差距。用于生产高粘度牌号的国内催化剂还未有工业应用经验。
目前国外采用的加氢法生产的白油约占白油总产量的85%左右。据不完全统计,国外采用加氢法生产白油的装置主要涉及7家公司的专利技术。分别为法国石油研究院(IFP)、德国巴斯夫公司(BASF)、美国大西洋里奇菲耳德公司(ARCO)、美国兰德尔公司(LYENDELL)、美国阿莫科石油公司(AMOCO)、美国埃克森公司(EXXON)、美国雪伏龙公司(CHERVON)。其主要技术路线为两段加氢工艺,一段反应压力为16--22MPa,反应温度为370~410℃,空速为0.18~0.3(体积分数)/h;第二段反应温度为260℃,压力为20MPa。白油加氢大多采用高镍催化剂或贵金属催化剂(Pt—Pd)。而根据美国专利US6187176B1介绍,目前EXXON公司已经采用三段加氢工艺来生产高粘度的食品药用级白油。
2. 磺化法生产工艺
发烟硫酸与三氧化硫磺化法,其主要原理是由三氧化硫与含硫、氧、氮这些非烃类化合物反应,生成磺化油和酸渣等物质。磺化法中仅有约20%的硫酸参与反应,造成资源浪费,而且酸渣难以处理,污染环境。磺化法白油生产工艺主要是将发烟硫酸与原料在一定温度下进行一次、二次磺化反应,沉降排掉酸渣,再加入一定的碱溶液进行碱中和,沉降分离碱渣,加入浓度为70%的乙醇进行抽提,分离废乙醇,常温下进行水洗、分离废水、白土处理精制、过滤等一系列工序,最后得到白油产品,见图2。但是无论哪种磺化法都存在白油收率低(约60%~80%)、酸渣及白土渣污染等问题。目前在我国,大多数的白油生产厂家均采用此工艺来进行生产。
2.3溶剂萃取法制取白油工艺
为进一步提高白油的收率,克服磺化法带来的不良影响,克服加氢法生产设备与工艺流程的复杂,以及昂贵的催化剂,开发了溶剂萃取法生产白油的工艺。该法最大的特点为:无污染、设备简单、工艺流程简单。该途径是将原料——中性油,最好是内燃机油基础油用己烷稀释【按1:1%(质量分数)】,同时加入5%(质量分数)的水(为了提高操作过程选择性的需要),采用N,N一二甲基甲酰胺作为溶剂,在常温下进行分段萃取。分段萃取的次数需看规格要求的芳烃含量而定。一般需经四段萃取即可得到理想的粗白油。然后要经两次白土补充精制即可得到白油。该法收率为89%--93%,不仅质量指标完全符合标准要求,同时可作为高质量的压缩机油(}Ⅱ<M一40),医用白油和化妆级白油,其工艺流程见图3。
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