工業潤滑油加氫處理是在較高的溫度下，采用催化劑穩定基礎油的活潑組分，將基礎油加氫，改善其顏色，延長其使用壽命。該工藝可以除掉一些含硫、含氮化合物，但不能大量除去基礎油中的芳烴組分。加氫處理只是較小地改進了基礎油生產的工藝技術。加氫裂化是更苛刻的加氫工藝，它是在比簡單加氫處理更高的溫度和壓力條件下將基礎油加氫，原料基礎油分子被重新組合并裂解為更小的分子，芳烴開環，異構烷烴重新分布，絕大部分硫、氨和芳烴被除掉，同時副產清潔燃料。

（1）溶劑精制油加氫處理 溶劑精制油加氫處理技術的主要目的是脫氮、脫硫、脫金屬和提高黏度指數，因為采用傳統的基礎油生產工藝（溶劑精制＋溶劑脫蠟）難以得到II／皿類基礎油，即使有些潤滑油廠能夠得到I類基礎油，溶劑精制的苛刻度要足以使精制油的黏度指數至少在80以上，最好在95以上；要得到II類基礎油，溶劑精制的苛刻度要足以使精制油的黏度指數至少在120以上，這樣做收率太低，經濟上很不合算。如果先經過緩和的溶劑（N-甲基吡咯烷酮或糠醛）精制，再經過加氫處理，就可以得到收率較高、黏度指數較高的基礎油料。采用溶劑精制加氫處理生產異構脫蠟原料油，可以只經過緩和溶劑精制。其優點是不僅可減少溶劑用量，降低精制溫度，簡化溶劑與抽提物的分離，還可以提高精制油的收率。緩和溶劑精制的操作條件，可以緩和到使精制油的黏度指數比要得到的基礎油的黏度指數低5～20個單位。即如果要得到黏度指數為80的II類基礎油，精制油的黏度指數可以只有60～75；如果要得到黏度指數為95的II類基礎油，精制油的黏度指數可以只有70～90；如果要得到黏度指數為120的II類基礎油，精制油的黏度指數可以只有100～115。此外，加氫處理的轉化率要很好控制，不能大于20％，小于10％比較好，最好是小于5％；同時，使加氫處理油的硫含量降至50μg／g以下，小于20μg／g更好。常規加氫裂化為了提高黏度指數，每降低1％轉化率，產品的黏度指數提高不到1個單位。但采用雪佛龍公司的低苛刻度加氫處理工藝，選用MoNiP-Al2O3催化劑，一般使轉化率小于5％時，得到的加氫處理油黏度指數至少提高5個單位，一般在5～25個單位之間，用這種油異構脫蠟可以得到理想的II／III類基礎油。

（2）潤滑油型加氫裂化 BP公司從20世紀80年代開始用加氫裂化基礎油調配優質多級發動機油。該公司在法國拉維拉（Lavera）煉廠生產的加氫裂化基礎油有兩種，即LHC（100℃運動黏度為4m㎡／s）和UHC（100℃運動黏度為6m㎡／s）。LHC基礎油是用BP加氫裂化工藝得到的加氫裂化尾油生產的。工藝采用裝有可再生催化劑的固定床反應器，它在一段一次通過、全沸程蠟油轉化率90％下操作。反應在高溫和高氫壓下完成，以保證大多數芳烴和雜環組分被飽和，得到的環烷烴斷裂開環，使硫、氨和芳烴含量降到最低水平。發生的轉化反應可合成極高黏度指數的基礎油產品。這類基礎油和PAO合成基礎油的性能比較接近。潤滑油加氫處理與溶劑精制相比有以下優點。

①溶劑精制工藝是靠溶劑將潤滑油原料中黏溫性能差的多環短側鏈烴類抽提掉，從而改善潤滑油的黏溫性能，溶劑精制油的黏溫性能好壞與原料組成有關。加氫處理工藝是通過加氫反應，使部分黏溫性能差的多環短側鏈烴類轉化為少環長側鏈烴類，生成油質量受原料的限制較小，而且可以從劣質原料生產優質潤滑油。因此，加氫處理工藝有較大的靈活性，在優質原料缺乏情況下尤其有意義。

②收率和質量較高產品的黏溫性能、氧化安定性能和抗氧劑的感受性均較溶劑精制油好。

③在生產潤滑油的同時，又可生產優質燃料，打破了潤滑油與燃料油的界限。

④裝置投資雖然較高，但生產費用較低。

2．潤滑油加氫處理的化學反應及反應規律

（1）稠環芳烴加氫反應 反應如下：

稠環芳烴的加氫飽和是分步進行的，即只有一個芳烴環完全加氫飽和之后，才對其余芳烴環進行加氫。而且每步間芳烴環的加氫-脫氫反應都是處于平衡狀態。加氫反應平衡常數隨溫度升高而降低，因而芳烴深度加氫飽和反應必須在較低溫度下進行。不同環數的稠環芳烴的加氫反應平衡常數隨芳烴環數的增加而降低，說明多環稠環芳烴完全加氫比少環的稠環芳烴加氫更困難。從反應速率看，稠環芳烴的第一個芳烴環加氫速率較快，第二、三個芳烴環繼續加氫時速率依次急劇降低。

（2）稠環環烷烴部分加氫開環反應 反應如下：

凝點≥＋20℃           凝點≤0℃

正構烷烴首先在催化劑的加氫-脫氫中心上脫氫生成相應的烯烴，然后這部分烯烴迅速轉移到酸性中心得到一個質子，而生成仲正碳離子，仲正碳離子異構成叔正碳離子，當叔正碳離子將H＋還給催化劑的酸性中心后即變成異構烯烴，再在加氫中心上加氫即得與原料分子碳數相同的異構烷烴。此外，脫除雜原子（氮、氧、硫）以提高基礎油的色度和色度安定性以及烯烴飽和等非理想組分的轉化反應也是在潤滑油加氫處理過程中所期望的。而需避免的反應，則有正構烷烴和異構烷烴的加氫裂化、帶長側鏈的單環環烷烴的加氫脫烷基等反應，因為這些反應將導致加氫油黏度下降、潤滑油收率降低和氫耗量的增加。

3．加氫處理催化劑

對潤滑油加氫裂化反應的分析結果表明：用于生產高箱度指效潤滑油的加氫制化具有非經或壞加氫和芳經加氫飽和的功能，而且還應具有多環環境規烴和環烷經的異構化等功能。因而加氫裂化催化劑應是一種由加組分能的酸性載體組成的雙功能催化劑，而且這兩種功能應盡量達到平衡，才能達到收率高、質量好和運轉周期長的目的。

）加氫組分 加氫組分在加氫處理催化劑中的作用主要是使原料中的芳烴，尤其是多環芳烴進行加氫飽和；使烯烴，主要是裂化反應生成的烯烴迅速加氫飽和，防止不飽和分子吸附在催化劑表面縮合生焦而降低催化活性。此外，加氫組分還具有對非烴破壞加氫的作用。

常用的加氫組分按其加氫飽和活性強弱排列如下：

Pt、Pd>W-Ni>Mo-Ni>Mo-Co>W-Co

雖然鉑和鈀具有最高的加氫活性，但由于對硫的敏感性很強，因而目前工業加氫處理催化劑的加氫組分不采用鉑和鈀，而多采用抗毒性好的金屬組分，主要由W-Ni或Mo-Ni等金屬組成（使用前需在裝置上進行硫化）。

（2）酸性載體 酸性載體是加氫處理催化劑中的裂化組分，其作用在于促進C-C鍵的斷裂和異構化，使多環環烷烴選擇性加氫開環以及直鏈烷烴和環烷烴異構化，以提高潤滑油的黏度指數。

工業加氫處理催化劑采用的載體主要有兩類：高裂化活性的SiO2-Al2O3載體和低裂化活性的加氟的Al2O3載體。與燃料油加氫裂化催化劑所用的SiO2-Al2O3載體不同，潤滑油加氫處理催化劑中Al2O3含量低于30％（質量分數）。

酸性載體的作用主要有以下幾個方面：

①增加有效表面和提供合適的孔結構；

②提供酸性中心；

③提高催化劑的機械強度；

④提高催化劑的熱穩定性；

⑤增加催化劑的抗毒性能；

⑥節省金屬組分用量，降低成本。

（3）催化劑的活化 加氫催化劑上的Ni、Mo、W等金屬，在制備時是以氧化態形式存在的，活性低且不穩定。因此在使用之前必須經過預硫化處理，使之轉變為硫化態后才能有穩定的活性。所用硫化劑為CS2，它在氫氣存在下先發生氫解反應生成H2S，后者與金屬氧化物作用進行還原硫化。

在操作過程中，反應器內還必須維持一定的H2S分壓，以避免硫化態組分因失硫而導致活性下降，在加工含硫量低的原料時，若自身脫硫生成的H2S過少，還需要適當地向系統補硫。

（4）催化劑的再生 加氫處理催化劑在使用過程中由于結焦和中毒，使催化劑的活性及選擇性下降，不能達到預期的加氫目的，必須停工再生或更換新催化劑。國內加氫裝置一般采用催化劑器內再生方式，有蒸汽-空氣燒焦法和氮氣-空氣燒焦法兩種。對于γ-Al2O3為載體的Mo、W系加氫催化劑，其燒焦介質可以為蒸汽或氮氣，但對于以沸石為載體的催化劑，如再生時水蒸氣分壓過高，可能破壞沸石的晶體結構，從而失去部分活性，因此必須用氮氣-空氣燒焦法再生。

再生過程包括以下兩個階段。

①再生前的預處理。在反應器燒焦之前，需先進行催化劑脫油與加熱爐清焦。催化劑脫油主要采取輕油置換和熱氫吹脫的方法。對于采用加熱爐加熱原料油的裝置，在再生前，加熱爐管必須清焦，以免影響再生操作和增加空氣耗量。爐管清售一般用蒸汽-空氣燒焦法，燒焦時應將加熱爐出、入口從反應部分切出，蒸汽壓力為0.2～0.5MPa，爐管溫度為550～620℃。可以通過固定蒸汽流量變動空氣注入量，或固定空氣注入量變動蒸汽流量的辦法來調節爐管溫度。

②燒焦再生。通過逐步提高燒焦溫度和降低氧濃度，并控制燒焦過程分三個階段完成。

4．加氫處理的工藝流程

用加氫處理工藝生產潤滑油基礎油時，一段加氫處理工藝流程是基礎，通過選擇性加氫裂化來提高基礎油的黏度指數。由于原料性質及對基礎油收率和質量（如黏度及黏度指數）要求的不同，采用不同的工藝流程，特別是為了改善加氫處理油的光安定性，需要增設后處理段。工業上常用的工藝流程除一段加氫處理流程外，還有兩段加氫流程和加氫處理與溶劑精制結合的流程。

（1）一段加氫處理工藝流程 一段加氫處理工藝流程見圖2-26。

原料油和氫在加熱爐前混合，經加熱到反應要求的反應溫度后，再由上到下通過固定床催化反應器，然后經高壓分離器及低壓分離器（圖中未列出）、常壓及減壓分餾塔得到各種黏度級別的含蠟加氫生成油，再經脫蠟即得潤滑油基礎油。由于加氫裂化是一個強放熱過程，因此必須在床層間通人冷氫進行冷卻以控制反應溫度。從高壓分離器出來的氣體，即循環氫，其中一部分作冷氫，其余則與原料混合再循環回去，有時還需要經過洗滌或吸收處理除去硫化氫、氨和烴類，以免對催化劑帶來不利影響。由于反應過程中進行深度脫硫、脫氮及較多的加氫裂化，所以化學耗氫量較大［為原料的2％～3％（質量分數）］，因而在采用此工藝時，一般都建有制氫裝置。

加熱爐 反應器 高壓分離器 常壓塔   減壓塔

圖2-26 一段加氫處理生產潤滑油基礎油原則流程

（2）兩段加氫處理工藝流程 兩段加氫處理工藝流程見圖2-27。

兩段加氫處理工藝流程中，第一段進行加氫裂化反應，用以確定基礎油的黏度指數水平及收率；第二段進行加氫反應，用以調節基礎油的總芳烴含量及各類芳烴的分布，從而提高基礎油的安定性（特別是光安定性），但并不引起明顯的黏度指數變化。通常在兩段加氫之間進行溶劑脫蠟。

5．加氫處理的操作條件

影響加氫過程的主要工藝條件有反應溫度、壓力、空速及氫油比。

（1）反應溫度 溫度對反應過程的影響主要體現在溫度對反應平衡常數和反應速率常數的影響上。

對于加氫處理反應而言，由于主要反應為放熱反應，因此提高溫度，反應平衡常數減小，這對受平衡制約的反應過程尤為不利，如脫氮反應和芳烴加氫飽和反應。加氫處理的其他反應平衡常數都比較大，因此反應主要受反應速率制約，提高溫度有利于加快反應速率。

溫度對加氫裂化過程的影響，主要體現為對裂化轉化率的影響。在其他反應參數不變的情況下，提高溫度可加快反應速率，也就意味著轉化率的提高，這樣隨著轉化率的增加導致低分子產品的增加而引起反應產品分布發生很大變化，這也導致產品質量的變化。

在實際應用中，應根據原料組成和性質及產品要求來選擇適宜的反應溫度。

（2）反應壓力 加氫裂化過程是在較高壓力下，烴類分子與氫氣在催化劑表面進行裂解和加氫反應生成較小分子的轉化過程，同時也發生加氫脫硫、脫氮和不飽和烴的加氫反應。其化學反應包括飽和、裂化和異構化。烴類在加氫條件下的反應方向和深度取決于烴的組成、催化劑的性能以及操作條件等因素。在加氫裂化過程中，烴類反應遵循以下規律：提高反應溫度會加劇C-C鍵斷裂，即烷烴的加氫裂化、環烷烴斷環和烷基芳烴的斷鏈。如果反應溫度較高而氫分壓不高，也會使C-H鍵斷裂，生成烯烴、氫和芳烴。提高反應壓力，有利于C-C鍵的飽和；降低壓力，有利于烷烴進行脫氫反應生成烯烴、烯烴環化生成芳烴。在壓力較低而溫度又較高時，還會發生縮合反應，直至生成焦炭。

在加氫過程中，反應壓力起著十分關鍵的作用。加氫過程反應壓力的影響是通過氫分壓來體現的，系統中氫分壓決定于反應總壓、氫油比、循環氫純度、原料油的氣化率以及轉化深度等。為了方便和簡化，一般都以反應器入口的循環氫純度乘以總壓來表示氫分壓。隨著氫分壓的提高，脫硫率、脫氮率、芳烴加氫飽和轉化率也隨之增加。對于VGO（Vacuum Gas Oil，減壓餾分油）原料而言，在其他參數相對不變的條件下，氫分壓對裂化轉化深度產生正的影響；重質餾分油的加氫裂化，當轉化率相同時，其產品的分布基本與壓力無關。反應氫分壓是影響產品質量的重要參數，特別是產品中的芳烴含量與反應氫分壓有很大的關系。反應氫分壓對催化劑的失活速率也有很大影響，過低的壓力將導致催化劑快速失活而不能長期運轉。

總的來說，提高氫分壓有利于加氫過程反應的進行，加快反應速率。但力提高增加裝置的設備投資費用和運行費用，同時對催化劑的機械強度要求也提高。目前工業上裝置的操作壓力一般在7.0～20.0MPa。

（3）空速 空速是指單位時間內通過單位催化劑的原料油的量，有兩種表達形式，一種為體積空速（LHSV），另一種為質量空速（MHSV）。工業上多用體積空速。空速的大小反映了反應器的處理能力和反應時間。空速越大，裝置的處理能力越大，但原料與催化劑的接觸時間則越短，相應的反應時間也就越短。因此，空速的大小最終影響原料的轉化率和反應的深度。

（4）氫油比 氫油比是單位時間內進入反應器的氫氣流量與原料油量的比值，工業裝置上通用的是體積氫油比，它是以每小時單位體積的進料所需要通過的循環氫氣的標準體積量來表示的。氫油比的變化實質上是影響反應過程的氫分壓。增加氫油比，有利于加氫反應進行，提高催化劑壽命；但過高的氫油比將增加裝置的操作費用及設備投資。

潤滑油加氫處理一般采用高壓高溫操作：總壓力一般大于15MPa，常高達20MPa以上；溫度為350～430℃；空速為0.3～1.0h-1；氫油比為1000～1800，一般氫耗為190～340m3／t。

潤滑油加氫處理所選擇的操作條件取決于對加工深度的要求。一般來說，調節反應深度主要通過溫度和空速兩個參數，而壓力和氫油比在工藝設計中確定以后在生產中就不大改變了。在操作參數中，反應溫度是很重要的，只有每個催化劑床層和整個反應器的溫差不大于20℃時才能保證潤滑油產品的質量和收率。為此，反應器內需分層裝入催化劑，床層數與床層高度需按原料油性質及目的產品進行設計：對含硫、氮化合物較高的原料，反應放熱很大，因此反應器上部催化劑床層高度應準確計算；當硫、氮逐漸脫除后，反應熱就較小了，此時催化劑床層高度可逐步加長。如果反應熱很大，根據需要也可以用兩個反應器。此外，反應器內每個催化劑床層要用冷氫嚴格控制，末期最高反應溫度也應控制低于420℃，否則將發生過度裂化反應，使產品質量變壞并使催化劑壽命大為縮短。

根據潤滑油加氫處理的反應機理，反應在較高壓力下進行才有利于芳烴加氫的平衡，如壓力不合適，會使潤滑油產品中芳烴含量較高，顏色也變差，同時催化劑失活加快。空速不宜過高，如空速太高，則反應溫度就必須升高，而使基礎油收率降低，同時氫分壓也要提高到不經濟的程度。總之，操作條件以及加工深度的選擇在很大程度上將取決于原料性質和產品質量。