近年來，隨著潤滑油的使用條件逐漸變得苛刻，潤滑油工業面臨著經濟效益和環保法規的嚴重挑戰，迫切需要生產出具有良好氧化安定性、高黏度指數和低揮發性的優質基礎油。傳統的潤滑油生產工藝很難滿足日益嚴格的環保要求，因而國外許多煉廠開始采用加氫技術生產優質潤滑油基礎油。采用加氫技術是指以加氫處理或加氫裂化、加氫脫蠟（催化脫蠟、異構脫蠟或蠟的異構化）、加氫精制等工藝分別取代傳統的溶劑精制、溶劑脫蠟和白土補充精制工藝。采用加氫技術生產潤滑油基礎油增強了對原料的適應性，擴大了潤滑油原料的范圍，提高了潤滑油基礎油的質量。

1．國外潤滑油加氫技術的發展概況

20世紀50年代以前，潤滑油基礎油的生產主要以物理法為主。自1969年出現潤滑油加氫裂化技術后，潤滑油加氫技術經歷了加氫精制、加氫裂化及催化脫蠟階段，目前最為活躍的是異構脫蠟工藝。在現代潤滑油生產工藝中，臨氫轉化法工藝的比重將不斷增大，在世界范圍內迅速發展。由于世界重質石油開采比率與日俱增，而重質石油H／C比較小，輕質餾分少，渣油多，含有較多的S、N、O等非烴化合物，多屬環烷-芳香基原油或中間基原油，其潤滑油黏溫性能和氧化安定性很差，因此加氫法生產潤滑油基礎油將日益顯示其重要作用，得到長足的發展。物理法生產工藝和加氫法生產工藝將相互結合，優勢互補，長期共存。

2．國外潤滑油加氫技術的發展趨勢

由于全球潤滑油基礎油正處于常規（I類）基礎油向非常規基礎油的轉變時期，所以國外潤滑油基礎油生產技術正在由以溶劑精制為主的傳統技術向以加氫為主的現代技術轉變。

目前，國外生產II／II類基礎油的技術方案歸納起來有兩種：一種是以減壓瓦斯油／溶劑脫瀝青油或軟蠟、費托合成蠟為原料，采用加氫裂化-異構脫蠟／加氫后精制的全加氫技術；另一種是以溶劑精制油為原料，采用加氫轉化／加氫后精制-溶劑脫蠟（或異構脫蠟）的部分加氫技術。

方案1：生產燃料油品的常規加氫裂化裝置增設異構脫蠟／加氫后精制設施，生產II類基礎油。

方案2：生產燃料油品的苛刻度（高轉化率）加氫裂化裝置增設異構脫蠟／加氫后精制

設施，生產3類基礎油。

方案3：溶劑精制油加氫轉化-異構（溶劑）脫蠟，生產3類基礎油。

方案4：用石蠟生產超高黏度指數的II類基礎油。

二、潤滑油加氫精制

1．加氫精制的作用

加氫精制是在緩和條件下進行的加氫過程，溫度低、壓力低、空速大、操作條件等和，加氫深度淺、耗氫量少、基本上不改變烴類的結構，只能除去微量雜質、溶劑和政善顏色。與白土精制比較，加氫精制具有過程簡單、油收率高、產品顏色淺和無污染等一系列優點。

為加氫精制在潤滑油基礎油生產過程中的位置。由此可以看出，潤滑油加氫精制可以放在潤滑油加工流程中的任意部位。把加氫精制放到溶劑脫蠟之前，不但油和蠟都得到精制，而且還解決了后加氫油凝點升高的問題；生產石蠟時可不建石蠟精制裝置，簡化了流程；先加氫后脫蠟，還可使脫蠟溫差降低，節省能耗。把加氫精制放在溶劑精制前，可以降低溶劑精制深度，改善產品質量和提高收率。加氫精制在潤滑油基礎油生產過程中的位置

2．加氫精制的化學反應

加氫精制過程中的化學反應主要有加氫脫硫反應、加氫脫氮反應和加氫脫氧反應，此外還有不飽和烴的加氫飽和反應和加氫脫金屬反應。

（1）加氫脫硫反應 硫的存在影響油品的性質，給潤滑油的使用帶來了許多危害。在加氫精制條件下，潤滑油餾分中的含硫化合物進行氫解，轉化成相應的烴和H2S，從而使流雜原子被脫掉。

（2）加氫脫氮反應 氮化物在氫氣存在的條件下，在催化劑的作用下，發生脫氮反應，生成氨和烴。

（3）加氫脫氧反應含氧化合物在加氫精制的條件下，發生化學反應，生成水和烴。例如：

在潤滑油加氫精制的進料中，各種非烴類化合物同時存在。加氫精制反應過程中，脫硫反應最易進行，無需對芳環先飽和而直接脫硫，故反應速率大、耗氫少；脫氧反應次之，含氧化合物的脫氧反應規律與含氮化合物的脫氮反應相類似，都是先加氫飽和，后C一雜原子鍵斷裂；而脫氮反應最難。反應系統中，硫化氫的存在對脫氮反應一般有一定促進作用。在低溫下，硫化氫和氮化物的競爭吸附抑制了脫氮反應；在高溫條件下，硫化氫的存在增加催化劑對C-N鍵斷裂的催化活性，從而加快了總的脫氮反應，促進作用更為明顯。

3．加氫精制催化劑

潤滑油加氫精制同其他催化過程一樣，催化劑在整個過程中起著十分重要的作用。裝置的投資、操作費用、產品質量及收率等都和催化劑的性能密切相關。

到目前為止，國內外潤滑油加氫精制催化劑的開發應用均是在燃料油加氫精制催化劑的基礎上進行的，而且所使用的絕大部分催化劑都是由燃料油加氫精制催化劑直接或經過改性后轉用過來的，專門的潤滑油加氫精制催化劑的發展則較晚一些。

（1）活性組分 加氫精制催化劑的活性組分是加氫精制活性的主要來源。屬于非貴金屬的主要有VIB族和VII族中的幾種金屬（氧化物和硫化物），其中活性最好的有W、Mo和Co、Ni；屬于貴金屬的有Pt和Pd等。

催化劑的加氫活性和元素的化學特征有密切關系。加氫反應的必要條件是反應物以適當的速率在催化劑表面上吸附，吸附分子和催化劑表面之間形成弱鍵后再反應脫附。這就要求催化劑應具有良好的吸附特性，而催化劑的吸附特性與其幾何特性和電子特性有關。多種學說理論認為：凡是適合作加氫催化劑的金屬，都應具有立方晶格或六角晶格，例如W、Mo、Fe和Cr是形成體心立方晶格的元素，Pt、Pd、Co和Ni是具有面心立方晶格的元素，MoS2和WS2具有層狀的六角對稱晶格。

催化劑的電子特性決定了反應物與催化劑表面原子之間鍵的強度。半導體理論認為，反應物分子在催化劑表面的化學吸附主要是靠d電子層的電子參與形成催化劑和反應物分子間的共價鍵，過渡元素具有未填滿的d電子層，這是催化活性的來源。

以上分析表明，只有那些幾何特性和電子特性都符合一定條件的元素才能用作加氫催化劑的活性組分。W、Mo、Co、Ni、Fe、Pt、Cr和V都是具有未填滿d電子層的過渡元素，同時都具有體心或面心立方晶格或六角晶格，通常用作加氫催化劑的活性組分。

研究表明，提高活性組分的含量，對提高活性有利，但綜合生產成本及活性增加幅度分析，活性組分的含量應有一個最佳范圍，目前加氫精制催化劑活性組分含量一般在15%~35%。

在工業催化劑中，不同的活性組分常常配合使用。例如，鉬酸鈷催化劑中含鉬和鈷，鉬酸鎳催化劑中含鉬和鎳等。在同一催化劑內，不同活性組分之間有一個最佳配比范圍。

（2）助劑 為了改善加氫精制催化劑某方面的性能，如活性、選擇性和穩定性等，在制備過程中常常需要添加一些助劑。大多數助劑是金屬化合物，也有非金屬元素。

按作用機理不同，助劑可分為結構性助劑和調變性助劑。結構性助劑的作用是增大表面，防止燒結，如K2O、BaO、La2O3能減緩燒結作用，提高催化劑的結構穩定性。調變性助劑的作用是改變催化劑的電子結構、表面性質或者晶型結構，例如有些助劑能使主要活性金屬元素未填滿的d電子層中電子數量增加或減少，或者改變活性組分結晶中的原子距離，從而改變催化劑的活性；有的能損害副反應的活性中心，從而提高催化劑的選擇性。助劑本身活性并不高，但與主要活性組分搭配后卻能發揮良好作用。主金屬與助劑兩者應有合理的比例。

（3）載體 加氫精制催化劑的載體有兩大類：一類為中性載體，如活性氧化鋁、活性炭、硅藻土等；另一類為酸性載體，如硅酸鋁、硅酸鎂、活性白土和分子篩等。一般來說，載體本身并沒有活性，但可提供較大的比表面，使活性組分很好地分散在其表面上從而節省活性組分的用量。另一方面，載體可作為催化劑的骨架，提高催化劑的穩定性和機械強度，并保證催化劑具有一定的形狀和大小，使之符合工業反應器中流體力學條件的需要，減少流體流動阻力。載體還可與活性組分相配合，使催化劑的性能更好。

（4）加氫精制催化劑的預硫化 當催化劑加入反應器后，活性組分以氧化物形態存在。根據生產經驗和理論研究，加氫催化劑的活性組分只有呈硫化物的形態，才有較高的活性，因此加氫催化劑使用之前必須進行預硫化。預硫化是將催化劑活性組分在一定溫度下與H2S作用，由氧化物轉變為硫化物。在硫化過程中，反應極其復雜，以Co-Mo和Ni-Mo催化劑為例，硫化反應式為：這些反應都是放熱反應，而且進行的速率快。催化劑的硫化效果取決于硫化條件，即溫度、時間、H2S分壓、硫化劑的濃度及種類等，其中溫度對硫化過程影響較大。

根據實際經驗，預硫化的最佳溫度范圍是280～300℃，在這個范圍內催化劑的預硫化效果最好。預硫化溫度不應超過320℃，因為高于320℃，金屬氧化物有被熱氫還原的可能。一旦出現金屬態，這些金屬氧化物轉化為硫化物的速率非常慢。而且MoO，還原成金屬成分后，還能引起鉬的燒結而聚集，使催化劑的活性表面縮小。

如CS2和二甲基硫醚等。據國外煉廠調查，約有70％的煉廠采用CS2或其他硫化物進行硫化，采用H2S作硫化劑較少，CS2是應用最多的硫化劑。CS2自燃點低（約124℃），有毒，運輸困難，使用時必須采用預防措施。

用CS2作硫化劑時，CS2首先在反應器內與氫氣混合反應生成H2S和甲烷。反應式為：

CS2+4H2>2H2S+CH4

硫化的方法分高溫硫化、低溫硫化、器內硫化、器外硫化、干法硫化和濕法硫化等。用濕法硫化時，首先把CS2溶于石油餾分，形成硫化油，然后通入反應器內與催化劑接觸進行反應。適合作硫化油的石油餾分有輕油和航空煤油等。CS2在硫化油中的濃度一般為1%~2%。

（5）加氫精制催化劑的失活與再生在加氫工業裝置中，不管處理哪種原料，由于原料要部分地發生裂解和縮合反應，催化劑表面便逐漸被積炭覆蓋，使它的活性降低。積炭引起的失活速率與催化劑性質、所處理原料的餾分組成及操作條件有關。原料的相對分子質量越大，氫分壓越低和反應溫度越高，失活速率越快。在由積炭引起催化劑失活的同時，還可能發生另一種不可逆中毒。例如，金屬沉積會使催化劑活性減弱或者使其孔隙被堵塞。存在于油品中的鉛、砷、硅屬于這些毒物的前一種，而加氫脫硫原料中的鎳和釩則是造成床層堵塞的原因之一。此外，在反應器頂部有各種來源的機械沉積物，這些沉積物導致反應物在床層內分布不良，引起床層壓降過大。

催化劑失活的各種原因帶來的后果是不同的。由于結焦而失活的催化劑可以用燒焦辦法再生，被金屬中毒的催化劑不能再生，而催化劑頂部有沉積物時，需將催化劑卸出并將一部分或全部催化劑過篩而使催化劑的活性恢復。

催化劑的再生就是把沉積在催化劑表面上的積炭用空氣燒掉，再生后催化劑的活性可以恢復到原來水平。再生階段可直接在反應器內進行，也可以采用器外（即反應器外）再生的方法。這兩種再生方法都得到了工業應用。無論哪種方法，都采用在惰性氣體中加入適量空氣逐步燒焦的辦法。用水蒸氣或氮氣作惰性氣體，同時充當熱載體作用。這兩種物質作稀釋氣體的再生過程各有優缺點。

在水蒸氣存在下再生的過程比較簡單，而且容易進行。但是在一定溫度條件下，若用水蒸氣處理時間過長，會使載體氧化鋁的結晶狀態發生變化，造成表面損失、催化劑活性下降以及力學性能受損。在操作正常的條件下，催化劑可以經受7～10次這種類型的再生。用氮氣作稀釋氣體的再生過程，在經濟上比水蒸氣法可能要貴一些，但對催化劑的保護作用效果較好，而且污染問題也較少，所以目前許多工廠趨向于采用氮氣法再生。有一些催化劑研究單位專門規定只能用氮氣再生而不能用水蒸氣再生。再生時燃燒速率與混合氣中氧的體積分數成正比，因此進入反應器中氧的體積分數必須嚴格控制，并以此來控制再生溫度。根據生產經驗，在反應器入口氣體中氧的體積分數控制在1％，可以產生110℃的溫升。例如，如果反應器入口溫度為316℃，氧的體積分數為0.5％，則床層內燃燒段的最高溫度可達371℃。如果氧的體積分數提高到1％，則燃燒段的最高溫度為427℃。因此，再生時必須嚴格控制催化劑床層的溫度，因為燒焦時會放出大量焦炭的燃燒熱和硫化物的氧化反應熱。催化劑再生時各氧化反應的熱效應數據。

對大多數催化劑來講，燃燒段的最高溫度應控制在550℃以下。因為溫度如果高于550℃，氧化鉬會蒸發，γ-Al2O3也會燒結和結晶。實踐證明，催化劑在高于470℃下暴露在水蒸氣中，會發生一定的活性損失因此再生過程中應嚴格控制氧含量，以保證一定的燃燒速率和不發生局部過熱。圖2-24為催化劑再生流程。

如果催化劑失活是由于金屬沉積，則不能用燒焦的辦法把金屬除掉并使催化劑完全恢復活性，操作周期將隨金屬沉積物的移動而縮短，在失活催化劑的前沿還沒有達到催化劑床層底部之前，就需要更換催化劑。

如果裝置因炭沉積和硫化鐵銹在床層頂部的沉積而引起床層壓降的增大導致停工，則必須根據反應器的設計，全部或部分取出催化劑并將其過篩，但是最好在催化劑卸出之前先將催化劑進行燒焦再生，因為活性硫化物和沉積在反應器頂部的硫化物與空氣接觸后會自燃。

由于床層頂部的沉積物引起壓降而需要對催化劑進行再生時，這些沉積物的燃燒可能會難以控制，原因是流體循環不好。這種情況下會出現局部過熱，并使這一部分的防污筐籃及其他部件受到損壞，所以要特別注意。

4．加氫精制的工藝流程

典型的加氫精制的原則流程。

輕組分

原料油與經過壓縮機壓縮后的氫氣混合，然后進入加熱爐輻射室加熱到反應所需溫度再進入反應器部。反應后的產物從反應器底部出來，經兩次換熱和一次冷卻后進入高壓分離器，反應產物中的氫氣和反應產生的氣體大部分分離出去。高壓分離器底部的產物再進入低壓分離器，低壓分離器底部的油經過兩次換熱和進入加熱爐對流室換熱后進入汽提塔和真空干燥塔，將其所含的少量低沸點組分和微量水分除去。干燥后的反應產物，從真空干燥塔底出來并進入壓濾機除去催化劑粉末，濾液再經換熱和冷卻后送出裝置，這樣便得到精制產物。

加氫精制與白土精制比較，脫硫能力強，產物的酸值降低幅度大，透光率也較高；但脫氮能力比白土精制差，并且產品經熱老化和紫外光老化后，透光率下降的幅度也比白土精制人。

5．加氫精制的操作條件

加氫精制的效果與原料性質、催化劑性能及操作參數有關。一般根據原料的特點，選

用合適的催化劑，通過優化反應溫度、反應壓力、反應空速、氫油比等操作參數，達到提

高產品質量的目的。

（1）反應溫度

引起烴裂化反應并在催化劑上結焦。加氫精制如果操作溫度過低，加氫反應速率太慢，但溫度過高則可能

反應溫度對硫、氮等雜質的脫除率有明顯影響。脫除率一般隨溫度升高增加，脫硫存在一個最佳溫度，這個溫度隨原料的加重而增高。在反應溫度范圍內，溫度越高，氮脫除率越高。在加氫精制的溫度范圍內提高反應溫度，有利于氧化物、氮化物、稠環芳烴、膠質和瀝青質等影響基礎油顏色及安定性物質的脫除，使潤滑基礎油的顏色和安定性等性能變好。

潤滑油經加氫精制后會發生不同程度的凝點上升現象，這是由于潤滑油中含有的烯烴加氫后生成飽和烴，帶烷基側鏈的多環芳烴加氫后成為帶烷基側鏈的環烷烴和環烷烴加氫開環造成的。為避免凝點上升，除選用合適的催化劑外，往往可通過提高反應空速、降低反應溫度來解決。

潤滑油加氫精制的反應溫度控制在210～300℃。

（2）反應壓力 加氫精制的反應壓力指操作系統的氫分壓，氫分壓越大，氫氣濃度越大，有利于提高加氫反應速率，提高精制效果，延長催化劑壽命。研究表明，提高反應壓力對脫硫、脫氮及脫除重芳烴都有利。但壓力越高，對設備要求越高，因此壓力的提高受到設備的限制。通常操作壓力為2～6MPa。

（3）反應空速 反應空速是衡量反應物在催化劑床層上停留時間長短的參數，也是反映裝置處理能力的重要參數。空速可以用體積空速和質量空速來表征。

空速大，反應物在催化劑床層上的停留時間短，反應裝置的處理能力大。空速的選擇與原料油和催化劑的性質有關。重質原料油反應慢，空速小；催化劑活性好則空速可大些。硫化物反應速率快，空速變化對脫硫影響較小；氮化物反應速率較慢，空速過大會造成脫氮率降低。加氫精制的反應空速一般在1.0～3.0h-1。

（4）氫油比 氫油比指在加氫精制過程中，工作氫氣與原料油的比值，可用體積氫油和摩爾氫油比來表征。

體積氫油比指標準狀況下工作氫氣的體積與原料油的體積之比，習慣上原料油按60℃算體積。

體積氫油比＝標準狀況下工作氫氣的體積流量（m3／h）

原料油的體積流量（m3／h）

工作氫氣由新氫和循環氫組成。

摩爾氫油比是指工作氫氣的物質的量（mol）與原料油的物質的量（mol）之比。

提高氫油比有利于加氫精制反應的進行，有利于原料油的氣化和降低催化的液膜厚度，提高轉化率。氫油比的提高還可防止油料在催化劑表面結焦。由于加氫精制的反應條崖件緩和，耗氫量較少，所以選用的氫油比較低，一般在50～150m3／m3（標準狀況）。