文章编号:100223119(2007)0320021205润滑油脱蜡工艺及其设备发展 陈孙艺1,2，梁小龙1，曹恒2，郑星2
(1.中国石化茂名石化机械厂，广东茂名525024;2.华东理工大学机械与动力工程学院，上海200237)
摘要：介绍目前润滑油脱蜡工艺，包括减压蜡油分步结晶脱蜡工艺、酮苯脱蜡工艺、稀冷脱蜡工艺和流化床溶剂脱 蜡工艺等溶剂脱蜡工艺以及加氢异构脱蜡技术等临氢脱蜡工艺，同时对润滑油脱蜡工艺的设备现状和发展趋势
进行初步分析，提出改进建议。
关键词：润滑油；溶剂脱蜡；加氢异构脱蜡
中图分类号:TE624.53 文献标识码:A
0 前言
在润滑油生产过程中，原料油脱蜡是关键一步，它直接影响着所生产润滑油成品的性能。因此，脱蜡工
艺一直是润滑油制造工艺研究中重要的一部分，基本分为溶剂脱蜡和临氢脱蜡两大类。
1927年印第安炼油公司建成了世界上第一套溶剂脱蜡工艺装置，至今已有近80年的历史，技术发展较快时期是70年代到80年代初，以后该工艺装置的工业设计基本标准化[1-2]。溶剂脱蜡自30年代问世以来，虽然各国也进行了大量研究工作，但除了在溶剂选择和助滤剂使用方面取得一些进展外，工艺本身没有明显改进。虽然也提出如“鼓泡脱蜡”、
“超声波脱蜡”等新工艺，但大多停留在实验室阶段，直到上世纪70年代初开发出稀冷脱蜡等一些新工艺，并相继被应用到工程实践中，实现了工业化，工艺上才有了突破。无论哪一种工艺，一般包括使蜡从溶液中析出的结晶系统、取出结晶放热的冷冻系统、将油和蜡分开的过滤系统和溶剂回收系统等。溶剂脱蜡从丙酮、苯、甲苯溶剂脱蜡发展为丁酮(甲乙酮)、甲苯脱蜡，又从为了降低润滑油凝点的润滑油脱蜡发展为多段溶剂脱蜡的脱蜡脱油联合装置。目前，主要成熟的溶剂脱蜡工艺可以归纳为减压蜡油(重质油)分步结晶脱蜡、甲乙基酮-甲苯(酮苯)脱蜡和流化床溶剂脱蜡等三种，是结晶形式的改进和发展。而临氢脱蜡又可进一步细分为加氢异构脱蜡和催化脱蜡两种。
1 溶剂脱蜡
1.1 减压蜡油(重质油)分步结晶脱蜡工艺
空腔效应
分步结晶脱蜡法是上世纪中后期发展起来的一种适用于加压蜡油脱蜡的新型工艺技术。它是分步结晶法工业应用的一个实例。
分步结晶技术首先由瑞士的Sulzer工艺开发成功。国内天津大学自上世纪80年代起对不同类型的分步结晶器均进行了小试、中试和工业规模的试验研究，开展了采用分步结晶工艺进行蜡下油脱蜡和加氢尾油脱蜡等试验，并取得了成功。试验结果表明，与原先其他蜡油加工技术相比，采用分步结晶脱蜡工艺，具有流程短、设备简单、投资省、能耗低和操作方便等特点。
分步结晶法脱蜡主要操作原理是将蜡油送进一系列特制的结晶器进行所谓“分步结晶”，每个结晶器很像一个垂直放置的列管换热器，蜡油间歇地送进管内，管外用呈降膜流动的冷却介质进行冷却，管中则有惰性气体从结晶罐底部引入，严格调节惰性气体流量，使进入结晶管内的惰性气体能形成“炮弹状气泡”而向上移动，迫使油液流向管壁，并在气泡周围形成向下流动的液膜。液膜中的蜡分很容易受冷却而凝结在管壁上，而油分则仍然呈液态而淌下。这种结晶方法使传质阻力显著下降，从而有效地提高了结晶速率，缩短了结晶时间，提高了结晶器的时空效率[3]。
1.2 套管结晶器酮苯脱蜡工艺
甲乙基酮-甲苯脱蜡脱油联合工艺简称酮苯脱蜡工艺，是我国润滑油型炼油厂生产石蜡的主要方法。该工艺特点是脱蜡所得蜡膏不再经熔化结晶直接加入溶剂再稀释并在一定工艺条件下过滤脱油得
收稿日期:2006-12-24。
作者简介：陈孙艺(1965-)，男，教授级高级工程师，工学博士, 2006年毕业于华东理工大学化工机械专业，从事压力容器设计、制造工艺、失效分析及技术管理工作。
2007年6月J un.2007
润 滑 油
Lubricating Oil
辽宁五点一线第22卷第3期
Vol.22,No.3
到脱油蜡，由于工程中省去蜡膏溶化和再结晶步骤，简化了生产流程，降低了能耗。
在工艺的具体应用中，出现了两种工艺设计方案：套管结晶器脱蜡工艺和稀释冷冻脱蜡工艺。其中套管结晶器结构方案又分为内外套管一对一的普通套管结晶器(见图1)和一条外套管对7条内套管的大套管结晶器两种
。
表1 氨冷大套管结晶器
池炳文 套管结晶器脱蜡工艺是通过内管的含蜡油和夹套管间的致冷介质进行热交换将含蜡润滑油和溶剂
的混合物冷却至-20～-40℃，使含蜡油中的石蜡结晶在套管结晶器管壁上，达到脱蜡的目的，再利用结晶器内管中的旋转管轴刮刀将蜡块刮下，与液油一起流经滤机过滤后将油蜡分离以得到高质量的润滑油品。套管结晶器是目前炼油厂润滑油脱蜡工艺装置中的主要设备，应用广泛，国外的发展趋势是大型化及结构日趋合理，美国的套管结晶器内管直径从152mm 发展到304mm ，国内的内管直径基本上已更换为203mm [1]。国内酮苯装置与国外同类装置的最大差距在于滤液的循环利用上[2]。
主要问题是在蜡油冷却过程中，大量的蜡会析出附着于管壁上，使换热器效率有所降低，同时流体阻力也有所上升。利用连续旋转刮刀将沉淀的蜡刮下，动力消耗大，传动机构的检修维护工作量也大，设备成本高。
各炼油厂现在使用的套管结晶器大多数是我国在上世纪六七十年代制造的，部分是八九十年代改进设计制造的，少数是由原苏联等国家进口的，但是，其总体技术性能均为上世纪五六十年代水平，明显地存在着设计和制造水准较低、结构落后、占地面积大、换热面积小、单位传热面金属耗量大、能耗高、
接头多易泄漏、生产效率低等缺点[4]。现有的套管结晶器可进行结构改进设计以便能更好地满足生产发展需要。1.3 稀冷脱蜡工艺
稀释冷冻脱蜡简称稀冷脱蜡，用一台6～50段的稀冷塔代替部分或全部套管结晶器进行蜡结晶过程。其特点是低温溶剂和较高温的原料油在塔中通过高度机械搅拌在短时内获得充分混合，全塔从上到下分段均匀降温，由于改变了蜡的结晶条件，从而改善了蜡结晶的性状，高熔点的蜡先结晶，低熔点的蜡后结晶且包在先结晶的蜡外层，获得球状坚实而又较均匀的结晶团，使脱蜡速度和过滤速度得以显著提高，脱蜡油收率增加和蜡的含油量下降。并有可能使油脱蜡和蜡脱油两个工艺结合在一起进行，以取得更好的经济效果。此外还可以节省一部分套管结晶器和转鼓式过滤机，而这两种设备都是溶剂脱蜡装置中投资大、维修困难的设备。
在实验室研究工作基础上，在兰州炼油厂溶剂脱蜡装置中安装了一个直径为1.4m 、日处理量250t 的工业试验塔。在取得初步结果和试验数据后,
又设计制造了直径2.2m 、日处理量为900t 的工业稀冷塔，建成我国第一套稀冷脱蜡装置并投入工业试生产。经过几年的改进，已经投入长周期的工业生产。生产情况表明，采用稀冷脱蜡工艺可提高滤速10%～40%，增加脱蜡油收率3%～7%，蜡含油可下降到12%左右[5]。
但是稀冷脱蜡工艺还存在两个问题:(1)稀冷脱蜡工艺对重油如减四线油效果不明显;(2)就已有试验来看，
脱蜡效果不是很稳定，有些问题尚待进一步认识和解决。
由于以上两方面的问题，进一步开展稀冷脱蜡机理的探讨以加深对它的认识十分重要，这样才能更好地发挥这一工艺的特点，提高整个脱蜡工艺水平，使稀冷脱蜡工艺能有更好的适应性。1.4 流化床溶剂脱蜡工艺
液固流化床换热器是20世纪70年代开发的换热设备，换热管内有数以百万计的切碎金属丝，液体流化固体，由于其激烈的湍流而对管壁产生了冲刷作用，这不仅可以有效地穿透和破坏管壁的边界层，而且可以清除管壁上的沉积物，从而使传热系数提高。1965～1970年，美国、西德、荷兰首先对流化床换热器进行了研究并把它应用于海水淡化、脱盐、地热能利用等方面。1980年开始又推广到其他工业领域，如废水蒸发、易结垢物料的换热等[3]。
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流化床溶剂脱蜡工艺就是基于流化床换热器发展起来的，是一项具有世界先进水平的润滑油溶剂脱蜡新工艺。立式的流化床取代了套管结晶器内管轴的功能，由于固体湍流作用，使附着在流化床结晶器管壁上的蜡迅速地被刮下，清洁了管壁并提高了总传热系数，同时析出的蜡结晶颗粒均匀、包油少，
便于油和蜡分离。因此该工艺在传热、油收率、蜡中油含量等方面有明显的优越性。1989年美国Scheffer公司报道了用流化床换热器代替套管结晶器用于溶剂脱蜡的情况，在相同的处理量时，流化床换热器所需传热面积约为套管结晶器的20%，动力消耗约为10%，这说明流化床中的固体颗粒可以有效地清除管壁上的蜡层，大大提高了总传热系数[1]。该技术在德国、荷兰已得到广泛应用，近几年在美国也得到推广，国内现正在开发推广之中。
1995年，国内由烟台大学等单位采用钢球作为流化固体颗粒进行了流化床溶剂脱蜡工艺的中型试验，并获得了成功;1996年8月，在兰州炼油化工总厂炼油二厂(现兰州石油化工公司炼油厂)Ⅲ套溶剂脱蜡装置的基础上，新建了流化床结晶系统，形成加工能力80kt/a的流化床溶剂脱蜡工业化试验装置。在1999年底至2000年初，成功地进行了流化床脱蜡工艺第五次工业试验。这次试验对新疆混合原油和青海原油的减压精制油、残渣油等不用原料进行了试验，重点通过对青海减一、二线油的试验，考察流化床工艺对石蜡基油的适应性；通过对青海减二线油及残渣油的试验，考察流化床工艺的溶剂组成对不同原料的适应性；通过对同一罐减三线油原料冷点工艺与流化床工艺对比试验，考察新老工艺的去蜡油收率、蜡中油含量等生产技术指标情况。试验结果主要有以下几个方面[6]:
(1)蜡中油含量：流化床内固体颗粒对蜡结晶的积压和流化床内的湍流状态加快了蜡分子的扩散，形成更紧密的蜡球，这种蜡球的油含量低，并且由于流化颗粒对管壁快速、均匀地碰撞，不会造成大量蜡积累，从而可以得到油含量较低的蜡。
(2)去蜡油收率：通过试验性生产的测试来看，流化床工艺比冷点工艺的去蜡油收率提高5%以上。
(3)总传热系数：由于流化床结晶器有效换热段内有很多相互碰撞的钢球，不但利于传热，而且能及时清除结晶器内管壁上结出的蜡，有利于总传热系数的提高。工业试验时采用了结构上进行特殊处理的流化床结晶器，有利于达到高的总传热系数的效果。
2 加氢异构脱蜡技术
20世纪70年代以来，国外用临氢技术生产润滑油的新工艺———加氢异构裂化、加氢处理、加氢催化脱蜡、加氢异构化和加氢精制有了很大发展。加氢异构脱蜡是生产Ⅱ/Ⅲ类润滑油基础油的一项新技术，与溶剂脱蜡和催化脱蜡工艺相比，其润滑油基础油收率高、粘温性能好。
从1993年世界上第一套采用贵金属-择型沸石的异构脱蜡催化剂在美国Richmand炼厂工业化以来，目前已投产和在建的工业装置有11套，加工能力计5895kt/a;Mobil公司的MSDW技术也于1997年在新加坡的J urong炼厂工业应用;1999年Chevron公司的第三代催化剂ICR-410问世并已工业应用；抚顺石油化工研究院自20世纪90年代以来，也致力于润滑油异构脱蜡催化剂以及工艺研究的开发工作，异构脱蜡催化剂FIDW-1实现了工业放大，以加氢裂化尾油HC-V G O、溶剂精制-加氢处理V G O为原料，采用加氢脱蜡-加氢补充精制工艺，可制取V HV I、HV I润滑油基础油及食品级白油[7]。
就加氢处理而言，已开发了一段加氢、二段加氢、全加氢工艺和混合工艺。当时，至少有20套这类装置投入了生产。拥有此项技术的有Chevron、Shell、UOP、ARCO和Mobil等公司以及法国石油研究院[8]。兰州炼油化工总厂0.4Mt/a润滑油加氢处理装置，包括0.4Mt/a润滑油加氢处理-100工段、0.4Mt/a常减压蒸馏-200工段、0.22Mt/a加氢精制-300工段[8-9]。大庆炼化公司润滑油生产引进美国雪佛龙公司的异构脱蜡生产工艺，在催化剂作用下，将蜡裂解的同时也将蜡异构化，适于生产高粘度指数的基础油[10]。石油化工科学研究院开发的加氢处理-临氢降凝-加氢补充精制技术(RHW)已在克拉玛依炼油厂应用成功，抚顺石油化工研究院开发、SEI设计的加氢处理(RL T)工业生产装置已在中国石化荆门石化分公司建成投产，抚顺石油化工研究院开发、L PEC设计的加氢处理-加氢异构技术(RIW)已批准在中国石化茂名石化分公司建设[11]。文[12]综述了至2000年止国内外催化脱蜡、异构脱蜡、临氢降凝、蜡异构化及组合工艺的最新发展和工业应用情况。
3 脱蜡结晶工艺设备比较
在设备安装型式上，套管结晶器为卧式安装，分步的垂直列管换热器、稀冷塔、流化床换热器均为立
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第3期 陈孙艺等.润滑油脱蜡工艺及其设备发展
梁丽芳
式安装。一般地，卧式安装占地面积相对较大，而立式安装则能充分利用装置空间。
在原料油的适应性方面，尽管溶剂脱蜡工艺在20世纪80年代后没有取得很大的发展，但是仍因其他脱蜡工艺难于取代的一些优点而占据主导地位，如加工较轻原料时，脱蜡油产率高，脱蜡油粘度指数较高，副产石蜡和微晶蜡等。据1998年美国NPRA年会披露，当时美国溶剂脱蜡能力占70.21%[1]。茂名石化润滑油装置在处理越南白虎油原料时发现套管内物料的粘度随着蜡晶体的增大而增大，套管壁更容易积蜡，使套管压力上升的时间缩短。加上白虎油的蜡晶体颗粒大，蜡饼厚而松软，附着力弱，使得在过滤过程中出现蜡打卷的现象，严重时蜡饼还会堵塞滤机进料管，增加滤机温洗次数，不利于生产，但是通过对其他设备改造基本解决了问题[13]。与其他石油蜡生产工艺比较，甲乙基酮-甲苯脱蜡脱油联合工艺比较先进，原料适应范围广，用于生产低含油蜡是比较合适的[3]。而流化床溶剂脱蜡工艺对原料的适应性也较强[3,6]。流化床换热器可以解决套管结晶器存在的一些问题。由于采用流化床换热器可以缩短流程管线，由此带来的好处是减小泵的动力消耗，连同省去的刮刀耗电，总能量消耗减少十分显著。流化床换热器在结构上类似于通常的管壳式列管换热器，结构简单易维护。
在生产效益方面，分步结晶工艺间歇操作，生产效率较低，其他脱蜡结晶工艺均能实现连续生产，效率较高。另外，成本控制将越来越受到重视,20世纪90年代初，润滑油生产成本中加工费占27%，其中燃料、动力费用又占加工费中的58%，例如，酮苯脱蜡加工费用占全部加工费用的66.62%，其中燃料、动力费用即已占47.03%[14]。而稀冷脱蜡和流化床溶剂脱蜡省去了套管结晶器溶剂脱蜡的套管内管轴及配套的转鼓式过滤机，投资成本和维护成本有较大的下降。
在发展趋势上，有人预测,21世纪加氢工艺将取代催化裂化成为炼油工业的核心工艺[11]。虽然加氢脱蜡具有诸多优点，但是国民经济的发展仍需要石蜡产品，因此加氢脱蜡不能全部取代溶剂脱蜡[12]。
总之，通过以上对润滑油脱蜡工艺方法的综合分析，可以看出润滑油脱蜡工艺正朝两个趋势发展，在两个方面都取得了一定的成果。一是对已有溶剂脱蜡工艺的相关处理设备进行节能降耗和提高效率方面的技术改造，二是溶剂脱蜡和临氢脱蜡均开发出新的加工工艺，由于新工艺在设计和实际处理过程中存在的系列问题，至2002年止在国内尚无流化床溶剂脱蜡的工业化装置[6]。
4 建议
新工艺提高脱蜡油收率和处理量、已有工艺降低成本提高竞争力是进一步改进的方向。由于新工艺所需新设备在结构及体积上与旧的工艺设备完全不同，具有一定的优越性，因此，目前对于旧装置设备的有关改造就显得特别重要。
(1)现有的套管结晶器可进行结构改进设计以便能更好地满足生产发展的需要。对于我国绝大部分是溶剂脱蜡的现状，为提高传统的套管结晶器的换热效果和生产能力，可采取如下一系列的措施：改善内套管的内表面以降低其对蜡的吸附，相应地改变刀口结构并更换刮刀材料以保护内套管的内表面；直刀改成螺旋刀可改良管内的流态，既改善内表面的换热效果又提高处理量；刮刀的数量由轴对称的一对增加为两对；内管壁厚减薄有利于传热，内管外壁设置螺旋翅片，既加强减薄的内管壁强度，又提
高外表面的膜传热系数；改进管轴密封结构，降低能耗。
(2)新工艺尚需优化其综合优势才能正常发挥出来。加氢脱蜡不能全部取代溶剂脱蜡，加氢脱蜡和流化床溶剂脱蜡工艺均应考虑作为未来的发展方向。对于新装置，应该进一步研究其与新工艺的功能关系才能工业化生产。
(3)采用先进控制技术提高操作水平。Mobil 公司的科林登炼油厂于1990年就已应用了智能自动化系统。上海高桥石化公司炼油厂与华东化工学院于1992年也合作开发了多种酮苯脱蜡装置操作优化模型。国内酮苯脱蜡装置有的虽然安装了DOS系统，但由于后期开发和维护没跟上，不少还停留在微机数据采集水平上。
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DEVE LOPMENT OF L UBRICATING OIL DEWAXING
PROCESSES AN D EQUIPMENT
CHEN Sun -yi 1,2,L IAN G Xiao -long 1,CAO Heng 2,ZHEN G Xing 2
(1.S IN O PEC M aoming Pet rochemical M achinery Plant ,M aoming 525024,China ;2.School of Mechanical &Power
Engineering ,East China U niversity of Science and Technology ,S hanghai 200237,China )
Abstract :The available lubricating oil dewaxing processes are introduced ,including the fractional crys 2
tallization dewaxing process with vacuum wax oil ,the ketone -benzol dewaxing process ,dilchill dewaxing pro 2cess and fluidized -bed solvent dewaxing process ,as well as the hydroisodewaxing process.At the same time ,the equipment situation and developing tendency of lubricating oil dewaxing process are analyzed and suggested also.
K ey Words :lubricating oil ;solvent dew axing;hydroisodew axing
中国石油克拉玛依石化公司将建成四大生产基地
2007年3月19日，克拉玛依石化公司80万t/a 丙烷脱沥青装置土建工程开工，预计今年8月建成投产，另外，该公司第二套30万t/a 加氢装置也将于今年8月投产运行。2004年底，克石化公司已建成500万t 稠油加工基地和80万t 低凝柴油生产基地。今年开建的这两套装置投产后，克石化公司沥青生产能力将达到100万t ，润滑油生产能力将达到60万t ，这标志着中国石油股份公司的稠油集中加工、高档环烷基润滑油、重交沥青、低凝柴油等“四大生产基地”将完全建成。
52第3期 陈孙艺等.润滑油脱蜡工艺及其设备发展
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