從減壓蒸餾到加氫裂解,看懂高品質基礎油的誕生歷程

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潤滑油的製造
Lube Oil Manufacture

石油系潤滑油可分為兩大類:純礦物油和在純礦物油中添加各種添加劑的添加劑調合油。其中,純礦物油是指將所謂的「潤滑基礎油」直接用作潤滑油產品的情況。

潤滑基礎油

潤滑基礎油,簡稱「基礎油」(Base Oil),是所有石油系潤滑油產品的主要原料,與汽油、煤油、柴油等一般石油產品一樣,都是從原油中提取的。但基礎油需經過與一般燃料油不同的專屬設備與製程精煉,以下說明這些必要製程的原因與原理。

原油減壓蒸餾 VACUUM DISTILLATION

潤滑基礎油的餾分是由結構相當複雜的碳氫化合物所組成,其分子中的碳原子數通常在25個以上,許多情況甚至超過50個,而這類物質的沸點在常壓下通常超過400°C,因此無法透過一般分離石油產品的常壓蒸餾塔(操作溫度約370~380°C)分離出來。若強行提升常壓蒸餾塔的溫度,餾分的化學結構就會發生變化,無法獲得所需的基礎油餾分。因此,使用所謂的「減壓蒸餾塔」在減壓條件下蒸餾原油的重質餾分,可以分離出作為基礎油原料的餾分。

丙烷脫瀝青工藝 PROPANE DEASPHALTING

透過減壓蒸餾塔分離出的重質基礎油餾分(如光亮油 Bright Stock),仍然含有大量的樹脂類物質(Resins)與瀝青質(Asphaltenes),這些成分會降低潤滑基礎油的抗氧化穩定性,因此必須使用丙烷作為溶劑來加以去除。

溶劑提取工藝 SOLVENT EXTRACTION

經過脫瀝青製程後,油品中的樹脂質及瀝青質已大部份被除去,但仍含有大量的芳香烴化合物。這些芳香族和環烷族物質的黏度指數較低,不適合作為高級潤滑油的成分,因此需要使用一種名為糠醛(Furfural)的芳香族溶劑將其去除。

脫蠟工藝 DEWAXING

在經過溶劑提取工藝後,油品中仍含有一種應去除的成分,就是容易凝固的高單位石蠟烴碳氫化合物,也就是蠟(Wax)。 蠟的存在會導致潤滑油在低溫下流動性不佳,因此必須去除,而去除蠟時主要使用的溶劑為 MBK(Methyl Ethyl Ketone,甲基乙基酮)。

加氫處理工藝 Hydrotreating

在此製程中,透過添加氫氣來改變和重新排列油品中極性化合物與不飽和化合物的分子結構,並去除其他不必要的物質,以提高油品的熱穩定性和氧化穩定性,並使油色更清澈。

加氫處理具有高產率的優點,原本是為了取代酸處理與白土處理的補充程序,但隨著技術發展,現在已成為主要精製方式,許多現代潤滑油基礎油工廠甚至採用多次加氫處理來製造高品質基礎油。

酸處理工藝 Acid Treating 與白土處理工藝 Clay Treating

雖然這兩個處理並非絕對必要,但可以改善基礎油的顏色、熱穩定性、氧化穩定性與水分離性等,同時也可去除異味,是屬於一種結尾工藝。

  • 酸處理中主要使用硫酸,將瀝青系中不穩定的殘留成分轉化為不溶性化合物,形成油泥狀。
  • 白土處理中使用吸附力強的白土,去除油中殘留的雜質。

綜上所述,潤滑油的精煉工藝就是逐步去除所有對高品質潤滑基礎油不利成分的過程。經過這些主要處理步驟反覆徹底處理後,才能獲得具有高黏度指數(VI)的精製基礎油,這種油即為高等級潤滑基礎油。相反地,若精製過程中省略或僅簡略處理某些步驟,則所得到的基礎油黏度指數較低,即所謂的低品質基礎油。

自1990年代以來,業界導入了加氫裂解(Hydrocracking)與異構脫蠟(Iso-Dewaxing)等高階製程來生產黏度指數極高的基礎油,稱為 VHVI(Very High Viscosity Index,超高黏度指數)。此外,為了因應極寒或極熱等嚴苛環境的潤滑需求,合成基礎油(Synthetic Base Oil)也發展迅速,並被廣泛使用,其中最常見的合成基礎油是PAO(聚α-烯烴)和酯類(Ester)。

潤滑基礎油精工藝簡單圖表如下:

<圖>

<圖>

潤滑油的製造

前面已經說過,將經過各種工藝獲得的潤滑機油直接做為潤滑油產品時叫做純礦油(或無添加油)。因為用純礦油無法滿足現代幾乎所有裝備所需的潤滑油品質條件,因此實際上為了滿足各種裝備固有駕駛條件的要求性能,適當添加各種添加劑後製造產品。所以,潤滑油的品質及性能可以說根據所使用各種機油種類及添加劑的種類來決定,用圖表如下所示

<圖>

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