工业润滑油加氢处理是在较高的温度下，采用催化剂稳定基础油的活泼组分，将基础油加氢，改善其颜色，延长其使用寿命。该工艺可以除掉一些含硫、含氮化合物，但不能大量除去基础油中的芳烃组分。加氢处理只是较小地改进了基础油生产的工艺技术。加氢裂化是更苛刻的加氢工艺，它是在比简单加氢处理更高的温度和压力条件下将基础油加氢，原料基础油分子被重新组合并裂解为更小的分子，芳烃开环，异构烷烃重新分布，绝大部分硫、氨和芳烃被除掉，同时副产清洁燃料。

（1）溶剂精制油加氢处理 溶剂精制油加氢处理技术的主要目的是脱氮、脱硫、脱金属和提高黏度指数，因为采用传统的基础油生产工艺（溶剂精制＋溶剂脱蜡）难以得到II／皿类基础油，即使有些润滑油厂能够得到I类基础油，溶剂精制的苛刻度要足以使精制油的黏度指数至少在80以上，最好在95以上；要得到II类基础油，溶剂精制的苛刻度要足以使精制油的黏度指数至少在120以上，这样做收率太低，经济上很不合算。如果先经过缓和的溶剂（N-甲基吡咯烷酮或糠醛）精制，再经过加氢处理，就可以得到收率较高、黏度指数较高的基础油料。采用溶剂精制加氢处理生产异构脱蜡原料油，可以只经过缓和溶剂精制。其优点是不仅可减少溶剂用量，降低精制温度，简化溶剂与抽提物的分离，还可以提高精制油的收率。缓和溶剂精制的操作条件，可以缓和到使精制油的黏度指数比要得到的基础油的黏度指数低5～20个单位。即如果要得到黏度指数为80的II类基础油，精制油的黏度指数可以只有60～75；如果要得到黏度指数为95的II类基础油，精制油的黏度指数可以只有70～90；如果要得到黏度指数为120的II类基础油，精制油的黏度指数可以只有100～115。此外，加氢处理的转化率要很好控制，不能大于20％，小于10％比较好，最好是小于5％；同时，使加氢处理油的硫含量降至50μg／g以下，小于20μg／g更好。常规加氢裂化为了提高黏度指数，每降低1％转化率，产品的黏度指数提高不到1个单位。但采用雪佛龙公司的低苛刻度加氢处理工艺，选用MoNiP-Al2O3催化剂，一般使转化率小于5％时，得到的加氢处理油黏度指数至少提高5个单位，一般在5～25个单位之间，用这种油异构脱蜡可以得到理想的II／III类基础油。

（2）润滑油型加氢裂化 BP公司从20世纪80年代开始用加氢裂化基础油调配优质多级发动机油。该公司在法国拉维拉（Lavera）炼厂生产的加氢裂化基础油有两种，即LHC（100℃运动黏度为4m㎡／s）和UHC（100℃运动黏度为6m㎡／s）。LHC基础油是用BP加氢裂化工艺得到的加氢裂化尾油生产的。工艺采用装有可再生催化剂的固定床反应器，它在一段一次通过、全沸程蜡油转化率90％下操作。反应在高温和高氢压下完成，以保证大多数芳烃和杂环组分被饱和，得到的环烷烃断裂开环，使硫、氨和芳烃含量降到最低水平。发生的转化反应可合成极高黏度指数的基础油产品。这类基础油和PAO合成基础油的性能比较接近。润滑油加氢处理与溶剂精制相比有以下优点。

①溶剂精制工艺是靠溶剂将润滑油原料中黏温性能差的多环短侧链烃类抽提掉，从而改善润滑油的黏温性能，溶剂精制油的黏温性能好坏与原料组成有关。加氢处理工艺是通过加氢反应，使部分黏温性能差的多环短侧链烃类转化为少环长侧链烃类，生成油质量受原料的限制较小，而且可以从劣质原料生产优质润滑油。因此，加氢处理工艺有较大的灵活性，在优质原料缺乏情况下尤其有意义。

②收率和质量较高产品的黏温性能、氧化安定性能和抗氧剂的感受性均较溶剂精制油好。

③在生产润滑油的同时，又可生产优质燃料，打破了润滑油与燃料油的界限。

④装置投资虽然较高，但生产费用较低。

2．润滑油加氢处理的化学反应及反应规律

（1）稠环芳烃加氢反应 反应如下：

稠环芳烃的加氢饱和是分步进行的，即只有一个芳烃环完全加氢饱和之后，才对其余芳烃环进行加氢。而且每步间芳烃环的加氢-脱氢反应都是处于平衡状态。加氢反应平衡常数随温度升高而降低，因而芳烃深度加氢饱和反应必须在较低温度下进行。不同环数的稠环芳烃的加氢反应平衡常数随芳烃环数的增加而降低，说明多环稠环芳烃完全加氢比少环的稠环芳烃加氢更困难。从反应速率看，稠环芳烃的第一个芳烃环加氢速率较快，第二、三个芳烃环继续加氢时速率依次急剧降低。

（2）稠环环烷烃部分加氢开环反应 反应如下：

凝点≥＋20℃           凝点≤0℃

正构烷烃首先在催化剂的加氢-脱氢中心上脱氢生成相应的烯烃，然后这部分烯烃迅速转移到酸性中心得到一个质子，而生成仲正碳离子，仲正碳离子异构成叔正碳离子，当叔正碳离子将H＋还给催化剂的酸性中心后即变成异构烯烃，再在加氢中心上加氢即得与原料分子碳数相同的异构烷烃。此外，脱除杂原子（氮、氧、硫）以提高基础油的色度和色度安定性以及烯烃饱和等非理想组分的转化反应也是在润滑油加氢处理过程中所期望的。而需避免的反应，则有正构烷烃和异构烷烃的加氢裂化、带长侧链的单环环烷烃的加氢脱烷基等反应，因为这些反应将导致加氢油黏度下降、润滑油收率降低和氢耗量的增加。

3．加氢处理催化剂

对润滑油加氢裂化反应的分析结果表明：用于生产高箱度指效润滑油的加氢制化具有非经或坏加氢和芳经加氢饱和的功能，而且还应具有多环环境规烃和环烷经的异构化等功能。因而加氢裂化催化剂应是一种由加组分能的酸性载体组成的双功能催化剂，而且这两种功能应尽量达到平衡，才能达到收率高、质量好和运转周期长的目的。

）加氢组分 加氢组分在加氢处理催化剂中的作用主要是使原料中的芳烃，尤其是多环芳烃进行加氢饱和；使烯烃，主要是裂化反应生成的烯烃迅速加氢饱和，防止不饱和分子吸附在催化剂表面缩合生焦而降低催化活性。此外，加氢组分还具有对非烃破坏加氢的作用。

常用的加氢组分按其加氢饱和活性强弱排列如下：

Pt、Pd>W-Ni>Mo-Ni>Mo-Co>W-Co

虽然铂和钯具有最高的加氢活性，但由于对硫的敏感性很强，因而目前工业加氢处理催化剂的加氢组分不采用铂和钯，而多采用抗毒性好的金属组分，主要由W-Ni或Mo-Ni等金属组成（使用前需在装置上进行硫化）。

（2）酸性载体 酸性载体是加氢处理催化剂中的裂化组分，其作用在于促进C-C键的断裂和异构化，使多环环烷烃选择性加氢开环以及直链烷烃和环烷烃异构化，以提高润滑油的黏度指数。

工业加氢处理催化剂采用的载体主要有两类：高裂化活性的SiO2-Al2O3载体和低裂化活性的加氟的Al2O3载体。与燃料油加氢裂化催化剂所用的SiO2-Al2O3载体不同，润滑油加氢处理催化剂中Al2O3含量低于30％（质量分数）。

酸性载体的作用主要有以下几个方面：

①增加有效表面和提供合适的孔结构；

②提供酸性中心；

③提高催化剂的机械强度；

④提高催化剂的热稳定性；

⑤增加催化剂的抗毒性能；

⑥节省金属组分用量，降低成本。

（3）催化剂的活化 加氢催化剂上的Ni、Mo、W等金属，在制备时是以氧化态形式存在的，活性低且不稳定。因此在使用之前必须经过预硫化处理，使之转变为硫化态后才能有稳定的活性。所用硫化剂为CS2，它在氢气存在下先发生氢解反应生成H2S，后者与金属氧化物作用进行还原硫化。

在操作过程中，反应器内还必须维持一定的H2S分压，以避免硫化态组分因失硫而导致活性下降，在加工含硫量低的原料时，若自身脱硫生成的H2S过少，还需要适当地向系统补硫。

（4）催化剂的再生 加氢处理催化剂在使用过程中由于结焦和中毒，使催化剂的活性及选择性下降，不能达到预期的加氢目的，必须停工再生或更换新催化剂。国内加氢装置一般采用催化剂器内再生方式，有蒸汽-空气烧焦法和氮气-空气烧焦法两种。对于γ-Al2O3为载体的Mo、W系加氢催化剂，其烧焦介质可以为蒸汽或氮气，但对于以沸石为载体的催化剂，如再生时水蒸气分压过高，可能破坏沸石的晶体结构，从而失去部分活性，因此必须用氮气-空气烧焦法再生。

再生过程包括以下两个阶段。

①再生前的预处理。在反应器烧焦之前，需先进行催化剂脱油与加热炉清焦。催化剂脱油主要采取轻油置换和热氢吹脱的方法。对于采用加热炉加热原料油的装置，在再生前，加热炉管必须清焦，以免影响再生操作和增加空气耗量。炉管清售一般用蒸汽-空气烧焦法，烧焦时应将加热炉出、入口从反应部分切出，蒸汽压力为0.2～0.5MPa，炉管温度为550～620℃。可以通过固定蒸汽流量变动空气注入量，或固定空气注入量变动蒸汽流量的办法来调节炉管温度。

②烧焦再生。通过逐步提高烧焦温度和降低氧浓度，并控制烧焦过程分三个阶段完成。

4．加氢处理的工艺流程

用加氢处理工艺生产润滑油基础油时，一段加氢处理工艺流程是基础，通过选择性加氢裂化来提高基础油的黏度指数。由于原料性质及对基础油收率和质量（如黏度及黏度指数）要求的不同，采用不同的工艺流程，特别是为了改善加氢处理油的光安定性，需要增设后处理段。工业上常用的工艺流程除一段加氢处理流程外，还有两段加氢流程和加氢处理与溶剂精制结合的流程。

（1）一段加氢处理工艺流程 一段加氢处理工艺流程见图2-26。

原料油和氢在加热炉前混合，经加热到反应要求的反应温度后，再由上到下通过固定床催化反应器，然后经高压分离器及低压分离器（图中未列出）、常压及减压分馏塔得到各种黏度级别的含蜡加氢生成油，再经脱蜡即得润滑油基础油。由于加氢裂化是一个强放热过程，因此必须在床层间通人冷氢进行冷却以控制反应温度。从高压分离器出来的气体，即循环氢，其中一部分作冷氢，其余则与原料混合再循环回去，有时还需要经过洗涤或吸收处理除去硫化氢、氨和烃类，以免对催化剂带来不利影响。由于反应过程中进行深度脱硫、脱氮及较多的加氢裂化，所以化学耗氢量较大［为原料的2％～3％（质量分数）］，因而在采用此工艺时，一般都建有制氢装置。

加热炉 反应器 高压分离器 常压塔   减压塔

图2-26 一段加氢处理生产润滑油基础油原则流程

（2）两段加氢处理工艺流程 两段加氢处理工艺流程见图2-27。

两段加氢处理工艺流程中，第一段进行加氢裂化反应，用以确定基础油的黏度指数水平及收率；第二段进行加氢反应，用以调节基础油的总芳烃含量及各类芳烃的分布，从而提高基础油的安定性（特别是光安定性），但并不引起明显的黏度指数变化。通常在两段加氢之间进行溶剂脱蜡。

5．加氢处理的操作条件

影响加氢过程的主要工艺条件有反应温度、压力、空速及氢油比。

（1）反应温度 温度对反应过程的影响主要体现在温度对反应平衡常数和反应速率常数的影响上。

对于加氢处理反应而言，由于主要反应为放热反应，因此提高温度，反应平衡常数减小，这对受平衡制约的反应过程尤为不利，如脱氮反应和芳烃加氢饱和反应。加氢处理的其他反应平衡常数都比较大，因此反应主要受反应速率制约，提高温度有利于加快反应速率。

温度对加氢裂化过程的影响，主要体现为对裂化转化率的影响。在其他反应参数不变的情况下，提高温度可加快反应速率，也就意味着转化率的提高，这样随着转化率的增加导致低分子产品的增加而引起反应产品分布发生很大变化，这也导致产品质量的变化。

在实际应用中，应根据原料组成和性质及产品要求来选择适宜的反应温度。

（2）反应压力 加氢裂化过程是在较高压力下，烃类分子与氢气在催化剂表面进行裂解和加氢反应生成较小分子的转化过程，同时也发生加氢脱硫、脱氮和不饱和烃的加氢反应。其化学反应包括饱和、裂化和异构化。烃类在加氢条件下的反应方向和深度取决于烃的组成、催化剂的性能以及操作条件等因素。在加氢裂化过程中，烃类反应遵循以下规律：提高反应温度会加剧C-C键断裂，即烷烃的加氢裂化、环烷烃断环和烷基芳烃的断链。如果反应温度较高而氢分压不高，也会使C-H键断裂，生成烯烃、氢和芳烃。提高反应压力，有利于C-C键的饱和；降低压力，有利于烷烃进行脱氢反应生成烯烃、烯烃环化生成芳烃。在压力较低而温度又较高时，还会发生缩合反应，直至生成焦炭。

在加氢过程中，反应压力起着十分关键的作用。加氢过程反应压力的影响是通过氢分压来体现的，系统中氢分压决定于反应总压、氢油比、循环氢纯度、原料油的气化率以及转化深度等。为了方便和简化，一般都以反应器入口的循环氢纯度乘以总压来表示氢分压。随着氢分压的提高，脱硫率、脱氮率、芳烃加氢饱和转化率也随之增加。对于VGO（Vacuum Gas Oil，减压馏分油）原料而言，在其他参数相对不变的条件下，氢分压对裂化转化深度产生正的影响；重质馏分油的加氢裂化，当转化率相同时，其产品的分布基本与压力无关。反应氢分压是影响产品质量的重要参数，特别是产品中的芳烃含量与反应氢分压有很大的关系。反应氢分压对催化剂的失活速率也有很大影响，过低的压力将导致催化剂快速失活而不能长期运转。

总的来说，提高氢分压有利于加氢过程反应的进行，加快反应速率。但力提高增加装置的设备投资费用和运行费用，同时对催化剂的机械强度要求也提高。目前工业上装置的操作压力一般在7.0～20.0MPa。

（3）空速 空速是指单位时间内通过单位催化剂的原料油的量，有两种表达形式，一种为体积空速（LHSV），另一种为质量空速（MHSV）。工业上多用体积空速。空速的大小反映了反应器的处理能力和反应时间。空速越大，装置的处理能力越大，但原料与催化剂的接触时间则越短，相应的反应时间也就越短。因此，空速的大小最终影响原料的转化率和反应的深度。

（4）氢油比 氢油比是单位时间内进入反应器的氢气流量与原料油量的比值，工业装置上通用的是体积氢油比，它是以每小时单位体积的进料所需要通过的循环氢气的标准体积量来表示的。氢油比的变化实质上是影响反应过程的氢分压。增加氢油比，有利于加氢反应进行，提高催化剂寿命；但过高的氢油比将增加装置的操作费用及设备投资。

润滑油加氢处理一般采用高压高温操作：总压力一般大于15MPa，常高达20MPa以上；温度为350～430℃；空速为0.3～1.0h-1；氢油比为1000～1800，一般氢耗为190～340m3／t。

润滑油加氢处理所选择的操作条件取决于对加工深度的要求。一般来说，调节反应深度主要通过温度和空速两个参数，而压力和氢油比在工艺设计中确定以后在生产中就不大改变了。在操作参数中，反应温度是很重要的，只有每个催化剂床层和整个反应器的温差不大于20℃时才能保证润滑油产品的质量和收率。为此，反应器内需分层装入催化剂，床层数与床层高度需按原料油性质及目的产品进行设计：对含硫、氮化合物较高的原料，反应放热很大，因此反应器上部催化剂床层高度应准确计算；当硫、氮逐渐脱除后，反应热就较小了，此时催化剂床层高度可逐步加长。如果反应热很大，根据需要也可以用两个反应器。此外，反应器内每个催化剂床层要用冷氢严格控制，末期最高反应温度也应控制低于420℃，否则将发生过度裂化反应，使产品质量变坏并使催化剂寿命大为缩短。

根据润滑油加氢处理的反应机理，反应在较高压力下进行才有利于芳烃加氢的平衡，如压力不合适，会使润滑油产品中芳烃含量较高，颜色也变差，同时催化剂失活加快。空速不宜过高，如空速太高，则反应温度就必须升高，而使基础油收率降低，同时氢分压也要提高到不经济的程度。总之，操作条件以及加工深度的选择在很大程度上将取决于原料性质和产品质量。