在過去的20年裏，世界潤滑油工業發生了巨大的變化。新裝置、新工藝、新技術和日益嚴格的產品規格驅動著整個潤滑油行業進行壹輪又壹輪的變革，基礎油加工技術的變革自然成為推動潤滑油行業發展的重要因素。目前，世界著名的石油石化公司正在投入大量資金進行氣制油(GTL)的研究，GTL技術制備基礎油的逐步商業化將引起基礎油領域的新壹輪改革。
壹、GTL技術概述
GTL技術是將天然氣轉化為合成油，然後進壹步轉化為燃料油和其他碳氫化合物。通俗地說，就是先把天然氣分子撕開，然後重新組合成長鏈分子。該工藝將生產出純度高、不含硫、不含氮、不含芳烴、不含金屬元素的合成原油，其分子基本由直鏈烷烴和烯烴組成。然後，將合成油進壹步精煉，生產環保燃料油和化學品，如柴油、石腦油、石蠟及其特種產品。
1的加工工藝及優點。GTL
GTL工藝包括以下兩個主要步驟:將天然氣轉化為合成氣。天然氣和氧氣進行部分氧化反應制備合成氣，合成氣的組成主要包括壹氧化碳(CO)和氫氣(H2)，投資較高。2)將合成氣轉化為合成油。這是GTL技術的關鍵步驟，即費托合成轉化，即通過含有專利鈷基催化劑的固定床或懸浮床反應器，將合成氣轉化為各種粘度等級的液態烴。GTL加工工藝示意圖見圖1。
根據《石油與天然氣》雜誌最近的評估以及各部門和石油公司的調查，世界剩余探明天然氣儲量為1.7萬億立方米以上，但由於遠離消費者、運輸困難等原因，大部分被擱置。GTL技術可以為消費者提供石油產品的替代品，為擁有天然氣儲備的國家和地區帶來經濟效益，同時可以避免石油開采過程中伴生的天然氣資源在空氣中燃燒。既充分利用了天然氣資源，又保護了環境。GTL技術制備的合成烴性能優異，可直接使用或與低品質原油生產的燃料混合使用，滿足日益苛刻的環保和油品性能指標要求。
2.費托合成技術的發展
用催化劑將合成氣轉化為液態烴的方法是德國科學家Frans Fischer和Hans Tropsch在1923發明的，簡稱費托合成。費托合成技術於1932在德國首次工業化。到1939，德國9套FT裝置每天生產12000桶產品。費托合成技術的工業化生產經過幾十年的風風雨雨，在20世紀90年代開始進入新的發展軌道。石油資源日益減少和劣質化的趨勢以及天然氣探明可采儲量的不斷增加，使GTL再次成為大石油公司關註的焦點。1993年，殼牌在馬來西亞賓圖魯的GTL工廠投產。2002年，BP在美國阿拉斯加州尼基斯基的實驗裝置投入運行；2003年，康菲石油公司在美國俄克拉荷馬州的龐卡城啟動了這個實驗裝置。同年6月5438+10月，殼牌在卡塔爾簽署了第二個GTL項目。2004年7月，埃克森美孚公司與卡塔爾* *公司簽約，在卡塔爾北部的拉斯拉凡投資70億美元建設世界上最大的GTL項目，計劃於2011開始運營。
二、基礎油加工技術的改造
1.基礎油加工技術的發展
石油煉制技術生產的潤滑油基礎油質量主要取決於原油質量和所采用的技術。加工API I及以下的潤滑油基礎油傳統生產工藝包括溶劑精制、溶劑脫蠟和白土補充精制，其中溶劑脫蠟是潤滑油基礎油加工中的主要生產工藝。在該方法中，通常使用甲基乙基酮/甲苯和甲基乙基酮/甲基異丁基酮作為溶劑。當用溶劑稀釋溶解的含蠟基礎油冷卻到-10 ~-20℃時，溶液中的蠟會結晶析出，然後通過蒸發、汽提、過濾除去基礎油中的石蠟，從而降低潤滑油基礎油的傾點，得到副產品——工業石蠟原料。這個生產過程主要是物理過程，烴結構沒有改變。生產的基礎油質量取決於原料中理想組分的含量和性質。由於這種精制過程中所含的雜質不能完全除去，生產出的基礎油傾點高，不適合在寒冷條件下作業。同時，由於芳烴等非理想組分含量高，抗氧化性差，容易被排除在高級潤滑油的調合選擇之外。
為了滿足新壹代汽車發動機和高性能裝備對潤滑油的更高要求，近二三十年來出現了加氫工藝制備的APIⅱ/ⅲ基礎油，大大改善了潤滑油產品的使用性能，擴大了石油煉制基礎油的應用範圍，其中以催化脫蠟(CDW)技術和異構脫蠟(IDW)技術為代表。以雪佛龍為例，其異構脫蠟技術壹般包括三段全加氫工藝:加氫處理、異構脫蠟和加氫後精制。加氫脫除原料中的硫、氮、金屬等雜質，然後通過加氫異構脫蠟的轉化過程，將粘度指數低的組分轉化為粘度指數高、傾點低的基礎油。加氫處理和異構脫蠟後，得到的脫蠟油由於含有少量殘留的多環芳烴，穩定性往往不理想，光照下與空氣接觸容易變色產生沈澱，需要通過常壓蒸餾和減壓蒸餾進壹步加氫脫除。因此，異構脫蠟反應器的餾出液需要換熱後進入後精制反應器進行加氫飽和，以改善產品的顏色和氧化穩定性。
與ⅰ類相比，API、ⅲ、ⅳ類基礎油的揮發性物質、硫和芳烴含量降低，粘溫系數更高，粘度更低。他們逐漸升級的性能正受到市場的追捧。潤滑油基礎油分類指數見表1。在美國和歐洲市場，由於汽車制造商和環保部的影響，API II和I II基礎油的消費量正以每年8%的速度增長。2004年北美市場API、ⅲ、ⅳ等高端基礎油的市場消費總量超過了ⅰ類基礎油的消費總量。在此期間，Motiva和其他基礎油加工企業增加了API II和I II基礎油的生產和加工能力，而殼牌和其他公司關閉了API I基礎油制造廠。
2.第壹代GTL基礎油
費托合成後，GTL裝置可以在生產超清潔燃料的同時生產清潔的合成烷基烷烴。石蠟可以進壹步轉化為不含硫、氮、芳烴和金屬雜質的潤滑油基礎油，與石油煉制過程中溶劑精制或加氫精制制備的基礎油完全不同。由於GTL基礎油分子結構基本為異構烷烴，GTL基礎油具有低粘度、清潔、長壽命的特點，為市場需求提供了新的選擇。
世界上已有兩套第壹代GTL基礎油裝置投入運行或小規模試運行。這兩套GTL裝置的費托合成部分采用固定床工藝。殼牌在馬來西亞賓圖魯的GTL工廠於1993年開工，日產量為12500桶。采用的工藝是殼牌的SMDS(殼牌中間獨特合成)工藝。所生產的石蠟產品被運輸到位於日本Yokkaichi和法國Petit-Couronne的兩個基礎油加工廠，在那裏通過加氫裂化和加氫異構化制備含有蠟油的合適基礎油組分，然後通過簡單的溶劑脫蠟工藝制備Shell XHVI基礎油產品。Syntroleum在西澳大利亞塔爾薩的實驗裝置於5438年6月+2000年2月投入運行，由於合作夥伴安然公司破產，該項目被迫終止。
3.第二代GTL基礎油加工技術
基於市場對超清潔柴油的需求，世界上許多知名的石油石化公司都加大了對GTL技術的投資，計劃大規模生產GTL基礎油的裝置位於卡塔爾半島北部。埃克森美孚在卡塔爾GTL工廠的投資接近70億美元，投產後的工廠將是全球最大的GTL工廠。該工廠將采用埃克森美孚的AGC-21專利技術，總產能的20%將用於生產高性能基礎油。此外，還將采用本公司專有的MWI(石蠟異構化工藝)，將蠟油、軟蠟等高含蠟量原料送入裝有選擇性分子篩的固定床反應器，轉化為高粘度指數基礎油(見圖2)。該工廠預計年產基礎油654.38+50萬噸，約為埃克森美孚現有全球基礎油產量的654.38+07%。雪佛龍公司和南非沙索公司在卡塔爾建設的羚羊GTL基地煉油廠將於2008年上半年投產。殼牌在卡塔爾的GTL工廠被稱為珍珠GTL項目，該項目將依賴殼牌在馬拉西亞GTL工廠的SMDS工藝。壹期工程預計2009年投產，年產50萬噸GTL基礎油。二期項目建成後，產能將達到654.38+0萬噸/年，約占殼牌全球基礎油產能的25%。預計到2010 ~ 2012，GTL基礎油潛在日產量將達到30000 ~ 50000桶。屆時，將對高等級基礎油市場造成壹定影響。三大GTL基礎油生產商的生產計劃和生產日期如表2所示。
三、GTL基礎油的性能
正在制定或實施的內燃機油規格，例如API SL/SM和ILSAC GF-4，需要低粘度以滿足燃料經濟性標準。同時，環境法規要求減少重型柴油發動機的顆粒汙染物(PM)和氮氧化物(NOX)的排放，以及低NOX內燃機設計產生的額外煙塵。為了改善重負荷柴油機油的使用性能，有必要改善所用基礎油的性能，以避免發動機過早磨損。汽車制造商正在用長壽命自動傳動液或液壓傳動液填充他們的乘用車和卡車，以降低保修維護的成本。GTL基礎油以其幾乎為零的硫、氮和芳烴含量，以及幾乎完全異構烷烴的結構特征，表現出優異的氧化安定性、低溫性能、低NOACK蒸發損失和高粘度指數，能夠滿足市場對更高性能基礎油的需求。目前，GTL基礎油的生產技術已經發展到可以配制粘度等級(100℃)，跨度從2厘沲到9厘沲以上，甚至可以生產高粘度等級的光亮油。突破了加氫工藝只能生產9cSt以下等級API II/III基礎油的窄範圍限制，也擴大了行業對高粘度、高性能基礎油的需求。按API分類的不同等級基礎油的性能對比見表3。
第壹代GTL基礎油產品的試驗數據是人們評價新壹代基礎油產品的依據。目前，殼牌在日本的GTL基礎油工廠XHVI(r)日產量約為65，438+000桶，已用於乘用車發動機油(PCMO)和自動傳動液(ATF)的調合。Syntroleum公司對其試驗裝置生產的GTL基礎油產品進行了發動機臺架試驗。結果表明，產品的性能不僅能滿足ILSAC GF-4的現行規範要求，而且在考察發動機燃油消耗和磨損的程序ⅲF試驗和考察燃油經濟性的ⅵ B試驗中表現出產品在性能方面的競爭力(見表4)。
第二代GTL基礎油生產工藝試驗裝置的工作也表明，產品中含有少量的單環烷烴分子，該裝置可以生產GTL光亮油。壹些GTL基礎油制造商已經開始向添加劑公司和獨立的潤滑油調和廠提供他們的測試產品，如Fuchs和Castrol。
四。GTL基礎油市場前景分析
為了減少廢氣排放和提高內燃機的能效，汽車制造商需要高性能的基礎油，如API ⅲ和API ⅳ基礎油。GTL技術制備的潤滑基礎油是APIⅲ/ⅳ基礎油的重要替代品，具有良好的粘溫性能、抗氧化性能和低溫冷啟動性能。用這種基礎油調合的潤滑油能滿足現代內燃機的運行需要。
GTL裝置主要用於生產高清潔燃料、石腦油和特殊化學產品。只有少數單位為了加工產品的組成價值最大化而配制部分基礎油，其份額壹般為10% ~ 20%。雖然潤滑油和石蠟的市場規模僅占燃料市場的5%，但專家預測，GTL法制備的高純度基礎油將對市場產生重要影響。
Kline的分析顯示，合成聚α-烯烴價格壹般為4.5 ~ 8美元/加侖，API基礎油價格為1.6 ~ 2.5美元/加侖。GTL基礎油的價格優於上述兩種價格。它不僅會對目前的API II基礎油市場產生沖擊，而且由於其優異的低溫性能和抗氧化性能，在低粘度和燃油經濟性(尤其是SAE 0W)方面也將成為聚α烯烴的直接競爭對手。在發動機和變速箱用潤滑油方面，GTL基礎油由於蒸發損失小，也將與APIⅲ/ⅳ基礎油競爭。如果本文所述的大型GTL基礎油廠能夠正常生產，GTL基礎油的產量將大幅增加，那麽GTL基礎油與APIⅲ/ⅳ基礎油甚至ⅱ基礎油爭奪市場也就不遠了。可以預見，GTL基礎油將首先應用於高檔內燃機油、自動傳動液等配方，並從歐洲和北美推廣到日本，最終應用於亞太地區。隨著殼牌、埃克森美孚、雪佛龍沙索等公司大型GTL裝置的投產，GTL基礎油將取代傳統基礎油，廣泛應用於液壓油、鐵路內燃機油、工業齒輪油等領域。I級基礎油廠商將面臨新基礎油供應的更大壓力。
然而，市場對APIⅲ和APIⅳ基礎油的偏好，以及APIⅱ基礎油生產的巨大利潤空間，將迫使GTL制造商考慮其產品是否通過降低價格或犧牲產量來與APIⅱ基礎油競爭，以保持APIⅲ/ⅳ的價格優勢。考慮到上述經濟因素，GTL基礎油的生產將在小型實驗裝置上進行。目前上述各大公司自有潤滑油品牌的產品仍在使用GTL基礎油，大型GTL基礎油裝置的前景暫時還難以決定。
動詞 （verb的縮寫）總結與思考
為了提高燃油經濟性，需要更多的低粘度潤滑油。比如SAE 0W/20內燃機油，限制了發動機的高低溫粘度。目前這種油只能用聚α-烯烴和酯類油的混合物調合，而用API ⅲ基礎油很難滿足低粘度、低揮發性的要求。GTL基礎油可以滿足這種新規格的要求。
作為生產潤滑油的重要原料，GTL基礎油能否在市場上獲得成功取決於許多其他因素。制造企業要想在市場上取得成功，除了滿足自身需求外，還必須使GTL的工廠工藝和質量控制不斷滿足生產高品質GTL基礎油的需要。由於擬建的GTL基礎油大型工廠位於偏遠地區，即遠離終端消費市場，其物流供應環節的可靠性非常重要。此外，潤滑油調和廠和經銷商也應考慮如何提高GTL基礎油的價格競爭力，以開拓更大的市場。GTL基礎油作為新壹代基礎油，需要大量的必要測試才能代替其他產品進入市場，包括發動機臺架試驗、添加劑相容性、產品相容性、OEM認證等，需要大量的資金進行相關的研究和配套服務。