內外循環(huán)超重力裝置對潤滑油清凈劑產品的影響*

韓 韞,代 敏，馬忠庭，雷 兵

（中國石油 克拉瑪依石化公司 煉油化工研究院，新疆 克拉瑪依 834000）

高堿值石油磺酸鈣清凈劑是內燃機油常用的主要添加劑。近年來，我國年潤滑油產量缺口較大，大約50%需從國外進口，急需要提高該類產品的產量、質量和生產技術。

據(jù)悉，目前國內外制備潤滑油清凈劑除成熟的釜式工藝外，用能夠極大地強化物料的傳質系數(shù)，適用于由擴散控制的傳質和反應過程，尤其適用于氣、液、固多相反應體系。微觀混合和傳質過程極大地強化，合成的產品顆粒分布均勻，平均粒徑可達納米級，且生產成本低、反應效率高[1]。與釜式技術工藝復雜，過程設備技術要求高，提供堿度的碳酸鹽粒徑分布不均勻、粒徑不夠超細化，且工藝過程技術控制較難，不同批次之間重復性差，逐級放大困難，而且產品的穩(wěn)定性差等相比，超重力技術優(yōu)勢非常明顯。

超重力技術應用到強化反應過程，特別是利用超重力旋轉床制備反應器當中，ZL20040037885.9公開了一種利用外循環(huán)式超重力旋轉床反應器制備高堿值石油磺酸鈣潤滑油清凈劑的方法，該外循環(huán)式超重力旋轉床設備的缺陷是需要另外增設循環(huán)物料罐，當輸送有毒或腐蝕性液體時，泵的泄漏易造成污染。鑒于以上不利因素，本研究又提出了一種能夠使反應物料充分混合，消除反應裝置內死角、提高反應效率的內循環(huán)超重力反應裝置。

1 潤滑油清凈劑的生產工藝流程

超重力工藝制備高堿值石油磺酸鈣的過程為：將石油磺酸銨、促進劑、溶劑、Ca（OH）2等原料在超重力裝置中進行中和反應和碳酸化反應，然后進行脫醇水、脫溶劑等后處理，得到高堿值石油磺酸鈣潤滑油清凈劑產品，具體的工藝流程見圖1。

圖1 超重力工藝制備高堿值石油磺酸鈣工藝流程Fig.1 Process chart of preparation of overbased calcium petroleun sulfonate in HIGEEtechnique

2 裝置簡介

2.1 內循環(huán)超重力裝置

內循環(huán)超重力反應裝置見圖2。

圖2 內循環(huán)超重力裝置示意圖Fig.2 Internal circulation HIGEE experiments

當物料進行混合反應時，啟動電機，利用電機軸同時帶動自吸式超重力旋轉床、攪拌槳同心旋轉。物料在攪拌槳作用下進行混合，同時，由于自吸式超重力旋轉床旋轉，在轉子中心處形成負壓，使物料經導流筒被抽吸到帶有填料層的轉子中進行反應，在轉子離心力的作用下，物料透過填料層經轉子周邊的孔被甩至反應釜內壁，并沿壁面流回到反應釜內物料當中，釜內物料再繼續(xù)通過攪拌槳的攪拌和轉子抽吸力的雙重作用進一步混合、吸入轉子中、甩回到反應器腔體中，物料如此循環(huán)反應，直至反應充分后經出料口排出。

2.2 外循環(huán)超重力裝置

外循環(huán)超重力反應裝置見圖3。

操作時先將液體導向閥關閉，將反應物料混合后倒入攪拌槽中，短時間攪拌后，打開攪拌槽液體出口閥，在液體循環(huán)用泵的作用下，通過液體流量計進入旋轉床中，液體流量的大小由流量調節(jié)閥調節(jié)，從旋轉床出來的物料，經攪拌槽液體進口閥，進入攪拌槽進行循環(huán)。氣體由氣體流量計從氣體入口進入旋轉床中，其流量大小由閥門調節(jié)，反應后的剩余氣體由氣體出口排出。整個體系的溫度由恒溫水槽的水溫來調節(jié)。

圖3 外循環(huán)超重力裝置示意圖Fig.3 External circulation HIGEE experiments

2.3 內、外循環(huán)超重力裝置的異同點

2.3.1 裝置結構 雖然內外循環(huán)式超重力裝置都能制備出合格的高堿值石油磺酸鈣清凈劑，但與內循環(huán)超重力裝置相比，外循環(huán)超重力裝置系統(tǒng)復雜，需要另外增設循環(huán)物料罐，攪拌混合器以及液體物料循環(huán)泵，且占地面積大，安裝費用高。

2.3.2 反應效率 內循環(huán)超重力裝置利用同一電機帶動自吸式超重力旋轉床和攪拌槳同心轉動，通過攪拌混合和轉子抽吸力的雙重作用，實現(xiàn)了物料的均勻混合，解決了釜底反應物料的“死角”問題，提高了物料的利用率，而外循環(huán)超重力裝置在進行反應過程中，反應釜底存有未完全反應的物料。

3 裝置運行效果與討論

3.1 產品收率的影響

采用內外循環(huán)式超重力裝置，進行高堿值石油磺酸鈣清凈劑的試驗，根據(jù)產品的堿值、粘度、濁度以及試驗過程的渣量數(shù)據(jù)變化特點，結合高堿值石油磺酸鈣產品的質量指標，確定高堿值石油磺酸鈣試驗的碳酸化反應時間適宜為58～62min，在此段時間內切斷CO2的供應，終止碳酸化反應，對粗產品進行脫醇水、分離、脫溶劑等處理后，得到高堿值石油磺酸鈣潤滑油清凈劑產品。在試驗中，分別采用內外循環(huán)式超重力裝置進行試驗的經濟性和產品的部分性質比對見表1。

表1 內外循環(huán)式超重力裝置對比試驗Tab.1 Contrast test of internal and external circulation HIGEE experiments

由表1可見，采用內循環(huán)超重力裝置生產的高堿值石油磺酸鈣，CO2利用率、Ca（OH）2的利用率、產品的收率均比采用外循環(huán)超重力裝置高。

3.2 反應效果的影響

經過多次的投料運行效果考察，并根據(jù)試驗過程的實時變化特點，在碳酸化反應終點處及時切斷CO2的供應，完成高堿值石油磺酸鈣的碳酸化反應過程。對比采用內外循環(huán)超重力裝置試驗過程中，其堿值、粘度等關鍵指標對應曲線見圖4、5。

圖4 內外循環(huán)試驗過程堿值對應曲線Fig.4 Base number curve of internal and external circulation test process

圖5 內外循環(huán)試驗過程粘度對應曲線Fig.5 Viscosity number curve of internal and external circulation test process

從圖4、5中可見，用內外循環(huán)超重力裝置采集的試驗數(shù)據(jù)堿值、粘度的動態(tài)變化不大，屬于正常波動范圍，說明內外循環(huán)超重力裝置的運行效果基本相當。

3.3 對環(huán)境的影響

外循環(huán)超重力裝置需要另外增設循環(huán)物料罐，當輸送有毒或腐蝕性液體時，泵的泄漏易造成環(huán)境的污染。而內循環(huán)超重力裝置無需增設其他物料罐和循環(huán)泵，物料只在超重力反應釜內進行，不存在物料罐和循環(huán)泵的泄漏問題。

4 結論

采用兩種超重力的工藝流程進行高堿值石油磺酸鈣產品的制備：（1）內循環(huán)超重力裝置；（2）外內循環(huán)超重力裝置。并通過內外循環(huán)超重力裝置的優(yōu)缺點來闡述內循環(huán)超重力裝置比外循環(huán)超重力裝置在原料的利用率，產品的收率上有顯著提高，并進一步明確了內外循環(huán)超重力裝置的運行效果對潤滑油清凈劑產品以及環(huán)境有影響。

［1］代敏，馬忠庭，韓韞，等.潤滑油清凈劑的超重力合成過程及產品性質評定［J］.石油煉制與化工，2008，39（11）:26-29.