精制工藝在潤滑油基礎(chǔ)油生產(chǎn)中的作用分析

田婷婷,劉繼濤

(中國石油大連石化公司，遼寧 大連 116031)

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和石油工業(yè)的革新轉(zhuǎn)型，潤滑油市場的需求量逐年上升，潤滑油產(chǎn)品的質(zhì)量要求也在不斷提升，其中潤滑油基礎(chǔ)油的質(zhì)量直接影響著潤滑油品質(zhì)量[1]。中國石油大連石化公司采用石蠟基原油加工生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油，由于其烷烴和長側(cè)鏈的環(huán)烷烴含量較高，有利于取得較高的精制收率及性能良好的基礎(chǔ)油。在整個加工生產(chǎn)過程中，通過有效地精制處理，保留正影響物質(zhì),去除潤滑油基礎(chǔ)油中負(fù)影響物質(zhì)，最終獲得高品質(zhì)潤滑油基礎(chǔ)油，表1為潤滑油基礎(chǔ)油組成對質(zhì)量的影響。

表1 基礎(chǔ)油組成對基礎(chǔ)油質(zhì)量的影響

表1(續(xù))

目前潤滑油基礎(chǔ)油的日常質(zhì)量分析主要在黏度、黏度指數(shù)、外觀、密度、含水、抗乳化度、堿性氮值等方面，為進(jìn)一步分析研究現(xiàn)有工藝條件生產(chǎn)的精制油品質(zhì)量情況，本文在基礎(chǔ)油抗乳化度、抗氧化安定性、空氣釋放性三方面做具體分析研究，通過隨機(jī)采樣試驗后獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)分析研究可得通過糠醛精制與脫氮精制后的油品質(zhì)量滿足石化行業(yè)的需求。

1 精制工藝生產(chǎn)簡介

大連石化公司潤滑油生產(chǎn)主要采用反序生產(chǎn)方式，酮苯脫蠟裝置產(chǎn)生的脫蠟油進(jìn)入糠醛精制裝置，精制后得到的精制油再進(jìn)脫氮吸附裝置，吸附后得到潤滑油基礎(chǔ)油。圖1為潤滑油基礎(chǔ)油生產(chǎn)流程示意圖。

圖1 潤滑油基礎(chǔ)油生產(chǎn)流程示意

1.1 糠醛精制

糠醛精制是以糠醛為溶劑對潤滑油餾分進(jìn)行精制的，因為糠醛對潤滑油餾分中各種烴類的溶解度不同，其中對潤滑油餾分中的非理想組分(多環(huán)短側(cè)鏈的芳烴和環(huán)烷烴、膠質(zhì)、硫、氧、氮的化合物)的溶解度較強(qiáng)，對潤滑油餾分中理想組分(少環(huán)長側(cè)鏈芳烴和環(huán)烷烴)的溶解度較差的特點[7]，因此通過糠醛與潤滑油餾分在抽提塔內(nèi)逆流接觸，在低于油品的臨界溶解溫度的條件下借助原料與糠醛的密度不同，使?jié)櫥宛s分中的理想組分與非理想組分分開。再將理想組分和非理想組分中所含的糠醛通過閃蒸和減壓汽提的手段分離出，得到純粹的理想組分和非理想組分。

糠醛精制工藝基本流程是原料先經(jīng)脫氣系統(tǒng)，將上一道工序殘留的少量溶劑、氧氣、水脫除，之后進(jìn)入抽提系統(tǒng)，與糠醛逆向接觸，利用溫度梯度進(jìn)行萃取、精制，分離得到精制液和廢液。精制液經(jīng)精液汽提系統(tǒng)分離出其中的糠醛，得到精制油(成品)。廢液經(jīng)兩次閃蒸一次汽提分離出糠醛，得到抽出油。廢液、精液中分離出的糠醛(含有水及少量油)進(jìn)入水溶液回收及糠醛干燥系統(tǒng)，分離出水和油，得到干燥的糠醛循環(huán)使用。表2是糠醛精制工藝主要操作條件。

表2 糠醛精制工藝主要操作條件

1.2 脫氮吸附精制

脫氮吸附工藝是采用脫氮劑，在一定的工藝條件下，對精制油進(jìn)行液相脫氮，該脫氮技術(shù)具有脫氮率高而脫硫率低的特點[8]，能夠提高潤滑油基礎(chǔ)油的氧化安定性，而對其他的理化性能沒有明顯的影響。脫氮后的油品再經(jīng)過吸附劑精制，除去油品中微量“脫氮殘液”，并進(jìn)一步脫除含氮化物及其膠質(zhì)，提高基礎(chǔ)油的質(zhì)量。

脫氮吸附精制工藝基本流程是原料先進(jìn)入脫氮系統(tǒng)，在電場作用下與脫氮劑進(jìn)行絡(luò)合反應(yīng)減少油品中的堿性氮化物，之后在混合罐與吸附劑充分混合，經(jīng)原料脫氣塔除去加吸附劑時帶入的氧氣，進(jìn)入加熱爐加熱，在蒸發(fā)塔內(nèi)吸附劑吸附油品中的膠質(zhì)瀝青質(zhì)及殘留脫氮劑等雜質(zhì)，然后經(jīng)兩次過濾將廢吸附劑濾除得到精制油。表3是脫氮吸附精制工藝主要操作條件。

表3 脫氮吸附精制工藝主要操作條件

2 抗乳化度分析

潤滑油在使用過程中，部分機(jī)械設(shè)備密封做不到油水完全隔離，一旦油品遇水形成穩(wěn)定的乳化液，就會出現(xiàn)油品黏度增加、流動性變差、供油困難等情形，嚴(yán)重影響設(shè)備潤滑和正常生產(chǎn)[9]。抗乳化度通過破乳化時間表征，是指在規(guī)定條件下使?jié)櫥团c水混合形成乳化液，然后在一定溫度下靜置，潤滑油與水完全分離所需時間，以分鐘(min)表示。當(dāng)油品發(fā)生乳化后，潤滑油的性能和使用周期會降低，也會對設(shè)備部件造成損害，因此只有通過深度精制，讓潤滑油基礎(chǔ)油與水之間形成更大的界面張力，才不會生成穩(wěn)定的乳狀液[10]，從而達(dá)到破乳化時間短，油品抗乳化性能好的目的。本文采用 GB/T 7305-2003《石油和合成液水分離性測定法》[11]分析方法，分別隨機(jī)抽取HVI150、HVI400潤滑油基礎(chǔ)油精制前后的7組樣品，在試驗溫度為54 ℃條件下進(jìn)行抗乳化性能進(jìn)行判定。表4為HVI150油品的抗乳化度試驗數(shù)據(jù)，圖2為HVI150原料及精制后成品的抗乳化度對比，表5為HVI400油品的抗乳化度試驗數(shù)據(jù)，圖3為HVI400原料及精制后成品的抗乳化度對比。

表4 HVI150精制前后抗乳化度數(shù)據(jù) min

圖2 HVI150原料及精制后成品的抗乳化度比較

表5 HVI400精制前后抗乳化度數(shù)據(jù) min

表5(續(xù)) min

圖3 HVI400原料及精制后成品的抗乳化度比較

通過上述表、圖數(shù)據(jù)可知，現(xiàn)有的潤滑油精制生產(chǎn)工藝能夠滿足潤滑油抗乳化度的質(zhì)量要求，且脫氮精制后的油品抗乳化度有了進(jìn)一步改善。

3 抗氧化安定性

潤滑油的氧化安定性是一個很重要的指標(biāo)，因為油品在使用中變質(zhì)的主要原因之一是被氧化。潤滑油在使用和貯存過程中，與空氣中的氧氣接觸，在一定條件下，便會使油的顏色變暗、黏度增加、酸性增大，產(chǎn)生沉淀，阻止散熱，影響設(shè)備正常運(yùn)行。潤滑油的氧化深度與四個因素有關(guān)，即潤滑油化學(xué)組成、氧化溫度、氧化時間、金屬和其他物質(zhì)的催化作用，其中溫度的影響更為突出。含氮化合物的存在對潤滑油基礎(chǔ)油的氧化安定性是不利的, 其中堿性含氮化合物的影響更為顯著，在實際生產(chǎn)過程中為提高油品的氧化安定性，脫氮精制工藝通過脫氮保硫處理控制油品的堿性氮值，從而保證其氧化安定性能[12]。本文采用SH/T 0193-2008《潤滑油氧化安定性的測定——旋轉(zhuǎn)氧彈方法》[13]分析方法，分別隨機(jī)抽取HVI150、HVI400原料及精后油6個樣品，在對比脫氮精制工藝對油品脫氮效果的同時(如表6所示)，對精后油進(jìn)行堿性氮值和旋轉(zhuǎn)氧彈的數(shù)據(jù)分析對比。表7為HVI150成品油堿性氮值與旋轉(zhuǎn)氧彈分析，圖4為HVI150成品油堿性氮值與旋轉(zhuǎn)氧氮之間的關(guān)系，表8為HVI400成品油堿性氮值與旋轉(zhuǎn)氧彈分析，圖5為HVI400成品油堿性氮值與旋轉(zhuǎn)氧氮之間的關(guān)系。

表6 HVI150、HVI400精制前后堿性氮數(shù)據(jù) mg/kg

表7 HVI150成品油堿性氮值與旋轉(zhuǎn)氧彈分析

圖4 HVI150成品油堿性氮值與旋轉(zhuǎn)氧氮關(guān)系

表8 HVI400成品油堿性氮值與旋轉(zhuǎn)氧彈分析

圖5 HVI400成品油堿性氮值與旋轉(zhuǎn)氧氮關(guān)系

通過上述表、圖數(shù)據(jù)可知，潤滑油基礎(chǔ)油的堿性氮值與旋轉(zhuǎn)氧彈成一定的線性關(guān)系，在潤滑油基礎(chǔ)油生產(chǎn)過程中，可通過對產(chǎn)品堿性氮的跟蹤管控確定其抗氧化安定性，脫氮精制工藝下的油品質(zhì)量基本能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 空氣釋放性

空氣釋放性是潤滑油性能的另一個重要指標(biāo)，通過小氣泡在油品中上升、匯聚直至破裂的全過程所耗費的時間[14]來表征。如果油品的空氣釋放性差,空氣從油中分離出的速度就慢,在油中滯留時間長。空氣在油中滯留會增加油的可壓縮性，加速油的氧化變質(zhì)，降低泵的容積效率，嚴(yán)重時甚至?xí)p害機(jī)器設(shè)備[15]。基礎(chǔ)油中的芳香烴、硫化物和氮化物等對放氣值影響較大,可適當(dāng)提高精制深度及選擇適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充精制方法,可有利于提高油品的空氣釋放性。本文采用SH/T 0308-1992《潤滑油空氣釋放值測定法》[16]分析方法，分別隨機(jī)抽取HVI150、HVI400精后油7個樣品進(jìn)行空氣釋放性進(jìn)行分析。表9為HVI150成品油空氣釋放性分析，圖6為HVI150成品油空氣釋放性折線圖，表10為HVI400成品油空氣釋放性分析，圖7為HVI400成品油空氣釋放性折線圖。

表9 HVI150成品油空氣釋放性分析 min

圖6 HVI150成品油空氣釋放性

表10 HVI400成品油空氣釋放性分析 min

圖7 HVI400成品油空氣釋放性

通過上述表、圖數(shù)據(jù)可知，現(xiàn)有的潤滑油精制生產(chǎn)工藝能夠滿足潤滑油空氣釋放性能的質(zhì)量要求，且空氣釋放性能相對穩(wěn)定，波動不大。

5 結(jié)論

本文對精制工藝對潤滑油基礎(chǔ)油抗乳化度、抗氧化安定性和空氣釋放性三項產(chǎn)品指標(biāo)進(jìn)行了深度研究，通過對相關(guān)實驗數(shù)據(jù)的分析，證明通過糠醛精制和脫氮吸附精制能夠有效地將油品內(nèi)的芳香烴和非烴類(雜原子有機(jī)化合物、膠質(zhì)、瀝青質(zhì))物質(zhì)脫除，通過保硫脫氮的方式獲得具有良好性能的潤滑油基礎(chǔ)油。在日常生產(chǎn)中，對油品堿性氮值的控制管理也能夠確保基礎(chǔ)油抗氧化安定性符合指標(biāo)要求。