高粘度潤滑油餾分油溶劑精制小試對(duì)比

李東勝，李 寧，王南竹，翟玉春

（1. 東北大學(xué) 材料與冶金學(xué)院，遼寧 沈陽 110004；

2. 遼寧石油化工大學(xué) 石油化工學(xué)院， 遼寧 撫順 113001； 3. 撫順市衛(wèi)生學(xué)校，遼寧 撫順 113006）

高粘度潤滑油餾分油溶劑精制小試對(duì)比

李東勝1,2，李 寧2，王南竹3，翟玉春1

（1. 東北大學(xué) 材料與冶金學(xué)院，遼寧 沈陽 110004；

2. 遼寧石油化工大學(xué) 石油化工學(xué)院， 遼寧 撫順 113001； 3. 撫順市衛(wèi)生學(xué)校，遼寧 撫順 113006）

針對(duì)某煉廠高粘度潤滑油餾分油進(jìn)行了糠醛溶劑的單級(jí)抽提試驗(yàn)，并借助數(shù)學(xué)手段，確定了糠醛精制的最優(yōu)操作條件。在此基礎(chǔ)之上，進(jìn)行了糠醛精制假三段抽提試驗(yàn)，確定了其適宜的操作條件，并與NMP精制進(jìn)行了對(duì)比。試驗(yàn)結(jié)果表明，糠醛單級(jí)抽提適宜操作條件為：抽提溫度115 ℃，劑油比1.8(V/V)；在該操作條件下，精制油60 ℃折光率為1.462 8，油收率為83%；糠醛假三段試驗(yàn)適宜操作條件為：上段溫度115℃、中段溫度100 ℃、下段溫度85 ℃，劑油比1.8(V/V)。在該操作條件下，精制油60 ℃的折光率為1.460 9，油收率為84%；餾分油糠醛抽提與NMP抽提相比，在精制效果相當(dāng)?shù)那闆r下，無論單級(jí)還是假三段抽提，NMP精制的溫度下降25 ℃，劑油比下降30%，油收率提高至少3個(gè)百分點(diǎn)，說明NMP作為抽提溶劑要優(yōu)于糠醛。

潤滑油；粘度指數(shù)；糠醛；餾分油

糠醛、酚和N-甲基吡咯烷酮 (簡(jiǎn)稱NMP)這三種溶劑是潤滑油溶劑精制過程中常用的溶劑[1]，并各有其特點(diǎn)：糠醛來源容易,價(jià)格較低,特別適于處理石蠟基和環(huán)烷基油料,應(yīng)用較廣泛，在我國潤滑油溶劑精制中很大一部分；酚適于精制石蠟基原料,但對(duì)環(huán)烷基油料的適應(yīng)性比糠醛和NMP差；NMP具有比酚、糠醛溶解能力強(qiáng)、選擇性高、化學(xué)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性高、對(duì)高粘度潤滑油餾分的精制適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)[2,3],并且其毒性小，所以在 NMP作為精制溶劑的十幾年里,國外就有大批苯酚精制和糠醛精制[4]裝置換用了這一溶劑,新建裝置也大多采用了 NMP溶劑。為了滿足我國市場(chǎng)對(duì)高質(zhì)量潤滑油的要求，使更好的溶劑精制工藝能夠在我國順利地推廣，本論文著重考察了 NMP與糠醛對(duì)某煉廠高粘度潤滑油餾分油的溶劑精制情況,對(duì)精制操作條件進(jìn)行對(duì)比分析，評(píng)價(jià)了NMP與糠醛溶劑對(duì)高粘度減壓餾分油精制過程的使用效果，為其中試及工業(yè)化生產(chǎn)提供一定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料與溶劑

某煉廠高粘度潤滑油餾分油，其性質(zhì)見表1,2。

表1 餾分油性質(zhì)Table 1 The properties of VGO

糠醛由某廠罐區(qū)采得，在使用時(shí)蒸取(160±1)℃餾分。

1.2 試驗(yàn)路線

以臨界溶解度曲線[5]為參考依據(jù)選擇抽提溫度,以某煉廠高粘度潤滑油餾分油為原料、糠醛為溶劑，進(jìn)行單級(jí)抽提試驗(yàn)，考察了劑油比、抽提溫度等影響因素。在試驗(yàn)基礎(chǔ)上，用數(shù)學(xué)方法確定出糠醛單級(jí)抽提的最優(yōu)操作條件。根據(jù)單級(jí)抽提試驗(yàn)結(jié)果，確定的適宜假三段抽提操作條件并進(jìn)行假三段試驗(yàn)。

1.3 假三段抽提原理

假三段實(shí)驗(yàn)是采用多段逆流抽提的原理，每段中都包括混合和分離兩種過程，且每次的混合與分離[6]都與單級(jí)抽提原理相同。根據(jù)單級(jí)抽提試驗(yàn)結(jié)果，用其所確定的適宜精制條件作為上段操作條件，中段及下段操作溫度適當(dāng)降低。每一，三段抽提后，檢驗(yàn)精制油的質(zhì)量，當(dāng)精制油的質(zhì)量穩(wěn)定不變后，試驗(yàn)完成。該方法相當(dāng)于三個(gè)理論平衡級(jí)的抽提塔[7]靜態(tài)操作情況，雖然與動(dòng)態(tài)的抽提塔還有所區(qū)別，但與單級(jí)萃取相比，其結(jié)果與實(shí)際的抽提塔的情況更為接近。假三段實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示。

1.4 分析測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

(1)粘度：GB 265-88

(2)粘度指數(shù)：GB 1995-88

(3)比色：GB 6540—86；

(4)凝點(diǎn):GB 510-83；

(5)閃點(diǎn)（開口杯法）：GB 267-88；

(6)傾點(diǎn): GB 3535—2008

(7)餾程：GB 9168-88。

圖1 假三段萃取原理圖Fig.1 Extraction principles of simulate three— stage extraction

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

該煉廠生產(chǎn)工藝采用正序流程，其精制深度的界定沒有直接的精制油產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)，只能選用某一精制油的性質(zhì)作為中間指標(biāo)來衡量精制深度，在試驗(yàn)過程中曾選用精制油的粘度指數(shù)、粘度比及精制油的折光率，試驗(yàn)結(jié)果表明，前兩者在應(yīng)用過程中其準(zhǔn)確性及適用性均不及后者，所以本試驗(yàn)采用折光率這一中間指標(biāo)來衡量精制深度。

2.1 糠醛單級(jí)抽提實(shí)驗(yàn)操作條件的確定

餾分油糠醛單級(jí)抽提結(jié)果見表2。從表2可以看出,餾分油糠醛精制過程中，精制油的粘度指數(shù)隨劑油比的增加和精制溫度的降低而增大，收率隨劑油比的增加和精制溫度的降低而下降。將表2的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)公式回歸，回歸公式如下。

式中: VI —粘度指數(shù);

Y—精制油收率,%

Nd—60 ℃精制油折光率;

T—溫度,℃;

S—?jiǎng)┯捅龋╒/V），（80 ℃油,20 ℃ NMP）。

應(yīng)用上述擬合的數(shù)學(xué)模型，以精制油收率最大為目標(biāo)函數(shù)，約束條件為粘度指數(shù)不小于 125，折光率不大于1.463 0，其它操作條件在試驗(yàn)范圍內(nèi)。運(yùn)用罰函數(shù)法進(jìn)行優(yōu)化求解，即

優(yōu)化結(jié)果如表3。

表2 餾分油糠醛單級(jí)抽提結(jié)果Table 2 The experimental results of Furfural anhydrous single-stage extraction

表3 優(yōu)化結(jié)果Table 3 The results of optimization

在該操作條件進(jìn)行單級(jí)抽提試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果為60 ℃折光率1.462 8，精制油收率83%，與計(jì)算結(jié)果基本吻合,說明采用上述計(jì)算的方法求取試驗(yàn)范圍內(nèi)的最最優(yōu)點(diǎn)是可行的。在-20 ℃對(duì)所得到的精制油進(jìn)行脫蠟，測(cè)得粘度指數(shù)92.9，傾點(diǎn)-12.2 ℃。

2.2 糠醛假三段抽提實(shí)驗(yàn)操作條件的確定

在糠醛單級(jí)抽提實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行了假三段試驗(yàn)，具體操作條件見表4。在以上操作條件下，糠醛假三段抽提試驗(yàn)結(jié)果為：精制油60 ℃折光率為1.460 9，油收率為84%。在-18 ℃對(duì)所得精制油脫蠟，測(cè)的粘度指數(shù)96，傾點(diǎn)-11 ℃。

表4 糠醛抽提假三段試驗(yàn)操作條件Table 4 Operating conditions of Furfural anhydroussimulate-three-stage extraction

2.3 潤滑油餾分油NMP和糠醛溶劑精制試驗(yàn)對(duì)比

以某煉廠高粘度潤滑油餾分油為原料通過相同的試驗(yàn)方法和工藝路線對(duì)NMP溶劑精制進(jìn)行考察，其試驗(yàn)過程與數(shù)據(jù)處理方法和糠醛精制相同，現(xiàn)將不同溶劑的精制效果及收率匯總?cè)绫?進(jìn)行對(duì)比分析。通過對(duì)餾分油的糠醛和 NMP精制小試對(duì)比，可以得到以下結(jié)果：

(1)由1組與3組、2組與4組數(shù)據(jù)知,餾分油NMP與糠醛抽提相比，無論單級(jí)還是假三段，在精制效果相當(dāng)?shù)那闆r下，溫度下降了 25 ℃左右，體積劑油比都下降了30%左右；收率至少提高了3個(gè)百分點(diǎn)。

(2)由1組與2組、3組與4組數(shù)據(jù)知，在精制條件基本相同的前提下，與單級(jí)抽提相比，假三段抽提精制油的折光率均較小，說明三塊理論板的精制深度遠(yuǎn)高于單級(jí)抽提的精制深度，從而驗(yàn)證了假三段試驗(yàn)的精制效果優(yōu)于單級(jí)抽提。

表5餾分油在不同情況下的精制質(zhì)量及收率Table 5 The quality and yield of VGO in different situations

3 結(jié) 論

本論文針對(duì)某煉廠高粘度潤滑油餾分油進(jìn)行了糠醛抽提小試研究，得到單級(jí)抽提各操作因素對(duì)抽提結(jié)果的影響情況及適宜操作條件和假三段抽提試驗(yàn)的適宜操作條件，并與 NMP精制進(jìn)行了對(duì)比。其主要結(jié)論如下：

(1)糠醛單級(jí)抽提適宜操作條件為：操作溫度115 ℃，劑油比 1.8(V/V)。在該操作條件下，精制油60 ℃折光率為1.462 8，油收率為83%。

(2)糠醛假三段試驗(yàn)適宜操作條件為：上段溫度115 ℃、中段溫度100 ℃、下段溫度85 ℃，劑油比1.8(V/V)。在該操作條件下，精制油60 ℃的折光率為1.460 9，油收率為84%。

(3)餾分油糠醛抽提與 NMP抽提相比，在精制效果相當(dāng)?shù)那闆r下，無論單級(jí)還是假三段抽提，NMP精制的溫度下降25 ℃，劑油比都下降30%，油收率提高至少3個(gè)百分點(diǎn)，說明NMP作為抽提溶劑要優(yōu)于糠醛。

［1］ 王慧，李曉鷗，李東勝，等．大慶／沈北減二線餾分油 NMP和糠醛精制小試對(duì)比[J]．潤滑油，2006，26(3)：19-21．

［2］王昌東，郭奇，王利君．潤滑油原料溶劑精制技術(shù)的發(fā)展[J]．當(dāng)代化工，2004，33(2)：63-65.

［3］Krishna B. Comparision between the lubricating oil of NMP and furfural refining(N-甲基吡咯烷酮與糠醛抽提精制潤滑油餾分的比較)[J].Oil refining(石油煉制),1989(3):9-14.

［4］陳曉東，張戈，王學(xué)殿．潤滑油糠醛精制過程加助劑研究[J]．石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)，2000，13(2)：25-28.

［5］弓瑋，程振華，李曉鷗，等．NMP精制混合減五線餾分油小試研究[J]．石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)，2005，18(1)：47-50.

［6］陳英，陳東，吳完．NMP精制伊朗潤滑油餾分的初步研究[J]．潤滑油，2002，17(1)：39-43．

［7］李志東，樸香蘭，朱慎林．潤滑油N一甲基吡咯烷酮精制工藝條件的優(yōu)化[J]．煉油設(shè)計(jì)，2001，3l(1)：16-19．

Study on Small-scale Solvent Refining of High-viscosity Lubricating Oil

LI Dong-sheng1,2,LI Ning2,WANG Nan-zhu3,ZHAI Yu-chun1
（1. Northeastern University, Liaoning Shenyang 110006, China；2. Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001, China；3. Fushun Hygiene School, Liaoning Fushun 113006, China）

Single stage refining of high-viscosity lubricating oil by using furfural solvent was carried out. The suitable operating conditions of the furfural refining were determined by mathematical ways. On this basis, a simulate-three-stage extraction test of the furfural refining was carried out by comparison with the NMP extraction test. The results show that the operation conditions of furfural single-stage extraction are as follows: extracting temperature 115 ℃, ratio of solvent to oil is 1.8(V/V). Under above conditions, the refractive index of refined oil is 1.462 8 at 60℃, the yield of refined oil is 83%; the operation conditions of furfural simulate-three-stage extraction test are as follows: upside temperature 115 ℃,middle temperature100 ℃,lower temperature 85 ℃, the ratio of solvent to oil is 1.8(V/V). Under above conditions, the refractive index of refined oil is 1.460 9 at 60 ℃, the yield of refined oil is 84%; Comparing with furfural extraction, under the same refined effect ,whether in single-stage or simulate-three-stage extraction, the NMP extraction makes the extracting temperature drop by 25 ℃，the ratio of solvent to oil falls by 30%, the yield of oil increases by at least 3%, which means that NMP is superior as a extraction solvent to furfural.

Lubricants; Viscosity index; Furfural; VGO

TE 624

A

1671-0460（2012）05-0448-04

2012-02-20

李東勝（1965-），男，安徽安慶人，教授，在讀博士，研究方向：從事潤滑油加工。E-mail：lds8783@163.com。

李寧（1985-），男，在讀碩士，研究方向：從事潤滑油加工。E-mail：240073745@163.com。