潤(rùn)滑油糠醛抽提塔理論板數(shù)的實(shí)驗(yàn)標(biāo)定

劉 潔， 李文深， 李 偉， 劉寶柱， 李東勝， 劉向東

（1.遼寧石油化工大學(xué)石油化工學(xué)院，遼寧撫順113001； 2.中國(guó)石油大連石化分公司，遼寧大連116031；3.中國(guó)石油撫順石化公司，遼寧撫順113008）

糠醛精制是潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油生產(chǎn)的主要過程，主要體現(xiàn)在糠醛的精制效果好、適應(yīng)原料范圍寬、容易生產(chǎn)、價(jià)格較低。在糠醛精制過程中，萃取技術(shù)是該工藝的核心，它對(duì)工藝過程的處理能力、精制油質(zhì)量、收率和裝置能耗等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均有顯著影響［1－2］。中國(guó)石油大連石化分公司潤(rùn)滑油糠醛精制裝置是按照大慶原油的性質(zhì)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，但隨著大慶原油資源的日益減少，進(jìn)口原油的加工比例逐漸增加。近期，隨著加工原料的變化，基礎(chǔ)油的質(zhì)量波動(dòng)很大，主要表現(xiàn)為基礎(chǔ)油的酸值無法達(dá)到通用潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（Q／SY44—2009）。為了使基礎(chǔ)油質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求，只能依靠增加劑油體積比來保證精制深度，從而造成精制油收率降低，經(jīng)濟(jì)效益變差。而且由于劑油體積比的提高，給裝置生產(chǎn)也帶來一定困難［3］：如加工能耗增大、裝置處理能力降低、溶劑回收系統(tǒng)的負(fù)荷加大。該公司的糠醛精制抽提塔采用的是轉(zhuǎn)盤塔，在生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)轉(zhuǎn)盤不轉(zhuǎn)的情況，在這種情況下，對(duì)抽提塔進(jìn)行改造也是解決產(chǎn)品質(zhì)量問題的一條有效途徑［4－5］。因此，本文對(duì)糠醛精制抽提塔的理論板數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，以便為裝置的改造提供一定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)原理及方法

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

由于潤(rùn)滑油料的復(fù)雜性，以及實(shí)際生產(chǎn)過程中在抽提塔的塔頂、塔底存在著溫度差，塔內(nèi)還存在逆流、錯(cuò)流以及返混等原因，如果直接利用理論計(jì)算的方法標(biāo)定抽提塔的理論板數(shù)會(huì)有一定的難度［6］，因此采用多級(jí)靜態(tài)萃取模擬的實(shí)驗(yàn)方法對(duì)潤(rùn)滑油抽提塔的理論板數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，即對(duì)原料油進(jìn)行分段抽提萃取，使其盡可能地接近工業(yè)裝置生產(chǎn)狀況。由于劑油體積比與抽提溫度等操作條件對(duì)抽提段數(shù)都有影響，因此，采用工業(yè)裝置的實(shí)際操作條件作為實(shí)驗(yàn)條件，進(jìn)而將實(shí)驗(yàn)得到的精制油質(zhì)量（如黏度指數(shù)、酸值、收率等）與工業(yè)裝置生產(chǎn)的精制油質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比，找出兩種精制油質(zhì)量相當(dāng)?shù)某樘岫螖?shù)，將其稱為工業(yè)抽提塔的理論塔板數(shù)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

以假三段（理論塔板數(shù)為3塊）實(shí)驗(yàn)標(biāo)定方法為例進(jìn)行說明，其實(shí)驗(yàn)原理如圖1所示。假三段實(shí)驗(yàn)即采用實(shí)驗(yàn)室三級(jí)萃取試驗(yàn)?zāi)M車間萃取塔的逆流方式［7］：溶劑從塔頂進(jìn)入，自塔底流出；原料從塔底進(jìn)入，自塔頂出來。進(jìn)入塔底的新鮮原料首先接觸的是已與原料接觸過兩級(jí)的溶劑，其次接觸的是已與原料接觸過一級(jí)的溶劑，再次接觸的是新鮮溶劑，成品自塔頂流出。本實(shí)驗(yàn)是按照這個(gè)原理來設(shè)計(jì)的。在假三段實(shí)驗(yàn)過程中，每一段都包括抽提和分離兩種過程，其原理與單級(jí)抽提原理相同［8］。上段、中段及下段的操作溫度分別與工業(yè)抽提塔的塔頂、塔中和塔底操作溫度相同，劑油體積比也與工業(yè)抽提塔的相同。開始時(shí)每經(jīng)三段抽提的抽余油和抽出油的組成、性質(zhì)是變化的，隨著多個(gè)假三段試驗(yàn)的進(jìn)行，其抽余油與抽出油的組成趨于穩(wěn)定，當(dāng)抽余油連續(xù)經(jīng)歷兩個(gè)三段抽提后，其性質(zhì)不再有變化時(shí)，證明此時(shí)抽提已達(dá)到平衡，則不需要繼續(xù)進(jìn)行抽提試驗(yàn)了。若精制油的質(zhì)量與裝置的精油質(zhì)量接近，則該裝置理論塔板數(shù)近似為3塊，若兩者差距較大，應(yīng)按相同方法繼續(xù)進(jìn)行假二段或假四段試驗(yàn)等。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)原料與該公司糠醛精制抽提塔的原料相同，其性質(zhì)如表1所示。

圖1 假三段萃取Fig.1 Principle chart of simulating three stages extraction

表1 原料油性質(zhì)Table 1 Properties of experimental material

由 表1 可 見，原 料 油 的 酸 值 為0.338 0 mg（KOH）／g，而 HVI400SN 潤(rùn) 滑 油 基 礎(chǔ) 油（Q／SY44—2009）要求酸值小于0.030mg（KOH）／g，因此，此糠醛精制裝置加工該原料生產(chǎn)酸值合格的HVI400SN 潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油較為困難。

2.2 實(shí)驗(yàn)溶劑

糠醛來源于該公司糠醛溶劑罐區(qū)，使用時(shí)蒸?。?60±1）℃餾分。

2.3 中試試驗(yàn)裝置

本裝置主要是由抽提塔（理論塔板數(shù)為4塊）、抽出液溶劑回收塔、抽余液溶劑回收塔構(gòu)成，設(shè)計(jì)處理量為2～12L／h，原則工藝流程如圖2 所示。原料油、溶劑（糠醛）經(jīng)加熱器加熱后分別進(jìn)入抽提塔的下部與上部，二者在抽提塔中進(jìn)行逆流接觸，抽提塔內(nèi)部裝有QH－1型扁形填料，抽提之后的抽出液和抽余液分別進(jìn)入抽出液溶劑回收塔和抽余液溶劑回收塔回收溶劑［5］。整套裝置全部采用電保溫，操作溫度由計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。

圖2 中試裝置流程Fig.2 Flow char of pilot test

2.4 實(shí)驗(yàn)分析方法

運(yùn)動(dòng)黏度：GB／T265；黏度指數(shù)：GB／T 1995；酸值：GB／T 4945；密度：GB／T 1884；凝點(diǎn)：GB／T510；色度：GB／T605。

3 結(jié)果與討論

3.1 標(biāo)定條件的選取

為了標(biāo)定糠醛精制抽提塔，實(shí)驗(yàn)條件與工業(yè)裝置的操作條件相同，工業(yè)裝置操作條件如表2所示。

樣品1取樣時(shí)間為2011年11月3日，樣品2取樣時(shí)間為2011年11月4日。由表2可知，裝置的操作條件基本上是穩(wěn)定的。對(duì)樣品1進(jìn)行性質(zhì)分析，結(jié)果如表3所示。

表2 工業(yè)裝置的操作條件Table 2 Operation conditions of the industrial plant

表3 工業(yè)裝置精制油性質(zhì)Table 3 Properties of refined oil from industrial plant

由表3 可知，工業(yè)裝置精制油的粘度指數(shù)、比色、殘?zhí)亢康戎笜?biāo)均符合HVI400SN 潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油的要求，但是酸值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于0.03 mg（KOH）／g，不符合要求。因此，在該糠醛精制裝置上，如果由酸值較高的減三線脫蠟油生產(chǎn)出酸值符合要求的潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油，若操作條件不變，就需要對(duì)裝置進(jìn)行改造，即增加裝置抽提塔的理論板數(shù)。

3.2 假二段與假三段實(shí)驗(yàn)標(biāo)定結(jié)果

表4為假二段與假三段精制油性質(zhì)。由表4可知，假二段與假三段實(shí)驗(yàn)精制油的收率與工業(yè)裝置精制油的收率相當(dāng)，但從精制油的性質(zhì)來看，實(shí)驗(yàn)值與裝置實(shí)際值不同，假二段實(shí)驗(yàn)的酸值大于實(shí)際值，黏度指數(shù)稍低于實(shí)際值，而假三段實(shí)驗(yàn)的酸值低于工業(yè)裝置的實(shí)際值，黏度指數(shù)稍高于實(shí)際值。由此可以判斷該裝置的理論板數(shù)多于2塊，少于3塊。

由于目前糠醛精制抽提塔為轉(zhuǎn)盤塔，其理論板數(shù)要低于填料塔，同時(shí)，生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)轉(zhuǎn)盤不轉(zhuǎn)，降低了傳質(zhì)效果，因此，實(shí)驗(yàn)標(biāo)定的結(jié)果符合裝置的實(shí)際情況。

表4 假二段與假三段實(shí)驗(yàn)精制油的性質(zhì)Table 4 Qualities of refined oil from simulating two stages and three stages extraction

由表4中的數(shù)據(jù)還可以看出，若工業(yè)抽提塔的理論板數(shù)為3 塊，精制油的酸值為0.0472 mg（KOH）／g，高 于0.03 mg（KOH）／g，不 滿 足HVI400SN 潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油質(zhì)量對(duì)酸值的要求，因此需要進(jìn)一步開展假四段實(shí)驗(yàn)研究。

3.3 假四段實(shí)驗(yàn)

操作條件與現(xiàn)有工業(yè)裝置操作條件相同。當(dāng)精制油性質(zhì)穩(wěn)定后，精制油收率為75.33%，黏度指數(shù)為105，酸值為0.026 4mg（KOH）／g，能夠達(dá)到Q／SY44－2009通用潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

為了給裝置改造提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，對(duì)假四段試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了中試實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

3.5 中試實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

中試過程中，首先調(diào)整操作條件至穩(wěn)態(tài)，每4h取樣一次進(jìn)行酸值、黏度及溶劑含量測(cè)定，產(chǎn)品性質(zhì)穩(wěn)定后，進(jìn)行物料衡算計(jì)算精制油收率。中試實(shí)驗(yàn)的操作條件、精制油性質(zhì)與收率見表5。

由表5可以看出，在與工業(yè)裝置相當(dāng)?shù)牟僮鳁l件下，即當(dāng)劑油體積比為3.18、抽提塔塔頂溫度為108.7 ℃、塔底溫度為66.9 ℃時(shí)，精制油黏度指數(shù)為106，收率為76.0%，酸值為0.017 4mg（KOH）／g，產(chǎn)品質(zhì)量能夠滿足HVI400SN 潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油質(zhì)量要求。與多級(jí)靜態(tài)試驗(yàn)的結(jié)果相比，中試結(jié)果略好。

因此，在操作條件不變的情況下，現(xiàn)有裝置的抽提塔的理論板至少4塊理論板才能滿足酸值的質(zhì)量要求。

表5 中試實(shí)驗(yàn)操作條件與實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 5 Results and operation conditions of pilot experiment

4 結(jié)論

（1）采用多級(jí)靜態(tài)萃取模擬工業(yè)抽提塔的實(shí)際操作，對(duì)大連石化公司潤(rùn)滑油糠醛精制抽提塔的理論板數(shù)進(jìn)行了標(biāo)定，該抽提塔的理論板數(shù)為2－3塊。

（2）在操作條件不變的情況下，現(xiàn)有糠醛抽提塔至少要4 塊理論板才能使基礎(chǔ)油的酸值符合要求。采用具有4塊理論板的中試裝置對(duì)標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在與工業(yè)裝置相當(dāng)?shù)牟僮鳁l件下，精制 油 收 率 為7 6.0%，黏 度 指 數(shù) 為1 0 6，酸 值 為0.017 4 mg（KOH）／g，產(chǎn) 品 質(zhì) 量 能 夠 滿 足HVI400SN 潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油質(zhì)量要求。

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