變壓器油固定床脫水工藝的開發(fā)

李 萌，孟繁羽，吳海燕，沈 娟，劉乃旺

(1.中國(guó)石化潤(rùn)滑油有限公司華東分公司，上海 200125；2.華東理工大學(xué)化工學(xué)院)

變壓器油是油浸式變壓器的重要液體絕緣介質(zhì)，起到絕緣、滅弧、冷卻的作用[1]。若變壓器油中攜帶微量水分，則會(huì)降低變壓器油絕緣性、加快絕緣系統(tǒng)老化、縮短變壓器使用壽命、引起變壓器局部放電擊穿，導(dǎo)致安全事故，造成巨大損失[2]。

為降低變壓器油的水含量，常用的方法是用真空濾油機(jī)進(jìn)行變壓器油脫水[3-5]。真空濾油機(jī)利用油和水揮發(fā)度的差異[6]，在較高真空度下使變壓器油中的水分蒸發(fā)為水蒸氣并由真空泵抽出，從而實(shí)現(xiàn)油水分離。為增大蒸發(fā)面積，往往會(huì)在濾油機(jī)分離罐中設(shè)置分散網(wǎng)，使變壓器油在分散網(wǎng)表面形成薄油膜，從而高效地脫除水分[7]。利用真空濾油機(jī)對(duì)變壓器油脫水有一定的效果，但也有明顯的缺點(diǎn)：①受真空濾油機(jī)的處理能力限制，變壓器油處理效率低；②脫水深度不夠，一次脫水后變壓器油的水質(zhì)量分?jǐn)?shù)只下降10～15 μg/g，難以滿足高質(zhì)量變壓器油要求，往往需要二次處理。因此，亟需開發(fā)一種新型高效、環(huán)境友好的變壓器油脫水工藝，解決變壓器油深度脫水的難題。

固定床吸附脫水工藝操作簡(jiǎn)單、安全性高，被廣泛應(yīng)用于石化領(lǐng)域。張琳葉等[8]以甘薯為吸附脫水劑，采用固定床吸附工藝精制含水乙醇以制備燃料乙醇，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.5%的燃料乙醇產(chǎn)品；李文秀等[9]使用A型分子篩靜態(tài)吸附脫除噴氣燃料中的微量水，發(fā)現(xiàn)20 ℃時(shí)A型分子篩的吸附容量為0.166 g/g；齊潤(rùn)紅等[10]比較了分子篩和氫氧化物對(duì)四氫呋喃(THF)的脫水性能，發(fā)現(xiàn)溫度為60 ℃、停留時(shí)間大于20 min時(shí)，4A分子篩可將THF水質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至100 μg/g；Safiddine等[11]用四元混合吸附劑(質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的活性炭、60%的硅膠、10%的氧化鎂、20%的活性膨潤(rùn)土)對(duì)舊變壓器油進(jìn)行脫水除雜處理后，其顏色、損耗因子、電阻率、介電常數(shù)、酸值等參數(shù)均恢復(fù)正常。

固定床吸附脫水工藝的核心是脫水劑。工業(yè)上常用的吸附劑主要有活性炭[12]、無(wú)水氯化鈣[13]、硅膠[14]和5A分子篩[15]等，但其在不同工藝中的表現(xiàn)有明顯差異。有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合高吸水性樹脂同時(shí)具備無(wú)機(jī)材料(硅藻土[16]、伊利石[17]、輝沸石[18]、累托石[19])的強(qiáng)度和有機(jī)樹脂的高效吸水特性，對(duì)去離子水吸水容量均在300 mg/g以上。

鑒于固定床吸附脫水工藝在變壓器油脫水方面鮮有應(yīng)用，本課題探索將該工藝用于變壓器油脫除微量水的研究，并首次嘗試使用高吸水性有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合樹脂作為吸附脫水材料，考察不同吸附材料的脫水性能，篩選性能最優(yōu)的脫水劑；進(jìn)而優(yōu)化其工業(yè)操作參數(shù)，考察其工業(yè)應(yīng)用的可行性。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原 料

膨潤(rùn)土、苯乙烯，分析純，上海麥克林生化科技有限公司產(chǎn)品；丙烯酸，分析純，上海玻爾化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品；聚乙二醇(相對(duì)分子質(zhì)量約為6 000)，分析純，上海凜恩科技發(fā)展有限公司產(chǎn)品；NaOH、過(guò)硫酸鉀、無(wú)水氯化鈣，均為分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品；N，N-亞甲基雙丙烯酰胺，分析純，上海達(dá)瑞精細(xì)化學(xué)品有限公司產(chǎn)品；活性炭，上海創(chuàng)賽科技有限公司產(chǎn)品；硅膠，由上海勃慧實(shí)驗(yàn)室設(shè)備中心提供；5A分子篩，上海耐澄生物科技有限公司產(chǎn)品；變壓器油，工業(yè)品，由中國(guó)石化潤(rùn)滑油有限公司華東分公司提供。

1.2 改性樹脂脫水劑的制備

采用乳液聚合法制備樹脂粉末：稱取10 g丙烯酸，在冰水浴下緩慢加入40 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的NaOH溶液進(jìn)行中和反應(yīng)，然后在溶液中依次加入10 g苯乙烯、0.022 g引發(fā)劑(過(guò)硫酸鉀)和0.03 g交聯(lián)劑(N，N-亞甲基雙丙烯酰胺)，充分?jǐn)嚢枞芙夂蠹尤?0 g聚乙二醇，在氮?dú)獗Ｗo(hù)、80 ℃下反應(yīng)3 h，得到合成樹脂。經(jīng)粉碎、50 ℃下真空干燥24 h后得到高吸水性樹脂。

采用混捏/擠條法制備改性樹脂脫水劑：將質(zhì)量比為1∶1的樹脂粉末和膨潤(rùn)土載體混和均勻，捏合、擠條成型，進(jìn)而粉碎至20～40目，于120 ℃下干燥12 h后使用。

1.3 熱重分析

使用美國(guó)TA 公司制造的SDT Q600型同步熱分析儀對(duì)空白載體(膨潤(rùn)土)和樹脂脫水劑進(jìn)行熱重分析。測(cè)試條件：樣品在35 ℃保持30 min后，以10 ℃/min的速率升溫至800 ℃；保護(hù)氣和載氣均為空氣，流量為30 mL/min。

1.4 變壓器油脫水試驗(yàn)

變壓器油固定床吸附脫水試驗(yàn)裝置如圖1所示。試驗(yàn)時(shí)，先在固定床裝置內(nèi)填充脫水劑，然后在室溫、微正壓條件下進(jìn)行變壓器油脫水試驗(yàn)，每隔1 h取樣1次，分析固定床出口變壓器油的水含量。變壓器油原料和脫水過(guò)程中變壓器油樣品的水含量采用Karl Fischer滴定儀(MKC-710B型，日本KEM公司產(chǎn)品)進(jìn)行分析，并按式(1)計(jì)算變壓器油的脫水率(X，%)。

圖1 變壓器油固定床吸附脫水試驗(yàn)流程示意

X=(1-Ci/C0)×100%

(1)

式中：C0為變壓器油原料的水質(zhì)量分?jǐn)?shù)，μg/g；Ci為脫水過(guò)程中不同時(shí)間變壓器油樣品的水質(zhì)量分?jǐn)?shù)，μg/g。

1.5 脫水劑壽命試驗(yàn)

在常溫、常壓、質(zhì)量空速為30 h-1的條件下，對(duì)水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為33 μg/g的原料變壓器油進(jìn)行固定床吸附脫水試驗(yàn)，考察改性樹脂脫水劑的壽命。新鮮脫水劑預(yù)處理溫度為120 ℃。設(shè)定當(dāng)固定床出口變壓器油水質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)20 μg/g時(shí)，脫水劑失活。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同吸附材料的脫水性能

在溫度25 ℃、質(zhì)量空速30 h-1、壓力0.1 MPa的條件下，利用固定床裝置進(jìn)行變壓器油脫水試驗(yàn)，分別考察硅膠、5A分子篩、活性炭、無(wú)水氯化鈣、改性樹脂脫水劑的脫水性能，結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同吸附劑在變壓器油中的脫水率

由圖2可知，在幾種吸附材料中，改性樹脂脫水劑的脫水率最高，無(wú)水氯化鈣次之，硅膠和5A分子篩的性能最差。理論上，5A分子篩的孔徑約為0.5 nm，水分子可以自由進(jìn)出其孔道，但是5A分子篩的實(shí)際脫水效果較差，主要是因?yàn)樽儔浩饔宛ざ容^大、流動(dòng)性不足，限制了水分子向5A分子篩微孔孔道內(nèi)的擴(kuò)散。

硅膠是由硅酸凝膠(mSiO2·nH2O)適當(dāng)脫水而成的顆粒大小不同的多孔材料，具有開放的多孔結(jié)構(gòu)，能吸附多種物質(zhì)，是一種性能良好的干燥劑、吸附劑和催化劑載體，可以再生和反復(fù)使用。硅膠的水吸附過(guò)程主要是物理吸附，相對(duì)于其他4種吸附劑，硅膠脫水性能較低，主要是因?yàn)槠浔缺砻娣e較小，平衡吸附量較少。

活性炭比表面積大、孔道豐富，其自身存在大量孔道，易于產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象，有利于水的吸附。但是，活性炭是非極性的，對(duì)極性水分子的吸附能力較弱，而對(duì)極性弱的油分子吸附能力較強(qiáng)。吸附的油分子占據(jù)大量吸附位點(diǎn)，進(jìn)而阻滯水分子的吸附。因此，活性炭對(duì)變壓器油中微量水的脫除效果并不理想。

與5A分子篩對(duì)比，無(wú)水氯化鈣的吸附脫水能力明顯提高，變壓器油的脫水率可達(dá)62.13%。這主要是因?yàn)闊o(wú)水氯化鈣與水可形成CaCl2·6H2O，將水分子固定下來(lái)，因此無(wú)水氯化鈣的吸附水過(guò)程主要是化學(xué)吸附，其作用力強(qiáng)于物理吸附的范德華力或氫鍵。然而，使用氯化鈣脫水會(huì)將氯離子引入變壓器油中，影響變壓器油的質(zhì)量且腐蝕設(shè)備。

在考察的吸附材料中，改性樹脂脫水劑的性能最好，其對(duì)變壓器油的脫水率可達(dá)76.51%。原因在于該脫水劑由水凝膠活性組分和膨潤(rùn)土載體組成，一方面載體上活性組分的負(fù)載量較大，水分子易于接觸到活性吸附中心，減少了內(nèi)擴(kuò)散阻力；另一方面，改性樹脂中富含親水官能團(tuán)，可形成多個(gè)親水官能團(tuán)吸附一個(gè)水分子現(xiàn)象，其脫水能力甚至優(yōu)于化學(xué)吸附。

2.2 空速對(duì)脫水效果的影響

以改性樹脂為脫水劑，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際考察質(zhì)量空速為8～60 h-1時(shí)變壓器油脫水率的變化，結(jié)果如圖3所示。由圖3可以看出：在質(zhì)量空速?gòu)? h-1提高至60 h-1的過(guò)程中，改性樹脂對(duì)變壓器油的脫水效果均較好，說(shuō)明脫水劑對(duì)空速變化的敏感性不高，在空速較高、停留時(shí)間較短的情況下仍可保持較好的脫水效果，這是因?yàn)樵跐B透壓驅(qū)動(dòng)下水分子一旦進(jìn)入到改性樹脂網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，就難以脫縛回到油相中，樹脂對(duì)水分子的吸附具有相當(dāng)程度的不可逆性；然而，裝置在較高空速下運(yùn)行一段時(shí)間后，變壓器油的脫水效果出現(xiàn)小幅下降，原因在于經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行后，吸附劑外部的吸附位點(diǎn)被吸附飽和，油品中的水分子需要克服內(nèi)擴(kuò)散的阻力進(jìn)入樹脂孔道內(nèi)部的吸附位點(diǎn)才能吸附脫除，此時(shí)若空速過(guò)高，由于停留時(shí)間過(guò)短，水分子在樹脂內(nèi)擴(kuò)散不足導(dǎo)致樹脂吸附脫水效果略有下降。裝置穩(wěn)定操作后，當(dāng)質(zhì)量空速為8 h-1時(shí)，變壓器油脫水率可保持在85%左右，而質(zhì)量空速增大至60 h-1時(shí)，變壓器油脫水率可保持在80%左右。因此，在變壓器油對(duì)水含量要求較嚴(yán)格時(shí)，宜采用低空速脫水。此外，隨著空速增加，油料線速度不斷增大，對(duì)吸附劑機(jī)械強(qiáng)度的要求不斷升高，導(dǎo)致固定床床層壓降增大。

圖3 不同空速下改性樹脂脫水劑對(duì)變壓器油的脫水率

2.3 改性樹脂脫水劑的壽命

為更好地掌握在工業(yè)實(shí)際操作環(huán)境下脫水劑性能的持久性，在常溫、常壓、質(zhì)量空速為30 h-1下用改性樹脂脫水劑對(duì)水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為33 μg/g的原料變壓器油進(jìn)行連續(xù)脫水試驗(yàn)，考察改性樹脂的使用壽命，結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，在該脫水劑壽命試驗(yàn)中，當(dāng)改性樹脂脫水劑連續(xù)脫水149 h后，固定床出口變壓器油的水含量超過(guò)脫水劑失活標(biāo)準(zhǔn)(水質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于20 μg/g)，即脫水劑失活。通過(guò)計(jì)算使用壽命與空速的乘積，可得新鮮改性樹脂脫水劑對(duì)變壓器油的處理量為4 470 g/g；進(jìn)而通過(guò)計(jì)算油品吸附處理前后水含量的差值可知，新鮮改性樹脂脫水劑的吸水容量為96.03 mg/g。

圖4 新鮮改性樹脂脫水劑單程壽命

2.4 變壓器油脫水前后性能分析

為了考察改性樹脂脫水劑對(duì)變壓器油深度脫水后對(duì)變壓器油性能的影響，對(duì)水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17 μg/g的變壓器油進(jìn)行脫水處理，并對(duì)比分析脫水前后變壓器油的理化性能，結(jié)果見表1。

表1 脫水前后變壓器油理化性能

由表1可知：試驗(yàn)脫水處理后，變壓器油的水質(zhì)量分?jǐn)?shù)由17 μg/g降至6 μg/g，脫水效果明顯；與脫水前相比，脫水處理后油品的餾程、閃點(diǎn)、傾點(diǎn)、酸值、黏度等性能均無(wú)變化，這是因?yàn)楦男詷渲撍畡├脴渲嫌H水官能團(tuán)與水分子的強(qiáng)相互作用力實(shí)現(xiàn)對(duì)水分子的吸附分離，脫水過(guò)程對(duì)油組分分子幾乎無(wú)選擇性，因而基本不影響其理化性能。

介質(zhì)損耗因數(shù)直接反映油品的絕緣能力，絕緣能力下降則介質(zhì)損耗因數(shù)增大。從表1可以看出，脫水處理后變壓器油的介質(zhì)損耗因數(shù)明顯降低，從0.000 7降至0.000 3，說(shuō)明變壓器油絕緣能力明顯改善。同時(shí)，變壓器油的擊穿電壓有了明顯提高，從52.1 kV升至60.0 kV。

值得注意的是，脫水后變壓器油中的CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯升高，從545 μg/g升至886 μg/g?？赡艿脑蛟谟冢阂皇俏畼渲苽溥^(guò)程中使用了引發(fā)劑和交聯(lián)劑，導(dǎo)致制得的脫水劑中含有部分酰胺鍵，由于酰胺是CO2吸附的特異性官能團(tuán)，在脫水劑烘干的過(guò)程中空氣中的CO2富集在脫水劑上；二是樹脂干燥過(guò)程中，干燥爐溫度控制不精確，部分區(qū)域高溫(高于200 ℃)導(dǎo)致樹脂發(fā)生少量裂解，產(chǎn)生少量CO2；最終在變壓器油脫水處理時(shí)，CO2進(jìn)入油品。因此，在樹脂生產(chǎn)過(guò)程中要嚴(yán)格控制烘干溫度不超溫，不可采用高溫方式縮短烘干時(shí)間；同時(shí)，為切實(shí)保障油品質(zhì)量，要在保證烘干溫度的前提下脫除樹脂中的CO2。

進(jìn)而進(jìn)行CO2脫除試驗(yàn)考察樹脂脫除CO2的效果。試驗(yàn)方法：將同一批次的脫水劑分成3份，分別裝入3個(gè)固定床反應(yīng)器進(jìn)行脫水試驗(yàn)；對(duì)于第一個(gè)反應(yīng)器，先在常溫下抽真空2 h，然后進(jìn)變壓器油進(jìn)行脫水，收集0～2 h內(nèi)的反應(yīng)器出口油樣(油樣A)，進(jìn)行CO2含量分析；對(duì)于第二個(gè)反應(yīng)器，先用氮?dú)獬叵麓祾? h，然后進(jìn)變壓器油進(jìn)行脫水，收集0～2 h內(nèi)的反應(yīng)器出口油樣(油樣B)，進(jìn)行CO2含量分析；對(duì)于第三個(gè)反應(yīng)器，直接進(jìn)原料變壓器油進(jìn)行脫水，收集0～6 h內(nèi)反應(yīng)器出口油樣(每隔2 h取樣一次，分別命名為油樣C1,C2,C3)，進(jìn)行CO2含量分析。不同處理方式下脫水后油樣的氣體含量分析結(jié)果見表2。

表2 不同處理方式下所得油品的氣體含量 μg/g

由表2可以看出：空白油樣(處理前)中CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為545 μg/g左右；對(duì)脫水劑采用抽真空處理后，固定床出口0～2 h內(nèi)累積油樣的CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為572 μg/g；對(duì)脫水劑采用氮?dú)獯祾咛幚砗螅潭ù渤隹?～2 h內(nèi)累積油樣的CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為500 μg/g；若不對(duì)脫水劑采取任何脫氣處理，固定床出口0～2 h內(nèi)累積油樣的CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為669 μg/g，第3～4 h累積油樣的CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為584 μg/g，第5～6 h累積油樣的CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為532 μg/g。說(shuō)明在不采取脫氣處理的情況下，通過(guò)變壓器油的沖、帶作用，處理后油品中的CO2含量也可降低，6 h后則對(duì)油品無(wú)明顯影響；采用抽真空或者氮?dú)獯祾叻椒ㄟM(jìn)行脫氣處理，對(duì)降低油品CO2含量均有效果；采用氮?dú)獯祾叻椒ū炔捎贸檎婵辗椒ǖ拿摎庑Ч鼉?yōu)。因此，在使用改性樹脂脫水劑處理變壓器油時(shí)，在正式進(jìn)油前需采用氮?dú)獯祾哌M(jìn)行脫氣處理，以解決脫水處理初期固定床出口變壓器油CO2含量過(guò)高的問(wèn)題。

2.5 改性樹脂脫水劑活性組分和載體的熱穩(wěn)定性

改性樹脂脫水劑以膨潤(rùn)土為載體，分別對(duì)載體和脫水劑進(jìn)行熱重試驗(yàn)，分析其熱穩(wěn)定性，結(jié)果如圖5所示。

圖5 改性樹脂脫水劑載體和脫水劑熱重分析結(jié)果

由圖5(a)可知：整個(gè)熱重分析過(guò)程中載體的質(zhì)量損失為16.1%，其中在30～200 ℃間載體的質(zhì)量損失為12.9%；在200～800 ℃間載體的質(zhì)量損失為3.2%。在DTG曲線上67 ℃處有一個(gè)明顯的由物理吸附水脫附產(chǎn)生的質(zhì)量損失峰；在136 ℃處存在一個(gè)肩峰，歸屬為化學(xué)吸附水的脫附，由于化學(xué)吸附水與層間自由離子(Na+，Ca2+，Mg2+等)具有弱相互作用，因而使脫附溫度大幅提高；在612 ℃處出現(xiàn)的質(zhì)量損失峰是由載體脫除羥基及層狀結(jié)構(gòu)坍塌所導(dǎo)致。對(duì)比熱重分析各階段的質(zhì)量損失可以看出：膨潤(rùn)土載體中存在大量吸附水，說(shuō)明膨潤(rùn)土載體也具備較好的吸水特性；膨潤(rùn)土載體在200～600 ℃間具有良好的穩(wěn)定性，無(wú)明顯結(jié)構(gòu)分解；在大于600 ℃時(shí)，膨潤(rùn)土載體化學(xué)結(jié)構(gòu)被破壞、層狀結(jié)構(gòu)坍塌，但僅釋放水分子而無(wú)其他雜質(zhì)生成。因此，膨潤(rùn)土滿足脫水劑對(duì)載體的要求。

由圖5(b)可知：脫水劑有3個(gè)明顯的質(zhì)量損失峰，其中低于200 ℃的質(zhì)量損失峰為吸附水的脫附峰，其質(zhì)量損失約為10%；在550～700 ℃間的質(zhì)量損失峰是由膨潤(rùn)土的結(jié)構(gòu)破壞導(dǎo)致，質(zhì)量損失約為1.7%；而在200～500 ℃間存在彌散的質(zhì)量損失峰，主要由樹脂表面官能團(tuán)(羥基、羧基、磺酸基、鈉離子等)的化學(xué)吸附水分子(或羥基)脫除和樹脂自身結(jié)構(gòu)熱解所引起。由于樹脂聚合度存在一定的分散性，致使其分解溫度較為彌散分布。因此，脫水劑的處理溫度和使用溫度應(yīng)控制在200 ℃以內(nèi)，以保證脫水劑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

2.6 改性樹脂脫水劑烘干時(shí)間的優(yōu)化

圖6為新制備脫水劑質(zhì)量隨120 ℃下烘干時(shí)間的變化曲線。從圖6可以看出：烘干初期，脫水劑質(zhì)量減少較快，烘干2 h時(shí)脫水劑質(zhì)量減少31%；之后，脫水劑質(zhì)量減少緩慢，到烘干4 h后脫水劑質(zhì)量保持為初始質(zhì)量的60%左右。因此，改性樹脂脫水劑的烘干處理?xiàng)l件為120 ℃下烘干4 h。

圖6 120 ℃下脫水劑質(zhì)量隨烘干時(shí)間的變化曲線

2.7 改性樹脂脫水劑再生條件的探索

脫水劑再生過(guò)程涉及因素較多且每項(xiàng)因素的考察均需要消耗大量油品，因此在滿足實(shí)驗(yàn)室安全要求的前提下對(duì)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)化。首先假設(shè)：①脫水劑的使用和再生過(guò)程不涉及化學(xué)反應(yīng)；②脫水劑吸水能力僅與吸附容量有關(guān)，與活性組分流失和有毒性物質(zhì)(占據(jù)吸附活性位后難以脫附的物質(zhì)，如雜環(huán)化合物等)吸附無(wú)關(guān)。在滿足上述2個(gè)假設(shè)的前提下，認(rèn)為在熱力學(xué)穩(wěn)定的溫度范圍內(nèi)無(wú)論脫水劑經(jīng)歷何種再生處理過(guò)程，不同條件下再生的脫水劑吸附飽和后的狀態(tài)是相同的。

基于以上假設(shè)，進(jìn)行脫水劑吸附-再生試驗(yàn)，考察脫水劑的再生條件。其中，吸附試驗(yàn)均在常溫、常壓、質(zhì)量空速45 h-1下進(jìn)行，原料變壓器油的水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為33～38 μg/g；再生試驗(yàn)將對(duì)脫水劑再生溫度和再生氣氛的考察整合到一起，將新鮮脫水劑裝填入固定床后，依次在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行150，120，80 ℃原位再生，然后在空氣氣氛下進(jìn)行80，120，150 ℃原位再生，氣速為540 mL/h，再生時(shí)間設(shè)定為12 h。脫水劑吸附-再生試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 脫水劑吸附-再生試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知，不同氣氛、相同溫度下再生后脫水劑的吸附容量接近，說(shuō)明再生氣氛對(duì)脫水劑再生效果的影響較小，可根據(jù)實(shí)際情況選擇氮?dú)饣驂嚎s空氣作為再生氣氛；不同溫度下脫水劑的再生效果差別較大，在80～150 ℃范圍內(nèi)，溫度越高再生效果越好；脫水劑經(jīng)多次再生后，其吸附能力仍可恢復(fù)至同溫度下首次再生后的吸附能力；試驗(yàn)結(jié)果印證，在一定再生次數(shù)內(nèi)，簡(jiǎn)化試驗(yàn)假設(shè)是成立的。此外，與新鮮脫水劑相比，再生效果最好的第一次再生脫水劑的吸附容量出現(xiàn)明顯下降，從96.03 mg/g降至86.85 mg/g。這主要是因?yàn)椋阂皇敲撍畡┥匣钚暂^強(qiáng)的吸附位點(diǎn)與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，即使在較高再生溫度(150 ℃)下，這些化學(xué)吸附水仍不能獲得足夠能量而發(fā)生脫附，因而脫水劑的吸附能力難以完全恢復(fù)；二是因?yàn)樽儔浩饔椭写嬖谏倭繕O性芳烴組分，脫水劑再生時(shí)吸附的芳烴組分較難脫附。

因此，由吸附-再生試驗(yàn)結(jié)果可知：高溫氣體吹掃可有效恢復(fù)改性樹脂脫水劑的吸附能力；在脫水劑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的溫度范圍內(nèi)，再生溫度越高則其再生效果越好。

3 結(jié) 論

固定床吸附技術(shù)用于變壓器油脫水領(lǐng)域可行性強(qiáng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。固定床吸附脫水效果取決于脫水劑的性能，在改性樹脂、5A分子篩、活性炭、硅膠等吸附材料中，改性樹脂脫水劑的性能最優(yōu)，無(wú)水氯化鈣次之，硅膠和5A分子篩的性能最差?？账賹?duì)變壓器油固定床吸附脫水效果影響很小，但在高空速下，變壓器油的脫水率有所下降。質(zhì)量空速在8～60 h-1范圍時(shí)，改性樹脂的脫水效果都較好。

改性樹脂制備時(shí)，需嚴(yán)格控制干燥溫度，防止溫度過(guò)高引起的樹脂分解。改性樹脂脫水劑使用前需進(jìn)行脫CO2處理，防止脫水后變壓器油CO2含量過(guò)高。新鮮改性樹脂脫水劑的水分吸附容量達(dá)96.03 mg/g；變壓器油經(jīng)改性樹脂脫水處理后，基本理化性能參數(shù)不變，介質(zhì)損耗因數(shù)減小、擊穿電壓增大，油品絕緣能力明顯增強(qiáng)。

改性樹脂可再生循環(huán)利用；溫度是影響脫水劑再生效果的關(guān)鍵因素，在脫水劑熱穩(wěn)定溫度范圍內(nèi)(<200 ℃)，溫度越高其再生效果越好；氣氛對(duì)脫水劑再生效果的影響較小。再生后改性樹脂脫水劑的吸附容量有所降低，這主要是因?yàn)榛瘜W(xué)吸附水和極性吸附質(zhì)(微量芳烴)在再生時(shí)難以脫附。