大連石化潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油酸值不合格解決方案

龍文宇，李曉鷗，李東勝，劉寶柱，石巖

（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)石油大連石化公司，遼寧 大連 116024；3中國(guó)石油撫順石化公司石油三廠，遼寧 撫順 113001）

大連石化潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油酸值不合格解決方案

龍文宇1，李曉鷗1，李東勝1，劉寶柱2，石巖3

（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)石油大連石化公司，遼寧 大連 116024；3中國(guó)石油撫順石化公司石油三廠，遼寧 撫順 113001）

用大慶尼羅混合減三線脫蠟油為原料，先后進(jìn)行了工業(yè)裝置理論塔板數(shù)標(biāo)定、多級(jí)靜態(tài)及中試規(guī)模的糠醛溶劑精制實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明，工業(yè)裝置理論塔板數(shù)為2～3塊。劑油體積比為6∶1的假二段實(shí)驗(yàn)與劑油體積比為3.2∶1的假四段實(shí)驗(yàn)精制油酸值均小于0.03mgKOH/g，收率分別為64.53%與75.33%。具有4塊理論板數(shù)的中試裝置在劑油體積比為2.81∶1條件下得到的精制油酸值為0.0246mgKOH/g，收率為78.01%。精制油產(chǎn)品質(zhì)量能夠滿足HVI400SN潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油的質(zhì)量要求。

溶劑萃取；石油；塔器；潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油；酸值

糠醛精制在潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油生產(chǎn)中具有舉足輕重的作用。在“老三套”工藝[1]中可以提高基礎(chǔ)油的產(chǎn)品質(zhì)量，在加氫處理工藝[2-3]中可以優(yōu)化原料，提高產(chǎn)品收率。目前，關(guān)于糠醛精制生產(chǎn)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油的研究涉及設(shè)備結(jié)構(gòu)[4-6]、工藝方法[7-10]、傳質(zhì)特性[11-13]、助劑[14-18]及廢潤(rùn)滑油回收[19]等領(lǐng)域。

大連石化公司生產(chǎn)基礎(chǔ)油的“老三套”裝置是以大慶原油為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的，隨著大慶原油資源日益減少，加工大慶尼羅混合油（1∶1）時(shí)，減三線脫蠟油生產(chǎn)HVI400SN基礎(chǔ)油酸值不能滿足中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司Q/SY44—2009通用潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油酸值為0.03mgKOH/g的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，本文對(duì)大慶尼羅混合減三線脫蠟油進(jìn)行糠醛精制研究，分析基礎(chǔ)油產(chǎn)品質(zhì)量不合格的具體原因，確定合理的解決方案。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料與溶劑

原料由大連石化公司采得減三線脫蠟油（大慶/尼羅1∶1）。密度為899.6kg/m3、沸點(diǎn)為-5℃、黏度指數(shù)為75、酸值為0.3380mgKOH/g。

糠醛由大連石化糠醛溶劑罐區(qū)采得，使用時(shí)蒸取160℃±1℃餾分。

1.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法

采用單級(jí)萃取模擬抽提塔的逆流萃取進(jìn)行假二段、假三段與假四段萃取實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)方法如圖1所示。首先確定劑油比、頂部及底部萃取溫度，中部的萃取溫度按頂部與底部的溫差均勻取值。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后，對(duì)每次得到的精制油進(jìn)行黏度指數(shù)與酸值的測(cè)量，并計(jì)算收率。當(dāng)精制油的質(zhì)量與收率趨于穩(wěn)定時(shí)，即完成實(shí)驗(yàn)。

中試裝置（圖2）主要是由抽提塔T1、抽出液溶劑回收塔T2、原料加熱罐H1、糠醛加熱罐H2、抽出液加熱罐H3、原料罐R1及糠醛罐R2構(gòu)成。裝置由計(jì)算機(jī)控制，儲(chǔ)罐R1中的原料由計(jì)量泵B1經(jīng)加熱器H1加熱進(jìn)入抽提塔T1下部（稱重計(jì)量流量），儲(chǔ)罐R2中的糠醛由計(jì)量泵B2經(jīng)加熱器H2加熱進(jìn)入抽提塔T1上部（稱重計(jì)量流量），糠醛與原料在清華環(huán)填料塔內(nèi)接觸，抽提后抽余液稱重并減壓蒸餾得到精制油，抽出液經(jīng)加熱器H3后進(jìn)入抽出液溶劑回收塔T2，回收糠醛溶劑返回儲(chǔ)罐R2。裝置總高度為3.6m，處理量為2～12L/h，設(shè)計(jì)理論板數(shù)為3～4塊，實(shí)際理論板數(shù)為4塊。待裝置運(yùn)行平穩(wěn)后每4h取樣一次進(jìn)行黏度及酸值的測(cè)定，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定后，進(jìn)行物料衡算計(jì)算精制油收率。

圖1 級(jí)靜態(tài)萃取示意圖

1.3 分析測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

運(yùn)動(dòng)黏度GB/T 265；黏度指數(shù)GB/T 1995；酸值GB/T 4945。

2 結(jié)果與討論

2.1 理論板數(shù)的標(biāo)定

假二段萃取實(shí)驗(yàn)與工業(yè)裝置的操作條件及實(shí)驗(yàn)結(jié)果[6]如表1所示。

按照工業(yè)裝置的操作條件，抽提塔精制油的黏度指數(shù)與酸值介于假二段與假三段實(shí)驗(yàn)之間，而收率基本一致，可以判定裝置的理論板數(shù)在2～3塊之間。工業(yè)裝置的抽提塔為轉(zhuǎn)盤(pán)塔，其理論板數(shù)要低于填料塔。生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)轉(zhuǎn)盤(pán)不轉(zhuǎn)的情況，降低了傳質(zhì)效果，標(biāo)定的結(jié)果是符合裝置實(shí)際情況的?？梢?jiàn)，除了操作條件之外，抽提塔理論板數(shù)偏低是HVI400SN潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油酸值不合格的重要原因之一。

圖2 中試裝置

表1 理論板數(shù)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)操作條件與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2 操作條件的優(yōu)化

2.2.1 劑油比與萃取溫度對(duì)精制油質(zhì)量與收率的影響

在抽提塔平均溫度下，即萃取溫度為90℃時(shí)進(jìn)行單級(jí)萃取實(shí)驗(yàn)，考察劑油比對(duì)精制油質(zhì)量與收率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3(a)所示。劑油比（體積比，下同）為3.2∶1時(shí)，萃取溫度對(duì)精制油質(zhì)量與收率影響的單級(jí)萃取實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3(b)所示。實(shí)驗(yàn)中萃取時(shí)間與沉降時(shí)間均為20min。

從圖3可以看出，隨著劑油比或萃取溫度的提高，精制油的收率與酸值下降，而黏度指數(shù)增加。這是由于提高劑油比或萃取溫度，增加了原料的精制深度，有利于酸性物質(zhì)的萃取，理想組分與非理想組分的分離效果得到了提升。但精制油質(zhì)量提高的同時(shí)降低了收率。

圖3 劑油比與萃取溫度對(duì)精制油質(zhì)量與收率的影響

2.2.2 假二段萃取實(shí)驗(yàn)

裝置的理論板數(shù)介于2～3塊之間，為了確定現(xiàn)有裝置生產(chǎn)合格潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油的操作條件，提高劑油比與萃取溫度進(jìn)行假二段萃取實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。實(shí)驗(yàn)中萃取時(shí)間與沉降時(shí)間均為20min。

表2 假二段萃取實(shí)驗(yàn)的操作條件與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

HVI400SN潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油黏度指數(shù)要求95以上，酸值要求0.03mgKOH/g以下。實(shí)驗(yàn)1與實(shí)驗(yàn)2精制油的黏度指數(shù)均遠(yuǎn)大于95，實(shí)驗(yàn)1精制油的酸值接近合格，實(shí)驗(yàn)2精制油的酸值合格?，F(xiàn)有糠醛抽提塔的理論板數(shù)大于2塊，因此可以判斷抽提塔在劑油體積比為5∶1，塔頂溫度120℃，塔底溫度為60℃的條件下能夠生產(chǎn)質(zhì)量合格的潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油。

2.3 抽提塔理論板數(shù)的優(yōu)化

2.3.1 假三段與假四段實(shí)驗(yàn)

為了確定生產(chǎn)合格潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油所需的理論板數(shù)，在現(xiàn)有劑油比的基礎(chǔ)上進(jìn)行假三段與假四段萃取實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。實(shí)驗(yàn)中萃取時(shí)間與沉降時(shí)間均為20min。

假三段實(shí)驗(yàn)精制油酸值為0.0472mgKOH/g，不能滿足要求。假四段實(shí)驗(yàn)精制油酸值為0.0264mg (KOH)/g，此外黏度指數(shù)為105，收率為75.33%，能夠達(dá)到中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司Q/SY44—2009通用潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

表3 假三段、假四段萃取實(shí)驗(yàn)的操作條件與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.3.2 中試實(shí)驗(yàn)

通過(guò)計(jì)量泵調(diào)控中試裝置劑油體積比在3.17～3.36之間，平均值為3.24∶1。通過(guò)加熱量調(diào)控塔頂溫度在104～117℃之間，平均值為109.9℃；塔底溫度在63～72℃之間，平均值為68.1℃。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4(a)所示。由圖4(a)可以看出中試實(shí)驗(yàn)結(jié)果略好于假四段萃取實(shí)驗(yàn)，精制油酸值為0.0173mgKOH/g，黏度指數(shù)為106，收率為76.15%?？梢?jiàn)現(xiàn)有抽提塔改造成4塊理論板能滿足基礎(chǔ)油的質(zhì)量要求。

中試實(shí)驗(yàn)中精制油的黏度指數(shù)嚴(yán)重富裕，為降低裝置的生產(chǎn)成本，進(jìn)一步優(yōu)化了中試實(shí)驗(yàn)的操作條件。實(shí)驗(yàn)劑油體積比在2.71～2.89之間，平均值為2.81∶1。塔頂溫度在111～123℃之間，平均值為117℃；塔底溫度在62～76℃之間，平均值為68℃。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4(b)所示。由圖4(b)可以看出精制油酸值為0.0246mgKOH/g，黏度指數(shù)為105，收率為78.01%。符合潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油的質(zhì)量要求。

對(duì)比圖4(a)與(b)可以看出，劑油體積比下降0.43個(gè)單位，精制油收率上升1.86個(gè)單位，黏度指數(shù)下降1個(gè)單位，酸值基本不變，均小于0.03mgKOH/g。說(shuō)明優(yōu)化后的操作條件在保證HVI400SN潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油酸值合格的前提下，可以有效避免精制程度過(guò)深，降低裝置的生產(chǎn)成本。

圖4 中試實(shí)驗(yàn)精制油質(zhì)量與收率

3 結(jié) 論

（1）抽提塔理論板數(shù)偏低是大連石化公司潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油酸值不合格重要原因之一。

（2）在現(xiàn)有裝置基礎(chǔ)上，提高劑油體積比至5∶1，塔頂溫度120℃，塔底溫度60℃，可生產(chǎn)合格的潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油。

（3）在現(xiàn)有操作條件基礎(chǔ)上，增加理論板數(shù)至4塊，可生產(chǎn)合格的潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油。

（4）抽提塔的理論板數(shù)改造為4塊后，降低劑油體積比至2.81∶1，塔頂溫度117℃，塔底溫度為68℃，可生產(chǎn)合格的潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油。

（5）由于裝置的加熱爐熱負(fù)荷及溶劑回收系統(tǒng)的限制，通過(guò)提高劑油比改善精制油質(zhì)量的方法難度較大。最適合的解決方案是對(duì)糠醛精制裝置的抽提塔進(jìn)行改造，改造后的抽提塔理論板數(shù)不少于4塊，改造后的抽提塔可在劑油體積比為2.81∶1的條件下操作。

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Solution to high acid value lubricating base oil of Dalian Petrochemical Company

LONG Wenyu1，LI Xiaoou1，LI Dongsheng1，LIU Baozhu2，SHI Yan3
（1School of Petrochemical Engineering，Liaoning Shihua University，F(xiàn)ushun 113001，Liaoning，China；2PetroChina Dalian PetroChemical Company，Dalian 116024，Liaoning，China；3PetroChina Fushun Petrochemical Company，F(xiàn)ushun 113001，Liaoning，China）

Furfural refining towards the third vacuum dewaxed distillate refined from the mixed oil of Daqing and Nile was investigated. Calibration of theoretical plates number in the extraction column，multi-stage static extraction and pilot plant experiment were carried out. The results show that theoretical plates number in the column is 2 to 3. Under simulate-two-stage extractions，acid value of refined oil is below 0.03mgKOH/g when the value of volume ratio of solvent to oil (S/O) is 6. The acid value of refined oil meets the standard under simulate-four-stage extractions when the S/O is 3.2. The yields of refined oil are 64.53% and 75.33% respectively. Besides，acid value of the refined oil is 0.0246mgKOH/g in the pilot plant with four theoretical plates when the S/O is 2.81，and the yield of refined oil is 78.01%. The lubricating base oil meets the quality specification of HVI400SN.

solvent extraction；petroleum；column；lubricating base oil；acid value

TE 624.512

A

1000-6613（2014）08-2219-05

10.3969/j.issn.1000-6613.2014.08.048

2013-12-20；修改稿日期：2014-01-26。

中國(guó)石油天然氣股份有限公司項(xiàng)目（2011010136）。

及聯(lián)系人：龍文宇（1978—），男，碩士。E-mail lwyfushun@ sina.com。