橡膠防護(hù)蠟的生產(chǎn)優(yōu)化及性能評(píng)價(jià)

黃鵠，崔洪明，何峰

(中國石化荊門石化公司，湖北 荊門448039)

0 引言

隨著子午線輪胎的發(fā)展，作為物理防老劑的橡膠防護(hù)蠟逐步得到廣泛應(yīng)用，國外最早應(yīng)用的是德國，其后是美國霍尼韋爾公司開發(fā)OK1987、DO3205等五大系列產(chǎn)品，20世紀(jì)初英國ASTOR公司的Okerin系列蠟、德國萊恩公司的Antiluxlll蠟等占領(lǐng)橡膠防護(hù)蠟市場(chǎng)[1]。我國橡膠防護(hù)蠟的研制相對(duì)較慢，經(jīng)過近幾十年的發(fā)展，形成撫順石油化工研究院的FLY型、D型、P型、南陽sinopec XJL系列蠟、荊門RPW型系列蠟等產(chǎn)品可替代進(jìn)口，基本滿足生產(chǎn)高質(zhì)量汽車輪胎的需要。

國內(nèi)屈清州、齊霽等對(duì)大連石化、大慶石化等全精煉蠟生產(chǎn)、質(zhì)量優(yōu)化和降低含油量等進(jìn)行過深入的報(bào)道[2-3]。荊門石化公司橡膠防護(hù)蠟開發(fā)之初以RPW型號(hào)生產(chǎn)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的頒布實(shí)施，對(duì)該公司的生產(chǎn)影響很大，為盡快適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)合兄弟企業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過幾年的摸索實(shí)踐，也積累了較豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化控制，產(chǎn)品性能滿足了市場(chǎng)需要。

1 橡膠防護(hù)蠟的生產(chǎn)過程優(yōu)化

該公司生產(chǎn)橡膠防護(hù)蠟裝置有兩套常減壓裝置、兩套糠醛精制裝置、酮苯脫油脫蠟聯(lián)合裝置，白土精制和加氫補(bǔ)充精制裝置。近年由于高含蠟原油逐漸減少，為滿足生產(chǎn)負(fù)荷，不得已摻煉低含蠟原油，對(duì)石蠟、微晶蠟及橡膠防護(hù)蠟的質(zhì)量控制帶來了較大困難。近年來該公司采取全流程優(yōu)化，對(duì)裝置和工藝控制的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，取得了較好的效果。

1.1 原料選擇

采用石蠟基和中間基混煉生產(chǎn)基礎(chǔ)油和蠟，關(guān)鍵是確定合適的混煉比，石蠟基比例增大會(huì)提高基礎(chǔ)油黏度指數(shù)，降低加氫改質(zhì)裝置苛刻度，但會(huì)影響蠟的黏度等級(jí)，相反中間基比例大會(huì)影響防護(hù)蠟質(zhì)量，對(duì)酮苯脫蠟負(fù)荷產(chǎn)生負(fù)面影響。為兼顧潤滑油基礎(chǔ)油、蠟的質(zhì)量，該公司組織技術(shù)力量進(jìn)行優(yōu)化，通過分析南陽江漢原油的含蠟狀況和蠟晶體特征，設(shè)計(jì)出兩套蒸餾裝置生產(chǎn)橡膠防護(hù)蠟的合適比例，既能保證潤滑油基礎(chǔ)油黏度指數(shù)、黏度等級(jí)的達(dá)標(biāo)，也能滿足防護(hù)蠟對(duì)碳數(shù)及碳分布的要求，為生產(chǎn)出較好高低溫防護(hù)性能的防護(hù)蠟打下了基礎(chǔ)。

1.2 蒸餾切割優(yōu)化

常減壓裝置堅(jiān)持做到高真空、低爐溫、窄餾分、淺顏色，對(duì)基礎(chǔ)油和蠟產(chǎn)品來說，都可以取得合適的餾分，窄餾程的防護(hù)蠟，性質(zhì)更穩(wěn)定。采取的措施有一是提高南蒸餾減三線干點(diǎn),使減三線黏度在14～18 mm2/s；二是提高系統(tǒng)真空度,控制真空度95～98 kPa。三是北蒸餾減四線和南蒸餾減三線潤滑油料餾程控制，嚴(yán)格控制2%～98%餾分范圍。四是控制爐溫，減少熱裂解，既要保證蠟的滴熔點(diǎn),又要保持潤滑油基礎(chǔ)油黏度范圍。通過有效的控制,保證了切割餾分的質(zhì)量,為后續(xù)裝置操作創(chuàng)造了條件。

1.3 溶劑精制

碳原子數(shù)小的烷烴相對(duì)分子質(zhì)量小，熔點(diǎn)低，支化度低，易從橡膠中遷移到橡膠表面，但溫度升高后低碳原子數(shù)烴類會(huì)溶解在橡膠中；當(dāng)碳原子數(shù)過大時(shí)，則遷移速度更慢，產(chǎn)生的蠟?zāi)ず鼙。荒苄纬杀Ｗo(hù)層，對(duì)橡膠幾乎無保護(hù)作用。這種遷移的速度和質(zhì)量對(duì)防護(hù)膜的致密性、黏附性、延展性和穩(wěn)定性有較大的影響，因此獲得合適的碳原子數(shù)是溶劑精制的最大難點(diǎn)。

如果溶劑精制過深，小分子烷烴多，碳分布前移，在橡膠防護(hù)中遷移速度快，但蠟產(chǎn)品黏度和滴熔點(diǎn)受到影響，影響使用性能；精制過淺，石蠟顏色和光安也會(huì)受到影響，高碳數(shù)比例增加，在橡膠中遷移速度慢，不利于防護(hù)。為找到合適碳分布，一是通過加熱爐調(diào)節(jié)操作溫度；二是通過優(yōu)化溶劑比、尋求收率和質(zhì)量的平衡；三是通過固定糠醛裝置重套加工，保證防護(hù)蠟產(chǎn)品質(zhì)量；四是采用熱進(jìn)料方式，避免中間過程的氧化。通過對(duì)黏度、比色和黏度指數(shù)的控制，確定了溶劑比和相關(guān)工藝參數(shù)，使比色、黏度和瀝青質(zhì)滿足了下游裝置加工要求。

1.4 加氫改質(zhì)優(yōu)化

加氫改質(zhì)裝置主要功能是去除硫、氮、稠環(huán)芳烴等非理想組分，提高飽和烴含量，在改善油品黏溫性能的同時(shí)最大限度減少蠟裂解，保持產(chǎn)品中蠟的碳分布，增加了異構(gòu)含量。主要措施是對(duì)加氫改質(zhì)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。首先是改質(zhì)反應(yīng)器R-101床層溫度；其次根據(jù)氫氣純度和原料產(chǎn)品質(zhì)量調(diào)整氫油比；三優(yōu)化處理段和精制段空速和氫分壓；四是優(yōu)化減壓精制段參數(shù)，保證蠟裂解程度最小。

1.5 脫蠟脫油優(yōu)化

酮苯脫蠟脫油過程是橡膠防護(hù)蠟質(zhì)量控制的關(guān)鍵階段，主要控制指標(biāo)是蠟含油、收率和基礎(chǔ)油傾點(diǎn)。

該公司采用的是一段脫蠟兩段脫油工藝，其中蠟脫油是防護(hù)蠟生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響蠟晶型和油含量，需重點(diǎn)優(yōu)化。采取的方法一是根據(jù)濾機(jī)實(shí)際情況調(diào)整溫洗程序，定期校對(duì)濾機(jī)液位。 二是關(guān)注過濾機(jī)內(nèi)蠟餅情況，及時(shí)溫洗和切換濾機(jī)；三是優(yōu)化調(diào)整脫油一段一次、一段二次和二段稀釋溶劑加入量；通過有效的跟蹤調(diào)整，保證了蠟含油穩(wěn)定在0.7%以下。同時(shí)通過優(yōu)化蠟回收操作，降低回收和脫氣操作負(fù)荷，改善了蠟的顏色，減少了溶劑攜帶量，提高了蠟產(chǎn)品質(zhì)量。

1.6 優(yōu)化效果(見表1)

表1 優(yōu)化前后主要指標(biāo)達(dá)標(biāo)情況

通過優(yōu)化，黏度達(dá)標(biāo)率可達(dá)100%，黏度范圍也從優(yōu)化前的0.7 mm2/s降低到目前的0.54 mm2/s；滴熔點(diǎn)合格率達(dá)100%，波動(dòng)范圍從6.9 ℃降低到4.1 ℃。效果較為明顯，生產(chǎn)的減四線蠟碳分布滿足SH/T 0871中3號(hào)防護(hù)蠟指標(biāo)要求。

2 性能評(píng)價(jià)

2.1 實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)

分別對(duì)橡膠防護(hù)蠟樣品-1、樣品-2型、樣品-3在北京某橡膠研究院進(jìn)行使用性能評(píng)定，采用德國、意大利、英國蠟、國產(chǎn)RP-3、P-型等進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)材料采用全天然橡膠和天然橡膠/合成混合橡膠，分別進(jìn)行了大氣老化試驗(yàn)、室溫和40 ℃下臭氧老化試驗(yàn)，膠料的硫化特性、力學(xué)和繞曲試驗(yàn)等，結(jié)果見表2～表4。

從表2到表4可以看出：1)樣品-1的大氣暴曬老化和抗臭氧性能均優(yōu)于從英國、意大利和德國進(jìn)口的產(chǎn)品。樣品-2由于調(diào)入適量的輕組分蠟和微晶蠟，抗臭氧性能更全面。2)通常情況下靜態(tài)抗臭氧性能好的蠟，動(dòng)態(tài)抗臭氧能力差，而樣品-2具有優(yōu)異的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)抗臭氧能力。3)樣品-3由于含有高熔點(diǎn)微晶蠟，硫化膠性能不降低的前提下，熱空氣老化性能更顯優(yōu)勢(shì)。

表2 樣品-1性能評(píng)定

表3 樣品-2性能評(píng)定

表4 樣品-3性能評(píng)定

2.2 工業(yè)性能試驗(yàn)

選取樣品-1在銀川某廠用于攻關(guān)胎的胎面膠和胎側(cè)膠試制，試制工藝過程正常，壓出性能好，輪胎表面光滑，接頭牢固，無脫開現(xiàn)象，且膠料熱煉時(shí)不產(chǎn)生黏輥或脫輥。在廣州、海口、新疆進(jìn)行室外性能試驗(yàn)，里程達(dá)7萬公里后沒有發(fā)現(xiàn)裂紋等問題，防護(hù)效果較為明顯。

3 結(jié)語

橡膠防護(hù)對(duì)大氣暴曬老化和抗臭氧性能有較高要求，在追求靜態(tài)和動(dòng)態(tài)抗臭氧能力上也是市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)。通過生產(chǎn)裝置的優(yōu)化即可滿足產(chǎn)品性能要求是最快捷、直接的方法，采用蒸餾-溶劑精制-加氫改質(zhì)-脫蠟脫油老三套和加氫工藝相結(jié)合生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)橡膠防護(hù)蠟不失為較好的工藝路線，有較好的發(fā)展前景。