李曉鷗, 張德寧, 李東勝, 翟玉春

(1.東北大學(xué),遼寧沈陽110004;2.遼寧石油化工大學(xué),遼寧撫順113001)

高粘度減壓餾分油NM P 精制小試研究

李曉鷗1,2, 張德寧2, 李東勝1,2, 翟玉春1

(1.東北大學(xué),遼寧沈陽110004;2.遼寧石油化工大學(xué),遼寧撫順113001)

以某煉廠高粘度潤滑油餾分油為原料,進行了NM P溶劑精制的小試研究。首先進行單級抽提試驗,然后通過正交試驗并借助數(shù)學(xué)手段,確定了NM P精制的適宜操作條件。在此基礎(chǔ)之上,進行了NM P的假三段抽提試驗及脫蠟試驗。結(jié)果表明,無水抽提適宜操作條件為:抽提溫度87℃,劑油體積比為0.75,在相同條件下,NM P單級抽提精制油收率為90.1%,60℃折光率為1.464 5;NM P假三段抽提精制油60℃折光率為1.462 2,油收率為90%。含水體積分數(shù)為1.5%的抽提適宜操作條件為:抽提溫度88.5℃,劑油體積比1.38,在相同條件下,NM P單級抽提精制油收率為87.7%,60℃折光率為1.463 1;NM P假三段抽提精制油60℃折光率為1.461 0,油收率為87%。由折光率的變化可知假三段試驗的精制效果優(yōu)于單級抽提試驗。

高粘度潤滑油; NM P(N-甲基吡咯烷酮); 粘度指數(shù); 單級抽提; 假三段抽提

潤滑油溶劑精制主要有糠醛、酚和N-甲基吡咯烷酮(簡稱NM P)精制[1]。NM P溶劑具有比酚、糠醛溶解能力強、選擇性高、化學(xué)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性高等優(yōu)點,并且其毒性小,被推薦為綠色溶劑[2]。在NM P被用作精制潤滑油溶劑的十幾年里,國外就有大批苯酚精制和糠醛精制裝置換用了這一溶劑[3],新建裝置也大多采用了NM P溶劑。而我國目前潤滑油溶劑精制中糠醛精制仍占主導(dǎo)地位,NM P精制工藝未能在我國推廣,主要受兩大因素制約[4],一是NM P裝置的腐蝕問題;二是NM P溶劑依賴進口,價格昂貴。就NM P的價格來看,隨著產(chǎn)量增加、質(zhì)量提高和成本降低[5-7],其價格會不斷下降;就裝置的腐蝕問題來說,通過加深對腐蝕原因的認識,采取相應(yīng)的措施,現(xiàn)在NM P裝置的腐蝕問題已經(jīng)得到解決[8-9]。由此可見,NM P精制潤滑油在我國有著非常廣泛的應(yīng)用前景。因此,為了使NM P精制工藝能夠在我國順利地推廣,需要對不同的原油及餾分油的溶劑精制進行研究。本文評價了NM P溶劑對高粘度減壓餾分油精制過程的使用效果,為中試及工業(yè)化生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

某煉廠高粘度潤滑油餾分油,其性質(zhì)見表1。

表1 減五線餾分油性質(zhì)Table 1 The properties of VGO NO.5

1.2 溶 劑

NM P由南京金龍化工公司生產(chǎn),該溶劑為工業(yè)級,純度不小于99.5%,20℃密度為1 029 kg/m3,10℃密度為1 036 kg/m3,常壓下沸點為202℃。

1.3 試驗方案

以某煉廠高粘度潤滑油餾分油為原料、NM P為溶劑,用正交試驗法進行單級抽提試驗,考察了劑油體積比、溶劑含水量及抽提溫度等影響因素。在試驗基礎(chǔ)上,用數(shù)學(xué)方法確定出NM P單級抽提的最優(yōu)操作條件。根據(jù)單級抽提試驗結(jié)果,確定適宜假三段抽提操作條件并進行假三段試驗。

1.4 單級抽提實驗

單級實驗方法如圖1所示。

Fig.1 Single stage experimentmethod圖1 單級試驗方法

1.5 假三段實驗

假三段實驗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都與單級抽提原理相同[10]。根據(jù)單級抽提試驗結(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降低。每一三段抽提后,檢驗精制油的質(zhì)量,當精制油的質(zhì)量穩(wěn)定不變后,試驗完成。該方法相當于三個理論平衡級的抽提塔。其原理如圖2所示。

1.6 實驗分析測試標準

(1)粘度:GB 265-88;

(2)粘度指數(shù):GB 1995-88;

(3)比色:GB 6540-86;

(4)閃點(開口杯法):GB 267-88;

(5)凝點:GB 510-83;

(6)餾程:GB 9168-88。

Fig.2 Extraction principles of simulate three-stage extraction圖2 假三段萃取原理

2 結(jié)果與討論

2.1 NM P單級抽提實驗

該試驗主要考察劑油體積比、抽提溫度和溶劑含水量對抽提結(jié)果的影響。試驗方案按正交設(shè)計三因素三水平的形式擬定,其中三水平的選取參考餾分油臨界溶解溫度曲線[11]。試驗條件及結(jié)果如表2,3所示。

由表3可以看出,高粘度潤滑油餾分油NM P精制過程中,對油收率影響:劑油體積比＞精制溫度＞溶劑含水量;對折光率的影響:劑油體積比＞含水量＞精制溫度;對粘度指數(shù)影響:劑油體積比＞溶劑含水量＞精制溫度。

表2 NMP單級抽提試驗結(jié)果Table 2 The experimental results of NMPanhydrous single-stage extraction

表3 NM P抽提餾分油各因素各水平的極差Table 3 The range in every factor and level about NMPextracting VGO

2.2 NM P單級無水抽提實驗操作條件的確定

NM P單級無水抽提根據(jù)正交試驗結(jié)果采用多元二次回歸方程式對精制油收率及質(zhì)量與操作因素的關(guān)系進行回歸,回歸公式為:

V I=302.073 055 6-0.711 666 7t+0.019 233 3t2+2.876 666 7S+1.533 333 3S2+1.79w-1.466 666 6w2

Y=-97.221 805 6+4.724 333 3t-0.027 583 3t2-22.003 333S+3.956 666 7S2+0.615 0w+1.841 666 7w2

nd=1.492 045 8-0.000 486 7t+0.000 002 5t2-0.005 6S+0.000 9S2+0.000 183 3w+0.000 15w2

其中:V I—粘度指數(shù);Y—精制油收率,%;nd—60℃精制油折光率;t—溫度,℃;S—劑油體積比;w—含水質(zhì)量分數(shù),%。

以精制油收率最大為目標函數(shù),確定約束條件為粘度指數(shù)不小于127,折光率不大于1.465 0,其它操作條件在試驗范圍內(nèi),運用罰函數(shù)法進行優(yōu)化求解。

由此計算出來的劑油體積比為0.75,抽提溫度87℃。在該條件下進行單級抽提驗證試驗,計算值與試驗結(jié)果對比如表4所示。

表4 最優(yōu)條件的計算值與試驗值對比Table 4 The comparison between optimal conditions of calculation and experimental value

由表4可見,除粘度指數(shù)誤差較大外,其它誤差都較小。因此在試驗所選的操作條件范圍內(nèi),NM P無水抽提試驗適宜操作條件為:劑油體積比0.75,抽提溫度87℃。在此操作條件下,精制油的收率為90.1%,60℃折光率為1.464 5。在-20℃對精制油進行脫蠟,測得粘度指數(shù)90,傾點-12.2℃。

2.3 NM P含水單級抽提實驗操作條件的確定

由于NM P精制過程中,溶劑回收系統(tǒng)的限制,回收的NM P溶劑中一定含有水。因此,實驗在溫度88.5℃,劑油體積比1.4的條件下,考察了含水量對精制油質(zhì)量和收率的影響,實驗結(jié)果如圖3所示。由圖3可見,隨含水量增加,折光率增大,即精制油質(zhì)量下降,并且其下降幅度逐漸增大,隨含水量的增加,精制油收率提高,并且其提高的幅度逐漸減小,綜合含水量對精制油質(zhì)量和收率兩方面的影響,在精制過程中,NM P中含水質(zhì)量分數(shù)應(yīng)不超過2.5%。

Fig.3 Influence of mass fraction of water on the VGO refractive index and yield圖3 含水質(zhì)量分數(shù)對精制油折光率和收率的影響

由于NM P無水單級抽提適宜操作條件下的精制油脫蠟后粘度指數(shù)僅為90,為了生產(chǎn)高粘度指數(shù)的潤滑油基礎(chǔ)油,將NM P含水單級抽提的精制深度加大,要求精制油的折光率不大于1.463 5,由圖3可見,當劑油體積比為1.4,抽提溫度88.5℃,NM P含水質(zhì)量分數(shù)為1.5%時,精制油的60℃折光率為1.463 1,收率為87.7%,符合本實驗的要求,在此基礎(chǔ)上進行假三段實驗。

2.4 NM P假三段抽提試驗

在單級抽提基礎(chǔ)之上,進行了NM P含水和不含水的假三段抽提試驗,假三段試驗具體操作條件見表5。

表5 NM P抽提假三段試驗操作條件Table 5 Operating conditions of NM P anhydrous simulate-three-stage extraction

在以上操作條件下,NM P無水假三段抽提試驗結(jié)果為:精制油60℃折光率為1.462 2,油收率為90%。在-18℃對所得到的精制油進行脫蠟,測得粘度指數(shù)95,傾點-9℃;NM P含水假三段抽提實驗結(jié)果為:精制油60℃折光率為1.461 0,油收率為87%。在-18℃對所得到的精制油進行脫蠟,測得粘度指數(shù)98,傾點-11℃。

2.5 NM P單級抽提試驗與假三段試驗對比

NM P單級抽提與假三段抽提試驗適宜操作條件與結(jié)果如表6所示。

由表6中折光率的變化可見,在無水和含水質(zhì)量分數(shù)1.5%的條件下,單級抽提與假三段試驗所得精制油的折光率之差分別為0.002 3和0.002 1。參考表2的試驗數(shù)據(jù),兩個精制油的粘度指數(shù)相差應(yīng)接近10個單位。所以假三段試驗的精制效果均優(yōu)于單級抽提試驗。從而驗證了假三段的精制深度遠高于單級抽提的精制深度。

表6 NM P單級抽提試驗與假三段試驗對比Table 6 The comparison between NM Panhydrous single-stage extraction and simulate-three-stage extraction

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(Ed.:YYL,Z)

Labo ratory Trail Study on NM P Refining of High-Viscosity VGO

L IXiao-ou1,2,ZHANGDe-ning2,L IDong-sheng1,2,ZHA I Yu-chun1
(1.N ortheastern University,Shenyang L iaoning110004,P.R.China;2.L iaoning Shihua University,Fushun L iaoning113001,P.R.China)

Single stage refining of high-viscosity lubricating oil using N-methyl-2-pyrrolidone(NM P)was carried out.The suitable operating conditions of the NM P refining were determined by orthogonal test and mathematical ways.On this basis,a simulate-three-stage extraction and dewaxing tests of NM P were done.The results show that the operation conditions of NM P anhydrous extraction are as follow s:extracting temperature 87℃,the volume ratio of solvent to oil is 0.75.Under same conditions,NM P anhydrous single-stage extraction are as follow s:the yield of refined oil is 90.1%,the refractive index is1.464 5 at 60℃.NM Panhydrous simulate-three-stage extraction are as follow s:the yield of refined oil is 90%,the refractive index is 1.462 2 at 60℃.Volume fraction of water 1.5%of extraction suitable operating conditions are as follow s:extracting temperature 88.5℃,the volume ratio of solvent to oil is 1.38.Under same conditions,NM P single-stage extraction are as follow s:the yield of refined oil is 87.7%,the refractive index is 1.463 1;NM P simulate-three-stage extraction are as follow s:the yield of refined oil is87%,the refractive index is1.461 0 at 60℃.From refractive index changes to know that the effect of simulate-three-stage test is better than single-stage extraction test.

High-viscosity lubricating oil;NM P(N-methyl pyrrolidone);Viscosity index;Single-stage extraction;Simulate-three-stage extraction

.Tel.:+86-13898309829;e-mail:lxo8823562@163.com

TE624.512

A

10.3696/j.issn.1006-396X.2011.02.014

2010-12-20

李曉鷗(1964-),女,吉林磐石市,教授,在讀博士。

1006-396X(2011)02-0054-04

Received20December2010;revised4M arch2010;accepted11M arch2010