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.中國石油大連石化分公司，遼寧大連116031；3.中國石油撫順石化公司，遼寧撫順113008）

糠醛精制是潤滑油基礎(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)濟指標(biāo)均有顯著影響［1－2］。中國石油大連石化分公司潤滑油糠醛精制裝置是按照大慶原油的性質(zhì)進行設(shè)計的，但隨著大慶原油資源的日益減少，進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)量波動很大，主要表現(xiàn)為基礎(chǔ)油的酸值無法達到通用潤滑油基礎(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，對抽提塔進行改造也是解決產(chǎn)品質(zhì)量問題的一條有效途徑［4－5］。因此，本文對糠醛精制抽提塔的理論板數(shù)進行標(biāo)定，以便為裝置的改造提供一定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 實驗原理及方法

1.1 實驗原理

由于潤滑油料的復(fù)雜性，以及實際生產(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、錯流以及返混等原因，如果直接利用理論計算的方法標(biāo)定抽提塔的理論板數(shù)會有一定的難度［6］，因此采用多級靜態(tài)萃取模擬的實驗方法對潤滑油抽提塔的理論板數(shù)進行標(biāo)定，即對原料油進行分段抽提萃取，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抽提段數(shù)都有影響，因此，采用工業(yè)裝置的實際操作條件作為實驗條件，進而將實驗得到的精制油質(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)量進行對比，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 實驗方法

以假三段（理論塔板數(shù)為3塊）實驗標(biāo)定方法為例進行說明，其實驗原理如圖1所示。假三段實驗即采用實驗室三級萃取試驗?zāi)M車間萃取塔的逆流方式［7］：溶劑從塔頂進入，自塔底流出；原料從塔底進入，自塔頂出來。進入塔底的新鮮原料首先接觸的是已與原料接觸過兩級的溶劑，其次接觸的是已與原料接觸過一級的溶劑，再次接觸的是新鮮溶劑，成品自塔頂流出。本實驗是按照這個原理來設(shè)計的。在假三段實驗過程中，每一段都包括抽提和分離兩種過程，其原理與單級抽提原理相同［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，隨著多個假三段試驗的進行，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)歷兩個三段抽提后，其性質(zhì)不再有變化時，證明此時抽提已達到平衡，則不需要繼續(xù)進行抽提試驗了。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)進行假二段或假四段試驗等。

2 實驗部分

2.1實驗原料

實驗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 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 潤滑油基礎(chǔ)油較為困難。

2.2 實驗溶劑

糠醛來源于該公司糠醛溶劑罐區(qū)，使用時蒸取（160±1）℃餾分。

2.3 中試試驗裝置

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入抽提塔的下部與上部，二者在抽提塔中進行逆流接觸，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，操作溫度由計算機進行控制。

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

2.4 實驗分析方法

運動黏度：GB／T265；黏度指數(shù)：GB／T 1995；酸值：GB／T 4945；密度：GB／T 1884；凝點：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，實驗條件與工業(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取樣時間為2011年11月3日，樣品2取樣時間為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。對樣品1進行性質(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 潤滑油基礎(chǔ)油的要求，但是酸值遠遠高于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滑油基礎(chǔ)油，若操作條件不變，就需要對裝置進行改造，即增加裝置抽提塔的理論板數(shù)。

3.2 假二段與假三段實驗標(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，假二段與假三段實驗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，實驗值與裝置實際值不同，假二段實驗的酸值大于實際值，黏度指數(shù)稍低于實際值，而假三段實驗的酸值低于工業(yè)裝置的實際值，黏度指數(shù)稍高于實際值。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，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，實驗標(biāo)定的結(jié)果符合裝置的實際情況。

表4 假二段與假三段實驗精制油的性質(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 潤滑油基礎(chǔ)油質(zhì)量對酸值的要求，因此需要進一步開展假四段實驗研究。

3.3 假四段實驗

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，能夠達到Q／SY44－2009通用潤滑油基礎(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)，對假四段試驗結(jié)果進行了中試實驗驗證。

3.5 中試實驗驗證

中試過程中，首先調(diào)整操作條件至穩(wěn)態(tài)，每4h取樣一次進行酸值、黏度及溶劑含量測定，產(chǎn)品性質(zhì)穩(wěn)定后，進行物料衡算計算精制油收率。中試實驗的操作條件、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，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 潤滑油基礎(chǔ)油質(zhì)量要求。與多級靜態(tài)試驗的結(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 中試實驗操作條件與實驗結(jié)果Table 5 Results and operation conditions of pilot experiment

4 結(jié)論

（1）采用多級靜態(tài)萃取模擬工業(yè)抽提塔的實際操作，對大連石化公司潤滑油糠醛精制抽提塔的理論板數(shù)進行了標(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標(biāo)定結(jié)果進行了實驗驗證，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 潤滑油基礎(chǔ)油質(zhì)量要求。

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