高粘度减压馏分油NM P 精制小试研究

李晓鸥, 张德宁, 李东胜, 翟玉春

(1.东北大学,辽宁沈阳110004;2.辽宁石油化工大学,辽宁抚顺113001)

高粘度减压馏分油NM P 精制小试研究

李晓鸥1,2, 张德宁2, 李东胜1,2, 翟玉春1

(1.东北大学,辽宁沈阳110004;2.辽宁石油化工大学,辽宁抚顺113001)

以某炼厂高粘度润滑油馏分油为原料,进行了NM P溶剂精制的小试研究。首先进行单级抽提试验,然后通过正交试验并借助数学手段,确定了NM P精制的适宜操作条件。在此基础之上,进行了NM P的假三段抽提试验及脱蜡试验。结果表明,无水抽提适宜操作条件为:抽提温度87℃,剂油体积比为0.75,在相同条件下,NM P单级抽提精制油收率为90.1%,60℃折光率为1.464 5;NM P假三段抽提精制油60℃折光率为1.462 2,油收率为90%。含水体积分数为1.5%的抽提适宜操作条件为:抽提温度88.5℃,剂油体积比1.38,在相同条件下,NM P单级抽提精制油收率为87.7%,60℃折光率为1.463 1;NM P假三段抽提精制油60℃折光率为1.461 0,油收率为87%。由折光率的变化可知假三段试验的精制效果优于单级抽提试验。

高粘度润滑油; NM P(N-甲基吡咯烷酮); 粘度指数; 单级抽提; 假三段抽提

润滑油溶剂精制主要有糠醛、酚和N-甲基吡咯烷酮(简称NM P)精制[1]。NM P溶剂具有比酚、糠醛溶解能力强、选择性高、化学稳定性及热稳定性高等优点,并且其毒性小,被推荐为绿色溶剂[2]。在NM P被用作精制润滑油溶剂的十几年里,国外就有大批苯酚精制和糠醛精制装置换用了这一溶剂[3],新建装置也大多采用了NM P溶剂。而我国目前润滑油溶剂精制中糠醛精制仍占主导地位,NM P精制工艺未能在我国推广,主要受两大因素制约[4],一是NM P装置的腐蚀问题;二是NM P溶剂依赖进口,价格昂贵。就NM P的价格来看,随着产量增加、质量提高和成本降低[5-7],其价格会不断下降;就装置的腐蚀问题来说,通过加深对腐蚀原因的认识,采取相应的措施,现在NM P装置的腐蚀问题已经得到解决[8-9]。由此可见,NM P精制润滑油在我国有着非常广泛的应用前景。因此,为了使NM P精制工艺能够在我国顺利地推广,需要对不同的原油及馏分油的溶剂精制进行研究。本文评价了NM P溶剂对高粘度减压馏分油精制过程的使用效果,为中试及工业化生产提供依据。

1 试验部分

1.1 试验原料

某炼厂高粘度润滑油馏分油,其性质见表1。

表1 减五线馏分油性质Table 1 The properties of VGO NO.5

1.2 溶 剂

NM P由南京金龙化工公司生产,该溶剂为工业级,纯度不小于99.5%,20℃密度为1 029 kg/m3,10℃密度为1 036 kg/m3,常压下沸点为202℃。

1.3 试验方案

以某炼厂高粘度润滑油馏分油为原料、NM P为溶剂,用正交试验法进行单级抽提试验,考察了剂油体积比、溶剂含水量及抽提温度等影响因素。在试验基础上,用数学方法确定出NM P单级抽提的最优操作条件。根据单级抽提试验结果,确定适宜假三段抽提操作条件并进行假三段试验。

1.4 单级抽提实验

单级实验方法如图1所示。

Fig.1 Single stage experimentmethod图1 单级试验方法

1.5 假三段实验

假三段实验是采用多段逆流抽提的原理,每段中都包括混合和分离两种过程,且每次的混合与分离都与单级抽提原理相同[10]。根据单级抽提试验结果,用其所确定的适宜精制条件作为上段操作条件,中段及下段操作温度适当降低。每一三段抽提后,检验精制油的质量,当精制油的质量稳定不变后,试验完成。该方法相当于三个理论平衡级的抽提塔。其原理如图2所示。

1.6 实验分析测试标准

(1)粘度:GB 265-88;

(2)粘度指数:GB 1995-88;

(3)比色:GB 6540-86;

(4)闪点(开口杯法):GB 267-88;

(5)凝点:GB 510-83;

(6)馏程:GB 9168-88。

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

2 结果与讨论

2.1 NM P单级抽提实验

该试验主要考察剂油体积比、抽提温度和溶剂含水量对抽提结果的影响。试验方案按正交设计三因素三水平的形式拟定,其中三水平的选取参考馏分油临界溶解温度曲线[11]。试验条件及结果如表2,3所示。

由表3可以看出,高粘度润滑油馏分油NM P精制过程中,对油收率影响:剂油体积比＞精制温度＞溶剂含水量;对折光率的影响:剂油体积比＞含水量＞精制温度;对粘度指数影响:剂油体积比＞溶剂含水量＞精制温度。

表2 NMP单级抽提试验结果Table 2 The experimental results of NMPanhydrous single-stage extraction

表3 NM P抽提馏分油各因素各水平的极差Table 3 The range in every factor and level about NMPextracting VGO

2.2 NM P单级无水抽提实验操作条件的确定

NM P单级无水抽提根据正交试验结果采用多元二次回归方程式对精制油收率及质量与操作因素的关系进行回归,回归公式为:

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—粘度指数;Y—精制油收率,%;nd—60℃精制油折光率;t—温度,℃;S—剂油体积比;w—含水质量分数,%。

以精制油收率最大为目标函数,确定约束条件为粘度指数不小于127,折光率不大于1.465 0,其它操作条件在试验范围内,运用罚函数法进行优化求解。

由此计算出来的剂油体积比为0.75,抽提温度87℃。在该条件下进行单级抽提验证试验,计算值与试验结果对比如表4所示。

表4 最优条件的计算值与试验值对比Table 4 The comparison between optimal conditions of calculation and experimental value

由表4可见,除粘度指数误差较大外,其它误差都较小。因此在试验所选的操作条件范围内,NM P无水抽提试验适宜操作条件为:剂油体积比0.75,抽提温度87℃。在此操作条件下,精制油的收率为90.1%,60℃折光率为1.464 5。在-20℃对精制油进行脱蜡,测得粘度指数90,倾点-12.2℃。

2.3 NM P含水单级抽提实验操作条件的确定

由于NM P精制过程中,溶剂回收系统的限制,回收的NM P溶剂中一定含有水。因此,实验在温度88.5℃,剂油体积比1.4的条件下,考察了含水量对精制油质量和收率的影响,实验结果如图3所示。由图3可见,随含水量增加,折光率增大,即精制油质量下降,并且其下降幅度逐渐增大,随含水量的增加,精制油收率提高,并且其提高的幅度逐渐减小,综合含水量对精制油质量和收率两方面的影响,在精制过程中,NM P中含水质量分数应不超过2.5%。

Fig.3 Influence of mass fraction of water on the VGO refractive index and yield图3 含水质量分数对精制油折光率和收率的影响

由于NM P无水单级抽提适宜操作条件下的精制油脱蜡后粘度指数仅为90,为了生产高粘度指数的润滑油基础油,将NM P含水单级抽提的精制深度加大,要求精制油的折光率不大于1.463 5,由图3可见,当剂油体积比为1.4,抽提温度88.5℃,NM P含水质量分数为1.5%时,精制油的60℃折光率为1.463 1,收率为87.7%,符合本实验的要求,在此基础上进行假三段实验。

2.4 NM P假三段抽提试验

在单级抽提基础之上,进行了NM P含水和不含水的假三段抽提试验,假三段试验具体操作条件见表5。

表5 NM P抽提假三段试验操作条件Table 5 Operating conditions of NM P anhydrous simulate-three-stage extraction

在以上操作条件下,NM P无水假三段抽提试验结果为:精制油60℃折光率为1.462 2,油收率为90%。在-18℃对所得到的精制油进行脱蜡,测得粘度指数95,倾点-9℃;NM P含水假三段抽提实验结果为:精制油60℃折光率为1.461 0,油收率为87%。在-18℃对所得到的精制油进行脱蜡,测得粘度指数98,倾点-11℃。

2.5 NM P单级抽提试验与假三段试验对比

NM P单级抽提与假三段抽提试验适宜操作条件与结果如表6所示。

由表6中折光率的变化可见,在无水和含水质量分数1.5%的条件下,单级抽提与假三段试验所得精制油的折光率之差分别为0.002 3和0.002 1。参考表2的试验数据,两个精制油的粘度指数相差应接近10个单位。所以假三段试验的精制效果均优于单级抽提试验。从而验证了假三段的精制深度远高于单级抽提的精制深度。

表6 NM P单级抽提试验与假三段试验对比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

李晓鸥(1964-),女,吉林磐石市,教授,在读博士。

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

Received20December2010;revised4M arch2010;accepted11M arch2010