短程蒸馏控制参数对废油再生馏分粘温性能的影响

吴云，张贤明

(1.重庆工商大学 废油资源化技术与装备教育部工程研究中心，重庆 400067;2.解放军后勤工程学院 化学工程与技术博士后流动站，重庆 401311)

短程蒸馏是一种较为新型的非平衡蒸馏技术，应用领域十分广泛［1-7］。该技术具有操作温度低、分离效率高、生产过程污染排放少等优势，适合废油再炼制工艺采用［8-10］。但是，目前对于短程蒸馏工艺条件对再生馏分关键品质的影响仍不十分清楚。粘温性能是再生馏分的关键品质因数，如何通过调整短程蒸馏工艺参数来提高再生馏分的粘温性能，是工程上存在的问题。本文采用两级短程蒸馏考察工艺参数对几种废油再生馏分粘温性能的影响，并初步分析其影响机制。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

废内燃机油、废液压油、废混合油，中馏点分别为386，287 ℃和332 ℃。

两级短程蒸馏实验装置流程见图1。

图1 短程蒸馏实验装置流程图Fig.1 Flow chart of experiment equipment of short path distillation

1.2 实验方法

进料流量60 kg/h，一级真空度10 Pa，一级温度220 ℃，保持二级操作单元温度和真空度不变，并对再生馏分的粘度指数进行检测。原料油及再生馏分各项理化指标的测定参照国家或行业标准方法进行测定。

2 结果与讨论

2.1 温度的影响

由图2 可知，随着操作温度的升高，一级再生馏分的粘温性能呈下降趋势，其中，废液压油再生馏分的下降幅度最大，废内燃机油再生馏分下降幅度最小，废混合油再生馏分居中。3 种一级再生馏分的收率均呈上升趋势。

图2 温度对一级馏分粘温性能及收率的影响Fig.2 Effect of the temperature on viscosity properties and yield of the first stage cut fraction

几种废油一级再生馏分收率和粘度指数曲线交点所对应的温度分别约为230，219 ℃和215 ℃。因此，对于一级馏分，废内燃机油、废液压油和废混合油的一级操作温度应分别控制在230 ℃和215 ～220 ℃。

图3 温度对二级馏分粘温性能及收率的影响Fig.3 Effect of the temperature on viscosity properties and yield of the second stage cut fraction

由图3 可知，随着温度的升高，二级再生馏分的粘温性能均呈逐渐上升趋势，收率呈下降趋势。几种废油二级再生馏分收率和粘度指数曲线交点所对应的温度分别为213，208 ℃和218 ℃。因此，对于二级馏分，废内燃机油、废液压油和废混合油的一级操作温度应分别控制在215，210 ℃和220 ℃左右。

随着一级操作温度升高，再生馏分切割段将向高温区移动，馏分中大分子支链烷烃、芳香烃、胶质、沥青质等物质将增多，粘温性能变差［11］。此外，温度越高，切割段的馏程范围越宽，混合程度越高，粘温性能也将下降［12］。对于废内燃机油，由于中馏点较高，当温度升高时，切割段向高温馏分区的移动速度相对较慢，粘度指数变化较小。对于废液压油，由于中馏点较低，当温度升高时，切割段向高温馏分区的移动速度更快，粘度指数变化更大。废混合油的中馏点虽然较高，但由于馏程范围较宽，导致切割段组成复杂，粘度指数变化也较大。对于二级馏分，随着温度升高，原先的一部分轻质馏分会进入到一级馏分中，使其混合程度下降，粘度指数缓慢上升。一级馏分收率随温度上升是由于温度升高导致其拔出率增加的缘故，而二级馏分收率下降则与一级操作温度升高使得二级馏分的分配率下降有关。

2.2 真空度的影响

由图4 可知，随着真空度的提高，一级再生馏分粘温性能呈上升趋势，收率呈下降趋势。几种废油一级再生馏分收率和粘度指数曲线交点所对应的真空度分别在12，19 Pa 和18 Pa 左右。因此，对于一级馏分，废内燃机油、废液压油和废混合油的一级操作温度应分别控制在12，19 Pa 和18 Pa 左右。

图4 真空度对一级馏分粘度指数及收率的影响Fig.4 Effect of vaccum degree on the viscosity index and yield of the first stage cut fraction

图5 真空度对二级馏分粘度指数及收率的影响Fig.5 Effect of vaccum degree on viscosity properties and yield of the second stage cut fraction

由图5 可知，随着真空度的提高，二级馏分的粘温性能呈逐渐下降趋势，收率呈上升趋势。其中，内燃机油再生馏分的下降幅度略小，二级再生馏分的收率呈缓慢上升趋势。几种废油一级再生馏分收率和粘度指数曲线交点所对应的真空度分别在18.5，15 Pa 和14.5 Pa 左右。因此，对于二级馏分，废内燃机油、废液压油和废混合油的一级操作温度应分别控制在18 Pa 和15 Pa 左右为宜。

对于一级馏分，一级真空度升高使切割段向低温区移动，导致进入馏分的高温组分减少，混合程度下降，粘度指数随之上升，这与温度对粘度指数的影响原理类似，结果相反。同理，对于二级馏分而言，其影响原理也与温度的影响相似，结果相反。两级收率变化的原因也与温度的影响类似。

2.3 进料流量的影响

由图6 可知，随着进料流量的增加，一级馏分的粘度指数和收率均呈先缓降后急降趋势。

图6 进料流量对一级馏分粘度指数及收率的影响Fig.6 Effect of feed flow on viscosity index and yield of the first stage cut fraction

图7 进料流量对二级馏分粘度指数及收率的影响Fig.7 Effect of feed flow on viscosity index and yield of the second stage cut fraction

由图7 可知，随着进料流量的增加，二级再生馏分的粘度指数和收率仍然呈先缓降后急降趋势。

对于两级馏分而言，其粘度指数和收率随进料流量下降的原因可能与其分离效率降低，高低温馏分分离不完全导致馏分混合程度增加有关［13］，特别是当操作流量超过设计流量后，系统分离效能受限严重，致使再生馏分混合程度快速上升，粘温性能急剧下降。

3 结论

(1)随着温度的升高，一级馏分的粘温性能呈下降趋势，二级馏分的粘温性能呈逐渐上升趋势。综合两级单因素优化控制点的平均值，废内燃机油、废液压油和废混合油的一级操作温度应分别控制在221，213 ℃和216 ℃左右。

(2)随着真空度的升高，一级馏分的粘温性能呈上升趋势，二级馏分的粘温性能呈下降趋势，综合两级单因素优化控制点的平均值，废内燃机油、废液压油和废混合油的一级真空度应分别控制在15 Pa和17 Pa 左右。

(3)对于以刮膜式短程蒸馏为基础的废油再生工艺，应在不影响产能要求的情况下，尽可能地维持较低流量。

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