润滑油基础油溶剂脱蜡技术进展

润滑油基础油溶剂脱蜡技术进展

朱鸣岗,田松柏

(中国石油化工股份有限公司,石油化工科学研究院,北京 100083)

摘 要:介绍了国内外润滑油基础油溶剂脱蜡的主要技术,重点从溶剂、助剂、结晶器、溶剂回收等方面讨论了溶剂脱蜡技术发展,并提出了我国润滑油基础油脱蜡的开发方向。

关键词:润滑油;溶剂脱蜡;流化床;多点稀释;滤液循环;多效蒸发

The Progress i n Lube Base O il Solvent D e w axing Process

Z H U M ing-gang,TI AN Song-bai

(Research I nstitute o f Petroleum Processi n g,SI N OPEC,Beiji n g100083,China)

Abst ract:The m a i n technology of lube base o il so l v ent de w ax i n g i n and out the coun try w as discussed,especia lly fro m the aspects o f so lven,t aid,filters,so l v ent recovery,and so on.The research d irecti o n of l u be o il so l v ent de w ax ing process w as a lso referred.

K ey w ords:l u be base o i;l solvent de w ax i n g;fl u i d ized bed;m ulti-d ilution;filtrate recyc li n g;m ulti-e ffect evapo rati o n

润滑油被称为工业的血液,在国民经济和人们的生活中有着极其重要的作用。在润滑油必须具备的众多性质之中,低温流动性有其独特的重要性。而我国原油的含蜡量普遍偏高,这使得我国润滑油加工中脱蜡工艺有着非常重要的地位。

在润滑油基础油的烃类组成之中,正构烷烃的凝点最高,最易形成蜡。其次就是那些具有少环长侧链,支化程度很低的烃类较易形成蜡。降低减压馏分(VGO)中蜡的工艺方法很多,主要包括加氢异构、分子筛吸附、尿素络合、细菌分解、溶剂脱蜡等方法。这些方法各有优缺点。分子筛吸附是利用分子筛中的择型孔道对正构分子有选择性吸附的特点,吸附分离馏分油中的蜡。此方法只适用于低粘度的轻馏分,对于比较重的减压馏分就不适用了。尿素络合脱蜡具有无需升温、选择性好的特点,但是同样也只适用与低粘度馏分,且工艺较为复杂。细菌分解的方法可同时得到脱蜡油和生物蛋白饲料,该法仅适用于某些较轻质的低粘度油料,如变压器油,且工艺设备效率不高,故应用范围有限。加氢异构是润滑油降凝的主流工艺,能够得到高粘指低凝点的优质润滑油。但是这种方法对原料的粘度有损失,且操作条件苛刻,耗费大量氢源,尤其是设备投入很大。而溶剂脱蜡是在大量选择性溶剂的存在下,将油料溶液进行冷冻、结晶和蜡与油的机械分离,从而取得脱蜡油和粗蜡。此方法适用于各种不同粘度的油料,且可以使用连续化生产的冷却结晶和油蜡分离设备,大量溶剂也可以有效回收利用,而且还可以弥补加氢精制工艺中润滑油芳烃饱和不彻底的问题。我国的大多数润滑油加工企业都采用溶剂脱蜡工艺,所以进一步改进与完善这一传统工艺具有极大的实际意义。

溶剂脱蜡虽说是一种老工艺,这些年来专业工作者们不断地对它加以改良,在许多方面都有了很大的进步,主要表现在以下几个方面。1 新溶剂的选用

溶剂脱蜡中加入溶剂主要是降低油的粘度,使油中的蜡在低温的条件下易于结晶。另外粘度的降低也可以有效地防止蜡包油的程度。对脱蜡溶剂最主要的要求就是溶剂在低温时对脱蜡油要有很好的溶解力,而对蜡的溶解力越小越好。脱蜡油的倾点与脱蜡温度之间的差值被称为脱蜡温差,它就可以反映溶剂的溶解选择性。脱蜡温差越小,溶剂的选择性越好。

一种溶剂往往难以达到理想的效果,通常选用组合溶剂。早期使用较多的组合溶剂是丙酮-苯-甲苯。但是由于丙酮的沸点太低,极易挥发损失。苯也具有较大的毒性。所以后来逐渐被丁酮-甲苯所取代,工业上一般称其为酮苯脱蜡。其中丁酮对油和蜡的溶解都很小,所以需要加入甲苯以提高溶剂的溶解性能。

由于酮类对油的溶解性是随着分子量的增大而增大的,于是人们和提出了用甲基异丁基酮(M I BK)单溶剂来进行溶剂脱蜡的探索[1-2]。它具有过滤温度较高、溶剂允许的含油量较高、操作费用较低、避免了对滤机的温洗等优点。

中国石化抚顺石油化工研究院的苏重时[3]等人在小型试验装置上,以轻脱蜡膏为原料,采用甲基异丁基酮单一溶剂,采用蜡膏重结晶、多点稀释、两段脱油工艺制取微晶蜡。分别对溶剂比、稀释溶剂比和脱蜡温度进行了考察。结果表明与采用常规脱蜡溶剂相比,溶剂比降低,过滤速度和微晶蜡产品的收率提高,且微晶蜡的油质量分数达到小于食品级微晶蜡的指标要求。庄世杰[4]等人还对丙酮一醋酸乙脂双溶剂做了一定的研究。贺大荣[5]以玉门含蜡润滑油为原料考察了甲基异丁基酮的实际脱蜡效果。

60

广州化工2010年38卷第10期

2 脱蜡助剂应用

减压馏分在脱蜡时的过滤速度是整个工艺的关键步骤,它决定了装置的加工处理量。如何得到颗粒大而且含油量低的蜡晶尤为重要。除了优化结晶的工艺条件以外,选择合适的脱蜡助剂也是一个有效的措施。加入适当的脱蜡助剂不但可以提高石蜡质量,降低脱蜡油的倾点,并且还能降低能耗。目前使用的蜡结晶改进剂有甲基丙烯酸酯、醋酸乙烯酯共聚物、烯烃共聚物、氯化聚合物、烷基水杨酸酯、反丁烯二酸酯共聚物、萘和氯化石蜡的反应物或者其复合物。目前具有工业实用价值的助剂进以进口产品居多。兰州炼油化工总厂石化研究所的王会东[6]就曾经以新疆、青海减四线馏分为原料,考察了Exxon 公司生产的SDA 1615脱蜡助剂在溶剂脱蜡过程中的应用效果。试验发现,该助剂可明显提高过滤速度,提高脱蜡油收率,降低蜡的含油量。相对滤速与加入量关系见图1

。

图1

滤速与加入量关系

图2 流化床换热器结构

3 应用多点稀释和滤液全面循环工艺

在蜡结晶的不同阶段采用多点稀释可以得到较好的结晶,

减少蜡中的含油量,提高过滤速度。第一次加入冷溶剂的作用是为了得到良好的结晶;第二次加入的作用是为了降低油蜡混合液体的粘度,减小泵送阻力;第三次加入是为了洗涤结晶蜡表面的油,从而减小蜡中的含油量,提高脱蜡油的收率。

采用滤液全面循环工艺可以降低冷冻负荷,减少溶剂蒸发量,降低热负荷和能耗,增加脱蜡油和脱油蜡的收率,最终提高装置的综合经济效益。滤液全面循环溶剂脱蜡脱油工艺的主要改进是脱油段内采用全量循环,即将第二段脱油滤液全部循环至脱油一段使用,而不再进入蜡下油回收,将第一段脱油滤液的大部分用于代替脱蜡的冷点稀释溶剂,小部分送蜡下油回收装置。

4 用同一溶剂组成加工从轻质到重质脱蜡原料

目前国内溶剂脱蜡装置大部分采用的溶剂为甲乙酮、甲苯两元混合溶剂。在加工不同减压侧线及轻脱油原料时,由于溶剂组成中甲乙酮含量与原料匹配性较强,因此不同原料组分对酮含量要求相差较大。根据加工减压各侧线及轻脱油原料的不同,脱蜡装置一般分为轻质溶剂脱蜡装置、重质溶剂脱蜡装置和脱蜡脱油联合装置。

为了解决润滑油脱蜡装置开停工频繁等问题,根据脱蜡原料分布范围大的特点,兰州石化[7]提出在同一套脱蜡装置上用同一种溶剂组成,在生产不同组分原料时,进行脱蜡工艺改进,和国内同类装置相比,历史上首次成功实现了用同一溶剂组成加工从轻质到重质脱蜡原料。降低了装置大跨度切换原料时操作难度,使装置能耗、物耗经济技术指标大幅提高。

5 多效蒸发技术

多数原油的蜡含量少,因此三效蒸发技术多用在油回收系统。按蒸发塔的压力不同,有两个可供选择的方案:即低-中-高方案和低-高-中方案。当采用后者时,三台蒸发塔分别蒸出30%的溶剂,剩下10%的溶剂在闪蒸塔和汽提塔中蒸出。高

桥石化[8]

的润滑油溶剂脱蜡就是采用了多效蒸发技术。他们采取了一系列的措施确保最大限度的利用热能,降低生产成本。

6 流化床溶剂脱蜡工艺

流化床溶剂脱蜡工艺是一种在流化床换热器的基础上发展起来的润滑油溶剂脱蜡新工艺。该工艺用立式的流化床取代了套管结晶器内管轴的功能。换热管内有大量细小的金属丝随液体一起激烈地流动。形成湍流的金属丝冲刷管壁可以清除管壁上的蜡晶,使传热系数提高。同时析出的蜡结晶颗粒更加均匀、包油少,便于油和蜡分离。因此该工艺在传热、油收率、蜡中油含量等方面有明显的优越性。

1989年7月在美国H P 杂志上首次报道了Scheffers 公司[9]

提出的用流化床换热器进行溶剂脱蜡,发现流化床换热器的传热效率大幅度提高:传热面积只相当于原来的五分之一,动力消耗也只有套管结晶器的10%。该技术在德国、荷兰、美国也得到大力推广。

1995年7月烟台大学等单位[10]采用钢球作为流化固体颗粒,成功地进行了 稳定式流化床换热器用于溶剂脱蜡的技术!的中试,获得了国家的专利授权。这种润滑油溶剂脱蜡工艺对原料的适应性强,不受蜡含量的限制,相比传统的套管结晶器溶剂脱蜡技术油收率可以提高2%左右,蜡膏中的含油量也显著地降低,换热器基本不需要维护,减小了整体投资。

1996年8月,在兰州炼化建立了年处理能力为8万吨原料的流化床工艺工业试验装置,并进行了多次工业试验。工试结果证实了该工艺实现工业化的经济合理性。在1999年底,成功得进行了流化床脱蜡工艺第五次工业试验。这次试验对新疆混合原油和青海原油的减压精制油、残渣油等不同原料进行了试

61 2010年38卷第10期广州化工