[科普中國(guó)]-糠醛精制變壓器油

工藝發(fā)展背景

20世紀(jì)50~60年代，酸堿精制工藝是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)變壓器油的主體工藝，該工藝生產(chǎn)過程簡(jiǎn)單，易脫除含氧、含硫、含氮化合物1，但生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的酸渣、堿渣，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。

70年代以來，溶劑精制和加氫精制得到了較快發(fā)展，溶劑精制多以糠醛精制為主，糠醛精制與酸堿精制工藝相比，具有無(wú)廢、溶劑可循環(huán)使用、精制深度可以調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，并且一次性投入低于加氫精制，目前已成為國(guó)內(nèi)生產(chǎn)變壓器油的主要工藝。

工藝原理抽提原理

糠醛精制變壓器油是采用溶劑萃取精制原理，選用糠醛作為溶劑，利用其對(duì)原料油中理想成分與非理想成分溶解度的差異，選擇性地從油品中除掉非理想成分，從而改善油品的一些性質(zhì)。2

糠醛是一種選擇性較強(qiáng)而溶解能力較低的溶劑，對(duì)原料油餾分中不同的烴類有不同的溶解度，多環(huán)短側(cè)鏈的芳香烴和環(huán)烷烴、膠質(zhì)、硫和氮的化合物等（非理想組分）在糠醛中的溶解度較大，少環(huán)長(zhǎng)側(cè)鏈的烴類（理想組分）在糠醛中的溶解度小，利用糠醛的這一性質(zhì)，使原料油在抽提塔內(nèi)與糠醛逆流接觸，在低于油品臨界溫度條件下，分出重度不同的兩相，然后利用重度差，使非理想組分由抽提塔底流出為抽出液，理想組分由抽提塔頂流出為精制液，分別蒸出溶劑后，即可得到抽出油和精制油。

溶劑回收原理（1）通過蒸發(fā)汽提實(shí)現(xiàn)糠醛與油的分離

糠醛與油的分離是利用糠醛溶劑的沸點(diǎn)比油的沸點(diǎn)低來實(shí)現(xiàn)的。將精制液或抽出液加熱后進(jìn)入各自的蒸發(fā)塔，控制溫度在糠醛溶劑沸點(diǎn)之上，使糠醛溶劑從塔頂蒸出，塔底分別流出精制油和抽出油。由于精制液中含醛量較少，約含全部溶劑的5%，在一個(gè)蒸發(fā)汽提塔中即可蒸出溶劑，而抽出液中含醛量較大，約含全部溶劑的95%，故需經(jīng)三次蒸發(fā)后再補(bǔ)充一次蒸發(fā)汽提方可蒸出全部溶劑。

（2）通過干燥脫水實(shí)現(xiàn)糠醛與水的分離

糠醛與水的分離是利用糠醛與水的共沸物沸點(diǎn)低于相同壓力條件下水的沸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的。蒸發(fā)塔蒸出醛氣中含少量水蒸汽，汽提塔蒸出的水醛氣中含水蒸汽較多，經(jīng)冷卻后，均可視為糠醛水溶液引入干燥塔，蒸出大量含醛水蒸汽，從塔頂流出，干燥塔底可得到干糠醛為裝置循環(huán)溶劑。干燥塔頂流出的含醛水蒸汽經(jīng)冷卻后進(jìn)糠醛水溶液罐，分離成濕糠醛與含醛水溶液。濕糠醛引入干燥塔，進(jìn)行循環(huán)干燥并蒸出含醛水蒸汽，而糠醛水溶液罐中的含醛水溶液引入脫水塔。脫水塔的主要控制指標(biāo)是塔頂溫度。塔頂溫度應(yīng)高于操作壓力下共沸物的沸點(diǎn)，并且低于水的沸點(diǎn)。在此溫度條件下由塔底脫出脫醛凈水，由塔頂汽提出含醛汽，經(jīng)冷卻后為含醛水溶液進(jìn)入糠醛水溶液罐構(gòu)成循環(huán)系統(tǒng)，此即為水溶液回收系統(tǒng)的雙塔回收溶劑過程。3

影響精制效果的主要因素（1）原料油的性質(zhì)

糠醛精制是一個(gè)物理過程，它不能改變?cè)嫌椭懈魑镔|(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，因而原料油不同，操作條件和產(chǎn)品性質(zhì)會(huì)有所不同。原料油質(zhì)量對(duì)精制效果也有很大影響。

1) 原料中不能含水。含水會(huì)降低糠醛溶解能力使精制效果變壞，同時(shí)，糠醛易氧化生成糠酸，既腐蝕設(shè)備又會(huì)結(jié)焦堵塞管道而影響開工周期和增加溶劑消耗。

2) 原料油餾分要盡量切割窄一些。因?yàn)榭啡?duì)油品的溶解度隨油品分子量增大而降低，在一定溫度范圍內(nèi)，只利于一定分子量范圍的油品溶解，故窄餾份有利于操作。

3) 原料酸值要小。因?yàn)榭啡?duì)環(huán)烷酸溶解能力差，所需溶劑比大，既影響處理量，又不易使產(chǎn)品合格，同時(shí)也易腐蝕設(shè)備或結(jié)焦。

4) 原料油粘度要在適當(dāng)范圍內(nèi)，不能過大或過小。如粘度過大，比重差太小，則逆流困難，不易抽提。粘度過小，油醛沸點(diǎn)差太小，不易回收溶劑，其結(jié)果會(huì)使產(chǎn)品收率、質(zhì)量及糠醛純度降低。

5) 原料油中所含脫油溶劑應(yīng)嚴(yán)格限定在指標(biāo)內(nèi)，因其影響糠醛的溶解能力。

（2）溫度

糠醛對(duì)原料中各組分的溶解能力雖不相同卻隨溫度的升高而增加。當(dāng)溫度較低時(shí)，糠醛的溶解能力差，精制深度不夠從而使產(chǎn)品收率提高，但質(zhì)量下降。當(dāng)溫度較高時(shí)，產(chǎn)品收率下降，但精制深度提高質(zhì)量可提高。適當(dāng)?shù)某樘釡囟葢?yīng)控制在低于臨界溶解度溫度20～40℃范圍內(nèi)。

（3）溫度梯度

為解決精油收率和精制深度的矛盾，得到質(zhì)量好收率高的精制油，則在抽提塔內(nèi)不同部位控制不同的溫度，常采用上高下低的溫度分布，使塔內(nèi)沿塔高形成溫度差，稱為溫度梯度。采用較高的塔頂溫度來保證精制油的質(zhì)量。采用較低的塔底溫度來保證精制油的收率。但是過高的塔頂溫度也會(huì)使精制油收率下降，過低的塔底溫度則最終導(dǎo)致塔頂精制油質(zhì)量下降。塔內(nèi)形成適當(dāng)?shù)臏囟忍荻群螅斂啡┲幸蜉^高溫度溶解的部分理想組分將隨自上而下的溫度降低而逐漸析出，形成塔內(nèi)液相回流與塔內(nèi)上升的液相接觸參與兩相間傳質(zhì)，因而適當(dāng)?shù)臏囟忍荻纫矔?huì)提高抽提的分離效果。較合適的溫度梯度為(40～50)℃。

（4）溶劑比

溶劑比是指在單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入抽提塔的總?cè)軇┝颗c原料油量之比。在一定溫度下，增大溶劑比，糠醛溶解度不變，但因?yàn)槿軇┝吭龃?，溶解的抽出油量增大，增加了精制深度，提高了精制油質(zhì)量，但精制油收率下降，裝置能耗增加，合適的溶劑比應(yīng)能滿足精制油質(zhì)量與收率的雙重要求。

（5）溶劑含水

水的極性很強(qiáng)，溶劑含水后會(huì)明顯降低其溶解能力。一般來說溶劑含水后會(huì)使選擇性有所改善，但溶解能力降低，會(huì)使精制總體效果下降，溶劑含水易氧化生成糠酸發(fā)生腐蝕，故生產(chǎn)中使用糠醛應(yīng)注意控制含水量。

（6）界面

原料與溶劑接觸后分為兩相，兩相分界面稱為界面。抽提塔內(nèi)保持一定高度界面，可使抽提段有必需的高度，保證精制液分離，可全濃縮段有必需的高度，保證溶劑有足夠時(shí)間沉降。界面過高使塔頂抽提段變短，精制液與抽出液不能很好分離，從而影響精制油質(zhì)量。界面過低，縮短了抽出液在塔內(nèi)的停留時(shí)間，使抽出液中一部分理想組分來不及分出，從而影響精制油收率。3

存在的問題糠醛精制變壓器油存在脫酸選擇性低的問題，對(duì)于酸值大于0.8mgKOH/g的原料油，在較小劑油比下難以滿足精制油酸值要求，一般劑油比在3~5才能使精制油酸值達(dá)到要求，尤其是近幾年來，隨著我國(guó)重質(zhì)原油開發(fā)規(guī)模的擴(kuò)大，高酸值原油的產(chǎn)量不斷增加，導(dǎo)致重餾分油尤其是減壓餾分油的酸值急劇增加，直接影響變壓器油基礎(chǔ)油的后續(xù)加工及其產(chǎn)品質(zhì)量；產(chǎn)品收率低；萃取劑成本和再生能耗高等問題。

針對(duì)糠醛精制工藝存在的問題，許多學(xué)者在現(xiàn)有的工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化研究，例如應(yīng)用研制的糠醛復(fù)合劑對(duì)原料油進(jìn)行萃取精制，取得了滿意的效果。4