[科普中国]-糠醛精制变压器油

工艺发展背景

20世纪50~60年代，酸碱精制工艺是国内生产变压器油的主体工艺，该工艺生产过程简单，易脱除含氧、含硫、含氮化合物1，但生产过程中会产生大量的酸渣、碱渣，对环境造成严重的污染。

70年代以来，溶剂精制和加氢精制得到了较快发展，溶剂精制多以糠醛精制为主，糠醛精制与酸碱精制工艺相比，具有无废、溶剂可循环使用、精制深度可以调节等优点，并且一次性投入低于加氢精制，目前已成为国内生产变压器油的主要工艺。

工艺原理抽提原理

糠醛精制变压器油是采用溶剂萃取精制原理，选用糠醛作为溶剂，利用其对原料油中理想成分与非理想成分溶解度的差异，选择性地从油品中除掉非理想成分，从而改善油品的一些性质。2

糠醛是一种选择性较强而溶解能力较低的溶剂，对原料油馏分中不同的烃类有不同的溶解度，多环短侧链的芳香烃和环烷烃、胶质、硫和氮的化合物等（非理想组分）在糠醛中的溶解度较大，少环长侧链的烃类（理想组分）在糠醛中的溶解度小，利用糠醛的这一性质，使原料油在抽提塔内与糠醛逆流接触，在低于油品临界温度条件下，分出重度不同的两相，然后利用重度差，使非理想组分由抽提塔底流出为抽出液，理想组分由抽提塔顶流出为精制液，分别蒸出溶剂后，即可得到抽出油和精制油。

溶剂回收原理（1）通过蒸发汽提实现糠醛与油的分离

糠醛与油的分离是利用糠醛溶剂的沸点比油的沸点低来实现的。将精制液或抽出液加热后进入各自的蒸发塔，控制温度在糠醛溶剂沸点之上，使糠醛溶剂从塔顶蒸出，塔底分别流出精制油和抽出油。由于精制液中含醛量较少，约含全部溶剂的5%，在一个蒸发汽提塔中即可蒸出溶剂，而抽出液中含醛量较大，约含全部溶剂的95%，故需经三次蒸发后再补充一次蒸发汽提方可蒸出全部溶剂。

（2）通过干燥脱水实现糠醛与水的分离

糠醛与水的分离是利用糠醛与水的共沸物沸点低于相同压力条件下水的沸点来实现的。蒸发塔蒸出醛气中含少量水蒸汽，汽提塔蒸出的水醛气中含水蒸汽较多，经冷却后，均可视为糠醛水溶液引入干燥塔，蒸出大量含醛水蒸汽，从塔顶流出，干燥塔底可得到干糠醛为装置循环溶剂。干燥塔顶流出的含醛水蒸汽经冷却后进糠醛水溶液罐，分离成湿糠醛与含醛水溶液。湿糠醛引入干燥塔，进行循环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脱水塔。脱水塔的主要控制指标是塔顶温度。塔顶温度应高于操作压力下共沸物的沸点，并且低于水的沸点。在此温度条件下由塔底脱出脱醛净水，由塔顶汽提出含醛汽，经冷却后为含醛水溶液进入糠醛水溶液罐构成循环系统，此即为水溶液回收系统的双塔回收溶剂过程。3

影响精制效果的主要因素（1）原料油的性质

糠醛精制是一个物理过程，它不能改变原料油中各物质的化学性质，因而原料油不同，操作条件和产品性质会有所不同。原料油质量对精制效果也有很大影响。

1) 原料中不能含水。含水会降低糠醛溶解能力使精制效果变坏，同时，糠醛易氧化生成糠酸，既腐蚀设备又会结焦堵塞管道而影响开工周期和增加溶剂消耗。

2) 原料油馏分要尽量切割窄一些。因为糠醛对油品的溶解度随油品分子量增大而降低，在一定温度范围内，只利于一定分子量范围的油品溶解，故窄馏份有利于操作。

3) 原料酸值要小。因为糠醛对环烷酸溶解能力差，所需溶剂比大，既影响处理量，又不易使产品合格，同时也易腐蚀设备或结焦。

4) 原料油粘度要在适当范围内，不能过大或过小。如粘度过大，比重差太小，则逆流困难，不易抽提。粘度过小，油醛沸点差太小，不易回收溶剂，其结果会使产品收率、质量及糠醛纯度降低。

5) 原料油中所含脱油溶剂应严格限定在指标内，因其影响糠醛的溶解能力。

（2）温度

糠醛对原料中各组分的溶解能力虽不相同却随温度的升高而增加。当温度较低时，糠醛的溶解能力差，精制深度不够从而使产品收率提高，但质量下降。当温度较高时，产品收率下降，但精制深度提高质量可提高。适当的抽提温度应控制在低于临界溶解度温度20～40℃范围内。

（3）温度梯度

为解决精油收率和精制深度的矛盾，得到质量好收率高的精制油，则在抽提塔内不同部位控制不同的温度，常采用上高下低的温度分布，使塔内沿塔高形成温度差，称为温度梯度。采用较高的塔顶温度来保证精制油的质量。采用较低的塔底温度来保证精制油的收率。但是过高的塔顶温度也会使精制油收率下降，过低的塔底温度则最终导致塔顶精制油质量下降。塔内形成适当的温度梯度后，塔顶糠醛中因较高温度溶解的部分理想组分将随自上而下的温度降低而逐渐析出，形成塔内液相回流与塔内上升的液相接触参与两相间传质，因而适当的温度梯度也会提高抽提的分离效果。较合适的温度梯度为(40～50)℃。

（4）溶剂比

溶剂比是指在单位时间内进入抽提塔的总溶剂量与原料油量之比。在一定温度下，增大溶剂比，糠醛溶解度不变，但因为溶剂量增大，溶解的抽出油量增大，增加了精制深度，提高了精制油质量，但精制油收率下降，装置能耗增加，合适的溶剂比应能满足精制油质量与收率的双重要求。

（5）溶剂含水

水的极性很强，溶剂含水后会明显降低其溶解能力。一般来说溶剂含水后会使选择性有所改善，但溶解能力降低，会使精制总体效果下降，溶剂含水易氧化生成糠酸发生腐蚀，故生产中使用糠醛应注意控制含水量。

（6）界面

原料与溶剂接触后分为两相，两相分界面称为界面。抽提塔内保持一定高度界面，可使抽提段有必需的高度，保证精制液分离，可全浓缩段有必需的高度，保证溶剂有足够时间沉降。界面过高使塔顶抽提段变短，精制液与抽出液不能很好分离，从而影响精制油质量。界面过低，缩短了抽出液在塔内的停留时间，使抽出液中一部分理想组分来不及分出，从而影响精制油收率。3

存在的问题糠醛精制变压器油存在脱酸选择性低的问题，对于酸值大于0.8mgKOH/g的原料油，在较小剂油比下难以满足精制油酸值要求，一般剂油比在3~5才能使精制油酸值达到要求，尤其是近几年来，随着我国重质原油开发规模的扩大，高酸值原油的产量不断增加，导致重馏分油尤其是减压馏分油的酸值急剧增加，直接影响变压器油基础油的后续加工及其产品质量；产品收率低；萃取剂成本和再生能耗高等问题。

针对糠醛精制工艺存在的问题，许多学者在现有的工艺基础上进行了优化研究，例如应用研制的糠醛复合剂对原料油进行萃取精制，取得了满意的效果。4