沈北、大慶混合減四線脫蠟油NMP精制及選擇性系數(shù)求取

李曉歐，董國紅

（1.東北大學(xué)，遼寧 沈陽110006； 2.遼寧石油化工大學(xué)，遼寧 撫順 113001）

沈北、大慶混合減四線脫蠟油NMP精制及選擇性系數(shù)求取

李曉歐1，董國紅2*

（1.東北大學(xué)，遼寧 沈陽110006； 2.遼寧石油化工大學(xué)，遼寧 撫順 113001）

以沈北、大慶混合減四線脫蠟油為原料，進(jìn)行NMP單級(jí)抽提試驗(yàn)，借助數(shù)學(xué)手段得到最優(yōu)操作條件。NMP精制的最佳操作條件為：劑油比1.38（m/m），抽提溫度60.8℃，含水量2.1%。在此操作條件下，精制油的收率為88.74%，60℃折光率為1.4776，黏度指數(shù)95.27。采用柱色譜法分析減四線脫蠟油族組成，測(cè)出所得四組分黏度指數(shù)，并確定理想組分與非理想組分。在此基礎(chǔ)上，求得NMP溶劑精制在最優(yōu)操作條件下的選擇性系數(shù)為28.30。以相同的試驗(yàn)路線及方法，求得糠醛精制在最優(yōu)操作條件下的選擇性系數(shù)β值為20.04，表明NMP確實(shí)比糠醛有更好的選擇性。

潤滑油；溶劑精制；NMP；選擇性系數(shù)

引 言

在潤滑油溶劑精制過程中，N-甲基吡咯烷酮（NMP）比糠醛溶解能力強(qiáng)且選擇性高，更適合潤滑油原料深度精制的要求[1～2]。同時(shí)NMP毒性小、生物分解性優(yōu)良，有良好的環(huán)保性能，被推薦為綠色溶劑[3]。目前我國對(duì)于NMP溶劑精制的研究多集中在精制條件和精制油物理性質(zhì)方面[4]，而對(duì)于衡量溶劑優(yōu)劣的重要參數(shù)選擇性系數(shù)β尚未見于報(bào)道。本文以撫順石油一廠沈北、大慶混合減四線脫蠟油為原料，通過溶劑抽提試驗(yàn)獲得部分典型數(shù)據(jù)，借助數(shù)學(xué)的手段得到其擬合曲線，并優(yōu)化求解得到最佳操作條件；通過族組成分析試驗(yàn)最終確定理想組分與非理想組分，從而求出NMP溶劑精制在最優(yōu)點(diǎn)處的選擇性系數(shù)值，為與選擇性系數(shù)相關(guān)的理論計(jì)算提供有價(jià)值的參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

某廠減四線（沈北∶大慶=3∶7含一定俄油）脫蠟油。

NMP由南京金龍化工公司生產(chǎn)，該溶劑為工業(yè)級(jí)，純度不小于99.5%，20℃密度為1.029 kg/m3，沸點(diǎn)為202℃（常壓）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 NMP精制

以NMP為溶劑，對(duì)減四線脫蠟油進(jìn)行單級(jí)抽提試驗(yàn)，借助數(shù)學(xué)的手段得到其擬合曲線，并優(yōu)化求解得到最佳操作條件。NMP單級(jí)抽提試驗(yàn)流程見圖1。

圖1 NMP單級(jí)抽提流程Fig.1 NMP single-stage extraction

1.2.2 選擇性系數(shù)確定方法

采用柱色譜法分離減四線脫蠟油，得到飽和烴、輕芳烴、中芳烴、重芳烴和膠質(zhì)含量，測(cè)出各組分的黏度指數(shù)，并根據(jù)各組分對(duì)潤滑油黏度指數(shù)的影響，確定理想組分與非理想組分，計(jì)算出最優(yōu)點(diǎn)處的選擇性系數(shù)值。

1.3 分析測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

（1）黏度：GB265-88

（2）黏度指數(shù)：GB1995-88

2 結(jié)果與討論

2.1 NMP溶劑精制

首先進(jìn)行單因素試驗(yàn)考察，結(jié)果表明精制油收率隨含水量的增加而增加，隨劑油比的增大而減少并隨溫度的升高而降低，而黏度指數(shù)的變化趨勢(shì)則與之相反。根據(jù)各單因素對(duì)精制效果影響的趨勢(shì)，擬定NMP精制正交試驗(yàn)條件，正交試驗(yàn)條件及結(jié)果見表1。

表1 NMP精制正交試驗(yàn)條件及結(jié)果Table1 The NMP refining conditions and results of orthogonal tests

用極差分析方法分析不同因子水平對(duì)精制效果的影響，結(jié)果如表2所示。

表2 極差分析Table 2 Range analysis

結(jié)果表明各因素對(duì)精制效果影響的大小依次為：劑油比＞含水量＞溫度。

2.2 NMP精制最佳操作條件的確定

將NMP試樣數(shù)據(jù)，利用高斯-牛頓法進(jìn)行多元非線性回歸得到擬合曲線方程如下：

其中：Y-精制油收率/%

VI-精制油黏度指數(shù)

n-精制油折光率，60℃

W-溶劑含水量/%

T-抽提溫度/℃

S-劑油比（m/m）

以精制油收率最大為目標(biāo)函數(shù)，約束條件為黏度指數(shù)不小于95，其它操作條件在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，運(yùn)用罰函數(shù)法進(jìn)行優(yōu)化求解，即：

解得NMP精制最優(yōu)操作條件并進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，優(yōu)化結(jié)果及驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 優(yōu)化及驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Optimizing and verifying test results

由表3的結(jié)果可以看出，試驗(yàn)值與計(jì)算值基本吻合，說明曲線擬合方法及優(yōu)化方法，在試驗(yàn)條件范圍內(nèi)可行。

2.3 選擇性系數(shù)β的計(jì)算

選擇性系數(shù)β是衡量溶劑分離能力的重要參數(shù)，即溶劑分離非理想組分與理想組分的能力，β值可用于判斷抽提過程分離的難易程度。用式6計(jì)算β值。

Ar-抽余相中非理想組分的質(zhì)量百分含量；

Br-抽余相理想組分的質(zhì)量百分含量；

Ae-抽出相中非理想組分的質(zhì)量百分含量；

Be-抽出相中理想組分的質(zhì)量百分含量。

用柱色譜法分析減四線脫蠟油族組成，并測(cè)出所得四組分黏度指數(shù)如表4所示。

表4 各組分黏度指數(shù)Table 4 Viscosity index of each component

根據(jù)潤滑油黏度指數(shù)滿足95的要求，由表4判斷飽和烴和輕芳烴是理想組分，而中芳烴、重芳烴和膠質(zhì)是非理想組分。在此基礎(chǔ)上，對(duì)最優(yōu)操作條件下的抽余相進(jìn)行族組成分析，得到理想組分含量Br與非理想組分含量Ar。通過物料衡算求得抽出相中理想組分含量Be與非理想組分含量Ae，所需數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果見表5。

表5 最佳操作點(diǎn)下收率及各組分含量Table 5 Yield and component content under the best operating point

按式6計(jì)算NMP在最優(yōu)操作條件下的β值分別為28.30。

2.4 與糠醛精制對(duì)比

以相同的試驗(yàn)路線及方法，求得糠醛在最優(yōu)操作條件下的選擇性系數(shù)β值為20.04。從選擇性系數(shù)β看，在最優(yōu)點(diǎn)處NMP的β值（28.30）要大于糠醛的β值（20.04），說明NMP確實(shí)比糠醛有更好的選擇性。

3 結(jié)論

（1）減四線脫蠟油NMP精制過程中，精制油收率隨含水量的增加而增加,隨劑油比的增大而減少并隨溫度的升高而降低，而黏度指數(shù)的變化趨勢(shì)則與之相反。各因素對(duì)精制效果影響的大小依次為：劑油比＞含水量＞溫度。

（2）在滿足黏度指數(shù)≥95，且收率最大的條件下，得到NMP精制的最佳操作條件為：劑油比1.38（m/m），抽提溫度60.8℃,含水量2.1%。在此操作條件下，精制油的收率為88.74%，60℃折光率為1.4776，選擇性系數(shù)β值為28.30。

（3）在最優(yōu)點(diǎn)處NMP的β值要大于糠醛的β值，從理論證明NMP確實(shí)比糠醛有更好的選擇性。

［1］王昌東,郭奇,王利君.潤滑油原料溶劑精制技術(shù)的發(fā)展［J］.當(dāng)代化工,2004,33（2）：63～65.

［2］李綿北.國外煉油裝置生產(chǎn)技術(shù)水平［M］.北京：中國石油化工總公司催化裂化情報(bào)站,1987.

［3］孟慶宏,張金媛.潤滑油NMP精制工藝的研究［J］.石油和化工節(jié)能,2007（6）：18～23.

［4］王慧,李曉鷗,劉潔.大慶/沈北減二線餾分油NMP和糠醛精制小試對(duì)比［J］.遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報(bào),2006,26（3）：19～22.

NMP Refining of the Blended Oil of Shenbei and Daqing VGO-4 Oil and the Determination of Its Selectivity Coefficient

LI Xiao-ou，and DONG Guo-hong2
（1.Northeastern University,Shenyang 110006,China;2.Liaoning Shihua University,Fushun 113001,China）

The NMP single-stage tests are proceed with the blended oil of Shenbei and Daqing VGO-4 oil as raw materials,the mathematical methods is used to obtain the best operating conditions.The best operating conditions of NMP refining are as follows：the ratio of solvent to oil is 1.38（m/m）,the extraction temperature is 60.8℃ and the moisture content is 2.1%.Under those operating conditions,the yield of refining oil is 88.74%,the RI at 60℃is 1.4776 and the viscosity index is 95.27.The group compositions of VGO-4 are analyzed by silica gel column chromatography,the viscosity index of four components is determined and the ideal and non-ideal components are confirmed.Based on these,the selectivity coefficient（β）about NMP-solvent refining obtained under the best operating conditions is 28.30.Selectivity coefficient （β）about furfural-solvent refining under the best operating conditions is also acquired with the same experiment route and methods which is 20.04.It is proved that NMP has better selectivity than furfural.

Lubricating oil;solvent refine;NMP;selectivity coefficient

TE 624.5

A

1001-0017（2011）03-0034-03

2010-10-13

李曉歐（1963-），女，吉林人，教授，研究方向：石油加工工藝研究。

*通訊聯(lián)系人：董國紅，E-mail：dongguohong31@163.com.