变压器油,工业白油,抗磨液压油专业厂家—淄博勤润

0 引 言
近年来随着全球电力消耗的增加和工业化程度的提高导致电力需求增加，全球变压器市场正在加速发展。变压器油是电力变压器中最重要的绝缘介质，是用于变压器、电抗器、互感器、套管、油开关等充油电器设备中，起绝缘、冷却和灭弧作用的液体绝缘材料，其质量的优良直接决定了发、供电设备的安全和稳定运作[1-2]。环烷基油因其适宜的溶解性能、良好的低温性能、较低的高温粘度、优良的抗氧化及抗热老化安定性以及优异的电气性能[2-6]，成为国内外大型变压器油供应商生产变压器油的主要原料。
煤直接液化加氢稳定油是煤直接液化反应单元产品油进行加氢精制处理后的产物[7-9]，采用加氢工艺进行加工后的产物中环烷烃的含量最高可达80%以上[10-11]。同时，加氢产物中几乎不含硫、氮等杂原子及三环（及以上）芳烃，是一种生产环烷基变压器基础油的原料。目前煤直接液油高附加值产品开发技术主要集中在工业白油、轻质白油、清洁柴油、特种燃料[11-14]等领域，而特种油品配套制备技术相对空缺。
顺应我国能源转型发展大势，推动“油转特”的步伐，开发以煤直接液油为原料的变压器油制备技术不仅有利于缓解国内环烷基原油紧缺的现状[3]、拓宽环烷基变压器油原料来源，还有助于推动煤直接液化产品结构调整、提升产业竞争力。
本研究以煤直接液化加氢稳定油为原料，依次采用加氢精制、异构降凝、蒸馏切割的制备工艺，最终制备得到变压器油。这是首次以煤直接液化过程油为原料成功制备出满足标准的变压器油产品，该工艺技术的开发延伸了煤直接液化产品的产业链，提高了煤直接液化产业的经济性。
1实验部分
1.1原料油
以神华鄂尔多斯煤制油化工公司煤直接液化装置加氢稳定单元产加氢稳定油为实验原料，其性质和烃类组成如表1所示。
1.2 工艺路线
①催化加氢：首先采用神华上海研究院300 mL连续加氢实验装置开展原料油的一段加氢精制实验，以达到部分芳烃饱和、脱硫脱氮的效果；再采用神华上海研究院30 mL连续加氢实验装置对一段加氢反应后的产品油开展二段加氢异构实验，以达到降低油品倾点的效果；一段加氢精制实验采用中国石油化工科学院研究开发的镍-钼系加氢催化剂RNC-2，二段加氢异构实验采用中海油天津化工研究设计院开发的镍-钨系加氢催化剂THDW-5。
②蒸馏切割：采用沈阳施博达仪器仪表有限公司生产的3 L实沸点蒸馏装置对二段加氢后的产品油进行切割，得到窄馏分油。
1.3 分析仪器
油品密度采用Anton Paar DMA35型便携式密度计测量，测试温度20℃；油品黏度采用Anton Paar SVM 300型黏度仪测量，测试温度40 ℃；油品烃类组成采用Agilent 7890A-5975C气相色谱/质谱仪分析，HP-5弱极性毛细管柱，氦气载气，柱流量1.0 mL/min；油品中硫氮元素含量采用Analytik Jena AG multi EA 5000元素分析仪进行测量；油品倾点采用上海昌吉SYD-510D倾点测定仪进行测量；变压器油氧化安定性采用YG-1013自动氧化安定性测试仪，其中添加的抗氧剂为2,6-二叔丁基对甲酚（添加量为0.4wt%）。
2 结果与讨论
2.1 一段加氢实验
一段加氢实验在300 mL加氢实验装置上实施，该装置设有两个串联的固定床反应器，每个反应器的等温段体积为350mL，设计压力为20 MPa，进油量50 mL/h～500mL/h，反应器设计温度450℃，氢气和原料油均为一次通过，装置设有稳定塔，可气提操作。实验装置工艺流程如图1所示。
由表2可以看出，所考察的5组加氢实验的物料衡算均在97%以上；反应过程中的氢耗为1.45%~2.52%，且氢耗随着反应温度升高、体积空速降低而逐渐升高，说明升高反应温度、降低体积空速，均会使加氢反应深度增大、耗氢量增大，同时伴有气产率增大。
随后对5组不同反应条件下的一段加氢产物的基础物性进行了分析，结果如表3所示。
由表3可以看出，不同反应条件的一段加氢精制反应产品油的密度、运动黏度较原料油均略微降低，且随着反应温度升高、体积空速降低而逐渐降低；同时，从硫、氮元素分析结果可以看出，煤直接液化加氢稳定油经一段加氢精制反应后，产品油中的硫、氮元素含量均出现了明显的降低，反应脱氮率均大于96%、脱硫率均大于60%，且产品油中硫、氮含量均可控制在10 mg/L以下。由此可见，加氢精制催化剂RNC-2对煤直接液化加氢稳定油的具有良好的脱硫、脱氮效果。最后，对不同反应条件加氢精制产品油的烃类组成进行了分析，结果如表4所示。
由表4可以看出，原料油经不同工艺条件加氢精制处理后，加氢产品油中环烷烃含量明显增大、总芳烃含量明显降低、而链烷烃含量变化不大；当升高加氢反应温度，总环烷烃含量逐渐增大、总芳烃含量逐渐减少，当体积空速为0.6/h，反应温度为380℃时，加氢产品油中芳烃含量由65.3%降低到11.9%，环烷烃含量由25.4%增大到79.0%，说明升高反应温度有利于加氢反应中的芳烃饱和生成环烷烃。
为了更直观分析煤直接液化加氢稳定油加氢精制反应过程中不同芳烃的转化情况，分别对不同反应条件下单环芳烃、双环芳烃、多环芳烃以及总芳烃的转化率进行了计算[15]，分别采用公式（1）~公式（4）计算单环芳烃、双环芳烃、多环芳烃和总芳烃的饱和率。
式（1）~式（4）中CA1,R，CA2,R，CA3,R，CAt,R分别指加氢反应过程单环芳烃饱和率、双环芳烃饱和率、多环芳烃饱和率以及总芳烃饱和率；WA1,feed，WA2,feed，WA3,feed，WAt,feed分别为原料油中单环芳烃、双环芳烃、多环芳烃以及总芳烃质量分数；WA1，product、WA2,product、WA3,product、不同反应条件一段加氢精制反应中不同芳烃转化率变化规律结果如图2所示。
Fig.2 Aromatics saturation rate of first stage hydrogenated product oil under different reaction conditions
从不同反应条件加氢精制反应中不同芳烃饱和率数据可以看出，多环芳烃的饱和率最高，其次是双环芳烃，单环芳烃最低，这是由于在芳烃加氢饱和反应中，多环芳烃第一个环加氢的平衡常数最大，第二个环加氢的平衡常数次之，全部芳环加氢的平衡常数最小，所以多环芳烃的加氢速率速率比单环芳烃快得多[16]。同时，各芳烃以及总芳烃饱和率均随反应温度的升高、反应体积空速的降低而增大，当反应温度从360℃增大到380℃时，总芳烃转化率从70.7%增大到81.3%，其中，单环芳烃转化率从66.1%增大到77.8%，双环芳烃转化率从85.1%增大到92.0%，多环芳烃转化率从80.0%增大到86.7%；当体积空速从0.3/h增大0.9/h，总芳烃转化率从70.7%降低到34.33%，单环芳烃转化率从66.1%降低到28.1%，双环芳烃转化率从85.1%降低到54.3%，多环芳烃转化率从80%降低到73%。
2.2 二段加氢实验
异构降凝反应是在一定的氢分压下，利用具有特殊孔径的分子筛催化剂，将原料油中的直链烷烃、少量带侧链的环烷烃择形裂解，使馏分油凝点降低。从一段加氢精制实验结果可以看出，不同反应条件加氢产物的倾点变化不大，为了改善其低温性能，以一段加氢精制产品油JH-1为原料，采用中海油加氢异构剂THDW-5，在30 mL连续加氢实验装置上实施二段加氢异构实验。该加氢装置设有两个连续固定床反应器串联，每个反应器的等温段装填量为60mL，系统操作压力20.0MPa，进油量20mL/h~80mL/h，反应器设计温度500℃，氢气和原料油均采用一次通过流程，装置的低压系统中设有稳定塔，稳定塔可气提操作，实验装置工艺流程如图3所示。
由表5可以看出，在异构催化剂THDW-5作用下，经过二段加氢反应后的产品油倾点明显降低，由-12℃降低到-45℃，硫、氮元素也有明显降低、均可控制在1 mg/L以下；同时，经二段加氢反应后，加氢产品油中环烷烃含量明显升高、各芳烃含量均有明显降低，链烷烃有也有明显降低，这是由于加氢异构剂THDW-5对原料油不仅具有异构作用同时具有轻微的裂化作用，在反应过程中可能环烷烃部分侧链发生了断链，同时部分链烷烃也发生断链，这也是导致反应过程气产率较高的原因。
2.3 蒸馏切割
随后采用实沸点蒸馏装置（SBD-VIII-3L，沈阳施博达）对二段加氢反应产品油进行了切割，取其中馏程范围在280 ℃~295 ℃的窄馏分油即得最终变压器油，将其物性分析结果与GB 2536标准中变压器油指标进行对比，结果如表6所示。
由表6可知，该产品的功能特性、精制/稳定特性均已满足标准要求，且与其他环烷基变压器油产品的典型物性数据相比，该产品运动粘度偏低、密度偏大；从运行特性可以看出，添加0.4%抗氧剂后，120℃运转500h后，其介质损耗因数为0.0237、总酸值0.16mg/g、油泥＜0.01，均满足I-30℃普通变压器油标准指标要求；综合以上物性数据可以得出，以煤直接液化加氢稳定油为原料采用该工艺可以生产出I-30 ℃普通变压器油产品。该技术的开发不仅有利于拓宽环烷基变压器油的原料来源，还提高了煤直接液化油的附加值和下游产品链。
3 结 论
1）一段加氢反应采用RNC-2为催化剂，反应温度在360℃~380℃范围内，随温度升高，加氢产品油密度逐渐降低，加氢反应氢耗为1.45%~2.52%，气产率为0.16%~0.68%，且加氢反应的氢耗和气产率均随反应温度的升高、体积空速的降低而增大。
2）一段加氢反应中，各芳烃饱和率均随反应温度的升高而升高、随体积空速的增大而降低，且多环芳烃饱和率＞双环芳烃饱和率＞单环芳烃饱和率，同时，各芳烃以及总芳烃饱和率均随反应温度的升高、反应体积空速的降低而增大。
3）二段加氢反应采用THDW-5为催化剂，当反应压力15 MPa、反应温度350℃、体积空速1.2/h条件下，加氢产品油的倾点明显降低，由-12℃降低到-45℃，硫、氮元素含量均＜1mg/L。
4）采用实沸点蒸馏装置对二段加氢产品进行窄馏分切割，得到的280 ℃~290 ℃窄馏分物性参数满足I-30℃变压器油产品标准。
创新点 本研究首次采用煤直接液化加氢稳定油为原料，依次通过加氢精制、异构降凝、馏分切割等加工工艺，考察了不同加氢工艺条件对产品基础物性及烃结构组成的影响，最终制备得到满足标准的变压器油产品；本文探索了煤直接液化油制备变压器的技术可行性并解析了煤基变压器油产品的物性特点，对拓展煤直接液化油下游高附加值产品提供了技术支持和数据支撑。