沈北、大庆混合减四线脱蜡油NMP精制及选择性系数求取

李晓欧，董国红

（1.东北大学，辽宁 沈阳110006； 2.辽宁石油化工大学，辽宁 抚顺 113001）

沈北、大庆混合减四线脱蜡油NMP精制及选择性系数求取

李晓欧1，董国红2*

（1.东北大学，辽宁 沈阳110006； 2.辽宁石油化工大学，辽宁 抚顺 113001）

以沈北、大庆混合减四线脱蜡油为原料，进行NMP单级抽提试验，借助数学手段得到最优操作条件。NMP精制的最佳操作条件为：剂油比1.38（m/m），抽提温度60.8℃，含水量2.1%。在此操作条件下，精制油的收率为88.74%，60℃折光率为1.4776，黏度指数95.27。采用柱色谱法分析减四线脱蜡油族组成，测出所得四组分黏度指数，并确定理想组分与非理想组分。在此基础上，求得NMP溶剂精制在最优操作条件下的选择性系数为28.30。以相同的试验路线及方法，求得糠醛精制在最优操作条件下的选择性系数β值为20.04，表明NMP确实比糠醛有更好的选择性。

润滑油；溶剂精制；NMP；选择性系数

引 言

在润滑油溶剂精制过程中，N-甲基吡咯烷酮（NMP）比糠醛溶解能力强且选择性高，更适合润滑油原料深度精制的要求[1～2]。同时NMP毒性小、生物分解性优良，有良好的环保性能，被推荐为绿色溶剂[3]。目前我国对于NMP溶剂精制的研究多集中在精制条件和精制油物理性质方面[4]，而对于衡量溶剂优劣的重要参数选择性系数β尚未见于报道。本文以抚顺石油一厂沈北、大庆混合减四线脱蜡油为原料，通过溶剂抽提试验获得部分典型数据，借助数学的手段得到其拟合曲线，并优化求解得到最佳操作条件；通过族组成分析试验最终确定理想组分与非理想组分，从而求出NMP溶剂精制在最优点处的选择性系数值，为与选择性系数相关的理论计算提供有价值的参考。

1 实验部分

1.1 实验原料

某厂减四线（沈北∶大庆=3∶7含一定俄油）脱蜡油。

NMP由南京金龙化工公司生产，该溶剂为工业级，纯度不小于99.5%，20℃密度为1.029 kg/m3，沸点为202℃（常压）。

1.2 试验方法

1.2.1 NMP精制

以NMP为溶剂，对减四线脱蜡油进行单级抽提试验，借助数学的手段得到其拟合曲线，并优化求解得到最佳操作条件。NMP单级抽提试验流程见图1。

图1 NMP单级抽提流程Fig.1 NMP single-stage extraction

1.2.2 选择性系数确定方法

采用柱色谱法分离减四线脱蜡油，得到饱和烃、轻芳烃、中芳烃、重芳烃和胶质含量，测出各组分的黏度指数，并根据各组分对润滑油黏度指数的影响，确定理想组分与非理想组分，计算出最优点处的选择性系数值。

1.3 分析测试标准

（1）黏度：GB265-88

（2）黏度指数：GB1995-88

2 结果与讨论

2.1 NMP溶剂精制

首先进行单因素试验考察，结果表明精制油收率随含水量的增加而增加，随剂油比的增大而减少并随温度的升高而降低，而黏度指数的变化趋势则与之相反。根据各单因素对精制效果影响的趋势，拟定NMP精制正交试验条件，正交试验条件及结果见表1。

表1 NMP精制正交试验条件及结果Table1 The NMP refining conditions and results of orthogonal tests

用极差分析方法分析不同因子水平对精制效果的影响，结果如表2所示。

表2 极差分析Table 2 Range analysis

结果表明各因素对精制效果影响的大小依次为：剂油比＞含水量＞温度。

2.2 NMP精制最佳操作条件的确定

将NMP试样数据，利用高斯-牛顿法进行多元非线性回归得到拟合曲线方程如下：

其中：Y-精制油收率/%

VI-精制油黏度指数

n-精制油折光率，60℃

W-溶剂含水量/%

T-抽提温度/℃

S-剂油比（m/m）

以精制油收率最大为目标函数，约束条件为黏度指数不小于95，其它操作条件在实验范围内，运用罚函数法进行优化求解，即：

解得NMP精制最优操作条件并进行验证试验，优化结果及验证试验结果如表3所示。

表3 优化及验证试验结果Table 3 Optimizing and verifying test results

由表3的结果可以看出，试验值与计算值基本吻合，说明曲线拟合方法及优化方法，在试验条件范围内可行。

2.3 选择性系数β的计算

选择性系数β是衡量溶剂分离能力的重要参数，即溶剂分离非理想组分与理想组分的能力，β值可用于判断抽提过程分离的难易程度。用式6计算β值。

Ar-抽余相中非理想组分的质量百分含量；

Br-抽余相理想组分的质量百分含量；

Ae-抽出相中非理想组分的质量百分含量；

Be-抽出相中理想组分的质量百分含量。

用柱色谱法分析减四线脱蜡油族组成，并测出所得四组分黏度指数如表4所示。

表4 各组分黏度指数Table 4 Viscosity index of each component

根据润滑油黏度指数满足95的要求，由表4判断饱和烃和轻芳烃是理想组分，而中芳烃、重芳烃和胶质是非理想组分。在此基础上，对最优操作条件下的抽余相进行族组成分析，得到理想组分含量Br与非理想组分含量Ar。通过物料衡算求得抽出相中理想组分含量Be与非理想组分含量Ae，所需数据及计算结果见表5。

表5 最佳操作点下收率及各组分含量Table 5 Yield and component content under the best operating point

按式6计算NMP在最优操作条件下的β值分别为28.30。

2.4 与糠醛精制对比

以相同的试验路线及方法，求得糠醛在最优操作条件下的选择性系数β值为20.04。从选择性系数β看，在最优点处NMP的β值（28.30）要大于糠醛的β值（20.04），说明NMP确实比糠醛有更好的选择性。

3 结论

（1）减四线脱蜡油NMP精制过程中，精制油收率随含水量的增加而增加,随剂油比的增大而减少并随温度的升高而降低，而黏度指数的变化趋势则与之相反。各因素对精制效果影响的大小依次为：剂油比＞含水量＞温度。

（2）在满足黏度指数≥95，且收率最大的条件下，得到NMP精制的最佳操作条件为：剂油比1.38（m/m），抽提温度60.8℃,含水量2.1%。在此操作条件下，精制油的收率为88.74%，60℃折光率为1.4776，选择性系数β值为28.30。

（3）在最优点处NMP的β值要大于糠醛的β值，从理论证明NMP确实比糠醛有更好的选择性。

［1］王昌东,郭奇,王利君.润滑油原料溶剂精制技术的发展［J］.当代化工,2004,33（2）：63～65.

［2］李绵北.国外炼油装置生产技术水平［M］.北京：中国石油化工总公司催化裂化情报站,1987.

［3］孟庆宏,张金媛.润滑油NMP精制工艺的研究［J］.石油和化工节能,2007（6）：18～23.

［4］王慧,李晓鸥,刘洁.大庆/沈北减二线馏分油NMP和糠醛精制小试对比［J］.辽宁石油化工大学学报,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

李晓欧（1963-），女，吉林人，教授，研究方向：石油加工工艺研究。

*通讯联系人：董国红，E-mail：dongguohong31@163.com.