内外循环超重力装置对润滑油清净剂产品的影响*

韩 韫,代 敏，马忠庭，雷 兵

（中国石油 克拉玛依石化公司 炼油化工研究院，新疆 克拉玛依 834000）

高碱值石油磺酸钙清净剂是内燃机油常用的主要添加剂。近年来，我国年润滑油产量缺口较大，大约50%需从国外进口，急需要提高该类产品的产量、质量和生产技术。

据悉，目前国内外制备润滑油清净剂除成熟的釜式工艺外，用能够极大地强化物料的传质系数，适用于由扩散控制的传质和反应过程，尤其适用于气、液、固多相反应体系。微观混合和传质过程极大地强化，合成的产品颗粒分布均匀，平均粒径可达纳米级，且生产成本低、反应效率高[1]。与釜式技术工艺复杂，过程设备技术要求高，提供碱度的碳酸盐粒径分布不均匀、粒径不够超细化，且工艺过程技术控制较难，不同批次之间重复性差，逐级放大困难，而且产品的稳定性差等相比，超重力技术优势非常明显。

超重力技术应用到强化反应过程，特别是利用超重力旋转床制备反应器当中，ZL20040037885.9公开了一种利用外循环式超重力旋转床反应器制备高碱值石油磺酸钙润滑油清净剂的方法，该外循环式超重力旋转床设备的缺陷是需要另外增设循环物料罐，当输送有毒或腐蚀性液体时，泵的泄漏易造成污染。鉴于以上不利因素，本研究又提出了一种能够使反应物料充分混合，消除反应装置内死角、提高反应效率的内循环超重力反应装置。

1 润滑油清净剂的生产工艺流程

超重力工艺制备高碱值石油磺酸钙的过程为：将石油磺酸铵、促进剂、溶剂、Ca（OH）2等原料在超重力装置中进行中和反应和碳酸化反应，然后进行脱醇水、脱溶剂等后处理，得到高碱值石油磺酸钙润滑油清净剂产品，具体的工艺流程见图1。

图1 超重力工艺制备高碱值石油磺酸钙工艺流程Fig.1 Process chart of preparation of overbased calcium petroleun sulfonate in HIGEEtechnique

2 装置简介

2.1 内循环超重力装置

内循环超重力反应装置见图2。

图2 内循环超重力装置示意图Fig.2 Internal circulation HIGEE experiments

当物料进行混合反应时，启动电机，利用电机轴同时带动自吸式超重力旋转床、搅拌桨同心旋转。物料在搅拌桨作用下进行混合，同时，由于自吸式超重力旋转床旋转，在转子中心处形成负压，使物料经导流筒被抽吸到带有填料层的转子中进行反应，在转子离心力的作用下，物料透过填料层经转子周边的孔被甩至反应釜内壁，并沿壁面流回到反应釜内物料当中，釜内物料再继续通过搅拌桨的搅拌和转子抽吸力的双重作用进一步混合、吸入转子中、甩回到反应器腔体中，物料如此循环反应，直至反应充分后经出料口排出。

2.2 外循环超重力装置

外循环超重力反应装置见图3。

操作时先将液体导向阀关闭，将反应物料混合后倒入搅拌槽中，短时间搅拌后，打开搅拌槽液体出口阀，在液体循环用泵的作用下，通过液体流量计进入旋转床中，液体流量的大小由流量调节阀调节，从旋转床出来的物料，经搅拌槽液体进口阀，进入搅拌槽进行循环。气体由气体流量计从气体入口进入旋转床中，其流量大小由阀门调节，反应后的剩余气体由气体出口排出。整个体系的温度由恒温水槽的水温来调节。

图3 外循环超重力装置示意图Fig.3 External circulation HIGEE experiments

2.3 内、外循环超重力装置的异同点

2.3.1 装置结构 虽然内外循环式超重力装置都能制备出合格的高碱值石油磺酸钙清净剂，但与内循环超重力装置相比，外循环超重力装置系统复杂，需要另外增设循环物料罐，搅拌混合器以及液体物料循环泵，且占地面积大，安装费用高。

2.3.2 反应效率 内循环超重力装置利用同一电机带动自吸式超重力旋转床和搅拌桨同心转动，通过搅拌混合和转子抽吸力的双重作用，实现了物料的均匀混合，解决了釜底反应物料的“死角”问题，提高了物料的利用率，而外循环超重力装置在进行反应过程中，反应釜底存有未完全反应的物料。

3 装置运行效果与讨论

3.1 产品收率的影响

采用内外循环式超重力装置，进行高碱值石油磺酸钙清净剂的试验，根据产品的碱值、粘度、浊度以及试验过程的渣量数据变化特点，结合高碱值石油磺酸钙产品的质量指标，确定高碱值石油磺酸钙试验的碳酸化反应时间适宜为58～62min，在此段时间内切断CO2的供应，终止碳酸化反应，对粗产品进行脱醇水、分离、脱溶剂等处理后，得到高碱值石油磺酸钙润滑油清净剂产品。在试验中，分别采用内外循环式超重力装置进行试验的经济性和产品的部分性质比对见表1。

表1 内外循环式超重力装置对比试验Tab.1 Contrast test of internal and external circulation HIGEE experiments

由表1可见，采用内循环超重力装置生产的高碱值石油磺酸钙，CO2利用率、Ca（OH）2的利用率、产品的收率均比采用外循环超重力装置高。

3.2 反应效果的影响

经过多次的投料运行效果考察，并根据试验过程的实时变化特点，在碳酸化反应终点处及时切断CO2的供应，完成高碱值石油磺酸钙的碳酸化反应过程。对比采用内外循环超重力装置试验过程中，其碱值、粘度等关键指标对应曲线见图4、5。

图4 内外循环试验过程碱值对应曲线Fig.4 Base number curve of internal and external circulation test process

图5 内外循环试验过程粘度对应曲线Fig.5 Viscosity number curve of internal and external circulation test process

从图4、5中可见，用内外循环超重力装置采集的试验数据碱值、粘度的动态变化不大，属于正常波动范围，说明内外循环超重力装置的运行效果基本相当。

3.3 对环境的影响

外循环超重力装置需要另外增设循环物料罐，当输送有毒或腐蚀性液体时，泵的泄漏易造成环境的污染。而内循环超重力装置无需增设其他物料罐和循环泵，物料只在超重力反应釜内进行，不存在物料罐和循环泵的泄漏问题。

4 结论

采用两种超重力的工艺流程进行高碱值石油磺酸钙产品的制备：（1）内循环超重力装置；（2）外内循环超重力装置。并通过内外循环超重力装置的优缺点来阐述内循环超重力装置比外循环超重力装置在原料的利用率，产品的收率上有显著提高，并进一步明确了内外循环超重力装置的运行效果对润滑油清净剂产品以及环境有影响。

［1］代敏，马忠庭，韩韫，等.润滑油清净剂的超重力合成过程及产品性质评定［J］.石油炼制与化工，2008，39（11）:26-29.