环烷基轻质馏分油抽出油生产变压器油的工艺研究

杨文中，秦一鸣，蔡烈奎

(1.中海石油炼化有限责任公司，北京 100029；2.中海油炼油化工科学研究院)

由于电力工业发展迅速，给变压器行业带来前所未有的发展机遇，中国变压器年产量已占世界总产量的一半左右，变压器油的市场需求亦随之快速增长。与国际接轨的变压器油新标准GB 2536—2011《电工流体 变压器和开关用的未使用过的矿物绝缘油》2012年已实施，对变压器油的质量提出了更高的要求。随着变压器油标准修订，超高压、特高压变压器油的应用，环烷基变压器油逐渐成为变压器油市场主流产品。

中国海洋石油集团有限公司(中海油)拥有丰富的环烷基原油资源，其轻质馏分是生产变压器油基础油的良好原料，但采用传统加工工艺(加氢脱酸-糠醛精制-白土补充精制)时，由于糠醛精制工艺在生产变压器油基础油时，会副产大量的抽出油(一般占原料质量的25%～40%)，抽出油的芳烃含量高、氮含量和硫含量也很高，因此附加值很低，严重影响润滑油生产装置的整体经济效益[1]。

电压等级较高的大、中型变压器用变压器油(高端变压器油)，大部分会要求变压器油的析气性指标为负值(如国家电网对此有明确要求)，而工业装置生产的具备良好氧化安定性的基础油，析气速率测定值通常为正值，高压加氢装置生产的优质变压器油基础油，析气速率甚至达到+40 μLmin以上，因此需要向基础油中添加价格昂贵的特定芳烃(如国外进口的烷基苯类添加剂，售价在30 000元t左右)，来改善变压器油的析气性[2-7]。

本课题针对环烷基轻质馏分的综合利用进行深入的研究，特别是利用劣质抽出油，经适当的加工工艺，考察生产高附加值变压器油抗析气性调合组分的可行性，以合理利用宝贵的环烷基原油资源。

1 实 验

1.1 原 料

原料为中海油自产的绥中36-1(SZ36-1)原油的轻质馏分，取自中海沥青股份有限公司工业装置，主要性质如表1所示。

表1 SZ36-1轻质馏分油主要性质

由表1可知：SZ36-1轻质馏分油密度大、芳烃和硫含量较高、倾点低，是典型的环烷基馏分油。

1.2 试验装置

加氢脱酸试验采用固定床加氢试验装置，1个反应器，催化剂最大装填量为200 mL，氢气采用电解氢，氢纯度不低于99.99%，新氢一次通过。

加氢处理-加氢补充精制试验采用固定床加氢试验装置，两个反应器串联，分别装填加氢处理催化剂和补充精制催化剂，单个反应器催化剂最大装填量为200 mL，氢气采用电解氢，氢纯度不低于99.99%，新氢一次通过。

加氢处理采用钼-钨-镍型加氢处理催化剂，加氢脱酸和加氢补充精制采用钼-镍型加氢催化剂，所有产品均为市售工业产品。

糠醛精制试验采用连续式单塔溶剂精制试验装置，处理能力为1 kgh，萃取塔内装有散堆填料，理论萃取段数为4段。液相脱氮试验采用间歇式反应釜试验装置，单次进料3～5 kg。白土精制试验采用间歇式反应釜试验装置，单次进料3～5 kg。

2 结果与讨论

2.1 现有工艺试验

以SZ36-1轻质馏分油为原料，经加氢脱酸-溶剂精制-白土补充精制得到的变压器油基础油和抽出油的主要性质见表2和表3。

表2 变压器油基础油主要性质

由表2数据可知，采用传统的加工工艺，利用SZ36-1轻质馏分油可以得到优质的变压器油基础油。由表3数据可知，糠醛装置副产的抽出油芳烃含量高，氮含量和硫含量均较高，如果用其生产清洁柴油难度较大。

表3 抽出油主要性质

2.2 抽出油制备变压器油抗析气性调合组分

要想使抗析气性调合组分具备优良的氧化安定性，必须具备较低的硫含量和极低的氮含量。虽然GB 2536—2011中对特殊变压器油的硫质量分数限定为小于1 500 μgg，但实际应用中部分非腐蚀性硫在电场作用下，会转化成腐蚀性硫，因此客户一般希望变压器油具有较低的硫含量；国内超高压变压器油主要由中国石油克拉玛依石化分公司供应，其硫质量分数在150 μgg左右，氮质量分数小于2 μgg。因为抗析气性调合组分必须具备极高的芳烃，难以将硫、氮含量降至高端变压器油的水平，且加入量较小，所以研究过程中对硫、氮含量适当放宽，同时单环和双环芳烃含量越高抗析气性越好。根据GB 2536—2011对特殊变压器油的硫含量要求，结合多年生产变压器油的实际经验，将抗析气性调合组分的硫质量分数定为小于300 μgg，氮质量分数定为小于10 μgg。

2.2.1络合脱氮-白土精制-加氢处理-加氢补充精制组合工艺为降低加氢反应的苛刻度以及更多的保留抽出油中的芳烃，试验采用络合脱氮-白土精制工艺对抽出油进行预处理，脱除抽出油中的氮化物，主要数据如表4所示。

表4 抽出油络合脱氮-白土精制主要试验结果

由表4可知，改变脱氮剂用量，脱氮效果并不明显，这可能是由于络合脱氮剂的活性中心一般是过渡态金属，其最外层的d轨道可接受孤对电子，络合脱氮剂只对碱氮有脱除效果。

综合考虑脱氮剂成本和脱氮效果，以Td-2条件制备脱氮油样并进行加氢试验，主要试验结果如表5所示。

表5 脱氮油加氢试验条件及产品主要性质

由表5可知，高压加氢可以脱除抽出油中的绝大部分硫化物和氮化物，但在满足氮质量分数小于10 μgg的要求时，芳烃亦大量饱和，目标产品的析气性不理想。

2.2.2加氢处理-加氢补充精制-络合脱氮-白土精制组合工艺由于络合脱氮-白土精制工艺脱氮效果有限，采用加氢处理-加氢补充精制-络合脱氮-白土精制组合工艺进行试验。主要试验结果如表6和表7所示。

由表7可知：采用加氢处理-加氢补充精制-络合脱氮-白土精制组合工艺，可以得到氮质量分数低于10 μgg、硫质量分数低于300 μgg、析气速率小于-30 μLmin的变压器油抗析气性调合组分，同时其倾点和闪点(闭口)均满足作为变压器油调合组分的要求；HT-4试验产品的烃类组成富含单双环芳烃。

表6 抽出油加氢试验操作条件及主要性质

表7 加氢产品络合脱氮-白土精制试验结果

2.3 抗析气性调合组分使用效果

将HT-4条件下生产的变压器油抗析气性调合组分与表2基础油进行调合，同时加入0.3%的抗氧剂，得到高端变压器油产品，其主要性质见表8。

由表8可知，将变压器油抗析气性调合组分与变压器油基础油调合后，可明显改善变压器油的析气性，满足超高压变压器油对析气性的要求，同时对击穿电压、介质损耗因数、界面张力、低温运动黏度和氧化安定性等指标无明显负面影响，变压器油不仅满足GB 2536—2011中通用变压器油的要求，而且满足特殊变压器油的要求。

表8 变压器油主要性质

3 结 论

(1)以SZ36-1轻质馏分的糠醛抽出油为原料，采用加氢处理-加氢补充精制-络合脱氮-白土精制组合工艺，可以制备出硫质量分数小于300 μgg、氮质量分数小于10 μgg、析气速率小于-30 μLmin的性能优异的变压器油抗析气性调合组分。

(2)抗析气性调合组分与传统变压器油基础油调合使用，可明显改善变压器油的析气性，而对其它指标无明显影响，调合后的变压器油，满足GB 2536—2011中通用变压器油和特殊变压器油的要求。

[1] 于会民，张培恒，范兴琳，等.在交直流电场下不同烃组成变压器油的析气性研究[J].石油炼制与化工，2015，46(2)：89-94

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[3] 林建荣，柯友胜，白生军.ASTMD3478(Ⅰ)变压器油的研究[J].润滑油，2000,15(5)：38-40

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