低温开关油产品的开发及国内外同类产品性质对比

冯涛，张东春，李军

(中海沥青股份有限公司，山东 滨州 256601)

0 引言

低温开关油是指在户外寒冷气候条件下，用于油浸开关起绝缘和灭弧作用的一种绝缘油品[1]。为使其能够完成本身的功能，应具有较小的黏度、较低的凝点、较高的闪点和耐压强度，以及具有较好的稳定性[2]。2011年12月，国家标准化委员会发布了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》，其中对低温开关油的质量指标有明确要求。2020年6月，国际电工委员会(IEC)更新了IEC 60290-2020 《Fluids for electrotechnical applications - Mineral insulating oils for electrical equipment》[3]。国内外标准的不断更新，对低温开关油产品的质量要求有了进一步提升。中海油SZ36-1油田所产原油属于典型的低凝重质环烷基原油[4]，由于环烷基原油的稀缺性[5]，应针对其馏分油性质进行合理产品路线开发。该原油的馏分油具有环烷烃含量高、凝点低、芳烃含量适中、硫含量低等特点[6]，是生产对低温性能要求较高的低温开关油的优质原料。

本文以环烷基加氢柴油为原料，通过临氢降凝-补充精制-馏分切割等组合工艺制备低温开关油基础油，通过添加抗氧化添加剂对其氧化安定性进行提升，制备满足GB 2536-2011要求的低温开关油成品油。将制备的低温开关油成品油与中国石油的KI60SGX、尼纳斯的Nyswitcho 3X性质进行对比。

1 实验

1.1 原料油性质

实验采用的原料为环烷基加氢柴油。原料性质见表1。从表1可以看出：环烷基加氢柴油具有低倾点的特点，但是作为低温开关油使用，该指标还需进一步降低；硫、氮含量不高，可以用于临氢降凝和补充精制，不会对催化剂起到破坏作用；环烷烃含量高、芳烃含量相对较低，这是环烷基原油性质决定的，可以降低加氢过程的氢耗。

表1 原料油性质

1.2 试验装置

加氢试验装置，北京拓川科研设备股份有限公司，处理量200 mL/h；馏分切割装置，沈阳施博达仪器仪表有限公司生产，处理量5 升/次；氧化安定性测定仪，美国科勒公司生产，型号K12190。

1.3 试验方法

环烷基加氢柴油较目标产品倾点高、芳烃含量偏高，可以通过临氢降凝工艺使芳烃饱和，环烷烃和链烷烃异构化，降低倾点；通过补充精制进一步对芳烃进行加氢饱和，脱除硫、氮化合物，改善油品的颜色和提高油品的氧化安定性；通过馏分切割工艺对油品进行馏分切割，得到适合的低温开关油基础油馏分。制备的基础油添加抗氧化添加剂A，考察其抗氧化效果。对制备的添加抗氧化添加剂的低温开关油成品油与中国石油的KI60SGX、尼纳斯的Nyswitcho 3X进行性质分析对比。

2 结果与讨论

临氢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，将馏分油中的直链烷烃、少量带侧链的烷烃择形裂解，使馏分油凝点降低[7-11]。补充精制反应是条件很缓和的加氢精制过程，是在一定的温度、压力、氢油比和空速条件下，借助加氢精制催化剂的作用，含氧、含硫、含氮化合物发生氢解反应，生成易分离的 H2O、 H2S 和 NH3。同时烯烃、芳烃发生加氢饱和反应，生成相应烷烃，从而制得安定性、燃烧性都较好的优质产品[12-14]。补充精制催化剂上发生的主要反应为：加氢脱氮、加氢脱硫、加氢脱氧、芳烃饱和[15]。

临氢降凝-补充精制工艺试验条件：压力15 MPa，温度300 ℃，氢油比400∶1，空速1.0 h。油品经临氢降凝-补充精制后进入馏分切割装置，按照馏程对油品进行切割分离，分离出合适馏程馏分油作为低温开关油基础油。

2.1 低温开关油基础油性质

经临氢降凝-补充精制后得到的油品按照馏程切割出低温开关油基础油样品，制备3个样品，分别为样品1、样品2、样品3。对样品的基本性质进行分析，其性质见表2。由表2可以看出：3个基础油样品的功能特性、稳定特性均满足低温开关油国标要求。但样品3的闪点略低，存在一定的闪点超限风险。

2.2 添加配方优化

在基础油中添加抗氧化添加剂，依据抗氧化添加剂效果，确定成品油配方，制备合格的低温开关油成品油。抗氧化添加剂的效果主要考察其对基础油氧化安定性(氧化后酸值、油泥、介质损耗因数等)的影响。氧化安定性方法采用NB/SH/T 0811和GB/T 5654，氧化时间500 h，氧化温度120 ℃。选用抗氧化添加剂A进行试验，添加量按照国标要求0.08%～0.40%。抗氧化添加剂A对不同基础油的氧化安定性影响效果见表3。由表3可以看出：未添加抗氧化添加剂A的基础油，其氧化安定性较差，氧化后酸值、油泥、介质损耗因数均超过了国标要求的限值；添加抗氧化添加剂A后，基础油的氧化安定性明显变好，且大幅优于国标要求。

表3 低温开关油氧化安定性

2.3 与国内外产品性质对比

国外公司产的低温开关油产品有尼纳斯的Nyswitcho 3X，国内公司产的低温开关油有中国石油产的KI60SGX，该两款产品同样是以环烷基馏分油为原料进行生产，产品性质稳定且被市场广泛认可。将由基础油样品2和抗氧化添加剂A制备的低温开关油成品油与二者进行性质分析，分析结果见表4。由表4可以看出：本试验制备的低温开关油成品油样品，各项指标均达到了GB 2536-2011的要求；与国内外同类产品相比，其功能特性、稳定特性、氧化安定性等指标基本一致。

表4 与国内外产品性质对比

表4(续)

3 结论

(1)以环烷基馏分油为原料，通过临氢降凝-补充精制-馏分切割组合工艺，采用筛选后的抗氧化添加剂，可以制备满足GB 2536-2011各项指标要求的低温开关油成品油。

(2)该工艺制备的低温开关油成品油与KI60SGX、Nyswitcho 3X性质基本一致。