加氫變壓器油

一般石油的加工步驟為:原油預(yù)處理，以除去油中水分、雜質(zhì)及鹽類;蒸餾，包括常壓蒸餾和減壓蒸餾，切取餾分油;精制，以除去油中有害成分，得到半成品或基礎(chǔ)油;調(diào)制，以改善油品的某些指標(biāo)和質(zhì)量，如添加合適的添加劑等，最后得到成品油。

變壓器油的煉制工藝流程一般有以下三種 “ :

（1）原油的預(yù)處理、低凝原油常減壓蒸餾、溶劑精制、白土補(bǔ)充精制、過(guò)濾、加抗氧化劑。

（2）原油的預(yù)處理、原油常減壓蒸餾、溶劑精制、脫蠟、加氫補(bǔ)充精制、白土精制、過(guò)濾、加抗氧化劑。

(3)原油的預(yù)處理、原油常減壓蒸餾、脫蠟、硫酸精制、白土補(bǔ)充精制、白土精制、過(guò)濾、加抗氧化劑。

石蠟基變壓器油由于具有較高含量的長(zhǎng)直鏈烴和非飽和烴，導(dǎo)致其在低溫流動(dòng)性、抗氧化性能方面明顯差于環(huán)烷基變壓器油。因此，如果能從根本上降低長(zhǎng)直鏈烴和非飽和烴的含量，將可能從劣質(zhì)、廉價(jià)、來(lái)源廣泛的石蠟基油出發(fā)，研制出性能更加優(yōu)良的非環(huán)烷基變壓器油。

目前，變壓器油的煉制工藝主要分為3種。一是物理加工路線，通常是“溶劑精制一溶劑脫蠟一白土補(bǔ)充精制”。二是化學(xué)加工路線，其工藝結(jié)構(gòu)是“加氫裂化一催化脫蠟一加氫精制”。三是物理一化學(xué)聯(lián)合加工路線。純粹的物理加工工藝不可能從根本上改變烴類組成，物理一化學(xué)聯(lián)合加工路線也主要是針對(duì)以環(huán)烷基原油為原料的變壓器油。因此，本研究以非環(huán)烷基原油為原料，嘗試采用“加氫裂化一加氫異構(gòu)脫蠟一加氫補(bǔ)充精制”全加氫工藝研制變壓器油。通過(guò)加氫工藝改變烴類組成，降低直鏈烷烴分子量和烯烴含量，從而提高非環(huán)烷基變壓器油的性能指標(biāo)。

加氫變壓器油背景

加氫變壓器油的研制改變了傳統(tǒng)煉油模式。通過(guò)采用全加氫工藝，從非環(huán)烷基原油生產(chǎn)API n類基礎(chǔ)油，也可生產(chǎn)API m類基礎(chǔ)油。對(duì)應(yīng)的工藝路線為“加氫裂化一加氫異構(gòu)脫蠟一加氫補(bǔ)充精制”。

加氫裂化主要發(fā)生加氫脫硫、加氫脫氮、加氫脫氧以及烯烴和芳烴的加氫飽和反應(yīng)，此外還有少量的開(kāi)環(huán)、斷鏈和縮合反應(yīng)，從而改善基礎(chǔ)油的粘溫性能以及有效降低基礎(chǔ)油的硫、氮、氧等雜質(zhì)含量。加氫異構(gòu)脫蠟是有選擇性地將原料中的正構(gòu)烷烴和少許帶側(cè)鏈的烷烴轉(zhuǎn)化成理想的異構(gòu)烷烴，從而改善基礎(chǔ)油的傾點(diǎn)。加氫補(bǔ)充精制可進(jìn)一步降低基礎(chǔ)油中的硫、氮、氧等雜質(zhì)含量，并通過(guò)少量的芳烴飽和，從而改善基礎(chǔ)油的光安定性和氧化安定性 。

加氫變壓器油加氫裂化

加氫裂化是指通過(guò)加氫反應(yīng)使原料中的長(zhǎng)鏈分子變短的一些加氫過(guò)程。在具有裂化和加氫兩種功能的催化劑的作用下，非烴類化合物進(jìn)行加氫轉(zhuǎn)化，烷烴、烯烴進(jìn)行裂化，多環(huán)化合物通過(guò)開(kāi)環(huán)等反應(yīng)最終轉(zhuǎn)化為單環(huán)化合物.

原油中烷烴在加氫裂化過(guò)程中可通過(guò)p鍵斷裂和異構(gòu)化反應(yīng)生成短鏈烷烴，降低原油的勃度。其反應(yīng)式如下:

在加氫裂化條件下，多環(huán)芳烴的反應(yīng)十分復(fù)雜，所發(fā)生的反應(yīng)有逐步加氫、開(kāi)環(huán)(異構(gòu))、脫烷基等一系列平行和順次反應(yīng)。

在加氫裂化過(guò)程中，還發(fā)生了加氫脫硫、加氫脫氮、加氫脫氧反應(yīng)，從而降低變壓器油的硫、氮、氧含量。通過(guò)以下反應(yīng)式舉例簡(jiǎn)示。

加氫變壓器油加氫異構(gòu)脫蠟

脫蠟是變壓器油基礎(chǔ)油煉制過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，目的是從潤(rùn)滑油餾分中，分離出在低溫下易從油中析出，且熔點(diǎn)較高的結(jié)晶狀烴類，以降低油品的傾點(diǎn)，提高油品在低溫使用條件下的流動(dòng)性。

異構(gòu)脫蠟的原理是，在由具有加氫作用的金屬組分和擇形選擇性的沸石(酸性)載體組成的特定分子篩催化劑的催化下，有選擇性地將原料中的正構(gòu)烷烴和少許帶側(cè)鏈的烷烴轉(zhuǎn)化成理想的異構(gòu)烷烴和環(huán)烷烴。通過(guò)上述的異構(gòu)化反應(yīng)，將高傾點(diǎn)的正構(gòu)烷烴轉(zhuǎn)化成低傾點(diǎn)的、低溫流動(dòng)性較好的支鏈烷烴，從而改善基礎(chǔ)油的傾點(diǎn)。為保證產(chǎn)品有合適的傾點(diǎn)及收率，在異構(gòu)脫蠟的工藝中，應(yīng)保持催化劑的加氫和酸性中心的平衡。如果酸性功能過(guò)強(qiáng)，則生成的異構(gòu)烯烴會(huì)由于裂化反應(yīng)而導(dǎo)致產(chǎn)品收率下降;如果加氫功能過(guò)強(qiáng)，則在加氫中心上生成的烯烴來(lái)不及轉(zhuǎn)移到酸性中心上異構(gòu)，就已飽和成烷烴，不能有效地降凝。

異構(gòu)脫蠟的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)基礎(chǔ)油的傾點(diǎn)相同時(shí)，收率高于溶劑脫蠟，同時(shí)突破了受原油種類限制的瓶頸，能夠以非環(huán)烷基原油為原料，煉制出性能優(yōu)良的基礎(chǔ)油，大幅度降低了變壓器油的傾點(diǎn)。同催化脫蠟比，異構(gòu)脫蠟副產(chǎn)品少，潤(rùn)滑油收率和勃度指數(shù)高 。

加氫變壓器油加氫補(bǔ)充精制

加氫補(bǔ)充精制是指在保持油品分子骨架結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化或者變化很小的情況下，將雜質(zhì)脫除，以達(dá)到改善油品質(zhì)量為目的的加氫反應(yīng)。加氫補(bǔ)充精制可進(jìn)一步降低基礎(chǔ)油中的硫、氮、氧等雜質(zhì)含量，并通過(guò)少量的芳烴飽和，從而改善基礎(chǔ)油的光安定性和氧化安定性。

加氫變壓器油調(diào)和

通過(guò)加氫工藝研制加氫基礎(chǔ)油后，還需添加合適的抗氧化劑和金屬鈍化劑，這是制取加氫變壓器油的最后工序。

利用電磁感應(yīng)原理把交流電壓升高或降低的設(shè)備在電力系統(tǒng)中稱為變壓器 。變壓器油，有時(shí)也稱為電器絕緣油，是指適用于變壓器、電抗器、互感器、套管、油開(kāi)關(guān)等充油電氣設(shè)備，起絕緣、冷卻和滅弧作用的一類絕緣油品 。

變壓器油是電力系統(tǒng)中重要的液體絕緣介質(zhì)，它們猶如機(jī)器中的血液，它們質(zhì)量的好壞直接影響發(fā)、供電設(shè)備的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 。電氣設(shè)備所注入的變壓器油，其運(yùn)行的安全可靠性又與它的基本特性緊密聯(lián)系，這些特性將會(huì)影響變壓器油功能的正常發(fā)揮。變壓器油主要具有以下三大功能

1）絕緣作用

變壓器油具有比空氣高得多的絕緣強(qiáng)度，在電氣設(shè)備中，變壓器油可將不同電位(勢(shì))的帶電部分隔離開(kāi)來(lái)，避免形成短路，假若變壓器的繞組暴露在空氣中，則變壓器運(yùn)行時(shí)很快就會(huì)被擊穿。但若變壓器的鐵芯和繞組都浸在變壓器油中，使其與空氣和潮氣隔絕，則設(shè)備的絕緣強(qiáng)度增加，就不容易被擊穿，同時(shí)隨著油品質(zhì)量的提高，設(shè)備將具有更高的安全可靠性。所以為保證變壓器器的安全運(yùn)行，變壓器油必須具有優(yōu)良的絕緣性能。

2)散熱作用

變壓器在運(yùn)行過(guò)程中，由于繞組有電流通過(guò)，繞組的“銅耗”和“鐵芯損耗”均會(huì)發(fā)熱而產(chǎn)生熱量，這些熱量如果不能得到及時(shí)有效的消除，將會(huì)使鐵芯內(nèi)部溫度升高，損壞包覆在外層的固體絕緣，最終導(dǎo)致繞組燒毀。變壓器油的比熱大，運(yùn)動(dòng)粘度低，傳熱性能良好。變壓器損耗產(chǎn)生的熱量可借助熱傳導(dǎo)經(jīng)固體絕緣材料或直接傳遞給變壓器油，變壓器油通過(guò)借助自身的對(duì)流或外部強(qiáng)迫循環(huán)而使熱量散發(fā)出來(lái)。所以散熱作用是變壓器油的主要功能之一。

3)消弧作用

變壓器和斷路器的有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)在切換時(shí)，其觸頭之間會(huì)產(chǎn)生電弧。高溫電弧使變壓器油熱分解而產(chǎn)生大量的氫氣，由于氫氣的導(dǎo)熱系數(shù)較大，可以迅速吸熱，并及時(shí)將熱量傳遞至油品中，從而冷卻觸頭，很好地起到消弧的作用。

電力設(shè)備中所使用的變壓器油主要是由天然石油煉制而成。石油的化學(xué)組分十分復(fù)雜，導(dǎo)致變壓器油的化學(xué)組成也很復(fù)雜。變壓器油大概含有2900多種化合物，這些化合物基本上可以分為烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴三類

烷烴的分子結(jié)構(gòu)呈直線或分枝型。直線型烷烴稱之為石蠟。從化學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看，烷烴具有較穩(wěn)定的化學(xué)安定性、高閃點(diǎn)和其它優(yōu)越的性質(zhì)。但直鏈型烷烴的低溫流動(dòng)性差，即凝點(diǎn)較高。所以含直鏈烷烴的變壓器油被冷卻到一定溫度時(shí)，其自由流動(dòng)就會(huì)受阻，這極大限制了在地域上的廣泛應(yīng)用。

環(huán)烷烴的分子結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，有單環(huán)、雙環(huán)和多環(huán)，并帶有烷基側(cè)鏈。環(huán)烷烴具有優(yōu)良的低溫流動(dòng)性和很低的傾點(diǎn)，并會(huì)使制得的油品具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)安定性，是電力用油的主要理想成分之一。

芳香烴可分為對(duì)稱結(jié)構(gòu)的芳烴(如苯、蔡、蔥)和帶側(cè)鏈的芳烴(如甲苯)。芳香烴比環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì)活潑，它們的活潑性是由側(cè)鏈的數(shù)量和大小決定的。芳烴可以改善變壓器油的析氣性 自從，但它容易老化生成沉淀，使變壓器油的顏色變深。

不飽和烴的氧化安定性差，是油品的有害成分，所以在煉制中應(yīng)完全從油中除去。此外變壓器油中還含有非烴化合物，如含硫化合物、含氮化合物、含氧化合物及膠質(zhì)等，它們對(duì)變壓器油產(chǎn)品的質(zhì)量和使用均有不同程度的不良影響，一般應(yīng)在煉制過(guò)程中盡量除去。

變壓器油的性能與其組成是密切相關(guān)的。要使變壓器油在設(shè)備中很好地發(fā)揮作用，保證設(shè)備安全運(yùn)行，就需保證油品的電氣、理化性質(zhì)和使用性能達(dá)到一定的要求。例如，為了延長(zhǎng)變壓器的使用壽命，減緩變壓器油的老化，要求變壓器油具有良好的氧化安定性;為了減少變壓器油在使用時(shí)的蒸發(fā)，降低火災(zāi)的危險(xiǎn)性，要求變壓器油具有較高的閃點(diǎn) ;為了使變壓器油起到良好的冷卻散熱作用，要求變壓器油具有適宜的運(yùn)動(dòng)勃度和粘溫性能(勃度隨溫度變化的性質(zhì));為了使變壓器油起到良好的絕緣作用，要求變壓器油具有優(yōu)良的電氣性能，如較高的擊穿耐壓、較小的介質(zhì)損耗因數(shù)等。

采用加氫工藝，分別是加氫裂化、加氫異構(gòu)脫蠟和加氫補(bǔ)充精制，與傳統(tǒng)的一段加氫工藝存在本質(zhì)的不同。由于非環(huán)烷基原油含有大量的直鏈烷烴，如果采用傳統(tǒng)的加氫工藝，將不能有效降低變壓器油的傾點(diǎn)，低溫流動(dòng)性差，這也是一直以來(lái)非環(huán)烷基原油沒(méi)有受到重視的主要原因。

通過(guò)本研究的加氫裂化可使原油中的直鏈烷烴轉(zhuǎn)化為短鏈烷烴，使烯烴和芳烴飽和，改善基礎(chǔ)油的勃溫性能以及有效降低基礎(chǔ)油的硫、氮、氧等雜質(zhì)含量。而異構(gòu)脫蠟的優(yōu)點(diǎn)是在基礎(chǔ)油傾點(diǎn)相同時(shí)，收率高于溶劑脫蠟，同時(shí)突破了受原油種類限制的瓶頸，能夠以非環(huán)烷基原油為原料，煉制出性能優(yōu)良的基礎(chǔ)油，大幅度降低了變壓器油的傾點(diǎn)。同催化脫蠟相比異構(gòu)脫蠟副產(chǎn)品少，潤(rùn)滑油收率和勃度指數(shù)高。最后一段的加氫補(bǔ)充精制可進(jìn)一步去除變壓器油中的硫氮化合物，達(dá)到改善油品質(zhì)量的目的。同時(shí)，由于本工藝采用全段加氫，不需采用堿液和脫酸劑，不會(huì)產(chǎn)生酸渣、堿渣，屬于環(huán)境友好型工藝。