第4篇 第1章 润滑油调合工艺

第4篇润滑油调合第1章润滑油调合工艺1第4篇润滑油调合第1章润滑油调合工艺1.1概述1.1.1矿物润滑油润滑油是指在各种发动机和设备上使用的石油基液体润滑剂，是采用常减压蒸馏所得特定馏分，经脱沥青、脱蜡与溶剂精制等处理后的基础油，与功能添加剂，经过特定的调合工艺，生产出的商品润滑油。目前使用最多的润滑油就是从石油中提炼出来的矿物润滑油。矿物润滑油是一种很复杂的、含有多种碳氢化合物的烃类混合物。另外，还含有硫、氮、氧等多种微量元素。其原料一般取自石油中沸点高于300℃或350℃的馏分，一般称为润滑油基础油。经过调合以后，作为商品的润滑油称为润滑油成品油。1.1.2矿物润滑油工业的发展在1878年的巴黎世界博览会上推出的第一批矿物润滑油样品轰动一时。但当时的生产工艺简陋，润滑油的产量和品种十分有限。直到20世纪20年代，选择性溶剂精制、分离工艺的蓬勃发展，使世界矿物润滑油工业步入了现代化进程。30年代具有某种特殊功能的化学合成物质，添加剂的诞生意味着现代润滑油的崛起，把润滑油工业的发展带入了崭新的阶段。润滑油工业的发展转入了节能化的轨道。节能化研究不断深入，节能型工艺、节能型添加剂、节能设备在润滑油生产过程中得到广泛应用。长寿命油、通用油、适用地域广泛温差大的多级油逐渐受到青睐。随着世界石蜡基原油的日趋短缺和价格上涨，世界各国对环保法规的日趋严格，对优质基础油的需求量大幅度增长，矿物润滑油生产工艺从传统的物理加工工艺向化学改质工艺延伸，基础油生产向加氢技术发展，世界矿物润滑油基础油正由APIⅠ类向APIⅡ/Ⅲ类转变。伴随着人类社会进入21世纪，矿物润滑油的生产技术和管理技术也进入了一个新的发展时期。添加剂也由过去的以单剂为主，逐步过渡到以复合剂为主，同时要求对环境友好。润滑油配方的基本结构正在发生转变，加氢基础油和合成油的比例在逐渐增大，对添加剂的配伍性提出了新的要求。在润滑油的生产过程中，电子计算机也被广泛采用，如DCS系统。第4篇润滑油调合第1章润滑油调合工艺2国外润滑油的调合技术开发较早，发展较快。1983年BP公司在法国的调合厂建立润滑油自动调合厂。1991年Esso、BP、Mobil公司先后使用了自动批量调合技术以适应小批量、特殊品种的调合。1996年Esso公司建成了由计算机控制的自动球扫线系统。九十年代在线调合技术和同步计量调合技术逐渐被更多的石油公司采用，包括SMB橇装技术的应用。由此可见二十世纪末是润滑油调合技术飞速发展的关键时期，无论是润滑油调合工艺技术，油品质量，还是自动化水平都取得了长足的进步。二十一世纪初管汇输送技术得到应用,目前为止被多家公司采用。中国中、高档润滑油的生产起步和发展与外国相比要晚，调合技术也较落后。近几十年，随着我国经济改革步伐的日益加快，国内市场对润滑油的需求量日益增多，对产品质量、级别的要求也越来越高，这就对国内润滑油调合厂的生产技术提出了更高的要求。中国在八十年引入了静态混合器，并且先后引进了先进的管道调合技术，如1983年中石化长城润滑油公司引进的美国柯纳尔公司的自动调合设备，还有燕山石化公司炼油厂、大连石化公司润滑油调合车间、兰州炼油化工总厂润滑油调合车间建立的在线管道调合系统，等等。润滑油生产装置的联合化，调合工艺的自动化、生产、储存、运输管理综合化将成为润滑油调合工艺的新特点。目前中国润滑油生产可以分为三部分：一是国有骨干企业即中国石化润滑油公司和中国石油润滑油公司。近年中国石油、石化两大集团，分别进行了重组，推出了自己的润滑油品牌，大大增强了中国润滑油在国际市场的竞争力。但是我国润滑油的总体生产水平还有较大差距。如生产规模偏小，生产厂家分散，产品质量档次偏低，自主的研发能力不足。众多润滑油生产商选择了“先集中，后分散”的生产经营策略，即在炼油厂集中生产润滑油的基础油，再送到分布在世界各地的润滑油调合厂调合成市场所需的各种润滑油成品油，这样使产品更靠近市场，靠近消费地区，同时降低生产成本，获得更多的利益。现代矿物润滑油工业中先进的生产工艺是制备优质基础油的技术手段，优质基础油是调制优质成品油的物质基础，优化配伍的添加剂是配制优异使用性能商品的重要保证，模拟仿真化的测试评定是表征和检验润滑油性能水平的主要方第4篇润滑油调合第1章润滑油调合工艺3法，过程控制是润滑油品质保障的关键。1.1.3新型润滑剂进入21世纪以后，全世界对环境保护的呼声越来越高，世界各地纷纷以立法的形式强化对排放污染的严苛要求。例如对汽车的尾气排放指标越来越严格，石油产品对水体、土壤的污染处罚越来越严厉。并且设备制造商们不断推出的新材料、新技术、新设计对润滑油的工作环境提出了更高要求，如更高的极压性能、更好的氧化安定性能、降低油耗、延长换油期等等。因此，研制更加环保和节能、长寿命型的润滑油是未来发展的方向。1.1.3.1绿色润滑油脂绿色润滑油脂作为新一代润滑剂，具有良好的生物降解性，这也是评价它的最重要指标。传统的润滑油绝大多数是以矿物油为基础油，由于不完全燃烧、泄漏、遗洒等原因，润滑油将不可避免地直接排放到环境中，对生态环境造成危害；并且在矿物润滑油的生产过程中，部分生产工艺的缺陷对操作人员和环境也会造成不良影响；试验表明用后的润滑油会产生不同程度的毒性，对生态环境有害。因此生产环境友好型或环境容许型的绿色润滑油脂已成为今后发展趋势。绿色润滑油脂无毒、具有良好润滑性、粘温性能、粘度指数高、容易降解生成二氧化碳和水。现在世界各大公司都已着手环境友好型绿色润滑油脂的研究和开发，我国也已起步。可生物降解性是指物质被活性有机体通过生物作用分解为简单化合物的能力。在生物降解过程中常伴随着物质损失、最终产物水和二氧化碳的生成、氧气的消耗、能量释放和微生物量的增加等。一般可通过定量测定生物降解过程中的总有机碳和溶解有机碳来衡量生物降解性。目前，绿色润滑油使用的基础油主要是植物油和合成酯。合成酯在结构上与植物油有相似之处，但其分子结构中只有1个双键，氧化安定性优于植物油。绿色润滑油脂的添加剂适于选用无毒或部分低毒的，可提高润滑油的可生物降解性和氧化安定性的添加剂。1.1.3.2纳米润滑油近年来，人们将纳米材料用于润滑油脂的研究，以提高其抗磨损和抗极压性能。纳米是一个长度单位，一纳米即为10亿分之一米，相当于10个氢原子连成一串的长度，这意味着人们可以在原子尺寸上制造材料。在显微镜下，光滑的金第4篇润滑油调合第1章润滑油调合工艺4属表面充满孔隙，而纳米润滑油能填充这些孔隙，形成分子有机膜，最大限度地减少金属间孔隙的摩擦，降低摩擦磨损，还大大增加了可承受的极压限度，能耗也可减少，使机械寿命成倍增长。在润滑油中加入纳米添加剂不仅可显著提高其润滑性能和承载能力，还可以减少添加剂的用量，提高产品质量。纳米润滑油对于那些重压重负荷、高温高速或长时间不间断运行、磨损严重、精密度要求高的机械设备，其实际效益非常显著。1.1.4废润滑油再生润滑油在使用过程中由于高温和空气的氧化作用，会逐渐氧化变质。而且设备在运转过程中摩下的金属粉末、从外界进入油中水和杂质，也对油的氧化起催化作用，所以润滑油在使用过程中颜色逐渐变深，酸值上升，并且会产生沉淀物、油泥、漆膜，这些物质沉积在摩擦部件的表面、润滑油流通的孔道和滤清器上，会堵塞油路，引起机器的各种故障。变质的废润滑油通常被丢弃，造成水体、土壤乃至整个生态环境的破坏。焚烧废润滑油产生的含有重金属氧化物的烟气，对人体和环境同样造成危害。把废润滑油进行适当处理，成为再生润滑油，既可以避免损害生态环境，又可以节约石油资源，是一种较为合理的处理方法。目前，主要采用的方法有：对于变质不严重，仅混入水和固体杂质的废润滑油采取再净化工艺；对于变质程度较大，含油泥、漆膜等氧化产物多的废润滑油，采用硫酸等化学物质处理和白土吸附的再精制工艺；对深度氧化变质的润滑油采用蒸馏、精制、吸附、加氢等再炼制工艺。为了减少废油再生过程对环境的污染，将逐步采用环保的无污染工艺，减低废油再生成本，许多国家制定措施和法规以鼓励使用再生润滑油。1.2润滑油调合工艺为了提高产品性能、满足各行各业的、日益提高的润滑要求；并且为了优化产品结构，合理利用资源、最大限度地降低生产成本、获取最高效益；人们在优质的矿物油中按照不同比例加入具有特殊功能的添加剂，通过特定的调合工艺，生产出满足各种不同需求的润滑油新品种。1.2.1调合机理大多数石油产品都是经过调合而成的调制品。油品调合通常可分为两种类型：一是油品组分的调合，是将各种基础组分，按比例调合成基础油或成品油；第4篇润滑油调合第1章润滑油调合工艺5二是基础油与添加剂的调合。各种油品的调合，除个别不互溶的液－液分散体系和液－固溶解混合体系以外，大部分为液－液相系互相溶解的均相调合，是三种扩散机理的综合作用。分子扩散：由分子的相对运动所引起的物质传递，是在分子尺度的空间内进行的。涡流扩散（或称湍流扩散）：当机械能传递给液体物料时，处于高速流体与低速流体分界面上的流体受到强烈的剪切作用，产生大量旋涡，造成对流扩散，是在局部范围的涡旋尺度空间内进行的。主体对流扩散：包括一切不属于分子运动或涡流运动而使大范围的全部液体循环流动所引起的物质传递，如搅拌槽内对流循环所引起的传质过程，这种混合是在大尺度空间内进行的。主体对流扩散只能把不同物料“剪切”成较大“团块”地混合起来，主体内的物料并没有达到均质，通过大“团块”界面间的涡流扩散，才进一步把物料的不均匀程度迅速降低到旋流本身的大小。此时虽没有达到均质混合，但是“团块”已经变得很小，而数量很多，使团块间的接触面积大大增加，再通过分子扩散使全部油料达到完全均匀的分布状态。润滑油调合是上述3种扩散的综合。但由于轻质、重质润滑油的粘度差别较大，在实际调合时哪种扩散过程起主导作用是不尽相同的。例如：轻质润滑油调合，对液压油而言，油料粘度较低，调合时，在机械搅拌的作用下，涡流扩散起主导作用，在局部造成旋涡、对流扩散，最终通过分子扩散达到完全均匀的混合。对于重质润滑油的调合，如高粘度的齿轮油、粘度指数改进剂，由于粘度大，在搅拌过程中，机械能传递给物料时，主要不是涡流扩散，而是“剪切作用”，把待调合的油料撕拉成愈来愈薄的薄层，再通过分子扩散达到均匀混合。内燃机油尤其是多级油粘度跨度大，调合时同时存在高粘度间的撕拉作用和低粘度间的涡流扩散、分子扩散；高低粘度间的对流扩散，即高粘度油被稀释，整体转为涡流扩散、分子扩散，最终达到混合均匀。1.2.2润滑油调合工艺1.2.2.1润滑油调合工艺类型常见的润滑油调合工艺，一般分两种基本类型：罐式调合和管道调合。不同第4篇润滑油调合第1章润滑油调合工艺6的调合工艺具有独特的特点和适用不同的场合。罐式调合是将基础油和添加剂按比例直接送入调合罐，经过搅拌后，即为成品油。罐式调合系统主要包括成品罐、混合装置、加热系统、散装和桶状添加剂的加入装置、计量设备、机泵和管线等基础设施及过程控制系统。一些系统中抽桶装置的应用避免了桶装添加剂加入时各种杂质对产品质量的影响，也减少了添加剂对环境的污染；一些桶抽取装置具有清洗功能，将添加剂残留损耗降低到最低限度。见图4－1－1图4－1－1润滑油罐式调合装置简图管道调合是将润滑油配方中的基础油、添加剂组分，按照计算好的比例，同时送入总管和混合器，经过均匀混合后即为成品油，其理化指标和使用性能即可达到技术要求，可以直接灌装或送入储罐。管道调合通过实时在线调整管道泵的转速，以使得各条管道中原料油的流量进行动态地调整，以达到预设定的比例，保证最优的调合精度。另外一种管道调合，也是通过管道加入添加剂，经过管道上流量计计量，但需要在调合罐中混合均匀方为成品油。见图4－1－2。润滑油调合广泛应用计算机自动控制技术和在线分析仪表，具有自动化程度高、调合质量好、计量精度高及品种调换灵活等特点。第4篇润滑油调合第1章润滑油调合工艺7图4－1－2管道调合示意图1.2.2.2罐式调合罐式调合工艺分为机械搅拌方式调合、泵循环方式调合、气动脉冲混合方式调合。所使用的调合罐一般是带有加热系统和混合装置的金属罐（最好是不锈钢