韓 韞,代 敏，馬忠庭，雷 兵

（中國石油 克拉瑪依石化公司 煉油化工研究院，新疆 克拉瑪依 834000）

高堿值石油磺酸鈣清凈劑是內(nèi)燃機油常用的主要添加劑。近年來，我國年潤滑油產(chǎn)量缺口較大，大約50%需從國外進口，急需要提高該類產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量和生產(chǎn)技術(shù)。

據(jù)悉，目前國內(nèi)外制備潤滑油清凈劑除成熟的釜式工藝外，用能夠極大地強化物料的傳質(zhì)系數(shù)，適用于由擴散控制的傳質(zhì)和反應(yīng)過程，尤其適用于氣、液、固多相反應(yīng)體系。微觀混合和傳質(zhì)過程極大地強化，合成的產(chǎn)品顆粒分布均勻，平均粒徑可達納米級，且生產(chǎn)成本低、反應(yīng)效率高[1]。與釜式技術(shù)工藝復(fù)雜，過程設(shè)備技術(shù)要求高，提供堿度的碳酸鹽粒徑分布不均勻、粒徑不夠超細化，且工藝過程技術(shù)控制較難，不同批次之間重復(fù)性差，逐級放大困難，而且產(chǎn)品的穩(wěn)定性差等相比，超重力技術(shù)優(yōu)勢非常明顯。

超重力技術(shù)應(yīng)用到強化反應(yīng)過程，特別是利用超重力旋轉(zhuǎn)床制備反應(yīng)器當(dāng)中，ZL20040037885.9公開了一種利用外循環(huán)式超重力旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器制備高堿值石油磺酸鈣潤滑油清凈劑的方法，該外循環(huán)式超重力旋轉(zhuǎn)床設(shè)備的缺陷是需要另外增設(shè)循環(huán)物料罐，當(dāng)輸送有毒或腐蝕性液體時，泵的泄漏易造成污染。鑒于以上不利因素，本研究又提出了一種能夠使反應(yīng)物料充分混合，消除反應(yīng)裝置內(nèi)死角、提高反應(yīng)效率的內(nèi)循環(huán)超重力反應(yīng)裝置。

1 潤滑油清凈劑的生產(chǎn)工藝流程

超重力工藝制備高堿值石油磺酸鈣的過程為：將石油磺酸銨、促進劑、溶劑、Ca（OH）2等原料在超重力裝置中進行中和反應(yīng)和碳酸化反應(yīng)，然后進行脫醇水、脫溶劑等后處理，得到高堿值石油磺酸鈣潤滑油清凈劑產(chǎn)品，具體的工藝流程見圖1。

圖1 超重力工藝制備高堿值石油磺酸鈣工藝流程Fig.1 Process chart of preparation of overbased calcium petroleun sulfonate in HIGEEtechnique

2 裝置簡介

2.1 內(nèi)循環(huán)超重力裝置

內(nèi)循環(huán)超重力反應(yīng)裝置見圖2。

圖2 內(nèi)循環(huán)超重力裝置示意圖Fig.2 Internal circulation HIGEE experiments

當(dāng)物料進行混合反應(yīng)時，啟動電機，利用電機軸同時帶動自吸式超重力旋轉(zhuǎn)床、攪拌槳同心旋轉(zhuǎn)。物料在攪拌槳作用下進行混合，同時，由于自吸式超重力旋轉(zhuǎn)床旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)子中心處形成負壓，使物料經(jīng)導(dǎo)流筒被抽吸到帶有填料層的轉(zhuǎn)子中進行反應(yīng)，在轉(zhuǎn)子離心力的作用下，物料透過填料層經(jīng)轉(zhuǎn)子周邊的孔被甩至反應(yīng)釜內(nèi)壁，并沿壁面流回到反應(yīng)釜內(nèi)物料當(dāng)中，釜內(nèi)物料再繼續(xù)通過攪拌槳的攪拌和轉(zhuǎn)子抽吸力的雙重作用進一步混合、吸入轉(zhuǎn)子中、甩回到反應(yīng)器腔體中，物料如此循環(huán)反應(yīng)，直至反應(yīng)充分后經(jīng)出料口排出。

2.2 外循環(huán)超重力裝置

外循環(huán)超重力反應(yīng)裝置見圖3。

操作時先將液體導(dǎo)向閥關(guān)閉，將反應(yīng)物料混合后倒入攪拌槽中，短時間攪拌后，打開攪拌槽液體出口閥，在液體循環(huán)用泵的作用下，通過液體流量計進入旋轉(zhuǎn)床中，液體流量的大小由流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，從旋轉(zhuǎn)床出來的物料，經(jīng)攪拌槽液體進口閥，進入攪拌槽進行循環(huán)。氣體由氣體流量計從氣體入口進入旋轉(zhuǎn)床中，其流量大小由閥門調(diào)節(jié)，反應(yīng)后的剩余氣體由氣體出口排出。整個體系的溫度由恒溫水槽的水溫來調(diào)節(jié)。

圖3 外循環(huán)超重力裝置示意圖Fig.3 External circulation HIGEE experiments

2.3 內(nèi)、外循環(huán)超重力裝置的異同點

2.3.1 裝置結(jié)構(gòu) 雖然內(nèi)外循環(huán)式超重力裝置都能制備出合格的高堿值石油磺酸鈣清凈劑，但與內(nèi)循環(huán)超重力裝置相比，外循環(huán)超重力裝置系統(tǒng)復(fù)雜，需要另外增設(shè)循環(huán)物料罐，攪拌混合器以及液體物料循環(huán)泵，且占地面積大，安裝費用高。

2.3.2 反應(yīng)效率 內(nèi)循環(huán)超重力裝置利用同一電機帶動自吸式超重力旋轉(zhuǎn)床和攪拌槳同心轉(zhuǎn)動，通過攪拌混合和轉(zhuǎn)子抽吸力的雙重作用，實現(xiàn)了物料的均勻混合，解決了釜底反應(yīng)物料的“死角”問題，提高了物料的利用率，而外循環(huán)超重力裝置在進行反應(yīng)過程中，反應(yīng)釜底存有未完全反應(yīng)的物料。

3 裝置運行效果與討論

3.1 產(chǎn)品收率的影響

采用內(nèi)外循環(huán)式超重力裝置，進行高堿值石油磺酸鈣清凈劑的試驗，根據(jù)產(chǎn)品的堿值、粘度、濁度以及試驗過程的渣量數(shù)據(jù)變化特點，結(jié)合高堿值石油磺酸鈣產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)，確定高堿值石油磺酸鈣試驗的碳酸化反應(yīng)時間適宜為58～62min，在此段時間內(nèi)切斷CO2的供應(yīng)，終止碳酸化反應(yīng)，對粗產(chǎn)品進行脫醇水、分離、脫溶劑等處理后，得到高堿值石油磺酸鈣潤滑油清凈劑產(chǎn)品。在試驗中，分別采用內(nèi)外循環(huán)式超重力裝置進行試驗的經(jīng)濟性和產(chǎn)品的部分性質(zhì)比對見表1。

表1 內(nèi)外循環(huán)式超重力裝置對比試驗Tab.1 Contrast test of internal and external circulation HIGEE experiments

由表1可見，采用內(nèi)循環(huán)超重力裝置生產(chǎn)的高堿值石油磺酸鈣，CO2利用率、Ca（OH）2的利用率、產(chǎn)品的收率均比采用外循環(huán)超重力裝置高。

3.2 反應(yīng)效果的影響

經(jīng)過多次的投料運行效果考察，并根據(jù)試驗過程的實時變化特點，在碳酸化反應(yīng)終點處及時切斷CO2的供應(yīng)，完成高堿值石油磺酸鈣的碳酸化反應(yīng)過程。對比采用內(nèi)外循環(huán)超重力裝置試驗過程中，其堿值、粘度等關(guān)鍵指標(biāo)對應(yīng)曲線見圖4、5。

圖4 內(nèi)外循環(huán)試驗過程堿值對應(yīng)曲線Fig.4 Base number curve of internal and external circulation test process

圖5 內(nèi)外循環(huán)試驗過程粘度對應(yīng)曲線Fig.5 Viscosity number curve of internal and external circulation test process

從圖4、5中可見，用內(nèi)外循環(huán)超重力裝置采集的試驗數(shù)據(jù)堿值、粘度的動態(tài)變化不大，屬于正常波動范圍，說明內(nèi)外循環(huán)超重力裝置的運行效果基本相當(dāng)。

3.3 對環(huán)境的影響

外循環(huán)超重力裝置需要另外增設(shè)循環(huán)物料罐，當(dāng)輸送有毒或腐蝕性液體時，泵的泄漏易造成環(huán)境的污染。而內(nèi)循環(huán)超重力裝置無需增設(shè)其他物料罐和循環(huán)泵，物料只在超重力反應(yīng)釜內(nèi)進行，不存在物料罐和循環(huán)泵的泄漏問題。

4 結(jié)論

采用兩種超重力的工藝流程進行高堿值石油磺酸鈣產(chǎn)品的制備：（1）內(nèi)循環(huán)超重力裝置；（2）外內(nèi)循環(huán)超重力裝置。并通過內(nèi)外循環(huán)超重力裝置的優(yōu)缺點來闡述內(nèi)循環(huán)超重力裝置比外循環(huán)超重力裝置在原料的利用率，產(chǎn)品的收率上有顯著提高，并進一步明確了內(nèi)外循環(huán)超重力裝置的運行效果對潤滑油清凈劑產(chǎn)品以及環(huán)境有影響。

［1］代敏，馬忠庭，韓韞，等.潤滑油清凈劑的超重力合成過程及產(chǎn)品性質(zhì)評定［J］.石油煉制與化工，2008，39（11）:26-29.