润滑油的毕业论文.doc

中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文）第一章 前言在润滑油生产过程中，为了获取色度好、透光度高、安定性好、抗乳化性能强的润滑油，须将润滑油在经过溶剂精制与脱蜡后，再进行补充精制以去除其中的少量溶剂和有害物质（如胶质、含硫化合物、含氮化合物、有机酸、水等极性物质），目前常用的补充精制方法有：加氢补充精制和白土补充精制白土做为一种结晶或无定形，高比表面（比表面可达150～450m2/g）的多孔介质，对润滑油中的少量胶质、沥青质、氮化物和稠环芳烃具有很好的吸附作用因此，炼厂常用白土对润滑油进行补充精制，一般单位重量润滑油需加入的白土的量为2～6m%虽然白土对极性物质有较好的吸附性能，但白土具有一定的吸附极限，待吸附极性物质达到饱和后，即丧失了吸附能力，此时需及时更换新鲜白土如此一来，炼厂每年产生大量废白土废白土中含有约20%的理想油组分，即好的润滑油；约10%的非理想组分，即胶质、沥青质组分目前对于废白土的处理由于没有良好的方法，不仅造成油料的浪费，而且造成较大的环境污染研究废白土回收再利用，既能将废白土中的理想组分回收利用，保护了环境；还可对白土进行重复利用因此，废白土的回收再利用研究，符合国家建设资源节约型、环境友好型的社会方向，具有重要的意义。

1.1 白土1.1.1 白土的基本性质白土分为活性白土和颗粒白土两类活性白土又称酸性白土，是以天然粘土为原料，经预热、粉碎、硫酸活化、水洗、干燥、磨细而成，为无臭、无味、无毒，乳白色固体粉末，其主要性能指标要求如表1.1[1]所示其相对密度为2.3～2.5，在空气中易吸潮，长久放置由于酸化处理后其中的杂质溶出和离子交换形成孔道而影响其吸附性能活性白土为孔隙结构，具有很高的比表面积和很强的吸附性能，不溶于水、油及有机溶剂且在水油中膨润性极小[2]，几乎完全溶于热烧碱溶液和酸活性白土的化学组成、外观、性质、性能因原料与活化条件的不同而不同，其与天然的白土化学组成对比如表1.2[1]所示表1.1 活性白土规格名称质量指标脱色率，%≥90游离酸，%＜0.2活性度（20～25℃）≥220粒度（通过120目筛），%≥90水分，%≤8表1.2 天然白土与活性白土的化学组成组成天然白土，%活性白土，%H2O24～306～8SiO254～6862～63Al2O319～2516～20Fe2O31.0～1.50.7～1.0CaO1.0～1.50.5～1.0MgO1.0～2.00.5～1.0在活性白土吸附胶质、沥青质、氮化物和稠环芳烃时，为了达到更好的吸附效果，需提供外部热源[3]，但温度不易过高，在温度超过300℃时，废白土则开始失去结晶水，本身结构发生变化，影响吸附效果，而如果温度超过320℃，则油品在活性白土催化作用下开始发生分解，造成油品质量下降。

因此，在实际白土补充精制过程中，需经过大量室内实验和现场试验，以取得较好的精制效果和收益以活性白土为主要原料，经过造粒等物理和化学处理便得到颗粒白土，其外观为不定型小颗粒由表1.1可知，好的活性白土具有脱色率高，游离酸含量少，活性度高，粒度小且均匀（以通过120目筛的白土百分数表示）的特点白土的粒径越小，圆球度越高，粒径越均匀，其比表面积越大，吸附性能也越好；反之，白土粒径越大，其比表面积越小，则吸附性能越差对于活性白土中的含水量，不宜过多亦不能过少，水分过多则吸附能力降低，若水分过少亦影响白土的吸附效果，甚至造成吸附失效，一般其含水6～8%时，白土的吸附效果最好此时效果好的原因为：高温精制过程中，水分从白土孔隙中逸出，白土上的吸附点较容易让其他极性物质占据，因此含水6～8%的白土具有最好的吸附效果1.1.2 白土的用途活性白土由于具有比天然白土较高的比表面积和活性度，在工业中得到广泛的应用，特别用于润滑油精制、动植物油脂的脱色精制，石油馏分的脱色或脱水，溶剂精制等[4-8]工业其在工业中的应用主要体现在以下几个方面：（1）在食品工业上：主要利用活性白土优异的吸附性能，去除动植物油脂中的磷脂、有害色素、棉酸等以获取高品质的食用油。

另外，其还可用于葡萄酒的糖化处理和糖汁净化以及啤酒的稳定处理等2）在石油化工工业上：活性白土凭借其出色的吸附性能，在石化行业得到了广泛应用活性白土不仅可以用作催化剂、干燥剂、填充剂、高温聚合剂，更为重要的是用于蜡油、煤油、润滑油等矿物油的脱色精制，石油裂化，润滑油重合接触剂等矿物油品经过溶剂精制和脱蜡后，其中一般含有少量水分、溶剂、回收溶剂时产生的副产物（如大分子缩合物、胶质和不稳定化合物）及机械杂质（如铁屑等），虽已基本达到质量要求，但为了得到更高质量的油分，通常需要进行一次补充精制，以改善油品颜色，提高氧化安定性，降低残炭量，而白土补充精制就是一种重要的补充精制方法颗粒白土由于比活性白土具有更高的比表面和更强的吸附性能，因而其主要用于芳烃提纯、航空煤油精炼、食用油脂的脱色精制等，也可用于中、高温聚合物催化剂的原料颗粒白土具有无毒、不夹带、吸油率小等特点，并且用于石油催化时不会造成反应介质变色，目前颗粒白土是工业生产的需求热点3）其他：活性白土可用于国防及医学上的防化吸毒剂、维生素A、B吸附剂、内服药物碱解毒剂等，随着社会及科学的发展，活性白土的应用越来越广泛1.1.3 白土精制白土补充精制是指对经溶剂脱蜡和精制后的润滑油基础油，利用白土优异的吸附性能，再进行一次精制去除组成中残留的少量溶剂和有害杂质（如胶质、沥青质、含硫化合物、含氮化合物、有机酸和水等极性物质），以改善油品的颜色、安定性、抗乳化性能等，得到品质合格的润滑油[9]。

因此，补充精制也是保证润滑油质量的一道不可缺少的工序白土补充精制方法一般为将一定量的白土加入油品中，边加热边搅拌，使油品与白土充分混合，待杂质充分吸附于白土上之后，再对油品进行过滤以去除白土和机械杂质1）白土精制原理活性白土是通过对天然白土的活化处理而得，因此其主要成分如表1-2所示，以Al2O3和SiO2为主由于Al2O3粒径较小，而SiO2粒径较大，因此当大量粒径不等的Al2O3和SiO2颗粒聚集时，将产生大量孔隙，因而也具有较大的比表面积在活性白土中，含有两个重要的活性中心，一是在Al2O3和SiO2的接触点上，易发生离子取代现象，即Si4+离子被低一价的Al3+离子所取代，从而在4个氧配位键构建的四面体中形成负电场，该负电场为酸性活性中心，可以吸附大量的阳离子；二是含有空轨道的Al活性中心，其能络合带有孤对电子的分子或离子正是由于上述两活性中心的存在，使得润滑油基础油中的胶质、沥青质、含硫化合物、含氮化合物、有机酸和水等极性物质得以被活性白土吸附活性白土补充精制属于物理化学吸附过程[10]，吸附效果随吸附物质的改变而改变，对油品中各组分的选择吸附性的一般顺序为：胶质、沥青质>芳烃>环烷烃>烷烃，其中，白土更容易吸附芳烃和环烷烃环数较多的烃类。

经过活性白土补充精制处理后的油品，再通过固液分离便得到了合格的基础油2）白土精制影响因素[11-14]活性白土是通过本身的表面和孔隙吸附基础油中的杂质，为物理化学过程因此影响吸附效果的因素较多，除原料油、加工后油品的质量和白土的性质[15-16]之外，工艺因素主要有：白土用量，精制温度、接触时间等①白土性质与用量白土粒径越小，比表面越大，单位质量白土与油品的接触面就越大，因此在其他条件相同的条件下，白土的吸附性能理应越强；但是如果白土粒径过小，其与油品在混合搅拌过程中容易成糊状，而且造成后续固液分离困难，导致润滑油收率下降白土的用量是影响精制油品质的重要因素之一一般而言，随着活性白土用量的增加，活性白土对有害杂质的吸附越彻底，因而油品的颜色越浅、酸值越低、氧化安定性越好，所得精制油的品质越高；但是当活性白土用量超过该油品适用的最佳用量后，再增加活性白土的用量，由于活性白土在吸附杂质的同时，亦吸附少量的精制油，因此活性白土过量将降低精制油收率；而且精制油的天然抗氧化剂亦被吸附，降低了精制油氧化安定性；另外，过量的活性白土增加了静置成本，浪费了资源，而且污染了环境因此采用白土精制时需根据原料油和白土品质，及加工后油品的质量要求，通过室内评价确定最佳用量。

②精制温度精制温度对精制效果影响较大，由于白土补充精制是吸热过程，因此需添加外部热源根据原料油的粘温曲线可知，温度升高，原料油粘度降低，不但使原料油更加容易进入活性白土的孔隙之中，增加了活性白土的表面利用率，而且随着原料油粘度的降低，其中的有害杂质更快、更好地吸附到活性白土的表面虽然温度越高，原料油的粘度越低，越有利于吸附的进行，但是若精制温度过高，油品易发生氧化分解造成油品质量下降在实际工业应用中，精制温度的选择以油料粘度尽可能低但不发生热分解为原则[17]通常，精制温度比原料油闪点高20℃，此温度下，原料油的分子运动活跃，吸附反应的效果好，所需活性白土的用量较少③接触时间待原料油中的有害杂质吸附到活性白土表面之后，为了达到较好的吸附效果，通常需保持一定的接触时间若接触时间过短，不利于有害物质充分、稳定的吸附，达不到理想的吸附效果；若接触时间过长，可作为酸性催化剂的白土，易造成原料油的高温分解，使其中的理想组分发生质变，分解生成不安定产物，同时长时间接触，原料油易发生接触氧化，加深原料油颜色，造成精制油品质下降因此，原料油与活性白土的最佳接触时间需通过室内评价优选对多数润滑油精制作业而言，在混合器中的接触时间一般为20～30min，在加热炉和蒸发塔内的接触时间为30min左右。

1.2 废白土的产生及再生利用白土补充精制过程中，活性白土吸附了大量有害杂质（胶质、酸渣、环烷酸盐和磺酸等），待白土充分吸附后，由于无法再吸附有害杂质而失去活性，我们称失去活性的含油白土为废白土在白土失去活性后，需及时更换以免降低精制油质量，因此每年产生大量废白土废白土为灰褐色泥土状，并带有轻微溶剂气味[18]在活性白土精制过程中，由于白土不仅吸附大量的有害杂质，同时亦吸附一定量的润滑油，因此废白土中含有一定量好的润滑油炼厂废白土中含油量可高达30%以上[19]，而在某些高级油脂精炼过程中，废白土中油脂的含量可高达40%[20]，然而目前，废白土的再生和回收利用一直是亟待解决的问题，每年高达30000t废白土因无法得到有效处理而不得不废弃许多小型炼厂，由于技术和资金的限制，直接将废白土填埋地下，此举不仅造成废白土中残余精制油的无端浪费，而且废白土不能得到有效的回收和利用，污染了环境1990年后，人们环境意识、资源可重复利用意识的提升，世界各国均加大了环境保护、资源可持续发展、污染防治等方面的投入与研究，为废白土的回收再利用提供了技术支持和财政保障1.2.1 废白土再生原理活性白土的主要成分为SiO2和Al2O3，同时含有较少量的H2O。

白土补充精制润滑油时，主要利用SiO2和Al2O3的空隙所产生的表面吸附力，以物理吸附的形式将润滑油中有害杂质吸附在孔隙中在物理吸附进行的同时，以活性白土中的两个活性中心为主的化学吸附亦同时进行，化学吸附主要通过形成离子型或共价型化合物吸附一定的盐、胶质等极性物质活性白土在吸附有害杂质的同时，亦吸附一定量的润滑油废白土回收再利用的原理[21]即是通过一定的化学、物理方法将废白土中吸附的少量有害杂质和润滑油脱附，疏通白土孔道，恢复表面和活性中心，从而恢复白土的吸附性能；回收油料中的理想组分可作为润滑油基础油使用，非理想组分可用于生产低品质工业用油，如模具油、齿轮油、渣油调和组分和蒸馏强化剂等因此，如何将废白土中理想油组分和非理想油组分得到最大化利用和将废白土的吸附性能得到最大程度的恢复是废白。