真空泵油的加氢后性能改进分析
根据真空泵油在使用中的工作状况, 我国已制定了真空泵油的行业标准SH0528-92(矿物油型真空泵油标准) 和SH0529-92(矿物油型扩散泵油标准)。下面就对加氢油生产的真空泵油在饱和蒸汽压、极限压强、粘度指数、氧化安定性等方面的改进进行分析。
1、饱和蒸汽压
为了获得高真空, 希望油品在冷凝器温度下有较低的饱和蒸汽压; 使真空泵能获得较高的真空; 同时又要求油品在蒸发器温度下, 应具有尽可能大的饱和蒸汽压, 使得泵在较高的出口压力下工作。一些质谱组成分析结果表明, 与溶剂精制油相比,加氢油具有芳烃含量低、饱和烃含量高的特点。从化学组成上分析, 随着分子量增大, 直链烷烃分子间的色散力增加, 蒸汽压降低, 需要从外界供给较大的能量才可使其蒸汽压提高到与大气压相等, 因而沸点相应增高; 而对于碳数相同的烷烃异构体而言, 分子支链增多时, 分子趋于球形, 分子间距离增大, 色散力相应减弱, 则油品蒸汽压会升高。环烷烃性质与烷烃相似, 因此加氢泵油中含量较多的带长侧链的单环环烷烃或芳烃有利于真空泵油降低饱和蒸汽压。
2、极限压强
极限压强是真空设备的关键性指标, 其大小取决于泵本身的漏气和工作液的蒸气压强。以扩散泵为例, 根据扩散理论, 有如下关系式。
泵工作压缩比
可以看出油品的种类和组成对真空泵的极限压强影响很大。与溶剂精制油相比, 由于加氢油制得的真空泵油沸点高, 分子量较大, 即公式中的蒸汽分子直径R2 和分子量L2 大, 相应的气体与蒸汽间的扩散系数D 0 就小, 所以压缩比就大, 对一定的出口压强P(L)而言, 极限压强P(O)就小些。这说明用加氢油生产的真空泵油沸点高, 组成合理, 有利于获得高真空; 且由于该油馏分窄, 精制深度高, 抽气速率也有所提高。
从“石大”牌真空泵油性能测试结果中也能看出这一点。表2 对比了“石大”牌扩散泵油(SD2DPO 23) 与用普通溶剂精制油制得的扩散泵油(A 油) 的真空性能, 结果表明: 极限压强和抽气速率指标都有了一定程度的提高。
表2 SD-DPO-3 与A 油极限压强和抽气速率对比结果
表3 对比了北京石大中油公司最新研制的“石大”牌直联泵油SD2RPO 2100L 与德国产莱宝泵专用油N 62 在莱宝真空泵上测试的极限压强性能。结果表明: 国产油的真空性能指标不亚于进口油。
表3 SD-RPO-100L 与Leybold N62 的极限压强对比结果3
3、粘温性能
油品粘温性能的优劣水平是用粘度指数来表征的, 它是衡量基础油加工中精制深度最重要的指标,也是判断润滑油油源的标志。从化学组成上分析, 烷烃和少环长侧链环烷烃和芳烃的粘温性能都好于多环多侧链环烷烃和芳烃; 胶质等稠环化合物的粘度指数极低。
由于要求油品在低温下能使泵迅速启动, 在高温下又能具有良好的密封性, 同时使泵内温升较低,因此油品的高粘度指数对真空泵的正常运转是非常重要的。尤其是近年来出现的直联高速旋片式真空泵的出现, 转速已提高到1000～3000 röm in, 这就使油分子的内摩擦增大了, 油品温升也更高, 因此对油品的粘度指数要求更严格了。因此, 由基础油性质决定了加氢油制得的真空泵油的粘度指数(一般V I≥100) 要好于普通溶剂精制油的产品(一般V I≥90)。
4、氧化安定性
由于油品在泵内要经受长期的加热、汽化、(喷射)、冷却等过程, 因此要求油品要具有良好的热安定性和氧化安定性, 避免热解产物和氧化产物污染系统, 降低极限真空度。烃类氧化是一个自由基自动氧化过程。油品氧化安定性与非烃杂质和化学组成有密切关系。环己烷和C12 以上的大环化合物由其自身结构决定了其张力能很小或等于零, 因此具有稳定的构象, 所以基础油中的烷烃和环烷烃对氧化安定性都是有正影响的; 而基础油中芳烃、胶质对氧化安定性是有负影响的。其中适量的少环芳烃对氧化安定性有利, 但不能过多。多环芳烃含量越高, 油品的氧化安定性越差。陈国铭等人认为我国石蜡基基础油氧化安定性差的原因除与其中天然硫化物含量低有关外, 没有将其中的稠环芳烃及极性化合物降低至较低水平也是原因之一。而通过加氢精制工艺处理油料可以很好地解决这一问题。此外, Fenske发现芳烃含量为15%～20% 的基础油氧化安定性最好。Fuchs和Burn等也提出过最佳芳烃的概念, 他们认为在硫含量大于0. 1% 时, 就氧化安定性而言, 最佳芳烃含量为10%～20%。因此, 对加氢油而言, 随着加工深度的提高, 芳烃饱和程度增加, 芳烃总含量降低, 饱和烃总含量增加, 非理想组分含量大大减少, 其氧化安定性会越好, 表现在真空泵油指标上就是降低了油品酸值, 延长了油品使用寿命。
5、挥发性
