1-辛烯聚合生產(chǎn)8b潤滑油基礎(chǔ)油的工藝研究

1-辛烯聚合生產(chǎn)8b潤滑油基礎(chǔ)油的工藝研究

隨著世界航空工業(yè)的不斷發(fā)展，航空油行業(yè)的市場需求也在快速增長。8B航空潤滑油作為航空發(fā)動機的主要潤滑劑,將以其優(yōu)異低溫性能、熱穩(wěn)定性能及低腐蝕性能等得到更加廣泛應(yīng)用。8B航空潤滑油是以聚a-烯烴合成油為基礎(chǔ)油,加入添加劑調(diào)合而成,對潤滑及冷卻渦輪噴氣發(fā)動機、活塞式發(fā)動機具有不可替代的作用。中國石油蘭州潤滑脂廠以蠟裂解烯烴為原料,經(jīng)聚合、中和、加氫精制、減壓蒸餾等工藝生產(chǎn)出了合格的8B基礎(chǔ)油。但是在生產(chǎn)過程中也暴露出了一些問題,給裝置平穩(wěn)運行、產(chǎn)品質(zhì)量保障及客戶需求帶來嚴(yán)重困擾。例如蠟裂解a-烯烴原料受上游產(chǎn)品制約供應(yīng)不足、原料質(zhì)量波動較大導(dǎo)致聚合工藝頻繁調(diào)整、產(chǎn)品收率較低、聚合溫度控制難操作、個別指標(biāo)有時出現(xiàn)卡邊現(xiàn)象等給企業(yè)帶來了嚴(yán)重困擾。為解決以上問題,本研究通過理論分析,引進國外進口1-辛烯作為原料,將催化劑與稀釋劑混合后逐步加入的方法,通過對催化劑用量、稀釋劑比例、混合劑加入速率、聚合溫度、聚合時間、聚合壓力等研究探索,生產(chǎn)出了符合國標(biāo)產(chǎn)品,收率達到85%以上,技術(shù)及經(jīng)濟指標(biāo)完全滿足工業(yè)生產(chǎn)需要。1b基礎(chǔ)油的原料本實驗選用的烯烴為殼牌公司生產(chǎn)的齊聚1-辛烯,產(chǎn)品純度較高,聚合物分子量分布集中,非理想組分較少,是生產(chǎn)8B基礎(chǔ)油的理想原料,其性質(zhì)見表1。催化劑為國產(chǎn)無水AlCl稀釋劑為裝置自產(chǎn)拔頭油,主要組成為烷烴、異構(gòu)烷烴、芳烴及輕組分潤滑油,100℃粘度小于1mm2試驗計劃2.1催化劑稀釋以AlCl2.2試驗過程在計量罐中放入一定量拔頭油作為稀釋劑,開啟攪拌,按照試驗設(shè)計將一定比例的AlCl3結(jié)果與討論3.1稀釋劑比例對產(chǎn)品性能的影響稀釋劑的加入主要考慮了催化劑在液相聚合體系中的分散程度及進入聚合體系速率對聚合度及其聚合物分子量分布的影響。因此我們考察了催化劑含量1.0%、混合劑加入速率350ml/s、聚合溫度在60℃、壓力在0.4MPa、聚合時間3h等條件下稀釋劑比例不同對產(chǎn)品性能的影響,見表2。從表2可以看出隨著稀釋劑比例的增加,運動粘度及收率等指標(biāo)隨之增加,當(dāng)比例達到10%時,粘度及收率等指標(biāo)最大。這是由于稀釋劑比例的增加使得催化劑在液相體系中分散度增大,增加了催化劑與烯烴的接觸面積,反應(yīng)程度加深,但是隨著比例的進一步擴大,粘度等指標(biāo)減小,這是由于催化劑及1-辛烯的濃度減小,反應(yīng)深度減弱,粘度及收率等指標(biāo)下降,而且此時稀釋劑消耗過大,因此,適宜的稀釋劑比例應(yīng)該是10%。3.2催化劑的配比對產(chǎn)品性能的影響催化劑的用量決定了1-辛烯聚合反應(yīng)程度及8B基礎(chǔ)油的收率。因此考察了稀釋劑為10%、混合物加入速率350ml/s、聚合壓力在0.4MPa、溫度在60℃、聚合時間3h等條件下不同催化劑含量對產(chǎn)品性能影響,結(jié)果見表3。表3可見,隨著催化劑比例的增加,各項測量指標(biāo)增加,反應(yīng)深度增加,當(dāng)催化劑比例到達1.0%時增幅有所下降,到達2.0-2.5%時,反應(yīng)基本結(jié)束。這是由于催化劑比例低于1.0%時,催化劑不足,反應(yīng)不完全,粘度、閃點、凝點及收率都較低,大于1.0%時,催化劑足量,反應(yīng)完全,各項指標(biāo)均增大,但是隨著催化劑的增加,催化劑呈現(xiàn)飽和狀態(tài),對聚合反應(yīng)無更大的催化作用,同時影響產(chǎn)品質(zhì)量及經(jīng)濟效益,因此,工業(yè)中控制催化劑比例在1.0%。3.3混合物加入速率對產(chǎn)品性能的影響稀釋劑及催化劑混合物的加入速率對控制反應(yīng)溫度,影響聚合物性能有一定作用。因此考察催化劑含量為1.0%、稀釋劑為10%、聚合壓力在0.4MPa、溫度在60℃、聚合時間3h下,不同的混合物加入速率下的產(chǎn)品性能,見表4。從表4可以看出加劑速率的增加,導(dǎo)致了運動粘度等各項指標(biāo)的下降,加劑速率在200~350ml/s之間時,各項測量指標(biāo)下降緩慢,速率在350~400ml/s之間時,指標(biāo)下降較快。這是由于加劑速率較小時,聚合反應(yīng)控制容易,反應(yīng)完全,得到產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,隨著加劑速率的增加,反應(yīng)劇烈程度加劇,反應(yīng)控制較難,局部出現(xiàn)溫度失控,低分子聚合物產(chǎn)生,產(chǎn)品質(zhì)量下降,因此,從工業(yè)生產(chǎn)對反應(yīng)時間要求的角度考慮,加劑速率控制在350ml/s左右合適。3.4反應(yīng)溫度的影響1-辛烯聚合反應(yīng)屬于放熱反應(yīng),溫度對反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率及產(chǎn)品性能有決定性影響。因此考察催化劑含量為1.0%、稀釋劑為10%、混合劑加入速率350ml/s、聚合壓力在0.4MPa、聚合時間3h下,不同反應(yīng)溫度對產(chǎn)品的影響,見表5。從表5可以看出在10~60℃之間,隨著溫度的升高,粘度等各項測量指標(biāo)均升高,大于60℃粘度等指標(biāo)出現(xiàn)下降,這是由于溫度升高加劇了分子的運動速率,提高了反應(yīng)效率,但是溫度過高,導(dǎo)致了副反應(yīng)的發(fā)生,破壞催化劑的活性,同時逆反應(yīng)速率大于正反應(yīng)速率,低分子聚合物增加,反應(yīng)效率下降?？梢?-辛烯在低溫下容易聚合反應(yīng)生成較理想的8B基礎(chǔ)油,溫度在60℃左右合適。3.5反應(yīng)時間聚合物的性能聚合反應(yīng)時間對產(chǎn)品的收率有較大影響。在催化劑含量為1.0%、稀釋劑為10%、混合劑加入速率350ml/s、聚合壓力在0.4MPa、溫度在60℃條件下對不同反應(yīng)時間聚合物的性能進行考察,結(jié)果見表6。從表6可以看出隨著反應(yīng)時間的增加,粘度等測量指標(biāo)均提高,當(dāng)時間超過3h后,增加幅度減緩趨于平穩(wěn),說明隨著反應(yīng)時間的增加,聚合反應(yīng)向正反應(yīng)方向進行,反應(yīng)轉(zhuǎn)化率加深,當(dāng)反應(yīng)到達一定的時間后,聚合反應(yīng)處于平衡狀態(tài),反應(yīng)基本結(jié)束,因此該反應(yīng)的最佳反應(yīng)時間為3h。3.6聚合反應(yīng)及產(chǎn)品性能的影響反應(yīng)壓力對1-辛烯聚合反應(yīng)深度有一定影響。在催化劑含量為1.0%、稀釋劑為10%、混合劑加入速率350ml/s、溫度在60℃、聚合時間3h下,考察不同反應(yīng)壓力對聚合反應(yīng)及產(chǎn)品性能的影響,見表7。從表7可以看出隨著壓力的增加,粘度等指標(biāo)均呈上升趨勢,當(dāng)壓力大于0.4Mpa時,增長趨勢緩慢,說明壓力的增大對反應(yīng)向正反應(yīng)方向有促進作用,但是當(dāng)壓力到達一定時,對反應(yīng)的影響力度有所減小。這是由于1-辛烯在60℃時,氣相部分增加,增大壓力有利于反應(yīng)向體積減小方向進行,產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率增加,當(dāng)壓力進一步增加時,氣相部分減小,液相部分增加,壓力對反應(yīng)影響力度減小,同時對反應(yīng)設(shè)備要求也更加苛刻,因此,合適的反應(yīng)壓力為0.4Mpa。4稀釋劑的加入比例(1)1-辛烯聚合反應(yīng)生產(chǎn)8B潤滑油基礎(chǔ)油最佳工藝條件為:催化劑含量為1.0%、稀釋劑為10%、混合劑加入速率350ml/s、溫度在60℃、聚合時間3h、聚合壓力0.4Mpa,再經(jīng)過石灰中和,白土精制等工藝,產(chǎn)品性能達到國家標(biāo)準(zhǔn)。(2)采用稀釋劑對催化劑進行稀釋混合后逐步加入,使得催化劑與烯烴接觸面積增加,反應(yīng)程度加深,產(chǎn)品各項指標(biāo)滿足需求,但是隨著稀釋劑比例的進一步增加,導(dǎo)致反應(yīng)物濃度減小,反應(yīng)程度有所減小,收率等指標(biāo)下降。(3)1-辛烯聚合為陽離子聚合反應(yīng),該反應(yīng)為放熱反應(yīng),嚴(yán)格控制聚合溫度,防止溫度急劇上升對控制產(chǎn)品質(zhì)量有重要意義,實驗證明1-辛烯在較低的溫度下聚合反應(yīng)可得到產(chǎn)品性能穩(wěn)定,收率高達