1-辛烯聚合生产8b润滑油基础油的工艺研究

1-辛烯聚合生产8b润滑油基础油的工艺研究

随着世界航空工业的不断发展，航空油行业的市场需求也在快速增长。8B航空润滑油作为航空发动机的主要润滑剂,将以其优异低温性能、热稳定性能及低腐蚀性能等得到更加广泛应用。8B航空润滑油是以聚a-烯烃合成油为基础油,加入添加剂调合而成,对润滑及冷却涡轮喷气发动机、活塞式发动机具有不可替代的作用。中国石油兰州润滑脂厂以蜡裂解烯烃为原料,经聚合、中和、加氢精制、减压蒸馏等工艺生产出了合格的8B基础油。但是在生产过程中也暴露出了一些问题,给装置平稳运行、产品质量保障及客户需求带来严重困扰。例如蜡裂解a-烯烃原料受上游产品制约供应不足、原料质量波动较大导致聚合工艺频繁调整、产品收率较低、聚合温度控制难操作、个别指标有时出现卡边现象等给企业带来了严重困扰。为解决以上问题,本研究通过理论分析,引进国外进口1-辛烯作为原料,将催化剂与稀释剂混合后逐步加入的方法,通过对催化剂用量、稀释剂比例、混合剂加入速率、聚合温度、聚合时间、聚合压力等研究探索,生产出了符合国标产品,收率达到85%以上,技术及经济指标完全满足工业生产需要。1b基础油的原料本实验选用的烯烃为壳牌公司生产的齐聚1-辛烯,产品纯度较高,聚合物分子量分布集中,非理想组分较少,是生产8B基础油的理想原料,其性质见表1。催化剂为国产无水AlCl稀释剂为装置自产拔头油,主要组成为烷烃、异构烷烃、芳烃及轻组分润滑油,100℃粘度小于1mm2试验计划2.1催化剂稀释以AlCl2.2试验过程在计量罐中放入一定量拔头油作为稀释剂,开启搅拌,按照试验设计将一定比例的AlCl3结果与讨论3.1稀释剂比例对产品性能的影响稀释剂的加入主要考虑了催化剂在液相聚合体系中的分散程度及进入聚合体系速率对聚合度及其聚合物分子量分布的影响。因此我们考察了催化剂含量1.0%、混合剂加入速率350ml/s、聚合温度在60℃、压力在0.4MPa、聚合时间3h等条件下稀释剂比例不同对产品性能的影响,见表2。从表2可以看出随着稀释剂比例的增加,运动粘度及收率等指标随之增加,当比例达到10%时,粘度及收率等指标最大。这是由于稀释剂比例的增加使得催化剂在液相体系中分散度增大,增加了催化剂与烯烃的接触面积,反应程度加深,但是随着比例的进一步扩大,粘度等指标减小,这是由于催化剂及1-辛烯的浓度减小,反应深度减弱,粘度及收率等指标下降,而且此时稀释剂消耗过大,因此,适宜的稀释剂比例应该是10%。3.2催化剂的配比对产品性能的影响催化剂的用量决定了1-辛烯聚合反应程度及8B基础油的收率。因此考察了稀释剂为10%、混合物加入速率350ml/s、聚合压力在0.4MPa、温度在60℃、聚合时间3h等条件下不同催化剂含量对产品性能影响,结果见表3。表3可见,随着催化剂比例的增加,各项测量指标增加,反应深度增加,当催化剂比例到达1.0%时增幅有所下降,到达2.0-2.5%时,反应基本结束。这是由于催化剂比例低于1.0%时,催化剂不足,反应不完全,粘度、闪点、凝点及收率都较低,大于1.0%时,催化剂足量,反应完全,各项指标均增大,但是随着催化剂的增加,催化剂呈现饱和状态,对聚合反应无更大的催化作用,同时影响产品质量及经济效益,因此,工业中控制催化剂比例在1.0%。3.3混合物加入速率对产品性能的影响稀释剂及催化剂混合物的加入速率对控制反应温度,影响聚合物性能有一定作用。因此考察催化剂含量为1.0%、稀释剂为10%、聚合压力在0.4MPa、温度在60℃、聚合时间3h下,不同的混合物加入速率下的产品性能,见表4。从表4可以看出加剂速率的增加,导致了运动粘度等各项指标的下降,加剂速率在200~350ml/s之间时,各项测量指标下降缓慢,速率在350~400ml/s之间时,指标下降较快。这是由于加剂速率较小时,聚合反应控制容易,反应完全,得到产品质量稳定,随着加剂速率的增加,反应剧烈程度加剧,反应控制较难,局部出现温度失控,低分子聚合物产生,产品质量下降,因此,从工业生产对反应时间要求的角度考虑,加剂速率控制在350ml/s左右合适。3.4反应温度的影响1-辛烯聚合反应属于放热反应,温度对反应的转化率及产品性能有决定性影响。因此考察催化剂含量为1.0%、稀释剂为10%、混合剂加入速率350ml/s、聚合压力在0.4MPa、聚合时间3h下,不同反应温度对产品的影响,见表5。从表5可以看出在10~60℃之间,随着温度的升高,粘度等各项测量指标均升高,大于60℃粘度等指标出现下降,这是由于温度升高加剧了分子的运动速率,提高了反应效率,但是温度过高,导致了副反应的发生,破坏催化剂的活性,同时逆反应速率大于正反应速率,低分子聚合物增加,反应效率下降。可见1-辛烯在低温下容易聚合反应生成较理想的8B基础油,温度在60℃左右合适。3.5反应时间聚合物的性能聚合反应时间对产品的收率有较大影响。在催化剂含量为1.0%、稀释剂为10%、混合剂加入速率350ml/s、聚合压力在0.4MPa、温度在60℃条件下对不同反应时间聚合物的性能进行考察,结果见表6。从表6可以看出随着反应时间的增加,粘度等测量指标均提高,当时间超过3h后,增加幅度减缓趋于平稳,说明随着反应时间的增加,聚合反应向正反应方向进行,反应转化率加深,当反应到达一定的时间后,聚合反应处于平衡状态,反应基本结束,因此该反应的最佳反应时间为3h。3.6聚合反应及产品性能的影响反应压力对1-辛烯聚合反应深度有一定影响。在催化剂含量为1.0%、稀释剂为10%、混合剂加入速率350ml/s、温度在60℃、聚合时间3h下,考察不同反应压力对聚合反应及产品性能的影响,见表7。从表7可以看出随着压力的增加,粘度等指标均呈上升趋势,当压力大于0.4Mpa时,增长趋势缓慢,说明压力的增大对反应向正反应方向有促进作用,但是当压力到达一定时,对反应的影响力度有所减小。这是由于1-辛烯在60℃时,气相部分增加,增大压力有利于反应向体积减小方向进行,产品转化率增加,当压力进一步增加时,气相部分减小,液相部分增加,压力对反应影响力度减小,同时对反应设备要求也更加苛刻,因此,合适的反应压力为0.4Mpa。4稀释剂的加入比例(1)1-辛烯聚合反应生产8B润滑油基础油最佳工艺条件为:催化剂含量为1.0%、稀释剂为10%、混合剂加入速率350ml/s、温度在60℃、聚合时间3h、聚合压力0.4Mpa,再经过石灰中和,白土精制等工艺,产品性能达到国家标准。(2)采用稀释剂对催化剂进行稀释混合后逐步加入,使得催化剂与烯烃接触面积增加,反应程度加深,产品各项指标满足需求,但是随着稀释剂比例的进一步增加,导致反应物浓度减小,反应程度有所减小,收率等指标下降。(3)1-辛烯聚合为阳离子聚合反应,该反应为放热反应,严格控制聚合温度,防止温度急剧上升对控制产品质量有重要意义,实验证明1-辛烯在较低的温度下聚合反应可得到产品性能稳定,收率高达