第二节　物理法生产矿物润滑油基础油

矿物润滑油基础油的物理法生产工艺由溶剂精制、溶剂脱蜡和白土补充精制组成。

一、溶剂精制

来自常减压蒸馏装置减压侧线的馏分润滑油原料和来自丙烷脱沥青装置的残渣润滑油原料中，含有大量的润滑油非理想组分——多环短侧链的芳香烃，含硫、含氮、含氧化合物及少量的胶质等。这些组分的存在使润滑油颜色深、酸值高、残炭值大，黏温特性和抗氧化安定性差，腐蚀金属设备。因此，润滑油原料必须经过精制，除去所含的非理想组分，才能达到润滑油基础油标准，满足成品润滑油对基础油的要求。

1.溶剂精制的原理

润滑油溶剂精制过程是一个物理抽提分离过程，利用某些有机溶剂对润滑油料中的理想组分和非理想组分具有不同的溶解度的性质，将理想组分和非理想组分分开。通过选择对非理想组分溶解度大而对理想组分溶解度小的溶剂，将非理想组分大量溶于溶剂中而除去，从而降低了润滑油料的残炭值，提高油品的抗氧化安定性和黏温性能，使润滑油的颜色得到改善。

润滑油溶剂精制过程中的溶剂可循环使用，一般情况下溶剂的消耗量约为处理原料油量的千分之几。润滑油溶剂精制不能使原料油中的非理想组分进行化学转化，它只能处理那些原料中有足够多的理想组分的油料。

2.溶剂的选择

（1）理想溶剂的要求

①有机溶剂能大量溶解润滑油原料中的非理想组分，而对理想组分则溶解得很少。

②在精制过程中，有机溶剂应不与润滑油原料发生任何化学作用，以免影响润滑油的质量和造成溶剂的损失。

③有机溶剂在受热情况下应稳定，不易分解变质。

④有机溶剂的黏度要小，但和精制油品之间应具有尽可能大的密度差，这样在精制时才容易分成两相。

⑤有机溶剂应无毒性且不腐蚀设备。

⑥有机溶剂应具有合适的沸点，即不能过低或过高。若沸点过低，则精制须在高压下操作，使生产过程复杂，操作费用增大；若沸点过高，从精制油和抽出油中回收溶剂困难，也会增加操作费用。

（2）常用溶剂的性质　在实际生产中，选用溶剂时应突出选择性好、溶解能力大、易回收等主要性能而兼顾其他方面的要求。工业上，溶剂精制过程主要采用糠醛、N-甲基吡咯烷酮（简称NMP）以及酚作为溶剂。在工业上，这些过程分别被俗称为糠醛精制、酚精制等。表2-3列出了常用精制溶剂的物理性质。表2-4列出了常用精制溶剂的使用性能。

从表2-4中数据可以看到，三种溶剂在使用性能上各有优缺点，选用时需结合具体情况综合考虑。

糠醛的价格较低，来源充分（我国是糠醛出口国），适用的原料范围较宽（对石蜡基和环烷基原料油都适用），毒性低，与油不易乳化而易于分离，是目前国内应用最为广泛的精制溶剂。糠醛的选择性比酚和N-甲基吡咯烷酮稍好，而溶解能力则较差。因此，在相同的原料和相同的产品要求时，需用较大的溶剂比。糠醛对热和氧不稳定，使用中温度不应超过230℃，而且应与空气隔绝。糠醛中含水会降低其溶解能力，在正常操作时其含水量不得超过0.5％～1％（质量分数）。

N-甲基吡咯烷酮在溶解能力、热稳定性及化学稳定性方面都比其他两种溶剂强，选择性则居中。它的毒性最小，使用的原料范围也较宽。因此，近年来已逐渐被广泛采用。对我国来说，它的主要缺点是价格高且必须进口。

酚的主要缺点是毒性大，适用原料范围窄，近年来有逐渐被取代的趋势。

在我国，采用糠醛作溶剂的装置处理能力约占总处理能力的80％，其余的则采用酚，只有个别的装置采用NMP。本书主要介绍糠醛精制的相关内容。

3.溶剂精制的工艺流程

图2-10为糠醛精制的工艺原则流程。整个流程主要分为三部分：抽提、提余液和提取液中溶剂的回收、糠醛-水溶液的处理。

（1）抽提部分　原料油经换热后从抽提塔的下部进入，循环溶剂糠醛从塔的上部进入，两者在塔内进行逆流连续抽提。抽提塔一般在约0.5MPa压力下操作，使提余液和提取液自动流入溶剂回收系统。有些装置在抽提塔的下部设有抽出油循环，有的还在塔的中部使用中间冷却。

（2）提余液和提取液中溶剂的回收　一般情况下，提余液中的溶剂量较少，而提取液中的溶剂量约占总溶剂回收量的90％。在溶剂的蒸发回收过程中多采用多效蒸发方法以减少能耗。从抽提塔上部流出的提余液经换热及加热炉加热至约220℃后进入提余液汽提塔进行闪蒸和汽提，脱去溶剂后的提余油从塔底抽出送出装置。塔顶的糠醛蒸气与水蒸气经冷凝冷却后进入糠醛-水分层罐。提取液从抽提塔底流出，与由高压蒸发塔来的糠醛蒸气换热后进入低压蒸发塔进行第一次蒸发，然后经加热炉加热后进入高压蒸发塔进行第二次蒸发。低压蒸发塔的操作压力稍高于常压，高压蒸发塔的操作压力约为0.25MPa（绝对压力）。提取液中的溶剂有35％～45％在低压蒸发塔脱除，其余的溶剂则在高压蒸发塔脱除。从高压蒸发塔塔底出来的提取液中还含有少量溶剂，因此还需要通过汽提除去。脱除溶剂后的提取油从汽提塔塔底抽出送出装置。提余液汽提塔和提取液汽提塔都是在减压下操作，压力约为13kPa。

（3）糠醛-水溶液的处理　糠醛与水部分互溶生成共沸物，不能用简单的沉降分离或精馏方法来处理。工业上一般用双塔流程来回收糠醛水溶液中的糠醛。

由汽提塔来的水蒸气和糠醛蒸气经冷凝冷却后进入分层罐。上层含水多，称水液，送入糠醛蒸发器，糠醛以共沸物组成从塔顶分出，冷凝后回到分层罐又分成两层，水从塔底排出。分层罐的下层主要是糠醛，送入糠醛脱水塔，水以共沸物组成从塔顶蒸出，冷凝后进入分层罐。塔底得到含水小于0.5％的干糠醛，可以循环回抽提塔使用。

4.溶剂精制过程的影响因素

影响溶剂精制过程的因素主要有：抽提温度、抽提方式、溶剂比、提取物循环、界面位置、原料中沥青含量以及抽提塔内的液体流速等。

（1）抽提温度　抽提系统保持两相的关键是抽提温度，即必须使抽提过程在临界溶解温度与润滑油及溶剂的凝固点之间进行。在此温度范围内，溶剂的溶解能力随温度的升高而增强，而选择性则随温度的升高而降低，因此，温度变化必然会影响精制油的质量与收率。

溶剂精制的抽提操作温度有一个允许的范围，其上限是体系的临界溶解温度，即体系成为单个液相的最低温度，其下限则是润滑油和溶剂的凝固点温度。在实际操作中，抽提温度一般都应比临界溶解温度低20～30℃，以保证体系能保持两个液相。

①临界溶解温度。临界溶解温度的高低决定于溶剂的种类、原料油的组成以及溶剂比。图2-11是糠醛和N-甲基吡咯烷酮的临界溶解温度曲线，由图可见，在其他条件相同时，糠醛的临界溶解温度比NMP高，表明糠醛的溶解能力相对较低。

原料油中含稠环芳烃越多，临界溶解温度就越低。随着烃类侧链长度的增加，临界溶解温度升高；随着芳香环和环烷环环数的增加，临界溶解温度急剧下降。表2-5列出了某些脱蜡油对糠醛的临界溶解温度。

②抽提温度对精制油质量和收率的影响。下面以溶剂比为3:1时，糠醛处理某润滑油馏分为例来分析温度对精制油质量与收率的影响，如图2-12所示。

由图2-12可以看出，精制油收率随抽提温度的升高而直线下降，黏度指数在开始升温阶段随温度升高而升高，但当达到某一最高值以后，继续提高温度，精制油黏度指数反而下降。该最高点说明溶剂在此温度下具有最适宜的溶解能力，可以保证最大限度地溶解非理想组分，同时又具有恰当的选择性，使理想组分不致因溶解能力提高而过多地进入提取相。低于这一温度则由于溶剂溶解能力低，使相当数量的非理想组分不能进入提取相。而高于这一温度，则会由于溶剂溶解能力过高，选择性过低，使理想组分被抽走。

③抽提塔操作温度。在逆流抽提过程中，原料油自塔下部进入，其中所含非理想组分随着向上运动，不断被自上而下来的溶剂抽提而逐渐减少，因此它在溶剂中的临界溶解温度就会逐步提高，故而应该使抽提温度也逐步提高，所以抽提塔顶部应维持较高的温度，但这样难免有一定数量的理想组分和中间组分被溶解。为了减少理想组分的损失，提高精制油的收率，塔底则维持较低的温度。溶剂自塔上部进入后，随着它向下流动，温度逐渐降低，选择性提高，使开始被溶解的理想组分又将不断释放出来，这样自塔底排出的提取液中，就不含有理想组分，从而保证了精制油的收率。

抽提塔顶部与底部的温度差，称为温度梯度。糠醛精制时的温度梯度为20～25℃。对于用酚作为溶剂的精制过程，由于酚对烃类的溶解能力较强，同时其熔点又较高，因此，用降低塔底温度的方法来减少提取液中理想组分的含量，受到很大限制，工业上通常多用在抽提塔下部注入酚水的办法来提高酚的选择性。在处理残渣油时，由于残油在酚中的溶解度比馏分油低，所以注入的酚水量应比处理馏分油时少。

烃类在溶剂中的溶解度随分子量的增高而降低，所以处理不同的原料时，采用的精制温度也不一样，馏分重的、黏度大的、含蜡量多的原料油采用的温度应高些。各种油品糠醛精制较适宜的抽提温度如表2-6所示。

原料的馏分范围很宽时，不易选择适宜的精制温度，因此精制原料的沸点范围以窄为宜。

（2）抽提方式　抽提方式有三种：一次抽提、多次抽提与逆流抽提。

一次抽提是全部溶剂一次和原料油相混，分离后得到提取油与提余油。一次抽提示意如图2-13所示。

一次抽提所得的精制油质量不高，同时，在非理想组分溶解的过程中，一部分理想组分也溶解在溶剂里，因而精制油的收率也不高。

多次抽提的示意流程如图2-14所示。

溶剂被分成的份数越多，抽提的效果就越好。多次抽提比一次抽提分离要完全些，达到同样分离程度时，溶剂耗量要小，但操作复杂，设备增多，在两相分离时，造成精制油的损失过多，因而收率降低。

逆流抽提是在塔中进行的，溶剂和原料油在塔中逆向流动，在接触时，非理想组分就溶于溶剂。逆流抽提是连续过程，溶剂从上部进入，原料油从下部进入，由于油的相对密度比溶剂小，油从下向上升，溶剂从上向下沉降，两者在逆向流动中接触。为了增大接触面积，改善抽提效果，常采用填料塔或转盘塔。逆流抽提的示意过程如图2-15所示。

不同抽提方式与溶剂消耗的关系如图2-16所示。

结果表明，逆流抽提溶剂的消耗量最小，一次抽提的溶剂耗量最大。

不同抽提方式对精制油收率和质量的影响如图2-17所示。

图2-17的结果表明，在精制油质量相同时，逆流抽提可以得到最高收率的精制油产品。

（3）溶剂比　溶剂比是溶剂量与原料油量之比，可以用体积分数或质量分数来表示，通常多采用体积比。

浓度差是抽提过程的推动力。为了增大浓度差，除了采用逆流抽提外，还可以用增大溶剂比来达到。在恒定温度下，当非理想组分在溶剂中的浓度达到平衡时，向体系中再加入溶剂，则使其中的非理想组分的浓度降低，平衡被破坏，非理想组分又继续向溶剂中转移，从而增大了非理想组分的抽出量。因此，当溶剂比增大时，精制油的质量提高，但其收率则降低。当溶剂比增大时，油中的理想组分在溶剂中的溶解量也增大了，这使精制油的收率进一步降低。表2-7列出了某糠醛精制过程中溶剂比对精制油质量和收率的影响。

从表2-7可见，增大溶剂比对精制油质量产生影响时并没有出现像改变温度时那样的现象，即黏度指数变化曲线上有一最高点。其原因是在增大溶剂比时只是改变了提取液中油的总量而不是浓度，即增大溶剂比并没有改变溶剂的溶解能力。

适宜的溶剂比应根据溶剂性质、原料油性质、精制油的质量要求通过实验来综合考虑。一般来说，精制重质润滑油原料时采用较大的溶剂比，而在精制较轻质的原料油时则采用较小的溶剂比。例如在糠醛精制时，对重质油料采用溶剂比为3.5～6，对轻质油料则采用2.5～3.5。

提高溶剂比或提高抽提温度都能提高精制深度。对于某个油品要求达到一定的精制深度时，在一定范围内，可用较低的抽提温度和较大的溶剂比，也可以用较高的抽提温度和较小的溶剂比。由于低温下溶剂的选择性较好，采用前一种方法可以得到较高的精制油收率，故多数情况下选用前一个方案。但是也应当注意到，提高溶剂比会增大溶剂回收系统的负荷，增加操作费用，同时也会降低装置的处理能力。因此，如何选择最适宜的抽提温度和溶剂比，应当根据技术经济分析的结果综合地考虑。

二、溶剂脱蜡

不含蜡的石油非常少。我国的石油多为含蜡石油，有的润滑油馏分含蜡量超过40％，在低温下油中的蜡就会析出，形成结晶。这些结晶会形成结晶网，阻碍油的流动，甚至“凝固”，所以含蜡的润滑油料必须脱蜡才能生产出低温流动性好的润滑油。

1.溶剂脱蜡的原理

为使润滑油在低温条件下保持良好的流动性，必须将其中易于凝固的蜡除去。这一工艺叫脱蜡，脱蜡不仅可以降低润滑油的凝固点，同时也可以得到蜡。常用的脱蜡方法有冷榨脱蜡、溶剂脱蜡和尿素脱蜡，其中最重要的是溶剂脱蜡。它是利用低温下溶剂对油的溶解能力很大而对蜡的溶解能力很小而且本身低温黏度又很小的溶剂去稀释润滑油料，使蜡能结成较大晶粒并使油的黏度因稀释而大幅度降低，使油、蜡得到分离。

2.溶剂的选择

（1）溶剂的作用

①稀释作用。降低润滑油料的黏度。

②选择性溶解。在脱蜡温度下油几乎全部溶解于溶剂，而蜡在溶剂中则很少溶解。

（2）对溶剂的要求

①黏度足够低。

②低温下对蜡的溶解度小，使脱蜡温差小；低温下对油的溶解度大，使所需的溶剂比小。

③能使蜡结晶有良好的性状，以便得到较高的过滤速度。

④沸点不应太高，也不能过低。

⑤化学安定性和热稳定性好，不容易分解。

⑥能适应多种来源和各种馏分范围的原料。

⑦冰点低，在脱蜡温度下溶剂不会析出结晶。

⑧毒性小。

⑨不腐蚀设备。

⑩价格便宜。

在上述要求中，最主要的是选择性和溶解性。但往往很难找到一种二者兼备的良好溶剂，为了取长补短，一般采用2～3种溶剂的混合物。在工业上采用的混合溶剂有丙酮-苯-甲苯、丙酮-甲苯、甲基乙基酮-甲苯、甲基异丁基酮-甲苯、二氯乙烷-二氯甲烷。

混合溶剂中，丙酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、二氯乙烷是极性溶剂，在低温下对蜡的溶解度小，是蜡的沉淀剂。而苯、甲苯和二氯甲烷是非极性溶剂，在低温下对油有较大的溶解度，是油的稀释剂。

在酮类-苯类混合溶剂中，苯类的主要作用是溶解润滑油。但是苯类对蜡的溶解度较大，故加入对蜡溶解度很小的酮类以减小对蜡的溶解度。

苯在高温或低温下对油都有较高的溶解能力，能保证脱蜡油的收率，但苯的结晶点较高，在低温脱蜡时常会有苯的结晶析出，使脱蜡油的收率降低，因此，通常在酮-苯混合溶剂中要加入某种比例的冰点很低的甲苯。在低温下，甲苯对油的溶解能力比苯强，对蜡的溶解能力比苯差，所以，它的选择性比苯强。在混合溶剂中增加甲苯的含量对提高脱蜡油收率和降低脱蜡温差都有好处。甲苯的沸点比苯的沸点高，混合溶剂中加入甲苯后会增大溶剂回收的困难。因此，在脱蜡温度不太低时，混合溶剂中常常保留一定量的苯，但是也有一些工业装置的实践经验表明，当采用甲基乙基酮时，混合溶剂中只需加入甲苯即可。

丙酮-苯-甲苯混合溶剂是一种良好的选择性溶剂，其对油的溶解能力强，对蜡的溶解能力低，同时黏度小，冰点低，腐蚀性不大，沸点不高，毒性也不大，因此是润滑油溶剂脱蜡较理想的溶剂。但其闪点低，应特别注意安全。几种脱蜡溶剂的性质见表2-8。

3.溶剂脱蜡的工艺流程

现以当代国内外最广泛应用的酮苯脱蜡装置为主，介绍溶剂脱蜡的工艺流程及设备。酮苯脱蜡过程的工艺示意流程如图2-18所示。

酮苯脱蜡工艺过程包括结晶系统、冷冻系统、过滤系统、安全气系统和回收系统五部分。结晶系统是溶剂脱蜡（和蜡脱油）的核心部分，也是影响脱蜡过程效果的最关键部分。在这个系统中，油料和溶剂混合后被逐步冷却到所需温度，使蜡组分自油料溶液中析出成为具有一定晶形、粒径的蜡晶，以便于下步通过过滤使蜡、油分离。冷冻系统的作用是制冷，去除结晶时放出的热量。过滤系统的作用是将已冷却好的溶液通过过滤使蜡与油进行分离。溶剂回收系统的作用是将油与蜡中的溶剂分离出来，包括从蜡、油、含水溶液中回收溶剂。安全气系统的作用是为了防爆，对过滤系统以及溶剂罐用安全气封闭。

原料油先经蒸汽加热（热处理），目的是使原来的结晶全部熔化，再在控制的有利条件下重新结晶。对残渣油原料，通常是在热处理前加入一次溶剂稀释，对馏分油原料则可以直接在第一台结晶器的中部注入溶剂稀释，称为“冷点稀释”。通常在前面的结晶器中用滤液作冷源以回收滤液的冷量，后面的结晶器则用氨冷。原料油在进入氨冷结晶器之前先与二次稀释溶剂混合。由氨冷结晶器出来的油-蜡-溶剂混合物与三次稀释溶剂混合后去滤机进料罐。三次稀释溶剂是经过冷却的由蜡系统回收的湿溶剂。由于湿溶剂含水，在冷冻时会在传热表面结冰，因此在冷却时也利用结晶器。若使用普通的管壳式换热器，则需要用几台切换使用。氨冷结晶器的温度通过控制液氨罐的压力来调节。

（1）结晶系统　图2-19是结晶系统的原则流程。

（2）过滤系统　过滤系统的主要功能是通过过滤使蜡与油进行分离。过滤系统的主要设备是过滤机。

从结晶系统来的低温的油-蜡-溶剂混合物进入高架的滤机进料罐后，自流流入并联的各台过滤机的底部，滤机装有自动控制仪表控制进料速度。

图2-20是鼓式真空过滤机的示意图。过滤机的主要部分是装在壳内的转鼓，转鼓蒙以滤布，部分浸没于冷冻好的原料油-溶剂混合物中（浸没深度约为滤鼓直径的1/3）。滤鼓分成许多格子，每格都有管道通到中心轴部，轴与分配头紧贴，但分配头不转动。当某一格子转到浸入混合物时，该格与分配头吸出滤液部分接通，于是以残压20～40mmHg 的真空度将滤液吸出。蜡饼留在滤布上，经受冷洗，当转到刮刀部分时接通惰性气反吹，滤饼即落入输蜡器，用螺旋搅刀送到滤机的一端落入下面的蜡罐。我国目前通用的每台滤机的过滤面积为50m2。滤机的抽滤和反吹都用惰性气体循环。滤机壳内维持1～3kPa（表压）以防空气漏入。惰性气体中含氧量达到5％时应立即排空换气，以保证安全。反吹压力一般为0.03～0.45MPa（表压）。

过滤后的蜡饼经冷洗后落入蜡罐，然后送去溶剂回收系统。冷洗液中含油量很少，经中间罐后可作稀释溶剂，这样可以减小溶剂回收系统的负荷。滤液被送回结晶系统进行换冷后进入溶剂回收系统。

过滤机在操作一段时间后，滤布就会被细小的蜡结晶或冰堵塞，需要停止进料，待滤机中的原料和溶剂混合物滤空后，用40～60℃的热溶剂冲洗滤布，此操作称为温洗。温洗可以改善过滤速度，又可减少蜡中带油，但温洗次数多及每次温洗时间长则占用过多的有效生产时间。

（3）溶剂回收系统　由过滤系统出来的滤液（油和溶剂）和蜡液（蜡和溶剂）进入溶剂回收系统回收其中的溶剂。图2-21是溶剂回收系统的工艺流程图。

在此流程中，滤液和蜡液是分别进行溶剂回收的。回收的方法都是采用蒸发-汽提方法。在溶剂蒸发部分都是依次进行低压蒸发、高压蒸发，然后又进行低压蒸发。高压蒸发塔的操作压力和温度分别为0.3～0.35MPa及180～210℃，低压蒸发塔在稍高于常压下操作，蒸发温度为90～100℃。为了减小能耗，蒸发过程都采用多效蒸发方式。由汽提塔底得到的脱蜡油和蜡中含溶剂量一般可低于0.1％。

由滤液蒸发塔出来的溶剂蒸气经冷凝后进入溶剂罐，可作为循环溶剂使用。由蜡液蒸发塔出来的气体含有水分，经冷凝后进入溶剂分水罐。两个汽提塔顶出来的气体经冷凝后都进入溶剂分水罐。在分水罐内，上层为含水3％～4％的湿溶剂，下层为含溶剂（主要是酮）约10％的水。由于甲基乙基酮与水会形成共沸物，因此溶剂与水的分离可以采用双塔分馏方法，最后得到基本上不含溶剂的水和含水低于0.5％的溶剂。

4.溶剂脱蜡的影响因素

酮苯脱蜡过程的影响因素很多。在生产中应使工艺条件满足下列两个要求：一方面必须使含蜡原料油中应除去的蜡完全析出，使脱蜡油达到要求的凝固点；另一方面必须使蜡形成良好的结晶状态，易于过滤分离，以提高脱蜡油收率，并提高处理量。

（1）原料性质

①原料轻重对脱蜡的影响。脱蜡原料油中所含的固体烃大致分成石蜡和地蜡两种，石蜡主要存在于沸点较低的馏分中，而地蜡主要存在于重馏分及残渣油料中。同一种原油，不同的馏分，蜡含量不同；不同原油，同一馏分范围，其中蜡含量也不同。石蜡分子量较小，它的结晶是大的薄片状，易于过滤分离；地蜡的分子量较大，但结晶为细小的针状，易于堵塞滤布，不易于过滤。

脱蜡原料油中，随着馏分沸点的增高，固体烃的分子量逐渐加大，晶体颗粒变得越来越小，生成蜡饼的间隙较小，渗透性差，难于过滤分离。因此，馏分重的油比馏分轻的油难于过滤，残渣油比馏分油更难过滤。

②原料油馏分宽窄对脱蜡的影响。原料油馏分越窄，蜡的性质越相近，蜡结晶越好，否则大小分子不同的蜡混在一起，可能生成共熔物，生成细小的晶体，影响蜡晶体的成长，而使蜡结晶难于过滤。宽馏分油在操作上比较简单，不用经常切换原料，但宽馏分对结晶不利，不易找到合适的操作条件。例如溶剂比对原料中的轻组分要求要小，若溶剂比大，轻组分中的蜡易于溶在溶液中，使脱蜡温差大；若溶剂比小，对原料中重组分的油不能完全溶解，使蜡中带油，脱蜡油收率降低。因此，溶剂脱蜡不希望处理宽馏分油。

③原料油中胶质与沥青质含量对脱蜡的影响。原料油中胶质、沥青质较多时，影响蜡结晶，使固体烃析出时不易连接成大颗粒晶体，而是生成微粒晶体，易堵塞滤布，降低过滤速度，同时易粘连，蜡含油量大。原料油中含有少量胶质，又可以促使蜡结晶连接成大颗粒，提高过滤速度。

④原料油组成对脱蜡的影响。当原料油中同时含有石蜡与地蜡时，其结晶状态相互有影响。试验证明，当有1％的地蜡存在时，并不能改变石蜡的结晶，蜡仍为片状；当含有5％的地蜡时，片状结晶的形成已非常不好；当含有10％～20％地蜡时，已完全成为针状结晶，使过滤速度大大降低。

原料油产地不同，其组成常常不同，蜡的结晶大小和形状也就不同。如果两个馏分油的馏程、黏度和含蜡量基本相同，则所用的脱蜡工艺条件也基本一致。但含石蜡多时，生成共熔物较少，过滤速度快；而含环烷烃多时，容易与其中的正构烷烃形成共熔物，过滤速度较慢。

（2）溶剂组成　混合溶剂中丙酮（或甲基乙基酮）、苯、甲苯比例应根据原料油黏度大小、含蜡量多少及脱蜡深度而定。这里讨论的主要是酮含量的变化对结晶的影响。

溶剂中的丙酮或甲基乙基酮是蜡的沉淀剂，对油有一定的溶解能力。具有一定组成的溶剂，随着温度降低，溶剂对油的溶解度下降。冷到某一温度时，溶剂与油不互溶，析出的油附在滤饼上，使油收率降低。油和溶剂完全互溶的最低温度称为互溶温度。对于不同组成的溶剂，互溶温度越低，说明溶剂的溶解能力越大。

对于某一种原料油，在固定脱蜡温度和溶剂比的条件下，改变溶剂中的酮含量时，随着酮含量的增加，脱蜡油收率下降不多，但过滤速度提高，脱蜡温差减小，继续增大酮含量，一旦达到溶剂与油不完全互溶时，收率大大降低。

对于过滤速度和脱蜡温差来说，酮含量越高越好，但如果不完全互溶，收率损失太大。而采用接近互溶点的最大酮含量的组成，能得到比较高的收率和比较合适的过滤速度以及脱蜡温差。

（3）溶剂比　溶剂比是脱蜡溶剂量与脱蜡原料油量的比值。

从式（2-1）可知，溶剂比包括稀释比与冷洗比。溶剂的稀释比，要求在过滤温度下充分溶解油，降低油的黏度，使之利于蜡的结晶，易于输送和过滤，在生产装置中，常以体积流率比来表示。

处理不同原料、不同馏分所需要的溶剂稀释比不同。一般来说，馏分轻，含蜡少，脱蜡深度浅（过滤温度高）所需溶剂稀释比小，反之亦然。

处理同一原料，稀释比过小会使蜡油黏度过大，套管压降升高，不利于输送和过滤，油收率也低。提高溶剂稀释比可以提高油收率，降低蜡中含油量，同时也使蜡油黏度变小，对输送和过滤有利。但是当稀释比增大到某一数值后，继续增大稀释比对油收率的提高、蜡含油量的降低影响不甚显著，反而会因大量溶剂存在而使蜡的溶解量增加，使脱蜡温差变大。同时，大量的溶剂循环也会使冷冻负荷、溶剂回收负荷加大，增加能耗。因此，首先要考查溶剂稀释比是否合适，在保证产品收率的前提下，应尽量选用较低的稀释比。

（4）稀释溶剂加入温度　根据经验，各次稀释溶剂加入温度应与加入点处原料油温度相同或低1～2℃。若溶剂温度比原料油温度高，会将已形成的结晶熔化，加大套管结晶器的负荷；若溶剂温度比原料低得太多，会产生“急冷”现象，生成细小的蜡结晶。

一次稀释溶剂加入温度在稀释点后移法中称为冷点温度。根据操作经验，冷点原料油温度约低于含蜡原料油凝固点15～20℃。冷点溶剂温度与冷点原料油温度相同或略低。

蜡脱油稀释溶剂加入温度可以比加入点处含油蜡液的温度高，高15～20℃而不会对脱油效果有不良的影响。

三、白土补充精制

润滑油料经过溶剂精制、溶剂脱蜡或化学药剂精制后，质量已基本达到要求，但其组成中仍残留有少量的溶剂及一些有害物质。这些物质的存在，会影响油品的颜色、安定性、抗乳化性等性能。为此，还必须再经过一次补充精制，除去有害物质，以改善上述性能，从而得到合格的润滑油基础油。

补充精制是润滑油基础油和组分生产的最后一道工序。补充精制工艺常用的有白土补充精制和加氢精制。我国在20世纪60年代以前全部采用白土补充精制工艺。自1970年建成第一套加氢精制装置后，各润滑油生产厂陆续用加氢精制替代或部分替代白土补充精制。同白土补充精制工艺相比，加氢精制具有工艺简单、操作方便、油品收率高、没有废白土污染等优点，而在产品质量及精制效果方面，两者各有千秋，特别是某些特种油品的生产仍必须用白土精制才能满足要求。目前我国各润滑油生产中，两种工艺仍处于共存状态。

在国外，白土补充精制几乎全部被加氢精制所取代，如美国1990年白土补充精制的能力仅占基础油生产能力的1/3。

1.白土补充精制的原理

经过溶剂精制和脱蜡后的油品仍含有少量未分离掉的溶剂、水分及其他杂质，为去掉这些杂质，常需进一步精制处理。常用的方法是白土精制，其原理是利用活性白土的吸附能力使各类杂质吸附在活性白土上，然后滤去白土即可除去所有的杂质。

白土是一种结晶或无定形的多孔性物质，有很大的表面，1g白土的表面积达150～450m2，因而具有很大的吸附能力。利用白土的这种吸附能力可以将经精制和脱蜡的润滑油料中残留的少量胶质、沥青质、硫化物、氮化物、有机酸（环烷酸）及微量溶剂、水分等有害成分吸附而除去，达到改善油品颜色和安定性的目的。白土精制是使各种基础油的机械杂质、水分、酸值、抗乳化性能、安定性等理化指标符合规格要求的重要手段。

白土对不同物质的吸附能力各不相同，白土精制属于物理吸附过程。润滑油中的有害物质大部分为极性物质，白土对它们有较强的吸附能力，而对润滑油的理想组分的吸附能力却极其微弱，借白土的这种选择吸附性能就可使润滑油料得到精制。白土对油品中各组分的选择吸附能力顺序为：胶质、沥青质>芳烃>环烷烃>烷烃。芳烃和环烷烃的环数越多，越容易被吸附。润滑油料用白土吸附处理后，再经固液分离，便可得到合格的基础油，吸附饱和的白土（废白土）送去再生或处理。

由于被吸附物向吸附剂孔内渗透有一个过程，这个过程进行的速度与吸附剂颗粒的大小、被吸附物分子运动的速率有直接关系。白土精制时，必须采用较高温度，目的在于降低润滑油的黏度，使其进入白土吸附剂内孔的渗透作用加强，使白土表面利用得更完全，同时还需保持一定的接触时间，以使吸附过程充分完成。影响白土精制效果的主要因素是白土用量、精制温度和接触时间等工艺条件，原料油质量和白土性质对精制油的质量也有很大影响。

白土本身又是一种酸性催化剂，在高温下它能促进润滑油的分解，它可除去润滑油原有组分中的一些有害物，但同时也使润滑油原有的理想组分发生化学变化，生成了一些不安定的分解产物，这是应尽量避免的。

2.白土精制的工艺流程

润滑油白土补充精制原理流程如图2-22所示，该法为接触精制法，另外还有固定床渗透法与移动床渗透法。

原料油进入原料油缓冲罐1中，在此用蒸汽加热到75～80℃，用泵抽送至混合罐3中。从白土罐2中按比例加入白土至混合罐3中，油与白土悬浮液抽送到混合罐4中再进行混合，然后用泵抽送至加热炉5中，被加热到规定的温度（一般为220～270℃）后进入蒸发塔6中，在塔底吹入过热水蒸气，塔顶馏出物经冷凝冷却后作为燃料油。蒸发塔底油与白土的悬浮液靠压差流经冷却器冷却到140～160℃，进入史氏过滤机7进行过滤，滤油流入史氏过滤机滤油罐9，然后用泵抽出经冷却器冷却到80～110℃，进入板框过滤机8进行过滤，滤油流入板框过滤机滤油罐10，白土渣排入废白土斗中。板框过滤机滤油抽送到脱气罐11进行真空脱气，以便除去残存在油中的水分及一部分较轻的油气，成品油自脱气罐底抽送出装置。

3.白土补充精制的影响因素

白土补充精制的主要影响因素为原料性质、白土用量、精制温度和接触时间等。

（1）原料性质　如果原料在前几个加工过程中处理不当造成精制深度不够或含溶剂太多等，就会增加白土精制的困难。一般来说，原料越重、黏度越大及产品质量要求越高，操作条件就越苛刻，而当白土活性高以及颗粒度和含水量适当时，在同样操作条件下，产品质量会更好。

（2）白土用量　原料和白土性质确定后，一般白土用量越大，产品质量就越好，但油品质量的提高和白土用量并非成正比，即当白土用量提高到一定程度后，产品质量的提高则不显著。在保证精制深度的前提下，白土用量要尽量少。因为白土用量过多，一方面浪费白土，另一方面，不加抗氧化添加剂的一般产品会因精制过度而将天然的抗氧化剂——少量胶质和沥青质完全除掉，使油品安定性降低，而且，白土用量过多会降低润滑油的收率。另外，白土用量过多对操作也有影响，会降低过滤速度，增加循环泵的磨损。白土还会在加热炉管内沉降，堵塞管线，严重的还会使油局部过热裂化结焦。实际操作中可根据实验及实际经验确定合适的白土用量，一般处理10～40号机械油，白土用量为3％～5％；处理10号汽油机油，白土用量为2％～3％；处理20号透平油，白土用量为5％～10％；处理19号压缩机油，白土用量为5％～10％；处理20号航空润滑油，白土用量为10％～15％。

（3）精制温度　为了使非理想组分很快地全部吸附在白土活性表面上，要求这些分子能快速运动，以增加与白土活性表面的接触机会，这就要提高精制温度。白土的孔吸附润滑油中不良组分的速度决定于所精制润滑油的黏度，润滑油的黏度越大则吸附速度越小。润滑油与白土混合后加热温度越高，润滑油黏度就越低，白土吸附不良组分的速度就越快。在实际操作过程中应以保持润滑油的黏度尽量低为原则，混合物加热到稍高于润滑油的闪点时，白土的吸附能力达到最高，但也接近了分解温度，这就限制了温度的进一步提高。精制温度一般宜选在180～320℃，处理重的油品时精制温度应偏于上限，超过320℃时，由于白土的催化作用，油品易分解变质。

（4）接触时间　一般是指在高温下白土与油品接触的时间，即在蒸发塔内的停留时间。为了使油品与白土充分接触，必须保证有一定的吸附和扩散时间，所以，在蒸发塔内的停留时间一般为20～40min。