导热油是一种优良的传导热量的介质, 具有传热均匀、使用简单、输送方便及在低压下能获得较高温度等优点, 已成为现代生产中不可缺少的热传导介质。在安全生产、节约能源方面有其特有的优势。

作为一种有机化合物, 导热油常年在高温下工作, 易发生热裂解、氧化缩合、生焦等化学变化, 引起导热油性能下降直至报废。变质后的导热油颜色变深、粘度增大、酸值增高, 长期使用不仅降低传热效率, 还会对设备产生腐蚀和破坏。由于导热油应用十分广泛, 已遍及到各个工业部门, 因此研究导热油的再生, 对节约能源具有现实意义。

我国石油系统从1987年开始应用导热油作为原油输送间接加热介质, 迄今为止已有81台热媒炉(约810t导热油)在各输油泵站运行。管道系统使用的YD300导热油平均使用寿命在4年左右, 现在多数已到了换油期。有些泵站已对热媒炉进行了换油, 换一台炉的导热油支出费用在12×10⁴~17×10⁴元。即导热油成本费为6500~8500元/t, 洗炉费为6×10⁴~10×10⁴元。若将管道系统使用的81台热媒炉全部换一次油, 需支付费用992×10⁴~1377×10⁴元。由于导热油的老化, 管道系统每年约有20台热媒炉需换油, 支付费用为240×10⁴~340×10⁴元/a。所以, 研究导热油再生与热媒炉洗炉技术, 对降低输油成本意义重大。

一.   技术简介

1   技术特点

在90年代初, 中国石油天然气管道局职工教育培训中心对导热油再生与热媒炉洗炉技术进行了研究, 并于1996年7月申报了国家发明专利(专利号: ZL96107027.7, 国际专利主分类号CloM175/00)。该专利技术与过去国内外的导热油再生技术相比具有如下特点。

(1) 操作简单  施工周期短  此前国内外的导热油再生技术要求将旧导热油运到再生厂, 再生后再拉回使用地点, 费时费力, 给需连续生产的企业带来不便。而该专利技术采用可移动装置, 将设备拉到生产现场操作, 省去了导热油的往返运输时间, 一周内可完成一台炉的导热油再生与洗炉工作。适应点多线长、生产需连续进行、停炉时间不可过长的单位。

(2) 不需洗炉剂  成本较低  现有的热媒炉洗炉技术主要利用各种化学溶剂或轻质油品进行洗油气储运年涤。而热媒炉中尤其是盘管式热媒炉中的残液很难排净, 混人新油中不仅会降低新装人的导热油的质量, 而且废洗液的排放会污染环境。而该专利技术不需洗炉剂, 利用芳烃导热油本身就是良好的溶剂的特点除去废导热油变质部分, 用其洗炉, 洗炉后的油再次加工, 达到新油标准后输人生产系统即可。

(3) 再生后的导热油质全好过去的再生油颜色较深、易氧化变质、热稳定性较差、各项指标低于新油。而该专利技术改进了工艺, 再生油的外观透明清亮, 其抗氧性、热稳定性等各项指标均高于新油, 可提高导热油的使用寿命且可多次再生。

(4) 设备简单  以往导热油再生需较复杂的设备, 而该专利技术设备简单, 根据热媒炉洗炉与导热油再生要求的时间与进度而决定投资大小, 一般在5×10⁴~20×10⁴元之间。只要进行1~2套热媒炉洗炉与导热油再生(10~20天可完成)即可收回成本, 并可获利。主要设备由移动式装置组成, 如图 1所示, 图中的连接线由可拆卸的接口组成。再生装置也可用图 2所示的立式炉代替。

图  1  导热油再生装里

1-燕馏炉; 2-冷凝器沼; 3-接受器洪; 4-姗油管; 5-排渣油管; 6-进油管口; 7-搅拌器; 8-侧沮表; 9、10-侧压表; 11-人孔兼安全闷; 12-燃油火嘴; 13-烟囱; 14-抽气管; 15-真空表; 16-燕发管(连接管)

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图  2  导热油再生装里(立式炉)

1-燃油管; 2-排渣油管; 3-进油管; 4-人孔兼安全阀；5-搅拌器；6-测温表；7-测压表; 8-烟囱；9-蒸发管(连接管)；10-燃油火嘴

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2   操作实例^〔1〕

将热媒炉系统中的废导热油全部排净, 在图 1所示的装置中燕馏除去变质产物, 将得到的导热油输人生产系统, 在150℃左右循环洗炉, 循环12h后, 每隔3h取一次油样分析检测, 当确认样品中的残炭、胶质、酸值经三次分析其结果不再发生变化时确认洗炉过程结束。将洗炉后的油再次装人图 1所示的再生装置加工, 降低酸值、去除胶质、沥青质、残炭等各种变质产物(此时的油应清明透亮), 输入生产系统即可。

二.   经济分析与比较

目前可供选择的较经济的热媒炉中的导热油的换油方案一般有以下几种。

(1) 选用以北京燕山石化公司生产的YD300芳烃型导热油和YD340环烷烃型导热油, 每换一台lot炉的油需支付费用17×10⁴~18.5×10⁴元。其中YD300导热油成本费为7200元八, YD340导热油成本费为8500元t/, 洗炉费为10×10⁴元/套炉。

(2) 选用上海红星日化厂生产的HD30O烷烃型导热油, 每换一台炉的油支出费用在12×10⁴元以上。其中HD300导热油成本费在6500元八以上, 洗炉成本费在5.5×10⁴元以上。

(3) 采用管道系统自产导热油〔幻(也可用本技术设备自己调配生产), 每换一台炉的油成本在10×10⁴元左右。其中导热油成本费4×10⁴元左右, 洗炉费5.5×10⁴元以上, 未计税收。

(4) 采用本技术进行导热油再生与热媒炉洗炉, 每换一台炉的油成本在4×10⁴元以内, 其中材料费与燃料费在0.2×10⁴元左右, 废油再生率可达70% 左右, 若按补充50%新油计, 需新油费3.51 ×10⁴元。

综上分析可看出, 现有的各种换油方案中, 需用洗炉剂的占有相当比例, 但本专利技术不需洗炉剂, 成本较低。采用本技术进行导热油再生与热媒炉洗炉取代现用的各种换油方案, 每台炉可节省6×10⁴ ~14.5×10⁴元。石油管道系统现有81台炉需换油, 一共可节省486×10⁴~1174×10⁴元。由于导热油的老化, 每年管道系统还将有20套炉需换油, 采用本技术可节省经费120×10⁴~290×10⁴元/a。

三.   质量检测与对比

衡量导热油的质量指标很多, 但最主要的只有氧化安定性和热稳定性两种。再生油是从用废的新油中提出, 只要氧化安定性和热稳定性合乎要求, 其他指标和同一品牌的新油基本一样。作为有机化合物的导热油, 其变质原因主要有3种: ①高温裂化; ②老化; ③氧化。模拟以上3种工况进行试验可反映导热油的质量。

1   热裂化对比试验

将泵站YD300废导热油再生后与新的同一品牌导热油一起, 分别装人钢制容器中, 放人炉中加热到350℃, 100h后分别测定加热前后导热油的闪点、粘度、酸值、残炭, 结果见表 1。

表  1  350℃、100h高温裂化对比试验

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表 1中YD300新油热前与热后闪点的变化率为2.07%, 40℃粘度的变化率为4.555%;再生油热前与热后闪点的变化率为0, 40℃时的粘度变化率为0.117%。导热油闪点标准为GB267、粘度标准为GB265、残炭标准为GB268、酸值标准为GB264。导热油闪点的报废标准为变化20%、粘度为变化15%、残炭量达到1.5%、酸值为达到0.5mg(KOH)/g。

在350℃下加热100h后, 新油与再生油的质量变化均未超出导热油的报废标准, 将试验剩下的油继续放人炉中, 加热到370℃, 2周后再次测定, 其主要技术指标见表 2。

表  2  370℃加热2周高温裂化对比试验

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表 2中YD300新油热前与热后闪点的变化率为6.90%, 40℃粘度的变化率为13.882%;再生油热前与热后闪点的变化率为0, 40℃粘度变化率为0.248%。导热油各项标准及报废标准同表 1。从表 2看出，YD300新导热油的闪点变化达10℃, 粘度变化已达13.882%, 已接近报废限, 而再生油的质量几乎无大变化。

2   高温老化对比试验

将YD30o新导热油与再生油分别装入密闭钢制容器中, 放人炉中在最高许用温度下加热2000 h, 进行高温老化试验, 检测结果如表 3所示。

表  3  300℃静态加热2000h老化试验

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表 3中YD300新油热前与热后闪点的变化率为3.45%, 20℃、50℃粘度的变化率分别为5.6% 和6.33%;再生油热前与热后闪点的变化率为0.69%、20℃、50℃粘度的变化率分别为0.54%和0.798%。导热油各项标准同表 1, 残炭的报废标准为SH/T0170, 其余同表 1。

从表 3数据看出, 再生油的高温老化性优于新油。

3   模拟生产热运行实验

继续将再生油进行一年半的高温老化实验, 经检测, 再生油各项主要质量指标均无大的变化。

4   抗氧化性对比试验

根据SY2681标准, 将YD300新导热油与再生油在同一条件下进行氧化试验, 氧化温度160℃, 通氧量为200mL/min, 通氧时间为6h, 测定结果如表 4所示。

表  4  160℃、6 h氧化性试验

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表 4中导热油粘度标准为GB265、酸值标准为GB264、不溶物标准为SY2681。从表 4看出再生油的抗氧性优于新油。

以上试验显示, 再生油的质量优于新油。这是因为YD300导热油是多种芳烃组成的复杂混合物, 低分子的烃类热稳定性较高, 通常要在高于50。℃以上才发生热裂解及缩合反应, 但随着分子量的增大, 环数增多, 特别是芳烃侧链上带有较长的烷基侧链时, 其热稳定性下降, 侧链上的烷烃在320℃左右时才开始发生热裂化。导热油变质主要是热稳定性和抗氧性较差的烃类首先发生变化, 而结构稳定的烃类变化却很小。导热油再生就是将变质的烃类除去, 剩下的就是稳定性较好的烃类^{〔3, 4〕}。因此, 只要按照正确的方法操作, 再生油的质量可以优于新油。

导热油再生与热媒炉洗炉专利技术适用于芳烃型导热油的再生。其实验室试验已全部完成, 完全具备应用到现场的条件。采用该专利技术既可降低热媒炉的运行费用, 又可使再生导热油的质量优于新油, 并能延长导热油的换油周期。