环烷基变压器油组合物及应用的制作方法

1.本发明涉及极寒地区用高级别变压器油，尤其涉及一种环烷基变压器油组合物及应用。


背景技术：

2.市场上的变压器油按结构族组成分为环烷基变压器油、中间级变压器油和石蜡基变压器油，其中结构族组成(分析方法为dl/t929)中烷链碳c
p
含量小于50％为环烷基，烷链碳c
p
为50％-56％为中间基，烷链碳c
p
大于56％为石蜡基。
3.变压器油在变压器、电抗器等电气设备中，主要起绝缘和冷却作用。为保证电气设备长周期安全运行，变压器油必须具备优异的低温性能，满足电气设备低温启动要求；较低的运动黏度和黏度指数，有利于电气设备散热冷却；优异的电气性能；满足电气设备绝缘要求；较好的抗析气性能，吸收因局部放电产生的氢气从而防止发生气隙放电破坏电气设备的绝缘；较好的氧化安定性，尽量减缓油品的氧化，减少油泥的生成，有利于电气设备的长期、安全运行。适宜的溶解油泥性能，能够溶解电气设备长周期运行过程中形成的油泥而避免破坏绝缘材料和影响传热。在变压器油的上述性能中，电气性能、抗氧化性能与抗析气性能、溶解性能是相互矛盾的，即要保证较好的电气性能和抗氧化性能，变压器油需深度精制，芳烃含量低；而要保证抗析气性能和溶解性能，变压器油中需保留一定含量的芳烃。因此要满足以上性能，变压器油组成中需含有较高的环烷烃(保证溶解性能)、适宜的异构烷烃含量(保证低温黏度)和芳烃含量(保证抗析气性能)。一个优质的变压器油实际上是溶解性能、抗析气性能与电气性能、抗氧化性能的平衡，只有环烷基变压器油才有可能平衡各项性能。
4.国际电工委员会(iec)变压器油标准iec60296：2012标准中依据最低冷态启动温度将加抗氧剂变压器油分为i-0℃，i-20℃，i-30℃以及i-40℃变压器油。其中i-40℃变压器油主要应用我国东北、内蒙及独联体、加拿大等极寒地区的输配电变压器以及极寒地区运行的铁路机车车载牵引变压器等电气设备，要求-40℃运动黏度不大于2500mm2/s，倾点不高于-50℃。然而由于环烷基变压器油黏度指数低，低温运动黏度高，即使其40℃运动黏度降至7mm2/s，-40℃运动黏度仍不能满足小于2500mm2/s指标要求，而40℃运动黏度小于7mm2/s，则有可能导致电气设备的循环泵抽空。因此目前国内外均无符合iec 60296：2012标准的i-40℃高级别环烷基变压器油，市场上符合iec 60296：2012标准的i-40℃高级别变压器油均为采用高压加氢异构脱蜡工艺生产的极低芳烃含量石蜡基变压器油，其40℃黏度为7-11mm2/s，但该类油存在芳烃含量低抗析气性能差，环烷烃含量低，溶解油泥性能差的缺陷，难以保证高电压等级电气设备的长周期、安全、可靠运行。
5.因此，本领域亟需用于极寒环境的高级别环烷基变压器油。


技术实现要素：

6.本发明的主要目的在于提供一种环烷基变压器油组合物及应用，该环烷基变压器
油组合物可用于极寒地区的输配电变压器以及极寒地区运行的铁路机车车载牵引变压器等电气设备。
7.为了达到上述目的，本发明提供了一种环烷基变压器油组合物，包括环烷基变压器油基础油和轻质环烷基基础油；
8.所述环烷基变压器油基础油结构族组成中芳香碳ca质量含量为3％-6％，烷链碳c
p
质量含量不大于50％；所述环烷基变压器油基础油倾点不高于-40℃，40℃运动黏度不大于10mm2/s，-30℃运动黏度不大于1800mm2/s，硫含量不大于200mg/kg；
9.所述轻质环烷基基础油结构族组成中芳香碳ca质量含量不大于2％，烷链碳c
p
质量含量不大于50％；所述轻质环烷基基础油40℃黏度不大于6mm2/s，闭口闪点不低于135℃，馏程不大于20℃。
10.本发明所述的环烷基变压器油组合物，其中，所述环烷基变压器油组合物的结构族组成中芳香碳ca质量含量为3％-4％，烷链碳c
p
质量含量不大于50％，倾点不高于-55℃，-40℃黏度不大于2500mm2/s。
11.本发明所述的环烷基变压器油组合物，其中，所述环烷基变压器油基础油和轻质环烷基基础油的质量比为40-60:60-40。
12.本发明所述的环烷基变压器油组合物，其中，所述环烷基变压器油组合物还包括抗氧剂，以所述环烷基变压器油组合物的总质量为基准，所述抗氧剂的含量为0.08％-0.4％。
13.本发明所述的环烷基变压器油组合物，其中，所述抗氧剂为2，6-二叔丁基对甲酚和/或2，6-二叔丁基苯酚。
14.本发明所述的环烷基变压器油组合物，其中，所述环烷基变压器油基础油是以环烷基原油馏分为原料，采用溶剂精制组合工艺或加氢工艺生产的。
15.本发明所述的环烷基变压器油组合物，其中，所述溶剂精制组合工艺为“加氢预精制-糠醛精制-白土补充精制”；所述加氢预精制氢分压为3.0-8.0mpa，所述糠醛精制剂油比(体积比)为2-3:1，所述白土补充精制中白土用量(质量用量)为3-5％，；所述加氢工艺为加氢处理，氢分压为6-15mpa，加氢处理温度为300-360℃。
16.本发明所述的环烷基变压器油组合物，其中，所述轻质环烷基基础油是以环烷基原油馏分或环烷基原油减压渣油经丙烷脱沥青工艺得到的丙烷脱沥青油为原料，采用“高压加氢处理或裂化-高压加氢异构脱蜡-高压加氢补充精制”或“高压加氢处理或裂化-临氢降凝-高压加氢补充精制”组合工艺生产的柴油馏分，然后经过精密分馏工艺生产得到的；所述组合工艺中氢分压皆不低于15mpa，所述柴油馏分的馏程为200-350℃，倾点不高于-40℃。
17.本发明所述的环烷基变压器油组合物，其中，所述精密分馏工艺的分馏塔板或填料理论塔板不低于20块，回流比不低于10:1，分离馏分的馏程小于20℃；所述环烷基变压器油基础油采用的环烷基原油馏分为260-340℃馏分油，所述轻质环烷基基础油采用的环烷基原油馏分为350-500℃馏分油或100℃运动黏度不大于60mm2/s的丙烷脱沥青油。
18.为了达到上述目的，本发明还提供了上述的环烷基变压器油组合物在电气设备中的应用。
19.本发明有益效果：
20.本发明的环烷基变压器油组合物，在保持环烷基特性的基础上，符合iec60296：2012标准中i-40℃(特殊用途)级别指标要求，具有优异的低温性能及抗氧化性能，并实现了溶解性能、散热性能与电气性能、抗氧化性能的完美平衡。
具体实施方式
21.以下对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件。
22.本发明公开了一种环烷基变压器油组合物，包括环烷基变压器油基础油和轻质环烷基基础油；
23.所述环烷基变压器油基础油结构族组成中芳香碳ca质量含量为3％-6％，烷链碳c
p
质量含量不大于50％；所述环烷基变压器油基础油倾点不高于-40℃，40℃运动黏度不大于10mm2/s，-30℃运动黏度不大于1800mm2/s，硫含量不大于200mg/kg；
24.所述轻质环烷基基础油结构族组成中芳香碳ca质量含量不大于2％，烷链碳c
p
质量含量不大于50％；所述轻质环烷基基础油40℃黏度不大于6mm2/s，或不大于5.5mm2/s，闭口闪点不低于135℃，馏程不大于20℃。
25.在一实施方式中，环烷基变压器油基础油是以环烷基原油馏分为原料，采用溶剂精制组合工艺或加氢工艺生产的。在一实施方式中，环烷基原油馏分为260-340℃馏分油，以该馏分油为原料进行溶剂精制组合工艺或加氢工艺。其中，溶剂精制组合工艺为“加氢预精制-糠醛精制-白土补充精制”。在一实施方式中，加氢预精的制氢分压为3.0-8.0mpa，糠醛精制的剂油体积比为2-3:1，白土补充精制中白土质量用量为3-5％。加氢工艺为加氢处理，氢分压为6-15mpa，加氢处理温度为300-360℃。
26.在一实施方式中，环烷基变压器油基础油所使用的环烷基原油馏分例如为环烷基原油经常压蒸馏得到的260-340℃馏分油，本发明对环烷基原油不作特别限定。
27.在一实施方式中，轻质环烷基基础油是以环烷基原油馏分为原料，采用“高压加氢处理或裂化-高压加氢异构脱蜡-高压加氢补充精制”或“高压加氢处理或裂化-临氢降凝-高压加氢补充精制”组合工艺生产柴油馏分，然后经过精密分馏工艺生产得到的。
28.在一实施方式中，轻质环烷基基础油所使用的环烷基原油馏分为350-500℃馏分油。在另一实施方式中，原料为环烷基原油减压渣油经丙烷脱沥青工艺得到的丙烷脱沥青油，本发明对环烷基原油不作特别限定。
29.其中，“高压加氢处理或裂化-高压加氢异构脱蜡-高压加氢补充精制”或“高压加氢处理或裂化-临氢降凝-高压加氢补充精制”组合工艺中氢分压皆不低于15mpa。即，该组合工艺中高压加氢处理或裂化工艺、高压加氢异构化工艺、高压加氢补充精制工艺、高压加氢处理或裂化工艺、临氢降凝工艺以及高压加氢补充精制工艺中的氢分压分别不低于15mpa。由该组合工艺得到的油品进行常压蒸馏，收集馏程为200-350℃的馏分即为柴油馏分，该柴油组分的倾点不高于-40℃，为低芳烃柴油馏分。
30.然后将上述得到的柴油馏分进行精密分馏工艺。在一实施方式中，精密分馏工艺的分馏塔板或填料理论塔板不低于20块，回流比不低于10:1，分离馏分的馏程小于15℃。由此得到的中间馏分即为低黏度、低芳烃、窄馏分的轻质环烷基基础油。
31.在一实施方式中，本发明环烷基变压器油组合物中，环烷基变压器油基础油和轻质环烷基基础油的质量比为40-60:60-40。在另一实施方式中，本发明环烷基变压器油组合物还包括抗氧剂，以环烷基变压器油组合物的总质量为基准，抗氧剂的含量为0.08％-0.4％。
32.在一实施方式中，抗氧剂为2，6-二叔丁基对甲酚和/或2，6-二叔丁基苯酚。
33.本发明环烷基变压器油组合物ca含量值3％-5％，烷链碳c
p
含量不大于50％，倾点不高于-55℃，-40℃黏度不大于2500mm2/s。
34.由此，本发明提供了一种环烷基变压器油组合物，环烷基变压器油组合物的结构族组成中芳香碳ca含量为3％-5％或3％-4％，烷链碳c
p
含量不大于50％，因此能够保持环烷基特性。另外，本发明环烷基变压器油组合物具有优异的低温性能及抗氧化性能，并实现了溶解性能、散热性能与电气性能、抗氧化性能的完美平衡，符合iec60296：2012标准中i-40℃(特殊用途)级别指标要求，能够用于极寒地区电气设备使用条件。
35.以下通过具体实施例对本发明技术方案进一步进行详细说明。
36.实施例1
37.采用环烷基原油260-360℃馏分油为原料，通过“加氢预精制-糠醛精制-白土补充精制”组合工艺，其加氢预精制氢分压为3.0mpa，糠醛精制剂油比(体积)2.5:1，白土补充精制白土用量(质量)为3％，生产的含适量芳烃的环烷基变压器油基础油性质见下表1；采用环烷基原油350-500℃馏分油为原料，通过“高压加氢处理-高压加氢异构脱蜡-高压加氢补充精制”组合工艺，组合工艺中高压加氢氢分压为15mpa，高压加氢处理段温度为360℃，高压加氢异构脱蜡段温度为290℃，高压加氢补充精制段温度为260℃，生产的柴油馏分馏程为200-350℃，倾点为-50℃；以此柴油馏分通过精密分馏装置，装置采用理论塔板数为20块、回流比为5:1的填料塔，分离的高压加氢低芳烃、低黏度、窄馏分轻质环烷基基础油性质见下表1；采用含适量芳烃的环烷基变压器油基础油和高压加氢低芳烃、低黏度、窄馏分轻质环烷基基础油以50:50质量比例调和，然后加入0.3％质量含量的2，6-二叔丁基对甲酚抗氧剂，调和的极寒地区用高级别环烷基变压器油及对比油普通变压器油性质见表1。
38.实施例2
39.采用环烷基原油260-360℃馏分油为原料，通过加氢处理工艺，其加氢处理氢分压为12.0mpa，加氢处理温度为320℃，生产的含适量芳烃的环烷基变压器油基础油性质见下表2；采用100℃运动黏度为48mm2/s环烷基原油丙烷脱沥青油为原料，通过“高压加氢处理-高压加氢异构脱蜡-高压加氢补充精制”组合工艺，组合工艺中高压加氢氢分压为15mpa，高压加氢处理段温度为380℃，高压异构脱蜡段温度为310℃，高压加氢补充精制段温度为280℃，生产的柴油馏分馏程为200-350℃，倾点为-50℃；以此柴油馏分通过精密分馏装置，装置采用理论塔板数为20块、回流比为5:1的填料塔，分离的高压加氢低芳烃、低黏度、窄馏分轻质环烷基基础油性质见下表2；采用含适量芳烃的环烷基变压器油基础油和高压加氢低芳烃、低黏度、窄馏分轻质环烷基基础油以50:50质量比例调和，然后加入0.3％的2，6-二叔丁基对甲酚抗氧剂，调和的极寒地区用高级别环烷基变压器油及对比油普通变压器油性质见表2。
40.表1 iec60296：2012标准及变压器油组合物性质
41.[0042][0043]
注：c
a-芳香碳；c
p-烷链碳；c
n-环烷碳。
[0044]
表2 iec60296：2012标准及变压器油组合物性质
[0045]
[0046][0047]
注：c
a-芳香碳；c
p-烷链碳；c
n-环烷碳。
[0048]
从表1和表2数据看出，本技术实施例1、2得到的环烷基变压器油满足iec60296：2012标准中i-40℃变压器油(特殊要求)级别要求。
[0049]
详细而言，表1、2中，轻质环烷基基础油、环烷基变压器油基础油、环烷基变压器油组合物是由本技术实施例1、2得到的。从表1、2中的数据看出，对比油普通低黏度环烷基变压器油即使40℃运动黏度降至7.370mm2/s，其-40℃运动黏度仍远高于标准要求；而低芳烃、低黏度、窄馏分的轻质环烷基基础油虽能满足-40℃运动黏度标准要求，但40℃运动黏度仅为5.5mm2/s，远低于变压器油一般要求的不小于7mm2/s，且芳烃含量低，抗析气性能差；而采用传统工艺生产的含适量芳烃的环烷基变压器油基础油与轻质环烷基基础油调和的环烷基变压器油组合物可以满足iec60296：2012标准中i-40℃(特殊用途)指标要求，与轻质环烷基基础油相比，具有黏度适宜，抗析气性能好和成本低可大规模生产的特点。
[0050]
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。