氢气在润滑油中溶解度的软测量方法与流程

1.本发明属于石油炼制与化工流程模拟交叉领域，涉及一种润滑油液相加氢过程中氢气在润滑油中溶解度的软测量方法。


背景技术：

2.聚α-烯烃(pao)合成油是目前性能最佳的合成润滑油基础油，具有高黏度指数、低挥发性、低流动性、较好的剪切性能及优良的抗高温氧化性，应用前景广阔。pao合成润滑油基础油液相加氢技术，是在煤油、柴油、蜡油等领域的研究基础之上开发出的技术，该工艺将被氢气饱和的液态pao合成润滑油基础油通入反应器，由溶解在液体油中的氢气参与加氢反应。该工艺对于润滑油加氢装置节能降耗、高质量发展将发挥重要作用。
3.静态混氢器是pao润滑油液相加氢装置的重要设备，是氢气和pao合成润滑油混合的场所，能够有效提高气液传质效率。混氢器中氢气的溶解度是润滑油液相加氢装置中关键的考察指标，氢气在润滑油中溶解量的多少，直接反应液相加氢装置混氢器的溶氢效果。目前，对于氢气在润滑油中溶解度的测量，多数还是依赖于实验室的人工分析值。实验室内分析需要高温高压体系环境，每一次样品测量需要经历升温升压、保温保压、冷却降压等步骤，测量周期较长，液相取样操作过程中有温度损失和压力变化，对测定结果也会产生影响。
4.为了解决上述问题，运用了多个软件建立模型进行软测量，包括matlab、aspen hysys、aspen plus等，来计算和预估氢气在pao合成润滑油中溶解度的值。然而无论选择哪种软件，目前大部分针对氢气在pao合成润滑油中溶解度的软测量方法中，都存在以下问题：即模型的建立都是将混合物料在闪蒸模块中进行闪蒸计算。然而对于组分较轻的pao合成润滑油，闪蒸计算容易将其中的轻组分闪蒸出去，造成模型计算结果失实或者复杂计算。
5.cn102831256a公开了一种利用计算机模拟计算化学物质溶解度参数的方法。该方法构建待计算化学物质的分子模型并进行能量最小化计算，构建待计算化学物质无定型聚集体的晶胞结构，对该晶胞结构进行能量最小化计算和分子动力学计算，计算得到该化学物质的内聚能密度，对其取平方根得到溶解度参数。该方法适用于解决石油化工行业不同物质间相容性不易判断的技术难题。但该现有技术的方法只适用于纯净物之间溶解度的计算，对于混合物及复杂物系的溶解度无法准确计算。
6.cn108803329a公开了一种超临界萃取过程溶解度优化方法。该方法结合pr状态放出，用新理论和方法研究温度与压力之间的耦合及其解耦模型以改进sfe工作效率，构建了非线性温度-压力解耦模型，给出了溶解度优化方法，根据设定温度计算最优的工作压力以获得超临界萃取过程最大溶解度，解决了超临界萃取过程中sfe工作效率低的问题。但该溶解度的方法适用条件为超临界状态和萃取过程，对于其他化工单元操作和非超临界条件的溶解度测量不适用。
7.cn111008475a公开了一种基于混沌亨利气体溶解度优化器的滚齿碳耗模型求解方法。该方法首次提出混沌亨利气体溶解度算法，将混沌映射方法融入亨利气体溶解度算
plus软件计算，生成润滑油虚拟组分，用虚拟组分对润滑油进行表征。其中，对于馏程数据的采集，应在包含润滑油初馏点和终馏点的基础上尽量均匀、充分采集。结合实验室测定的润滑油蒸馏曲线类型，对润滑油进料流股进行模拟。
24.2、软测量辅助变量的选取
25.氢气在润滑油中溶解度的大小，与润滑油的性质、氢气的物性、温度、压力等因素相关。在建立溶解度计算模型时，除了需要将氢气的质量流量设置为操作变量外，还需要指定温度、压力条件。因此，基于实际装置中能采集获得的数据和用灵敏度分析的方法，以温度(t，℃)和压力p(p，mpa)作为润滑油加氢装置静态混氢器中氢气在润滑油中的溶解度模拟软测量模型的两个辅助变量。
26.3、溶解度软测量模型的建立
27.选取aspen plus的混合器模块模拟润滑油液相加氢装置静态混氢器，根据润滑油和氢气的物性状态选择物性方法，确定二元交互参数。
28.指定辅助变量，根据表征后的润滑油数据来模拟润滑油流股。
29.以氢气的质量流量为操作变量进行灵敏度分析。对于操纵变量的限制范围，应充分考虑氢气在润滑油中的溶解度的数量级，确保灵敏度分析结果中，混合后流股l的气相分率由零变为正值的临界点落在计算结果范围内。为减小误差，提高计算的精确度，设置限制变量的限制区间内节点数应尽量多。结合软件的运算能力，可将开始点的氢气质量流量设置为0.0001～0.001kg/h数量级，结束点为1kg/h。
30.相较于现有技术，本发明具有以下优点：
31.(1)利用aspen plus软件对氢气的质量流量进行灵敏度分析，结合溶解度的定义计算出润滑油中氢气的溶解度。
32.(2)通过设置温度(t，℃)、压力p(p，mpa)两个辅助变量，考察温度、压力对润滑油中氢气溶解度的影响，获得润滑油中氢气溶解度随温度、压力的变化规律。
33.(3)用润滑油的馏程数据及相应温度、压力参数即可完成软测量，该模型简便易行。而且本发明的软测量方法采用混合模块计算，避免了将润滑油中的轻组分闪蒸到气相中从而造成溶解度计算不准确的情况。
34.(4)经实验室人工测量与模拟计算溶解度结果对比显示：实验室人工测量值与模拟值呈线性关系。
附图说明
35.图1为本发明润滑油中氢气溶解度软测量的模型示意图。
36.图2为通入氢气的质量流量对润滑油混合流股的气相分率的灵敏度分析图。
具体实施方式
37.下面结合具体的实例对本发明做进一步说明，实施例只是对本发明的说明而非限定。
38.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。
39.实施例1：
40.1、润滑油数据采集及表征
41.从实验室采集原料pao润滑油的馏程数据。蒸馏曲线类型采用astm d86方法。体积比重值0.8482。馏出百分比分别为0％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％、100％，对应的温度分别为173.2℃、215.3℃、228.5℃、237.8℃、247.4℃、257.3℃、267.9℃、291.8℃、304.9℃、319.7℃、328.8℃、339.9℃。
42.根据以上数据对润滑油进行表征。
43.2、建立软测量模型
44.设置辅助变量温度t＝360℃，压力p＝5mpa，润滑油初始质量流量b＝100kg/h，氢气初始流量d＝1kg/h。灵敏度操纵变量开始点0.001kg/h，结束点1kg/h，增量0.001kg/h。
45.将以上数据输入到模型，计算出混合后流股的气相分率由零变为正值的临界点所对应的氢气质量流量为0.106kg/h，即液相加氢装置混氢器中氢气的溶解量a＝0.106kg/h。
46.3、求解氢气溶解度
47.根据溶解度定义，润滑油中氢气溶解度c＝a/b。代入以上模拟计算结果，求得：c＝0.00106。
48.对比例1：
49.采用与实施例1相同的原料pao润滑油，在pao润滑油溶氢实验装置上进行氢气溶解度测定，实验温度为360℃，压力为5mpa。
50.结果：实验测定溶解度为0.00127。
51.实施例2：
52.1、润滑油数据采集及表征
53.从实验室采集原料常减压润滑油的馏程数据。蒸馏曲线类型采用astm d86方法。体积比重值。馏出百分比分别为0％、5％、10％、30％、50％、70％、90％、95％、100％，对应的温度分别为212℃、322℃、374℃、415℃、430℃、448℃、469℃、476℃、484℃。
54.根据以上数据对润滑油进行表征。
55.2、建立软测量模型
56.设置辅助变量温度t＝360℃，压力p＝5mpa，润滑油初始质量流量b＝100kg/h，氢气初始流量d＝1kg/h。灵敏度操纵变量开始点0.001kg/h，结束点1kg/h，增量0.001kg/h。
57.将以上数据输入到模型，计算出混合后流股的气相分率由零变为正值的临界点所对应的氢气质量流量为kg/h，即液相加氢装置混氢器中氢气的溶解量a＝0.051kg/h。
58.3、求解氢气溶解度
59.根据溶解度定义，润滑油中氢气溶解度c＝a/b。代入以上模拟计算结果，求得：c＝0.00051。
60.对比例2：
61.采用与实施例2相同的原料常减压润滑油，在润滑油溶氢实验装置上进行氢气溶解度测定，实验温度为360℃，压力为5mpa。
62.结果：实验测定溶解度为0.000609。