1. Ассортимент трансформаторных масел

Нефтеперерабатывающая промышленность РФ выпускает несколько сортов трансформаторных масел [109], различающихся по используемому сырью, способу получения и показателям качества (таблица 12).

Масло селективной очистки (ГОСТ 10121-76) производится из сернистых парафинистых нефтей. Масло получают с использованием процессов фенольной очистки и низкотемпературной депарафинизации. Рекомендуемая область применения - оборудование напряжением до 220 кВ включительно.

Масло ТКп (ТУ 38.401-58-49-92) вырабатывается из малосернистых нафтеновых нефтей с использованием процесса кислотно-щелочной очистки. Рекомендуемая область применения – оборудование напряжением до 500 кВ включительно.

Масло Т-1500У (ТУ 38.401-58-107-97) вырабатывается из сернистых парафинистых нефтей. Для получения масла используются процессы селективной очистки и гидрирования. По сравнению с маслом селективной очистки и маслом ТКп, Т-1500У содержит меньшее количество сернистых соединений и имеет более низкое значение тангенса угла диэлектрических потерь. Рекомендовано к применению в электрооборудовании напряжением до 500 кВ и выше.

Масло ВГ (ТУ 38.401978-98) вырабатывается из парафинистых нефтей с применением гидрокаталитических процессов. Рекомендовано к применению в электрооборудовании высших классов напряжений.

Масла АГК (ТУ 38.1011271-89) и МВТ (ТУ 38.401927-92) вырабатываются из парафинистых нефтей с применением гидрокаталитических процессов. Масла этих марок предназначены для применения в трансформаторах арктического исполнения.

Масло ГК вырабатывается из сернистых парафинистых нефтей с использованием процессов гидрокрекинга, каталитической депарафинизации и гидрофинишинга. Масло этой марки обладает отличными значениями таких показателей, как температура текучести и тангенсугла диэлектрических потерь и рекомендовано к применению в электрооборудовании высших классов напряжения.

Высококачественные трансформаторные масла, полученные глубокой переработкой исходного масляного сырья (ГК, ВГ, АГК, МВТ) отличаются от менее очищенных (ТКп, масло селективной очистки) практически полным отсутствием серы, лучшими диэлектрическими характеристиками (меньшими значениями tg(δ)) и лучшей стойкостью к окислению. Масла, предназначенные для использования в арктическом климате (АГК и МВТ) отличаются более низкими значениями температуры застывания, вязкости и температуры вспышки.

Среди трансформаторных масел зарубежного производства широкое распространение получили, к примеру, масла фирм ExxonMobil (ESSO), Shell и Nynas (таблица 13) [113]. Широко представленные на российском рынке трансформаторные масла фирмы Nynas получают, как правило, гидрированием масляных фракций нафтеновых нефтей

2. Технологии получения трансформаторных масел

В качестве сырья для производства трансформаторных масел часто используют фракции нафтеновых или парафинистых нефтей с диапазоном температур кипения 240-410 °С, средней температурой кипения 320-350 °С, имеющие вязкость при 40 °С 7-13 сСт [111].

Есть несколько схем переработки масляных фракций, подходящих для получения трансформаторных масел [111].

1. Схемы на основе сольвентных процессов. Классические сольвентные процессы нашли широкое применение при получении трансформаторных масел. Как правило, на первой стадии масляная фракция подвергается селективной очистке для удаления части гетероатомных соединений, смолистых веществ и полициклических ароматических углеводородов. На второй стадии рафинат селективной очистки подвергается процессу низкотемпературной депарафинизации с использованием растворителя для улучшения температуры текучести продукта. По подобной схеме получают трансформаторное масло селективной очистки.

2. Схемы, включающие стадию кислотной очистки. Схемы этого типа могут быть использованы для переработки сырья с хорошими низкотемпературными свойствами, к примеру, фракций нафтеновых нефтей. Подобные схемы могут включать стадии:

   • обработки масляной фракции олеумом;

   • отделения от масляной фракции осадка;

   • нейтрализации оставшейся кислоты раствором карбоната натрия;

   • экстракции сульфонатов, образовавшихся в результате контактирования масляной фракции с кислотой, с помощью изопропилового спирта;

   • доочистки продукта с использованием активированных глин. В настоящее время эта стадия может быть заменена на процесс гидроочистки.

Подобная схема может использоваться для совместного получения трансформаторных и белых масел. Так, для получения трансформаторного масла может быть достаточно одной стадии кислотной обработки, тогда как для белого масла может понадобиться 4 и более таких стадий [111].

Методом кислотной очистки масляных фракций малосернистых нафтеновых нефтей получают трансформаторное масло ТКп.

На сегодняшний день способы получения трансформаторных масел, основанные на сольвентной или кислотной переработке масляных фракций, постепенно замещаются на

технологии, содержащие гидрокаталитические процессы: гидрокрекинг, изодепарафинизацию, гидрирование, гидрофинишинг.

3. Схемы на основе гидрокаталитических процессов. Как правило, схемы этого типа используются для переработки парафинистых нефтей. Наиболее распространенные технологии включают следующие процессы:

   • гидрокрекинг вакуумного газойля;

   • фракционирование продуктов гидрокрекинга с выделением фракции, подходящей для получения трансформаторного масла;

   • каталитическую депарафинизацию (или изодепарафинизацию) выделенной фракции;

   • гидрофинишинг депарафинированного продукта.

В полученную базу трансформаторного масла добавляют антиокислительную присадку. Трансформаторное масло ГК вырабатывается в ОАО «АНХК» по технологии,

разработанной ОАО «ВНИИНП» [116]. Существующая схема выработки трансформаторного масла ГК представлена на рисунке 22. Основными стадиями производства являются:

• гидрокрекинг вакуумного газойля;

• дистилляция гидрогенизата;

• каталитическая депарафинизация совмещенная с гидрофинишингом.

Физико-химические характеристики сырья процесса гидрокрекинга и фракции 280 °С-КК, выделяемой на стадии дистилляции гидрогенизата, представлены в таблице 14.

Вакуумный газойль

Гидрокрекинг

Каталитическая депарафинизация

АВТ

Дистилляция

Гидрофинишинг

Гидрогенизат ^{Фракция}

280 С-КК

Базовая основа трансформаторного масла ГК

Рисунок 22 – Принципиальная схема получения трансформаторного масса ГК

Таблица 14 – Физико-химические характеристики сырья процесса гидрокрекинга и стабильного гидрогенизата (фракции 280 °С-КК) [116]

№		Фракция –	Результат испытания сырье Стабильный гидрогенизат
п/п	Наименование показателя процесса гидрокрекинга, выделенная из Западно- Сибирской нефти			гидрокрекинга (280 ºС – КК)
1	Массовая доля серы, % масс.	0,70		менее 0,0007
2	Вязкость кинематическая при 50 °С, мм2/с	6,2		6,9
3	Температура застывания (без термообработки), °С	+5		+13
4	Массовая доля азота, % масс.	0,06		0,0004
	Массовая доля углеводородов, % масс: - парафиновые + нафтеновые	53		98
5	- ароматические	40		2
	- полициклическая ароматические углеводороды и асфальто-смолистые вещества	7		-

Гидрокрекинг вакуумного газойля протекает при высоких значениях давления (23- 25 МПа), температура процесса составляет 350-370 °С. В ходе процесса протекают следующие реакции [116]:

1. Гидрогенолиз сернистых и азотсодержащих соединений. В результате этих реакций происходит практически полное удаление из сырья соединений серы и азота (таблица 14).

2. Гидрирование и раскрытие цикла ароматических углеводородов сырья с образованием нафтенов и нафтено-парафинов. Содержание ароматических углеводородов в ходе процесса гидрокрекинга снижается со значений около 40 до 2 % масс.

3. Гидрокрекинг высокомолекулярных соединений сырья.

Процесс дистилляции предназначен для выделения из гидрогенизата гидрокрекинга целевой фракции 280 °С-КК, являющейся сырьем для производства трансформаторного масла ГК.

Каталитическая депарафинизация совмещенная с гидрофинишингом предназначена для снижения температуры текучести фракции 280 °С-КК с 13 °С до значений минус 45 °С и ниже. Это достигается за счет селективного гидрокрекинга парафиновых углеводородов сырья. Процесс проводится при температуре 320-340 °С, давлении около 4 МПа; объемной скорости подачи сырья 0,6-1,0 ч^-1 [117].

В реактор процесса каталитической депарафинизации, совмещенной с гидрофинишингом, послойно загружают катализатор депарафинизации СГК-5 (верх реактора) и катализатор гидрофинишинга (низ реактора) [118]. СГК-5 является классическим катализатором депарафинизации и содержит цеолит ЦВМ, который считается структурным аналогом цеолита

ZSM-5 [117]. Катализатор гидрофинишинга по своему составу схож с катализаторами гидроочистки. Использование этого катализатора обеспечивает гидрирование непредельных соединений, что позволяет получить необходимые значения стабильности и цвета получаемого базового масла.

Депарафинированная масляная фракция стабилизируется для отделения побочных легких продуктов. Выход стабильного продукта – базовой основы трансформаторного масла (БОТМ), составляет около 70 % масс. в расчете на фракцию 280 °С-КК [118]. В БОТМ вносят 0,25- 0,40 % масс. антиокислительной присадки (Агидол-1) с получением товарного продукта – трансформаторного масла ГК.

Используемая технология получения трансформаторного масла ГК позволяет получать продукт высокого качества, но при этом не обеспечивает высоких значений выхода. Исходя из проведенного анализа литературных данных, можно предположить, что трансформаторное масло может быть получено с большим выходом при замене процесса каталитической депарафинизации, используемого в существующей технологии, на изодепарафинизацию.