减压蒸馏仪及轻质润滑油测定稠环芳烃含量试验方法
【专利摘要】减压蒸馏仪及轻质润滑油测定稠环芳烃含量试验方法，属于润滑油产品环保性能检测【技术领域】，在减压试验条件下，通过控制回流比来收集轻质润滑油的轻组分，不间断的氮气吹扫过程有效地避免了蒸馏过程对润滑油样品的氧化，使所测润滑油样品依然保持原有的特性，减压温度与常压温度的自动换算使馏程得到了精确地控制，蒸馏后的润滑油样品作为轻质润滑油的代表样品进行稠环芳烃PCA含量测定；本发明可以准确地将润滑油中影响稠环芳烃含量测定结果的轻质润滑油组份进行脱除，试验过程有效地避免了蒸馏过程对样品的氧化，使得所测润滑油样品依然保持原有的特性，并使得最终稠环芳烃含量PCA测定结果真实可信。
【专利说明】减压蒸馏仪及轻质润滑油测定稠环芳烃含量试验方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及减压蒸馏仪及轻质润滑油测定稠环芳烃含量试验方法，属于润滑油 产品环保性能检测【技术领域】，特别涉及出口轻质润滑油及其制品检测稠环芳烃前样品的 预处理过程，是一种能够准确控制规定馏程范围的减压蒸馏设备和方法。主要用于轻质润 滑油在测定稠环芳烃含量（PCA)前的馏程范围控制与处理，以满足直接进行稠环芳烃含量 (PCA)测定试验的要求。
【背景技术】
[0002] 随着煤、石油在工农业生产、交通运输以及生活中被广泛应用，由此而产生的稠环 芳烃已成为世界各国共同关注的有机污染物，稠环芳烃的积累已经越来越严重地威胁着人 类的健康。稠环芳烃是一类致癌性很强的环境污染物，是环境污染中最重要的监测项目之 〇
[0003] 欧盟要求化学品进入市场前必须进行安全性能测定并加以标识，同时规定：当采 用SH/T0838-2010 (IP346/96)《未使用过的润滑油基础油及无浙青质石油馏分中稠环芳 烃（PCA)含量的测定二甲基亚砜萃取折光指数法》测定润滑油中PCA (稠环芳烃）含量大于 3%时，产品必须进行致癌标识。所以，国内润滑油产品及其制成品出口时必须提供稠环芳 烃含量测定结果。在轻质润滑油测定稠环芳烃过程中，对样品有馏程范围的限制(标准大气 压下，300°C以下组分不超过5%才能可以进行PCA测定试验)，不满足馏程在规定范围内的 样品无法进行后续稠环芳烃的测定工作，目前国内外没有关于准确处理轻质润滑油馏程在 (310°C?终馏点）的设备。因此，为了提高产品质量控制与出口检测水平、并与世界先进检 测技术接轨，研究开发出用于轻质润滑油测定稠环芳烃PCA含量前处理过程的减压蒸馏仪 及试验方法，以适应快速发展的润滑油检测技术。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是：提供减压蒸馏仪及轻质润滑油测定稠环芳烃含量试验方法。为 轻质润滑油测定PCA含量提供处理装置并提供符合试验方法要求的测定样品。
[0005] 本发明采用的技术方案是：轻质润滑油测定稠环芳烃含量试验方法，含有以下步 骤；
[0006] 在减压试验条件下，通过控制回流比来收集轻质润滑油的轻组分，不间断的氮气 吹扫过程有效地避免了蒸馏过程对润滑油样品的氧化，使所测润滑油样品依然保持原有的 特性，减压温度与常压温度的自动换算使馏程得到了精确地控制，蒸馏后的润滑油样品作 为轻质润滑油的代表样品进行稠环芳烃PCA含量测定；
[0007] 还包括以下步骤：
[0008] 步骤A :在已称好质量的1000mL烧瓶中称入250g试样，精确到lg，烧瓶上带有用 于氮气吹扫的支管；
[0009] 步骤B :将烧瓶连接在500mm长，带回流头、回流比控制器和相应接收器的维格罗 (Vigreux)分馈柱上；
[0010] 步骤C :将组装好的仪器接到带真空度测量装置（McLeod表）的减压系统上；
[0011] 步骤D :在加热前，用氮气以15L/h的速度对烧瓶内试样吹扫lOmin，以除去溶解的 氧；
[0012] 步骤E :降低氮气流速并对分馏装置抽真空，将压力降到2kPa，保持2L/h的氮气流 速(对应管路内气泡计数器大约每秒钟通过1个气泡，）以防沸点滞后；
[0013] 步骤F:开始加热烧瓶底部，当试样沸腾并且冷凝液到达分馏柱时，调整对烧瓶底 部的加热，使分馏柱的负载均匀地分配在整个柱长上，以避免分馏柱某处发生溢流；
[0014] 步骤G :将回流比设置为1 : 1 (例如：关2s，开2s)，开始收集馏分；
[0015] 在标准大气压（101. 3kPa)下，分馏柱顶温度达到280°C时，将回流比调整为2 : 1 (例如：关4s，开2s)，继续收集馏出物，直到在标准大气压（101. 3kPa)下，分馏柱顶温度达 到310°C为止；
[0016] 步骤Η :将系统设为全回流，关掉对烧瓶和分馏柱的加热，使烧瓶内试样在减压状 态下冷却到50°C?70°C，增大氮气的吹扫速度，直到达到常压；然后将连在常压下的系统 分离，取下装有残油的烧瓶；对接收瓶中的馏分和蒸馏瓶中的残油进行称量，精确到lg。
[0017] 减压蒸馏仪，使用的减压蒸馏装置主要包括：分馏装置、减压仪主机柜；
[0018] 分馏装置由电磁阀、接收瓶、温度计、蒸馏瓶、分馏柱、回流头组成；电磁阀安装在 回流头上端，通过磁极变化来吸、放回流头中间的磁性玻璃柱，由此来开、闭接收瓶的连接 口，从而控制蒸馏过程的回流比；分馏柱连接回流头的下端、蒸馏瓶的上端，为了保证蒸馏 效果要在分馏柱上固定保温层或缠绕一定厚度的石棉绳；
[0019] 减压仪主机柜包括温度控制系统、真空控制系统、氮气吹扫系统；
[0020] 温度控制系统包括：电压显示、电压调节、显示器和风扇开关固定在减压仪主机 柜，减压仪主机柜连接电加热套、加热温度调节，保温罩包裹分馏柱；
[0021] 真空控制系统包括：真空显示连接真空泵，真空泵连接分馏装置；
[0022] 氮气吹扫系统包括：氮气瓶连接流量计，流量计连接流量调节，流量调节连接分馏 装置；
[0023] 分馏装置固定在减压仪主机的中间位置，回流头连接真空控制系统，蒸馏瓶在加 热温度调节上端；加热温度调节外包裹电加热套，温度计连接蒸馏瓶，温度计连接接收瓶，
[0024] 刺型的维格罗（Vigreux)分馏柱的长度是500mm，玻璃器皿的连接口均采用不锈 钢夹子固定；
[0025] 真空压力系统采用精密薄膜真空压力传感器；
[0026] 采用PtlOO温度传感器检测蒸汽温度和液体温度，采用数字温度传感器检测维格 罗分馏柱周围的恒温温度，使用温控器进行温度转换；
[0027] 包括3路温度采集、控制和显示；1路真空压力检测和显示控制；氮气抽提速率自 动控制；回流比自动控制；常减压温度自动换算；自动过程计时。
[0028] 本发明的技术效果：本发明的减压蒸馏仪是在测定轻质润滑油的稠环芳烃含量试 验过程中必须要使用的仪器，旨在将待测样品的馏程控制在试验方法要求的范围内，以满 足稠环芳烃测定精度的要求。仪器设计过程完全遵照英国能源研究会制定的IP-346方法 (等效SH/T0838-2010)中对样品的馏程控制及处理要求，仪器试验效果表明：轻质润滑油样 品经过仪器的减压馏份处理以后，样品的馏程完全满足直接进行稠环芳烃含量（PCA)测定 试验的要求。
[0029] 本发明的减压蒸馏仪试验方法是按照稠环芳烃PCA含量测定方法要求对润滑油 样品进行馏程减压分馏处理的试验方法，该方法可以准确地将润滑油中影响稠环芳烃含量 测定结果的轻质润滑油组份进行脱除，试验过程有效地避免了蒸馏过程对样品的氧化，使 得所测润滑油样品依然保持原有的特性，并使得最终稠环芳烃含量PCA测定结果真实可 ?目。
【专利附图】
【附图说明】
[0030] 当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以 及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解， 构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发 明的不当限定，如图其中：
[0031] 图1蒸馏器具连接图；
[0032] 图2减压仪装配图；
[0033] 图3减压仪电路框图；
[0034] 图4减压仪软件设计框图。
[0035] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
【具体实施方式】
[0036] 实施例1 :轻质润滑油测定稠环芳烃含量前处理过程的试验方法，含有以下步骤；
[0037] 在减压试验条件下，通过控制回流比来收集轻质润滑油的轻组分，不间断的氮气 吹扫过程有效地避免了蒸馏过程对润滑油样品的氧化，使所测润滑油样品依然保持原有的 特性，减压温度与常压温度的自动换算使馏程得到了精确地控制，蒸馏后的润滑油样品作 为轻质润滑油的代表样品进行稠环芳烃PCA含量测定。
[0038] 试验方法具体包括以下步骤：
[0039] 步骤A :在已称好质量的1000mL烧瓶中称入250g试样，精确到lg，烧瓶上带有用 于氮气吹扫的支管。
[0040] 步骤B :将烧瓶连接在500mm长，带回流头、回流比控制器和相应接收器的维格罗 (Vigreux)分馈柱上。
[0041] 步骤C :将组装好的仪器接到带真空度测量装置（McLeod表）的减压系统上。
[0042] 步骤D :在加热前，用氮气以15L/h的速度对烧瓶内试样吹扫lOmin，以除去溶解的 氧。
[0043] 步骤E :降低氮气流速并对分馏装置抽真空，将压力降到2kPa，保持2L/h的氮气流 速(对应管路内气泡计数器大约每秒钟通过1个气泡，）以防沸点滞后。
[0044] 步骤F:开始加热烧瓶底部，当试样沸腾并且冷凝液到达分馏柱时，调整对烧瓶底 部的加热，使分馏柱的负载均匀地分配在整个柱长上，以避免分馏柱某处发生溢流。
[0045] 步骤G :将回流比设置为1 : 1 (例如：关2s，开2s)，开始收集馏分。
[0046] 在标准大气压（101. 3kPa)下，分馏柱顶温度达到280°C时，将回流比调整为2 : 1 (例如：关4s，开2s)，继续收集馏出物，直到在标准大气压（101. 3kPa)下，分馏柱顶温度达 到310°C为止。
[0047] 步骤Η :将系统设为全回流，关掉对烧瓶和分馏柱的加热，使烧瓶内试样在减压状 态下冷却到50°C?70°C，增大氮气的吹扫速度，直到达到常压。然后将连在常压下的系统 分离，取下装有残油的烧瓶。对接收瓶中的馏分和蒸馏瓶中的残油进行称量，精确到lg。
[0048] 仪器设计包括如下步骤：
[0049] 步骤1、玻璃蒸馏体部分；
[0050] 按照方法要求，委托玻璃制作厂家按照图1制作出500毫米长的维格罗（Vigreux) 分馏柱、回流、冷凝器、接收瓶（250ml )、蒸馏瓶（1000ml )。
[0051] 步骤2、真空系统压力检测及控制部分；
[0052] 真空压力系统采用国内最先进的精密薄膜真空压力传感器，在真空压力0? lOOmmHg范围内，能精确显示到IPa。这样就能很准确的控制真空压力，减少残压压力波动， 提高蒸馏温度的准确性。
[0053] 在抽真空过程中，采取自动逐步减压法，这样可以减少生成的泡沫，避免油样暴 沸。
[0054] 步骤3、多点温度采集、检测及换算；
[0055] 在整个系统中，需要检测蒸汽温度、油样液体温度和维格罗分馏柱周围的恒温温 度，为此，采用进口 PtlOO温度传感器检测蒸汽温度和液体温度，采用数字温度传感器检测 维格罗分馏柱周围的恒温温度，为了蒸汽温度的准确性，专门使用一个进口温控器进行温 度转换，提高蒸汽温度的准确性和稳定性。
[0056] 在蒸馏试验过程中，系统读取的是不同减压压力下的蒸汽温度，为此专门设计了 温度转化程序，将减压下的温度实时转化成常压下的温度，这样随着蒸馏温度的变化，回流 比控制相应改变，使回流比控制过程准确、方便。
[0057] 步骤4、整体系统的组成及控制；
[0058] 采用单片机+液晶屏控制系统，将试验过程中各项参数显示在液晶屏上，仪器工 作状态一目了然，并且每一步操作都有提示，方便用户操作。系统包括3路温度采集、控制 和显示；1路真空压力检测和显示控制；氮气抽提速率自动控制；回流比自动控制；常减压 温度自动换算；自动过程计时。
[0059] 为了达到真空压力的精确控制，需要实时监测真空压力，并对压力的变化及时做 出反应，而系统中对中断的处理、键盘的按键判断、其他程序过程的运行、各种采样、转换、 计算等等，都会延迟对压力变化后的反应，致使压力波动加大。为此，专门设计一个单片机 小系统，用来检测压力，进行压力A/D转换，对压力进行及时精确地控制。
[0060] 实施例2 :
[0061] 采用轻质润滑油测定稠环芳烃PCA含量前处理过程的减压蒸馏操作试验方法，以 不同类型轻质润滑油产品为例，对本发明作进一步详细说明。
[0062] 减压蒸馏装置，主要包括：分馏装置、减压仪主机柜。减压仪主机柜包括温度控制 系统、真空控制系统、氮气吹扫系统。
[0063] 减压蒸馏仪，电磁阀1连接回流头7,回流头7有真空气口 200、循环进液口 300和 循环出液口 100,回流头7连接第一温度计6和接收瓶2,回流头7的下端连接分馏柱5,分 馏柱5的下端连接蒸馏瓶4,蒸馏瓶4连接第二温度计3,蒸馏瓶4的下端有电加热套16和 加热温度调节17设置，氮气瓶20通过管道、流量计12和流量调节13连接蒸馏瓶4的进气 口 400 ;温度控制系统的电压显示9、电压调节10、(控制)显示器11、风扇开关14、加热温度 调节17和电源开关15与控制面板连接；保温罩18、真空泵19通过管道与真空显示8和蒸 馈部分连接。
[0064] 参阅图1。蒸馏器具连接由电磁阀1、接收瓶2、温度计3、蒸馏瓶4、分馏柱5、温度 计6、回流头7组成。电磁阀安装在回流头上端，通过磁极变化来吸、放回流头中间的磁性玻 璃柱，由此来开、闭接收瓶的连接口，从而控制蒸馏过程的回流比。分馏柱连接回流头的下 端、蒸馏瓶的上端，为了保证蒸馏效果要在分馏柱上固定保温层或缠绕一定厚度的石棉绳。 [0065] 参阅图2。减压仪装配是将蒸馏器具安全、准确地固定在一个高150cm、宽90cm、厚 45cm的箱体上，将温度控制系统(包括：电压显示9、电压调节10、（控制）显示器11、风扇开 关14、电加热套16、加热温度调节17、保温罩18)与蒸馏部分相连。然后连接真空控制系统 (包括：真空显示8、真空泵19)和氮气吹扫系统(包括：流量计12、流量调节13、氮气瓶20) 到蒸馏器具的相应接口部分。
[0066] 参阅图3。减压仪电路由电源控制主CPU控制板，主CPU控制真空系统和蒸馏温 度、通过温度的逐渐变化来控制电磁阀并由此调节蒸馏回流比和蒸馏终点。
[0067] 参阅图4。减压仪软件设计包括：系统逐级减压控制、系统参数设置、机器校准、系 统工具、通讯与中断部分。在逐级减压过程中设计了温度与压力换算软件，在仪器面板上直 接显示出常压温度。
[0068] 具体包括以下步骤：
[0069] 步骤A :在已称好质量的1000mL烧瓶中称入250g试样，精确到lg，烧瓶上带有用 于氮气吹扫的支管。
[0070] 步骤B :将烧瓶连接在500mm长，带回流头、回流比控制器和相应接收器的维格罗 (Vigreux)分馈柱上。
[0071] 步骤C :将组装好的仪器接到带真空度测量装置（McLeod表）的减压系统上。
[0072] 步骤D :在加热前，用氮气以15L/h的速度对烧瓶内试样吹扫lOmin，以除去溶解的 氧。
[0073] 步骤E :降低氮气流速并对分馏装置抽真空，将压力降到2kPa，保持2L/h的氮气流 速(对应管路内气泡计数器大约每秒钟通过1个气泡，）以防沸点滞后。
[0074] 步骤F:开始加热烧瓶底部，当试样沸腾并且冷凝液到达分馏柱时，调整对烧瓶底 部的加热，使分馏柱的负载均匀地分配在整个柱长上，以避免分馏柱某处发生溢流。
[0075] 步骤G:将回流比设置为1 : 1 (例如：关2s，开2s)，开始收集馏分。在标准大气 压（101.3kPa)下，分馏柱顶温度达到280°C时，将回流比调整为2 : 1(例如：关4s，开2s)， 继续收集馏出物，直到在标准大气压（101. 3kPa)下，分馏柱顶温度达到310°C为止。
[0076] 步骤Η :将系统设为全回流，关掉对烧瓶和分馏柱的加热，使烧瓶内试样在减压状 态下冷却到50°C?70°C，增大氮气的吹扫速度，直到达到常压。然后将连在常压下的系统 分离，取下装有残油的烧瓶。对接收瓶中的馏分和蒸馏瓶中的残油进行称量，精确到lg。
[0077] 实验室对轻质润滑油样品采用设计的减压分馏仪进行轻组分减压蒸馏试验，然后 对比蒸馏前后样品的馏程来对仪器蒸馏的准确性进行验证，蒸馏前后样品的馏程测定结果 见表1。
[0078] 表1轻质润滑油蒸馏前后样品馏程测定结果
[0079]
【权利要求】
1. 轻质润滑油测定稠环芳烃含量试验方法，其特征在于含有以下步骤； 在减压试验条件下，通过控制回流比来收集轻质润滑油的轻组分，不间断的氮气吹扫 过程有效地避免了蒸馏过程对润滑油样品的氧化，使所测润滑油样品依然保持原有的特 性，减压温度与常压温度的自动换算使馏程得到了精确地控制，蒸馏后的润滑油样品作为 轻质润滑油的代表样品进行稠环芳烃PCA含量测定； 还包括以下步骤： 步骤A :在已称好质量的lOOOmL烧瓶中称入250g试样，精确到lg，烧瓶上带有用于氮 气吹扫的支管； 步骤B:将烧瓶连接在500mm长，带回流头、回流比控制器和相应接收器的维格罗 (Vigreux)分馈柱上； 步骤C :将组装好的仪器接到带真空度测量装置（McLeod表）的减压系统上； 步骤D :在加热前，用氮气以15L/h的速度对烧瓶内试样吹扫lOmin，以除去溶解的氧； 步骤E :降低氮气流速并对分馏装置抽真空，将压力降到2kPa，保持2L/h的氮气流速 (对应管路内气泡计数器大约每秒钟通过1个气泡，）以防沸点滞后； 步骤F:开始加热烧瓶底部，当试样沸腾并且冷凝液到达分馏柱时，调整对烧瓶底部的 加热，使分馏柱的负载均匀地分配在整个柱长上，以避免分馏柱某处发生溢流； 步骤G:将回流比设置为1 : 1 (关2s，开2s)，开始收集馏分； 在标准大气压（l〇1.3kPa)下，分馏柱顶温度达到280°C时，将回流比调整为2 : 1 (关 4s，开2s)，继续收集馏出物，直到在标准大气压（101. 3kPa)下，分馏柱顶温度达到310°C为 止； 步骤Η :将系统设为全回流，关掉对烧瓶和分馏柱的加热，使烧瓶内试样在减压状态下 冷却到50°C?70°C，增大氮气的吹扫速度，直到达到常压；然后将连在常压下的系统分离， 取下装有残油的烧瓶；对接收瓶中的馏分和蒸馏瓶中的残油进行称量，精确到lg。
2. 减压蒸馏仪，其特征在于：使用的减压蒸馏装置主要包括：分馏装置、减压仪主机 柜； 分馏装置由电磁阀、接收瓶、温度计、蒸馏瓶、分馏柱、回流头组成；电磁阀安装在回流 头上端，通过磁极变化来吸、放回流头中间的磁性玻璃柱，由此来开、闭接收瓶的连接口，从 而控制蒸馏过程的回流比；分馏柱连接回流头的下端、蒸馏瓶的上端，为了保证蒸馏效果要 在分馏柱上固定保温层或缠绕一定厚度的石棉绳； 减压仪主机柜包括温度控制系统、真空控制系统、氮气吹扫系统； 温度控制系统包括：电压显示、电压调节、显示器和风扇开关固定在减压仪主机柜，减 压仪主机柜连接电加热套、加热温度调节，保温罩包裹分馏柱； 真空控制系统包括：真空显示连接真空泵，真空泵连接分馏装置； 氮气吹扫系统包括：氮气瓶连接流量计，流量计连接流量调节，流量调节连接分馏装 置； 分馏装置固定在减压仪主机的中间位置，回流头连接真空控制系统，蒸馏瓶在加热温 度调节上端；加热温度调节外包裹电加热套，温度计连接蒸馏瓶，温度计连接接收瓶， 刺型的维格罗（Vigreux)分馏柱的长度是500mm，玻璃器皿的连接口均采用不锈钢夹 子固定； 真空压力系统采用精密薄膜真空压力传感器； 采用Ptioo温度传感器检测蒸汽温度和液体温度，采用数字温度传感器检测维格罗分 馏柱周围的恒温温度，使用温控器进行温度转换； 包括3路温度采集、控制和显示；1路真空压力检测和显示控制；氮气抽提速率自动控 制；回流比自动控制；常减压温度自动换算；自动过程计时。
3.根据权利要求2所述的减压蒸馏仪，其特征在于： 维格罗（Vigreux)分馏柱为500毫米长；接收瓶为250ml，蒸馏瓶为1000ml ; 真空压力系统采用精密薄膜真空压力传感器，在真空压力0?lOOmmHg范围内，能精确 显示到IPa ; 采用PtlOO温度传感器检测蒸汽温度和液体温度，采用数字温度传感器检测维格罗分 馏柱周围的恒温温度，使用一个温控器进行温度转换，提高蒸汽温度的准确性和稳定性； 采用单片机+液晶屏控制系统；系统包括3路温度采集、控制和显示；1路真空压力检 测和显示控制；氮气抽提速率自动控制；回流比自动控制；常减压温度自动换算；自动过程 计时。
【文档编号】G01N33/30GK104215493SQ201310219511
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年6月5日 优先权日:2013年6月5日
【发明者】马书杰, 刘研, 王鹏, 谭剑英, 于会民, 王毅, 胡玉华, 马丙水, 马利花 申请人:中国石油天然气股份有限公司