采用离子交换技术改善抗燃油品质的探讨

提出磷酸酯抗燃油传统防污处理方法中存在的不足，重点阐述采用离子交换技术处理油质的优点及取得的效果，总结利用离子交换树脂处理油质的经验与注意事项。
关键词：磷酸酯抗燃油；离子交换技术
中图分类号：TE626.3＋8  文献标识码：A   文章编号：1004-9649（2004）01-0000-00
1 传统防污处理技术存在的问题
磷酸酯抗燃油目前广泛应用于高参数发电机组及其他工业领域中。通常情况下，磷酸酯抗燃油显示出良好的润滑性能、抗氧化稳定性及阻燃特性。但在有微量水分存在的情况下，油液在高温运行环境中易发生水解，并逐渐形成磷酸及复杂的磷酸酯聚合物，而酸性本身作为一种催化剂，又进一步加剧了油酯的水解。高酸值的油液将会浸蚀液压设备，增加油液中的颗粒，导致伺服阀卡涩、调节机构失灵。目前，绝大多数用户采用硅藻土或活性氧化铝去除油中的微量水分（水与油的质量百分比，%）及酸值（每克抗燃油消耗的KOH的毫克数，mg/g），但这种传统的处理方法存在以下不足：（1）硅藻土中含有可被萃取的金属成分，如钙、镁等离子，这些离子会与油液水解的磷酸酯产物发生反应，形成胶状物的金属皂化物，堵塞过滤器及调节机构。（2）硅藻土是天然产物，不同批次产品存在化学成分的差异，使用时存在不可预测性。（3）硅藻土本身含有细微的颗粒，可能在硅藻土处理器运行不当时直接进入油系统。（4）硅藻土或活性矾土仅能除去微量的水分和酸值，对含酸值或水分大的油液的处理能力较有限，对严重劣化的油品，如酸值超过0.50mg/g，处理能力将极为有限。（5）硅藻土需频繁更换，处理的油量较少。
2 离子交换树脂处理技术的应用原理
磷酸酯在有水的情况下发生水解，反应往往从P-O键或C-O键的断裂开始，并形成磷酸、单价酯和二价酯等产物，这些产物均为较强的酸。一般来说，二价酯的酸性比单价酯强，两者的酸性又强于磷酸本身。另外，水解后的不同产物之间也会发生相当复杂的反应，并形成聚合物。
国外在20世纪80年代中后期开始研究利用离子交换树脂处理磷酸酯抗燃油，并获得成功。目前，国内已有少数火电厂开始尝试采用离子交换技术来改善磷酸酯抗燃油的品质。采用离子交换树脂处理工艺时，一般把粉末状的阴阳树脂固化在类似小过滤器的筒状结构上，形成树脂滤芯。树脂滤芯通常是多孔的，以增加离子的吸收与交换面积。其中的阴树脂为弱碱型，主要起除酸的作用，阳树脂为强酸型，起去除金属离子的作用。根据离子交换树脂作用形式的理论，由于弱碱性阴离子树脂具有永久性的碱性功能团，能与酸发生反应，因此，弱碱性阴树脂是作为强酸吸收剂而起作用的。其作用原理为（以R代表弱碱性阴树脂）：3R+H3PO4→R3H3PO4。同时，弱碱性阴树脂的物理化学特性较稳定，能在高温下运行。由于弱碱性树脂具有上述的特性，使之能应用于磷酸酯抗燃油的防污处理。