电力设备中所使用的变压器油主要是由天然石油炼制而成。石油的化学组分十分复杂，导致变压器油的化学组成也很复杂。变压器油大概含有2900多种化合物，这些化合物基本上可以分为烷烃、环烷烃和芳香烃三类

烷烃的分子结构呈直线或分枝型。直线型烷烃称之为石蜡。从化学观点来看，烷烃具有较稳定的化学安定性、高闪点和其它优越的性质。但直链型烷烃的低温流动性差，即凝点较高。所以含直链烷烃的变压器油被冷却到一定温度时，其自由流动就会受阻，这极大限制了在地域上的广泛应用。

环烷烃的分子结构比较复杂，有单环、双环和多环，并带有烷基侧链。环烷烃具有优良的低温流动性和很低的倾点，并会使制得的油品具有良好的热稳定性和化学安定性，是电力用油的主要理想成分之一。

芳香烃可分为对称结构的芳烃(如苯、蔡、葱)和带侧链的芳烃(如甲苯)。芳香烃比环烷烃的化学性质活泼，它们的活泼性是由侧链的数量和大小决定的。芳烃可以改善变压器油的析气性 自从，但它容易老化生成沉淀，使变压器油的颜色变深。

不饱和烃的氧化安定性差，是油品的有害成分，所以在炼制中应完全从油中除去。此外变压器油中还含有非烃化合物，如含硫化合物、含氮化合物、含氧化合物及胶质等，它们对变压器油产品的质量和使用均有不同程度的不良影响，一般应在炼制过程中尽量除去。

变压器油的性能与其组成是密切相关的。要使变压器油在设备中很好地发挥作用，保证设备安全运行，就需保证油品的电气、理化性质和使用性能达到一定的要求。例如，为了延长变压器的使用寿命，减缓变压器油的老化，要求变压器油具有良好的氧化安定性;为了减少变压器油在使用时的蒸发，降低火灾的危险性，要求变压器油具有较高的闪点 ;为了使变压器油起到良好的冷却散热作用，要求变压器油具有适宜的运动勃度和粘温性能(勃度随温度变化的性质);为了使变压器油起到良好的绝缘作用，要求变压器油具有优良的电气性能，如较高的击穿耐压、较小的介质损耗因数等。

利用电磁感应原理把交流电压升高或降低的设备在电力系统中称为变压器 。变压器油，有时也称为电器绝缘油，是指适用于变压器、电抗器、互感器、套管、油开关等充油电气设备，起绝缘、冷却和灭弧作用的一类绝缘油品 。

变压器油是电力系统中重要的液体绝缘介质，它们犹如机器中的血液，它们质量的好坏直接影响发、供电设备的安全、经济运行 。电气设备所注入的变压器油，其运行的安全可靠性又与它的基本特性紧密联系，这些特性将会影响变压器油功能的正常发挥。变压器油主要具有以下三大功能

1）绝缘作用

变压器油具有比空气高得多的绝缘强度，在电气设备中，变压器油可将不同电位(势)的带电部分隔离开来，避免形成短路，假若变压器的绕组暴露在空气中，则变压器运行时很快就会被击穿。但若变压器的铁芯和绕组都浸在变压器油中，使其与空气和潮气隔绝，则设备的绝缘强度增加，就不容易被击穿，同时随着油品质量的提高，设备将具有更高的安全可靠性。所以为保证变压器器的安全运行，变压器油必须具有优良的绝缘性能。

2)散热作用

变压器在运行过程中，由于绕组有电流通过，绕组的“铜耗”和“铁芯损耗”均会发热而产生热量，这些热量如果不能得到及时有效的消除，将会使铁芯内部温度升高，损坏包覆在外层的固体绝缘，最终导致绕组烧毁。变压器油的比热大，运动粘度低，传热性能良好。变压器损耗产生的热量可借助热传导经固体绝缘材料或直接传递给变压器油，变压器油通过借助自身的对流或外部强迫循环而使热量散发出来。所以散热作用是变压器油的主要功能之一。

3)消弧作用

变压器和断路器的有载调压开关在切换时，其触头之间会产生电弧。高温电弧使变压器油热分解而产生大量的氢气，由于氢气的导热系数较大，可以迅速吸热，并及时将热量传递至油品中，从而冷却触头，很好地起到消弧的作用。

一般石油的加工步骤为:原油预处理，以除去油中水分、杂质及盐类;蒸馏，包括常压蒸馏和减压蒸馏，切取馏分油;精制，以除去油中有害成分，得到半成品或基础油;调制，以改善油品的某些指标和质量，如添加合适的添加剂等，最后得到成品油。

变压器油的炼制工艺流程一般有以下三种 “ :

（1）原油的预处理、低凝原油常减压蒸馏、溶剂精制、白土补充精制、过滤、加抗氧化剂。

（2）原油的预处理、原油常减压蒸馏、溶剂精制、脱蜡、加氢补充精制、白土精制、过滤、加抗氧化剂。

(3)原油的预处理、原油常减压蒸馏、脱蜡、硫酸精制、白土补充精制、白土精制、过滤、加抗氧化剂。

石蜡基变压器油由于具有较高含量的长直链烃和非饱和烃，导致其在低温流动性、抗氧化性能方面明显差于环烷基变压器油。因此，如果能从根本上降低长直链烃和非饱和烃的含量，将可能从劣质、廉价、来源广泛的石蜡基油出发，研制出性能更加优良的非环烷基变压器油。

目前，变压器油的炼制工艺主要分为3种。一是物理加工路线，通常是“溶剂精制一溶剂脱蜡一白土补充精制”。二是化学加工路线，其工艺结构是“加氢裂化一催化脱蜡一加氢精制”。三是物理一化学联合加工路线。纯粹的物理加工工艺不可能从根本上改变烃类组成，物理一化学联合加工路线也主要是针对以环烷基原油为原料的变压器油。因此，本研究以非环烷基原油为原料，尝试采用“加氢裂化一加氢异构脱蜡一加氢补充精制”全加氢工艺研制变压器油。通过加氢工艺改变烃类组成，降低直链烷烃分子量和烯烃含量，从而提高非环烷基变压器油的性能指标。

加氢变压器油背景

加氢变压器油的研制改变了传统炼油模式。通过采用全加氢工艺，从非环烷基原油生产API n类基础油，也可生产API m类基础油。对应的工艺路线为“加氢裂化一加氢异构脱蜡一加氢补充精制”。

加氢裂化主要发生加氢脱硫、加氢脱氮、加氢脱氧以及烯烃和芳烃的加氢饱和反应，此外还有少量的开环、断链和缩合反应，从而改善基础油的粘温性能以及有效降低基础油的硫、氮、氧等杂质含量。加氢异构脱蜡是有选择性地将原料中的正构烷烃和少许带侧链的烷烃转化成理想的异构烷烃，从而改善基础油的倾点。加氢补充精制可进一步降低基础油中的硫、氮、氧等杂质含量，并通过少量的芳烃饱和，从而改善基础油的光安定性和氧化安定性 。

加氢变压器油加氢裂化

加氢裂化是指通过加氢反应使原料中的长链分子变短的一些加氢过程。在具有裂化和加氢两种功能的催化剂的作用下，非烃类化合物进行加氢转化，烷烃、烯烃进行裂化，多环化合物通过开环等反应最终转化为单环化合物.

原油中烷烃在加氢裂化过程中可通过p键断裂和异构化反应生成短链烷烃，降低原油的勃度。其反应式如下:

在加氢裂化条件下，多环芳烃的反应十分复杂，所发生的反应有逐步加氢、开环(异构)、脱烷基等一系列平行和顺次反应。

在加氢裂化过程中，还发生了加氢脱硫、加氢脱氮、加氢脱氧反应，从而降低变压器油的硫、氮、氧含量。通过以下反应式举例简示。

加氢变压器油加氢异构脱蜡

脱蜡是变压器油基础油炼制过程中的一个重要环节，目的是从润滑油馏分中，分离出在低温下易从油中析出，且熔点较高的结晶状烃类，以降低油品的倾点，提高油品在低温使用条件下的流动性。

异构脱蜡的原理是，在由具有加氢作用的金属组分和择形选择性的沸石(酸性)载体组成的特定分子筛催化剂的催化下，有选择性地将原料中的正构烷烃和少许带侧链的烷烃转化成理想的异构烷烃和环烷烃。通过上述的异构化反应，将高倾点的正构烷烃转化成低倾点的、低温流动性较好的支链烷烃，从而改善基础油的倾点。为保证产品有合适的倾点及收率，在异构脱蜡的工艺中，应保持催化剂的加氢和酸性中心的平衡。如果酸性功能过强，则生成的异构烯烃会由于裂化反应而导致产品收率下降;如果加氢功能过强，则在加氢中心上生成的烯烃来不及转移到酸性中心上异构，就已饱和成烷烃，不能有效地降凝。

异构脱蜡的优点是，当基础油的倾点相同时，收率高于溶剂脱蜡，同时突破了受原油种类限制的瓶颈，能够以非环烷基原油为原料，炼制出性能优良的基础油，大幅度降低了变压器油的倾点。同催化脱蜡比，异构脱蜡副产品少，润滑油收率和勃度指数高 。

加氢变压器油加氢补充精制

加氢补充精制是指在保持油品分子骨架结构不发生变化或者变化很小的情况下，将杂质脱除，以达到改善油品质量为目的的加氢反应。加氢补充精制可进一步降低基础油中的硫、氮、氧等杂质含量，并通过少量的芳烃饱和，从而改善基础油的光安定性和氧化安定性。

加氢变压器油调和

通过加氢工艺研制加氢基础油后，还需添加合适的抗氧化剂和金属钝化剂，这是制取加氢变压器油的最后工序。

采用加氢工艺，分别是加氢裂化、加氢异构脱蜡和加氢补充精制，与传统的一段加氢工艺存在本质的不同。由于非环烷基原油含有大量的直链烷烃，如果采用传统的加氢工艺，将不能有效降低变压器油的倾点，低温流动性差，这也是一直以来非环烷基原油没有受到重视的主要原因。

通过本研究的加氢裂化可使原油中的直链烷烃转化为短链烷烃，使烯烃和芳烃饱和，改善基础油的勃温性能以及有效降低基础油的硫、氮、氧等杂质含量。而异构脱蜡的优点是在基础油倾点相同时，收率高于溶剂脱蜡，同时突破了受原油种类限制的瓶颈，能够以非环烷基原油为原料，炼制出性能优良的基础油，大幅度降低了变压器油的倾点。同催化脱蜡相比异构脱蜡副产品少，润滑油收率和勃度指数高。最后一段的加氢补充精制可进一步去除变压器油中的硫氮化合物，达到改善油品质量的目的。同时，由于本工艺采用全段加氢，不需采用碱液和脱酸剂，不会产生酸渣、碱渣，属于环境友好型工艺。