全面认识润滑油基础油Word格式.docx

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　　润滑油的挥发性取决于组成润滑油的分子的尺寸和化学结构。

如果在链烷烃的分子中引入环烷环或芳香环，则粘度明显增加，比如C26的正构烷烃，如果40℃的运动粘度为10mm2/s，则含有一个三并环己烷基的C26的环烷烃，其粘度增加4倍，而一个三并苯基的芳香烃，其粘度增加8倍！

简单而言，根据液体的空穴理论，在烃类分子的碳原子数相同或相近时，分子间的引力越大，粘度越高，所以，烷烃、环烷烃、芳香烃，粘度越来越高。

　　加氢精制处理，与溶剂精制的萃取过程不同，是一个化学过程。

同样的一种减压馏分油，溶剂精制的基础油中，保留了相当量的芳烃和稠环芳烃，而加氢处理基础油芳烃含量很低，杂原子被清除，则加氢处理油的粘度必然低于溶剂精制油，或者换句话说，根据蒸汽压与沸点的关系，同粘度的加氢处理基础油的馏分较重，其沸点范围高于溶剂精制基础油，这也就不难理解，与溶剂精制基础油相比，加氢基础油的挥发性小。

二加氢基础油

依据API（美国石油协会）润滑油基础油的分类，矿物基础油之Ⅱ、Ⅲ类油，可统称为加氢油，但其还是有区别的，具体体现在加氢的化学过程和最后基础油的指标上。

类别

生产工艺

饱和烃含量%

硫含量%

粘度指数

Ⅱ

加氢处理工艺生产

＞90

＜0.03

80-120

Ⅲ

加氢裂化/异构化生产

＞120

初步的加氢处理，只是将基础油中的不饱和烃以及芳烃、稠环芳烃予以饱和成为相应的烷烃和环烷烃，更深度的加氢裂化和异构化，则是开环，变成少环或非环化合物，同时还断裂成较小的分子，进而又能脱氧、脱氮、脱硫。

这是Ⅲ类基础油的粘度指数要高于Ⅱ类油之根源之所在，所谓知其然而知其所以然。

我们知道，一个理想的润滑油基础油组分，应该具有下列性质：

1、适当的粘度和好的粘温性能；

2、低的蒸发损失；

3、优良的低温流动性；

4、良好的氧化安定性；

5、适当的对氧化产物和添加剂的溶解能力；

6、好的抗乳化性及空气释放值。

加氢开环以及分子变小，使得基础油的粘度指数增高，倾点降低；

异构化，使基础油的倾点更低。

上回说到，同样的粘度，加氢油的蒸发损失小，相近的分子量，加氢油的粘度低。

基于此，我们可以理解，高粘度的深度加氢精制的基础油，很是少见；

我们还可以理解，加氢精制的程度越深，原来不饱和组分逆向反应的趋势越小，从而基础油的光稳定性、抗氧化性越好。

当然还有，正是加氢基础油的“干净”，使得加氢油本身所含的天然抗氧剂近于无，则有如下现象：

用大家常见的旋转氧弹法测试150SN和150N两种基础油的氧化诱导期，纯粹的基础油，150SN的诱导期要大于150N，这并非是和我们所说的加氢油抗氧化性好相矛盾，恰恰相反，如果在两种基础油中分别加入适量的抗氧剂，重新测试旋转氧弹，则结果与前大相径庭，加氢油的诱导期要大大好于非加氢油，换句话说，加氢油对抗氧剂的感受性更好，也就是对抗氧剂更敏感！

试想，有哪个品种的润滑油产品不加入抗氧剂的呢？

恐怕很少有这种情况。

总体而言，加氢精制基础油的性能与非加氢精制的基础油（溶剂精制）相比，更能符合我们对高品质润滑油产品的预期。

这里，对氧化产物和添加剂的溶解能力，是个例外，个中原因，大家耳熟能详，不再赘述。

下次，我们接着说基础油。

三加氢精制基础油

关于润滑油的（矿物）基础油，行文至此，我们应该有这么一个大致的印象，在分子结构的层面来认识基础油，它的主要组成为：

链烷烃，包括直链烷烃或正构烷烃和支链烷烃或异构烷烃；

烯烃，同样包括直链烯烃和支链烯烃；

环烷烃，包括单环烷烃和多环烷烃；

芳烃，单环芳烃，多环芳烃或稠环芳烃。

一个基础油的烃类组成，决定了它的一些重要的理化指标，比如粘度、粘度指数、倾点、浊点以及溶解能力等等，所以，想深入的认识一个基础油，在拿到一个基础油以后，应该对其烃类组成进行分析，即所谓的族组成分析，有时候我们简称为四组分分析。

族组成主要的分析手段，就是色谱和色—质联用，这个领域的开拓者和奠基人，非陆婉珍院士莫属。

有必要对润滑油的加氢技术进行再认识。

尽管加氢技术的种类很多，但在加氢过程的化学反应主要分为三类：

加氢补充精制—脱除硫、氧及烯烃，改善颜色和安定性；

加氢裂化处理—脱除硫、氮、氧，分子结构发生由大变小，侧链断裂，提高粘度指数和氧化安定性；

催化脱蜡—直链石蜡烃裂解和异构化降低基础油凝点，并保持高粘度指数和好的抗氧化性能。

从下列表格的典型数据和典型的示意式，大家就能够有更深的印象：

不同烃类的粘度指数

烃类

正构烃

175

异构烃

155

单环环烷烃

142

双环环烷烃

70

芳烃

50

正构烃和异构烃的差距

C10-C-C10

︱

C-C-C-C-C

C-C-C

C-C

粘度指数125

粘度指数119

凝固点19℃

凝固点-40℃

如果诸位有兴趣，还可以了解一下所谓的费—托过程（Fischer-Tropsch）从天然气合成蜡，蜡再通过加氢异构化或催化异构化生成极高粘度指数的基础油，即GTL油，其性能已经接近聚α-烯烃合成油了。

四GTL基础油

上回提到了GTL油，即GastoLiquid天然气合成油，简单来说就是将天然气的小分子撕裂重新组成长链分子而成石蜡，再经过蜡的裂解和异构化而成润滑油基础油，其成分对于润滑油来说几近完美，100%是异构烷烃。

Shell公司等最近在GTL方面取得了长足的进步，正在加大GTL的研究和开发力度，并陆续有相关的产品投放市场。

在此过程中，首先要将天然气转换为合成气，即一氧化碳和氢气CO+H2，这不能不让我们记忆起上世纪最后二十年在化学化工界热门的碳一化学，有兴趣的同仁可查阅相关文献。

当然，在碳一化学领域，技术的关键，就是相关催化剂的理论和技术。

实际上，GTL工艺的后半部分，就是我们已经谈及的润滑油加氢裂化和异构化在另一个领域的应用。

国内兰州石化公司和抚顺石化公司，有所谓蜡裂解法生产的聚α-烯烃合成基础油产品，其性能当然优于传统的老三套和某些Ⅱ类甚至Ⅲ类基础油，但由于加氢程度不够深，所以距离我们现在常说的聚α-烯烃合成油，比如乙烯齐聚或癸烯齐聚之聚α-烯烃，在倾点、粘度指数、抗氧化性能等方面，则有一定的差距。

这样，我认为，国内蜡裂解法的聚α-烯烃合成油和国外GTL油，不考虑低温的情况下，在产品调和的使用性能上，在伯仲之间。

　　前已提及的费—托过程（Fischer-Tropsch），也叫费-托合成，最初被德国化学家FranzFischer和HansTropsch提出时，是以煤为原料的间接液化技术为背景的。

煤的气化产物也是合成气即CO+H2，所以，在我们这样的煤炭大国，将煤制气与气体的液化结合，便是煤制油了，我们或许可以称之为CTL（CoaltoLiquid）？

这不失为我国的煤炭资源的新的出路，其实这近十年来，国内相关领域的科技工作者一直在不断地努力，但愿在不久的将来在工艺和成本上取得突破，也为提升我们的润滑油产品品质提供多一个的原料选择。

下次，专门谈谈聚α-烯烃合成油。

五合成基础油

合成油的定义：

通过化学合成的，具有特定结构和特殊性能的润滑油基础油。

合成油有多种，业内的人们经常提到的聚α-烯烃、酯类油等，还有一些特殊用途的合成油如含硅化合物、含氟化合物、含氮化合物以及磷酸酯等，比如一些空间飞行器使用的氟氯油，潜艇用到的硅酸酯等等，还包括一些特殊结构的醚如刹车液所用的多乙二醇乙醚等。

可以预期，为应对环境极限（温度、压力、辐射、生物降解、负载、转速）的挑战，适应环保需求（汽车尾气、温室气体、大气层破坏、降解绿色）的发展，综合利用的普及，节能（低粘度化、减摩化、高性能化）的需要，合成油的用量会越来越多，应用的领域也越来越广。

下表是润滑油所能承受的环境极限：

环境

最高极限

适用的合成油

矿物油

合成油

高温

280℃

450℃

联苯、聚苯醚

低温

-20℃--40℃

-120℃

单酯、硅酸酯、硅油

热氧化

150℃-180℃

300℃-320℃

氟醚、聚苯醚、氟硅油

辐射

107拉特

1010拉特

聚苯醚

真空

10-8托

10-12托

氟醚、MAC、PAO、硅油

转速

30000转/分

40000转/分

PAO、氟醚

负载

2GPa

氟油

　　API将聚α-烯烃（PAO）归为Ⅳ类油，我想还应该包括聚异丁烯、烷基苯，以及最近两年某些国外公司在力推的烷基萘，宇宙空间站能够用到多烷基环戊烷（MAC）油，我们通称之为合成烃。

在这些合成烃中，我们最熟悉和了解的，恐怕算是聚α-烯烃了，之所以称为聚α-烯烃，是从化学的角度说在烯烃聚合之前的单体中，双键（聚合反应活性中心）处于烯烃分子的端基，这是相对于内烯烃而言的，不多讨论。

聚α-烯烃典型的示意图：

　　在这里引入一个概念：

润滑油的流变性。

它包括低温流动性、粘度指数（粘温性）、粘压指数（粘度-压力性能）。

按润滑油的流变性来衡量，由好变差的顺序是：

硅油、硅酸酯、硅烷＞聚醚、多元醇酯、双酯、PAO＞烷基苯＞磷酸酯、矿物油＞全氟碳＞聚苯醚。

　　作者最早接触聚α-烯烃合成油（PAO），要追溯到上世纪九十年代初，使用当时的Ethyl（乙基）公司的ETHYLFLO牌号的癸烯-1齐聚PAO-6，应用于调和合成型75W/90车辆齿轮油，其优异的低温性能令我惊讶！

星转斗移，Ethyl公司已不复存在，其PAO业务也转入了其它公司，现如今国内外聚α-烯烃五花八门。

近年来与北京曦润特公司的较多接触，使我在合成油基础油的知识方面获益匪浅。

现在专门来说说聚α-烯烃（PAO）。

六合成烃基础油

前已简单提及了聚ɑ-烯烃即合成烃基础油。

这里给出合成烃油的准确定义：

合成烃油是在对烃类结构、组成与其润滑性能关系研究的基础上，人工合成的具有特定优化结构、特殊优良性能的烃类油品。

我们在简单的讨论过矿油以后，知道矿油的相对的局限性是适用温度范围窄、粘度指数较低、低温流动性差、馏分宽而蒸发损失大、闪点低、组成较杂，而这些却正是合成烃的优势之所在。

表中列出了部分对比：

但是，我们应该知道，通过改良合成油的结构，可以获得不错的效果。

例如，提高粘度指数，以扩大适用范围；

改善低温流动性；

提高热稳定性和热分解温度；

减少挥发损失，以提高闪点，改善可燃性；

具有某些特种性能，如在冷冻机油中与制冷剂的相容性，等等。

实际上，正是“人工”合成的优势，在吃透（合成）基础油的结构与性能的关系以后，我们可以借助其它技术手段，比如计算化学，理论化学等，从基础油的分子结构入手，通过分子设计，来开发我们所需要的合成基础油，烃类合成油如此，其它合成油也不例外，尤其是近十年来分子模拟技术在石油化工中的应用越来越广，必将使合成油技术及品种的发展如虎添翼。

当然，结构与性能的定量关系毕竟是二十