脂肪酸類和脂肪酸酯類柴油潤滑性改進劑使用性能評價

欒郭宏

(中國石化金陵分公司,南京 210033)

隨著人們環保意識的增強，環保和汽車行業對柴油質量指標提出了越來越高的要求， 2015年柴油中硫含量要求達國Ⅳ排放標準，2018年達國Ⅴ排放標準，低硫化已成為柴油發展的必然趨勢。低硫柴油的使用雖使燃料更清潔，但也產生了潤滑性變差的問題。因此，在車用柴油規格中不但對柴油的硫含量進行了規定，同時也對柴油的潤滑性能提出了要求。我國頒布的GB 19147—2013《車用柴油(Ⅴ)》國家標準中，規定表征柴油潤滑性指標的磨痕直徑小于460 μm。目前，解決柴油潤滑性經濟而有效的方法是通過向柴油中加入少量的潤滑性改進劑，即可滿足柴油潤滑性的要求，從而減少部件的磨損[1-4]。本公司使用的柴油潤滑性改進劑主要有脂肪酸類及其酯類化合物，是油溶性化合物，極性基是羧基及其酯基，可在金屬表面形成致密的吸附膜，有效地減少摩擦和磨損。

本研究考察了本公司使用的脂肪酸類和脂肪酸酯類化合物潤滑性改進劑的使用性能。

1　試驗

1.1　儀器

十六烷值測試儀CFR F-5，美國Waukesha公司；高頻往復試驗機HFRR，英國PCS公司。

1.2　原料

多組分脂肪酸A，國產；托爾油脂肪酸B，美國；多組分脂肪酸酯C，國產；脂肪酸酯D，美國；硝酸異辛酯類十六烷值改進劑，型號為SL1801；聚胺類抗靜電劑，型號為TUD-9。

試驗用基礎柴油為某餾分柴油，其性質見表1。

表1　試驗用基礎柴油的主要物理性質

1.3　性能評價方法

磨痕直徑按照SH/T 0765—2005《柴油潤滑性評定法》測定。十六烷值按照GB/T 386—2010《柴油十六烷值測定法》測定。

2　結果與討論

2.1　脂肪酸類和脂肪酸酯類潤滑性改進劑的物理性能

脂肪酸類潤滑性改進劑被廣泛使用，但存在過濾網堵塞和金屬腐蝕的問題。脂肪酸酯類潤滑性改進劑是一類應用最多的柴油潤滑性改進劑產品，由不飽和脂肪酸和多元醇反應合成，脂肪酸酯作為潤滑性改進劑效果明顯，添加量少，不影響柴油的基本性能，是較理想的低硫柴油潤滑性改進劑。2類潤滑性改進劑的物理化學性能見表2。

表2　脂肪酸類和脂肪酸酯類潤滑性改進劑的物理化學性能

從表2看出，脂肪酸類潤滑改進劑酸值高，為199.2 mgKOH/g，脂肪酸酯類酸值13.06 mgKOH/g，在柴油中加入脂肪酸類潤滑改進劑，會增加柴油的酸度和腐蝕能力。

2.2　脂肪酸類和脂肪酸酯類潤滑性改進劑的油溶性

選用國產和進口的脂肪酸類和脂肪酸酯類潤滑性改進劑，潤滑性改性劑與基礎柴油體積比分別為1∶1和1∶2配制潤滑性改性劑溶液，在基礎柴油中分別加入150 mg/kg的潤滑性改進劑溶液，測定其磨痕直徑，結果見表3。

表3　國產和進口的脂肪酸和脂肪酸酯類潤滑性改進劑的油溶性比較

從表3看出，無論是脂肪酸類還是脂肪酸酯類潤滑性改進劑，潤滑性改性劑與基礎柴油體積比為1∶1時，其磨痕直徑下降12～16 μm; 潤滑性改性劑與基礎柴油體積比為1∶2時，其磨痕直徑下降18～39 μm，稀釋后的潤滑效果好于原劑。為了消除冬季直接添加原劑的困難，建議將原劑先進行一定比例的稀釋再添加。

2.3　脂肪酸類和脂肪酸酯類潤滑性改進劑的潤滑性

選用國產和進口的脂肪酸和脂肪酸酯類潤滑性改進劑，潤滑性改性劑與基礎柴油體積比為1∶2，在不同潤滑性改進劑加量下，考察加入潤滑改進劑溶液后柴油的磨痕直徑，結果見表4。

表4　脂肪酸和脂肪酸酯類的潤滑性能比較

從表4看出，在潤滑性改進劑相同加量下，脂肪酸酯類比脂肪酸類的潤滑效果好，進口脂肪酸類潤滑性改進劑比國產的潤滑效果好；而進口脂肪酸酯類潤滑性改進劑與國產的潤滑效果相當。

2.4　水對脂肪酸類和脂肪酸酯類潤滑性改進劑的影響

固定其他條件，模擬柴油產品罐內可能含水的極限條件，在基礎柴油中分別加入150 mg/kg的脂肪酸類和脂肪酸酯類潤滑性改進劑，再加入不同含量的水(質量分數)，充分混合均勻，室溫下靜置不同時間，觀察柴油樣品的外觀，結果見表5。

表5　不同含水量對柴油樣品外觀的影響

從表5看出，對于脂肪酸類潤滑性改進劑，柴油罐內含水量小于0.10%時，可保證樣品外觀合格；但對于脂肪酸酯類潤滑性改進劑，含水量為0.05%時，樣品渾濁。結合實際生產過程，柴油罐內含水量不能大于0.02%。

為了進一步考察水的存在對柴油潤滑性的影響，將上述添加了水的柴油樣品進行過濾和不過濾對照試驗，結果見表6。

表6　含水量對柴油潤滑性的影響

從表6看出，在樣品渾濁的情況下，采用濾紙過濾后再測定磨痕直徑，其數值小于未過濾的樣品，說明水的存在增加磨損，使柴油磨痕直徑增加。另從表3和表6看出，水對柴油磨痕直徑有較大影響，含水量為0.05%時，加入脂肪酸類潤滑改進劑的柴油磨痕直徑從352 μm增加至424 μm；加入脂肪酸酯類的柴油磨痕直徑從336 μm增加至373 μm。綜上所述，水的存在會降低潤滑改進劑的使用效果。

2.5　脂肪酸類和脂肪酸酯類潤滑性改進劑與其他添加劑的配伍性

金陵分公司在柴油產品中主要添加硝酸異辛酯類十六烷值改進劑和抗靜電劑，抗靜電劑是由多種高分子有機化合物縮聚后溶于芳烴溶劑的有機聚合物，易溶于燃料油中。在基礎柴油中添加350 mg/kg十六烷值改進劑和2 mg/kg 抗靜電劑，再加入150 mg/kg潤滑性改進劑，其中潤滑性改進劑與基礎柴油體積比為1∶2，考察潤滑性改進劑與添加劑的配伍性，結果見表7。

表7　潤滑性改進劑與添加劑的配伍性

從表7看出，基礎柴油添加十六烷值改進劑后，十六烷值由53.0升至54.6，但磨痕直徑由470 μm提高至525 μm。基礎柴油添加抗靜電劑后，柴油電導率為246 pS/m，達到產品標準規定要求，柴油磨痕直徑由470 μm降至459 μm。在基礎柴油+十六烷值改進劑+抗靜電劑中分別加入潤滑性改進劑A和B后，磨痕直徑由514 μm分別降至420，410 μm，說明脂肪酸類和脂肪酸酯類潤滑性改進劑與其他添加劑具有良好的配伍性。

2.6　脂肪酸類和脂肪酸酯類潤滑性改進劑對柴油儲存性能的影響

在柴油樣品中分別加入150 mg/kg的脂肪酸類和脂肪酸酯類潤滑性改進劑，分別儲存90 d后，測定其磨痕直徑，考察潤滑性改進劑對柴油儲存性能的影響，結果見表8。

表8　脂肪酸類和脂肪酸酯類潤滑性改進劑對柴油儲存性能的影響

從表8看出，隨著儲存時間延長，柴油磨痕直徑減小，潤滑性變好。

3　結論

1)無論是脂肪酸還是脂肪酸酯潤滑性改進劑，潤滑性改性劑與基礎柴油體積比為1∶1時，其磨痕直徑比直接添加原劑下降12～16 μm; 潤滑性改性劑與基礎柴油體積比為1∶2時，其磨痕直徑比直接添加原劑下降18～39 μm，說明脂肪酸類和脂肪酸酯類潤滑性改進劑用柴油稀釋后的添加效果好于原劑。

2)水的存在會降低潤滑性改進劑的使用效果。使用脂肪酸酯類潤滑性改進劑時，控制柴油中含水量不大于0.02%，否則出現渾濁現象。

3)相同加量下，脂肪酸酯類潤滑性改進劑比脂肪酸類的潤滑效果好，進口脂肪酸類潤滑性改進劑比國產的效果好，進口脂肪酸酯類潤滑性改進劑與國產的效果相當。

4)在基礎柴油+十六烷值改進劑+抗靜電劑中分別加入潤滑性改進劑A和B后，磨痕直徑由514 μm分別降至420，410 μm，說明脂肪酸類和脂肪酸酯類潤滑性改進劑與其他添加劑具有良好的配伍性。

5)在柴油樣品中分別加入脂肪酸類和脂肪酸酯類潤滑性改進劑，儲存90 d后，柴油潤滑性良好。

[1]韋淡平.燃料潤滑性的研究:Ⅰ.柴油組分的磨損性能.石油學報：石油加工，1986,2(3):84-92.

[2]韋淡平. 燃料潤滑性的研究:Ⅱ. 模型化合物實驗. 石油學報：石油加工,1988,4(1):93-102.

[3]韋淡平. 燃料潤滑性的研究：Ⅲ. 柴油的磨損性能. 石油學報：石油加工, 1990,6(1):15-19.

[4]韋淡平，范靜蕓，黃燕民,等. 幾種柴油抗磨劑及其作用機理的研究[C]//第七屆全國摩擦學大會論文集(二).蘭州,2002:122-125.