重質潤滑油基礎油脫酸

吳　凡，李春光，夏明桂，李　滿

?

重質潤滑油基礎油脫酸

吳凡1，李春光2，夏明桂1*，李滿1

（1 武漢紡織大學 化學工程學院，湖北 武漢 430073；2 湖北華邦化學有限公司，湖北 武漢430070）

以重質潤滑油基礎油為原料，采用活性白土和自制的脫酸吸附劑WK-II，考察了重質潤滑油基礎油吸附脫酸后的脫酸效果和氧化安定性。實驗結果表明：對重質油650SN進行脫酸精制，活性白土用量需5%才能滿足中和值要求，而WK-II脫酸吸附劑僅需1.5%。中和值越小，其氧化安定性越好，當中和值為0.030mgKOH·g-1時，氧化安定性可達到180分鐘。用WK-II對重質基礎油進行脫酸精制，平均每個百分點吸附劑可脫除基礎油酸值0.04-0.05mgKOH·g-1，且中間基基礎油比石蠟基基礎油的氧化安定性明顯要好。

潤滑油基礎油；脫酸；中和值；氧化安定性

1　前言

潤滑油在使用過程中產生油泥和沉積物、生成酸類、發生腐蝕和變稠等現象都是氧化的結果, 這些都限制了潤滑油的使用壽命及其在苛刻條件下的工作能力。因此大多數潤滑油規格中都根據具體的使用要求規定了適當的抗氧化水平, 也就是它的氧化安定性。基礎油是潤滑油的主體，基礎油質量將直接影響潤滑油的使用性能，而氧化安定性是衡量基礎油的重要指標之一。國內外相關研究表明，潤滑油基礎油中的一些堿性氮化物、芳烴、膠質和硫化物等都對其氧化安定性有影響[1-3]，其中氮化物對基礎油的氧化安定性起負作用，硫化物起正作用。而含氧化物，特別是石油酸對基礎油的氧化安定性直接影響，研究不多，但中石化和中石油對基礎油的中和值有嚴格要求，如石蠟基輕質基礎油中和值不大于0.02mgKOH·g-1，重質基礎油不大于0.03mgKOH·g-1，中間基輕質基礎油中和值不大于0.03mgKOH·g-1，重質基礎油不大于0.05mgKOH·g-1。隨著原油的重質化、劣質化日趨嚴重，高酸值原油逐漸增加，造成了潤滑油基礎油的中和值普遍升高的趨勢。潤滑油基礎油中存在的石油酸會嚴重影響潤滑油的氧化安定性，惡化其品質，降低使用壽命[4-5]。雖然脫氮工藝能解決堿性氮問題，提高基礎油的氧化安定性，但中和值問題卻很突出。因此，對基礎油進行脫酸處理也是十分必要的，本研究通過重質潤滑油基礎油脫酸精制探討中和值對潤滑油基礎油氧化安定性的影響規律，從而控制基礎油的中和值，以提高基礎油的品質。

2　實驗

2.1原料和精制劑

大連石化650SN、高橋石化750SN和荊門石化減三線基礎油，實驗室進行脫酸吸附精制實驗。原料油理化性質見表1。

基礎油精制劑：脫酸吸附劑WK-11，活性白土（鄂州）。

2.2試驗方法

脫酸吸附劑WK-11制備：將活性白土用一定濃度的堿溶液經過特殊浸漬處理，再烘干、粉碎、過篩，得200-300目粉末待用。

吸附處理：取一定量油樣于三口燒瓶中，按比例加入吸附劑，控制溫度，加熱攪拌至預設溫度，精制一定時間后過濾。

表1　基礎油理化性能分析

3　結果與討論

3.1吸附脫酸效果

潤滑油基礎油中的酸性物質含量是以中和值表示，中和值越高，表示基礎油中石油酸含量越高。傳統的潤滑油基礎油通過糠醛精制或酚精制脫除油品中大部分石油酸，保證基礎油中和值符合產品質量要求吸附劑用量對基礎油脫酸效果隨著原油的劣質化，導致餾分油石油酸含量高，通過糠醛精制或酚精制后，有時難保證基礎油中和值符合產品質量要求。如大連石化650SN基礎油的中和值一般達到0.09mgKOH·g-1，遠遠超過0.03mgKOH·g-1的質量標準。基礎油中的石油酸是極性物質，可采用極性吸附劑吸附脫除。傳統的吸附劑是活性白土，活性白土是通過硫酸處理膨潤土改性制備，主要成分是氧化硅和氧化鋁。其結構是氧化硅和氧化鋁組成的一種層狀結構的多孔粉末狀固體，顯酸性，能吸附油品中堿性氮化物，也能吸附基礎油中的酸性物質，而WK-11是對活性白土進行改性的吸附劑，改性后吸附劑顯堿性，且沒有改變白土的孔徑結構和比表面，對基礎油中的酸性物質的吸附能力明顯增強（見圖1）。通過大連石化650SN基礎油吸附脫酸實驗看出，與活性白土相比，吸附劑WK-11的吸附脫酸能力是其4-5倍，每1個百分點可脫除0.05mgKOH·g-1中和值的酸性物質，而每1個百分點的白土僅能脫除0.01mgKOH·g-1中和值的酸性物質。按標準，650SN基礎油的中和值必須不大于0.03mgKOH·g-1，采用白土吸附精制，則白土用量需要5%，而采用吸附劑WK-11則僅需1.5%即可達到精制要求。

圖1　吸附劑用量對中和值的影響

3.2中和值與基礎油的氧化安定性

氧化安定性是指在一定溫度和氧氣分壓條件下，以金屬銅做催化劑，油品氧化的誘導期。誘導期時間越長，氧化安定性越好。由于基礎油氧化屬于自由基反應，油品中石油酸的存在，明顯影響自由基反應，因此，基礎油中石油酸含量的高低會導致油品的氧化安定性好壞。表2是不同用量的白土和WK-11分別精制脫酸后的基礎油旋轉氧彈值的變化數據。實驗表明，無論是白土精制，還是WK-11吸附精制，油品中石油酸含量降低越多，油品的氧化安定性越好，且同樣精制深度（以石油酸為標準），白土精制油的氧化安定性提高更為明顯，如同樣基礎油中和值從0.091 mgKOH·g-1中降低至0.03 mgKOH·g-1左右時，白土精制基礎油的氧化安定性從105分鐘提高至180分鐘，而WK-11吸附精制基礎油的氧化安定性從105分鐘提高至157分鐘，這是由于基礎油氧化時，除了石油酸影響，基礎油中堿性氮化物的影響也比較明顯。而白土脫酸效果雖然較差，但脫氮效果由于吸附劑WK-11。但要達到同樣精制要求，白土用量是WK-11吸附劑用量的4-5倍。

表2　酸值與氧化安定性的關系

3.3吸附劑WK-11對不同類型基礎油的精制效果

不同類型潤滑油基礎油，其中石油酸含量變化較大，中間基基礎油的酸值明顯高于石蠟基基礎油，不同原料生產的同一類型基礎油酸值變化也較大。如荊門石化中間基減三線基礎油原料中和值達到0.18mgKOH·g-1，是大連石化650SN酸值的近兩倍，是高橋石化750SN酸值的1.5倍。采用吸附劑WK-11對三種基礎油進行脫酸處理，三種基礎油的脫酸效果趨勢比較一致（見圖2），平均每個百分點吸附劑可脫除基礎油中和值0.04-0.05mgKOH·g-1，說明吸附劑WK-11具有比較好的適應性，對不同類型的基礎油和不同石油酸含量的基礎油脫酸效果都比較理想。

圖2　不同類型基礎油脫酸效果

○—荊門減三線基礎油 ×—高橋石化750SN基礎油＋—大連石化650SN基礎油

隨著基礎油中石油酸的脫除，基礎油的氧化安定性必然會明顯提高，圖3是三種基礎油脫酸后氧化誘導期的變化規律。從圖中明顯看出基礎油的氧化安定性與酸值成明顯負相關性，且趨勢一致，即酸性物質脫除率越高，精制基礎油氧化安定性越好，但由于不同類型基礎油組成不同，導致不同類型基礎油的氧化安定性與酸值的關系不完全一致，如中間基基礎油雖然酸值很高，但氧化安定性指標旋轉氧彈值卻高于其他兩種較低酸值的石蠟基基礎油，這是由于基礎油的氧化安定性與基礎油中石油酸含量有關外，還與基礎油的組成結構、含硫量、含氮量等都有密切關系。

圖3　三種不同類型基礎油酸值與氧化安定性關系

○—荊門減三線基礎油 ×—高橋石化750SN基礎油 ＋—大連石化650SN基礎油

3.4脫酸基礎油理化性能分析

為了考察潤滑油基礎油脫酸精制油的質量，將大連石化650SN基礎油脫酸精制其后各項指標進行分析（見表３），并與中石化質量標準進行比較，實驗表明精制基礎油各項指標滿足質量要求。

表3　基礎油的理化性能

4　結論

（1）吸附劑WK-11脫酸吸附效果比活性白土好，其脫酸效果是活性白土的4-5倍，且WK-11對不同類型的基礎油和不同石油酸含量的基礎油脫酸效果都比較理想。

（2）降低中和值，可顯著提高潤滑油基礎油的氧化安定性，中和值值越小，其氧化安定性越好。

（3）對重質基礎油脫酸精制后，中間基基礎油氧化安定性比石蠟基要好。

[1] 姚國欣. 潤滑油基礎油的發展和對我們的啟示[J].當代石油石化, 2004, 12 (3) : 18-26.

[2] Yao K C. Method for Removing Basic Nitrogen Compounds from Extracted Oils by Use of Acidic Polar Adsorbents and the Regeneration of Said Adsorbents [P].EP :0278694,1988-08-17.

[3] 陳月珠，周文勇，周亞松，等. 潤滑油基礎油中含氮化合物對其氧化安定性的影響[J].石油學報(石油加工) ,1996 ,12 (2) : 67-72.

[4] 史永剛，馮新瀘，李子存，等. 基礎油氧化安定性與化學組成關系的研究[J]. 撫順石油學院學報, 1999 ,19 (2) :1- 4.

[5] 孫玉華，陳月珠，馬樺，等. TTS脫除石蠟基潤滑油基礎油中的氮化合物[J]. 石油煉制與化工,1997,28(5):25-28.

Deacidification of the Heavy Lube Base Oil

WU Fan1, LI Chun-guang2, XIA Ming-gui1, LI Man1

(1 College of Chemical Engineering, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073, China;2 Hubei Huabang Chemical Co.ltd., Wuhan Hubei 430070, China)

The oxidation stability of acidic compounds removal from a heavy lube base oil by deacidification adsorptive process was studied using activated clay and lab prepared WK-II deacidification agent. Test results showed that the dosage of the WK-II adsordent was 1.5% as well as the activated clay was 5%，after deacidification of the heavy base oil 650SN. The less the neutralization value was, the better the oxidation stability was. When the neutralization value was 0.030 mgKOH·g-1, the oxidation stability would be 180min. When it was refined by WK-II adsorbent, each percentage point adsorbent based oleic acid value could removal 0.04-0.05mgKOH·g-1on average, and the oxidation stability of the intermediate base oil was much better than that of paraffin base lubricating oil.

Lubricant Base Oil; Denitrogenation; Neutralization Value; Oxidation Stability

TE626.3

A

1009－5160(2011)03－0040－04

湖北省重點基金資助項目（2009CDA012）.

*通訊作者：夏明桂（1965-），男，教授，研究方向：石油化工工藝及化工助劑開發.