合成潤滑油需求分析

錢伯章

(上海擎督信息科技有限公司金秋能源石化工作室,上海 200127)

1　合成基礎油生產公司

克萊恩(Kline & Co)公司于2011年5月4日發布的研究報告指出，合成潤滑油的需求在不斷增長，這受到原設備制造商(OEM)對合成潤滑油的技術需求和高品質基礎油增長的推動，合成潤滑油占全球潤滑油市場的份額預計將從2012年10.4%增大到2019年12.5%。表1列出世界主要合成基礎油生產公司。

2　合成潤滑油產品性質與用途

合成潤滑油由酯類、聚烷撐乙二醇、聚α-烯烴、API III類油、聚磷酸脂、有機硅等制成。表2列出國外聚α-烯烴的典型物理性質，表 3列出不同基礎油的性能和組成對比，表4列出聚α-烯烴的主要用途，表5列出酯類油的主要用途，表6列出全聚醚油和半合成聚醚油的主要用途。

表1　世界主要合成基礎油生產公司

表2　國外聚α-烯烴的典型物理性質

表3　不同基礎油的性能和組成對比

表4　聚α-烯烴的主要用途

表5　酯類油的主要用途

表6　全聚醚油和半合成聚醚油的主要用途

3　市場需求

克萊恩公司預計，到2014年，合成潤滑油及半合成潤滑油加在一起將占全球潤滑油市場的11%，而全球潤滑油市場估計總量將為4 000萬噸。

據克萊恩統計，在工業方面，2009年消費潤滑油1 580萬噸,約8.5%為合成潤滑油，而2007年時占8.1%。在商業類車用潤滑油方面，2009年合成潤滑油占1 050萬噸需求量的5.4%，而2007年時占4.8%。2009年消費類汽車潤滑油市場中，合成潤滑油占全球需求量880萬噸的19.3%，而2007年時占18.1%。合成潤滑油包括全合成和半合成潤滑油。

提高合成潤滑油的用量對增加高品質基礎油的適用性起到關鍵作用。原設備制造商基本上按此處理，在世界任何一個地方，他們推薦使用0W產品、5W產品，為成品潤滑油制造商提供充分的供應以滿足各個國家的需求。

克萊恩的研究報告“2012年全球合成潤滑油：市場分析和機會遇”，發現歐洲地區是合成潤滑油用量最大的地區，2012年合成潤滑油占潤滑油消費總量的23.2%。在北美，2012年合成潤滑油的需求占11.8%。而在亞太地區，2012年合成潤滑油占潤滑油總需求量份額7.4%。

3.1　消費類汽車用油

2012年合成和半合成潤滑油約占全球乘用車發動機油消費量的24%。

歐洲是乘用車合成類發動機油最大的消費地區，并且使用最多的合成潤滑油。克萊恩發現，全合成和半合成乘用車發動機油占2012年歐洲PCMO油需求量超過51%。

預計北美的變化將使對合成潤滑油需求加大力度。例如，包括豐田和本田汽車公司在內推薦其2011年車型使用OW多級發動機油，通用汽車公司已推出其專有的Dexos1發動機油標準。

克萊恩發現，2012年，亞太地區PCMO油需求的近20%由合成潤滑油組成。通用汽車公司在中國銷售的汽車比美國還多。

除了歐洲以外，這些OEM正在北美以外地區出售更多的汽車，可以看到來自世界新興地區對合成和合成調合油的需求正在增多。

3.2　商用汽車用油

根據克萊恩的研究，2012年合成及半合成潤滑油約占重負荷發動機油需求量的5.8%。

克萊恩的研究發現，先是歐洲，然后是北美，是合成潤滑油在HDMO方面使用領先的地區，這緣于現代和維護良好的車隊的支持。

3.3　工業用油

2012年全球工業潤滑油需求約8.8%由合成及半合成潤滑油組成。

從工業角度來看，歐洲和北美是工業合成潤滑油需求方面的領先地區。

某些驅動因素，包括所需的現代化設備、先進的技術、管理方法的改進以及環境和政府規章的推動。

4　國外開發應用進展

4.1　開發應用進展

殼牌公司與Gordon Murray Design (GMD)公司組建的聯合團隊于2011年3月10日宣布，開發出創新的發動機合成潤滑油新概念，可使燃油經濟性提高6.5%，和使聯合循環獲益4.6%。使用GMD公司新的T.25城市汽車作為試驗平臺，殼牌公司的工程師配制了超低黏度0W-10發動機油。將這種概念潤滑油與10W-30油(歐洲市場上廣泛使用的黏度等級油)進行了測試比較表明，T.25油的設計具有世界領先的效率和超低排放，具有低重量和可使用高燃油效率的很小的發動機。調合低黏度潤滑油，以提高燃料效率實際比較簡單，挑戰是要掌握好發動機保護與可接受的換油期之間的平衡。

2008年10月美國推出的一種新型全合成車軸潤滑劑符合美國和加拿大Peterbilt與Kenworth等級5～8型卡車現用標準。兩款卡車制造商的母公司Paccar表示，由位于美國Cincinnati的特種化學品供應商Cognis公司生產的這種全合成車軸潤滑劑可使用戶提高燃油經濟性1%，即使卡車每年可節約燃料費用900美元。與常規齒輪潤滑油相比，Cognis Emgard FE 75W-90油可延長齒輪壽命、延長換油期和減少維修工作量。這種潤滑油也可在極冷的氣候條件下改進流體流動性，在高溫條件下使用性能也很好。車軸潤滑劑是特定配方的油，可提供近輪驅動汽車和卡車的車軸各種齒輪和軸承的潤滑。能夠承受高壓負載，采用不同黏度的潤滑劑可符合不同規范的要求，可采用礦物油或合成油配方。Peterbilt公司在美國得克薩斯州Denton、田納西州Nashville和加拿大魁北克省St. Therese建設合成油生產廠。Kenworth公司則在美國俄亥俄州Chillicothe、華盛頓州Renton和加拿大魁北克省St. Therese建設合成油生產廠。

陶氏化學公司2011年6月底向亞太市場推出新一代高級油溶性基礎流體系列產品，使聚烷撐乙二醇類流體與烴類基礎油能夠很好地溶合，用于多種高性能配方。新產品與其他合成潤滑劑化學品，特別是多元醇酯和磷酸鹽酯相比，具有更好的水解穩定性和更低的毒性，且性價比高。它可以用作潤滑油基礎油、輔助基礎油，還可用作汽車與工業潤滑油配方中的添加劑。

4.2　聚α-烯烴生產動向

聚α烯烴，即IV類基礎油料，以及V類基礎油料，預計將主宰下世紀初最高質量的成品潤滑油業務。到那時，潤滑油生產商和原設備制造商都將非常依賴于這些油料，并引入各種酯類。制造商將采用基于IV類和V類油技術以改進燃油消耗、發動機性能和延長換油期。

埃克森美孚化工公司于2010年5月推出的新一代高黏度聚α-烯烴(PAO)，使用專有茂金屬催化劑工藝生產。初步產能為1.5萬噸/年，這一合成基礎料增強了PAO的可用性和性能。這種新的基礎料稱之為mPAO，區別于傳統的PAO，擁有茂金屬基源，與雅保化學公司協議制造，銷售品牌為SpectraSyn Elite。通常情況下，PAO分子擁有突出的基干，從基干以無序方式，伸出短和長的側鏈。而相反，茂金屬基產品擁有梳狀結構，不存在直立的側鏈。與常規的PAO相比，這種形狀擁有改進的流變特性和流動特征，從而可提供更好的剪切穩定性、較低的傾點和較高的黏度指數。該重量級150厘沱mPAO的黏度指數達200，而很小黏性100 cSt的常規PAO通常約為170。在新配方油中，其擁有效率潛力。世界上的許多公司制造低黏度PAO，但只有兩家公司：埃克森美孚化工和科聚亞，制造高黏度PAO，多年來，高黏度PAO供應緊缺。雅保公司于2009年新增了能力，但事實上，使用茂金屬工藝的至今仍十分緊缺。催化劑的茂金屬形式為單活性中心催化劑，其獨特的幾何結構可得到很均一的化學產品，側鏈少，而有高得多的剪切穩定性。mPAO 的使用目標是高苛刻度應用，包括動力傳動系統和齒輪油、壓縮機潤滑油、傳動液和工業潤滑油。市場營銷計劃的重要組成部分是強調150 cSt產品的低溫性能，150 cSt基礎料擁有很低的傾點為-33 ℃，其甚至比輕量化常規的100 cSt PAO(傾點為-30 ℃) 更好。雖然它是API IV類油，但它可替代常規PAO。

2011年9月21日，埃克森美孚化學公司宣布將在其位于得克薩斯州貝敦的煉油及化工一體化工廠，建造世界級的茂金屬聚α-烯烴(mPAO) 合成潤滑油基礎油生產設施。該設施擁有年產5萬噸高黏度SpectraSyn Elite mPAO的能力。與新設施相關的工程、采購及施工已開始進行，預計將在2013年竣工。SpectraSyn Elite mPAO基礎油采用專有的茂金屬催化工藝制成，具有比傳統PAO更好的性能特征。使用該產品能調配出具有更高剪切穩定性、黏度指數(VI)及更好低溫性能的成品潤滑劑。埃克森美孚化工是世界上最大的PAO生產商，可提供種類最齊全的高品質合成基礎油，其中包括PAO、烷基萘及酯基礎油。貝敦煉油化工一體化工廠是美國最大的石油及石化一體化生產基地，包括1個煉油廠、2個化工廠、1個工程辦公室和1個全球技術中心。

KBR公司于2012年1月5日宣布，承攬埃克森美孚公司在美國得克薩斯州Baytown煉油化工聯合裝置建設新的合成潤滑油基礎油料裝置工程建設合同。2013年竣工后，該設施生產埃克森美孚化學公司高黏度SpectraSyn Elite茂金屬聚α-烯烴基礎油料。

雪佛龍菲利普斯化工有限公司于2011年9月底宣布，收購耐斯特石油公司在比利時貝靈(Beringen)的聚α-烯烴(PAO)裝置。此次收購使雪佛龍菲利普斯公司增強了在歐洲生產的立足點，并使其成為全球三大PAO供應商之一。貝靈PAO裝置的生產能力為6萬噸/年。雪佛龍菲利普斯以美國得克薩斯州Woodlands為基地，在得克薩斯州Cedar Bayou已擁有4.8萬噸/年PAO裝置。雪佛龍菲利普斯公司擁有總能力為10.4萬噸/年，使其排名僅次于英力士公司(2套裝置總能力20.25萬噸/年)和埃克森美孚公司(也是2套裝置總能力為14.45萬噸/年)而居第3位。PAO 用于生產高性能潤滑油。近年來，PAO利潤率下降，并且沒有看到有太大的改善前景，很大程度上是因為III類基礎油生產能力的大量涌入。在某些性質上，III類基礎油與PAO的性能不相匹配，但它們仍然在某些潤滑劑應用中有使用。

科聚亞公司于2013年8月28日宣布，其在荷蘭Ankerweg新建的聚α烯烴(PAO)裝置已經投產。位于阿姆斯特丹郊外Ankerweg的聚α烯烴裝置采用的工藝技術相當于科聚亞公司在加拿大安大略省Elmira 現有的PAO裝置。加拿大的裝置生產高黏度Synton PAOs，2011年能力增加了25%，以滿足北美和歐洲兩地的需求。Elmira 的PAO裝置能力為1.58萬噸/年。 荷蘭Ankerweg新建的PAO裝置生產常規的高黏度PAO，為40 和100 cSt等級，以Synton品牌銷售。科聚亞公司擁有制取PAO的茂金屬催化劑能力，但Ankerweg裝置仍生產常規PAO，因這種類型在市場上占主導地位。對高黏度PAO擁有最高的需求，可供最苛刻和最先進的汽車和工業應用。

日本出光興產公司使其新的聚α-烯烴技術推向商業化，2010年下半年投資建設新的聚α-烯烴(PAO)裝置，基于采用新開發的使用茂金屬催化劑的技術。該裝置建在日本千葉，出光興產公司在當地也生產α-烯烴。該公司是東亞唯一的α-烯烴生產商，在千葉擁有60萬噸/年生產裝置。聚α-烯烴(PAO)業務對出光興產公司而言是新業務，該公司為客戶生產數十萬噸/年PAO。出光興產公司下一步的PAO發展策略是將生產拓展到歐洲或美國。出光興產公司自有的PAO裝置設計生產能力為20萬～30萬噸/年，并于2013年上半年開始生產高密度和低密度PAO。與常規PAO技術相比，這項投資具有競爭性。PAO可于汽車和工業用途的潤滑劑，全球高密度PAO的市場年增長率超過10%，風力渦輪是PAO應用的一個新的大市場。

一旦完成在韃靼斯坦Nizhnekamsk石化公司其α-烯烴設施的現代化，俄羅斯的聚α-烯烴(PAOs)生產到2014年將可望回復。Nizhnekamsk石化公司已于2012年5月中旬與德國工程公司林德集團達成協議，將使其裝置轉而采用Alpha-Sablin線性α-烯烴技術，此前，該裝置通過石腦油裂解生產α-烯烴。這一現代化將在Tatneft-Nizhnekamsk石化-石油公司(TNO)內實施，TNO公司是韃靼斯坦政府擁有的主要石油公司Tatneft公司與投資者TAIF集團所擁有的Nizhnekamsk石化公司,各持股70-30的合資企業。這將使Nizhnekamsk石化公司的裝置經改造后可重振IV類基礎油的生產。

Nizhnekamsk石化公司在2010年停止其α-烯烴生產，TNO于2010年初停止其聚α-烯烴(PAOs)生產，聚α-烯烴(PAOs)可作為IV類基礎油的的原料。TNO公司1萬噸/年IV類基礎油裝置于2003年投入操作運行，它是俄羅斯唯一的PAO生產設施。Nizhnekamsk石化公司預計2014年第3季度恢復α-烯烴生產，使其α-烯烴裝置實現現代化。線性α-烯烴癸烯是用于制取PAOs的原料。韃靼的TANECO公司在Nizhnekamsk擁有19萬噸/年III類基礎油項目，并在2013年投運。

4.3　擴能進展

埃克森美孚公司于2012年10月初宣布，將在路易斯安那州巴吞魯日化工和潤滑油廠投資2億多美元，使兩種關鍵的合成潤滑油基礎油能力提高25%以上。此次擴建還將包括新的成品潤滑油調合及包裝設施。該公司表示，該擴建工程將使埃克森美孚公司路易斯安那州巴吞魯日化學廠成為世界上最大的合成酯和烷基萘生產地，合成酯和烷基萘由生產和營銷商用于各種各樣的成品潤滑油，包括車輛馬達油、齒輪油和潤滑脂，以及航空、船舶和工業應用專門的潤滑油。工程預計在2012年年底開始。

路博潤公司于2013年3月15日宣布，其CPI工程服務子公司是一家壓縮機原設備制造商(OEM)市場上的合成潤滑油生產商，該公司與Oxea公司建立合作伙伴關系，將在南京建立制造能力，生產合成冷凍潤滑油。該油將由世界上最大的原始設備制造商使用于商業和工業制冷，以及服務充裝油使用。預計在2014年第1季度開始生產。CPI公司的合成冷凍潤滑油適合于使用臭氧友好型和低全球變暖潛勢制冷劑的亞洲市場應用。

尼日利亞Lubcon有限公司于2013年7月底宣布，已生產Rugged Elite 5W-40，這是一種合成潤滑油，聲稱這是這個非洲國家制造的第一款合成潤滑油。據所知，此前所有100%的合成潤滑油在尼日利亞銷售全靠進口。Rugged Elite油將因此成為當地生產的100%合成發機油。它由嚴格的API III類基礎油制取。合成潤滑油占尼日利亞潤滑油市場的4%。美孚1號是尼日利亞潤滑油市場領先的合成潤滑油，Lubcon的目標是使Rugged Elite油成為非洲第一選擇的合成油。

陶氏化學公司2011年6月底向亞太市場推出新一代高級油溶性基礎流體系列產品，使聚烷撐乙二醇類流體與烴類基礎油能夠很好地溶合，用于多種高性能配方。新產品與其他合成潤滑劑化學品，特別是多元醇酯和磷酸鹽酯相比，具有更好的水解穩定性和更低的毒性，且性價比高。它可以用作潤滑油基礎油、輔助基礎油，還可用作汽車與工業潤滑油配方中的添加劑。

5　國內開發應用進展

潤滑油在工業上用途廣泛，我國每年潤滑油需求量約950萬噸，絕大多數為石油煉制生產的傳統礦物質潤滑油。由于傳統潤滑油為混合物，分子大小不一，物質成分各異，潤滑效果較差。合成潤滑油作為新型高端產品，核心技術一直被英美等發達國家壟斷。目前，歐美合成潤滑油占市場使用比例超過50%，而我國僅為15%，合成潤滑油基礎油依然嚴重依賴進口，國產化率不足3%。

2011年5月中旬，中國石化潤滑油分公司長城牌3種合成油脂產品的耐化學侵蝕和耐高溫的特性，通過中國新一代液體火箭發動機新型環保高能燃料的兼容性驗證。該3種產品為中國新一代全系列液體運載火箭提供潤滑保障。潤滑油分公司通過加強與中國商飛公司的合作，“航空發動機潤滑油的應用研究”項目于2010年獲得國防科工局立項。與此同時，為大型民用飛機研制推出的Sinopec Turbo Oil 1外送SAE E34組織認可實驗室評價的合同獲得批準。潤滑油分公司在2010年還啟動和通過了AS 9100航空航天質量體系認證，增強了在航空潤滑產品方面的國際競爭力。

長城 4511-1超高壓合成壓縮機油也很好地滿足了乙烯裝置潤滑和生產工藝要求，在茂名石化1#高壓裝置二次機上的應用。同時，加大長城超高壓合成壓縮機油在全系統的推廣。近年來大量先進裝備技術在石化業投入使用，然而在一段時期內，主要設備使用的合成潤滑劑大都是進口品牌。以乙烯裝備為例，長城4511-1超高壓合成壓縮機油在國內最大高壓聚乙烯裝置——茂名石化乙烯1號、2號高壓裝置一次機上先后得到成功應用，產品填補國內空白，并達到了國際先進水平。

中國石化潤滑油分公司以特定結構的合成油為基礎油，并配以自主研發的特效添加劑制成了長城牌4632酯型難燃液壓油，其中河北聯鋼燕山鋼鐵有限責任公司于2008年在一套450 m3高爐上首家應用“長城”4632難燃液壓油。4632酯型難燃液壓油的研制成功，徹底打破了國外油品公司的市場壟斷。另外，長城牌7029連鑄機潤滑脂、7029D潤滑脂、油氣潤滑油、4407合成齒輪油等，也已被國內多家大型鋼鐵冶金企業應用于設備關鍵部位。

我國高端合成潤滑油產品一直嚴重受制于人的局面可望改變。西安艾姆高分子材料有限公司自主研發的新一代全合成潤滑油(基礎油)，不僅黏度指數高于現有國際平均水平，且擁有傾點低、抗氧化、耐腐蝕、綠色環保等優點。目前，該產品已進入工業化中試階段，艾姆公司正在調試中試設備，針對產品應用領域及產品品種，進行細化與完善，為產業化做準備。經過一年多反復試驗、研究，新一代全合成潤滑油(基礎油)技術攻關取得成功。這種潤滑油由烯烴聚合而成，黏度指數在140～180，最高可達210。這不僅高于化石潤滑油的90～100，也達到甚或超過了美國石油學會(API)、美國汽車工程師協會(SAE)的潤滑油國際標準。同時，該潤滑油低溫性能優越，傾點在-60～-50 ℃，保證了低溫條件下的流動性，從而保護了發動機在極低溫度下正常運轉。經西北大學、陜西省石油產品質量監督檢驗中心凝膠滲透色譜、核磁共振檢測，該產品基礎油分子大小均一，可極大地降低摩擦系數。用添加劑調和后，黏度指數等指標更高，可應用于航空、汽車、軍工、機械、精密儀器等領域。如將納米材料技術應用在該潤滑油產品中，納米材料隨潤滑油作用于機件表面，變滑動摩擦為滾動摩擦，摩擦系數將大大降低。同時，納米粒子滲透到金屬表面凹痕和微孔中，形成保護膜，具有極強的機械抗磨損性能，納米材料的物理特性也能得到有效發揮。國外合成潤滑油也采用聚合反應技術，但艾姆公司的工藝更加簡化。目前，公司已獲得了國家5項發明專利初審合格證書。

2012年10月18日，中科院新疆理化技術研究所承擔的新疆維吾爾自治區科技支撐計劃項目“高端酯類系列潤滑油研制”通過自治區科技廳組織的專家驗收。酯類合成潤滑油具有一定的化學結構和預定的物理化學性質，相對于礦物油，具有更好的高溫性能、更優的黏溫特性和低溫性能、很強的氧化穩定性和潤滑性、抗燃性、抗輻射性、較低的揮發性和化學穩定性、可降解性、可再生性、良好的添加劑感受性等諸多優越性，能夠適應于高寒地區的高轉速重負荷的冬夏通用高檔發動機油及齒輪潤滑油、精密儀器儀表油、合成螺桿壓縮用機油、高溫鏈條油、難燃液壓油、金屬加工油劑等領域，尤其是航天航空、精密機械加工等關系國家安全和重大產業的關鍵技術領域。新疆理化所精細化工工程中心科研人員利用新疆石油化工下游產品(己二酸，1，4-丁二醇等)，通過篩選催化劑和固定化、優化合成工藝、設計酯類潤滑油調和配方、開發再生技術等研究開發工作，開展了MCM-41負載SnCl2·2H2O及有機鈦/TiO2-Al2O3負載型催化劑的研究，開發了噴霧酯化-脫水(適用于均相催化基體系)及薄膜酯化-脫水-脫酸(適用于固定床催化體系)兩種酯化工藝及相應的脫色脫水工藝，完成了簡單酯類、復合酯類、聚酯類、抗氧型酯類及冷凍機油等5類包含大中小不同黏度的酯類潤滑基礎油的實驗室研究及中試放大生產，形成系統的合成酯類潤滑油的技術工藝。該項目通過與新疆福克油品公司合作，根據《中華人民共和國標準化法》的要求，按照國外產品的特性及質量要求，制定了相關企業標準，并協助福克油品股份有限公司制定一項生產工藝規范。項目在中試成產基礎上，與新疆福克油品人員合作，正在設計年產2.5萬噸的酯類合成潤滑基礎油的工藝包，并建設相應生產線。專家組一致認為，該項目按期完成了合同規定的主要任務，項目的實施符合潤滑油行業發展趨勢，延伸了新疆石油化工產品的產業鏈，符合綠色節能環保的環境友好型發展要求。該項目技術易于推廣，產品市場競爭力明顯，是一個完整系統的產學研相結合的項目。

在國外投資方面，科聚亞公司在南通潤滑油生產的兩個階段于2013年內開始。在這個階段，該裝置開始調合安潤龍(Anderol)品牌合成潤滑油，在中國銷售，并可能在亞洲其他地區銷售。其業務將會擴大到包括壓縮機潤滑油、制冷潤滑油、齒輪油、航空用油和其他高性能的工業潤滑油。

2011年10月27日，埃克森美孚公司在中國推出全新一代美孚SHC高性能合成潤滑油，從而進一步完善其在中國市場高效節能型工業潤滑油產品線，更好地滿足國內企業的需求。新產品主要有全新升級的美孚SHC600、美孚SHC齒輪油和美孚SHC齒輪油OH 3大系列。目前，新一代美孚SHC 600系列高性能合成循環潤滑油和齒輪油己被全球500多家主要設備制造商推薦用于1 800多項實際生產應用中；美孚SHC齒輪油系列產品已得到眾多齒輪設備制造商的認可；美孚SHC齒輪油OH系列則是專門為礦山非公路車輛輪轂電機驅動所量身打造的潤滑油產品。