煤液化柴油對潤滑性添加劑的感受性試驗

2018-08-04 03:10:44馮玉艷白雪梅

上海化工 2018年7期

馮玉艷白雪梅

中國神華煤制油化工有限公司上海研究院（上海 201108）

煤液化柴油硫氮含量低、芳烴含量少、酸度低、儲存安定性好，是清潔環(huán)保的車用燃料。但是由于低硫柴油潤滑性較差，會導(dǎo)致發(fā)動機的精密部件過度磨損、配合精度下降、柴油霧化不良、發(fā)動機功率不足或怠速不穩(wěn)等問題，造成使用壽命降低，嚴(yán)重時可能引起油泵漏油，所以改善潤滑性成為煤液化柴油車用的一個重要問題。

改善柴油潤滑性的根本途徑是添加潤滑性添加劑。能夠提高柴油潤滑性能的添加劑主要有醚、醇、胺、酰胺、長鏈羧酸、酯等化合物，不同結(jié)構(gòu)的抗磨劑潤滑性能迥異[1]。在不影響柴油其他性能的情況下，添加這些化合物可改善柴油的潤滑性能，具有簡便、經(jīng)濟且行之有效的特點。用作潤滑性添加劑的羧酸主要為一些長鏈的脂肪酸化合物，含有極性很強的羧基和長碳鏈，可以在金屬表面形成致密的吸附膜，能夠有效地減少摩擦和磨損[2]。脂肪酸酯型潤滑性添加劑是應(yīng)用最多的一類柴油潤滑性產(chǎn)品，由不飽和脂肪酸和多元醇反應(yīng)合成，含有羰基氧和醇基氧等多種形態(tài)的氧原子，在摩擦副間形成的油膜可明顯改善柴油的抗磨潤滑效果，有效抑制金屬表面的磨損和腐蝕，無毒無害，是環(huán)境友好型柴油抗磨劑[3]。

目前市場上的潤滑性添加劑大多是針對石油基柴油開發(fā)的，本文以煤直接液化柴油（DDCL）、煤間接液化柴油（DICL）和煤液化調(diào)和柴油（MYTC）為原料，模擬柴油泵的黏著磨損和微動磨損，測試了潤滑性添加劑添加量不同時柴油的潤滑性，考察了煤液化柴油對市面上較為通用的柴油潤滑性添加劑的感受性，得到不同添加劑在不同添加量條件下煤液化柴油潤滑性的基本數(shù)據(jù)，同時考察了潤滑性添加劑對柴油酸度、密度等性質(zhì)的影響，對比找出合適的添加劑和最優(yōu)添加量。

1 試驗部分

1.1 原料

煤直接液化柴油（樣品編號DDCL）、煤間接液化柴油（樣品編號DICL）和煤液化調(diào)和柴油（樣品編號MYTC），其中MYTC是由DDCL與DICL調(diào)和而成，滿足GB 19147—2016《車用柴油》技術(shù)要求。3種煤液化柴油的基本理化性質(zhì)見表1。

表1 煤液化柴油的理化性質(zhì)

選用市場上具有代表性的4種潤滑性添加劑進行試驗，分別是美國雅富頓潤滑油公司生產(chǎn)的單酸脂肪酸型添加劑(H4)，美國路博潤公司生產(chǎn)的高分子脂肪酸型添加劑(L5)，國產(chǎn)脂肪酸型添加劑(N1)和國產(chǎn)酯型添加劑(G5)。

1.2 測量儀器

試驗采用邁瑞爾實驗設(shè)備（上海）有限公司的高頻往復(fù)式摩擦磨損試驗機。利用溫濕度控制系統(tǒng)控制恒溫恒濕箱內(nèi)溫度為（23±2）℃、濕度為50%±3%。給直徑為6 mm的試驗球施加200 g的負(fù)荷，作用在直徑為10 mm、厚度為3 mm的試驗片上，并浸在2 mL（60℃）的油樣中，在激振器帶動下做每秒50次、行程為1 mm的往復(fù)振動75 min，通過測量試驗球的磨斑直徑來反應(yīng)油品的潤滑性。

1.3 測量方法

根據(jù)GB/T 19147—2016的要求，柴油潤滑性測量方法參照SH/T 0765—2005《柴油潤滑性評定法（高頻往復(fù)試驗機法）》（高頻往復(fù)試驗機簡稱HFRR），以校正磨痕直徑（60℃）不大于460μm考察柴油潤滑性指標(biāo)。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)方法，試驗的重復(fù)性為63μm，因此在實際生產(chǎn)中，通常以校正磨痕直徑（60℃）不大于400μm作為生產(chǎn)要求的考核指標(biāo)，該指標(biāo)有益于保障油泵不出現(xiàn)過度磨損，同時有足夠的裕度[4]。

2 結(jié)果與討論

2.1 潤滑性添加劑對柴油潤滑性的影響

DDCL的磨痕直徑隨H4，L5，N1和G5 4種添加劑添加量變化的趨勢見圖1。

由圖1可見，DDCL的磨痕直徑隨添加劑添加量的增加而減小，DDCL的潤滑性得到了改善，說明DDCL對4種潤滑性添加劑均有良好的感受性。如圖中實線所示：L5添加量達(dá)到130 mg/kg時，可將DDCL 的磨痕直徑降至 460μm；H4，N1，G5 添加量分別達(dá)到120，140及160 mg/kg時，可將DDCL的磨痕直徑降至460μm。

當(dāng)添加劑添加量小于175 mg/kg時，DDCL對3種酸型添加劑L5，H4和N1的感受性優(yōu)于酯型添加劑G5。當(dāng)添加量大于175 mg/kg時，DDCL對酯型添加劑的感受性優(yōu)于3種酸型添加劑。

DICL的磨痕直徑隨4種添加劑添加量變化的趨勢見圖2。

圖2 DICL的磨痕直徑隨潤滑性添加劑添加量變化的趨勢

由圖2可見，DICL的磨痕直徑隨添加劑添加量的增加而減小，DICL的潤滑性得到了改善，說明DICL對4種潤滑性添加劑均有良好的感受性。如圖中實線所示：L5添加量達(dá)到150 mg/kg時，可將DICL 的磨痕直徑降至 460 μm；H4，N1，G5添加量分別達(dá)到175，200，190 mg/kg時，可將DICL的磨痕直徑降至460μm。

當(dāng)添加劑添加量小于190 mg/kg時，DICL對3種酸型添加劑L5，H4和N1的感受性優(yōu)于酯型添加劑G5。當(dāng)添加量大于190 mg/kg時，DICL對酯型添加劑的感受性優(yōu)于3種酸型添加劑。

MYTC的磨痕直徑隨4種添加劑添加量變化的趨勢見圖3。

由圖3可見，MYTC的磨痕直徑隨添加劑添加量的增加而減小，MYTC的潤滑性得到改善，說明MYTC對4種潤滑性添加劑均有良好的感受性。如圖中實線所示：L5添加量達(dá)到100 mg/kg時，可將MYTC 的磨痕直徑降至 460 μm；H4，N1，G5添加量分別達(dá)到95，120，170 mg/kg時，可將MYTC的磨痕直徑降至460μm。

圖3 MYTC的磨痕直徑隨潤滑性添加劑添加量變化的趨勢

當(dāng)添加劑添加量小于180 mg/kg時，MYTC對3種酸型添加劑L5，H4和N1的感受性優(yōu)于酯型添加劑G5。當(dāng)添加量大于180 mg/kg時，MYTC對酯型添加劑的感受性優(yōu)于3種酸型添加劑。

如圖3虛線所示：L5，H4和N1這3種酸型添加劑的添加量為250 mg/kg時，可使MYTC磨痕直徑降至400μm；而G5的添加量為195 mg/kg時，即可使柴油的磨痕直徑降至400μm。這說明要滿足MYTC實際生產(chǎn)指標(biāo)要求，酯型添加劑G5的添加量小于3種酸型添加劑。

從制備工藝上來說，DDCL是經(jīng)過深度加氫脫硫得到的，雖然硫含量的大幅度降低并不會引起柴油潤滑性的明顯下降，甚至由于除去了一些增加磨損的有機硫化物，會使?jié)櫥缘玫揭欢ǔ潭鹊母纳疲捎诹蚧锒嘁噪s環(huán)形式存在于芳烴和多環(huán)芳烴中，在脫硫過程中，具有潤滑性的含氧化合物、含氮化合物、芳烴和多環(huán)芳烴以及其他具有潤滑性的組分也被脫出[5-6]，導(dǎo)致DDCL潤滑性較差。

柴油潤滑性的關(guān)鍵組分為具有較強極性的芳香性雜環(huán)化合物，而含氮極性化合物和酸性組分是有效的抗磨組分[7]。DICL是以合成氣(CO和H2)為原料，在催化劑和適當(dāng)反應(yīng)條件下合成的以石蠟烴為主的液體燃料，硫、氮、氧等天然潤滑組分含量低，所以DICL潤滑性能較差。

MYTC由DDCL與DICL調(diào)和而成，因此潤滑性能較差。

分別加入4種潤滑性添加劑，DDCL，DICL和MYTC的潤滑性均得到改善。在合適的添加范圍內(nèi)，潤滑性添加劑可以使不同柴油的潤滑性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)的要求。

3種煤液化柴油的烴類組成比例與石油基柴油相差較大，但烴類組成種類與石油基柴油基本相同，因此對于針對石油基柴油開發(fā)的潤滑性添加劑，煤液化柴油也具有良好的感受性。

2.2 潤滑性添加劑對柴油酸度的影響

DDCL，DICL 和 MYTC 的酸度隨 H4，L5，N1 和G5 4種添加劑添加量變化的趨勢分別見圖4、圖5和圖6。

圖4 DDCL的酸度隨潤滑性添加劑添加量變化的趨勢

圖5 DICL的酸度隨潤滑性添加劑添加量變化的趨勢

由圖4～6可知，3種煤液化柴油的酸度均隨著L5，H4和N1 3種酸型添加劑添加量的增大而增加，且與加入量成正比關(guān)系，而不隨G5添加量的增大產(chǎn)生較大變化。說明酸型添加劑L5，H4和N1的添加會使得3種煤液化柴油的酸度明顯增加，酯型添加劑G5則對其基本無影響。

圖6 MYTC的酸度隨潤滑性添加劑添加量變化的趨勢

煤液化柴油餾分中酸性物質(zhì)含量極低，酸度小，幾乎不存在有機酸危害。酸型潤滑性添加劑主要是一些長鏈的脂肪酸化合物[2]，高酸值抗磨劑的使用會增加柴油的酸度和腐蝕風(fēng)險。酯型潤滑性添加劑的主要成分是脂肪酸酯類，添加到柴油中對其酸度基本無影響。

柴油的酸度是表征油品腐蝕性能和使用性能的主要指標(biāo)之一。酸性物質(zhì)與高堿值分散劑和二烷基二硫代磷酸鋅（ZDDP）相互作用，造成燃料過濾網(wǎng)嚴(yán)重堵塞，且酸性物質(zhì)與金屬表面易起作用，造成金屬的腐蝕[8]；而酯型添加劑不影響柴油的酸度，在這方面具有較大的優(yōu)勢。