PAO40腐蝕原因分析及解決措施

李紅平，王偉

(蘭州中石油潤滑油添加劑有限公司，甘肅 蘭州 730060)

0 引言

PAO40黏度指數(shù)高，作為合成型基礎(chǔ)油，主要用在低溫及大跨度車輛齒輪油中，滿足低溫性能的同時，避免了黏度指數(shù)改進(jìn)劑的使用，從而保證了剪切穩(wěn)定性。當(dāng)前，還沒有找到一種能夠在增稠高等級齒輪油中替代PAO40的經(jīng)濟(jì)可行的替代品。Adhvaryu等人研究表明[1-2]黏度指數(shù)和黏溫特性最好的是正構(gòu)烷烴，最差的是重芳香烴、多環(huán)環(huán)烷和環(huán)烷芳烴，具有長碳鏈的異構(gòu)烷烴居中，因此，合成怎么樣結(jié)構(gòu)的PAO也就決定了其產(chǎn)品質(zhì)量及使用條件。

PAO聚合催化劑主要有氯化鋁催化劑、Ziegler體系催化劑、BF3體系催化劑、絡(luò)合催化劑[3-5]。目前國內(nèi)PAO40生產(chǎn)工藝還是基本沿用傳統(tǒng)的無水氯化鋁(AlCl3)作為催化劑體系進(jìn)行聚合反應(yīng)，由于其催化劑體系本身的局限性，在反應(yīng)過程中不可避免地隨之也會在合成的油品中帶有膠質(zhì)及氯離子成分，氯離子屬易腐蝕成分。雖然PAO40作為基礎(chǔ)油對腐蝕指標(biāo)并沒有要求，但作為最終調(diào)合成的潤滑油產(chǎn)品均有銅片腐蝕要求。PAO40多用于齒輪油的調(diào)合中，目前國內(nèi)潤滑油調(diào)合所用PAO40多為進(jìn)口，其成本比較高，而自產(chǎn)PAO40在潤滑油成品中表現(xiàn)為腐蝕指標(biāo)不合格。

針對以上問題，本文通過對腐蝕問題分析及工藝優(yōu)化來尋找突破口，以解決PAO40在潤滑油產(chǎn)品中的腐蝕問題，從而代替國外進(jìn)口PAO40產(chǎn)品，降低生產(chǎn)成本，提高國產(chǎn)PAO40使用率。

1 原料

工藝優(yōu)化原料采用工業(yè)氫氧化鈣、活性白土，基本理化性能指標(biāo)見表1、表2。

表1 工業(yè)氫氧化鈣基本理化性能

表2 活性白土基本理化性能

2 工藝原理

2.1 聚合反應(yīng)

聚合反應(yīng)是以1-癸烯為原料，在無水氯化鋁作用下，在一定溫度范圍內(nèi)發(fā)生聚合反應(yīng)，生成聚α-烯烴，典型的化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

n=3～5

2.2 中和反應(yīng)

酸性聚合油中的殘留催化劑和鹽酸，在一定溫度下可被Ca(OH)2中和，生成Al(OH)3、CaCl2.H2O、Al2Cl6.12H2O等，然后加入活性白土，在高溫下脫氯、脫色，油中的氯代烷分解出HCl立即被Ca(OH)2中和，聚合油經(jīng)此法處理后油品色澤淺，含氯、含水量低，可減緩后系統(tǒng)的設(shè)備腐蝕。

2.3 工藝流程

最終產(chǎn)物經(jīng)中和、加氫、蒸餾得到PAO40產(chǎn)品，原則流程見圖1。

圖1 原則流程

3 腐蝕原因分析

3.1 基礎(chǔ)油

將自產(chǎn)PAO40基礎(chǔ)油與美孚PAO40基礎(chǔ)油進(jìn)行性能對比，結(jié)果見表3，自產(chǎn)PAO40和美孚PAO40基礎(chǔ)油進(jìn)行外觀對比，見圖2。

表3 自產(chǎn)PAO40與美孚PAO40的基礎(chǔ)油性能對比(Q/SY RH7001-2016)

表3(續(xù))

從表3的可以看出，自產(chǎn)PAO40的黏度、黏指、色度、傾點(diǎn)、閃點(diǎn)、酸值以及氧化安定性等理化指標(biāo)均與美孚PAO40基礎(chǔ)油的理化性能相近，且滿足潤滑油公司采購指標(biāo)要求Q/SY RH7001-2016。從圖2可以看出，自產(chǎn)PAO40和美孚PAO40外觀均透明，說明基礎(chǔ)油理化性能上無差異。

圖2 美孚PAO40(左)和自產(chǎn)PAO40(右)外觀對比

3.2 添加劑

采用一定比例的自產(chǎn)PAO40基礎(chǔ)油在KG/S150合成工業(yè)齒輪油中進(jìn)行性能評價，并與使用美孚PAO40基礎(chǔ)油調(diào)制的參比油進(jìn)行了性能對比，調(diào)油方案及油品分析數(shù)據(jù)對比見表4。

表4 自產(chǎn)PAO10/40在KG/S150中的調(diào)油方案和試驗(yàn)數(shù)據(jù)(Q/SY 2282-2013)

在成品油KG/S150性能評價中，美孚PAO40基礎(chǔ)油配方體系下產(chǎn)品滿足各項(xiàng)指標(biāo)要求，自產(chǎn)PAO40基礎(chǔ)油配方體系下產(chǎn)品銅片腐蝕不滿足成品油指標(biāo)要求，這表明雖然理化性能相當(dāng)，但基礎(chǔ)油在內(nèi)部組成上存在細(xì)微差異，可能表現(xiàn)為與添加劑配方的適應(yīng)性不同而已。

4 結(jié)果與討論

4.1 中和反應(yīng)工藝優(yōu)化

優(yōu)化反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度、石灰及活性白土加入量等工藝條件，油品中腐蝕性氯離子含量見表5。

表5 自產(chǎn)PAO40酸值及氯離子含量

從表5可以看出，PAO40通過工藝優(yōu)化前后做對比分析，雖然酸值都是0.02 mgKOH/g，但其關(guān)鍵性腐蝕性氯離子含量有了明顯降低，說明通過工藝優(yōu)化后產(chǎn)品內(nèi)在性能有了明顯提高，氯離子對其腐蝕性影響可忽略不計(jì)。

對PAO40基礎(chǔ)油進(jìn)行光照試驗(yàn)，見圖3。

圖3 PAO40光照30天對比

從圖3可以看出，光照30天自產(chǎn)PAO40產(chǎn)品與美孚PAO40產(chǎn)品外觀無差異，說明在持續(xù)光照下油品穩(wěn)定性保持比較好。

4.2 工藝優(yōu)化后PAO40基礎(chǔ)油性能

通過中和反應(yīng)工藝優(yōu)化后的PAO40基礎(chǔ)油性能見表6。

表6 優(yōu)化工藝后PAO40基礎(chǔ)油質(zhì)量指標(biāo)與典型值

從表6可以看出，工藝優(yōu)化后的PAO40基礎(chǔ)油與表3中優(yōu)化前及美孚PAO40基礎(chǔ)油在其理化性能上均無明顯差異。

4.3 自產(chǎn)工藝優(yōu)化后PAO40在KG/S150合成工業(yè)齒輪油中的應(yīng)用

采用自產(chǎn)優(yōu)化后一定比例的PAO40基礎(chǔ)油在KG/S150合成工業(yè)齒輪油中進(jìn)行性能評價，并與使用美孚PAO40基礎(chǔ)油調(diào)制的參比油進(jìn)行了性能對比，調(diào)油方案及油品分析數(shù)據(jù)對比見表7。

表7 自產(chǎn)PAO40在KG/S150中的調(diào)油方案和試驗(yàn)數(shù)據(jù)(Q/SY 2282-2013)

表7(續(xù))

從表7的數(shù)據(jù)可以看出：優(yōu)化后的PAO40調(diào)制KG/S150各種性能指標(biāo)均滿足要求。

5 結(jié)論

(1)按一定比例優(yōu)化工藝后自產(chǎn)PAO40調(diào)制KG/S150銅片腐蝕滿足指標(biāo)要求。

(2)工藝優(yōu)化后PAO40可以替代美孚PAO40進(jìn)行KG/S150油品調(diào)合。