車用柴油潤滑性與酸度等指標在檢測實踐中的關聯與研究

孫 牧

（江蘇省產品質量監督檢驗研究院，江蘇南京 210007）

0 引言

隨著近年來汽車保有量迅速上升，越來越多的消費者開始關注油品質量。為減少污染物排放，全國對柴油的排放標準逐年提高：2017年普通柴油國家標準廢止，2019年1月車用柴油、非道路機械用油，全部統一成車用柴油，以下簡稱“柴油”。

柴油具有潤滑性這一特性，很多柴油噴油設備在一定程度上把柴油作為一種潤滑劑。為提升油品質量，在對柴油進行脫硫處理的過程中，通常會將芳烴、多環芳烴、含氮化合物、含氧化合物等一同脫出。以上這些成分是影響柴油潤滑性的主要物質，這就導致柴油的潤滑性能變差。因此，柴油中須要加入相應的抗磨添加劑來提高潤滑性能。

1 車用柴油的檢測指標

目前國內市面流通的柴油均為車用柴油（Ⅵ），產品標準為《車用柴油》（GB 19147—2016），檢測指標共有19項。柴油檢測中評定潤滑性的指標是校正磨痕直徑（磨痕直徑），文中采用的檢測方法標準是《柴油潤滑性評定法（高頻往復試驗機法）》（SH/T 0765—2005）。

根據大量檢測數據可知，柴油的各項指標之間呈現一定程度的正相關和負相關。潤滑性和其他部分理化指標也存在相互關聯，例如酸度、脂肪酸甲酯、多環芳烴、餾程等。如果柴油樣品檢測國標部分指標，其中不包括柴油潤滑性，從已知的指標數據進行分析，可以對潤滑性指標進行風險評估，以確保檢測潤滑性的必要與否。本文從此目的出發，以車用柴油為研究對象，對相關指標進行檢測、分析、比較，研究和潤滑性之間存在的可能聯系。

2 和潤滑性存在正負關系的指標

研究數據采用2019年在江蘇省范圍內加油站銷售的車用柴油（包括水上加油站）。經檢驗檢測，篩出有代表性的樣本數據52個。

2.1 硫含量與潤滑性的對比

將硫含量和磨痕直徑檢測數據進行對比分析，如圖1所示。

圖1 硫含量與磨痕直徑關系

由圖1可看出，市場上流通的柴油成品油中，硫含量大的柴油，潤滑性較好，硫含量小的柴油，由于添加潤滑劑等原因，潤滑性也較好。

柴油中硫含量的主要存在形式是硫醚、噻吩等雜環芳烴和多環芳烴形式，這些芳烴物質在柴油的潤滑性方面做出主要貢獻。在柴油脫硫的同時，也去除了芳香烴、多環芳烴等物質，因此柴油的潤滑性能變差。經研究，在柴油中僅添加無機硫化物［1］，其含量大小并不與潤滑性存在相對應關系。從本次數據結果分析，不能由硫含量指標判斷柴油潤滑性能。

2.2 多環芳烴

將多環芳烴和磨痕直徑檢測數據進行對比分析，如圖2所示。

圖2 多環芳烴與磨痕直徑關系

由圖2可看出，柴油多環芳烴含量比較低，相對應的潤滑性高低不等，說明在大幅度降低柴油多環芳烴、同時添加了抗磨劑的前提下，多環芳烴對柴油潤滑性無顯著貢獻。

柴油中極性組分含量越高，柴油的抗磨性越好。極性組分主要集中于含氮雜質以及多環芳烴中，多環芳烴增加，柴油的抗磨性能隨之增強。對于抗磨機理，目前研究的普遍看法是，多環芳烴在潤滑中起到油性劑的作用。研究［2］顯示，潤滑性與油品組分苊烯、苊類、萘類等多環芳烴含量呈正相關，與單環芳烴沒關系。

2.3 酸度

將酸度和磨痕直徑檢測數據進行對比分析，如圖3所示。

圖3 酸度與磨痕直徑關系

在本次數據統計中，存在部分酸度極低的柴油，潤滑性指標均不合格（磨痕直徑大于460μm）。酸度在0.5 mg/100 mL以下的樣品，潤滑性不合格率達75%。由圖3可以發現，酸度和潤滑性雖不呈嚴格的正相關，但有一定相關性。柴油的酸度極低，其潤滑性指標不合格風險增大。

這與柴油添加劑抗磨劑有關。市場上應用較廣的柴油抗磨劑酸類和酯類。有部分煉油企業反應酯型抗磨劑經長期應用后，在油品罐內有形成絮狀物的現象。而嚴格控制酸性抗磨劑的添加比例，可將柴油酸度和潤滑性數據同時控制好［3］。因而目前煉油企業大多使用酸型柴油抗磨劑。如果車用柴油呈現極低酸度，說明此批次油品有未添加酸性抗磨劑的可能，目的在于節約成本；酯類抗磨劑成本更高，可推測也未添加脂類抗磨劑，應著重關注此批次油品的潤滑性指標檢測。

2.4 脂肪酸甲酯

B5車用柴油是體積分數為1%～5%的BD100生物柴油與體積分數為95%～99%的柴油組分的調和燃料。BD100生物柴油是生物反應制得的脂肪酸甲烷基脂，最典型的為脂肪酸甲酯。筆者以上海加油站抽取的15個B5車用柴油為檢測對象，檢測磨痕直徑和脂肪酸甲酯含量。經檢測，脂肪酸甲酯含量在2.3%～3.4%（體積分數）范圍內，磨痕直徑測定值在250μm以下或更低。對于未添加生物柴油的車用柴油，脂肪酸甲酯指標測試結果平均值低于0.2%，此時磨痕直徑和脂肪酸甲酯數值沒有關聯，可見添加一定量脂肪酸酯可改善潤滑性。

脂肪酸酯之所以可以改善柴油的潤滑性，與其不飽和度、碳鏈長度和羥基化程度有關。多種酯類組分之間的相互協同作用，作為混合物的生物柴油加入低硫柴油后的減摩作用優于其某單一組分［4］。酯型抗磨劑擁有很大的開發應用潛力。

2.5 餾程

把柴油餾程結果分成幾個窄餾份，使用大量的餾程和磨痕直徑實驗檢測結果進行對比分析，如圖4所示。

圖4 90%回收溫度與磨痕直徑關系

由圖4分析發現，磨痕直徑高的樣品，沸點較高；沸點比較低的樣品，磨痕直徑多有不合格。例如95%回收溫度在350℃以上的柴油樣品，通常潤滑性比較好，磨痕直徑在標準范圍內；磨痕直徑超出460μm的樣品，95%回收溫度通常低于350℃。

高沸點對應的是柴油中的重組分，這類物質在摩擦表面能夠發生一系列的氧化催化作用，生成具有抗磨性能的極性物質［5］。隨著餾份質量的顯著增長，也會使烴類物質在高溫氧化作用下發生氧化裂化，形成較多的極性物質，使得樣品具有良好的抗磨性能。另外潤滑性能很好的含氧、含氮化合物也主要集中在高沸點餾份中。隨著餾出溫度的升高，重組分含量相應增加，有效的抗磨成分也隨之增加，柴油的潤滑性能自然得到改善。

2.6 密度

將密度和磨痕直徑檢測數據進行對比分析：磨痕直徑低的樣品，密度較高，數值多在820 kg/m3以上；磨痕直徑不合格的樣品中，密度比較低，數值多在820 kg/m3以下。可見潤滑性和密度也存在一定對應關系。密度抗磨原理和沸點類似，和柴油中重組分含量有關。密度高，重組分含量多，其中的有效抗磨成分也多，潤滑性能較好。

2.7 運動黏度

將運動黏度和磨痕直徑檢測數據進行對比分析：運動黏度和磨痕直徑未呈現正相關，但磨痕直徑數值在400μm以上的樣品中，運動黏度數值大部分小于4.0 mm2/s；磨痕直徑在400μm以下的樣品中，運動黏度大部分大于4.0 mm2/s。說明運動黏度較高的柴油，重組分越多，潤滑性也越好。因此運動黏度和潤滑性雖沒有嚴格的對應關系，也可作為柴油潤滑性的一個量度。

3 結語

（1）車用柴油中硫含量、多環芳烴要求很低，兩個指標和潤滑性無對應關系。對于調合前的基礎油，硫含量可作為一個參考點，原因在于含硫雜環化合物的存在。僅從硫含量指標單獨考慮，其和柴油潤滑性并無關聯。多環芳烴在不大于3%前提下，不能很好體現潤滑性大小。如果柴油樣品多環芳烴指標嚴重不合格，潤滑性通常比較好。

（2）車用柴油酸度從一定程度上反映出油品添加酸性抗磨劑情況，不能作為判斷潤滑性指標的絕對證據。當酸度測定值低于0.5 mg/100 mL時，潤滑性指標有可能不合格，應重點檢測考察。

（3）車用柴油中的脂肪酸甲酯含量規定不得高于1%，如該指標檢測結果高于1%，說明柴油中摻入一定量的生物柴油，此時柴油潤滑性理論上較好，磨痕直徑不會很大。

（5）車用柴油的餾程、密度和運動黏度指標測定值的高低，反映出柴油中重組分含量的多少，即有效潤滑成分的多少。如果3個指標檢測數值比較高，則柴油的潤滑性通常較好。

綜上，柴油潤滑性指標和其他指標存在一定的關聯性，但由于柴油成分復雜，是多種物質的混合物，用個別指標來判斷潤滑性能不夠嚴謹，應將各個指標測定值綜合考慮，才可以對柴油潤滑性進行風險評估，最終判斷仍以標準方法檢測數據為準。