聚α-烯烴在合成潤滑油的應用

■ 金 文

聚α-烯烴在合成潤滑油的應用

■ 金 文

從事咨詢業務的克萊恩（Kline & Co）公司于2015年5月27日在一份“全球合成潤滑劑基礎油料：市場分析和機會”的報告中表示，目前世界大約消費300萬噸/年的合成和半合成潤滑油，但各個國家和地區之間使用的差別很大。2014年亞太地區占世界3990萬噸成品潤滑油（包括過程用油）需求的44%，亞洲不同國家之間市場上的潤滑質量差別很大，日本、韓國和澳大利亞等市場的潤滑油產品質量較高。

合成潤滑油包括全合成和半合成潤滑油，多由酯類、聚烷撐乙二醇、聚α-烯烴（PAO）、API III類油、聚磷酸脂、有機硅等制成，相比于傳統的礦物質潤滑油，合成潤滑油對設備的潤滑性能要優越得多。

傳統的礦物質潤滑油中，分子大小不一、成分各異，潤滑效果較合成潤滑油要差一些。由于合成潤滑油的核心技術一直被英、美等發達國家壟斷，2009年時，我國雖然已經成為全球第二大潤滑油市場，但合成潤滑油占市場使用比例僅為15%，遠低于歐美國家的50%多。而且，我國合成潤滑油基礎油依然嚴重依賴進口，國產化率不足3%。

雖然我國潤滑油市場目前仍以石油煉制的礦物質潤滑油為主，但在合成潤滑油，如聚α-烯烴合成油等，生產方面已經取得了一定成績。

聚α-烯烴是應用最為廣泛的合成基礎油料之一。與礦物油潤滑油相比，聚α-烯烴合成油具有更好的氧化安定性和低溫流動性，可與雙酯或多元醇酯混合使用，綜合性能優良且原料來源豐富，因此在許多高檔潤滑油中廣泛使用。

聚α-烯烴合成油是由α-烯烴（主要是在第一和第二碳原子間含有雙鏈的C8～C12烯烴）主要是在催化劑的作用下通過齊聚或共齊聚反應并加氫飽和得到的，具有更好的抗氧化安定性和黏溫性能、黏度指數高、傾點低、對添加劑感受性能好等優點，可與礦物油以任意比例混合，是配制高檔、專用潤滑油較為理想的基礎油。聚α-烯烴在其實現工業化生產的初期，一直被應用于航天和航空領域，目前歐洲已經開始將其作為生產高質量車用和工業用潤滑產品的基礎用油。業內人士預計，聚α-烯烴將成為未來高檔合成潤滑油的主力軍。

如果聚α-烯烴使用的α-烯烴原料為癸烯，則稱之為聚癸烯；如果使用的α-烯烴原料為十二烯，則稱之為聚十二烯。以聚癸烯為例，其主要是由C10的直鏈α-烯烴組成的，通過控制生產的合成工藝、調節最終產品中C30/C40/C50的比例，可得到不同黏度級別的聚α-烯烴。而由比C10高的多烯烴為原料合成的聚α-烯烴，通常用作較高黏度合成潤滑油的基礎油。

現在世界生產α-烯烴的工藝主要有乙烯齊聚法和石蠟裂解法兩大類。其中，乙烯齊聚法是生產α-烯烴的主要方法，利用該法生產的α-烯烴占整個α-烯烴生產總量的94.l%。

國外生產α-烯烴多用乙烯法，采用乙烯聚合成的C8～C10的α-烯烴，再經路易斯酸絡合型催化劑定向聚合可制得聚α-烯烴產品。由于原料α-烯烴分子整齊，聚合后的油分子規整、分子量分布窄，因此，所得油品質量高，而且工藝成熟。由于聚α-烯烴基礎油比礦物油基礎油的黏度指數高、揮發性低、低溫性能和氧化安定性能好，適合用于調制高級發動機油、自動傳動液和特殊工業用油、潤滑脂等。

國內主要依靠石蠟裂解的α-烯烴生產聚α-烯烴。由于石蠟含油率高，使得裂解的正構α-烯烴的含量低（一般低于65%）。α-烯烴的分子量分布較寬，一般在C5～C17之間，而由C8以下碳數α-烯烴制得的聚合油黏度指數較差，由C10以上碳數的α-烯烴制得的合成油低溫性能較差，因而影響到聚α-烯烴的黏度指數及低溫性能。另外，由于生產中以無水氯化鋁作為催化劑，既造成原料和聚合分子的異構化，又使操作復雜、污染嚴重、鋁渣處理困難，影響了聚α-烯烴的氧化安定性及油品的質量。我國聚α-烯烴基本上沒有加氫處理，聚合油中仍然殘留雙鍵，因此，盡管其低溫性能稍好，但其他性能與礦物油相近。所以蠟裂解裝置產品雜質較多，僅適合用于合成潤滑油、烷基苯等，正常生產的廠家有撫順石化石化一廠、撫順石化石化二廠和蘭州路博潤蘭煉添加劑有限公司。

工業潤滑油的需求強勁推動了對高黏度聚α-烯烴的需求，據稱在世界各個地區都對高黏度聚a-烯烴的需求出現強勁增長。常規產品黏度范圍最高達10厘斯托克斯的低黏度聚a-烯烴的美國生產商有雪佛龍菲利浦化學公司、埃克森美孚化工公司和科聚亞公司，只有兩家北美公司，即埃克森美孚化學公司和科聚亞公司具有高黏度等級如40、100厘斯托克斯的聚α-烯烴生產能力。這些高黏度等級聚α-烯烴產品經常被用作“校正液體”，以用來復配其他原料使產品達到規定的黏度指標。目前，埃克森美孚化工公司是世界上最大的聚α-烯烴產品生產商，其聚α-烯烴產品范圍從2～1000厘斯托克斯，擁有包括烷基萘在內的合成產品業務。

當前，聚α-烯烴主要由乙烯催化齊聚得到C4～C20+線性產品。殼牌公司、BP公司、雪佛龍菲利浦斯公司、沙索公司、IFP和出光石化公司等均開發有這方面的專利技術。近年來，隨著我國汽車發動設計技術的不斷提高和國外進口新車及各種設備的不斷增加，國內市場對合成油的需求呈現持續增長趨勢，聚α-烯烴裝置也先后在一些地方上馬。

2008年4月24日，上海納克潤滑技術有限公司宣告國內首套擁有完全自主知識產權的中高黏度聚α-烯烴裝置在上海投入商業化運行。該套裝置可生產100℃運動黏度在10～100厘斯托克斯之間的聚α-烯烴SinoSyn系列產品，質量達到國際同類產品水平，實現了在中高黏度聚α-烯烴領域中國企業“零”的突破。

2009年8月底，國內首套1-辛烯模試裝置在中國石油石油化工研究院建成，模試裝置的1-辛烯生產規模為21噸/年。成功研發乙烯四聚合成1-辛烯新型鉻系催化劑體系。

2010年3月，大慶石化公司設計年產5000噸1-己烯裝置投產成功，生產出濃度為99.2%、達到國標要求的己烯-1產品，主要技術指標優于國外同類工藝水平。大慶石化1-己烯產能最終將達到10萬噸級規模。

2014年6月，一家聚α-烯烴工廠在上海投入生產。建成后工廠的聚α-烯烴年產量可達15000噸，每年還可生產10000噸的烷基萘基礎油。該工廠將制造3個等級的高黏度聚α-烯烴，并冠以“Sinosyn”的品牌名稱在市場上出售，其中150 厘斯托克斯產品主要用于制造SAE 20W-50 重型柴油機油等產品，預計將會對中國潤滑油制造商產生較大吸引力。為確保獲得充足的烯烴，納科潤滑公司合成基礎油事業部與位于山西長治屯留煤油園區的潞安集團組建了各持股50%的合資公司。

目前我國國內生產聚α-烯烴合成油的廠家還有燕山石化公司化工三廠、蘭州石化公司化工廠和撫順石化公司化工一廠等。2014年，國內α-烯烴產量為32萬噸，進口6.2萬噸，出口1.5萬噸，表觀消費量為36.7萬噸。

當然，在聚α-烯烴生產技術提高的同時，我國企業在其他合成潤滑油基礎用油方面也取得了一些成績。比如，2014年7月23日，由中科院新疆理化技術研究所科研人員開發的一種烷基萘型潤滑油的制備方法獲國家發明專利授權。該方法以甲磺酸為催化劑，將萘與1-辛烯發生傅-克烷基化反應，再對烷基化產物分別進行堿洗、水洗、減壓蒸餾和抽濾，最終得到烷基萘型潤滑基礎油。通過該法合成的烷基萘型潤滑基礎油具有較低黏度和傾點、較高的氧化穩定性、較好的熱穩定性和水解穩定性，同進還克服了傳統烷基化催化劑分離難、污染環境的缺點。相信，在我國科研人員不斷努力下，我國的合成潤滑油水平將很快縮短與國外先進水平的差距，進一步促進我國工業建設的發展。