高性能潤滑脂專用基礎油的研制

張向英，喬琦，王儲

(中海油氣(泰州)石化有限公司，江蘇 泰州 225300)

0 引言

近年來現代工業不斷發展，潤滑脂技術也得到快速提高，其應用領域涵蓋了工農業、交通運輸業、電子信息業和軍工及航天工業[1]。隨著各個行業技術不斷升級，機械設備趨向于高溫、高速及高負荷方向發展，因此，對潤滑脂的要求也日益提高，要求潤滑脂具有更好的高低溫性能，可以適應更廣的溫度范圍；具有更好的極壓抗磨性及膠體安定性能，可以適應高速高負荷的潤滑環境[2-4]；具有更好的氧化安定性，可以延長使用壽命，降低成本。

潤滑脂主要是由稠化劑、基礎油、添加劑三部分組成。一般潤滑脂中基礎油含量約為75%～90%，皂化劑含量約為10%～20%，添加劑的含量不超過5%。基礎油是潤滑脂的主體，是潤滑脂的分散介質，對潤滑脂的性能影響較大，一般基礎油具有合適的分子結構、餾分及黏度，有良好的黏溫性能、低溫性能、熱安定性、氧化安定性及抗腐蝕性能，并且要具有較高的閃點。一般潤滑脂采用中高黏度的礦物油作為基礎油，也有為適應苛刻條件的潤滑及密封，選用合成型基礎油，如酯類油、聚α-烯烴油、硅油等，合成油的使用性能更好，壽命更長，但成本較高[5-6]。煉油廠一般利用減壓餾分油和減壓渣油生產潤滑脂基礎油。傳統的老三套基礎油生產工藝，工藝流程復雜，收率低，污染大[7]。隨著潤滑脂技術發展對基礎油性能要求的提高、環境保護要求的提高以及礦物油高壓加氫工藝技術的進步，高壓加氫工藝生產潤滑脂用基礎油得到認可。以高壓加氫工藝生產的潤滑脂用基礎油為原料生產的潤滑脂具有良好的黏溫性能和機械安定性等特點[8-10]。

本文利用中海油氣(泰州)石化公司現有的一套石蠟基高壓加氫裝置和一套環烷基高壓加氫裝置，通過工藝調整，進一步將基礎油組成進行優化，研發出可以用于高性能潤滑脂生產的專用基礎油。

1 實驗部分

1.1 裝置概況

石蠟基潤滑油基礎油高壓加氫裝置以石蠟基混合原油的減三線和減四線餾分油為原料，以生產APIⅡ+或APIⅢ類潤滑油基礎油為主要目的產品。

環烷基潤滑油基礎油高壓加氫裝置以綏中36-1原油的減二線、減三線餾分油作為原料, 采用加氫處理-脫蠟/加氫后精制兩段串聯全加氫工藝，生產變壓器油、橡膠增塑劑等高附加值產品。兩套裝置簡要流程如圖1所示。

圖1 石蠟基與環烷基基礎油高壓加氫裝置流程

1.2 脂用基礎油的制備

試驗選用環烷基裝置通過工藝調整保留基礎油中芳烴含量生產的環烷基油及石蠟基裝置生產的10 mm2/s基礎油做原料，基礎油性質見表1。

表1 基礎油性質

表1(續)

將選用基礎油進行組成優化并測試其物化指標，得到脂用基礎油產品。優化方案如表2所示。

表2 脂用基礎油產品性質指標

1.3 潤滑脂的制備

分別以A和B優化得到的脂用基礎油C及市場鋰基脂常用APIⅡ類基礎油500N作為制備潤滑脂的基礎油，以12-羥基硬脂酸鋰皂為皂化劑, 采用實驗室小反應釜制備出2種2#鋰基潤滑脂, 并進行潤滑脂性能的對比研究[11]。

將基礎油、12 -羥基硬脂酸、硬脂酸、氫氧化鋰、水加入皂化釜升溫反應；壓力達到0.4 MPa，溫度為150～160 ℃時, 開始皂化反應1 h。然后加入基礎油適量，快速升溫攪拌到210 ℃，進行常壓高溫皂化，結束后將皂化釜中物料轉入含有基礎油的成脂釜中，開始急冷攪拌，溫度為150～160 ℃；補加適量基礎油溫度保持在120～130 ℃。結束后加入添加劑并通過均質機進行均化；最后進行脫氣得到成品潤滑脂[12]。

2 潤滑脂性能分析及對比研究

分別采用基礎油C和500N制做出相似錐入度的潤滑脂P1和P2進行相應的性能分析, 并進行對比研究，如表3所示。

表3 2#鋰基潤滑脂成品性能對比

將表3分析數據進行對比可以看出：

(1)在潤滑脂的制備方案中，相似錐入度條件下，P1所需要的皂化劑為7%，P2為10%，表明本文制備的潤滑脂專用基礎油的皂化能力強，在生產過程中可以降低原料成本。

(2)錐入度結果對比可以看出P1的錐入度及延長工作錐入度較P2的小，表明環烷基高芳烴基礎油與高黏指石蠟基基礎油進行調合優化后得到的潤滑脂基礎油C對皂化劑的親和能力強，使得分布在油脂內的皂份均勻穩定。

(3)滴點來看，潤滑脂基礎油C的黏指為63比石蠟基基礎油500N黏指低，因此，P1的滴點較P2的滴點略低。

(4)由于潤滑脂基礎油C中的芳烴及環烷基油與皂化劑有較強的作用力，膠體安定性好，而石蠟基基礎油500N與皂化劑的黏附性差，因此，潤滑脂基礎油C制備的潤滑脂具有更低的鋼網分油率。

(5)低溫轉矩是評價潤滑脂低溫性能的一個重要指標，反映了潤滑脂在低溫下的內摩擦阻力的大小。低溫轉矩小表明潤滑脂低溫性能好。低傾點的潤滑脂基礎油C制備的潤滑脂在低溫轉矩試驗中表現出較小啟動轉矩和運轉轉矩，使軸承低溫下容易啟動，并且功率損失較小。

3 結論

環烷烴及芳烴與皂化劑溶解性好，皂化能力強，并且與皂份相互黏附，結構更穩定，而石蠟基基礎油黏指高，黏溫性能好，具有較好的高低溫性能[13-14]。

將通過調整高壓加氫工藝生產的高芳烴含量環烷基基礎油與石蠟基高黏指基礎油進行構成優化得到的脂用基礎油C,同時具有環烷烴與鏈烴的性質，與常規脂用基礎油相比：皂化能力強，可以降低原料成本；與皂份相溶性好，制備的潤滑脂P1機械安定性好，經過萬次剪切后錐入度變化不大[15]；膠體安定性好，表現為較低的分油率，同時，又保持有良好的高低溫性能,使脂用基礎油C在最終產品質量和成本方面都成為十分有利的選擇。