陳文藝，鄒 愷，王秀文，吳 亮

(遼寧石油化工大學(xué)石油化工學(xué)院，遼寧 撫順 113001)

幾種加氫潤滑油基礎(chǔ)油性質(zhì)和組成的研究

陳文藝，鄒 愷，王秀文，吳 亮

(遼寧石油化工大學(xué)石油化工學(xué)院，遼寧 撫順 113001)

通過對9種加氫潤滑油基礎(chǔ)油的主要性質(zhì)及組成進(jìn)行分析，并采用n-d-M法計(jì)算其結(jié)構(gòu)族組成參數(shù)，依據(jù)其性質(zhì)與組成的關(guān)系，對加氫潤滑油基礎(chǔ)油的密度、折射率、平均相對分子質(zhì)量與結(jié)構(gòu)組成以及烴類組成進(jìn)行關(guān)聯(lián)，同時(shí)對加氫潤滑油基礎(chǔ)油中的鏈烷烴、環(huán)烷烴含量與黏度指數(shù)、氧化安定性進(jìn)行關(guān)聯(lián)。結(jié)果表明：9種加氫潤滑油基礎(chǔ)油的密度與總環(huán)數(shù)和芳環(huán)數(shù)具有正相關(guān)性；折射率與結(jié)構(gòu)組成參數(shù)(芳碳率、烷基碳率)具有近似的正相關(guān)性，而與烷基碳率具有負(fù)相關(guān)性；平均相對分子質(zhì)量與芳烴、環(huán)烷烴含量呈正相關(guān)性，而與鏈烷烴含量則呈負(fù)相關(guān)性；鏈烷烴含量與氧化安定性、黏度指數(shù)也具有正相關(guān)性，但環(huán)烷烴含量與氧化安定性、黏度指數(shù)則呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性。

加氫潤滑油基礎(chǔ)油 密度 折射率 結(jié)構(gòu)組成 烴類組成 平均相對分子質(zhì)量 黏度指數(shù) 氧化安定性

基礎(chǔ)油是潤滑油的主要成分，其性質(zhì)和組成對潤滑油的質(zhì)量具有重要影響，通?；A(chǔ)油的物理化學(xué)性質(zhì)決定著潤滑油的氧化安定性、化學(xué)活性和揮發(fā)性等，而這些性質(zhì)又直接影響著潤滑油的使用性能[1]。目前，Ⅰ類基礎(chǔ)油主要通過傳統(tǒng)溶劑精制方法獲得，Ⅱ類基礎(chǔ)油主要是通過加氫或加氫裂化方法制得，Ⅲ類基礎(chǔ)油通過深度加氫裂化和/或蠟異構(gòu)化技術(shù)制備[2]。加氫潤滑油基礎(chǔ)油與常規(guī)基礎(chǔ)油相比，具有低硫含量、低氮含量、低芳烴含量、優(yōu)良的熱安定性和氧化安定性、較低的揮發(fā)度、優(yōu)異的黏溫性能、良好的添加劑感受性等優(yōu)點(diǎn)。目前，國內(nèi)外各大石油公司非常重視基礎(chǔ)油的組分與性能關(guān)系的研究以及不同基礎(chǔ)油與添加劑相互作用規(guī)律的研究等[3-5]，但對基礎(chǔ)油的分析則往往局限于基本性質(zhì)的分析。本課題通過對9種加氫潤滑油基礎(chǔ)油性質(zhì)、結(jié)構(gòu)組成及烴類組成進(jìn)行分析，研究基礎(chǔ)油物性之間、物性與烴類組成及潤滑油使用性能的關(guān)系，為了解和掌握加氫潤滑油基礎(chǔ)油性質(zhì)的變化規(guī)律及應(yīng)用提供參考。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原 料

實(shí)驗(yàn)所用加氫潤滑油基礎(chǔ)油(以下簡稱基礎(chǔ)油)均為國內(nèi)潤滑油生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)，代號分別為1～9號。

1.2 分析方法

密度采用GB/T1884—1992方法測定；折射率采用SH/T0205—1992方法測定；酸度采用GB/T258—1988方法測定；閃點(diǎn)采用GB/T267—1988方法測定；平均相對分子質(zhì)量采用VPO方法測定；濁點(diǎn)采用SH/T0179—1992方法測定；傾點(diǎn)采用GB/T3535—1983方法測定；殘?zhí)坎捎肧H/T 0170—1992方法測定；氧化安定性采用SH/T0193—1992方法測定；硫含量采用GB/T8025—1987方法測定；運(yùn)動黏度采用GB/T265—1988方法測定；烴類組成采用EVERY109.MT型質(zhì)譜儀測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 基礎(chǔ)油的理化性質(zhì)

9種基礎(chǔ)油的主要性質(zhì)見表1。由表1可以看出：9種基礎(chǔ)油的硫含量均較低，最高硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為58.5 μg/g，其中有6種基礎(chǔ)油的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0～19.9 μg/g；9種基礎(chǔ)油的折射率變化不大，為1.474 2～1.489 0；20 ℃的密度為0.830 5～0.869 0 g/cm3；平均相對分子質(zhì)量為374.6～510.3；旋轉(zhuǎn)氧彈時(shí)間均在220 min以上；傾點(diǎn)均較低，在-17.0～-8.5 ℃；黏度指數(shù)均在100以上，最高達(dá)到126；酸度均較小，最高的只有0.628 7 mg KOH/(100 mL)；閃點(diǎn)都較高。

表1 9種基礎(chǔ)油的主要性質(zhì)

9種基礎(chǔ)油的結(jié)構(gòu)族組成見表2。表2中數(shù)據(jù)是依據(jù)n-d-M法計(jì)算所得。從表2可以看出，9種基礎(chǔ)油的飽和烴含量均較高，表現(xiàn)為烷基碳率(Cp)均在75%以上，最高Cp達(dá)到90.69%，總環(huán)數(shù)(RT)不高，最低為0.62，最高為1.70。

9種基礎(chǔ)油的烴類組成見表3。從表3可以看出：9種基礎(chǔ)油的鏈烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.4%～45.5%；總環(huán)烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52.6%～79.3%，且四環(huán)以上環(huán)烷烴含量不高；芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低為0.6%，最高為10.2%；膠質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%～0.9%。

表2 9種基礎(chǔ)油的結(jié)構(gòu)組成

注：CA，CN，CP，CR分別為芳碳率、環(huán)烷碳率、烷基碳率、總環(huán)碳率；RA，RN，RT分別為芳環(huán)數(shù)、環(huán)烷碳數(shù)、總環(huán)數(shù)。

2.2 基礎(chǔ)油密度與結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系

基礎(chǔ)油的密度與總環(huán)數(shù)(RT)和芳環(huán)數(shù)(RA)的關(guān)系見圖1。從圖1可以看出，隨著密度的增大，RT和RA都呈增大的趨勢，但增大幅度有所差別，其中RT增加幅度稍大。說明隨著基礎(chǔ)油的變重，基礎(chǔ)油中芳香組分增加的同時(shí)，環(huán)烷組分也在增加，導(dǎo)致RT增加幅度更大，這也可從表3數(shù)據(jù)得到驗(yàn)證。

表3 9種基礎(chǔ)油的烴類組成 w，%

圖1 基礎(chǔ)油密度與RT、RA的關(guān)系◆—RT； ■—RA

2.3 基礎(chǔ)油折射率與結(jié)構(gòu)組成的關(guān)系

基礎(chǔ)油折射率與結(jié)構(gòu)組成參數(shù)(CA，CN，CP)的關(guān)系見圖2。從圖2可以看出，隨著基礎(chǔ)油折射率的增加，CP呈小幅下降趨勢，而CA和CN盡管變化規(guī)律較復(fù)雜，但總體呈現(xiàn)緩慢增加趨勢。因此折射率可以反映基礎(chǔ)油結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化情況。

圖2 基礎(chǔ)油折射率與結(jié)構(gòu)組成參數(shù)的關(guān)系◆—CA； ■—CN； ▲—CP

2.4 基礎(chǔ)油平均相對分子質(zhì)量與烴類組成的關(guān)系

基礎(chǔ)油平均相對分子質(zhì)量與烴類組成的關(guān)系見圖3。從圖3可以看出，隨著基礎(chǔ)油平均相對分子質(zhì)量的增加，基礎(chǔ)油中芳烴、環(huán)烷烴含量略有上升，而鏈烷烴含量則呈下降趨勢。表明平均相對分子質(zhì)量與密度、折射率一樣，均能反映基礎(chǔ)油中烴類的大致組成，但其相關(guān)性較密度和折射率差。

圖3 基礎(chǔ)油平均相對分子質(zhì)量與烴類組成的關(guān)系◆—鏈烷烴； ■—總環(huán)烷烴； ▲—總芳烴

2.5 基礎(chǔ)油鏈烷烴含量與氧化安定性的關(guān)系

基礎(chǔ)油中鏈烷烴含量與氧化安定性的關(guān)系見圖4。從圖4可以看出，基礎(chǔ)油中鏈烷烴含量與其旋轉(zhuǎn)氧彈時(shí)間(氧化安定性)具有良好的正相關(guān)性，即基礎(chǔ)油中的鏈烷烴含量越高，其氧化安定性越好。

圖4 基礎(chǔ)油鏈烷烴含量與氧化安定性的關(guān)系

2.6 基礎(chǔ)油鏈烷烴含量與黏度指數(shù)的關(guān)系

基礎(chǔ)油中鏈烷烴含量與黏度指數(shù)的關(guān)系見圖5。從圖5可以看出，基礎(chǔ)油中鏈烷烴含量與其黏度指數(shù)具有正的相關(guān)性，即鏈烷烴含量越高，基礎(chǔ)油的黏度指數(shù)越高。

圖5 基礎(chǔ)油鏈烷烴含量與黏度指數(shù)的關(guān)系

2.7 基礎(chǔ)油環(huán)烷烴含量與氧化安定性的關(guān)系

基礎(chǔ)油中環(huán)烷烴含量與旋轉(zhuǎn)氧彈時(shí)間(氧化安定性)的關(guān)系見圖6。從圖6可以看出，基礎(chǔ)油中環(huán)烷烴含量與其旋轉(zhuǎn)氧彈時(shí)間具有負(fù)相關(guān)性，即環(huán)烷烴含量越高，基礎(chǔ)油的旋轉(zhuǎn)氧彈時(shí)間越短，即氧化安定性越差。

2.8 基礎(chǔ)油環(huán)烷烴含量與黏度指數(shù)的關(guān)系

圖7 基礎(chǔ)油環(huán)烷烴含量與黏度指數(shù)的關(guān)系

基礎(chǔ)油中環(huán)烷烴含量與黏度指數(shù)的關(guān)系見圖7。從圖7可以看出，基礎(chǔ)油中環(huán)烷烴含量與其黏度指數(shù)具有近似的負(fù)相關(guān)性，即環(huán)烷烴含量越高，基礎(chǔ)油的黏度指數(shù)越低。

3 結(jié) 論

(1) 9種加氫潤滑油基礎(chǔ)油均具有硫含量較低、氧化安定性高、黏度指數(shù)高、閃點(diǎn)高、傾點(diǎn)低和酸度小等特點(diǎn)，符合高檔油品對基礎(chǔ)油的儲存及使用要求。

(2) 9種加氫潤滑油基礎(chǔ)油的飽和烴含量均較高，其中Cp均在75%以上，最高達(dá)到90.69%；總環(huán)數(shù)RT不高，最低為0.62，最高為1.70；鏈烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.4%～45.5%；總環(huán)烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52.6%～79.3%，且四環(huán)以上環(huán)烷烴含量不高；芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低為0.6%，最高為10.2%；膠質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%～0.9%。

(3) 加氫潤滑油基礎(chǔ)油的密度與RT、RA具有正相關(guān)性；折射率與CP具有負(fù)相關(guān)性，但與CA、CN則具有近似的正相關(guān)性；平均相對分子質(zhì)量與芳烴、環(huán)烷烴含量具有近似的正相關(guān)性，與鏈烷烴含量具有一定的負(fù)相關(guān)性。

(4) 加氫潤滑油基礎(chǔ)油中鏈烷烴含量與氧化安定性、黏度指數(shù)之間具有正相關(guān)性，而環(huán)烷烴含量與氧化安定性、黏度指數(shù)之間則具有負(fù)相關(guān)性。

[1] 薛衛(wèi)國，李建明，周旭光，等.加氫異構(gòu)基礎(chǔ)油的氧化安定性研究[J].潤滑與密封，2012，37(8)：107-111

[2] 曼格T，德雷澤爾W.潤滑劑與潤滑[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：35-36

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CORRELATION OF PROPERTIES AND COMPOSITIONS OF HYDROTREATED LUBE BASE OIL

Chen Wenyi， Zou Kai， Wang Xiuwen， Wu Liang

(DepartmentofPetroleumandChemicalTechnology，LiaoningShihuaUniversity，F(xiàn)ushun，Liaoning113001)

The properties and hydrocarbon compositions of 9 kinds of hydrotreated lube base oils were analyzed and their structure parameters were calculated byn-d-Mmethod. The relationships between the structure and the hydrocarbon composition of hydrotreated base oil with density， refractive index， average molecular weight were explored. At the same time， the correlations of the alkane， cyclanes content in lube base oil with viscosity index and oxidation stability were tested. The results show that the density of the base oil has a positive correlation with theRTandRA； the refractive index has an approximate positive correlation with the structure parameters (CA，CN) and a negative correlation withCP； the average molecular weight has a positive correlation with aromatic and alkane content， and a negative correlation with the paraffinicity. The paraffin content has a positive correlation with the oxidation stability and viscosity index， but naphthene content has an opposite correlation with the stability and viscosity index.

hydrotreated lube base oil； density； refractive index； structure； hydrocarbon composition； average molecular weight； viscosity index； oxidation stability

2014-03-31； 修改稿收到日期： 2014-06-16。

陳文藝，大學(xué)本科，主要從事重質(zhì)油加工及其性質(zhì)組成的研究工作。

陳文藝，E-mail：fscwy@126.com。