蘇慧君，石錦獻，代鳳

（中國石化貴州石油分公司，貴州貴陽550002）

低硫柴油潤滑性能研究現狀

蘇慧君，石錦獻，代鳳

（中國石化貴州石油分公司，貴州貴陽550002）

隨著環(huán)保法的日趨嚴格，柴油中硫含量不斷降低，柴油的潤滑性能變差。評價柴油潤滑性能的方法和發(fā)展高效抗磨劑變得非常重要。本文介紹了柴油潤滑性能的影響因素、評價方法的發(fā)展現狀以及柴油抗磨劑的研究進展，并對市售車用柴油的重要性能指標進行了分析。

潤滑性；HFRR；抗磨劑

近年來，隨著人們生活水平的日益提高，汽車行業(yè)得以飛速發(fā)展，但隨之而來霧霾、酸雨等環(huán)保問題不斷。生產清潔燃料和控制汽車尾氣有害物質的排放量迫使各國煉油技術不斷改進和提升。與汽油相比較，柴油組分的相對分子質量要更大，分子結構更為復雜，所含雜環(huán)類化合物更多。而柴油中的雜原子硫主要以SOx的形式排放到大氣中，SOx通過進一步反應形成酸雨的主要成分硫酸，以及微顆粒（PM）的主要成分硫酸鹽。為了降低對環(huán)境的污染，2017年1月1日起我國全面開始實施的國Ⅴ標準中，明確規(guī)定車用柴油中硫含量由國Ⅳ標準中不大于50 mg/kg降低至不大于10 mg/kg[1，2]。加氫裂化和加氫精制等深度脫硫工藝的成熟能夠大大降低柴油中的硫含量，與此同時，柴油的潤滑性能遇到了新的考驗。如果柴油的潤滑性能不好，則會導致發(fā)動機中柱塞與套筒、針閥與針閥體、出油閥和閥座等精密偶件過度磨損、燃油霧化不良、發(fā)動機怠速不穩(wěn)或功率不足等嚴重問題[3]。

目前，國內外關于柴油中真正發(fā)揮潤滑作用的成分還存在爭議。有人認為，在燃料中的硫、氮等雜原子化合物都不可能是有效的抗磨劑，最有可能的抗磨劑是芳烴。Appedorn[4]認為噴氣燃料的潤滑性取決于其中痕量的極性化合物。Vere[5]認為最強有力的抗磨雜質是燃料中的活性組分雜環(huán)硫化物。有人認為不同基礎油對燃料中天然存在的硫醚和萘對潤滑性的影響，感受性不同；也有人認為能夠發(fā)揮作用的是燃料的高分子組分?？傊?，燃料中的高分子雜原子化合物、非極性化合物、非表面活性化合物、非硫非氮極性化合物、多環(huán)芳烴等都曾被認為是決定燃料潤滑性的重要因素[6]。

1 柴油潤滑性能評價方法

為了能夠更加直觀的對柴油的潤滑性能進行評價，科研人員模擬開發(fā)了眾多的試驗方法，其中以標準試驗法高頻往復試驗（HFRR法）和球環(huán)試驗（Scuffing BOCLE法）應用最為廣泛，此外還有四球試驗、臺架試驗等模擬評定方法。

1.1 高頻往復試驗

20世紀80年代初，Wei和Spikes首先開發(fā)了測定柴油潤滑性的高頻往復試驗HFR（High Frequency Reciprocating）法，并系統(tǒng)地開始研究柴油的潤滑性能[7－11]。在實際的失效分析中發(fā)現，分配的泵中出現了嚴重的黏著磨損（Adhesive wear）和微動磨損（Fretting wear）。黏著磨損為主要磨損，導致嚴重損失泵功率、驅動性差，短期內失效；其次是微動磨損，使得原設計的性能緩慢喪失，排放物逐漸增加。在此基礎上英國帝國學院摩擦學實驗室于90年代初重新設計了HFR試驗機，采用計算機控制、測量和記錄全部試驗參數，使用便捷，提高了重復性和再現性。改進后的HFR試驗機測試柴油潤滑性的方法分為兩個子程序，模擬黏著磨損和模擬微動磨損。而HFR試驗方法也進一步發(fā)展成為了國際（ISO）、歐洲（CEC）及美國（ASTM）等普遍使用的潤滑性評定標準方法，即HFRR（High Frequency Reciprocating rig）法。我國《車用柴油》標準中對柴油潤滑性能的評定，就采用了HFRR法的測試結果為標準。中國石化行業(yè)也參照該法制定了石化行業(yè)標準，規(guī)定測量所得磨斑直徑經過校正后即作為柴油潤滑性能評定值（即WS1.4值），WS1.4值在460 μm以下時，柴油潤滑性能達標要求[12]。

1.2 球環(huán)試驗（BOCLE）

球環(huán)試驗（Ball-on-Cylinder Lubricity Evaluator即BOCLE）是一種廣泛應用于評價低硫柴油潤滑性能的試驗方法[13]。美國西南研究所Lancy[14]在該法原有的只用于測定噴氣燃料潤滑性的基礎上進一步發(fā)展了逐級加載的Scuffing BOCLE，使之同樣適用于柴油潤滑性能的測定。1992年，經國際標準化組織（ISO）協(xié)調，由SC/WG6工作組對柴油潤滑性能評定方法進行了系統(tǒng)評估，獲得了美國材料試驗協(xié)會（ASTM）的認可，成為標準試驗方法ASTM D6078[15-17]。

1.3 四球試驗

四球試驗是指在規(guī)定的負荷下，上面一個鋼球對著表面涂有試樣的下面靜止的三個鋼球以一定的轉速旋轉。一定時間后測量下面三個鋼球的磨跡直徑來判斷試樣的潤滑性能。相比于高頻往復試驗和球環(huán)試驗所采用的進口設備、配件，四球試驗機克服了試驗成本高的缺點，而且操作簡便、快捷，是目前國內實驗室里使用最為普遍的油品潤滑性能評定設備。大量試驗數據表明該試驗方法具有良好的重復性和區(qū)分性，可以較為客觀、準確的反映柴油的潤滑性能，且試驗數據與HFRR試驗方法所得結果具有一定的相關性[18]。

2 低硫柴油抗磨劑的研究進展

隨著環(huán)保法的日趨嚴格，市售國Ⅴ柴油中硫的最高含量已降低至10 mg/kg。柴油煉制過程中的脫硫工藝將柴油中多環(huán)芳烴、氮化物、氧化物和硫化物等天然潤滑劑的分子結構破壞，導致含量降低，造成了低硫柴油的潤滑性能差的問題。清潔柴油雖然也具有潤滑性能，可以在一定程度上減少金屬摩擦表面的磨損，但只能形成非常薄的油膜，油膜的熱穩(wěn)定性與機械強度都不足以對摩擦表面起到真正的保護作用。

現行的解決方法中，向低硫柴油中添加潤滑劑（抗磨劑）是最為簡單、經濟且行之有效的。目前，應用較多的主要有三類抗磨劑：脂肪酸酯型抗磨劑、脂肪胺鹽或酰胺衍生物型抗磨劑、混合型抗磨劑[19]。

2.1 脂肪酸酯型抗磨劑

脂肪酸酯型抗磨劑主要由長鏈不飽和酸與多元醇制備而成的脂肪酸單酯和脂肪酸多元酯。試驗研究表明對于同一種脂肪酸的酯，乙酯比甲酯的抗磨性能好，Anastopoulos G等[20]通過研究脂肪酸鏈長度對低硫柴油潤滑性能的影響發(fā)現，脂肪酸鏈越長的脂肪酸酯抗磨效果越好，且脂肪酸多元酯比單元的效果好。

脂肪酸酯因化合物中含有極性雜原子O而具有良好的極性，易吸附在摩擦表面上形成具有一定強度的吸附膜，從而達到潤滑作用。脂肪酸酯的酸值較低，對柴油機的腐蝕弱，與其他油品添加劑混合使用效果好，且化合物中不含有S、N等雜原子，不會引入新的有害雜質，是目前應用最多的柴油抗磨劑產品。

表1 0#車用柴油（Ⅴ）主要性能指標

2.2 脂肪胺鹽或酰胺衍生物型抗磨劑

一些專利中提出脂肪酸與脂肪胺反應制備的鹽類或酰胺類物質作為抗磨劑可以有效改進柴油的潤滑性能。試驗結果顯示，脂肪胺鹽或酰胺衍生物的抗磨作用與其濃度關系密切，但并非濃度越大抗磨性能越好，一般在特定濃度范圍內才能起到有效的抗磨作用，若濃度不合適，對于柴油潤滑性能的改善效果不明顯，同時也會引入N原子，使得尾氣污染物增多。

值得注意的是該類化合物一般具有較高的酸值，不僅對柴油機有一定的腐蝕作用，還易與柴油機潤滑油中所含的堿性成分反應，產生不溶于油的顆粒物質分散于氣缸內，會加劇部件之間的磨損[15，21]。

2.3 混合型抗磨劑

實際生產工作中，考慮環(huán)保、成本等有關因素，一般將兩種或兩種以上的抗磨劑混合使用，以達到比單一種類抗磨劑更好的潤滑效果。專利WO2002100987介紹了脂肪酸-脂肪酸酯-脂肪酸胺為組分的混合型柴油潤滑劑[22]。Exxon公司開發(fā)的以烷氧基低聚物和芳香酯化物復配而成的抗磨劑，有效地提高了柴油抗磨性能[16，23]。

以市售0#車用柴油（Ⅴ）為例，貴州部分在營加油站中售出的0#車用柴油（Ⅴ）的主要性能指標（見表1）。

3 結語

為了滿足越來越苛刻的汽車尾氣排放標準，車用汽柴油中硫含量逐年下降，柴油中天然存在的潤滑劑也隨之降低，柴油抗磨性能變差。由表1可知，油工藝發(fā)展迅速，可以同時滿足柴油的硫含量和潤滑性能要求。但柴油中硫含量標準的一再降低，使得改善柴油潤滑性能的技術面臨著更大的挑戰(zhàn)。進一步開展柴油潤滑機理研究，對于尋找高效、環(huán)保和穩(wěn)定性能好的抗磨劑有不可替代的重要意義。

［1］GB 19147-2013《車用柴油（Ⅳ）》［S］.2013.

［2］GB 19147-2013《車用柴油（Ⅴ）》［S］.2013.

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The current state of research on low sulfur diesel fuel lubricity

SU Huijun，SHI Jinxian，DAI Feng
（Guizhou Oil Products Company，Sinopec，Guiyang Guizhou 550002，China）

Increasingly strict law of environmental protection on the sulfur content of commercial petroleum diesel fuels result in the lubricity of these fuels.It becomes very significant to develop high efficiency anti-wear agents and evaluate the lubricity of diesel fuel.This paper outlines the influence on the diesel fuel lubricity,the current state of research on evaluation method and anti-wear agents.The property index of commercial diesel fuels were analyzed.

lubricity；HFRR；anti-wear agent

TE624.24

A

1673-5285（2017）06-0009-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.06.003

2017－04-20

蘇慧君，女（1990-），碩士研究生，助理工程師，現主要從事成品油質檢管理和檢測相關工作，郵箱：suhuijun24@163.com。