幾種加氫潤滑油基礎油性質和組成的研究

陳文藝，鄒 愷，王秀文，吳 亮

(遼寧石油化工大學石油化工學院，遼寧 撫順 113001)

幾種加氫潤滑油基礎油性質和組成的研究

陳文藝，鄒 愷，王秀文，吳 亮

(遼寧石油化工大學石油化工學院，遼寧 撫順 113001)

通過對9種加氫潤滑油基礎油的主要性質及組成進行分析，并采用n-d-M法計算其結構族組成參數，依據其性質與組成的關系，對加氫潤滑油基礎油的密度、折射率、平均相對分子質量與結構組成以及烴類組成進行關聯，同時對加氫潤滑油基礎油中的鏈烷烴、環烷烴含量與黏度指數、氧化安定性進行關聯。結果表明：9種加氫潤滑油基礎油的密度與總環數和芳環數具有正相關性；折射率與結構組成參數(芳碳率、烷基碳率)具有近似的正相關性，而與烷基碳率具有負相關性；平均相對分子質量與芳烴、環烷烴含量呈正相關性，而與鏈烷烴含量則呈負相關性；鏈烷烴含量與氧化安定性、黏度指數也具有正相關性，但環烷烴含量與氧化安定性、黏度指數則呈現負相關性。

加氫潤滑油基礎油 密度 折射率 結構組成 烴類組成 平均相對分子質量 黏度指數 氧化安定性

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

1 實 驗

1.1 原 料

實驗所用加氫潤滑油基礎油(以下簡稱基礎油)均為國內潤滑油生產企業生產，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；閃點采用GB/T267—1988方法測定；平均相對分子質量采用VPO方法測定；濁點采用SH/T0179—1992方法測定；傾點采用GB/T3535—1983方法測定；殘炭采用SH/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；運動黏度采用GB/T265—1988方法測定；烴類組成采用EVERY109.MT型質譜儀測定。

2 結果與討論

2.1 基礎油的理化性質

9種基礎油的主要性質見表1。由表1可以看出：9種基礎油的硫含量均較低，最高硫質量分數為58.5 μg/g，其中有6種基礎油的硫質量分數為3.0～19.9 μg/g；9種基礎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；平均相對分子質量為374.6～510.3；旋轉氧彈時間均在220 min以上；傾點均較低，在-17.0～-8.5 ℃；黏度指數均在100以上，最高達到126；酸度均較小，最高的只有0.628 7 mg KOH/(100 mL)；閃點都較高。

表1 9種基礎油的主要性質

9種基礎油的結構族組成見表2。表2中數據是依據n-d-M法計算所得。從表2可以看出，9種基礎油的飽和烴含量均較高，表現為烷基碳率(Cp)均在75%以上，最高Cp達到90.69%，總環數(RT)不高，最低為0.62，最高為1.70。

9種基礎油的烴類組成見表3。從表3可以看出：9種基礎油的鏈烷烴質量分數為17.4%～45.5%；總環烷烴質量分數為52.6%～79.3%，且四環以上環烷烴含量不高；芳烴質量分數最低為0.6%，最高為10.2%；膠質質量分數為0.2%～0.9%。

表2 9種基礎油的結構組成

注：CA，CN，CP，CR分別為芳碳率、環烷碳率、烷基碳率、總環碳率；RA，RN，RT分別為芳環數、環烷碳數、總環數。

2.2 基礎油密度與結構參數的關系

基礎油的密度與總環數(RT)和芳環數(RA)的關系見圖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。說明隨著基礎油的變重，基礎油中芳香組分增加的同時，環烷組分也在增加，導致RT增加幅度更大，這也可從表3數據得到驗證。

表3 9種基礎油的烴類組成 w，%

圖1 基礎油密度與RT、RA的關系◆—RT； ■—RA

2.3 基礎油折射率與結構組成的關系

基礎油折射率與結構組成參數(CA，CN，CP)的關系見圖2。從圖2可以看出，隨著基礎油折射率的增加，CP呈小幅下降趨勢，而CA和CN盡管變化規律較復雜，但總體呈現緩慢增加趨勢。因此折射率可以反映基礎油結構參數的變化情況。

圖2 基礎油折射率與結構組成參數的關系◆—CA； ■—CN； ▲—CP

2.4 基礎油平均相對分子質量與烴類組成的關系

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

圖3 基礎油平均相對分子質量與烴類組成的關系◆—鏈烷烴； ■—總環烷烴； ▲—總芳烴

2.5 基礎油鏈烷烴含量與氧化安定性的關系

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

圖4 基礎油鏈烷烴含量與氧化安定性的關系

2.6 基礎油鏈烷烴含量與黏度指數的關系

基礎油中鏈烷烴含量與黏度指數的關系見圖5。從圖5可以看出，基礎油中鏈烷烴含量與其黏度指數具有正的相關性，即鏈烷烴含量越高，基礎油的黏度指數越高。

圖5 基礎油鏈烷烴含量與黏度指數的關系

2.7 基礎油環烷烴含量與氧化安定性的關系

基礎油中環烷烴含量與旋轉氧彈時間(氧化安定性)的關系見圖6。從圖6可以看出，基礎油中環烷烴含量與其旋轉氧彈時間具有負相關性，即環烷烴含量越高，基礎油的旋轉氧彈時間越短，即氧化安定性越差。

2.8 基礎油環烷烴含量與黏度指數的關系

圖7 基礎油環烷烴含量與黏度指數的關系

基礎油中環烷烴含量與黏度指數的關系見圖7。從圖7可以看出，基礎油中環烷烴含量與其黏度指數具有近似的負相關性，即環烷烴含量越高，基礎油的黏度指數越低。

3 結 論

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

(2) 9種加氫潤滑油基礎油的飽和烴含量均較高，其中Cp均在75%以上，最高達到90.69%；總環數RT不高，最低為0.62，最高為1.70；鏈烷烴質量分數為17.4%～45.5%；總環烷烴質量分數為52.6%～79.3%，且四環以上環烷烴含量不高；芳烴質量分數最低為0.6%，最高為10.2%；膠質質量分數為0.2%～0.9%。

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

(4) 加氫潤滑油基礎油中鏈烷烴含量與氧化安定性、黏度指數之間具有正相關性，而環烷烴含量與氧化安定性、黏度指數之間則具有負相關性。

[1] 薛衛國，李建明，周旭光，等.加氫異構基礎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：化學工業出版社，2005：35-36

[3] 安軍信，王鳳娥.世界潤滑油基礎油的供需狀況和發展趨勢[J].精細與專用化學品，2007，15(10)：26-27

[4] 韋剛.發動機油發展趨勢[J].石油商技，2000，18(6)：48-50

[5] 王毓民，王恒.實用汽車潤滑技術手冊[M].北京：化學工業出版社，2005：3-8

CORRELATION OF PROPERTIES AND COMPOSITIONS OF HYDROTREATED LUBE BASE OIL

Chen Wenyi， Zou Kai， Wang Xiuwen， Wu Liang

(DepartmentofPetroleumandChemicalTechnology，LiaoningShihuaUniversity，Fushun，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，大學本科，主要從事重質油加工及其性質組成的研究工作。

陳文藝，E-mail：fscwy@126.com。