汽車節(jié)能技術(shù)對(duì)潤滑油及其添加劑的影響探討

袁俊洲 喬 良

（山東源根石油化工有限公司）

隨著生活水平的提高，居民擁有汽車的數(shù)量也在急劇增長(zhǎng)。2021年我國汽車保有量預(yù)計(jì)將超過3億輛，面對(duì)如此多的汽車保有量，每年產(chǎn)生的能耗巨大，這無疑加重了能源短缺的問題。在此背景下，為降低汽車的能耗，各大生產(chǎn)企業(yè)紛紛將研發(fā)重點(diǎn)放在節(jié)能技術(shù)的開發(fā)上。到目前為止，已發(fā)明很多節(jié)能技術(shù)，并被應(yīng)用到汽車設(shè)計(jì)或制造中［1］。這也給汽車業(yè)帶來了巨大的變化，其中潤滑油及其添加劑即為這些變化中的一部分。

汽車節(jié)能技術(shù)對(duì)潤滑油及其添加劑的影響深遠(yuǎn)。筆者結(jié)合前人的研究成果，對(duì)汽車節(jié)能技術(shù)影響下的潤滑油及其添加劑的進(jìn)展?fàn)顩r，著重在市場(chǎng)需求量的變化、潤滑油基礎(chǔ)油生產(chǎn)工藝的改進(jìn)、潤滑油添加劑配方的多樣化和潤滑油抗磨性能的增強(qiáng)4個(gè)方面進(jìn)行研究與分析，以期明確汽車節(jié)能技術(shù)對(duì)潤滑油及其添加劑的影響力度，以便為汽車節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。

1 汽車節(jié)能技術(shù)概況

隨著汽車保有量的逐年上升，能源消耗量也在迅猛增長(zhǎng)，這勢(shì)必加重能源匱乏的趨勢(shì)［2］。為此，各大汽車生產(chǎn)企業(yè)紛紛進(jìn)行節(jié)能改造，研發(fā)汽車節(jié)能技術(shù)。目前，汽車節(jié)能技術(shù)主要包括非直噴MP1貧燃、直噴等量燃燒、控制點(diǎn)火、可變正時(shí)及可變壓縮比等類型，應(yīng)用效果對(duì)比見表1［3］。

表1 汽車節(jié)能技術(shù)應(yīng)用效果對(duì)比

汽車節(jié)能技術(shù)大多是從發(fā)動(dòng)機(jī)著手，通過改善其運(yùn)行質(zhì)量來降低耗油量，其實(shí)與之息息相關(guān)的潤滑油及其添加劑也會(huì)受到很大的影響［4］。

2 汽車節(jié)能技術(shù)對(duì)潤滑油及其添加劑的影響

2.1 改變潤滑油及其添加劑的市場(chǎng)需求量

潤滑油的作用是保護(hù)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，減少發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部各部件之間的摩擦，提高發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行質(zhì)量，以提高對(duì)動(dòng)力能源的利用率。而添加劑是一種或多種化合物，主要用來輔助潤滑油，改善潤滑油已有的一些特性或使?jié)櫥驮黾幽撤N新的特性，從而提高潤滑油在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中的工作效率［5］。因此，汽車節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用勢(shì)必會(huì)改變潤滑油及其添加劑的市場(chǎng)需求量，2009～2019年國內(nèi)汽車潤滑油市場(chǎng)規(guī)模和消費(fèi)量的變化見表2。

表2 2009～2019年國內(nèi)汽車潤滑油市場(chǎng)規(guī)模和消費(fèi)量的變化

由表2可知，2009～2019年我國汽車潤滑油消費(fèi)量呈先上升后下降的趨勢(shì)。前些年，為達(dá)到汽車發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能降耗的目的，加大了對(duì)潤滑油的應(yīng)用；近幾年，潤滑油生產(chǎn)企業(yè)趨于采用天然氣合成油或以高度精制基礎(chǔ)油為配方的高質(zhì)量環(huán)保型潤滑油，用量隨之減少［6］。基于上述情況，近些年潤滑油消費(fèi)量雖然下降，但其成本卻在上升，銷售價(jià)格也隨之提高，因此市場(chǎng)規(guī)模呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)［7］。

隨著生產(chǎn)商的研發(fā)，發(fā)現(xiàn)在潤滑油中加入添加劑能改善性能和提高質(zhì)量。應(yīng)用到現(xiàn)在，添加劑作為高性能潤滑油的關(guān)鍵組分，對(duì)其需求量也逐年上升［8］，由2013年的75.00萬噸增長(zhǎng)到2018年的95.90萬噸（表3），年均增長(zhǎng)4.2%。

表3 2009～2019年國內(nèi)添加劑市場(chǎng)規(guī)模和消費(fèi)量的變化

2.2 促進(jìn)潤滑油基礎(chǔ)油的生產(chǎn)工藝改進(jìn)

成品潤滑油主要由基礎(chǔ)油和添加劑組成，其中前者所占份額大于80%～95%，因而基礎(chǔ)油的性能和質(zhì)量對(duì)潤滑油的影響至關(guān)重要。基礎(chǔ)油作為原油產(chǎn)業(yè)鏈的下端產(chǎn)品，傳統(tǒng)工藝是通過蒸餾從石油中提煉而成［9］。傳統(tǒng)工藝也被稱為物理加工工藝（圖1）［10］：原油經(jīng)常壓蒸餾，蒸餾出汽油、煤油及柴油等輕質(zhì)餾分；常壓塔底渣油再經(jīng)減壓蒸餾，分離出輕、中和重質(zhì)餾分油料；減壓塔底渣油再經(jīng)丙烷脫瀝青后，制得殘?jiān)鼭櫥土希粴堅(jiān)鼭櫥土显俳?jīng)精制、脫蠟和補(bǔ)充精制，得到潤滑油基礎(chǔ)油。

圖1 物理加工工藝過程示意圖

物理加工工藝生產(chǎn)的潤滑油基礎(chǔ)油的黏度較高。目前，基礎(chǔ)油根據(jù)黏度分為：Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類（PAO）、Ⅴ類（酯類），黏度逐漸遞升（表4）。較高的黏度會(huì)增大發(fā)動(dòng)機(jī)的摩擦力、機(jī)械的攪油阻力并提高冷起動(dòng)性，從而增加燃料消耗。因此，國內(nèi)潤滑油基礎(chǔ)油的生產(chǎn)已從高速增長(zhǎng)階段轉(zhuǎn)向高品質(zhì)發(fā)展階段。

表4 潤滑油基礎(chǔ)油的分類

汽車節(jié)能技術(shù)促進(jìn)基礎(chǔ)油生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，降低了潤滑油基礎(chǔ)油的黏度［11］。目前，由于原油/原料不同，產(chǎn)品性能要求各異，許多新生產(chǎn)工藝涌現(xiàn)，最具代表性的有3種：化學(xué)工藝、物理化學(xué)聯(lián)合工藝和臨氫降凝工藝。

2.2.1 化學(xué)工藝

化學(xué)工藝的加工路線：原油→加氫裂化→催化脫蠟→加氫精制［12］，具體過程如圖2所示。

圖2 化學(xué)工藝過程示意圖

2.2.2 物理化學(xué)聯(lián)合工藝

物理化學(xué)聯(lián)合工藝的加工路線有兩個(gè)：原油→溶劑預(yù)精制→加氫裂化→溶劑脫蠟（加工路線一）、原油→加氫裂化→溶劑脫蠟→加氫補(bǔ)充精制（加工路線二）［13］，具體過程如圖3所示。

圖3 物理化學(xué)聯(lián)合工藝過程示意圖

2.2.3 臨氫降凝工藝

臨氫降凝工藝的加工路線：原料與氫氣→加熱爐→反應(yīng)器→高壓分離器分離反應(yīng)產(chǎn)物與氫氣→分餾塔→潤滑油基礎(chǔ)油［14］，具體過程如圖4所示。

圖4 臨氫降凝工藝過程示意圖

2.3 促進(jìn)潤滑油添加劑配方的多樣化

汽車節(jié)能要求潤滑油具有優(yōu)良性能，以降低對(duì)燃料的消耗，除了上述改善潤滑油基礎(chǔ)油性能的生產(chǎn)工藝外，另一個(gè)著手點(diǎn)就是在基礎(chǔ)油中加入各種添加劑，二者進(jìn)行調(diào)和，改善潤滑油已有的一些特性或使?jié)櫥途哂心撤N新的特性［15］，具體配方見表5。

表5 潤滑油添加劑配方

在上述各類潤滑油添加劑中，分散劑、黏度指數(shù)改進(jìn)劑和清凈劑是基礎(chǔ)油當(dāng)中最常加入的添加劑類型，占所有添加劑用量的65%以上。其中，分散劑對(duì)潤滑油的作用是分散發(fā)動(dòng)機(jī)油中的污物，防止污物形成沉淀；黏度指數(shù)改進(jìn)劑對(duì)潤滑油的作用是改善基礎(chǔ)油黏度、黏度指數(shù)和黏溫性能；清凈劑對(duì)潤滑油的作用是形成潤滑保護(hù)膜，隔離兩個(gè)表面使之活動(dòng)自如。

2.4 促進(jìn)潤滑油的抗磨性能增強(qiáng)

為了滿足汽車節(jié)能的要求，人們研發(fā)了多種潤滑油，但在不同組合條件下其摩擦/磨損性能和摩擦系數(shù)也不盡相同。因此，為了明確潤滑油的抗磨性能，需要進(jìn)行四球摩擦試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 潤滑油的抗磨性能

由表6可知，無論加入何種添加劑的潤滑油，其抗磨性能都比基礎(chǔ)油的抗磨性能強(qiáng)，由此說明汽車節(jié)能技術(shù)促進(jìn)潤滑油的配方升級(jí)，從而改善了潤滑油磨損性能。

3 結(jié)束語

近年來，道路上的汽車越來越多，加重了我國能源匱乏的情況。在此背景下，各種汽車節(jié)能技術(shù)涌現(xiàn)并被廣泛應(yīng)用。為此，筆者探討了汽車節(jié)能技術(shù)對(duì)潤滑油及其添加劑的影響，該影響主要表現(xiàn)在潤滑油及其添加劑市場(chǎng)需求量的變化、潤滑油基礎(chǔ)油生產(chǎn)工藝的改進(jìn)、潤滑油添加劑配方的多樣化和潤滑油抗磨性能的增強(qiáng)4個(gè)方面，為汽車節(jié)能技術(shù)的發(fā)展提供參考依據(jù)，以期早日實(shí)現(xiàn)汽車節(jié)能減排的目標(biāo)。