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潤滑油基礎油組成結構與油泥沉積物之間的關系

來源:七乐彩63期预测 編輯者:康鵬華彩新能源 發布日期:[2017-06-23 16:27] 瀏覽:|

潤滑油基礎油組成結構與油泥沉積物之間的關系研究周亞斌,雷愛蓮,王愛香,吳靜(中國石油蘭州潤滑油研究開發,甘肅蘭州730060)150~200粘度牌號的1、U、Ul、iV類基礎油的組成結構與油泥沉積物之間的關系,同時利用RMSXPS等分析手段對基礎油的烴類組成以及在低溫油泥試驗中產生的廢油、油泥、漆膜的化學組成進行了分析,實驗結果表明,該方法對傳統基礎油、加氫基礎油和合成基礎油的沉積物生成傾向有好的區分,基礎油中的環烷烴、芳香烴和雜原子化合物是油泥、漆膜的主要來源。另外,還考察了基礎油對分散劑的影響。

  0前言潤滑油是由不同粘度等級的基礎油配以各種具有不同功能的添加劑調合而成。對于大多數潤滑油而言,基礎油含量達80%以上,因此,基礎油質量的高低對于潤滑油性能的好壞至關重要,并在潤滑油品種的升級換代中起著十分重要的作用,因為它提供了潤滑油基本的潤滑、冷卻等性能。

  基礎油因加工工藝不同,使其化學組成存在很大的差異,從而導致其性能以及對添加劑的感受性也有很大的不同。

  近年來,隨著各種分析手段的發展和性能評價手段的提高,外科研工作者在潤滑油基礎油的結構組成與性能之間的關系方面做了大量的研究工作。但從研究的內容看,大多集中在基礎油的結構組成與氧化安定性之間的關系研究11-51,以及潤滑油基礎油的低溫性能方面的研究171,由于潤滑油基礎油組成和油品生成沉積物的復雜性,使得從組成上研究基礎油與低溫沉積物之間關系的報道比較少。JASup等人使用不同結構組成的基礎油進行了MS呈序VE臺架試驗。試驗表明基礎油中的硫對油泥的形成有促進作用,能加速油泥的形成;芳烴,特別是強極性的芳烴在MSg序VE試驗中是理想組分,他認為這是因為強極性組分提高了對油泥的溶解;另外,增加基礎油中多環芳烴含量可導致活塞漆膜的增多,清凈性變差?;褂醒芯勘礱鰨漢ズ吞?,特別是烷烴更多的、I、V類基礎油,在MS程序vE中對添加劑的感受性比傳統的I類基礎油明顯要好|91.華東理工大學的陳士鋒等人也進行了這方面的研究|1(121.他們以對比研究的方法,考察了傳統的溶劑精制工藝生產的基礎油和加氫異構脫蠟工藝生產的基礎油的低溫油泥生成特性。然而在潤滑油基礎油的油泥沉積物形成及分析方面的基礎研究工作尚存在不足。

  相對于費用昂貴、耗時較多的臺架試驗和行車試驗來說,實驗室模擬試驗在基礎應用研究方面有著簡單、經濟、快捷的優勢。本研究采用了蘭州研發自主研發的低溫油泥模擬試驗機考察了150~200粘度牌號的I、、I、W類基礎油的結構組成與油泥沉積物之間的關系以及對分散劑的感受性,同時利用RMSXPS等分析手段對基礎油的烴類組成以及在油泥試驗中產生的廢油、油泥、漆膜的化學組成進行了分析,初步分析了基礎油結構組成對沉積物的影響,以對基礎油資源的合理利用提供技術支持。

  1試驗部分11試驗用基礎油表1試驗用基礎油基礎油編號基礎油牌號備注I類W類12基礎油烴類組成分析先采用柱色譜分析方法將基礎油分離,分別得到飽和烴和芳烴組分,再將飽和烴和芳烴組分在質譜分析儀上進行進一步的烴類組成分析,即可得到鏈烷烴、不同環數的環烷烴和不同環數的芳香烴等烴類組成。

  3性能試驗在低溫油泥試驗中,采用蘭州潤滑油研究開發自主研制的低溫油泥模擬試驗機,其試驗大綱如下:將比例的促進劑加入到裝有量的基礎油的反應管中,加熱反應管到的溫度。流速的―定流速的混合后通入反應管使其反應的時間,反應結束后,用正己烷沖洗反應管,得到沉積在反應管壁上的沉積物,在溫度下烘干稱重,稱之為漆膜;同時用正己烷稀釋試樣并離心分離,對離心分離出的沉積物同樣烘干稱重,稱之為油泥,用油泥與漆膜的總量表示基礎油的低溫沉積物生成傾向,同時對反應后的基礎油經離心分離后的正己烷提取物稱之為廢油。

  14廢油和沉積物組成分析將以上兩個模擬試驗所得到的廢油、油泥、漆膜分別進行紅外光譜和X射線光電子能譜分析,用以判斷基礎油在試驗前后化學組成的變化、分析檢測油泥及漆膜的化學組成。本研究工作所采用的紅外光譜儀為美國NC1公司的Mana一R550型傅立葉變換紅外光譜儀,X射線光電子能譜儀為英國VGcnf公司的ESGAAB210型光電子能譜儀。

  2結果與討論1基礎油基本性能分析試驗用基礎油基本性能分析數據見表2表2基礎油基本分析數據編號基礎油牌號1飽和烴,%芳烴,%分類分析表2的數據可以看出,對于不同加工工藝條件下生產的相同粘度牌號的基礎油,在族組成、硫氮含量以及粘溫性方面差異很大。同為I類的溶劑精制基礎油,由于不同的生產廠家采用不同的精制工藝,也使得其生產的基礎油在性能和組成方面存在很大的差異。但同為類的加氫基礎油,不同廠家生產的基礎油,其性能和組成的差異就很小。總體上來說,從傳統工藝生產的I類溶劑精制油,到采用加氫工藝生產的、11類加氫油,再到采用化學方法合成的W類合成油PA的技術發展,反映了潤滑油基礎油的發展趨勢,即提高基礎油中飽和烴含量、降低芳烴及硫、氮含量、改善粘溫性能是潤滑油基礎油升級換代的主攻方向。

  22烴類組成分析表3、表4為試驗用基礎油的烴類組成分析數據。分析表3表4的數據可以看出:溶劑精制基礎油中飽和烴主要以環烷烴的形式存在,鏈烷烴的含量均較低。加氫基礎油中飽和烴中的鏈烷烴和總環烷烴含量基本接近。只有5號的總環烷烴含量較高,而鏈烷烴的含量則較低。

  在環烷烴構成方面,大多數基礎油中的環烷烴主要以四環以下為主,而1號溶劑精制油和6號HVH150加氫處理油的環烷烴分布較寬,除了以四環以下的環烷烴為主外,還含有少量的五環環烷烴和六環環烷烴,而且1號溶劑精制油五環環烷烴和六環環烷烴的含量遠高于6號HVH150加氫處理油。

  在芳烴構成方面,溶劑精制基礎油主要以單環芳烴為主,同時含有少量的雙環芳烴以及微量的稠環芳烴和噻吩含硫化合物,但3號溶劑精制基礎油的芳烴含量遠低于1號和2號的溶劑精制基礎油,尤其是單環芳烴和雙環芳烴。加氫基礎油的芳烴含量,以至于質譜分析方法無法分辨出其詳細組成。

  表3基礎油飽和烴組成%編號基礎油鏈烷烴― -環環烷烴二環環烷烴三環環烷烴四環環烷烴五環環烷烴六環環烷烴總環烷烴飽和烴表4基礎油芳烴組成編號基礎油總單環芳烴總雙環芳烴總三環芳烴總四環芳烴總五環芳烴總噻吩未鑒定芳烴總芳烴23基礎油的低溫沉積物生成傾向基礎油的低溫沉積物生成傾向考察結果見表表5基礎油低溫沉積物生成傾向編號基礎油油泥/mg漆膜/mg沉積物總量/mg備注I類W類分析表5的試驗結果,可以得到以下結論:基礎油中的環烷烴和芳烴組分容易發生氧化硝化反應,從而加重沉積物的生成?;∮橢薪細叩腟N含量也能促進沉積物的生成,另外,基礎油中的多環環烷烴,如五環環烷烴和六環環烷烴的存在也能加重沉積物的生成?;∮橢械幕吠樘攘賜樘追⑸躉拖躉從?,從而加重油泥的生成。

  為了研究沉積物產生的原因,我們對1號基礎油新油、模擬試驗產生的廢油(正己烷提取物)、離心分離的油泥進行了R分析,譜圖見、及同時,對模擬試驗產生的油泥及漆膜進行了XPS分析,結果見是一個典型的基礎油紅外光譜圖。2924的面內彎曲振動,722m-是一(CH)n―的面外搖m-、2854m-處的強吸收是一C3和一C2的伸擺振動。

  從中各峰的吸收與新油()對比,不難別出現了羰基化合物、含氮化合物和含硫化合物的發現,廢油在1713 1631cT1和1157cT1分吸收峰。這一結果表明:在整個模擬試驗過程中,基礎油MVI200從新油到廢油經歷了氧化、硝化和硫化等復雜的衰敗過程。在的3238m-1處出現了羥基化合物的吸收峰,同時在譜圖的3440m-1處有一吸收寬峰,這一明顯特征表明,在油泥中含有締合態的一田此外,與對比,中羰基化合物、含氮化合物和含硫化合物的吸收峰明顯要強,這說明在基礎油衰敗后的大部分氧化產物、硝化產物和硫化產物都集中在油泥中。

  到1是模擬試驗所得到的油泥和漆膜的X射線光電子能譜圖(XPS,表6和表7分別是油泥和漆膜的XPS元素定性分析結果。通過油泥和漆膜中CSON四種活性元素在不同化學環境下的結合能,從而分析鑒定油泥和漆膜中這四種元素的化學形態。

  吸收峰代號結合能/V含量,%由和表6可以看出,試驗油泥中除了含有大量的含碳化合物之外,還含有含氧、含硫、含氮化合物,而在這三種雜原子化合物中,氧化物占大多數。根據分析結果可知,碳化物是以C一C鍵為主的烴類化合物(285V,相對含量占到84%,氧化物、硫化物和氮化物均以兩種不同的化學形態而存在。

  由可知,兩種硫化物分別是硫酸鹽(169. 17eV)和磺酸鹽(16585V)。說明氮化物為硝酸鹽(40582V)和亞硝酸鹽(401.明氧化物是由有機酸(52972eV)羧酸和無機酸(3249V)碳酸構成的。

  漆膜的XPS定性分析普圖表7XPS元素定量分析結果(漆膜)吸收峰代號結合能/V含量,%1s532基礎油結合能/eV由和表7可以看出,試驗漆膜中除了含有大量的含碳化合物之外,還含有含氧、含硫、含氮化合物,而在這三種雜原子化合物中,氧化物又占大多數。根據分析結果可知,碳化物是以C-C鍵為主的烴類化合物(285V)相對含量占到62%,氮化物存在著兩種形態,而氧化物與硫化物只有一種形態,這就是漆膜和油泥在化學形態上存在差異的大特點。

  由可知,硫化物是硫酸鹽(169.明在漆膜中硫化物進一步反應,終形態硫酸鹽。0說明氮化物為硝酸鹽(406 18eV)和亞硝酸鹽(40144eV)。1證明氧化物是無機酸(532 58eV碳酸,說明漆膜中的氧化物也是氧化反應的終形態無機酸。

  24基礎油對分散劑的感受性本研究中考察了不同基礎油對同一種無灰分散劑的感受性。為此,選擇了溶劑精制基礎油、加氫處理基礎油以及PAO合成基礎油各一個,分別加入T61A無灰分散劑,進行了清凈分散性考察,加劑量均為3%結果見23 2不同基礎油對T161A的感受性考察(油泥)分析2的結果可知:加入等劑量的無灰分散劑T61A溶劑精制油HV150產生的油泥較多,加氫油HVH150次之,合成油產生的油泥較少,這與基礎油本身的考察結果是一致的。但從T61八無灰分散劑的加入,對基礎油本身產生的油泥改善程度來看,溶劑精制基礎油HV150的效果為明顯,合成油差,主要原因是由于基礎油中的芳烴組分能促進對油泥的溶解所致。

  3不同基礎油對T161A的感受性考察(漆膜)分析3的結果可知:等劑量的無灰分散劑T61A分別加入3種不同工藝生產的基礎油中,漆膜生成量均有顯著改善,溶劑精制油HV150下降81%加氫油下降82%,合成油下降89%,比較而言,合成油更為顯著,說明合成油對無灰分散劑T61A在清凈性方面的感受性更好。

  3結論基礎油中的環烷烴、芳香烴和含硫、氮的雜原子化合物是油泥、漆膜的主要來源。

  XPS分析表明:基礎油經低溫氧化硝化反應后,產生的油泥沉積物中的氧化物、硫化物和氮化物均以兩種不同的化學形態存在,而在產生的漆膜沉積物中的氧化物與硫化物只有一種化學形態,說明漆膜是油泥進一步反應的產物。

  基礎油中的芳烴組分在促進油泥溶解方面是理想組分,加氫油和合成油在此方面的不足需要功能添加劑彌補。
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文章標題:潤滑油基礎油組成結構與油泥沉積物之間的關系

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