潤滑油基礎(chǔ)油組成及物性

礦物基礎(chǔ)油是由高沸點(diǎn)、高相對分子質(zhì)量烴類和非烴類的混合物經(jīng)一系列加工而得，主要由烷烴、環(huán)烷烴、芳烴、多環(huán)芳烴等烴類化合物，以及含硫、含氮、含氧有機(jī)化合物和膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等非烴化合物組成；基礎(chǔ)油的組成雖然復(fù)雜，但從族組成看，主要由飽和烴（鏈烷烴和環(huán)烷烴）、芳烴和極性化合物等組成。




　　低溫動力粘度（簡稱CCS，下同）是油品在低溫、高剪切速率條件下測得的內(nèi)摩擦力大小的量度，是冬用型及多級內(nèi)燃機(jī)油的重要性能指標(biāo)之一，能反映內(nèi)燃機(jī)油低溫性能的好壞以及預(yù)測發(fā)動機(jī)在低溫條件下能否順利啟動。基礎(chǔ)油的低溫動力粘度與其組成有很大的關(guān)系，基礎(chǔ)油因生產(chǎn)工藝的不同而產(chǎn)生的組成的變化會導(dǎo)致其物理性質(zhì)發(fā)生變化，同時這些變化也會相應(yīng)帶來低溫動力粘度的變化。研究基礎(chǔ)油組成及物理性質(zhì)與低溫動力粘度的關(guān)系，對掌握基礎(chǔ)油低溫動力粘度的變化規(guī)律具有較為重要的意義，對內(nèi)燃機(jī)油的生產(chǎn)成本及產(chǎn)品質(zhì)量控制也具有指導(dǎo)意義。




　　1不同生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)油組成的差異

      1.1溶劑精制工藝與加氫工藝生產(chǎn)的基礎(chǔ)油的組分差異溶劑精制工藝主要是用來生產(chǎn)I類基礎(chǔ)油，該工藝主要是利用原油餾分中的不同烴類在溶劑中的溶解度不同而進(jìn)行理想組分與非理想組分的分離，除去了原料油中的大部分非理想組分（多環(huán)芳烴、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)），得到I類基礎(chǔ)油，生產(chǎn)過程基本以物理過程為主，不改變烴類結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)的基礎(chǔ)油質(zhì)量取決于原料中理想組分的含量和性質(zhì)。該工藝生產(chǎn)的基礎(chǔ)油飽和烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)<90 %，芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)>10°%，主要為輕芳烴，也含有少量的中芳烴和重芳烴，硫、氮含量較高，油品質(zhì)量較差。




　　基礎(chǔ)油加氫工藝的主要化學(xué)反應(yīng)包括以下幾個方面：（1）稠環(huán)芳烴加氫生成單環(huán)和雙環(huán)芳烴或稠環(huán)環(huán)烷烴；（2）稠環(huán)環(huán)烷烴部分加氫開環(huán)，生成帶長側(cè)鏈的少環(huán)（單環(huán)和雙環(huán)等）環(huán)烷烴；（3）正構(gòu)烷烴或分支程度低的異構(gòu)烷烴臨氫異構(gòu)為分支程度高的異構(gòu)烷烴；（4）同時脫除氮、硫、氧雜原子，并使烯烴飽和。加氫基工藝生產(chǎn)的基礎(chǔ)油飽和烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)可高達(dá)99%以上，芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)<1%，且都為輕芳烴。另外，由于經(jīng)過加氫處理或加氫裂化，基礎(chǔ)油中硫、氮含量也極低。




　　與加氫工藝生產(chǎn)的基礎(chǔ)油相比，溶劑精制生產(chǎn)的基礎(chǔ)油含有較多的多環(huán)芳烴、雜環(huán)化合物等非理想組分，這些組分的存在使I類基礎(chǔ)油在許多物理性質(zhì)方面存在與加氫基礎(chǔ)油差異較大的情況。




　　1.2不同加氫工藝生產(chǎn)的基礎(chǔ)油組分差異目前基礎(chǔ)油的加氫工藝主要有：加氫精制、加氫處理、加氫裂化、加氫催化脫蠟、加氫異構(gòu)脫蠟等。其中加氫精制和加氫處理工藝條件比較溫和，一般是進(jìn)行S、N等雜質(zhì)的脫除，對烯烴、芳烴進(jìn)行飽和。加氫裂化、催化脫蠟、加氫異構(gòu)脫蠟反應(yīng)條件比較苛刻，發(fā)生了斷鍵裂化、異構(gòu)化等反應(yīng)，大大改變了烴類的分子結(jié)構(gòu)，所以不同的加氫工藝生產(chǎn)的基礎(chǔ)油組分也存在較大的差異。




　　m類基礎(chǔ)油的生產(chǎn)中一般都采用加氫裂化以及異構(gòu)脫蠟的工藝，與類基礎(chǔ)油相比，其組分中的環(huán)烷烴和芳烴的含量更少。




　　2基礎(chǔ)油的低溫動力粘度與其組成及物理性質(zhì)的關(guān)系由于加工工藝的不同，基礎(chǔ)油的組分相差很大，因此也引起了基礎(chǔ)油各種物理性質(zhì)的變化。基礎(chǔ)油的物理性質(zhì)有很多，但是與低溫動力粘度關(guān)系較為密切的物理性質(zhì)主要有運(yùn)動粘度、粘度指數(shù)、密度這三項(xiàng)。




　　2.1低溫動力粘度與運(yùn)動粘度及組成的關(guān)系運(yùn)動粘度是評定油品流動性的指標(biāo)，粘度值就是用以表示流體運(yùn)動時分子間摩擦阻力大小的指標(biāo)。所以說，基礎(chǔ)油的運(yùn)動粘度與其組成中分子的大小及結(jié)構(gòu)有密切的關(guān)系，烴類的粘度與其分子結(jié)構(gòu)、分子大小、環(huán)的數(shù)目和類型有關(guān)。




　　從一般的經(jīng)驗(yàn)可知，基礎(chǔ)油的低溫動力粘度是隨著其運(yùn)動粘度的增大而增大的，這也和其組分中的餾分范圍有很大關(guān)系，餾程越高的基礎(chǔ)油，組成中的重組分含量也越高，所以運(yùn)動粘度也就越高，低溫性能也就越差。選取了中國石化茂名分公司生產(chǎn)的不同餾分（減二線、減三線、減四線）的I類基礎(chǔ)油（粘度指數(shù)都為95），分別測定了基礎(chǔ)油的運(yùn)動粘度和低溫動力粘度，基礎(chǔ)油-15C的低溫動力粘度隨40C的運(yùn)動粘度的變化情況如所示：從中可以看出，同種類基礎(chǔ)油低溫動力粘度與其運(yùn)動粘度的具有較高的相關(guān)性，是成正相關(guān)關(guān)系，主要的因素是受基礎(chǔ)油的餾分影響。可以得出以下結(jié)論：同種類的基礎(chǔ)油，隨其餾程范圍及運(yùn)動粘度的增大，低溫動力粘度也增大。所以說同種基礎(chǔ)油運(yùn)動粘度引起的低溫動力粘度變化主要是受餾分變化的影響。




　　王俊（1982-），男，河南信陽人，碩士研究生，工程師，主要從事潤滑油生產(chǎn)工藝管理及新產(chǎn)品開發(fā)等工作。




　　不同種類基礎(chǔ)油低溫動力粘度的變化除了受餾分的影響外，還與其精制程度有關(guān)：相同餾分的基礎(chǔ)油，精制程度越高，含有的芳烴及雜環(huán)化合物也越少，粘度也越低，低溫動力粘度也相應(yīng)越低，這主要基礎(chǔ)油的粘度指數(shù)有很大的關(guān)系，將在2.2節(jié)中進(jìn)行闡述。




　　2.2基礎(chǔ)油低溫動力粘度與粘度指數(shù)及組成的關(guān)系粘度指數(shù)（用VI表示，下同）是反映基礎(chǔ)油粘溫性質(zhì)的指標(biāo)，是基礎(chǔ)油化學(xué)組成的函數(shù)，以非常簡單的形式反映了基礎(chǔ)油的烴組成。潤滑油基礎(chǔ)油的組成中，正構(gòu)烷烴的粘溫性質(zhì)較好，分支程度較小的異構(gòu)烷烴的粘溫性質(zhì)比正構(gòu)烷烴的稍差，隨著其分支程度的增大，粘溫性質(zhì)越來越差。環(huán)狀烴（包括環(huán)烷烴和芳香烴）的粘溫性質(zhì)都比鏈烷烴的差，當(dāng)分子中的環(huán)數(shù)增多時，粘溫性質(zhì)顯著變差，甚至變?yōu)樨?fù)值。當(dāng)分子中環(huán)數(shù)相同時，其側(cè)鏈越長則粘溫性質(zhì)越好，側(cè)鏈上如有分支也會使粘度指數(shù)下降。




　　不同加工工藝的基礎(chǔ)油對比來看，溶劑精制工藝生產(chǎn)的I類基礎(chǔ)油由于含有較多比例的多環(huán)烷烴、多環(huán)芳烴等，所以其粘度指數(shù)較加氫工藝生產(chǎn)的低。同時也可看出基礎(chǔ)油的精制程度越高，多環(huán)烷烴和多環(huán)芳烴的含量越低，其粘度指數(shù)越高，粘溫性能也越好。




　　基礎(chǔ)油的低溫動力粘度與其組成密切相關(guān)，而粘度指數(shù)又能較好地反映基礎(chǔ)油組成變化以及精制程度的情況，所以粘度指數(shù)也是影響基礎(chǔ)油低溫動力粘度的一個重要因素。選取了運(yùn)動粘度相近的（V4約為32.5左右）幾種不同種類基礎(chǔ)油，分別測定了各基礎(chǔ)油的粘度指數(shù)和-15°C的低溫動力粘度，基礎(chǔ)油的低溫動力粘度隨粘度指數(shù)（VI）的變化情況如所示：粘度指敗（VI>基礎(chǔ)油低溫動力粘度與粘度指數(shù)的關(guān)系Fig.2RelationshipofCCSandVIfor從中可以看出，基礎(chǔ)油低溫動力粘度與粘度指數(shù)成反相關(guān)關(guān)系，相同粘度的基礎(chǔ)油，隨著粘度指數(shù)的增大，基礎(chǔ)油的低溫動力粘度也隨之降低，這也說明粘度指數(shù)能夠較好地反映出基礎(chǔ)油低溫動力粘度隨其組成及粘度指數(shù)的變化情況：基礎(chǔ)油中多環(huán)烷烴和多環(huán)芳烴等非理想組分含量越低，基礎(chǔ)油的粘度指數(shù)就越高，其低溫動力粘度就越小，這個規(guī)律也能很好地反映出基礎(chǔ)油的精制程度。




　　2.3低溫動力粘度與密度及組成的關(guān)系基礎(chǔ)油的密度主要反映了基礎(chǔ)油的餾程和平均分子量的變化情況，而低溫動力粘度又與基礎(chǔ)油的組分變化密切相關(guān)，所以說密度也是低溫動力粘度的一個重要函數(shù)。




　　密度也可以近似地判斷基礎(chǔ)油的化學(xué)組成，一般的規(guī)律是烴類的碳原子數(shù)越多，相對分子質(zhì)量越大，其密度也越大；分子中的碳原子數(shù)相同時，芳香烴的相對密度排第一，環(huán)烷烴的次之，烷烴的排第三。




　　基礎(chǔ)油的低溫動力粘度與密度的關(guān)系，一般是與基礎(chǔ)油的餾程及組成相關(guān)。選取了中國石化茂名分公司生產(chǎn)的不同餾分（減二線、減三線、減四線）的基礎(chǔ)油，分別進(jìn)行了低溫動力粘度（-15C）和密度（20C）的測定，測定結(jié)果如所示：從中可以看出，低溫動力粘度是隨基礎(chǔ)油密度增大而增大的，基礎(chǔ)油組分的餾程越高，重組分含量越高，平均分子量越大，密度就越大，低溫動力粘度也越大，所以低溫動力粘度與密度是成正相關(guān)關(guān)系。




　　3基礎(chǔ)油低溫動力粘度與其物理性質(zhì)的函數(shù)關(guān)系

      3.1函數(shù)關(guān)系式的建立基礎(chǔ)油的低溫動力粘度可以采用數(shù)據(jù)擬合的方法將其與物理性質(zhì)的函數(shù)關(guān)系式表達(dá)出來。數(shù)據(jù)擬合常用的方法是小二乘法，它是通過小化誤差的平方和尋找數(shù)據(jù)的函數(shù)匹配，利用小二乘法可以簡便地求得未知的數(shù)據(jù)，并使得這些求得的數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)之間誤差的平方和為小。使用MicrosoftExcel軟件就能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的擬合，回歸分析的輸出結(jié)果由以下幾部分組成：第一部分，回歸統(tǒng)計。Multiple（相關(guān)系數(shù)R，越接近1線性關(guān)系越顯著）；R Square（相關(guān)系數(shù)的平方）；調(diào)整之后的相關(guān)系數(shù)；回歸標(biāo)準(zhǔn)差（均方差的估計值）以及樣本個數(shù)。




　　第二部分，方差分析。df為自由度、SS為平方和（離差、殘差、總離差）、MS=SS/df表示均方和他們的自由度以及由此計算出的F統(tǒng)計量和相應(yīng)的顯著水平。




　　第三部分，Coefficient所在的一列表示回歸系數(shù)。




　　分別選取了I類（中石化茂名石化公司）、11類（上海高橋石化公司）、111類（韓國雙龍公司）等23個基礎(chǔ)油的樣本，測定了這些不同種類基礎(chǔ)油的低溫動力粘度（-15C）、運(yùn)動粘度（40C）、粘度指數(shù)和密度（20C），分析數(shù)據(jù)見表1.由于低溫動力粘度與運(yùn)動粘度、粘度指數(shù)以及密度的關(guān)系都不是線性關(guān)系，所以，低溫動力粘度與這幾個自變量的關(guān)系是多元非線性關(guān)系，為了更好地反映出它們之間的關(guān)系，就需要將多元非線性關(guān)系轉(zhuǎn)換為多元線性關(guān)系進(jìn)行求解。令Y=ln（CCS），X1=ln（V40），X2=ln（VI），X3=ln（p20），假設(shè)Y=a+bX1+cX2+dX3，將CCS與V40、VI、P20之間的關(guān)系用多元線性方程表示出來，通過使用MicrosoftExcel軟件中的數(shù)據(jù)擬合及回歸分析的功能，從而將結(jié)果輸出。使用計算機(jī)輸出的回歸結(jié)果如所示。計算機(jī)輸出的結(jié)果中，Multiple（相關(guān)系數(shù)R，越接近1線性關(guān)系越顯著）=0.997，基本上接近于1，說明各變量之間具有非常好的相關(guān)性。方差分析的表中：df為自由度，SS為平方和（離差、殘差、總離差）、MS=SS/df，F(xiàn)值為1056，而查F臨界值表可知F（0.05，3，19）=3.13，由于F值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于臨界值，所以說明數(shù)據(jù)回歸的效果很好。




　　Coefficient所在的一列表示回歸系數(shù)，從而可以得到低溫動力粘度與運(yùn)動粘度、粘度指數(shù)以及密度的關(guān)系式為：為了驗(yàn)證該關(guān)系式的實(shí)用性，選取了部分樣本外的不同種類基礎(chǔ)油樣品，使用該函數(shù)關(guān)系式進(jìn)行計算并對比可以得到結(jié)果如基礎(chǔ)油種類100N/I類基礎(chǔ)油HVI+6基礎(chǔ)油HVI6基礎(chǔ)油回歸統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)誤差觀測值方差分析回歸分析殘差總計表2低溫動力粘度（-15°C）計算值與實(shí)測值的對比（計算的低溫動力粘度值）（實(shí)測的低溫動力粘度值）誤差/%從結(jié)果可以看出，使用低溫動力粘度與基礎(chǔ)油物性的函數(shù)關(guān)系式計算出的值與實(shí)測值誤差較小，從而證明了低溫動力粘度與基礎(chǔ)油運(yùn)動粘度、粘度指數(shù)以及密度之間具有很好的相關(guān)性。




　　3.2存在問題由于受到基礎(chǔ)油樣本的種類和數(shù)量限制，所得出的關(guān)系式可能對某些基礎(chǔ)油的低溫動力粘度預(yù)測偏差較大。此外，還需要繼續(xù)研究不同溫度下基礎(chǔ)油低溫動力粘度的變化規(guī)律，對多級內(nèi)燃機(jī)油的生產(chǎn)才具有更好的指導(dǎo)意義。




　　4結(jié)論基礎(chǔ)油加工工藝的不同使其組成不同，從而引起物理性質(zhì)的差異。基礎(chǔ)油的低溫動力粘度與其部分物理性質(zhì)如運(yùn)動粘度、粘度指數(shù)、密度等存在函數(shù)關(guān)系，而基礎(chǔ)油的這些物理性質(zhì)又能反映出其組成的變化。




　　續(xù)表4現(xiàn)象原因分析處理方法現(xiàn)象原因分析處理方法有機(jī)物附著增加①加二氧化氯量小②水渾雜質(zhì)多③中水COD、BOD、糞大腸桿菌高①加大二氧化氯加入量②減少或停用中水，循環(huán)水補(bǔ)水全部切換為黃河水或視情況適當(dāng)增加黃河水摻配量。




　　凝聚劑計量泵自停凝聚劑計量泵出口管堵塞；頻率設(shè)定不當(dāng)。




　　用水沖洗凝聚劑計量泵出口管，必要時聯(lián)系檢修處理；調(diào)整合適的頻率。




　　阻垢效率低①硫酸、水質(zhì)穩(wěn)定劑加入量不合理②濃縮倍率大③水質(zhì)被污水污染①合理調(diào)整加藥量②控制濃縮倍率③杜絕廢水、污水進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)加大排污量和補(bǔ)水量隔膜計量泵不上藥①入口管道堵塞、漏氣②入口逆止閥或出口逆止閥內(nèi)有雜物卡住③充油腔內(nèi)油量過多或不足④充油腔內(nèi)有氣體。




　　清理疏通入口管道，聯(lián)系檢修或更換法蘭片。




　　聯(lián)系檢修清除入口逆止閥或出口逆止閥內(nèi)雜物經(jīng)補(bǔ)償閥作人工排油或補(bǔ)油聯(lián)系檢修排出充油腔內(nèi)氣體凝汽器結(jié)垢阻垢效率低未按要求進(jìn)行膠球沖洗①合理調(diào)整加藥量②控制濃縮倍率③杜絕廢水、污水進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)加大排污量和補(bǔ)水量④按要求進(jìn)行膠球沖洗5調(diào)試結(jié)果經(jīng)過2個月運(yùn)行和調(diào)試后，出水水質(zhì)較好，優(yōu)于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果如表5所示：項(xiàng)目進(jìn)水參數(shù)機(jī)加池出水參數(shù)過濾器出水參數(shù)去除率/%濁度/NTU 8左右3左右總磷（以P計）從上表我們可以看出，石灰處理去除濁度、氨氮、堿度的效果很高，達(dá)90°%，去除CODr、BOD5及總磷次之，70°%左右，而硬度去除很少，有時，甚至出現(xiàn)硬度增加現(xiàn)象。




　　6結(jié)論對于含鹽量和含硫量高的礦井水，含鹽量、暫硬、含硫高的城市再生水，用于循環(huán)水水源，具有高腐蝕性和高結(jié)垢性，必須進(jìn)行處理，三種處理工藝經(jīng)過比較后得出，石灰軟化處理方法較好；循環(huán)水石灰處理采用機(jī)加池加PCF過濾器方法，運(yùn)行效果較好。機(jī)加池中投加凝聚劑、助凝劑、殺菌劑和石灰，其中凝聚劑可以采用聚合硫酸鐵，助凝劑可以采用聚丙烯酰胺（PAM溶液）；石灰工藝的運(yùn)行需要嚴(yán)格控制，特別注意水源水質(zhì)的變化時，運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整；在調(diào)試運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)了機(jī)加池的一些異常現(xiàn)象：如出水渾濁、礬花上飄、翻池等，循環(huán)水水質(zhì)異常現(xiàn)象：如堿度和PH過高或過低、濃縮倍率大、有機(jī)物附著增加、凝汽器結(jié)垢等，分析其產(chǎn)生的原因，并找到了解決方法，為以后的運(yùn)行、調(diào)試提供了經(jīng)驗(yàn)；調(diào)試結(jié)果表明：石灰處理去除濁度、氨氮、堿度的效果很好，能到90%，CODr、BOD5及總磷次之，70 %左右，而硬度去除很少，甚至出現(xiàn)增加現(xiàn)象。