欒郭宏

(中國(guó)石化金陵分公司,南京 210033)

隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，環(huán)保和汽車行業(yè)對(duì)柴油質(zhì)量指標(biāo)提出了越來(lái)越高的要求， 2015年柴油中硫含量要求達(dá)國(guó)Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)，2018年達(dá)國(guó)Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)，低硫化已成為柴油發(fā)展的必然趨勢(shì)。低硫柴油的使用雖使燃料更清潔，但也產(chǎn)生了潤(rùn)滑性變差的問題。因此，在車用柴油規(guī)格中不但對(duì)柴油的硫含量進(jìn)行了規(guī)定，同時(shí)也對(duì)柴油的潤(rùn)滑性能提出了要求。我國(guó)頒布的GB 19147—2013《車用柴油(Ⅴ)》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定表征柴油潤(rùn)滑性指標(biāo)的磨痕直徑小于460 μm。目前，解決柴油潤(rùn)滑性經(jīng)濟(jì)而有效的方法是通過向柴油中加入少量的潤(rùn)滑性改進(jìn)劑，即可滿足柴油潤(rùn)滑性的要求，從而減少部件的磨損[1-4]。本公司使用的柴油潤(rùn)滑性改進(jìn)劑主要有脂肪酸類及其酯類化合物，是油溶性化合物，極性基是羧基及其酯基，可在金屬表面形成致密的吸附膜，有效地減少摩擦和磨損。

本研究考察了本公司使用的脂肪酸類和脂肪酸酯類化合物潤(rùn)滑性改進(jìn)劑的使用性能。

1　試驗(yàn)

1.1　儀器

十六烷值測(cè)試儀CFR F-5，美國(guó)Waukesha公司；高頻往復(fù)試驗(yàn)機(jī)HFRR，英國(guó)PCS公司。

1.2　原料

多組分脂肪酸A，國(guó)產(chǎn)；托爾油脂肪酸B，美國(guó)；多組分脂肪酸酯C，國(guó)產(chǎn)；脂肪酸酯D，美國(guó)；硝酸異辛酯類十六烷值改進(jìn)劑，型號(hào)為SL1801；聚胺類抗靜電劑，型號(hào)為TUD-9。

試驗(yàn)用基礎(chǔ)柴油為某餾分柴油，其性質(zhì)見表1。

表1　試驗(yàn)用基礎(chǔ)柴油的主要物理性質(zhì)

1.3　性能評(píng)價(jià)方法

磨痕直徑按照SH/T 0765—2005《柴油潤(rùn)滑性評(píng)定法》測(cè)定。十六烷值按照GB/T 386—2010《柴油十六烷值測(cè)定法》測(cè)定。

2　結(jié)果與討論

2.1　脂肪酸類和脂肪酸酯類潤(rùn)滑性改進(jìn)劑的物理性能

脂肪酸類潤(rùn)滑性改進(jìn)劑被廣泛使用，但存在過濾網(wǎng)堵塞和金屬腐蝕的問題。脂肪酸酯類潤(rùn)滑性改進(jìn)劑是一類應(yīng)用最多的柴油潤(rùn)滑性改進(jìn)劑產(chǎn)品，由不飽和脂肪酸和多元醇反應(yīng)合成，脂肪酸酯作為潤(rùn)滑性改進(jìn)劑效果明顯，添加量少，不影響柴油的基本性能，是較理想的低硫柴油潤(rùn)滑性改進(jìn)劑。2類潤(rùn)滑性改進(jìn)劑的物理化學(xué)性能見表2。

表2　脂肪酸類和脂肪酸酯類潤(rùn)滑性改進(jìn)劑的物理化學(xué)性能

從表2看出，脂肪酸類潤(rùn)滑改進(jìn)劑酸值高，為199.2 mgKOH/g，脂肪酸酯類酸值13.06 mgKOH/g，在柴油中加入脂肪酸類潤(rùn)滑改進(jìn)劑，會(huì)增加柴油的酸度和腐蝕能力。

2.2　脂肪酸類和脂肪酸酯類潤(rùn)滑性改進(jìn)劑的油溶性

選用國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口的脂肪酸類和脂肪酸酯類潤(rùn)滑性改進(jìn)劑，潤(rùn)滑性改性劑與基礎(chǔ)柴油體積比分別為1∶1和1∶2配制潤(rùn)滑性改性劑溶液，在基礎(chǔ)柴油中分別加入150 mg/kg的潤(rùn)滑性改進(jìn)劑溶液，測(cè)定其磨痕直徑，結(jié)果見表3。

表3　國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口的脂肪酸和脂肪酸酯類潤(rùn)滑性改進(jìn)劑的油溶性比較

從表3看出，無(wú)論是脂肪酸類還是脂肪酸酯類潤(rùn)滑性改進(jìn)劑，潤(rùn)滑性改性劑與基礎(chǔ)柴油體積比為1∶1時(shí)，其磨痕直徑下降12～16 μm; 潤(rùn)滑性改性劑與基礎(chǔ)柴油體積比為1∶2時(shí)，其磨痕直徑下降18～39 μm，稀釋后的潤(rùn)滑效果好于原劑。為了消除冬季直接添加原劑的困難，建議將原劑先進(jìn)行一定比例的稀釋再添加。

2.3　脂肪酸類和脂肪酸酯類潤(rùn)滑性改進(jìn)劑的潤(rùn)滑性

選用國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口的脂肪酸和脂肪酸酯類潤(rùn)滑性改進(jìn)劑，潤(rùn)滑性改性劑與基礎(chǔ)柴油體積比為1∶2，在不同潤(rùn)滑性改進(jìn)劑加量下，考察加入潤(rùn)滑改進(jìn)劑溶液后柴油的磨痕直徑，結(jié)果見表4。

表4　脂肪酸和脂肪酸酯類的潤(rùn)滑性能比較

從表4看出，在潤(rùn)滑性改進(jìn)劑相同加量下，脂肪酸酯類比脂肪酸類的潤(rùn)滑效果好，進(jìn)口脂肪酸類潤(rùn)滑性改進(jìn)劑比國(guó)產(chǎn)的潤(rùn)滑效果好；而進(jìn)口脂肪酸酯類潤(rùn)滑性改進(jìn)劑與國(guó)產(chǎn)的潤(rùn)滑效果相當(dāng)。

2.4　水對(duì)脂肪酸類和脂肪酸酯類潤(rùn)滑性改進(jìn)劑的影響

固定其他條件，模擬柴油產(chǎn)品罐內(nèi)可能含水的極限條件，在基礎(chǔ)柴油中分別加入150 mg/kg的脂肪酸類和脂肪酸酯類潤(rùn)滑性改進(jìn)劑，再加入不同含量的水(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，充分混合均勻，室溫下靜置不同時(shí)間，觀察柴油樣品的外觀，結(jié)果見表5。

表5　不同含水量對(duì)柴油樣品外觀的影響

從表5看出，對(duì)于脂肪酸類潤(rùn)滑性改進(jìn)劑，柴油罐內(nèi)含水量小于0.10%時(shí)，可保證樣品外觀合格；但對(duì)于脂肪酸酯類潤(rùn)滑性改進(jìn)劑，含水量為0.05%時(shí)，樣品渾濁。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)過程，柴油罐內(nèi)含水量不能大于0.02%。

為了進(jìn)一步考察水的存在對(duì)柴油潤(rùn)滑性的影響，將上述添加了水的柴油樣品進(jìn)行過濾和不過濾對(duì)照試驗(yàn)，結(jié)果見表6。

表6　含水量對(duì)柴油潤(rùn)滑性的影響

從表6看出，在樣品渾濁的情況下，采用濾紙過濾后再測(cè)定磨痕直徑，其數(shù)值小于未過濾的樣品，說明水的存在增加磨損，使柴油磨痕直徑增加。另從表3和表6看出，水對(duì)柴油磨痕直徑有較大影響，含水量為0.05%時(shí)，加入脂肪酸類潤(rùn)滑改進(jìn)劑的柴油磨痕直徑從352 μm增加至424 μm；加入脂肪酸酯類的柴油磨痕直徑從336 μm增加至373 μm。綜上所述，水的存在會(huì)降低潤(rùn)滑改進(jìn)劑的使用效果。

2.5　脂肪酸類和脂肪酸酯類潤(rùn)滑性改進(jìn)劑與其他添加劑的配伍性

金陵分公司在柴油產(chǎn)品中主要添加硝酸異辛酯類十六烷值改進(jìn)劑和抗靜電劑，抗靜電劑是由多種高分子有機(jī)化合物縮聚后溶于芳烴溶劑的有機(jī)聚合物，易溶于燃料油中。在基礎(chǔ)柴油中添加350 mg/kg十六烷值改進(jìn)劑和2 mg/kg 抗靜電劑，再加入150 mg/kg潤(rùn)滑性改進(jìn)劑，其中潤(rùn)滑性改進(jìn)劑與基礎(chǔ)柴油體積比為1∶2，考察潤(rùn)滑性改進(jìn)劑與添加劑的配伍性，結(jié)果見表7。

表7　潤(rùn)滑性改進(jìn)劑與添加劑的配伍性

從表7看出，基礎(chǔ)柴油添加十六烷值改進(jìn)劑后，十六烷值由53.0升至54.6，但磨痕直徑由470 μm提高至525 μm?；A(chǔ)柴油添加抗靜電劑后，柴油電導(dǎo)率為246 pS/m，達(dá)到產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求，柴油磨痕直徑由470 μm降至459 μm。在基礎(chǔ)柴油+十六烷值改進(jìn)劑+抗靜電劑中分別加入潤(rùn)滑性改進(jìn)劑A和B后，磨痕直徑由514 μm分別降至420，410 μm，說明脂肪酸類和脂肪酸酯類潤(rùn)滑性改進(jìn)劑與其他添加劑具有良好的配伍性。

2.6　脂肪酸類和脂肪酸酯類潤(rùn)滑性改進(jìn)劑對(duì)柴油儲(chǔ)存性能的影響

在柴油樣品中分別加入150 mg/kg的脂肪酸類和脂肪酸酯類潤(rùn)滑性改進(jìn)劑，分別儲(chǔ)存90 d后，測(cè)定其磨痕直徑，考察潤(rùn)滑性改進(jìn)劑對(duì)柴油儲(chǔ)存性能的影響，結(jié)果見表8。

表8　脂肪酸類和脂肪酸酯類潤(rùn)滑性改進(jìn)劑對(duì)柴油儲(chǔ)存性能的影響

從表8看出，隨著儲(chǔ)存時(shí)間延長(zhǎng)，柴油磨痕直徑減小，潤(rùn)滑性變好。

3　結(jié)論

1)無(wú)論是脂肪酸還是脂肪酸酯潤(rùn)滑性改進(jìn)劑，潤(rùn)滑性改性劑與基礎(chǔ)柴油體積比為1∶1時(shí)，其磨痕直徑比直接添加原劑下降12～16 μm; 潤(rùn)滑性改性劑與基礎(chǔ)柴油體積比為1∶2時(shí)，其磨痕直徑比直接添加原劑下降18～39 μm，說明脂肪酸類和脂肪酸酯類潤(rùn)滑性改進(jìn)劑用柴油稀釋后的添加效果好于原劑。

2)水的存在會(huì)降低潤(rùn)滑性改進(jìn)劑的使用效果。使用脂肪酸酯類潤(rùn)滑性改進(jìn)劑時(shí)，控制柴油中含水量不大于0.02%，否則出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象。

3)相同加量下，脂肪酸酯類潤(rùn)滑性改進(jìn)劑比脂肪酸類的潤(rùn)滑效果好，進(jìn)口脂肪酸類潤(rùn)滑性改進(jìn)劑比國(guó)產(chǎn)的效果好，進(jìn)口脂肪酸酯類潤(rùn)滑性改進(jìn)劑與國(guó)產(chǎn)的效果相當(dāng)。

4)在基礎(chǔ)柴油+十六烷值改進(jìn)劑+抗靜電劑中分別加入潤(rùn)滑性改進(jìn)劑A和B后，磨痕直徑由514 μm分別降至420，410 μm，說明脂肪酸類和脂肪酸酯類潤(rùn)滑性改進(jìn)劑與其他添加劑具有良好的配伍性。

5)在柴油樣品中分別加入脂肪酸類和脂肪酸酯類潤(rùn)滑性改進(jìn)劑，儲(chǔ)存90 d后，柴油潤(rùn)滑性良好。

[1]韋淡平.燃料潤(rùn)滑性的研究:Ⅰ.柴油組分的磨損性能.石油學(xué)報(bào)：石油加工，1986,2(3):84-92.

[2]韋淡平. 燃料潤(rùn)滑性的研究:Ⅱ. 模型化合物實(shí)驗(yàn). 石油學(xué)報(bào)：石油加工,1988,4(1):93-102.

[3]韋淡平. 燃料潤(rùn)滑性的研究：Ⅲ. 柴油的磨損性能. 石油學(xué)報(bào)：石油加工, 1990,6(1):15-19.

[4]韋淡平，范靜蕓，黃燕民,等. 幾種柴油抗磨劑及其作用機(jī)理的研究[C]//第七屆全國(guó)摩擦學(xué)大會(huì)論文集(二).蘭州,2002:122-125.