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        不同類型抗氧劑對導(dǎo)熱油熱穩(wěn)定性影響的研究

        2022-09-16 13:28:40張向英喬琦
        潤滑油 2022年4期
        關(guān)鍵詞:沸物烷基苯抗氧劑

        張向英,喬琦

        (中海油氣(泰州)石化有限公司,江蘇 泰州 225300)

        0 引言

        導(dǎo)熱油又稱有機(jī)熱載體,作為傳熱介質(zhì)用于間接傳熱。主要應(yīng)用于石化、輕化橡膠塑料、造紙印刷等行業(yè)中。導(dǎo)熱油一般分為礦物油型和合成型,礦物型導(dǎo)熱油主要由鏈烷烴和環(huán)烷烴組成,毒性小、成本低,但在高溫下易氧化分解,只能在300 ℃以下使用。相對礦物型導(dǎo)熱油,合成型導(dǎo)熱油具有初餾點(diǎn)高、餾程窄、高溫裂化少、高溫?zé)岱€(wěn)定性好及安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。作為專門用于傳熱的高溫合成型導(dǎo)熱油是合成型芳香烴,其組分更單一,分子結(jié)構(gòu)和原子間鍵的強(qiáng)度具有高熱穩(wěn)定性,其性能的好壞直接影響到導(dǎo)熱油成品的熱穩(wěn)定性能[1-3]。導(dǎo)熱油工作溫度日益提高,因此,導(dǎo)熱油的高溫?zé)岱€(wěn)定性能尤為重要[4-5]。導(dǎo)熱油的熱穩(wěn)定性能除受基礎(chǔ)油影響外,還受添加劑的影響,導(dǎo)熱油中加入適量高溫抗氧劑,油品熱穩(wěn)定性能會(huì)明顯增強(qiáng),可以大大延長油品的使用壽命。該文通過分析加入不同類型抗氧劑的導(dǎo)熱油在熱穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)過程中的變化規(guī)律和沉淀物的生成情況,考察抗氧劑類型對導(dǎo)熱油熱穩(wěn)定性能的影響,可以為合成型導(dǎo)熱油配方的篩選提供必要技術(shù)支持。

        以光熱穩(wěn)定性好、油溶性好、揮發(fā)性小為原則,分別選擇不同類型抗氧劑開展研究,其中包括:酚型抗氧劑T1、萘胺型抗氧劑T2、苯胺型抗氧劑T3及硫醚型烷基多芐基甲苯抗氧劑T4。

        1 實(shí)驗(yàn)

        1.1 實(shí)驗(yàn)材料

        實(shí)驗(yàn)采用烷基苯作為導(dǎo)熱油基礎(chǔ)油,采用芳烴基萘胺型抗氧劑T1、萘胺型抗氧劑T2、苯胺型抗氧劑T3及硫醚型烷基多芐基甲苯抗氧劑T4。

        1.2 實(shí)驗(yàn)方法

        導(dǎo)熱油熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)后變質(zhì)率為氣相分解產(chǎn)物含量、低沸物含量、高沸物含量及不可蒸發(fā)產(chǎn)物含量總和。反映出油品實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)生質(zhì)變反應(yīng)的程度,進(jìn)而體現(xiàn)油品熱穩(wěn)定性能。氣相分解產(chǎn)物指常壓下沸點(diǎn)在室溫以下的物質(zhì);低沸物指實(shí)驗(yàn)后油樣的餾程在實(shí)驗(yàn)前油樣初餾點(diǎn)以下的物質(zhì)。氣相分解產(chǎn)物含量和低沸物含量表征油樣受熱后鏈烷烴發(fā)生裂解變質(zhì)的程度。高沸物指實(shí)驗(yàn)后油樣的餾程在實(shí)驗(yàn)前油樣終餾點(diǎn)之上的物質(zhì),體現(xiàn)芳香烴高溫下縮合程度。

        熱穩(wěn)定性測試是評價(jià)導(dǎo)熱油在高溫工作條件下熱穩(wěn)定性的手段。是根據(jù)GB/T 23800試驗(yàn)方法,分別取添加不同抗氧劑的油樣30~40 mL裝在玻璃安瓿瓶中,火封并置于金屬保護(hù)管中,放入DZY-114T熱穩(wěn)定測試儀中,在330 ℃下加熱720 h。實(shí)驗(yàn)后將油樣按照石油餾分沸程分布測試法NB/SH/T 0558-2016進(jìn)行餾程分析,并與實(shí)驗(yàn)前油樣進(jìn)行對比,分別得出實(shí)驗(yàn)油樣的氣相分解產(chǎn)物、低沸物、高沸物及不揮發(fā)產(chǎn)物含量變化,進(jìn)而計(jì)算出實(shí)驗(yàn)后油品的變質(zhì)率[6]。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 高溫導(dǎo)熱油的理化指標(biāo)要求

        高溫導(dǎo)熱油的主要理化指標(biāo)如表1所示。

        表1 高溫導(dǎo)熱油的主要理化指標(biāo)要求

        由表1可知,未添加抗氧劑的重烷基苯導(dǎo)熱油理化指標(biāo)滿足《有機(jī)熱載體》標(biāo)準(zhǔn)GB 23971-2009中L-QC320產(chǎn)品質(zhì)量要求。

        2.2 不同類型抗氧劑對熱穩(wěn)定性的影響

        添加不同類型抗氧劑的烷基苯導(dǎo)熱油實(shí)驗(yàn)后各段變質(zhì)物含量及變質(zhì)率如圖1~4所示[6-13]。

        圖1 添加不同類型抗氧劑后導(dǎo)熱油熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)(低沸物含量)

        由圖1可以看出烷基苯基礎(chǔ)油熱穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)后低沸物含量達(dá)27.3%,可知烷基苯的長側(cè)鏈經(jīng)過高溫加熱后產(chǎn)生了大量低沸點(diǎn)烴組分,抗氧劑T1分解溫度不超過150 ℃,320 ℃高溫條件下喪失抗氧化的作用;芳烴基萘胺型抗氧劑T2為高溫抗氧劑與辛基/戊基二苯胺型抗氧劑T3作用相當(dāng),T3抑制鏈烷烴裂化的作用更強(qiáng)。T3與抗氧劑硫醚型烷基多芐基甲苯T4配合使用后較單獨(dú)使用T3低沸產(chǎn)物變少。

        由圖2可以看出烷基苯熱穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)后高沸物含量達(dá)2.9%,可知烷基苯中多環(huán)芳烴在高溫條件下發(fā)生縮合產(chǎn)生高沸物??寡鮿㏕1分解溫度不超過150 ℃,320 ℃高溫條件下喪失抗氧化的作用;抗氧劑T2與抗氧劑T3均為高溫抗氧劑,抗氧化作用相當(dāng),T3較T2更能抑制多環(huán)芳烴高溫縮合反應(yīng)的發(fā)生。T3與硫醚型抗氧劑T4配合使用后高沸物僅1.0%。降低了烷基苯中多環(huán)芳烴在高溫條件下發(fā)生縮合產(chǎn)生的傾向。

        圖2 添加不同類型抗氧劑后烷基苯熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)(高沸物含量)

        由圖3可以看出烷基苯熱穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)后不可蒸發(fā)產(chǎn)物含量達(dá)2.0%,可知烷基苯中多環(huán)芳烴在高溫條件下產(chǎn)生的縮合物能導(dǎo)致形成聚合降解產(chǎn)生最終形成不可蒸發(fā)的沉淀物??寡鮿㏕1分解溫度低,在高溫條件下不能起到抗氧化的作用;抗氧劑T2與抗氧劑T3均為高溫抗氧劑,抑制多環(huán)芳烴高溫縮合反應(yīng)的能力相當(dāng)。T3與硫醚型抗氧劑T4配合使用后不可蒸發(fā)產(chǎn)物僅0.4%。降低了烷基苯中多環(huán)芳烴在高溫條件下發(fā)生縮合產(chǎn)生的傾向,同時(shí)起到分解聚合降解產(chǎn)物的作用。

        圖3 添加不同類型抗氧劑后烷基苯熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)(不可蒸發(fā)產(chǎn)物含量)

        由圖4可以看出320 ℃熱穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)條件下烷基苯變質(zhì)率高達(dá)32.5%,加入T1后變質(zhì)率降低至6.7%,抗氧劑T2與抗氧劑T3對導(dǎo)熱油熱穩(wěn)定性的變質(zhì)率影響相當(dāng),T3較T2略好;T3與硫醚型抗氧劑T4配合使用后不可蒸發(fā)產(chǎn)物僅0.4%。降低了烷基苯中多環(huán)芳烴在高溫條件下發(fā)生縮合產(chǎn)生的傾向,同時(shí)起到分解聚合降解產(chǎn)物的作用。

        圖4 添加不同類型抗氧劑后烷基苯熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)(變質(zhì)率)

        3 結(jié)論

        (1)烷基對甲酚型抗氧劑為低溫抗氧劑,在提高以烷基苯為基礎(chǔ)油的導(dǎo)熱油的熱穩(wěn)定性能中起一定作用,但熱穩(wěn)定性能不滿足導(dǎo)熱油要求。

        (2)芳烴基萘胺型抗氧劑與辛基/戊基二苯胺型抗氧劑均為高溫抗氧劑,在高溫條件下可以有效的終止自由基,有效的抑制高溫裂解反應(yīng)及縮合反應(yīng)的發(fā)生,苯胺型略優(yōu)于萘胺型。

        (3)辛基/戊基二苯胺型主抗氧劑與硫醚型抗氧劑復(fù)合使用高溫抗氧化效果具有協(xié)同作用,使導(dǎo)熱油熱穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)變質(zhì)率降低至5.7%。

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