重质润滑油基础油脱酸

吴　凡，李春光，夏明桂，李　满



重质润滑油基础油脱酸

吴凡1，李春光2，夏明桂1*，李满1

（1 武汉纺织大学 化学工程学院，湖北 武汉 430073；2 湖北华邦化学有限公司，湖北 武汉430070）

以重质润滑油基础油为原料，采用活性白土和自制的脱酸吸附剂WK-II，考察了重质润滑油基础油吸附脱酸后的脱酸效果和氧化安定性。实验结果表明：对重质油650SN进行脱酸精制，活性白土用量需5%才能满足中和值要求，而WK-II脱酸吸附剂仅需1.5%。中和值越小，其氧化安定性越好，当中和值为0.030mgKOH·g-1时，氧化安定性可达到180分钟。用WK-II对重质基础油进行脱酸精制，平均每个百分点吸附剂可脱除基础油酸值0.04-0.05mgKOH·g-1，且中间基基础油比石蜡基基础油的氧化安定性明显要好。

润滑油基础油；脱酸；中和值；氧化安定性

1　前言

润滑油在使用过程中产生油泥和沉积物、生成酸类、发生腐蚀和变稠等现象都是氧化的结果, 这些都限制了润滑油的使用寿命及其在苛刻条件下的工作能力。因此大多数润滑油规格中都根据具体的使用要求规定了适当的抗氧化水平, 也就是它的氧化安定性。基础油是润滑油的主体，基础油质量将直接影响润滑油的使用性能，而氧化安定性是衡量基础油的重要指标之一。国内外相关研究表明，润滑油基础油中的一些碱性氮化物、芳烃、胶质和硫化物等都对其氧化安定性有影响[1-3]，其中氮化物对基础油的氧化安定性起负作用，硫化物起正作用。而含氧化物，特别是石油酸对基础油的氧化安定性直接影响，研究不多，但中石化和中石油对基础油的中和值有严格要求，如石蜡基轻质基础油中和值不大于0.02mgKOH·g-1，重质基础油不大于0.03mgKOH·g-1，中间基轻质基础油中和值不大于0.03mgKOH·g-1，重质基础油不大于0.05mgKOH·g-1。随着原油的重质化、劣质化日趋严重，高酸值原油逐渐增加，造成了润滑油基础油的中和值普遍升高的趋势。润滑油基础油中存在的石油酸会严重影响润滑油的氧化安定性，恶化其品质，降低使用寿命[4-5]。虽然脱氮工艺能解决碱性氮问题，提高基础油的氧化安定性，但中和值问题却很突出。因此，对基础油进行脱酸处理也是十分必要的，本研究通过重质润滑油基础油脱酸精制探讨中和值对润滑油基础油氧化安定性的影响规律，从而控制基础油的中和值，以提高基础油的品质。

2　实验

2.1原料和精制剂

大连石化650SN、高桥石化750SN和荆门石化减三线基础油，实验室进行脱酸吸附精制实验。原料油理化性质见表1。

基础油精制剂：脱酸吸附剂WK-11，活性白土（鄂州）。

2.2试验方法

脱酸吸附剂WK-11制备：将活性白土用一定浓度的碱溶液经过特殊浸渍处理，再烘干、粉碎、过筛，得200-300目粉末待用。

吸附处理：取一定量油样于三口烧瓶中，按比例加入吸附剂，控制温度，加热搅拌至预设温度，精制一定时间后过滤。

表1　基础油理化性能分析

3　结果与讨论

3.1吸附脱酸效果

润滑油基础油中的酸性物质含量是以中和值表示，中和值越高，表示基础油中石油酸含量越高。传统的润滑油基础油通过糠醛精制或酚精制脱除油品中大部分石油酸，保证基础油中和值符合产品质量要求吸附剂用量对基础油脱酸效果随着原油的劣质化，导致馏分油石油酸含量高，通过糠醛精制或酚精制后，有时难保证基础油中和值符合产品质量要求。如大连石化650SN基础油的中和值一般达到0.09mgKOH·g-1，远远超过0.03mgKOH·g-1的质量标准。基础油中的石油酸是极性物质，可采用极性吸附剂吸附脱除。传统的吸附剂是活性白土，活性白土是通过硫酸处理膨润土改性制备，主要成分是氧化硅和氧化铝。其结构是氧化硅和氧化铝组成的一种层状结构的多孔粉末状固体，显酸性，能吸附油品中碱性氮化物，也能吸附基础油中的酸性物质，而WK-11是对活性白土进行改性的吸附剂，改性后吸附剂显碱性，且没有改变白土的孔径结构和比表面，对基础油中的酸性物质的吸附能力明显增强（见图1）。通过大连石化650SN基础油吸附脱酸实验看出，与活性白土相比，吸附剂WK-11的吸附脱酸能力是其4-5倍，每1个百分点可脱除0.05mgKOH·g-1中和值的酸性物质，而每1个百分点的白土仅能脱除0.01mgKOH·g-1中和值的酸性物质。按标准，650SN基础油的中和值必须不大于0.03mgKOH·g-1，采用白土吸附精制，则白土用量需要5%，而采用吸附剂WK-11则仅需1.5%即可达到精制要求。

图1　吸附剂用量对中和值的影响

3.2中和值与基础油的氧化安定性

氧化安定性是指在一定温度和氧气分压条件下，以金属铜做催化剂，油品氧化的诱导期。诱导期时间越长，氧化安定性越好。由于基础油氧化属于自由基反应，油品中石油酸的存在，明显影响自由基反应，因此，基础油中石油酸含量的高低会导致油品的氧化安定性好坏。表2是不同用量的白土和WK-11分别精制脱酸后的基础油旋转氧弹值的变化数据。实验表明，无论是白土精制，还是WK-11吸附精制，油品中石油酸含量降低越多，油品的氧化安定性越好，且同样精制深度（以石油酸为标准），白土精制油的氧化安定性提高更为明显，如同样基础油中和值从0.091 mgKOH·g-1中降低至0.03 mgKOH·g-1左右时，白土精制基础油的氧化安定性从105分钟提高至180分钟，而WK-11吸附精制基础油的氧化安定性从105分钟提高至157分钟，这是由于基础油氧化时，除了石油酸影响，基础油中碱性氮化物的影响也比较明显。而白土脱酸效果虽然较差，但脱氮效果由于吸附剂WK-11。但要达到同样精制要求，白土用量是WK-11吸附剂用量的4-5倍。

表2　酸值与氧化安定性的关系

3.3吸附剂WK-11对不同类型基础油的精制效果

不同类型润滑油基础油，其中石油酸含量变化较大，中间基基础油的酸值明显高于石蜡基基础油，不同原料生产的同一类型基础油酸值变化也较大。如荆门石化中间基减三线基础油原料中和值达到0.18mgKOH·g-1，是大连石化650SN酸值的近两倍，是高桥石化750SN酸值的1.5倍。采用吸附剂WK-11对三种基础油进行脱酸处理，三种基础油的脱酸效果趋势比较一致（见图2），平均每个百分点吸附剂可脱除基础油中和值0.04-0.05mgKOH·g-1，说明吸附剂WK-11具有比较好的适应性，对不同类型的基础油和不同石油酸含量的基础油脱酸效果都比较理想。

图2　不同类型基础油脱酸效果

○—荆门减三线基础油 ×—高桥石化750SN基础油＋—大连石化650SN基础油

随着基础油中石油酸的脱除，基础油的氧化安定性必然会明显提高，图3是三种基础油脱酸后氧化诱导期的变化规律。从图中明显看出基础油的氧化安定性与酸值成明显负相关性，且趋势一致，即酸性物质脱除率越高，精制基础油氧化安定性越好，但由于不同类型基础油组成不同，导致不同类型基础油的氧化安定性与酸值的关系不完全一致，如中间基基础油虽然酸值很高，但氧化安定性指标旋转氧弹值却高于其他两种较低酸值的石蜡基基础油，这是由于基础油的氧化安定性与基础油中石油酸含量有关外，还与基础油的组成结构、含硫量、含氮量等都有密切关系。

图3　三种不同类型基础油酸值与氧化安定性关系

○—荆门减三线基础油 ×—高桥石化750SN基础油 ＋—大连石化650SN基础油

3.4脱酸基础油理化性能分析

为了考察润滑油基础油脱酸精制油的质量，将大连石化650SN基础油脱酸精制其后各项指标进行分析（见表３），并与中石化质量标准进行比较，实验表明精制基础油各项指标满足质量要求。

表3　基础油的理化性能

4　结论

（1）吸附剂WK-11脱酸吸附效果比活性白土好，其脱酸效果是活性白土的4-5倍，且WK-11对不同类型的基础油和不同石油酸含量的基础油脱酸效果都比较理想。

（2）降低中和值，可显著提高润滑油基础油的氧化安定性，中和值值越小，其氧化安定性越好。

（3）对重质基础油脱酸精制后，中间基基础油氧化安定性比石蜡基要好。

[1] 姚国欣. 润滑油基础油的发展和对我们的启示[J].当代石油石化, 2004, 12 (3) : 18-26.

[2] Yao K C. Method for Removing Basic Nitrogen Compounds from Extracted Oils by Use of Acidic Polar Adsorbents and the Regeneration of Said Adsorbents [P].EP :0278694,1988-08-17.

[3] 陈月珠，周文勇，周亚松，等. 润滑油基础油中含氮化合物对其氧化安定性的影响[J].石油学报(石油加工) ,1996 ,12 (2) : 67-72.

[4] 史永刚，冯新泸，李子存，等. 基础油氧化安定性与化学组成关系的研究[J]. 抚顺石油学院学报, 1999 ,19 (2) :1- 4.

[5] 孙玉华，陈月珠，马桦，等. TTS脱除石蜡基润滑油基础油中的氮化合物[J]. 石油炼制与化工,1997,28(5):25-28.

Deacidification of the Heavy Lube Base Oil

WU Fan1, LI Chun-guang2, XIA Ming-gui1, LI Man1

(1 College of Chemical Engineering, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073, China;2 Hubei Huabang Chemical Co.ltd., Wuhan Hubei 430070, China)

The oxidation stability of acidic compounds removal from a heavy lube base oil by deacidification adsorptive process was studied using activated clay and lab prepared WK-II deacidification agent. Test results showed that the dosage of the WK-II adsordent was 1.5% as well as the activated clay was 5%，after deacidification of the heavy base oil 650SN. The less the neutralization value was, the better the oxidation stability was. When the neutralization value was 0.030 mgKOH·g-1, the oxidation stability would be 180min. When it was refined by WK-II adsorbent, each percentage point adsorbent based oleic acid value could removal 0.04-0.05mgKOH·g-1on average, and the oxidation stability of the intermediate base oil was much better than that of paraffin base lubricating oil.

Lubricant Base Oil; Denitrogenation; Neutralization Value; Oxidation Stability

TE626.3

A

1009－5160(2011)03－0040－04

湖北省重点基金资助项目（2009CDA012）.

*通讯作者：夏明桂（1965-），男，教授，研究方向：石油化工工艺及化工助剂开发.