合成润滑油需求分析

钱伯章

(上海擎督信息科技有限公司金秋能源石化工作室,上海 200127)

1　合成基础油生产公司

克莱恩(Kline & Co)公司于2011年5月4日发布的研究报告指出，合成润滑油的需求在不断增长，这受到原设备制造商(OEM)对合成润滑油的技术需求和高品质基础油增长的推动，合成润滑油占全球润滑油市场的份额预计将从2012年10.4%增大到2019年12.5%。表1列出世界主要合成基础油生产公司。

2　合成润滑油产品性质与用途

合成润滑油由酯类、聚烷撑乙二醇、聚α-烯烃、API III类油、聚磷酸脂、有机硅等制成。表2列出国外聚α-烯烃的典型物理性质，表 3列出不同基础油的性能和组成对比，表4列出聚α-烯烃的主要用途，表5列出酯类油的主要用途，表6列出全聚醚油和半合成聚醚油的主要用途。

表1　世界主要合成基础油生产公司

表2　国外聚α-烯烃的典型物理性质

表3　不同基础油的性能和组成对比

表4　聚α-烯烃的主要用途

表5　酯类油的主要用途

表6　全聚醚油和半合成聚醚油的主要用途

3　市场需求

克莱恩公司预计，到2014年，合成润滑油及半合成润滑油加在一起将占全球润滑油市场的11%，而全球润滑油市场估计总量将为4 000万吨。

据克莱恩统计，在工业方面，2009年消费润滑油1 580万吨,约8.5%为合成润滑油，而2007年时占8.1%。在商业类车用润滑油方面，2009年合成润滑油占1 050万吨需求量的5.4%，而2007年时占4.8%。2009年消费类汽车润滑油市场中，合成润滑油占全球需求量880万吨的19.3%，而2007年时占18.1%。合成润滑油包括全合成和半合成润滑油。

提高合成润滑油的用量对增加高品质基础油的适用性起到关键作用。原设备制造商基本上按此处理，在世界任何一个地方，他们推荐使用0W产品、5W产品，为成品润滑油制造商提供充分的供应以满足各个国家的需求。

克莱恩的研究报告“2012年全球合成润滑油：市场分析和机会遇”，发现欧洲地区是合成润滑油用量最大的地区，2012年合成润滑油占润滑油消费总量的23.2%。在北美，2012年合成润滑油的需求占11.8%。而在亚太地区，2012年合成润滑油占润滑油总需求量份额7.4%。

3.1　消费类汽车用油

2012年合成和半合成润滑油约占全球乘用车发动机油消费量的24%。

欧洲是乘用车合成类发动机油最大的消费地区，并且使用最多的合成润滑油。克莱恩发现，全合成和半合成乘用车发动机油占2012年欧洲PCMO油需求量超过51%。

预计北美的变化将使对合成润滑油需求加大力度。例如，包括丰田和本田汽车公司在内推荐其2011年车型使用OW多级发动机油，通用汽车公司已推出其专有的Dexos1发动机油标准。

克莱恩发现，2012年，亚太地区PCMO油需求的近20%由合成润滑油组成。通用汽车公司在中国销售的汽车比美国还多。

除了欧洲以外，这些OEM正在北美以外地区出售更多的汽车，可以看到来自世界新兴地区对合成和合成调合油的需求正在增多。

3.2　商用汽车用油

根据克莱恩的研究，2012年合成及半合成润滑油约占重负荷发动机油需求量的5.8%。

克莱恩的研究发现，先是欧洲，然后是北美，是合成润滑油在HDMO方面使用领先的地区，这缘于现代和维护良好的车队的支持。

3.3　工业用油

2012年全球工业润滑油需求约8.8%由合成及半合成润滑油组成。

从工业角度来看，欧洲和北美是工业合成润滑油需求方面的领先地区。

某些驱动因素，包括所需的现代化设备、先进的技术、管理方法的改进以及环境和政府规章的推动。

4　国外开发应用进展

4.1　开发应用进展

壳牌公司与Gordon Murray Design (GMD)公司组建的联合团队于2011年3月10日宣布，开发出创新的发动机合成润滑油新概念，可使燃油经济性提高6.5%，和使联合循环获益4.6%。使用GMD公司新的T.25城市汽车作为试验平台，壳牌公司的工程师配制了超低黏度0W-10发动机油。将这种概念润滑油与10W-30油(欧洲市场上广泛使用的黏度等级油)进行了测试比较表明，T.25油的设计具有世界领先的效率和超低排放，具有低重量和可使用高燃油效率的很小的发动机。调合低黏度润滑油，以提高燃料效率实际比较简单，挑战是要掌握好发动机保护与可接受的换油期之间的平衡。

2008年10月美国推出的一种新型全合成车轴润滑剂符合美国和加拿大Peterbilt与Kenworth等级5～8型卡车现用标准。两款卡车制造商的母公司Paccar表示，由位于美国Cincinnati的特种化学品供应商Cognis公司生产的这种全合成车轴润滑剂可使用户提高燃油经济性1%，即使卡车每年可节约燃料费用900美元。与常规齿轮润滑油相比，Cognis Emgard FE 75W-90油可延长齿轮寿命、延长换油期和减少维修工作量。这种润滑油也可在极冷的气候条件下改进流体流动性，在高温条件下使用性能也很好。车轴润滑剂是特定配方的油，可提供近轮驱动汽车和卡车的车轴各种齿轮和轴承的润滑。能够承受高压负载，采用不同黏度的润滑剂可符合不同规范的要求，可采用矿物油或合成油配方。Peterbilt公司在美国得克萨斯州Denton、田纳西州Nashville和加拿大魁北克省St. Therese建设合成油生产厂。Kenworth公司则在美国俄亥俄州Chillicothe、华盛顿州Renton和加拿大魁北克省St. Therese建设合成油生产厂。

陶氏化学公司2011年6月底向亚太市场推出新一代高级油溶性基础流体系列产品，使聚烷撑乙二醇类流体与烃类基础油能够很好地溶合，用于多种高性能配方。新产品与其他合成润滑剂化学品，特别是多元醇酯和磷酸盐酯相比，具有更好的水解稳定性和更低的毒性，且性价比高。它可以用作润滑油基础油、辅助基础油，还可用作汽车与工业润滑油配方中的添加剂。

4.2　聚α-烯烃生产动向

聚α烯烃，即IV类基础油料，以及V类基础油料，预计将主宰下世纪初最高质量的成品润滑油业务。到那时，润滑油生产商和原设备制造商都将非常依赖于这些油料，并引入各种酯类。制造商将采用基于IV类和V类油技术以改进燃油消耗、发动机性能和延长换油期。

埃克森美孚化工公司于2010年5月推出的新一代高黏度聚α-烯烃(PAO)，使用专有茂金属催化剂工艺生产。初步产能为1.5万吨/年，这一合成基础料增强了PAO的可用性和性能。这种新的基础料称之为mPAO，区别于传统的PAO，拥有茂金属基源，与雅保化学公司协议制造，销售品牌为SpectraSyn Elite。通常情况下，PAO分子拥有突出的基干，从基干以无序方式，伸出短和长的侧链。而相反，茂金属基产品拥有梳状结构，不存在直立的侧链。与常规的PAO相比，这种形状拥有改进的流变特性和流动特征，从而可提供更好的剪切稳定性、较低的倾点和较高的黏度指数。该重量级150厘沱mPAO的黏度指数达200，而很小黏性100 cSt的常规PAO通常约为170。在新配方油中，其拥有效率潜力。世界上的许多公司制造低黏度PAO，但只有两家公司：埃克森美孚化工和科聚亚，制造高黏度PAO，多年来，高黏度PAO供应紧缺。雅保公司于2009年新增了能力，但事实上，使用茂金属工艺的至今仍十分紧缺。催化剂的茂金属形式为单活性中心催化剂，其独特的几何结构可得到很均一的化学产品，侧链少，而有高得多的剪切稳定性。mPAO 的使用目标是高苛刻度应用，包括动力传动系统和齿轮油、压缩机润滑油、传动液和工业润滑油。市场营销计划的重要组成部分是强调150 cSt产品的低温性能，150 cSt基础料拥有很低的倾点为-33 ℃，其甚至比轻量化常规的100 cSt PAO(倾点为-30 ℃) 更好。虽然它是API IV类油，但它可替代常规PAO。

2011年9月21日，埃克森美孚化学公司宣布将在其位于得克萨斯州贝敦的炼油及化工一体化工厂，建造世界级的茂金属聚α-烯烃(mPAO) 合成润滑油基础油生产设施。该设施拥有年产5万吨高黏度SpectraSyn Elite mPAO的能力。与新设施相关的工程、采购及施工已开始进行，预计将在2013年竣工。SpectraSyn Elite mPAO基础油采用专有的茂金属催化工艺制成，具有比传统PAO更好的性能特征。使用该产品能调配出具有更高剪切稳定性、黏度指数(VI)及更好低温性能的成品润滑剂。埃克森美孚化工是世界上最大的PAO生产商，可提供种类最齐全的高品质合成基础油，其中包括PAO、烷基萘及酯基础油。贝敦炼油化工一体化工厂是美国最大的石油及石化一体化生产基地，包括1个炼油厂、2个化工厂、1个工程办公室和1个全球技术中心。

KBR公司于2012年1月5日宣布，承揽埃克森美孚公司在美国得克萨斯州Baytown炼油化工联合装置建设新的合成润滑油基础油料装置工程建设合同。2013年竣工后，该设施生产埃克森美孚化学公司高黏度SpectraSyn Elite茂金属聚α-烯烃基础油料。

雪佛龙菲利普斯化工有限公司于2011年9月底宣布，收购耐斯特石油公司在比利时贝灵(Beringen)的聚α-烯烃(PAO)装置。此次收购使雪佛龙菲利普斯公司增强了在欧洲生产的立足点，并使其成为全球三大PAO供应商之一。贝灵PAO装置的生产能力为6万吨/年。雪佛龙菲利普斯以美国得克萨斯州Woodlands为基地，在得克萨斯州Cedar Bayou已拥有4.8万吨/年PAO装置。雪佛龙菲利普斯公司拥有总能力为10.4万吨/年，使其排名仅次于英力士公司(2套装置总能力20.25万吨/年)和埃克森美孚公司(也是2套装置总能力为14.45万吨/年)而居第3位。PAO 用于生产高性能润滑油。近年来，PAO利润率下降，并且没有看到有太大的改善前景，很大程度上是因为III类基础油生产能力的大量涌入。在某些性质上，III类基础油与PAO的性能不相匹配，但它们仍然在某些润滑剂应用中有使用。

科聚亚公司于2013年8月28日宣布，其在荷兰Ankerweg新建的聚α烯烃(PAO)装置已经投产。位于阿姆斯特丹郊外Ankerweg的聚α烯烃装置采用的工艺技术相当于科聚亚公司在加拿大安大略省Elmira 现有的PAO装置。加拿大的装置生产高黏度Synton PAOs，2011年能力增加了25%，以满足北美和欧洲两地的需求。Elmira 的PAO装置能力为1.58万吨/年。 荷兰Ankerweg新建的PAO装置生产常规的高黏度PAO，为40 和100 cSt等级，以Synton品牌销售。科聚亚公司拥有制取PAO的茂金属催化剂能力，但Ankerweg装置仍生产常规PAO，因这种类型在市场上占主导地位。对高黏度PAO拥有最高的需求，可供最苛刻和最先进的汽车和工业应用。

日本出光兴产公司使其新的聚α-烯烃技术推向商业化，2010年下半年投资建设新的聚α-烯烃(PAO)装置，基于采用新开发的使用茂金属催化剂的技术。该装置建在日本千叶，出光兴产公司在当地也生产α-烯烃。该公司是东亚唯一的α-烯烃生产商，在千叶拥有60万吨/年生产装置。聚α-烯烃(PAO)业务对出光兴产公司而言是新业务，该公司为客户生产数十万吨/年PAO。出光兴产公司下一步的PAO发展策略是将生产拓展到欧洲或美国。出光兴产公司自有的PAO装置设计生产能力为20万～30万吨/年，并于2013年上半年开始生产高密度和低密度PAO。与常规PAO技术相比，这项投资具有竞争性。PAO可于汽车和工业用途的润滑剂，全球高密度PAO的市场年增长率超过10%，风力涡轮是PAO应用的一个新的大市场。

一旦完成在鞑靼斯坦Nizhnekamsk石化公司其α-烯烃设施的现代化，俄罗斯的聚α-烯烃(PAOs)生产到2014年将可望回复。Nizhnekamsk石化公司已于2012年5月中旬与德国工程公司林德集团达成协议，将使其装置转而采用Alpha-Sablin线性α-烯烃技术，此前，该装置通过石脑油裂解生产α-烯烃。这一现代化将在Tatneft-Nizhnekamsk石化-石油公司(TNO)内实施，TNO公司是鞑靼斯坦政府拥有的主要石油公司Tatneft公司与投资者TAIF集团所拥有的Nizhnekamsk石化公司,各持股70-30的合资企业。这将使Nizhnekamsk石化公司的装置经改造后可重振IV类基础油的生产。

Nizhnekamsk石化公司在2010年停止其α-烯烃生产，TNO于2010年初停止其聚α-烯烃(PAOs)生产，聚α-烯烃(PAOs)可作为IV类基础油的的原料。TNO公司1万吨/年IV类基础油装置于2003年投入操作运行，它是俄罗斯唯一的PAO生产设施。Nizhnekamsk石化公司预计2014年第3季度恢复α-烯烃生产，使其α-烯烃装置实现现代化。线性α-烯烃癸烯是用于制取PAOs的原料。鞑靼的TANECO公司在Nizhnekamsk拥有19万吨/年III类基础油项目，并在2013年投运。

4.3　扩能进展

埃克森美孚公司于2012年10月初宣布，将在路易斯安那州巴吞鲁日化工和润滑油厂投资2亿多美元，使两种关键的合成润滑油基础油能力提高25%以上。此次扩建还将包括新的成品润滑油调合及包装设施。该公司表示，该扩建工程将使埃克森美孚公司路易斯安那州巴吞鲁日化学厂成为世界上最大的合成酯和烷基萘生产地，合成酯和烷基萘由生产和营销商用于各种各样的成品润滑油，包括车辆马达油、齿轮油和润滑脂，以及航空、船舶和工业应用专门的润滑油。工程预计在2012年年底开始。

路博润公司于2013年3月15日宣布，其CPI工程服务子公司是一家压缩机原设备制造商(OEM)市场上的合成润滑油生产商，该公司与Oxea公司建立合作伙伴关系，将在南京建立制造能力，生产合成冷冻润滑油。该油将由世界上最大的原始设备制造商使用于商业和工业制冷，以及服务充装油使用。预计在2014年第1季度开始生产。CPI公司的合成冷冻润滑油适合于使用臭氧友好型和低全球变暖潜势制冷剂的亚洲市场应用。

尼日利亚Lubcon有限公司于2013年7月底宣布，已生产Rugged Elite 5W-40，这是一种合成润滑油，声称这是这个非洲国家制造的第一款合成润滑油。据所知，此前所有100%的合成润滑油在尼日利亚销售全靠进口。Rugged Elite油将因此成为当地生产的100%合成发机油。它由严格的API III类基础油制取。合成润滑油占尼日利亚润滑油市场的4%。美孚1号是尼日利亚润滑油市场领先的合成润滑油，Lubcon的目标是使Rugged Elite油成为非洲第一选择的合成油。

陶氏化学公司2011年6月底向亚太市场推出新一代高级油溶性基础流体系列产品，使聚烷撑乙二醇类流体与烃类基础油能够很好地溶合，用于多种高性能配方。新产品与其他合成润滑剂化学品，特别是多元醇酯和磷酸盐酯相比，具有更好的水解稳定性和更低的毒性，且性价比高。它可以用作润滑油基础油、辅助基础油，还可用作汽车与工业润滑油配方中的添加剂。

5　国内开发应用进展

润滑油在工业上用途广泛，我国每年润滑油需求量约950万吨，绝大多数为石油炼制生产的传统矿物质润滑油。由于传统润滑油为混合物，分子大小不一，物质成分各异，润滑效果较差。合成润滑油作为新型高端产品，核心技术一直被英美等发达国家垄断。目前，欧美合成润滑油占市场使用比例超过50%，而我国仅为15%，合成润滑油基础油依然严重依赖进口，国产化率不足3%。

2011年5月中旬，中国石化润滑油分公司长城牌3种合成油脂产品的耐化学侵蚀和耐高温的特性，通过中国新一代液体火箭发动机新型环保高能燃料的兼容性验证。该3种产品为中国新一代全系列液体运载火箭提供润滑保障。润滑油分公司通过加强与中国商飞公司的合作，“航空发动机润滑油的应用研究”项目于2010年获得国防科工局立项。与此同时，为大型民用飞机研制推出的Sinopec Turbo Oil 1外送SAE E34组织认可实验室评价的合同获得批准。润滑油分公司在2010年还启动和通过了AS 9100航空航天质量体系认证，增强了在航空润滑产品方面的国际竞争力。

长城 4511-1超高压合成压缩机油也很好地满足了乙烯装置润滑和生产工艺要求，在茂名石化1#高压装置二次机上的应用。同时，加大长城超高压合成压缩机油在全系统的推广。近年来大量先进装备技术在石化业投入使用，然而在一段时期内，主要设备使用的合成润滑剂大都是进口品牌。以乙烯装备为例，长城4511-1超高压合成压缩机油在国内最大高压聚乙烯装置——茂名石化乙烯1号、2号高压装置一次机上先后得到成功应用，产品填补国内空白，并达到了国际先进水平。

中国石化润滑油分公司以特定结构的合成油为基础油，并配以自主研发的特效添加剂制成了长城牌4632酯型难燃液压油，其中河北联钢燕山钢铁有限责任公司于2008年在一套450 m3高炉上首家应用“长城”4632难燃液压油。4632酯型难燃液压油的研制成功，彻底打破了国外油品公司的市场垄断。另外，长城牌7029连铸机润滑脂、7029D润滑脂、油气润滑油、4407合成齿轮油等，也已被国内多家大型钢铁冶金企业应用于设备关键部位。

我国高端合成润滑油产品一直严重受制于人的局面可望改变。西安艾姆高分子材料有限公司自主研发的新一代全合成润滑油(基础油)，不仅黏度指数高于现有国际平均水平，且拥有倾点低、抗氧化、耐腐蚀、绿色环保等优点。目前，该产品已进入工业化中试阶段，艾姆公司正在调试中试设备，针对产品应用领域及产品品种，进行细化与完善，为产业化做准备。经过一年多反复试验、研究，新一代全合成润滑油(基础油)技术攻关取得成功。这种润滑油由烯烃聚合而成，黏度指数在140～180，最高可达210。这不仅高于化石润滑油的90～100，也达到甚或超过了美国石油学会(API)、美国汽车工程师协会(SAE)的润滑油国际标准。同时，该润滑油低温性能优越，倾点在-60～-50 ℃，保证了低温条件下的流动性，从而保护了发动机在极低温度下正常运转。经西北大学、陕西省石油产品质量监督检验中心凝胶渗透色谱、核磁共振检测，该产品基础油分子大小均一，可极大地降低摩擦系数。用添加剂调和后，黏度指数等指标更高，可应用于航空、汽车、军工、机械、精密仪器等领域。如将纳米材料技术应用在该润滑油产品中，纳米材料随润滑油作用于机件表面，变滑动摩擦为滚动摩擦，摩擦系数将大大降低。同时，纳米粒子渗透到金属表面凹痕和微孔中，形成保护膜，具有极强的机械抗磨损性能，纳米材料的物理特性也能得到有效发挥。国外合成润滑油也采用聚合反应技术，但艾姆公司的工艺更加简化。目前，公司已获得了国家5项发明专利初审合格证书。

2012年10月18日，中科院新疆理化技术研究所承担的新疆维吾尔自治区科技支撑计划项目“高端酯类系列润滑油研制”通过自治区科技厅组织的专家验收。酯类合成润滑油具有一定的化学结构和预定的物理化学性质，相对于矿物油，具有更好的高温性能、更优的黏温特性和低温性能、很强的氧化稳定性和润滑性、抗燃性、抗辐射性、较低的挥发性和化学稳定性、可降解性、可再生性、良好的添加剂感受性等诸多优越性，能够适应于高寒地区的高转速重负荷的冬夏通用高档发动机油及齿轮润滑油、精密仪器仪表油、合成螺杆压缩用机油、高温链条油、难燃液压油、金属加工油剂等领域，尤其是航天航空、精密机械加工等关系国家安全和重大产业的关键技术领域。新疆理化所精细化工工程中心科研人员利用新疆石油化工下游产品(己二酸，1，4-丁二醇等)，通过筛选催化剂和固定化、优化合成工艺、设计酯类润滑油调和配方、开发再生技术等研究开发工作，开展了MCM-41负载SnCl2·2H2O及有机钛/TiO2-Al2O3负载型催化剂的研究，开发了喷雾酯化-脱水(适用于均相催化基体系)及薄膜酯化-脱水-脱酸(适用于固定床催化体系)两种酯化工艺及相应的脱色脱水工艺，完成了简单酯类、复合酯类、聚酯类、抗氧型酯类及冷冻机油等5类包含大中小不同黏度的酯类润滑基础油的实验室研究及中试放大生产，形成系统的合成酯类润滑油的技术工艺。该项目通过与新疆福克油品公司合作，根据《中华人民共和国标准化法》的要求，按照国外产品的特性及质量要求，制定了相关企业标准，并协助福克油品股份有限公司制定一项生产工艺规范。项目在中试成产基础上，与新疆福克油品人员合作，正在设计年产2.5万吨的酯类合成润滑基础油的工艺包，并建设相应生产线。专家组一致认为，该项目按期完成了合同规定的主要任务，项目的实施符合润滑油行业发展趋势，延伸了新疆石油化工产品的产业链，符合绿色节能环保的环境友好型发展要求。该项目技术易于推广，产品市场竞争力明显，是一个完整系统的产学研相结合的项目。

在国外投资方面，科聚亚公司在南通润滑油生产的两个阶段于2013年内开始。在这个阶段，该装置开始调合安润龙(Anderol)品牌合成润滑油，在中国销售，并可能在亚洲其他地区销售。其业务将会扩大到包括压缩机润滑油、制冷润滑油、齿轮油、航空用油和其他高性能的工业润滑油。

2011年10月27日，埃克森美孚公司在中国推出全新一代美孚SHC高性能合成润滑油，从而进一步完善其在中国市场高效节能型工业润滑油产品线，更好地满足国内企业的需求。新产品主要有全新升级的美孚SHC600、美孚SHC齿轮油和美孚SHC齿轮油OH 3大系列。目前，新一代美孚SHC 600系列高性能合成循环润滑油和齿轮油己被全球500多家主要设备制造商推荐用于1 800多项实际生产应用中；美孚SHC齿轮油系列产品已得到众多齿轮设备制造商的认可；美孚SHC齿轮油OH系列则是专门为矿山非公路车辆轮毂电机驱动所量身打造的润滑油产品。