15号航空液压油基础油族组成对油品性能的影响

孙俊杰(西安质量监督站，陕西 西安 710016)

0 引言

15号航空液压油是用于飞机液压系统的一种特殊油品，起着能量传递、润滑、冷却、密封、防锈和排污的作用[1-2]。用于收放飞机起落架，操纵襟翼和减速板，改变喷口直径，操纵水平尾翼和副翼，减小机轮的震动和摆动等场合，工作压力高、温度范围宽、洁净性要求严格、使用环境复杂，要求15号航空液压油必须具有良好的粘温性能、极压抗磨性、低温流动性、与非金属材料的适应性以及洁净性等。原油的性质对产品质量的影响较大[3]，航空液压油的理想原料是低硫石蜡基原油，因其具有密度小、含硫量低、烷烃等轻组分高的优点，适宜生产粘温性质良好的特种油。近年来，随着国内原油劣质化加剧，原油类属从低硫石蜡基逐渐变为含硫石蜡基或含硫中间基，硫化合物和芳香烃含量不断升高，导致航空液压油多项质量指标变差，必须通过改善生产工艺方式来弥补原材料对产品质量的影响。因此，对15号航空液压油基础油的族组成加以分析，找出规律，才能对调整生产工艺有积极意义。

1 精制工艺的对比

1.1 硫酸精制

从常二线分离出的原料油含有胶质、沥青质、多环芳香烃和环烷酸等不理想组分，这些组分很不稳定，容易进行聚合、分解、氧化而生成沉淀，使油品抗氧化性能降低。硫酸是一种比重较大的具有强氧化性的液体，能和上述不理想组分发生化学反应和溶解作用，而不与烷烃、环烷烃等理想组分反应。因此硫酸精制可起到改善油品颜色、安定性、气味，降低硫、氮含量的作用。

硫酸与油品发生的反应有：(1)与烯烃发生酯化反应、叠合反应；(2)与芳烃发生磺化反应；(3)与非烃类发生显著的化学反应。文献表明，硫酸精制能够很好的去除胶质、沥青质、碱性氮化物，大部分环烷酸、硫化物等非烃类化合物，以及烯烃和二烯烃等非理想组分。

1.2 加氢精制

加氢精制是在氢气氛围中和一定温度、压力催化剂作用下与油品化学反应来脱除硫、氮、氧和金属杂质，并使烯烃饱和，以解决油品色度及贮存安定性的问题，降低芳烃含量。油品加氢精制过程的主要反应包括：含硫、含氮、含氧化合物等非烃类的加氢反应，烯烃和芳烃(主要是稠环芳烃)的加氢饱和反应，此外还有少量的开环、断链和缩合反应。因此加氢精制可以有效去除胶质、沥青质和芳烃、硫化物等非烃类化合物。

如表1所示，采用不同的精制工艺，15号航空液压油基础油族组成也有较大差异，加氢工艺对于除去硫化物及芳烃类物质较为彻底。

表1 不同精制工艺基础油族组成对比

2 族组成对油品主要性能指标的影响

2.1 对凝点的影响

如表2所示，基础油中环烷烃、芳烃及其衍生物的含量变化对基础油凝点不会造成明显影响，影响基础油凝点主要组分为正构烷烃，现有成熟的分子筛脱蜡工艺完全可以通过选择性脱除正构烷烃以保证基础油的凝点，因此，基础油族组成对成品凝点影响不大。

表2 不同族组成对凝点的影响

2.2 对铜片腐蚀的影响

铜片腐蚀机理复杂，标准要求高，加之原油质量下降，15号航空液压油铜片腐蚀偶有卡边现象。如表3所示，影响铜片腐蚀主要成分为硫化物以及微量水。文章主要以硫含量大小来表征油品的抗腐蚀性能。

表3 族组成对铜片腐蚀的影响

由于铜片腐蚀试验条件苛刻，油品在没有抗氧剂的条件下氧化较为严重，考察基础油的铜片腐蚀没有代表意义，因此文章以对应基础油加剂调和后的成品为参考对象。虽然三种基础油的烃类组成有着较大差异，但成品的铜片腐蚀情况与基础油的硫含量有着对应的增减趋势，随着基础油硫含量的降低，成品铜片腐蚀情况逐渐好转。

2.3 对成品油粘度的影响

如表4所示，15号液压油成品在粘度相近的情况下，酸碱精制基础油用的增粘剂T602的量要比加氢基础油多2%。对比酸碱精制基础油与加氢基础油，前者的链烷烃含量比后者高6%，芳烃及环烷烃含量差异不大，说明链烷烃含量的增加对成品粘度有较大影响；比较加氢基础油酸碱精制前后，环烷烃含量增长9%，芳烃含量降低6%，但成品的黏度相差不大，表明组成中的环烷烃及芳烃对成品粘度影响较小。

表4 族组成变化对粘度的影响

2.4 对橡胶膨胀率的影响

国内对航空专用橡胶片(NBR-L)膨胀率的影响因素研究较少，有文献表明芳烃是使其溶胀的主要原因，但实际生产中发现，环烷烃含量对橡胶膨胀率也有影响。试验结果表明，加氢基础油在酸处理前后，族组成含量发生较大变化。处理前，环烷烃含量为50.9%、芳烃含量为9.7%，橡胶膨胀率为32.49%；处理后，环烷烃含量为59.4%、芳烃含量为2.4%，橡胶膨胀率为27%。表明芳烃对橡胶膨胀作用较大，环烷烃的增加并未导致橡胶膨胀率升高，表明环烷烃对膨胀作用不大。通过对酸处理后的加氢基础油和酸碱精制基础油进行比对发现，加氢基础油链烷烃含量为38.5%、芳烃含量为2.4%，橡胶膨胀率为27%；酸碱精制基础油链烷烃含量为32.6%、芳烃含量为5.1%，橡胶膨胀率为28.5%。表明链烷烃的明显增加不会对橡胶膨胀产生明显影响。另外，根据酸处理后的加氢基础油数据来看，芳烃已基本脱除，但与酸碱精制基础油橡胶膨胀率相差不大，因此可能存在部分结构的环烷烃对橡胶有溶胀作用。

3 结语

综上所述，通过研究15号航空液压油基础油族组成，明确了基础油化学成分对凝点、铜片腐蚀、粘度、橡胶膨胀率的影响，为下一步优化精制工艺，改善15号液压油产品质量具有较好的指导意义。

(1)基础油凝点只与正构烷烃含量有较大关系，环烷烃及芳烃对凝点影响较小。

(2)基础油中含硫化合物对成品的铜片腐蚀影响较大，通过加氢精制降低硫化物含量，可以大大改善油品铜片腐蚀情况。

(3)链烷烃(主要指异构烷烃，因为15号航空液压油的凝点要求较高，正构烷烃是不理想组分)的增加，一定程度上可以改善基础油的添加剂感受性，减少增粘剂的用量。

(4)芳烃类物质是导致橡胶膨胀率较高的主要原因，通过最大限度降低基础油中芳烃类物质可以降低成品膨胀率，但不排除有部分结构的环烷烃也对橡胶片具有膨胀作用。