采用優(yōu)質(zhì)加氫處理的潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油生產(chǎn)真空泵油，改進(jìn)油品性能;并從理論上分析化學(xué)組成對(duì)油品性能的影響。

1、真空泵油及基礎(chǔ)油現(xiàn)狀

　　隨著國(guó)內(nèi)真空行業(yè)的發(fā)展，對(duì)真空獲得設(shè)備用油(統(tǒng)稱：真空泵油)的需求量越來(lái)越大，質(zhì)量要求也越來(lái)越高。由于礦物油型真空泵油本身固有的缺陷，將逐漸被性能更好、用途更廣泛的合成型真空泵油所取代;此外，為了減少油品對(duì)系統(tǒng)和環(huán)境的污染，已經(jīng)出現(xiàn)了少量號(hào)稱21世紀(jì)綠色真空泵的無(wú)油泵(干泵)。但由于合成型真空泵油制造特殊、工藝復(fù)雜、價(jià)格很昂貴，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)和使用的廠家都較少，因此目前合成油還主要是用在一些特殊場(chǎng)合或性能先進(jìn)的設(shè)備上。此外，無(wú)油泵還處于前沿開(kāi)發(fā)的階段，因此礦物油型真空泵油仍占據(jù)著很大的市場(chǎng)份額。

　　為滿足市場(chǎng)對(duì)油品性能和經(jīng)濟(jì)效益兩方面的要求，現(xiàn)階段迫切需要改進(jìn)礦物油型真空泵油的性能。改進(jìn)油品性能的途徑很多，除生產(chǎn)工藝和精制手段等方面外，選用精制深度更高、組成結(jié)構(gòu)更合理的基礎(chǔ)油就成了很關(guān)鍵的問(wèn)題。礦物油型真空泵油一般都是選用高粘度指數(shù)的石蠟基潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油經(jīng)特殊處理制成的，但隨著1992年潤(rùn)滑油市場(chǎng)的放開(kāi)，國(guó)外潤(rùn)滑油大量涌入，國(guó)內(nèi)潤(rùn)滑油市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，造成基礎(chǔ)油生產(chǎn)的工藝技術(shù)有了較大的改進(jìn)，用加氫處理工藝生產(chǎn)的潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油(下稱：加氫油)將逐漸成為潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油市場(chǎng)的主流。通過(guò)對(duì)油品性能和組成的研究，北京石大中油公司率先采用優(yōu)質(zhì)進(jìn)口加氫石蠟基潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了“石大”牌(SD)系列真空泵油，產(chǎn)品性能良好。

2、選擇加氫油的理論依據(jù)

　　2.1、加氫油特點(diǎn)

　　潤(rùn)滑油加氫處理是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的臨氫轉(zhuǎn)化生產(chǎn)工藝，其主要作用是對(duì)油品進(jìn)行化學(xué)改質(zhì)，大幅度改善基礎(chǔ)油的粘溫性能和脫除大量雜質(zhì)，將多環(huán)芳烴、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等非理想組分轉(zhuǎn)化為理想組分。與目前普遍應(yīng)用的溶劑精制工藝相比，加氫精制工藝有許多優(yōu)點(diǎn)，表1中對(duì)兩種精制工藝的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了比較。

　　2.2、加氫油反應(yīng)機(jī)理

　　加氫裂化的反應(yīng)機(jī)理主要包括：稠環(huán)芳烴及不飽和烴的加氫反應(yīng)，生成的稠環(huán)環(huán)烷烴開(kāi)環(huán)，正構(gòu)烷烴或烷基側(cè)鏈的異構(gòu)化反應(yīng)，大分子烴變成小分子烴的裂化反應(yīng)以及脫硫、脫氮、脫烷基反應(yīng)。

　　隨著加工深度的提高，芳烴飽和程度增加，芳烴總含量降低，飽和烴總含量增加。由于開(kāi)環(huán)及脫烷基反應(yīng)的增加，使單環(huán)芳烴在芳烴總含量中的比例增加，帶長(zhǎng)側(cè)鏈的單環(huán)環(huán)烷烴或芳烴增多。此外，雜質(zhì)的含量也大幅度降低了。這些反應(yīng)使得基礎(chǔ)油具有高粘度指數(shù)、低凝點(diǎn)、顏色得到改善，穩(wěn)定性增強(qiáng)，而且由于芳烴得到了飽和，抗乳化性能也提高了，油品的氧化安定性也有所改善。

表1 溶劑精制與加氫精制的比較

　　2.3、真空泵油的性能改進(jìn)分析

　　根據(jù)油品在使用中的工作狀況，我國(guó)已制定了真空泵油的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SH0528-92(礦物油型真空泵油標(biāo)準(zhǔn))和SH0529-92(礦物油型擴(kuò)散泵油標(biāo)準(zhǔn))。下面就對(duì)加氫油生產(chǎn)的真空泵油在飽和蒸汽壓、極限壓強(qiáng)、粘度指數(shù)、氧化安定性等方面的改進(jìn)進(jìn)行分析。

　　2.3.1、飽和蒸汽壓

　　為了獲得高真空，希望油品在冷凝器溫度下有較低的飽和蒸汽壓;使真空泵能獲得較高的真空;同時(shí)又要求油品在蒸發(fā)器溫度下，應(yīng)具有盡可能大的飽和蒸汽壓，使得泵在較高的出口壓力下工作。

　　一些質(zhì)譜組成分析結(jié)果表明，與溶劑精制油相比，加氫油具有芳烴含量低、飽和烴含量高的特點(diǎn)。從化學(xué)組成上分析，隨著分子量增大，直鏈烷烴分子間的色散力增加，蒸汽壓降低，需要從外界供給較大的能量才可使其蒸汽壓提高到與大氣壓相等，因而沸點(diǎn)相應(yīng)增高;而對(duì)于碳數(shù)相同的烷烴異構(gòu)體而言，分子支鏈增多時(shí)，分子趨于球形，分子間距離增大，色散力相應(yīng)減弱，則油品蒸汽壓會(huì)升高。環(huán)烷烴性質(zhì)與烷烴相似，因此加氫油中含量較多的帶長(zhǎng)側(cè)鏈的單環(huán)環(huán)烷烴或芳烴有利于真空泵油降低飽和蒸汽壓。

　　2.3.2、極限壓強(qiáng)

　　極限壓強(qiáng)是真空設(shè)備的關(guān)鍵性指標(biāo)，其大小取決于泵本身的漏氣和工作液的蒸氣壓強(qiáng)。以擴(kuò)散泵為例，根據(jù)擴(kuò)散理論，有如下關(guān)系式。

　　泵工作壓縮比

　　式中：nd——蒸汽分子密度;W——蒸汽從噴嘴流出后的流速;L——蒸汽流的有效長(zhǎng)度;D——經(jīng)驗(yàn)系數(shù);R1——氣體分子直徑;L1——氣體分子量

　　可以看出油品的種類和組成對(duì)真空泵的極限壓強(qiáng)影響很大。與溶劑精制油相比，由于加氫油制得的真空泵油沸點(diǎn)高，分子量較大，即公式中的蒸汽分子直徑R2和分子量L2大，相應(yīng)的氣體與蒸汽間的擴(kuò)散系數(shù)D0就小，所以壓縮比就大，對(duì)一定的出口壓強(qiáng)P(L)而言，極限壓強(qiáng)P(O)就小些。這說(shuō)明用加氫油生產(chǎn)的真空泵油沸點(diǎn)高，組成合理，有利于獲得高真空;且由于該油餾分窄，精制深度高，抽氣速率也有所提高。

　　從“石大”牌真空泵油性能測(cè)試結(jié)果中也能看出這一點(diǎn)。表2對(duì)比了“石大”牌擴(kuò)散泵油(SD-DPO-3)與用普通溶劑精制油制得的擴(kuò)散泵油(A油)的真空性能，結(jié)果表明：極限壓強(qiáng)和抽氣速率指標(biāo)都有了一定程度的提高。

表2 SD-DPO-3與A油極限壓強(qiáng)和抽氣速率對(duì)比結(jié)果

　　測(cè)試泵：北京儀器廠K-200擴(kuò)散泵

　　測(cè)試真空計(jì)：北京大學(xué)DL-9計(jì)

　　表3對(duì)比了北京石大中油公司最新研制的“石大”牌直聯(lián)泵油SD-RPO-100L與德國(guó)產(chǎn)萊寶泵專用油N62在萊寶真空泵上測(cè)試的極限壓強(qiáng)性能。結(jié)果表明：國(guó)產(chǎn)油的真空性能指標(biāo)不亞于進(jìn)口油。

表3 SD-RPO-100L與LeyboldN62的極限壓強(qiáng)對(duì)比結(jié)果

　　測(cè)試泵：LeyboldTrivavD16C型雙級(jí)油封式旋片泵;測(cè)試真空計(jì)：北京大學(xué)DL-9計(jì)

　　2.3.3、粘溫性能

　　油品粘溫性能的優(yōu)劣水平是用粘度指數(shù)來(lái)表征的，它是衡量基礎(chǔ)油加工中精制深度最重要的指標(biāo)，也是判斷潤(rùn)滑油油源的標(biāo)志。從化學(xué)組成上分析，烷烴和少環(huán)長(zhǎng)側(cè)鏈環(huán)烷烴和芳烴的粘溫性能都好于多環(huán)多側(cè)鏈環(huán)烷烴和芳烴;膠質(zhì)等稠環(huán)化合物的粘度指數(shù)極低。

　　由于要求油品在低溫下能使泵迅速啟動(dòng)，在高溫下又能具有良好的密封性，同時(shí)使泵內(nèi)溫升較低，因此油品的高粘度指數(shù)對(duì)真空泵的正常運(yùn)轉(zhuǎn)是非常重要的。尤其是近年來(lái)出現(xiàn)的直聯(lián)高速旋片式真空泵的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)速已提高到1000～3000r/min，這就使油分子的內(nèi)摩擦增大了，油品溫升也更高，因此對(duì)油品的粘度指數(shù)要求更嚴(yán)格了[7]。因此，由基礎(chǔ)油性質(zhì)決定了加氫油制得的真空泵油的粘度指數(shù)(一般VI≥100)要好于普通溶劑精制油的產(chǎn)品(一般VI≥90)。

　　2.3.4、氧化安定性

　　由于油品在泵內(nèi)要經(jīng)受長(zhǎng)期的加熱、汽化、(噴射)、冷卻等過(guò)程，因此要求油品要具有良好的熱安定性和氧化安定性，避免熱解產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物污染系統(tǒng)，降低極限真空度。

　　烴類氧化是一個(gè)自由基自動(dòng)氧化過(guò)程。油品氧化安定性與非烴雜質(zhì)和化學(xué)組成有密切關(guān)系。環(huán)己烷和C12以上的大環(huán)化合物由其自身結(jié)構(gòu)決定了其張力能很小或等于零，因此具有穩(wěn)定的構(gòu)象，所以基礎(chǔ)油中的烷烴和環(huán)烷烴對(duì)氧化安定性都是有正影響的;而基礎(chǔ)油中芳烴、膠質(zhì)對(duì)氧化安定性是有負(fù)影響的。其中適量的少環(huán)芳烴對(duì)氧化安定性有利，但不能過(guò)多。多環(huán)芳烴含量越高，油品的氧化安定性越差。陳國(guó)銘等人認(rèn)為我國(guó)石蠟基基礎(chǔ)油氧化安定性差的原因除與其中天然硫化物含量低有關(guān)外，沒(méi)有將其中的稠環(huán)芳烴及極性化合物降低至較低水平

　　也是原因之一。而通過(guò)加氫精制工藝處理油料可以很好地解決這一問(wèn)題。此外，F(xiàn)enske發(fā)現(xiàn)芳烴含量為15%～20%的基礎(chǔ)油氧化安定性最好。Fuchs和Burn等也提出過(guò)最佳芳烴的概念，他們認(rèn)為在硫含量大于0.1%時(shí)，就氧化安定性而言，最佳芳烴含量為10%～20%。因此，對(duì)加氫油而言，隨著加工深度的提高，芳烴飽和程度增加，芳烴總含量降低，飽和烴總含量增加，非理想組分含量大大減少，其氧化安定性會(huì)越好，表現(xiàn)在真空泵油指標(biāo)上就是降低了油品酸值，延長(zhǎng)了油品使用壽命。

　　2.2.5、揮發(fā)性

　　如果油品中含有易揮發(fā)的輕組分，那么就會(huì)通過(guò)泵油的返流或反擴(kuò)散進(jìn)入系統(tǒng)，降低泵的極限壓強(qiáng)和抽氣速率。油品中飽和烴(烷烴、環(huán)烷烴)的揮發(fā)性比芳烴小;粘度指數(shù)高的油品揮發(fā)性小。相同粘度時(shí)，加氫油的沸點(diǎn)高于溶劑精制油，說(shuō)明其揮發(fā)度低于溶劑精制油，這表現(xiàn)在真空泵油指標(biāo)上就是其閃點(diǎn)很高;此外窄餾分和深度精制也有助于降低油品的揮發(fā)性。

　　2.2.6、抗乳化性能

　　加氫油精制深度加深，因而抗乳化性能也有所改善。表4給出了“石大”牌普通真空泵油(SD-RPO-3)的抗乳化性能測(cè)試結(jié)果，結(jié)果表明：油水能夠迅速分離，油層和水層界面清楚，水層透明。

表4 SD-RPO-3的抗乳化性

3、結(jié)論

　　根據(jù)真空泵油的使用要求，以及上面對(duì)油品性能與化學(xué)組成之間關(guān)系的分析可以看出，加氫油具有生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)真空泵油的理想組分，即：液體烷烴、環(huán)烷烴、少環(huán)長(zhǎng)側(cè)鏈環(huán)烷烴和芳烴。通過(guò)對(duì)加氫油和溶劑精制油一些性質(zhì)的比較，以及對(duì)加氫油制得的真空泵油性能指標(biāo)的分析，可以看出加氫油性能優(yōu)于溶劑精制油，加氫油制得的真空泵油在極限壓強(qiáng)、抽氣速率、飽和蒸汽壓、粘度指數(shù)、顏色、抗乳化等許多性能上都有所改進(jìn)。此外，加氫油價(jià)格比合成油便宜，從經(jīng)濟(jì)效益上看也是有利的。