脂肪酸类和脂肪酸酯类柴油润滑性改进剂使用性能评价

栾郭宏

(中国石化金陵分公司,南京 210033)

随着人们环保意识的增强，环保和汽车行业对柴油质量指标提出了越来越高的要求， 2015年柴油中硫含量要求达国Ⅳ排放标准，2018年达国Ⅴ排放标准，低硫化已成为柴油发展的必然趋势。低硫柴油的使用虽使燃料更清洁，但也产生了润滑性变差的问题。因此，在车用柴油规格中不但对柴油的硫含量进行了规定，同时也对柴油的润滑性能提出了要求。我国颁布的GB 19147—2013《车用柴油(Ⅴ)》国家标准中，规定表征柴油润滑性指标的磨痕直径小于460 μm。目前，解决柴油润滑性经济而有效的方法是通过向柴油中加入少量的润滑性改进剂，即可满足柴油润滑性的要求，从而减少部件的磨损[1-4]。本公司使用的柴油润滑性改进剂主要有脂肪酸类及其酯类化合物，是油溶性化合物，极性基是羧基及其酯基，可在金属表面形成致密的吸附膜，有效地减少摩擦和磨损。

本研究考察了本公司使用的脂肪酸类和脂肪酸酯类化合物润滑性改进剂的使用性能。

1　试验

1.1　仪器

十六烷值测试仪CFR F-5，美国Waukesha公司；高频往复试验机HFRR，英国PCS公司。

1.2　原料

多组分脂肪酸A，国产；托尔油脂肪酸B，美国；多组分脂肪酸酯C，国产；脂肪酸酯D，美国；硝酸异辛酯类十六烷值改进剂，型号为SL1801；聚胺类抗静电剂，型号为TUD-9。

试验用基础柴油为某馏分柴油，其性质见表1。

表1　试验用基础柴油的主要物理性质

1.3　性能评价方法

磨痕直径按照SH/T 0765—2005《柴油润滑性评定法》测定。十六烷值按照GB/T 386—2010《柴油十六烷值测定法》测定。

2　结果与讨论

2.1　脂肪酸类和脂肪酸酯类润滑性改进剂的物理性能

脂肪酸类润滑性改进剂被广泛使用，但存在过滤网堵塞和金属腐蚀的问题。脂肪酸酯类润滑性改进剂是一类应用最多的柴油润滑性改进剂产品，由不饱和脂肪酸和多元醇反应合成，脂肪酸酯作为润滑性改进剂效果明显，添加量少，不影响柴油的基本性能，是较理想的低硫柴油润滑性改进剂。2类润滑性改进剂的物理化学性能见表2。

表2　脂肪酸类和脂肪酸酯类润滑性改进剂的物理化学性能

从表2看出，脂肪酸类润滑改进剂酸值高，为199.2 mgKOH/g，脂肪酸酯类酸值13.06 mgKOH/g，在柴油中加入脂肪酸类润滑改进剂，会增加柴油的酸度和腐蚀能力。

2.2　脂肪酸类和脂肪酸酯类润滑性改进剂的油溶性

选用国产和进口的脂肪酸类和脂肪酸酯类润滑性改进剂，润滑性改性剂与基础柴油体积比分别为1∶1和1∶2配制润滑性改性剂溶液，在基础柴油中分别加入150 mg/kg的润滑性改进剂溶液，测定其磨痕直径，结果见表3。

表3　国产和进口的脂肪酸和脂肪酸酯类润滑性改进剂的油溶性比较

从表3看出，无论是脂肪酸类还是脂肪酸酯类润滑性改进剂，润滑性改性剂与基础柴油体积比为1∶1时，其磨痕直径下降12～16 μm; 润滑性改性剂与基础柴油体积比为1∶2时，其磨痕直径下降18～39 μm，稀释后的润滑效果好于原剂。为了消除冬季直接添加原剂的困难，建议将原剂先进行一定比例的稀释再添加。

2.3　脂肪酸类和脂肪酸酯类润滑性改进剂的润滑性

选用国产和进口的脂肪酸和脂肪酸酯类润滑性改进剂，润滑性改性剂与基础柴油体积比为1∶2，在不同润滑性改进剂加量下，考察加入润滑改进剂溶液后柴油的磨痕直径，结果见表4。

表4　脂肪酸和脂肪酸酯类的润滑性能比较

从表4看出，在润滑性改进剂相同加量下，脂肪酸酯类比脂肪酸类的润滑效果好，进口脂肪酸类润滑性改进剂比国产的润滑效果好；而进口脂肪酸酯类润滑性改进剂与国产的润滑效果相当。

2.4　水对脂肪酸类和脂肪酸酯类润滑性改进剂的影响

固定其他条件，模拟柴油产品罐内可能含水的极限条件，在基础柴油中分别加入150 mg/kg的脂肪酸类和脂肪酸酯类润滑性改进剂，再加入不同含量的水(质量分数)，充分混合均匀，室温下静置不同时间，观察柴油样品的外观，结果见表5。

表5　不同含水量对柴油样品外观的影响

从表5看出，对于脂肪酸类润滑性改进剂，柴油罐内含水量小于0.10%时，可保证样品外观合格；但对于脂肪酸酯类润滑性改进剂，含水量为0.05%时，样品浑浊。结合实际生产过程，柴油罐内含水量不能大于0.02%。

为了进一步考察水的存在对柴油润滑性的影响，将上述添加了水的柴油样品进行过滤和不过滤对照试验，结果见表6。

表6　含水量对柴油润滑性的影响

从表6看出，在样品浑浊的情况下，采用滤纸过滤后再测定磨痕直径，其数值小于未过滤的样品，说明水的存在增加磨损，使柴油磨痕直径增加。另从表3和表6看出，水对柴油磨痕直径有较大影响，含水量为0.05%时，加入脂肪酸类润滑改进剂的柴油磨痕直径从352 μm增加至424 μm；加入脂肪酸酯类的柴油磨痕直径从336 μm增加至373 μm。综上所述，水的存在会降低润滑改进剂的使用效果。

2.5　脂肪酸类和脂肪酸酯类润滑性改进剂与其他添加剂的配伍性

金陵分公司在柴油产品中主要添加硝酸异辛酯类十六烷值改进剂和抗静电剂，抗静电剂是由多种高分子有机化合物缩聚后溶于芳烃溶剂的有机聚合物，易溶于燃料油中。在基础柴油中添加350 mg/kg十六烷值改进剂和2 mg/kg 抗静电剂，再加入150 mg/kg润滑性改进剂，其中润滑性改进剂与基础柴油体积比为1∶2，考察润滑性改进剂与添加剂的配伍性，结果见表7。

表7　润滑性改进剂与添加剂的配伍性

从表7看出，基础柴油添加十六烷值改进剂后，十六烷值由53.0升至54.6，但磨痕直径由470 μm提高至525 μm。基础柴油添加抗静电剂后，柴油电导率为246 pS/m，达到产品标准规定要求，柴油磨痕直径由470 μm降至459 μm。在基础柴油+十六烷值改进剂+抗静电剂中分别加入润滑性改进剂A和B后，磨痕直径由514 μm分别降至420，410 μm，说明脂肪酸类和脂肪酸酯类润滑性改进剂与其他添加剂具有良好的配伍性。

2.6　脂肪酸类和脂肪酸酯类润滑性改进剂对柴油储存性能的影响

在柴油样品中分别加入150 mg/kg的脂肪酸类和脂肪酸酯类润滑性改进剂，分别储存90 d后，测定其磨痕直径，考察润滑性改进剂对柴油储存性能的影响，结果见表8。

表8　脂肪酸类和脂肪酸酯类润滑性改进剂对柴油储存性能的影响

从表8看出，随着储存时间延长，柴油磨痕直径减小，润滑性变好。

3　结论

1)无论是脂肪酸还是脂肪酸酯润滑性改进剂，润滑性改性剂与基础柴油体积比为1∶1时，其磨痕直径比直接添加原剂下降12～16 μm; 润滑性改性剂与基础柴油体积比为1∶2时，其磨痕直径比直接添加原剂下降18～39 μm，说明脂肪酸类和脂肪酸酯类润滑性改进剂用柴油稀释后的添加效果好于原剂。

2)水的存在会降低润滑性改进剂的使用效果。使用脂肪酸酯类润滑性改进剂时，控制柴油中含水量不大于0.02%，否则出现浑浊现象。

3)相同加量下，脂肪酸酯类润滑性改进剂比脂肪酸类的润滑效果好，进口脂肪酸类润滑性改进剂比国产的效果好，进口脂肪酸酯类润滑性改进剂与国产的效果相当。

4)在基础柴油+十六烷值改进剂+抗静电剂中分别加入润滑性改进剂A和B后，磨痕直径由514 μm分别降至420，410 μm，说明脂肪酸类和脂肪酸酯类润滑性改进剂与其他添加剂具有良好的配伍性。

5)在柴油样品中分别加入脂肪酸类和脂肪酸酯类润滑性改进剂，储存90 d后，柴油润滑性良好。

[1]韦淡平.燃料润滑性的研究:Ⅰ.柴油组分的磨损性能.石油学报：石油加工，1986,2(3):84-92.

[2]韦淡平. 燃料润滑性的研究:Ⅱ. 模型化合物实验. 石油学报：石油加工,1988,4(1):93-102.

[3]韦淡平. 燃料润滑性的研究：Ⅲ. 柴油的磨损性能. 石油学报：石油加工, 1990,6(1):15-19.

[4]韦淡平，范静芸，黄燕民,等. 几种柴油抗磨剂及其作用机理的研究[C]//第七届全国摩擦学大会论文集(二).兰州,2002:122-125.