几种加氢润滑油基础油性质和组成的研究

陈文艺，邹 恺，王秀文，吴 亮

(辽宁石油化工大学石油化工学院，辽宁 抚顺 113001)

几种加氢润滑油基础油性质和组成的研究

陈文艺，邹 恺，王秀文，吴 亮

(辽宁石油化工大学石油化工学院，辽宁 抚顺 113001)

通过对9种加氢润滑油基础油的主要性质及组成进行分析，并采用n-d-M法计算其结构族组成参数，依据其性质与组成的关系，对加氢润滑油基础油的密度、折射率、平均相对分子质量与结构组成以及烃类组成进行关联，同时对加氢润滑油基础油中的链烷烃、环烷烃含量与黏度指数、氧化安定性进行关联。结果表明：9种加氢润滑油基础油的密度与总环数和芳环数具有正相关性；折射率与结构组成参数(芳碳率、烷基碳率)具有近似的正相关性，而与烷基碳率具有负相关性；平均相对分子质量与芳烃、环烷烃含量呈正相关性，而与链烷烃含量则呈负相关性；链烷烃含量与氧化安定性、黏度指数也具有正相关性，但环烷烃含量与氧化安定性、黏度指数则呈现负相关性。

加氢润滑油基础油 密度 折射率 结构组成 烃类组成 平均相对分子质量 黏度指数 氧化安定性

基础油是润滑油的主要成分，其性质和组成对润滑油的质量具有重要影响，通常基础油的物理化学性质决定着润滑油的氧化安定性、化学活性和挥发性等，而这些性质又直接影响着润滑油的使用性能[1]。目前，Ⅰ类基础油主要通过传统溶剂精制方法获得，Ⅱ类基础油主要是通过加氢或加氢裂化方法制得，Ⅲ类基础油通过深度加氢裂化和/或蜡异构化技术制备[2]。加氢润滑油基础油与常规基础油相比，具有低硫含量、低氮含量、低芳烃含量、优良的热安定性和氧化安定性、较低的挥发度、优异的黏温性能、良好的添加剂感受性等优点。目前，国内外各大石油公司非常重视基础油的组分与性能关系的研究以及不同基础油与添加剂相互作用规律的研究等[3-5]，但对基础油的分析则往往局限于基本性质的分析。本课题通过对9种加氢润滑油基础油性质、结构组成及烃类组成进行分析，研究基础油物性之间、物性与烃类组成及润滑油使用性能的关系，为了解和掌握加氢润滑油基础油性质的变化规律及应用提供参考。

1 实 验

1.1 原 料

实验所用加氢润滑油基础油(以下简称基础油)均为国内润滑油生产企业生产，代号分别为1～9号。

1.2 分析方法

密度采用GB/T1884—1992方法测定；折射率采用SH/T0205—1992方法测定；酸度采用GB/T258—1988方法测定；闪点采用GB/T267—1988方法测定；平均相对分子质量采用VPO方法测定；浊点采用SH/T0179—1992方法测定；倾点采用GB/T3535—1983方法测定；残炭采用SH/T 0170—1992方法测定；氧化安定性采用SH/T0193—1992方法测定；硫含量采用GB/T8025—1987方法测定；运动黏度采用GB/T265—1988方法测定；烃类组成采用EVERY109.MT型质谱仪测定。

2 结果与讨论

2.1 基础油的理化性质

9种基础油的主要性质见表1。由表1可以看出：9种基础油的硫含量均较低，最高硫质量分数为58.5 μg/g，其中有6种基础油的硫质量分数为3.0～19.9 μg/g；9种基础油的折射率变化不大，为1.474 2～1.489 0；20 ℃的密度为0.830 5～0.869 0 g/cm3；平均相对分子质量为374.6～510.3；旋转氧弹时间均在220 min以上；倾点均较低，在-17.0～-8.5 ℃；黏度指数均在100以上，最高达到126；酸度均较小，最高的只有0.628 7 mg KOH/(100 mL)；闪点都较高。

表1 9种基础油的主要性质

9种基础油的结构族组成见表2。表2中数据是依据n-d-M法计算所得。从表2可以看出，9种基础油的饱和烃含量均较高，表现为烷基碳率(Cp)均在75%以上，最高Cp达到90.69%，总环数(RT)不高，最低为0.62，最高为1.70。

9种基础油的烃类组成见表3。从表3可以看出：9种基础油的链烷烃质量分数为17.4%～45.5%；总环烷烃质量分数为52.6%～79.3%，且四环以上环烷烃含量不高；芳烃质量分数最低为0.6%，最高为10.2%；胶质质量分数为0.2%～0.9%。

表2 9种基础油的结构组成

注：CA，CN，CP，CR分别为芳碳率、环烷碳率、烷基碳率、总环碳率；RA，RN，RT分别为芳环数、环烷碳数、总环数。

2.2 基础油密度与结构参数的关系

基础油的密度与总环数(RT)和芳环数(RA)的关系见图1。从图1可以看出，随着密度的增大，RT和RA都呈增大的趋势，但增大幅度有所差别，其中RT增加幅度稍大。说明随着基础油的变重，基础油中芳香组分增加的同时，环烷组分也在增加，导致RT增加幅度更大，这也可从表3数据得到验证。

表3 9种基础油的烃类组成 w，%

图1 基础油密度与RT、RA的关系◆—RT； ■—RA

2.3 基础油折射率与结构组成的关系

基础油折射率与结构组成参数(CA，CN，CP)的关系见图2。从图2可以看出，随着基础油折射率的增加，CP呈小幅下降趋势，而CA和CN尽管变化规律较复杂，但总体呈现缓慢增加趋势。因此折射率可以反映基础油结构参数的变化情况。

图2 基础油折射率与结构组成参数的关系◆—CA； ■—CN； ▲—CP

2.4 基础油平均相对分子质量与烃类组成的关系

基础油平均相对分子质量与烃类组成的关系见图3。从图3可以看出，随着基础油平均相对分子质量的增加，基础油中芳烃、环烷烃含量略有上升，而链烷烃含量则呈下降趋势。表明平均相对分子质量与密度、折射率一样，均能反映基础油中烃类的大致组成，但其相关性较密度和折射率差。

图3 基础油平均相对分子质量与烃类组成的关系◆—链烷烃； ■—总环烷烃； ▲—总芳烃

2.5 基础油链烷烃含量与氧化安定性的关系

基础油中链烷烃含量与氧化安定性的关系见图4。从图4可以看出，基础油中链烷烃含量与其旋转氧弹时间(氧化安定性)具有良好的正相关性，即基础油中的链烷烃含量越高，其氧化安定性越好。

图4 基础油链烷烃含量与氧化安定性的关系

2.6 基础油链烷烃含量与黏度指数的关系

基础油中链烷烃含量与黏度指数的关系见图5。从图5可以看出，基础油中链烷烃含量与其黏度指数具有正的相关性，即链烷烃含量越高，基础油的黏度指数越高。

图5 基础油链烷烃含量与黏度指数的关系

2.7 基础油环烷烃含量与氧化安定性的关系

基础油中环烷烃含量与旋转氧弹时间(氧化安定性)的关系见图6。从图6可以看出，基础油中环烷烃含量与其旋转氧弹时间具有负相关性，即环烷烃含量越高，基础油的旋转氧弹时间越短，即氧化安定性越差。

2.8 基础油环烷烃含量与黏度指数的关系

图7 基础油环烷烃含量与黏度指数的关系

基础油中环烷烃含量与黏度指数的关系见图7。从图7可以看出，基础油中环烷烃含量与其黏度指数具有近似的负相关性，即环烷烃含量越高，基础油的黏度指数越低。

3 结 论

(1) 9种加氢润滑油基础油均具有硫含量较低、氧化安定性高、黏度指数高、闪点高、倾点低和酸度小等特点，符合高档油品对基础油的储存及使用要求。

(2) 9种加氢润滑油基础油的饱和烃含量均较高，其中Cp均在75%以上，最高达到90.69%；总环数RT不高，最低为0.62，最高为1.70；链烷烃质量分数为17.4%～45.5%；总环烷烃质量分数为52.6%～79.3%，且四环以上环烷烃含量不高；芳烃质量分数最低为0.6%，最高为10.2%；胶质质量分数为0.2%～0.9%。

(3) 加氢润滑油基础油的密度与RT、RA具有正相关性；折射率与CP具有负相关性，但与CA、CN则具有近似的正相关性；平均相对分子质量与芳烃、环烷烃含量具有近似的正相关性，与链烷烃含量具有一定的负相关性。

(4) 加氢润滑油基础油中链烷烃含量与氧化安定性、黏度指数之间具有正相关性，而环烷烃含量与氧化安定性、黏度指数之间则具有负相关性。

[1] 薛卫国，李建明，周旭光，等.加氢异构基础油的氧化安定性研究[J].润滑与密封，2012，37(8)：107-111

[2] 曼格T，德雷泽尔W.润滑剂与润滑[M].北京：化学工业出版社，2005：35-36

[3] 安军信，王凤娥.世界润滑油基础油的供需状况和发展趋势[J].精细与专用化学品，2007，15(10)：26-27

[4] 韦刚.发动机油发展趋势[J].石油商技，2000，18(6)：48-50

[5] 王毓民，王恒.实用汽车润滑技术手册[M].北京：化学工业出版社，2005：3-8

CORRELATION OF PROPERTIES AND COMPOSITIONS OF HYDROTREATED LUBE BASE OIL

Chen Wenyi， Zou Kai， Wang Xiuwen， Wu Liang

(DepartmentofPetroleumandChemicalTechnology，LiaoningShihuaUniversity，Fushun，Liaoning113001)

The properties and hydrocarbon compositions of 9 kinds of hydrotreated lube base oils were analyzed and their structure parameters were calculated byn-d-Mmethod. The relationships between the structure and the hydrocarbon composition of hydrotreated base oil with density， refractive index， average molecular weight were explored. At the same time， the correlations of the alkane， cyclanes content in lube base oil with viscosity index and oxidation stability were tested. The results show that the density of the base oil has a positive correlation with theRTandRA； the refractive index has an approximate positive correlation with the structure parameters (CA，CN) and a negative correlation withCP； the average molecular weight has a positive correlation with aromatic and alkane content， and a negative correlation with the paraffinicity. The paraffin content has a positive correlation with the oxidation stability and viscosity index， but naphthene content has an opposite correlation with the stability and viscosity index.

hydrotreated lube base oil； density； refractive index； structure； hydrocarbon composition； average molecular weight； viscosity index； oxidation stability

2014-03-31； 修改稿收到日期： 2014-06-16。

陈文艺，大学本科，主要从事重质油加工及其性质组成的研究工作。

陈文艺，E-mail：fscwy@126.com。