聚α-烯烃在合成润滑油的应用

■ 金 文

聚α-烯烃在合成润滑油的应用

■ 金 文

从事咨询业务的克莱恩（Kline & Co）公司于2015年5月27日在一份“全球合成润滑剂基础油料：市场分析和机会”的报告中表示，目前世界大约消费300万吨/年的合成和半合成润滑油，但各个国家和地区之间使用的差别很大。2014年亚太地区占世界3990万吨成品润滑油（包括过程用油）需求的44%，亚洲不同国家之间市场上的润滑质量差别很大，日本、韩国和澳大利亚等市场的润滑油产品质量较高。

合成润滑油包括全合成和半合成润滑油，多由酯类、聚烷撑乙二醇、聚α-烯烃（PAO）、API III类油、聚磷酸脂、有机硅等制成，相比于传统的矿物质润滑油，合成润滑油对设备的润滑性能要优越得多。

传统的矿物质润滑油中，分子大小不一、成分各异，润滑效果较合成润滑油要差一些。由于合成润滑油的核心技术一直被英、美等发达国家垄断，2009年时，我国虽然已经成为全球第二大润滑油市场，但合成润滑油占市场使用比例仅为15%，远低于欧美国家的50%多。而且，我国合成润滑油基础油依然严重依赖进口，国产化率不足3%。

虽然我国润滑油市场目前仍以石油炼制的矿物质润滑油为主，但在合成润滑油，如聚α-烯烃合成油等，生产方面已经取得了一定成绩。

聚α-烯烃是应用最为广泛的合成基础油料之一。与矿物油润滑油相比，聚α-烯烃合成油具有更好的氧化安定性和低温流动性，可与双酯或多元醇酯混合使用，综合性能优良且原料来源丰富，因此在许多高档润滑油中广泛使用。

聚α-烯烃合成油是由α-烯烃（主要是在第一和第二碳原子间含有双链的C8～C12烯烃）主要是在催化剂的作用下通过齐聚或共齐聚反应并加氢饱和得到的，具有更好的抗氧化安定性和黏温性能、黏度指数高、倾点低、对添加剂感受性能好等优点，可与矿物油以任意比例混合，是配制高档、专用润滑油较为理想的基础油。聚α-烯烃在其实现工业化生产的初期，一直被应用于航天和航空领域，目前欧洲已经开始将其作为生产高质量车用和工业用润滑产品的基础用油。业内人士预计，聚α-烯烃将成为未来高档合成润滑油的主力军。

如果聚α-烯烃使用的α-烯烃原料为癸烯，则称之为聚癸烯；如果使用的α-烯烃原料为十二烯，则称之为聚十二烯。以聚癸烯为例，其主要是由C10的直链α-烯烃组成的，通过控制生产的合成工艺、调节最终产品中C30/C40/C50的比例，可得到不同黏度级别的聚α-烯烃。而由比C10高的多烯烃为原料合成的聚α-烯烃，通常用作较高黏度合成润滑油的基础油。

现在世界生产α-烯烃的工艺主要有乙烯齐聚法和石蜡裂解法两大类。其中，乙烯齐聚法是生产α-烯烃的主要方法，利用该法生产的α-烯烃占整个α-烯烃生产总量的94.l%。

国外生产α-烯烃多用乙烯法，采用乙烯聚合成的C8～C10的α-烯烃，再经路易斯酸络合型催化剂定向聚合可制得聚α-烯烃产品。由于原料α-烯烃分子整齐，聚合后的油分子规整、分子量分布窄，因此，所得油品质量高，而且工艺成熟。由于聚α-烯烃基础油比矿物油基础油的黏度指数高、挥发性低、低温性能和氧化安定性能好，适合用于调制高级发动机油、自动传动液和特殊工业用油、润滑脂等。

国内主要依靠石蜡裂解的α-烯烃生产聚α-烯烃。由于石蜡含油率高，使得裂解的正构α-烯烃的含量低（一般低于65%）。α-烯烃的分子量分布较宽，一般在C5～C17之间，而由C8以下碳数α-烯烃制得的聚合油黏度指数较差，由C10以上碳数的α-烯烃制得的合成油低温性能较差，因而影响到聚α-烯烃的黏度指数及低温性能。另外，由于生产中以无水氯化铝作为催化剂，既造成原料和聚合分子的异构化，又使操作复杂、污染严重、铝渣处理困难，影响了聚α-烯烃的氧化安定性及油品的质量。我国聚α-烯烃基本上没有加氢处理，聚合油中仍然残留双键，因此，尽管其低温性能稍好，但其他性能与矿物油相近。所以蜡裂解装置产品杂质较多，仅适合用于合成润滑油、烷基苯等，正常生产的厂家有抚顺石化石化一厂、抚顺石化石化二厂和兰州路博润兰炼添加剂有限公司。

工业润滑油的需求强劲推动了对高黏度聚α-烯烃的需求，据称在世界各个地区都对高黏度聚a-烯烃的需求出现强劲增长。常规产品黏度范围最高达10厘斯托克斯的低黏度聚a-烯烃的美国生产商有雪佛龙菲利浦化学公司、埃克森美孚化工公司和科聚亚公司，只有两家北美公司，即埃克森美孚化学公司和科聚亚公司具有高黏度等级如40、100厘斯托克斯的聚α-烯烃生产能力。这些高黏度等级聚α-烯烃产品经常被用作“校正液体”，以用来复配其他原料使产品达到规定的黏度指标。目前，埃克森美孚化工公司是世界上最大的聚α-烯烃产品生产商，其聚α-烯烃产品范围从2～1000厘斯托克斯，拥有包括烷基萘在内的合成产品业务。

当前，聚α-烯烃主要由乙烯催化齐聚得到C4～C20+线性产品。壳牌公司、BP公司、雪佛龙菲利浦斯公司、沙索公司、IFP和出光石化公司等均开发有这方面的专利技术。近年来，随着我国汽车发动设计技术的不断提高和国外进口新车及各种设备的不断增加，国内市场对合成油的需求呈现持续增长趋势，聚α-烯烃装置也先后在一些地方上马。

2008年4月24日，上海纳克润滑技术有限公司宣告国内首套拥有完全自主知识产权的中高黏度聚α-烯烃装置在上海投入商业化运行。该套装置可生产100℃运动黏度在10～100厘斯托克斯之间的聚α-烯烃SinoSyn系列产品，质量达到国际同类产品水平，实现了在中高黏度聚α-烯烃领域中国企业“零”的突破。

2009年8月底，国内首套1-辛烯模试装置在中国石油石油化工研究院建成，模试装置的1-辛烯生产规模为21吨/年。成功研发乙烯四聚合成1-辛烯新型铬系催化剂体系。

2010年3月，大庆石化公司设计年产5000吨1-己烯装置投产成功，生产出浓度为99.2%、达到国标要求的己烯-1产品，主要技术指标优于国外同类工艺水平。大庆石化1-己烯产能最终将达到10万吨级规模。

2014年6月，一家聚α-烯烃工厂在上海投入生产。建成后工厂的聚α-烯烃年产量可达15000吨，每年还可生产10000吨的烷基萘基础油。该工厂将制造3个等级的高黏度聚α-烯烃，并冠以“Sinosyn”的品牌名称在市场上出售，其中150 厘斯托克斯产品主要用于制造SAE 20W-50 重型柴油机油等产品，预计将会对中国润滑油制造商产生较大吸引力。为确保获得充足的烯烃，纳科润滑公司合成基础油事业部与位于山西长治屯留煤油园区的潞安集团组建了各持股50%的合资公司。

目前我国国内生产聚α-烯烃合成油的厂家还有燕山石化公司化工三厂、兰州石化公司化工厂和抚顺石化公司化工一厂等。2014年，国内α-烯烃产量为32万吨，进口6.2万吨，出口1.5万吨，表观消费量为36.7万吨。

当然，在聚α-烯烃生产技术提高的同时，我国企业在其他合成润滑油基础用油方面也取得了一些成绩。比如，2014年7月23日，由中科院新疆理化技术研究所科研人员开发的一种烷基萘型润滑油的制备方法获国家发明专利授权。该方法以甲磺酸为催化剂，将萘与1-辛烯发生傅-克烷基化反应，再对烷基化产物分别进行碱洗、水洗、减压蒸馏和抽滤，最终得到烷基萘型润滑基础油。通过该法合成的烷基萘型润滑基础油具有较低黏度和倾点、较高的氧化稳定性、较好的热稳定性和水解稳定性，同进还克服了传统烷基化催化剂分离难、污染环境的缺点。相信，在我国科研人员不断努力下，我国的合成润滑油水平将很快缩短与国外先进水平的差距，进一步促进我国工业建设的发展。