煤液化柴油对润滑性添加剂的感受性试验

2018-08-04冯玉艳白雪梅

上海化工 2018年7期

冯玉艳白雪梅

中国神华煤制油化工有限公司上海研究院（上海 201108）

煤液化柴油硫氮含量低、芳烃含量少、酸度低、储存安定性好，是清洁环保的车用燃料。但是由于低硫柴油润滑性较差，会导致发动机的精密部件过度磨损、配合精度下降、柴油雾化不良、发动机功率不足或怠速不稳等问题，造成使用寿命降低，严重时可能引起油泵漏油，所以改善润滑性成为煤液化柴油车用的一个重要问题。

改善柴油润滑性的根本途径是添加润滑性添加剂。能够提高柴油润滑性能的添加剂主要有醚、醇、胺、酰胺、长链羧酸、酯等化合物，不同结构的抗磨剂润滑性能迥异[1]。在不影响柴油其他性能的情况下，添加这些化合物可改善柴油的润滑性能，具有简便、经济且行之有效的特点。用作润滑性添加剂的羧酸主要为一些长链的脂肪酸化合物，含有极性很强的羧基和长碳链，可以在金属表面形成致密的吸附膜，能够有效地减少摩擦和磨损[2]。脂肪酸酯型润滑性添加剂是应用最多的一类柴油润滑性产品，由不饱和脂肪酸和多元醇反应合成，含有羰基氧和醇基氧等多种形态的氧原子，在摩擦副间形成的油膜可明显改善柴油的抗磨润滑效果，有效抑制金属表面的磨损和腐蚀，无毒无害，是环境友好型柴油抗磨剂[3]。

目前市场上的润滑性添加剂大多是针对石油基柴油开发的，本文以煤直接液化柴油（DDCL）、煤间接液化柴油（DICL）和煤液化调和柴油（MYTC）为原料，模拟柴油泵的黏着磨损和微动磨损，测试了润滑性添加剂添加量不同时柴油的润滑性，考察了煤液化柴油对市面上较为通用的柴油润滑性添加剂的感受性，得到不同添加剂在不同添加量条件下煤液化柴油润滑性的基本数据，同时考察了润滑性添加剂对柴油酸度、密度等性质的影响，对比找出合适的添加剂和最优添加量。

1 试验部分

1.1 原料

煤直接液化柴油（样品编号DDCL）、煤间接液化柴油（样品编号DICL）和煤液化调和柴油（样品编号MYTC），其中MYTC是由DDCL与DICL调和而成，满足GB 19147—2016《车用柴油》技术要求。3种煤液化柴油的基本理化性质见表1。

表1 煤液化柴油的理化性质

选用市场上具有代表性的4种润滑性添加剂进行试验，分别是美国雅富顿润滑油公司生产的单酸脂肪酸型添加剂(H4)，美国路博润公司生产的高分子脂肪酸型添加剂(L5)，国产脂肪酸型添加剂(N1)和国产酯型添加剂(G5)。

1.2 测量仪器

试验采用迈瑞尔实验设备（上海）有限公司的高频往复式摩擦磨损试验机。利用温湿度控制系统控制恒温恒湿箱内温度为（23±2）℃、湿度为50%±3%。给直径为6 mm的试验球施加200 g的负荷，作用在直径为10 mm、厚度为3 mm的试验片上，并浸在2 mL（60℃）的油样中，在激振器带动下做每秒50次、行程为1 mm的往复振动75 min，通过测量试验球的磨斑直径来反应油品的润滑性。

1.3 测量方法

根据GB/T 19147—2016的要求，柴油润滑性测量方法参照SH/T 0765—2005《柴油润滑性评定法（高频往复试验机法）》（高频往复试验机简称HFRR），以校正磨痕直径（60℃）不大于460μm考察柴油润滑性指标。根据该标准方法，试验的重复性为63μm，因此在实际生产中，通常以校正磨痕直径（60℃）不大于400μm作为生产要求的考核指标，该指标有益于保障油泵不出现过度磨损，同时有足够的裕度[4]。

2 结果与讨论

2.1 润滑性添加剂对柴油润滑性的影响

DDCL的磨痕直径随H4，L5，N1和G5 4种添加剂添加量变化的趋势见图1。

由图1可见，DDCL的磨痕直径随添加剂添加量的增加而减小，DDCL的润滑性得到了改善，说明DDCL对4种润滑性添加剂均有良好的感受性。如图中实线所示：L5添加量达到130 mg/kg时，可将DDCL 的磨痕直径降至 460μm；H4，N1，G5 添加量分别达到120，140及160 mg/kg时，可将DDCL的磨痕直径降至460μm。

当添加剂添加量小于175 mg/kg时，DDCL对3种酸型添加剂L5，H4和N1的感受性优于酯型添加剂G5。当添加量大于175 mg/kg时，DDCL对酯型添加剂的感受性优于3种酸型添加剂。

DICL的磨痕直径随4种添加剂添加量变化的趋势见图2。

图2 DICL的磨痕直径随润滑性添加剂添加量变化的趋势

由图2可见，DICL的磨痕直径随添加剂添加量的增加而减小，DICL的润滑性得到了改善，说明DICL对4种润滑性添加剂均有良好的感受性。如图中实线所示：L5添加量达到150 mg/kg时，可将DICL 的磨痕直径降至 460 μm；H4，N1，G5添加量分别达到175，200，190 mg/kg时，可将DICL的磨痕直径降至460μm。

当添加剂添加量小于190 mg/kg时，DICL对3种酸型添加剂L5，H4和N1的感受性优于酯型添加剂G5。当添加量大于190 mg/kg时，DICL对酯型添加剂的感受性优于3种酸型添加剂。

MYTC的磨痕直径随4种添加剂添加量变化的趋势见图3。

由图3可见，MYTC的磨痕直径随添加剂添加量的增加而减小，MYTC的润滑性得到改善，说明MYTC对4种润滑性添加剂均有良好的感受性。如图中实线所示：L5添加量达到100 mg/kg时，可将MYTC 的磨痕直径降至 460 μm；H4，N1，G5添加量分别达到95，120，170 mg/kg时，可将MYTC的磨痕直径降至460μm。

图3 MYTC的磨痕直径随润滑性添加剂添加量变化的趋势

当添加剂添加量小于180 mg/kg时，MYTC对3种酸型添加剂L5，H4和N1的感受性优于酯型添加剂G5。当添加量大于180 mg/kg时，MYTC对酯型添加剂的感受性优于3种酸型添加剂。

如图3虚线所示：L5，H4和N1这3种酸型添加剂的添加量为250 mg/kg时，可使MYTC磨痕直径降至400μm；而G5的添加量为195 mg/kg时，即可使柴油的磨痕直径降至400μm。这说明要满足MYTC实际生产指标要求，酯型添加剂G5的添加量小于3种酸型添加剂。

从制备工艺上来说，DDCL是经过深度加氢脱硫得到的，虽然硫含量的大幅度降低并不会引起柴油润滑性的明显下降，甚至由于除去了一些增加磨损的有机硫化物，会使润滑性得到一定程度的改善，但由于硫化物多以杂环形式存在于芳烃和多环芳烃中，在脱硫过程中，具有润滑性的含氧化合物、含氮化合物、芳烃和多环芳烃以及其他具有润滑性的组分也被脱出[5-6]，导致DDCL润滑性较差。

柴油润滑性的关键组分为具有较强极性的芳香性杂环化合物，而含氮极性化合物和酸性组分是有效的抗磨组分[7]。DICL是以合成气(CO和H2)为原料，在催化剂和适当反应条件下合成的以石蜡烃为主的液体燃料，硫、氮、氧等天然润滑组分含量低，所以DICL润滑性能较差。

MYTC由DDCL与DICL调和而成，因此润滑性能较差。

分别加入4种润滑性添加剂，DDCL，DICL和MYTC的润滑性均得到改善。在合适的添加范围内，润滑性添加剂可以使不同柴油的润滑性能达到标准和生产的要求。

3种煤液化柴油的烃类组成比例与石油基柴油相差较大，但烃类组成种类与石油基柴油基本相同，因此对于针对石油基柴油开发的润滑性添加剂，煤液化柴油也具有良好的感受性。