不同生产工艺对军柴润滑性的影响及解决办法

文/彭斌 刘鸿铭 李烨

近年来，随着炼化企业装置改造升级工作的推进，采用加氢工艺生产军用柴油成为主流工艺路径，加氢工艺生产的军用柴油胶质含量、硫含量低，安定性能优良，与此同时军用柴油润滑性能下滑成为军队油料部门关注问题。为此驻厂军代室会同企业相关部门从磨损润滑机理入手，分析了生产工艺、油品组份对军柴润滑性的影响，就如何改善军用柴油润滑性进行料积极探索。

一、军用柴油机磨损及润滑机理

大量研究和资料表明：军用柴油有效抗磨润滑组分是少许天然极性杂环化合物，多环芳烃、含氧杂质和含氮杂质是有效的抗磨组份。军用柴油机油泵磨损形式是高温条件下因军用柴油润滑膜破裂而出现的氧化腐蚀、化学腐蚀、粘着、擦伤，其中氧化腐蚀是最主要的形式。从油泵磨损机理来看，军用柴油必须适用于高温、高负荷的边界润滑（吸附润滑），即主要依靠军用柴油的物理和化学吸附膜来润滑。当前随着加氢工艺苛刻程度加深，极性杂环化合物脱除程度提高，摩擦之间不能形成有效的润滑膜是军用柴油润滑性变差的主要原因。

二、不同生产工艺对军柴润滑性的影响

为摸清影响军用柴油润滑性的基本因素，我们对不同工艺条件进行了比对，对各种工艺所产军用柴油的润滑性进行分析，并用质谱法分析了烃类组成与军柴润滑性之间的相关性。

（一）不同生产工艺条件比较

按照现有技术标准要求，军柴生产以常减压直馏二线组份为原料，有电精制、浅度加氢精制、深度加氢精制三种工艺生产-10号军用柴油。直馏电精制工艺受实际胶质与硫含量这对矛盾指标限制，对原油依赖性强，要求原油相应组份的实沸点数据与产品尽量接近，含硫不能过高，一般要求在0.4%-0.5%左右，产品胶质在6-8mg/L左右，硫含量在0.15%(m/m)左右，质量控制难度大。直馏浅度加氢工艺采取气、液两相混合反应，采用氮气汽提工艺，反应温度295℃，反应压力2.5MPa，氢油比550，受原油性质影响较小，产品实际胶质可以控制在5.0mg/L以下，硫含量在0.1%(m/m)以下。直馏深度加氢精制工艺采取纯液相反应，采用双塔汽提，先用水蒸气赶走硫化氢，再采用塔底加热炉热源赶走轻组份，反应温度315℃，反应压力6MPa，溶氢率0.8%(m/m)，反应条件比浅度加氢工艺苛刻，产品实际胶质可以控制在3.0mg/L左右，硫含量在0.03%(m/m)以下。

（二）不同生产工艺条件下军柴润滑性比较

目前，针对军用柴油润滑性评价方法尚未形成标准，因此我们等效采用《车用柴油》GB（19147—2016）标准要求，使用HFRR型柴油润滑性测定仪，对不同工艺生产、未加抗磨剂的军用柴油润滑性进行分析后发现：直馏电精制工艺生产的军用柴油磨痕直径平均值在440um左右（车柴标准为不大于460um），润滑性较好。浅度加氢工艺生产的军用柴油磨痕直径平均值在580um左右，润滑性已经达不到要求。深度加氢工艺生产的军用柴油磨痕直径平均值在620um以上，润滑性最差。

（三）油品组份与润滑性的相关性

利用统计曲线，我们对14批军用柴油理化指标进行润滑性回归分析发现：军柴中氮含量越高，润滑性越好；军柴的粘度和密度越大，润滑性越好；馏出口温度越高，润滑性越好。使用质谱法(SH／T06O6)对军用柴油的组成进行测定时，我们发现润滑性高的柴油，其一、二环烷烃、烷基苯、总双环芳烃含量与燃油润滑性呈正相关关系；链烷烃与柴油的润滑没有关联性，而含硫杂质不但不抗磨，还会增大磨损，硫含量的高低仅仅在一定程度上与抗磨性能相关。

三、改善军用柴油润滑性的几点建议

（一）控制生产改善润滑性指标

根据理论分析，在保证其他理化指标富余的前提下，通过对加氢原料、精制深度的控制，确保军用柴油中杂环极性分子的含量，可以使其润滑性指标能够控制在一个比较好的程度。实际生产中，我们一是要求企业对常减压馏出口进行控制，增大抽出率，适当将较重组份切分到加氢原料中去，在原料上有筛选。二是在保证硫含量、酸度等指标的前提下，适当调整工艺卡片上的条件，加大换热器工作效率将反应炉入口温度降低20度，调整反应压力降低至4.4 MPa，此条件下生产的军柴磨痕直径平均值下降了80um左右，润滑性有较为明显的改善。

（二）添加抗磨剂改善润滑性指标

在烃类组成不变的情况下，加入抗磨剂（航煤润滑剂T1602）可以使军用柴油的润滑性发生明显变化（实验数据见下表），并随着不同阶段呈现不同效果。最初每加入15mg/L抗磨剂，磨痕直径平均下降10um，加入量与磨痕改善呈现线性相关关系，当磨痕直径下降至550um时，再加入同等剂量抗磨剂，磨痕直径呈指数下降，待当磨痕直径下降至450um时，抗磨剂对磨痕直径的改善作用又明显减弱。通过摸索，当抗磨剂加入量为200mg/L时，磨痕直径可以下降约200um，当抗磨剂加入量为250mg/L时，磨痕直径可以下降约220um。但是，在生产中由于抗磨剂的加入会影响军用柴油的酸度和抗乳化指标，因此在加入量上有一个适度的平衡。

序号浅度加氢军用柴油深度加氢军用柴油直馏军用柴油加入前润滑性指标580 620 440加入量202 250 202 250 202 250加入后润滑性指标403 391 453 436 389 350质量要求w≯460um

（三）制定标准规范润滑性管理

现行军柴质量标准1997年制定颁发时，受限于对润滑性问题的认识，没有对润滑性指标做出要求。之后相当一段时间里，原油性质稳定、大多采用直馏工艺生产，军柴润滑性有保证。近年来随着原油劣质化的趋势，采用直馏工艺已经无法生产合格军柴，大多数厂家采用加氢工艺路径，润滑性问题在使用环节开始显现出来，然而标准却未能及时修订，石化企业比照车柴标准采用加注抗磨剂改善军柴润滑性指标的做法也没有文件依据，部分企业军柴生产陷入停滞，这给当前军柴供应保障工作带来冲击。基于此，建议主管部门尽早以文件或标准形式对润滑性理化指标和试验方法进行明确，以方便工作开展。