PAO40腐蚀原因分析及解决措施

李红平，王伟

(兰州中石油润滑油添加剂有限公司，甘肃 兰州 730060)

0 引言

PAO40黏度指数高，作为合成型基础油，主要用在低温及大跨度车辆齿轮油中，满足低温性能的同时，避免了黏度指数改进剂的使用，从而保证了剪切稳定性。当前，还没有找到一种能够在增稠高等级齿轮油中替代PAO40的经济可行的替代品。Adhvaryu等人研究表明[1-2]黏度指数和黏温特性最好的是正构烷烃，最差的是重芳香烃、多环环烷和环烷芳烃，具有长碳链的异构烷烃居中，因此，合成怎么样结构的PAO也就决定了其产品质量及使用条件。

PAO聚合催化剂主要有氯化铝催化剂、Ziegler体系催化剂、BF3体系催化剂、络合催化剂[3-5]。目前国内PAO40生产工艺还是基本沿用传统的无水氯化铝(AlCl3)作为催化剂体系进行聚合反应，由于其催化剂体系本身的局限性，在反应过程中不可避免地随之也会在合成的油品中带有胶质及氯离子成分，氯离子属易腐蚀成分。虽然PAO40作为基础油对腐蚀指标并没有要求，但作为最终调合成的润滑油产品均有铜片腐蚀要求。PAO40多用于齿轮油的调合中，目前国内润滑油调合所用PAO40多为进口，其成本比较高，而自产PAO40在润滑油成品中表现为腐蚀指标不合格。

针对以上问题，本文通过对腐蚀问题分析及工艺优化来寻找突破口，以解决PAO40在润滑油产品中的腐蚀问题，从而代替国外进口PAO40产品，降低生产成本，提高国产PAO40使用率。

1 原料

工艺优化原料采用工业氢氧化钙、活性白土，基本理化性能指标见表1、表2。

表1 工业氢氧化钙基本理化性能

表2 活性白土基本理化性能

2 工艺原理

2.1 聚合反应

聚合反应是以1-癸烯为原料，在无水氯化铝作用下，在一定温度范围内发生聚合反应，生成聚α-烯烃，典型的化学反应方程式如下：

n=3～5

2.2 中和反应

酸性聚合油中的残留催化剂和盐酸，在一定温度下可被Ca(OH)2中和，生成Al(OH)3、CaCl2.H2O、Al2Cl6.12H2O等，然后加入活性白土，在高温下脱氯、脱色，油中的氯代烷分解出HCl立即被Ca(OH)2中和，聚合油经此法处理后油品色泽浅，含氯、含水量低，可减缓后系统的设备腐蚀。

2.3 工艺流程

最终产物经中和、加氢、蒸馏得到PAO40产品，原则流程见图1。

图1 原则流程

3 腐蚀原因分析

3.1 基础油

将自产PAO40基础油与美孚PAO40基础油进行性能对比，结果见表3，自产PAO40和美孚PAO40基础油进行外观对比，见图2。

表3 自产PAO40与美孚PAO40的基础油性能对比(Q/SY RH7001-2016)

表3(续)

从表3的可以看出，自产PAO40的黏度、黏指、色度、倾点、闪点、酸值以及氧化安定性等理化指标均与美孚PAO40基础油的理化性能相近，且满足润滑油公司采购指标要求Q/SY RH7001-2016。从图2可以看出，自产PAO40和美孚PAO40外观均透明，说明基础油理化性能上无差异。

图2 美孚PAO40(左)和自产PAO40(右)外观对比

3.2 添加剂

采用一定比例的自产PAO40基础油在KG/S150合成工业齿轮油中进行性能评价，并与使用美孚PAO40基础油调制的参比油进行了性能对比，调油方案及油品分析数据对比见表4。

表4 自产PAO10/40在KG/S150中的调油方案和试验数据(Q/SY 2282-2013)

在成品油KG/S150性能评价中，美孚PAO40基础油配方体系下产品满足各项指标要求，自产PAO40基础油配方体系下产品铜片腐蚀不满足成品油指标要求，这表明虽然理化性能相当，但基础油在内部组成上存在细微差异，可能表现为与添加剂配方的适应性不同而已。

4 结果与讨论

4.1 中和反应工艺优化

优化反应时间、反应温度、石灰及活性白土加入量等工艺条件，油品中腐蚀性氯离子含量见表5。

表5 自产PAO40酸值及氯离子含量

从表5可以看出，PAO40通过工艺优化前后做对比分析，虽然酸值都是0.02 mgKOH/g，但其关键性腐蚀性氯离子含量有了明显降低，说明通过工艺优化后产品内在性能有了明显提高，氯离子对其腐蚀性影响可忽略不计。

对PAO40基础油进行光照试验，见图3。

图3 PAO40光照30天对比

从图3可以看出，光照30天自产PAO40产品与美孚PAO40产品外观无差异，说明在持续光照下油品稳定性保持比较好。

4.2 工艺优化后PAO40基础油性能

通过中和反应工艺优化后的PAO40基础油性能见表6。

表6 优化工艺后PAO40基础油质量指标与典型值

从表6可以看出，工艺优化后的PAO40基础油与表3中优化前及美孚PAO40基础油在其理化性能上均无明显差异。

4.3 自产工艺优化后PAO40在KG/S150合成工业齿轮油中的应用

采用自产优化后一定比例的PAO40基础油在KG/S150合成工业齿轮油中进行性能评价，并与使用美孚PAO40基础油调制的参比油进行了性能对比，调油方案及油品分析数据对比见表7。

表7 自产PAO40在KG/S150中的调油方案和试验数据(Q/SY 2282-2013)

表7(续)

从表7的数据可以看出：优化后的PAO40调制KG/S150各种性能指标均满足要求。

5 结论

(1)按一定比例优化工艺后自产PAO40调制KG/S150铜片腐蚀满足指标要求。

(2)工艺优化后PAO40可以替代美孚PAO40进行KG/S150油品调合。