不同类型抗氧剂对导热油热稳定性影响的研究

2022-09-16张向英乔琦

润滑油 2022年4期

张向英，乔琦

(中海油气(泰州)石化有限公司，江苏泰州 225300)

0 引言

导热油又称有机热载体，作为传热介质用于间接传热。主要应用于石化、轻化橡胶塑料、造纸印刷等行业中。导热油一般分为矿物油型和合成型，矿物型导热油主要由链烷烃和环烷烃组成，毒性小、成本低，但在高温下易氧化分解，只能在300 ℃以下使用。相对矿物型导热油，合成型导热油具有初馏点高、馏程窄、高温裂化少、高温热稳定性好及安全可靠等优点。作为专门用于传热的高温合成型导热油是合成型芳香烃，其组分更单一，分子结构和原子间键的强度具有高热稳定性，其性能的好坏直接影响到导热油成品的热稳定性能[1-3]。导热油工作温度日益提高，因此，导热油的高温热稳定性能尤为重要[4-5]。导热油的热稳定性能除受基础油影响外，还受添加剂的影响，导热油中加入适量高温抗氧剂，油品热稳定性能会明显增强，可以大大延长油品的使用寿命。该文通过分析加入不同类型抗氧剂的导热油在热稳定实验过程中的变化规律和沉淀物的生成情况，考察抗氧剂类型对导热油热稳定性能的影响，可以为合成型导热油配方的筛选提供必要技术支持。

以光热稳定性好、油溶性好、挥发性小为原则，分别选择不同类型抗氧剂开展研究，其中包括：酚型抗氧剂T1、萘胺型抗氧剂T2、苯胺型抗氧剂T3及硫醚型烷基多苄基甲苯抗氧剂T4。

1 实验

1.1 实验材料

实验采用烷基苯作为导热油基础油，采用芳烃基萘胺型抗氧剂T1、萘胺型抗氧剂T2、苯胺型抗氧剂T3及硫醚型烷基多苄基甲苯抗氧剂T4。

1.2 实验方法

导热油热稳定性实验后变质率为气相分解产物含量、低沸物含量、高沸物含量及不可蒸发产物含量总和。反映出油品实验过程中发生质变反应的程度，进而体现油品热稳定性能。气相分解产物指常压下沸点在室温以下的物质；低沸物指实验后油样的馏程在实验前油样初馏点以下的物质。气相分解产物含量和低沸物含量表征油样受热后链烷烃发生裂解变质的程度。高沸物指实验后油样的馏程在实验前油样终馏点之上的物质，体现芳香烃高温下缩合程度。

热稳定性测试是评价导热油在高温工作条件下热稳定性的手段。是根据GB/T 23800试验方法，分别取添加不同抗氧剂的油样30～40 mL装在玻璃安瓿瓶中，火封并置于金属保护管中，放入DZY-114T热稳定测试仪中,在330 ℃下加热720 h。实验后将油样按照石油馏分沸程分布测试法NB/SH/T 0558-2016进行馏程分析，并与实验前油样进行对比，分别得出实验油样的气相分解产物、低沸物、高沸物及不挥发产物含量变化，进而计算出实验后油品的变质率[6]。

2 结果与讨论

2.1 高温导热油的理化指标要求

高温导热油的主要理化指标如表1所示。

表1 高温导热油的主要理化指标要求

由表1可知，未添加抗氧剂的重烷基苯导热油理化指标满足《有机热载体》标准GB 23971-2009中L-QC320产品质量要求。

2.2 不同类型抗氧剂对热稳定性的影响

添加不同类型抗氧剂的烷基苯导热油实验后各段变质物含量及变质率如图1～4所示[6-13]。

图1 添加不同类型抗氧剂后导热油热稳定性实验(低沸物含量)

由图1可以看出烷基苯基础油热稳定实验后低沸物含量达27.3%，可知烷基苯的长侧链经过高温加热后产生了大量低沸点烃组分，抗氧剂T1分解温度不超过150 ℃，320 ℃高温条件下丧失抗氧化的作用；芳烃基萘胺型抗氧剂T2为高温抗氧剂与辛基/戊基二苯胺型抗氧剂T3作用相当，T3抑制链烷烃裂化的作用更强。T3与抗氧剂硫醚型烷基多苄基甲苯T4配合使用后较单独使用T3低沸产物变少。

由图2可以看出烷基苯热稳定实验后高沸物含量达2.9%，可知烷基苯中多环芳烃在高温条件下发生缩合产生高沸物。抗氧剂T1分解温度不超过150 ℃，320 ℃高温条件下丧失抗氧化的作用；抗氧剂T2与抗氧剂T3均为高温抗氧剂，抗氧化作用相当，T3较T2更能抑制多环芳烃高温缩合反应的发生。T3与硫醚型抗氧剂T4配合使用后高沸物仅1.0%。降低了烷基苯中多环芳烃在高温条件下发生缩合产生的倾向。

图2 添加不同类型抗氧剂后烷基苯热稳定性实验(高沸物含量)

由图3可以看出烷基苯热稳定实验后不可蒸发产物含量达2.0%，可知烷基苯中多环芳烃在高温条件下产生的缩合物能导致形成聚合降解产生最终形成不可蒸发的沉淀物。抗氧剂T1分解温度低，在高温条件下不能起到抗氧化的作用；抗氧剂T2与抗氧剂T3均为高温抗氧剂，抑制多环芳烃高温缩合反应的能力相当。T3与硫醚型抗氧剂T4配合使用后不可蒸发产物仅0.4%。降低了烷基苯中多环芳烃在高温条件下发生缩合产生的倾向，同时起到分解聚合降解产物的作用。

图3 添加不同类型抗氧剂后烷基苯热稳定性实验(不可蒸发产物含量)

由图4可以看出320 ℃热稳定实验条件下烷基苯变质率高达32.5%，加入T1后变质率降低至6.7%，抗氧剂T2与抗氧剂T3对导热油热稳定性的变质率影响相当，T3较T2略好；T3与硫醚型抗氧剂T4配合使用后不可蒸发产物仅0.4%。降低了烷基苯中多环芳烃在高温条件下发生缩合产生的倾向，同时起到分解聚合降解产物的作用。