炼油技术的发展
现代炼油技术的发展推动着润滑油的进步,20世纪50年代,炼油技术以溶剂精制(solvent-refining)为主,生产出来的基础油属于api-i类。虽然这种方式炼出来的基础油在今天已经处于落后的境地,但是在当时属于技术上的进步。
20世纪7、80年代,加氢技术开始发展,预示着现代炼油技术的巨大进步。加氢处理(hydroprocessing),尤其是是加氢裂化(hydrocracking),制造api-ii类油,性质上比api-i类油更稳定,低温性能更好。
1993年以后,加氢异构化炼油技术(hydroisomerization)取得了长足发展,使用当代加氢异构化技术生产的api-iii类油,性能已经非常接近pao(目前常见的合成油之一),但是价格比pao低的多,而且可以大批量生产。由于性能非常接近,1999年,美国商业优化局(the better business bureau)下的广告部裁决,api-iii类油在市场上可标示为合成油。
api-iii类油和pao (类油)性能对比
api-iv类油为pao(polyalphaolefins),属于合成油,*以来,pao有着矿物油难以企及的优点,比如黏度指数(vi:viscosityindex)高,低倾点(pour point),氧化安定性(oxidationstability)好。
黏度指数高
意味着温度变化时,油的黏度稳定、变化小。
倾点低
低温下流动性好,可以在更低温度下使用、冷启动保护。
氧化安定性好
更耐高温、使用时间更长。
而当代加氢处理技术的到来,是炼油技术的巨大突破,使用加氢异构技术生产的iii类油,性能接近pao,某些方面还超过pao,包括:添加剂溶解(additive solubility)得更好,润滑性(lubricity),抗磨能力(antiwear),这些特性都是润滑的重要方面。而黏度指数、倾点、氧化安定性则接近pao,也就是说pao在这几个方面比iii类油有优势:倾点(pourpoint),冷启动性能(coldcrank property),挥发度(noackvolatility),氧化安定性(oxidationstability),下面我们对这几项性能分别进行对比。
倾点
|倾点是润滑油的一项重要性能指标,是润滑油的一项重要低温指标。iii类油和pao比起来,倾点上确实有差距,但是使用降凝剂(pour point depressant)可以显著减少这种差距。
降凝剂可以大大降低倾点,例如,使用api-ii类油调配的汽轮机油,在纯基础油的状态下,api-ii类油的倾点是-12°c,使用降凝剂可以把倾点降到-36°c。而使用降凝剂,iii类油倾点可以降到-45°c甚至更低。
另一个方面,pao制成润滑油的过程中,会加入一些添加剂,这些添加剂对pao的倾点有所影响,总体来说,iii类油制成的润滑油在倾点上接近pao,同样可以在严寒条件下使用。
冷启动性能
|冷启动性能主要考察润滑油在机器低温启动的条件下,表现出来的黏度特性,使用冷启动模拟器ccs(coldcrank simulator),试验方法astm d5293。实验中,两组对照油分别是:黏度均为4 cst的 pao、api-iii类油。选择这两组油作为对比,是因为它们的黏度指数比较接近。
相同的黏度指数意味着在温度变化时,这两组油的黏度应该同样稳定。本实验设定两个测试温度:-25℃和-30℃,实验对比结果如下:
从实验结果来看,ii类油低温下的粘度性能明显不如iii类油和pao稳定,pao和iii类油较接近,但pao的低温粘度性能更稳定一些。
挥发率
使用noack法测试挥发率,试验方法astm d5800,实验结果现实,iii类油的挥发度和pao接近,pao比iii类油挥发率略低,iii类油则甩开ii类油一大截。
氧化安定性
氧化安定性和高温稳定性是合成油为显著的优势之一。有良好的氧化安定性和高温稳定性,润滑油可以使用更长时间。不饱和烃和芳香烃含量高,油的稳定性就差,iii类油经过深度精制,脱掉了大量的杂质,芳烃含量不到1%,因此高温氧化安定性得到了提高。pao的稳定性则主要受石蜡的残留量影响。
对比四种液压油的氧化安定性
下面是四种不同类型基础油调配的液压油(同种添加剂类型),黏度为iso 32,通用氧化测试,试验方法astm d4871,测试温度170℃。对比四种液压油的氧化安定性:
图中的实验结果来自于通用氧化实验universal oxidation test (astm d4871),对比了当油的酸值(酸值能体现润滑油的氧化程度)达到2.0时,润滑油的使用小时数。时间越短说明油变质越快。
润滑油未来趋势
未来的润滑油趋势:随着催化加氢技术的进步,未来的精炼方式会提炼出更好的基础油,杂质更少、挥发率更低、使用时间更长。
还有一个趋势值得关注,就是使用天然气制作合成油(gtl:gas to fluids)。这类合成油的制取技术是费托合成(fischer-tropsch),这类合成油的黏度指数高于pao,具有节能、*等诸多优点,是未来车用油和工业油的理想基础油,目前已经有这类合成油上市。
其它技术也在发展,例如尝试新型的pao制取方式,使得传统pao的性能得到改善,但是价格因素是pao合成油不得不面对的现实问题:制取pao的原料价格依然居高不下,因此有人担忧,随着技术进步,pao的市场会不会变得“小众化”。而iii类油的技术发展导致炼油成本更低,iii类油的性能往更高的方向发展,北美的车用油市场上,大量的合成油开始采用iii类油。
从技术的角度上来说,iii类油的制取技术是现代润滑油技术的一大进步,有了这项技术,润滑油“性能、平民价格”不再是梦,高性能润滑油的普及成为了可能。加氢技术的进步和成熟,导致ii类油和iii类油加速取代i类油,这一点,是设备使用者的福音!