6種導(dǎo)熱油基礎(chǔ)油的熱氧化安定性考察

王鵬 揭斌華 王雪梅

中國(guó)石化潤(rùn)滑油有限公司茂名分公司

導(dǎo)熱油又稱有機(jī)熱載體，是熱量的傳遞介質(zhì)，具有加熱均勻、控溫準(zhǔn)確、傳熱效果好、節(jié)能、輸送和操作方便等優(yōu)點(diǎn)[1]。近年來(lái)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，為適應(yīng)先進(jìn)生產(chǎn)工藝的需要，導(dǎo)熱油作為傳熱介質(zhì)已廣泛應(yīng)用于石油化工、能源、化纖工業(yè)、食品加工、建材、木材加工、電取暖等領(lǐng)域。隨著導(dǎo)熱油的應(yīng)用技術(shù)日趨成熟，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，需求量預(yù)計(jì)以每年3%～5%的速度增長(zhǎng)[2]。

氧化安定性是導(dǎo)熱油與空氣接觸后發(fā)生氧化反應(yīng)的程度和趨勢(shì)，導(dǎo)熱油中溶解的空氣及系統(tǒng)填裝時(shí)都可能與空氣接觸導(dǎo)致氧化，如循環(huán)泵泄漏，維修后系統(tǒng)排氣失當(dāng)、系統(tǒng)氮封流失等[3]；導(dǎo)熱油氧化的結(jié)果是產(chǎn)生油泥沉淀，阻礙油品的流動(dòng)，造成熱量損失，降低傳熱效率。

提高導(dǎo)熱油氧化安定性的途徑有2條，一是選擇氧化安定性好的基礎(chǔ)油，二是加入合適的抗氧劑等添加劑。導(dǎo)熱油基礎(chǔ)油是由烴類組成的復(fù)雜混合物?；A(chǔ)油的氧化安定性不僅和烴類物質(zhì)有關(guān)，還與非烴類物質(zhì)（主要是含硫和含氮的雜環(huán)化合物）有關(guān)?；A(chǔ)油中的烴類自由基存在著自身氧化的過(guò)程，基礎(chǔ)油安定性的好壞表現(xiàn)為硫、氮化合物的作用，以及對(duì)添加劑感受性的綜合效應(yīng)[4]。

針對(duì)目前導(dǎo)熱油市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈、對(duì)油品性能要求提高的趨勢(shì)，本文考察了不同種類基礎(chǔ)油為原料的導(dǎo)熱油的熱氧化安定性的差異，以篩選出熱氧化安定性好的導(dǎo)熱油基礎(chǔ)油原料。

試驗(yàn)部分

試驗(yàn)基礎(chǔ)油

所使用的基礎(chǔ)油見(jiàn)表1，基礎(chǔ)油主要理化性質(zhì)見(jiàn)表2。

由表2可見(jiàn)，試驗(yàn)基礎(chǔ)油40 ℃運(yùn)動(dòng)黏度、傾點(diǎn)、酸值、硫含量、閃點(diǎn)、自燃點(diǎn)等各項(xiàng)指標(biāo)均滿足GB 23971—2009的產(chǎn)品理化指標(biāo)要求[5]，可以作為導(dǎo)熱油基礎(chǔ)油原料。

試驗(yàn)儀器

主要所需試驗(yàn)儀器見(jiàn)表3。

表2 基礎(chǔ)油的主要理化性質(zhì)

試驗(yàn)方法

試驗(yàn)參照GB 23971—2009《有機(jī)熱載體熱氧化安定性試驗(yàn)法》附錄C。

結(jié)果與討論

熱氧化安定性

為了篩選出熱氧化安定性好、使用壽命長(zhǎng)的導(dǎo)熱油基礎(chǔ)油原料，在6種基礎(chǔ)油中添加等量的抗氧劑F（辛基/丁基混合烷取代的二苯胺抗氧劑），進(jìn)行了熱氧化安定性試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4。

從表4可以看出：

◇各基礎(chǔ)油的酸值增加量普遍小于1，API II類基礎(chǔ)油D的酸值增加量最?。?/p>

◇各基礎(chǔ)油的運(yùn)動(dòng)黏度變化率差異較大，API II類基礎(chǔ)油D和PAО的運(yùn)動(dòng)黏度增長(zhǎng)率較?。?/p>

◇從沉渣量來(lái)看，隨著基礎(chǔ)油精制程度的加深，沉渣量越來(lái)越少，只有API I類基礎(chǔ)油A/B/C沉渣量較大。

綜合分析，在加入相同添加劑的情況下，API II類基礎(chǔ)油D的熱氧化安定性最好。主要原因是加氫基礎(chǔ)油與溶劑精制基礎(chǔ)油相比，其對(duì)抗氧劑的感受性更優(yōu)異[6]。而PAО基礎(chǔ)油對(duì)不同抗氧劑的感受性差異較大[7]，從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，PAО對(duì)抗氧劑F的感受性不如API II類基礎(chǔ)油D。

與參比油的對(duì)比

目前導(dǎo)熱油A為市場(chǎng)占有率比較高的導(dǎo)熱油產(chǎn)品。本文選擇導(dǎo)熱油A為參比油，與以API II類基礎(chǔ)油D為基礎(chǔ)油制得的導(dǎo)熱油（以下簡(jiǎn)稱II類D）進(jìn)行熱氧化安定性試驗(yàn)對(duì)比，驗(yàn)證II類D的抗氧化性能。熱氧化試驗(yàn)前后的樣品外觀分別見(jiàn)圖1、圖2，熱氧化試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

從圖1、圖2可見(jiàn)，氧化試驗(yàn)前，II類D與參比油A外觀均為淺黃色透明，氧化試驗(yàn)后，II類D導(dǎo)熱油外觀依然保持透明，而參比油A氧化后，外觀黑色不透明。從表5可以看出，II類D、參比油A的熱氧化安定性能均滿足GB 23971—2009的指標(biāo)要求，但I(xiàn)I類D導(dǎo)熱油的熱氧化安定性數(shù)據(jù)全面優(yōu)于參比油A，這是由于II類D基礎(chǔ)油是由加氫異構(gòu)工藝制得，其中鏈狀烴、飽和烴含量高，而參比油A為普通API I類基礎(chǔ)油，其在高溫下氧化形成大分子的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)，從而對(duì)外觀、黏度造成了影響。

表3 主要所需試驗(yàn)儀器

表4 以6種基礎(chǔ)油為原料制備的導(dǎo)熱油的熱氧化安定性試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖1 熱氧化前的外觀

圖2 熱氧化后的外觀

結(jié)論

☆A(yù)PI II類基礎(chǔ)油D的黏度、傾點(diǎn)、密度等各項(xiàng)理化指標(biāo)均滿足GB 23971—2009導(dǎo)熱油的指標(biāo)要求，且在加入等量的胺型抗氧劑F的情況下熱氧化安定性優(yōu)于其他5種基礎(chǔ)油。

☆采用以API II類基礎(chǔ)油D為原料的導(dǎo)熱油與市售參比油A進(jìn)行了熱氧化安定性試驗(yàn)對(duì)比，結(jié)果表明前者的熱氧化安定性優(yōu)于參比油A。

表5 熱氧化安定性能對(duì)比