合成酯類助溶劑對汽輪機(jī)油基礎(chǔ)油濕法過濾性的影響

胡 軼，吳世雄，李少萍，

(1.新疆師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，烏魯木齊 830054；2.華東理工大學(xué)石油加工研究所)

隨著汽輪機(jī)技術(shù)的發(fā)展，汽輪機(jī)設(shè)備及各零部件的精度不斷提高，使得過濾器的精度也不斷提高，從而對油品的過濾性能要求越來越苛刻[1-5]。由于油品調(diào)合過程以及出廠前都會經(jīng)過循環(huán)過濾步驟，因而油品基本都能達(dá)到干法過濾性標(biāo)準(zhǔn)要求，但在實(shí)際使用過程中，油品常會受到水的污染，水與潤滑油混合后會形成乳液，破壞成品油體系，甚至?xí)a(chǎn)生沉積物，堵塞過濾器，影響汽輪機(jī)機(jī)組的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因而現(xiàn)在對汽輪機(jī)油的濕法過濾性要求越來越嚴(yán)格[6]。同時(shí)濕法過濾性成為衡量汽輪機(jī)油使用性能的一個(gè)重要參數(shù)，各大添加劑和油品公司也越來越重視油品的過濾性能[7]。

合成酯廣泛用于合成潤滑油配方中，可以提供更好的高、低溫性能，與添加劑具有良好的相容性，揮發(fā)性低，并具有極好的潤滑性能、清凈性能以及生物可降解性能等。合成酯可以單獨(dú)使用以最大程度提供高溫性能，也可以與合成潤滑油基礎(chǔ)油聚α烯烴(PAO)和礦物油混合使用以提高其溶解性、穩(wěn)定性和清凈性[8-9]。

之前在醚類助溶劑的含量對潤滑油濕法過濾性的影響研究中發(fā)現(xiàn)[10]，當(dāng)醚類助溶劑達(dá)到一定濃度時(shí)，對應(yīng)油品的濕法過濾性均出現(xiàn)了顯著下降。因此，要改善成品油的過濾性，必須用其他助溶劑來替換復(fù)合添加劑中的醚類助溶劑。通過研究3種不同合成酯類助溶劑對汽輪機(jī)油濕法過濾性的影響，考察不同酯類助溶劑含量對基礎(chǔ)油濕法過濾性的影響，考察酯類助溶劑替換醚類助溶劑后成品油過濾性的變化情況，旨在解決成品油的過濾性問題。

1 實(shí) 驗(yàn)

選用了科聚亞公司提供的較適合汽輪機(jī)油的3種合成酯A,B,C，其中A為雙酯，B和C為多元醇酯，它們都是較好的助溶劑，能改善基礎(chǔ)油對添加劑的溶解性。表1為3種合成酯的基本物理化學(xué)性質(zhì)。本研究采用常用于汽輪機(jī)油的2種黏度等級的基礎(chǔ)油1號和2號進(jìn)行考察，其物理化學(xué)性質(zhì)見表2。

表1 3種合成酯的物理化學(xué)性質(zhì)

潤滑油過濾性測定方法采用SH/T 0805—2008(即ISO 13357)，使用的過濾性試驗(yàn)儀型號為Lawler 377-4，由Lawler公司生產(chǎn)。

表2 基礎(chǔ)油物理化學(xué)性質(zhì)

過濾性測定方法一(干法)適用于評價(jià)在干燥的情況下潤滑油的過濾性。在規(guī)定條件下，試樣通過直徑為47 mm、平均孔徑為0.8 μm的酯類纖維素膜，記錄過濾規(guī)定體積試樣所用的時(shí)間。用最初的過濾速率和最后100 mL的過濾速率的比率計(jì)算過濾性。

過濾性測定方法二(濕法)適用于評價(jià)在有水存在的情況下潤滑油的過濾性。試樣經(jīng)過加水(0.2%)高溫處理后測量過濾性即得濕法過濾性。具體操作步驟為：將300 mL試樣與0.66 mL水加入500 mL廣口瓶內(nèi)，蓋上瓶蓋后置于70 ℃的烘箱中存放2 h，然后自烘箱中取出，控制攪拌器轉(zhuǎn)速為1 500 r/min，攪拌5 min。再將廣口瓶移至70 ℃烘箱中靜置70 h，然后取出后經(jīng)過24 h的避光室溫儲存，便開始過濾性試驗(yàn)。在60 s時(shí)間內(nèi)顛倒晃動廣口瓶30次，使試樣混合均勻，每次顛倒晃動之間要有間隔，將試樣立即倒入過濾容器，用橡皮塞堵住過濾器出油口，防止油品流出，60 s后移去橡皮塞，打開控制閥，調(diào)整到正確的壓力，當(dāng)試樣滴入量筒開始計(jì)時(shí)，依次記錄量筒內(nèi)試樣達(dá)到10，50，200，300 mL時(shí)的時(shí)間T10，T50，T200，T300，按照下式計(jì)算過濾性FII：

方法一的步驟中沒有方法二加水高溫處理的步驟，而是直接進(jìn)行過濾試驗(yàn)。每種油樣重復(fù)測定3次，取3次過濾性的平均值為該油樣的過濾性。

2 結(jié)果與討論

2.1 醚類助溶劑含量對基礎(chǔ)油過濾性的影響

汽輪機(jī)油添加劑中常見的醚類助溶劑有四乙二醇單甲基醚(TGME)和四乙二醇二甲基醚(TGDE)，研究發(fā)現(xiàn)影響兩種不同黏度等級的基礎(chǔ)油濕法過濾性的最主要成分均是醚類助溶劑[10]，TGME和TGDE的含量對基礎(chǔ)油濕法過濾的影響見表3。從表3可以看出TGME和TGDE的添加均會使1號基礎(chǔ)油和2號基礎(chǔ)油的濕法過濾性變差，并且TGME對兩種基礎(chǔ)油濕法過濾性的影響都比TGDE的影響更加顯著。

表3 助溶劑含量對基礎(chǔ)油濕法過濾性的影響

注：“不可過濾”表示隨著過濾的進(jìn)行，過濾速率逐漸減小，直到出現(xiàn)油樣成滴狀流下或油樣無法流下，過濾速率為0。

2.2 合成酯單劑對基礎(chǔ)油濕法過濾的影響

醚類助溶劑的使用造成基礎(chǔ)油過濾性變差，而多元醇酯是較好的助溶劑，能改善基礎(chǔ)油對添加劑的溶解性。因此研究了3種合成酯類助溶劑對兩種不同黏度等級基礎(chǔ)油濕法過濾性的影響，并與醚類助溶劑進(jìn)行對比分析。

圖1為不同助溶劑對1號基礎(chǔ)油濕法過濾性的影響。1號基礎(chǔ)油濕法過濾性為85.96，5種助溶劑TGME,TGDE,A,B,C的添加量均與某復(fù)合劑X與1號基礎(chǔ)油形成的成品油中助溶劑含量一致。從圖1可以看出，加入醚類助溶劑后，1號基礎(chǔ)油濕法過濾性出現(xiàn)不同程度下降，但加入合成酯類助溶劑后，1號基礎(chǔ)油的濕法過濾性不但沒有下降，反而出現(xiàn)小幅上升，并且助溶劑B對1號基礎(chǔ)油的影響最明顯，使得其濕法過濾性由85.96上升到了91.68。

圖1 不同助溶劑對1號基礎(chǔ)油濕法過濾性的影響

圖2為不同助溶劑對2號基礎(chǔ)油濕法過濾性的影響。2號基礎(chǔ)油濕法過濾性為75.36，5種助溶劑TGME,TGDE，A，B，C的添加量均與某復(fù)合劑X與2號基礎(chǔ)油形成的成品油中助溶劑含量一致。從圖2可以看出，加入醚類助溶劑后2號基礎(chǔ)油濕法過濾性出現(xiàn)不同程度下降，但加入合成酯類助溶劑后，2號基礎(chǔ)油濕法過濾性出現(xiàn)小幅度上升，并且助溶劑C對2號基礎(chǔ)油的影響最明顯，使得其濕法過濾性由75.36上升到了83.23。

圖2 不同助溶劑對2號基礎(chǔ)油濕法過濾性的影響

結(jié)合圖1和圖2可以看出：5種不同助溶劑對兩種不同黏度等級基礎(chǔ)油濕法過濾性的影響效果是一致的，其中醚類助溶劑的加入均降低了兩種基礎(chǔ)油的濕法過濾性，且TGME的影響比TGDE的影響更加明顯；合成酯類助溶劑的加入均小幅提高了兩種基礎(chǔ)油的濕法過濾性，這主要是因?yàn)槊杨愔軇┦莾捎H性物質(zhì)，既能與基礎(chǔ)油互溶，又能與水互溶，它的加入會增加基礎(chǔ)油的乳化程度以及乳液穩(wěn)定性，而合成酯是疏水性物質(zhì)，它的加入不會增加基礎(chǔ)油的乳化程度和乳液穩(wěn)定性[11-12]。另外，3種合成酯的加入都在一定程度上提高了兩種不同黏度等級基礎(chǔ)油的濕法過濾性，這就說明用合成酯類助溶劑來替換復(fù)合劑X中的醚類助溶劑有可能達(dá)到提高成品油濕法過濾性的目的。

2.3 合成酯含量對基礎(chǔ)油濕法過濾性的影響

由上述研究可知，3種合成酯單劑的加入都在一定程度上提高了2種不同黏度等級基礎(chǔ)油的濕法過濾性。為進(jìn)一步探究用合成酯來替換復(fù)合劑X中的醚類助溶劑以提高成品油的濕法過濾性是否可行，有必要先研究一下不同合成酯含量對基礎(chǔ)油濕法過濾性的影響。圖3～圖5分別為3種合成酯(A,B,C)的含量對1號基礎(chǔ)油的濕法過濾性的影響，圖6～圖8分別為這3種合成酯的含量對2號基礎(chǔ)油的濕法過濾性的影響。從圖3～圖8可以看出，3種合成酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0逐漸增加到0.1%的過程中，兩種不同基礎(chǔ)油的濕法過濾性均沒有出現(xiàn)明顯下降，加入合成酯后，1號基礎(chǔ)油的濕法過濾性都保持在85左右，2號基礎(chǔ)油的濕法過濾性都保持在75左右，分別與其對應(yīng)純基礎(chǔ)油的濕法過濾性相似。這就說明合成酯在配方含量范圍內(nèi)對兩種基礎(chǔ)油的濕法過濾性基本沒有影響，因此用合成酯類助溶劑來替換復(fù)合劑X中的醚類助溶劑以達(dá)到提高成品油濕法過濾性的目的是有可能實(shí)現(xiàn)的。

圖3 合成酯A含量對1號基礎(chǔ)油濕法過濾性的影響

圖4 合成酯B含量對1號基礎(chǔ)油濕法過濾性的影響

圖5 合成酯C含量對1號基礎(chǔ)油濕法過濾性的影響

圖6 合成酯A含量對2號基礎(chǔ)油濕法過濾性的影響

圖7 合成酯B含量對2號基礎(chǔ)油濕法過濾性的影響

圖8 合成酯C含量對2號濕法過濾性的影響

2.4 合成酯替換醚類助溶劑后成品油的過濾性

由于質(zhì)量分?jǐn)?shù)0～0.1%范圍內(nèi)，合成酯的含量變化對兩種基礎(chǔ)油的濕法過濾性基本都沒明顯負(fù)面影響，故可以考慮用合成酯替代復(fù)合劑X中的醚類助溶劑以提高成品油的濕法過濾性。先用3種合成酯分別替換復(fù)合劑X中的TGME以得到新型的復(fù)合劑，然后用這些復(fù)合劑分別與兩種不同黏度等級的基礎(chǔ)油復(fù)配后得到新型的成品油。考察了該成品油的濕法過濾性，并與純基礎(chǔ)油以及原始成品油進(jìn)行對比分析，結(jié)果見表4。

表4 不同成品油的濕法過濾性

注：復(fù)合劑+A、復(fù)合劑+B和復(fù)合劑+C分別表示用合成酯A，B，C 替換復(fù)合劑X中的醚類助溶劑TGME后得到的復(fù)合劑。

由表4可以看出：純基礎(chǔ)油(1號)和復(fù)合劑X與1號基礎(chǔ)油配成的成品油(1號+復(fù)合劑X)的濕法過濾性分別為85.96和64.10；用合成酯A，B，C 替換復(fù)合劑X中的醚類助溶劑TGME后，所得成品油1號+復(fù)合劑+A、1號+復(fù)合劑+B和1號+復(fù)合劑+C的濕法過濾性分別為73.37，73.93，69.72，均比1號+復(fù)合劑X配成的成品油濕法過濾性要好。純基礎(chǔ)油(2號)和復(fù)合劑X與2號基礎(chǔ)油配成的成品油(2號+復(fù)合劑X)的濕法過濾性分別為75.38和52.53；用合成酯A，B，C替換復(fù)合劑X中的醚類助溶劑TGME后，所得成品油2號+復(fù)合劑+A、2號+復(fù)合劑+B和2號+復(fù)合劑+C的濕法過濾性分別為69.14，71.74，74.29，均比2號+復(fù)合劑X配成的成品油濕法過濾性要好。

對于兩種不同黏度的基礎(chǔ)油，用合成酯替換復(fù)合劑X中的醚類助溶劑TGME后，所得成品油的濕法過濾性均有所改善，這就說明用合成酯來替換復(fù)合劑X中的醚類助溶劑以提高成品油的濕法過濾性是可行的；另外替換后的復(fù)合劑對于黏度較大的2號基礎(chǔ)油的濕法過濾性的影響更小，其對應(yīng)成品油的濕法過濾性更接近于純基礎(chǔ)油的濕法過濾性。

3 結(jié) 論

(1)合成酯類助溶劑的加入均小幅度地提高了兩種基礎(chǔ)油的濕法過濾性。3種合成酯(A，B，C)質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0逐漸增加到0.1%的過程中，2種基礎(chǔ)油的濕法過濾性均沒有出現(xiàn)明顯下降，加入合成酯后，1號基礎(chǔ)油的濕法過濾性都保持在85左右，2號基礎(chǔ)油的濕法過濾性都保持在75左右，分別與其對應(yīng)純基礎(chǔ)油的濕法過濾性相似。在配方含量范圍內(nèi)，合成酯的含量對兩種基礎(chǔ)油的濕法過濾性基本沒有影響。

(2)用合成酯替換復(fù)合劑X中的醚類助溶劑TGME后，所得成品油的濕法過濾性均有所改善，替換后的復(fù)合劑對黏度較大的2號基礎(chǔ)油的濕法過濾性的影響更小，其對應(yīng)成品油的濕法過濾性更接近于純基礎(chǔ)油的濕法過濾性。