王 魯 強

(中國石化石油化工科學研究院，北京 100083)

環(huán)保要求的提高和汽車技術(shù)的進步對潤滑油質(zhì)量提出了更高的要求，提高燃油經(jīng)濟性、減少排放和延長換油期是未來的發(fā)展趨勢[1-2]。作為潤滑油主要成分的基礎(chǔ)油，其蒸發(fā)損失對油耗、黏度穩(wěn)定性和氧化安定性都有一定的影響[3]。潤滑油基礎(chǔ)油(簡稱基礎(chǔ)油)的蒸發(fā)損失隨餾分沸點的增高而降低。不同加工工藝、不同黏度級別的礦物基礎(chǔ)油的蒸發(fā)損失不同。蒸發(fā)損失的問題主要出現(xiàn)在低黏度級別的基礎(chǔ)油中。目前調(diào)配高檔潤滑油主要使用API Ⅱ+類或Ⅲ類4號基礎(chǔ)油，而高檔潤滑油對基礎(chǔ)油的蒸發(fā)損失提出了更加苛刻的要求，如北京現(xiàn)代裝車油要求潤滑油蒸發(fā)損失不大于15%，MB229.5奔馳汽車出廠用潤滑油要求蒸發(fā)損失不大于10%。企業(yè)通過加氫工藝生產(chǎn)API Ⅱ+類和API Ⅲ類基礎(chǔ)油時，常常出現(xiàn)由于蒸發(fā)損失過大導致基礎(chǔ)油質(zhì)量不合格的現(xiàn)象。

基礎(chǔ)油的蒸發(fā)損失不僅和其餾程有關(guān)，還與生產(chǎn)基礎(chǔ)油的原料組成、加工工藝技術(shù)、產(chǎn)品組成等多方面因素有關(guān)。通過深入研究上述因素對蒸發(fā)損失的影響，從而提出解決基礎(chǔ)油蒸發(fā)損失過大問題的切實可行方法具有重要意義。

1 蒸發(fā)損失的分析方法及對比

潤滑油蒸發(fā)損失的測定有多種分析方法，國內(nèi)常用的方法標準有NB/SH/T 0059，SH/T 0731，GB/T 7325，SH/T 0695，國外方法標準主要有美國的ASTM D972、德國的DIN 51581和日本的JIS K2220(5.6)等。目前在研究基礎(chǔ)油蒸發(fā)損失時普遍采用標準NB/SH/T 0059或SH/T 0731進行測定。

NB/SH/T 0059《潤滑油蒸發(fā)損失的測定 諾亞克法》(簡稱諾亞克法)參照ASTM D5800—2008標準，規(guī)定了測定潤滑油(特別是內(nèi)燃機油)蒸發(fā)損失的兩種方法：A法采用伍德合金諾亞克蒸發(fā)損失測定儀，B法采用自動非伍德合金諾亞克蒸發(fā)損失測定儀。兩種方法測定結(jié)果存在差異[4]：對于全配方內(nèi)燃機油，A法的測定結(jié)果略低于B法的測定結(jié)果；對于基礎(chǔ)油，A法的測定結(jié)果略高于B法的測定結(jié)果。目前國內(nèi)基礎(chǔ)油企業(yè)標準中，蒸發(fā)損失大多采用B法進行測定。試樣于蒸發(fā)損失測定儀中，在250 ℃和恒定壓力下(真空度196 Pa±2 Pa)，蒸發(fā)出的油蒸氣由空氣攜帶出去，根據(jù)加熱前后試樣質(zhì)量之差測定試樣的蒸發(fā)損失。

SH/T 0695 《發(fā)動機油揮發(fā)度測定法(氣相色譜法)》(簡稱氣相色譜法)參照ASTM D5480—1995標準，規(guī)定了發(fā)動機油在371 ℃下?lián)]發(fā)度的氣相色譜測定方法，適用于含有不必由氣相色譜柱洗脫出來的高相對分子質(zhì)量組分的發(fā)動機油。前面討論過蒸發(fā)損失與餾程的關(guān)系，而發(fā)動機油的揮發(fā)度在某種意義上與蒸發(fā)損失是一致的，該方法實際是通過測定油品餾程的方法來測定揮發(fā)度。為簡化起見，以下將采用氣相色譜法測得的油品揮發(fā)度也稱作蒸發(fā)損失。

此外，美國石油公司采用ASTM D2887模擬蒸餾方法測定多級內(nèi)燃機油與基礎(chǔ)油的蒸發(fā)損失。

本研究主要采用諾亞克法和氣相色譜法兩種方法對基礎(chǔ)油蒸發(fā)損失進行測定。據(jù)文獻[5]報道，對于同一牌號基礎(chǔ)油，采用諾亞克法測定的蒸發(fā)損失結(jié)果比采用氣相色譜法測定的蒸發(fā)損失結(jié)果高約一個數(shù)量級，但兩種方法的相關(guān)性較好，通過多組數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果看，兩種方法具有顯著的線性相關(guān)性。

2 實 驗

2.1 原料及產(chǎn)品組成與蒸發(fā)損失的關(guān)系

采用多種原料油(包括加氫裂化尾油、不同餾分段的加氫餾分油等)通過異構(gòu)降凝工藝得到基礎(chǔ)油產(chǎn)品，考察原料組成、工藝條件、產(chǎn)品性質(zhì)對基礎(chǔ)油蒸發(fā)損失的影響。6種具有代表性的加氫裂化尾油(記作尾油1～尾油6)的主要性質(zhì)及烴類組成見表1。

表1 6種代表性加氫裂化尾油的主要性質(zhì)及組成

由于煉油廠加工的原料不同、加氫裂化技術(shù)的差別，使得各種加氫裂化尾油的性質(zhì)差別較大。由表1可以看出：尾油1的黏度指數(shù)較高，達到133，傾點為42 ℃；尾油4和尾油6的黏度指數(shù)基本相當，均為120左右，傾點為30 ℃左右；尾油2、尾油3的黏度指數(shù)較低，為100左右，其中尾油2傾點為-14 ℃、尾油3傾點為32 ℃；尾油1、尾油2、尾油3、尾油5的100 ℃運動黏度較高，均大于4.500 mm2/s，而尾油4、尾油6的100 ℃運動黏度較低，均小于4.000 mm2/s；在烴類組成方面，尾油1和尾油6的鏈烷烴含量較高，質(zhì)量分數(shù)均在45%以上，尾油3和尾油5的鏈烷烴含量偏低，其中尾油5的鏈烷烴質(zhì)量分數(shù)僅為29.6%。

對上述各種原料進行異構(gòu)降凝，得到多種基礎(chǔ)油產(chǎn)品，并從中選取6個黏度接近的產(chǎn)品(依次記作產(chǎn)品1、產(chǎn)品2、產(chǎn)品3、產(chǎn)品4、產(chǎn)品5和產(chǎn)品6)進行比較。此6個基礎(chǔ)油產(chǎn)品的主要性質(zhì)和烴類組成見表2。

表2 6個黏度接近的基礎(chǔ)油產(chǎn)品的主要性質(zhì)和烴類組成

由表2可以看出：產(chǎn)品2的諾亞克法蒸發(fā)損失為14.0%，氣相色譜法蒸發(fā)損失為5.0%；產(chǎn)品4的諾亞克法蒸發(fā)損失為11.8%，氣相色譜法蒸發(fā)損失為3.0%；產(chǎn)品2和產(chǎn)品4的100 ℃運動黏度均為5.8 mm2/s左右，傾點基本相當，分別為-39 ℃和-36 ℃，兩者都屬于6號基礎(chǔ)油，兩種產(chǎn)品的主要區(qū)別在于產(chǎn)品2的黏度指數(shù)僅為88，產(chǎn)品4的黏度指數(shù)為110，兩者相差22。由此看來，基礎(chǔ)油黏度指數(shù)的高低影響著其蒸發(fā)損失，黏度指數(shù)越高，蒸發(fā)損失越小。

對于運動黏度、餾程、傾點基本相當?shù)幕A(chǔ)油產(chǎn)品來說，影響?zhàn)ざ戎笖?shù)的一個重要因素為其鏈烷烴的含量。從表2中的烴類組成數(shù)據(jù)可以看出，產(chǎn)品2的鏈烷烴質(zhì)量分數(shù)為24.5%，產(chǎn)品4的鏈烷烴質(zhì)量分數(shù)為33.2%，后者的鏈烷烴含量明顯高于前者。

由表2還可以看出：產(chǎn)品1、產(chǎn)品3、產(chǎn)品5、產(chǎn)品6的100 ℃運動黏度均為5.4 mm2/s左右，四者都屬于5號基礎(chǔ)油；產(chǎn)品1的黏度指數(shù)最高，達到121，其蒸發(fā)損失也最小，諾亞克法蒸發(fā)損失僅為9.5%，氣相色譜法蒸發(fā)損失為2.0%；其次是產(chǎn)品6，其黏度指數(shù)為115，諾亞克法蒸發(fā)損失為13.9%，氣相色譜法蒸發(fā)損失為5.0%；產(chǎn)品3與產(chǎn)品5的黏度指數(shù)更低，分別為74與65，故蒸發(fā)損失更大，二者的諾亞克法蒸發(fā)損失分別為20.5%與20.8%，氣相色譜法蒸發(fā)損失分別為9.5%與14.0%；在烴類組成數(shù)據(jù)上，基本表現(xiàn)為基礎(chǔ)油的鏈烷烴含量越高，蒸發(fā)損失越小；環(huán)烷烴含量越高，蒸發(fā)損失越大。

從上述數(shù)據(jù)分析看，要想得到較低蒸發(fā)損失的基礎(chǔ)油產(chǎn)品，需要提高基礎(chǔ)油的黏度指數(shù)，從組成上就是要提高基礎(chǔ)油中的鏈烷烴含量，降低環(huán)烷烴含量。因此，可以通過提高異構(gòu)降凝原料的鏈烷烴含量來提高最終基礎(chǔ)油產(chǎn)品的黏度指數(shù)。方法一是餾分油深度加氫處理生產(chǎn)異構(gòu)降凝原料，提高芳烴飽和、環(huán)烷烴開環(huán)生成鏈烷烴的能力；方法二是通過添加高含蠟組分來提高原料中的鏈烷烴含量。

2.2 原料餾程與蒸發(fā)損失的關(guān)系

影響基礎(chǔ)油蒸發(fā)損失的一個關(guān)鍵因素是黏度與餾程的相互制約，尤其是在低黏度潤滑油基礎(chǔ)油的加工過程中，要想得到低黏度基礎(chǔ)油，許多生產(chǎn)廠家將基礎(chǔ)油初餾點適當降低，但會帶來基礎(chǔ)油蒸發(fā)損失的增大。

實際上基礎(chǔ)油產(chǎn)品黏度的高低除了受其初餾點影響外，也受其終餾點的影響。終餾點高，黏度大是必然的，將基礎(chǔ)油終餾點降低，既可適當降低基礎(chǔ)油的黏度，也有利于生產(chǎn)較低蒸發(fā)損失的低黏度潤滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)品。

由于潤滑油基礎(chǔ)油的蒸餾切割需要高真空、低爐溫，產(chǎn)品終餾點的切割需要較高的爐溫，基礎(chǔ)油產(chǎn)品容易縮合變質(zhì)，因此終餾點的切割不能放在最終產(chǎn)品切割的階段進行，應(yīng)該在原料準備的蒸餾切割階段進行。

表3列出了以尾油6全餾分及以其為原料切割出的不同餾分段(包括390～470 ℃餾分、大于380 ℃餾分和大于420 ℃餾分)的主要性質(zhì)。由表3可以看出：尾油6全餾分的餾程較寬，實際餾程為251～531 ℃，100 ℃運動黏度為3.390 mm2/s；通過掐頭去尾，將餾程控制在390～470 ℃，所得餾分的100 ℃運動黏度為3.801 mm2/s；切割時將尾油適當切重，得到的大于380 ℃餾分和大于420 ℃餾分的100 ℃運動黏度分別為4.768 mm2/s和5.015 mm2/s?？梢?，切割時將尾油終餾點降低，可使其100 ℃運動黏度從4.768 mm2/s降低到3.801 mm2/s，黏度降低較多，有利于生產(chǎn)低黏度基礎(chǔ)油。

表3 尾油6各餾分段的主要性質(zhì)

以表3所示的4種餾分為原料進行異構(gòu)降凝試驗，對產(chǎn)物切割得到的大于370 ℃基礎(chǔ)油產(chǎn)品(依次記作產(chǎn)品6-1、產(chǎn)品6-2、產(chǎn)品6-3、產(chǎn)品6-4)的主要性質(zhì)見表4。

表4 尾油6各餾分段降凝產(chǎn)品的主要性質(zhì)

從表4可以看出：盡管尾油6的100 ℃運動黏度為3.390 mm2/s，但因其餾程較寬，故含有較多非潤滑油餾分，其降凝產(chǎn)品100 ℃運動黏度已達到4.696 mm2/s，超過了4號基礎(chǔ)油指標要求(3.5～4.5 mm2/s)，且產(chǎn)品的諾亞克法蒸發(fā)損失為17.7%，氣相色譜法蒸發(fā)損失為7.0%，蒸發(fā)損失已超過了基礎(chǔ)油標準中規(guī)定的小于15%的指標，也就是說該原料通過調(diào)整產(chǎn)品餾程來滿足4號基礎(chǔ)油的黏度指標難以實現(xiàn)；尾油6的390～470 ℃餾分降凝產(chǎn)品的100 ℃運動黏度為4.345 mm2/s，較原料上升0.544 mm2/s，但仍滿足4號基礎(chǔ)油的黏度指標要求，且產(chǎn)品的諾亞克法蒸發(fā)損失為14.1%，氣相色譜法蒸發(fā)損失為6.0%，也滿足4號基礎(chǔ)油蒸發(fā)損失的要求；尾油6大于380 ℃餾分降凝產(chǎn)品的100 ℃運動黏度為5.828 mm2/s，較原料上升1.060 mm2/s，基礎(chǔ)油產(chǎn)品黏度等級達到6號基礎(chǔ)油指標要求(5.5～6.5 mm2/s)；尾油6大于420 ℃餾分降凝產(chǎn)品的100 ℃運動黏度為6.131 mm2/s，較原料上升1.116 mm2/s，基礎(chǔ)油產(chǎn)品黏度等級達到6號基礎(chǔ)油指標要求，且由于餾分較重，產(chǎn)品的蒸發(fā)損失較小。

表5列出了以尾油1全餾分及以之為原料切割出的不同餾分段(包括390～450 ℃餾分、大于410 ℃餾分)的性質(zhì)對比。由表5可以看出：尾油1全餾分的實際餾程為309～537 ℃，100 ℃運動黏度為4.656 mm2/s，不適合作為生產(chǎn)4號基礎(chǔ)油的原料；通過掐頭去尾，將餾程控制在390～450 ℃，所得餾分的100 ℃運動黏度為3.846 mm2/s，可以作為生產(chǎn)4號基礎(chǔ)油的原料；通過將尾油適當切重，得到的大于410 ℃餾分的100 ℃運動黏度為5.538 mm2/s，可作為生產(chǎn)6號基礎(chǔ)油的原料。

表5 尾油1各餾分段的主要性質(zhì)

以表5所示的3種餾分為原料進行異構(gòu)降凝試驗，得到的基礎(chǔ)油產(chǎn)品(依次記作產(chǎn)品1-1、產(chǎn)品1-2、產(chǎn)品1-3)的主要性質(zhì)見表6。

表6 尾油1各餾分段降凝產(chǎn)品的主要性質(zhì)

從表6可以看出：尾油1降凝產(chǎn)品的100 ℃運動黏度為5.873 mm2/s，比原料上升1.217 mm2/s，達到6號基礎(chǔ)油指標要求，諾亞克法蒸發(fā)損失為14.5%，氣相色譜法蒸發(fā)損失為5.0%；尾油1的390～470 ℃餾分降凝產(chǎn)品的100 ℃運動黏度為4.438 mm2/s，較原料上升0.592 mm2/s，滿足4號基礎(chǔ)油的黏度等級，諾亞克法蒸發(fā)損失為11.8%，氣相色譜法蒸發(fā)損失為3.0%，也滿足4號基礎(chǔ)油蒸發(fā)損失的要求；尾油1大于410 ℃餾分降凝產(chǎn)品的100 ℃運動黏度為6.681 mm2/s，較原料上升1.143 mm2/s，黏度超過了6號基礎(chǔ)油指標要求，諾亞克法蒸發(fā)損失為7.4%，氣相色譜法蒸發(fā)損失為2.0%。

從上述試驗結(jié)果看，通過異構(gòu)降凝工藝生產(chǎn)基礎(chǔ)油，基礎(chǔ)油產(chǎn)品的黏度與原料相比，會有所提高，4號基礎(chǔ)油100 ℃運動黏度提高幅度為0.5 mm2/s左右，6號基礎(chǔ)油100 ℃運動黏度提高幅度為1.1 mm2/s左右。要想生產(chǎn)黏度與蒸發(fā)損失均合格的4號基礎(chǔ)油產(chǎn)品，需要原料的100 ℃運動黏度在3.5～4.0 mm2/s之間，餾程范圍一般在370～470 ℃之間。

2.3 處理方式與蒸發(fā)損失的關(guān)系

在相同黏度、相同餾程范圍下，基礎(chǔ)油的黏度指數(shù)越高，蒸發(fā)損失越小。在降凝過程中，異構(gòu)反應(yīng)深度不同，基礎(chǔ)油黏度與黏度指數(shù)的變化都會有所不同，蒸發(fā)損失也會有區(qū)別。

表7為尾油1的4組大于370 ℃異構(gòu)降凝產(chǎn)品(YG1，YG2，YG3，YG4)與溶劑脫蠟產(chǎn)品(TL1)的主要性質(zhì)對比。從表7可以看出：尾油1異構(gòu)降凝得到的基礎(chǔ)油產(chǎn)品，隨著產(chǎn)品傾點由-15 ℃降至-45 ℃，其100 ℃運動黏度呈現(xiàn)上升趨勢，黏度指數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢，諾亞克法蒸發(fā)損失也隨之升高，從11.1%上升到12.5%；將尾油1采用溶劑脫蠟方法降凝，得到的基礎(chǔ)油產(chǎn)品黏度指數(shù)為108，傾點為-21 ℃，諾亞克法蒸發(fā)損失為22.0%，氣相色譜法蒸發(fā)損失為12.0%?？梢?，采用溶劑脫蠟工藝得到的基礎(chǔ)油產(chǎn)品蒸發(fā)損失高，黏度指數(shù)低。

表7 尾油1異構(gòu)降凝產(chǎn)品與溶劑脫蠟產(chǎn)品的主要性質(zhì)對比

表8為尾油1中390～450 ℃餾分的4組大于390 ℃異構(gòu)降凝產(chǎn)品(YG5，YG6，YG7，YG8)與溶劑脫蠟產(chǎn)品(TL2)的主要性質(zhì)對比。從表8可以看出：與以尾油1為原料時相同，尾油1的390～450 ℃餾分異構(gòu)降凝基礎(chǔ)油產(chǎn)品的蒸發(fā)損失也是隨著傾點的下降而升高，降凝程度越大，傾點越低，黏度越高，對于生產(chǎn)合格的4號基礎(chǔ)油越不利；將尾油1的390～450 ℃餾分采用溶劑脫蠟方法降凝，得到的基礎(chǔ)油產(chǎn)品黏度指數(shù)為106，傾點為-15 ℃，諾亞克法蒸發(fā)損失為22.5%，氣相色譜法蒸發(fā)損失為12.0%?？梢?，對于尾油1的390～450 ℃餾分，依然是采用溶劑脫蠟工藝得到的基礎(chǔ)油產(chǎn)品蒸發(fā)損失高，黏度指數(shù)低。因此，通過加

表8 尾油1中390～450 ℃餾分的溶劑脫蠟和異構(gòu)降凝產(chǎn)品的性質(zhì)對比

氫異構(gòu)的方式，在適宜的降凝深度條件下，保證高黏度指數(shù)的同時蒸發(fā)損失有所降低，有利于生產(chǎn)Ⅲ類低黏度基礎(chǔ)油。

3 結(jié)論與建議

通過對原料與產(chǎn)品組成分析，發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)油的結(jié)構(gòu)組成是影響蒸發(fā)損失的關(guān)鍵和內(nèi)在因素，通過各種工藝手段提高基礎(chǔ)油的鏈烷烴含量，不僅可以提高基礎(chǔ)油黏度指數(shù)，還可以降低基礎(chǔ)油的蒸發(fā)損失；基礎(chǔ)油黏度和餾程是影響蒸發(fā)損失的外在因素，可以通過優(yōu)化原料和分餾塔的操作來降低蒸發(fā)損失。

對如何生產(chǎn)蒸發(fā)損失合格的加氫基礎(chǔ)油提出如下幾條建議：

(1)加氫處理過程要深度開環(huán)裂化，提高異構(gòu)降凝原料的鏈烷烴含量，同時還可以降低原料的運動黏度，以保證滿足生產(chǎn)4號基礎(chǔ)油的要求。

(2)通過對加氫處理原料的合理蒸餾切割，將高黏度的重組分切除，也可以滿足生產(chǎn)4號基礎(chǔ)油的要求。

(3)可以適當摻煉高含蠟組分，提高原料的鏈烷烴含量。

(4)一般情況下，在降凝過程中，裂化反應(yīng)程度較深會提高基礎(chǔ)油黏度、降低黏度指數(shù)、提高蒸發(fā)損失，因此要盡可能減少裂化反應(yīng)的發(fā)生。