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國(guó)產(chǎn)mPAO40在220號(hào)合成造紙機(jī)循環(huán)油上的應(yīng)用研究

2022-10-22 07:23李興陽(yáng)揭斌華鄒小蕓龍宇臻
潤(rùn)滑油 2022年5期
關(guān)鍵詞:分水抗氧劑基礎(chǔ)油

李興陽(yáng),揭斌華,鄒小蕓,龍宇臻

(1.華南理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院,廣東 廣州 510630;2.中國(guó)石化潤(rùn)滑油有限公司茂名分公司,廣東 茂名 525011)

0 引言

隨著造紙機(jī)日益向大型化、寬幅化、高速化以及自動(dòng)化等方向發(fā)展,高速造紙機(jī)被國(guó)內(nèi)各大造紙廠廣泛引進(jìn)應(yīng)用,而現(xiàn)代造紙機(jī)高速、重負(fù)荷、長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備工況,對(duì)造紙機(jī)潤(rùn)滑油提出更高的要求[1]。其中造紙機(jī)的干部工況最為苛刻,經(jīng)過(guò)軸承的蒸汽溫度可達(dá)150~180 ℃,軸承溫度約為110 ℃[2],在高溫潮濕的工作環(huán)境容易引起潤(rùn)滑油氧化變質(zhì)、金屬磨粒和水分等雜質(zhì)含量增加,導(dǎo)致抗乳化性、抗氧化、極壓抗磨性以及黏度等重要性能指標(biāo)下降,從而影響造紙機(jī)的正常運(yùn)行[3]。因此,要求造紙機(jī)循環(huán)潤(rùn)滑油具備以下性能[4]:①優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和熱氧化安定性,確保長(zhǎng)期在高溫條件下無(wú)沉渣、沉積物產(chǎn)生,延長(zhǎng)油品的使用壽命;②優(yōu)異的抗乳化性,使混入油中的水快速實(shí)現(xiàn)分離,保證油品的使用性能;③良好的承載性能,防止軸承和齒輪在低速高扭矩和高速?zèng)_擊負(fù)荷下磨損和擦傷[5];④良好的過(guò)濾性,防止精密過(guò)濾元件的堵塞,保證油品的清潔度;⑤良好的防銹性和水解安定性等[6]。

造紙機(jī)循環(huán)潤(rùn)滑油按基礎(chǔ)油分類,可分為礦物油型和全合成型,其中全合成型造紙機(jī)循環(huán)油采用高黏度指數(shù)的全合成基礎(chǔ)油[7]。與礦物油型相比,全合成型具有優(yōu)良的高低溫性能,在高溫下能保持足夠的油膜,低溫下保持良好的流動(dòng)性能,并具有更優(yōu)異的熱安定性和氧化安定性,可延長(zhǎng)換油期,同時(shí),全合成型的價(jià)格昂貴,為礦物油型價(jià)格的5倍以上。2006年由中國(guó)石化潤(rùn)滑油有限公司牽頭,起草制定了合成型造紙機(jī)循環(huán)潤(rùn)滑系統(tǒng)潤(rùn)滑油的輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB/T 2767-2006[8],其中220號(hào)合成型造紙機(jī)循環(huán)潤(rùn)滑系統(tǒng)潤(rùn)滑油的要求和試驗(yàn)方法見(jiàn)表1,由于受制于高黏度指數(shù)的全合成基礎(chǔ)油資源,目前國(guó)內(nèi)造紙廠使用的全合成型造紙機(jī)循環(huán)油基本為國(guó)外潤(rùn)滑油公司產(chǎn)品,如??松梨赟HC PM220、殼牌Morlina S4 B220、道達(dá)爾MAP SH220、雪佛龍Clarity Synthetic Machine Oil等[9]。

表1 220號(hào)合成型造紙機(jī)循環(huán)潤(rùn)滑系統(tǒng)潤(rùn)滑油的要求和試驗(yàn)方法

為打破國(guó)外潤(rùn)滑油公司產(chǎn)品市場(chǎng)壟斷,推進(jìn)合成造紙機(jī)循環(huán)油的國(guó)產(chǎn)化替代,提高國(guó)產(chǎn)高檔潤(rùn)滑油在造紙行業(yè)的市場(chǎng)影響力,文中采用國(guó)產(chǎn)mPAO基礎(chǔ)油原料,通過(guò)開(kāi)展添加劑主劑、輔助抗氧劑的篩選,研制滿足我國(guó)輕工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的220號(hào)合成循環(huán)造紙機(jī)油,同時(shí),對(duì)破乳性能進(jìn)行優(yōu)化,以提高其快速分水性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)所采用的原料見(jiàn)表2。

表2 主要原料

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)所采用的實(shí)驗(yàn)儀器見(jiàn)表3。

表3 主要實(shí)驗(yàn)儀器

1.3 PAO基礎(chǔ)油的性質(zhì)

實(shí)驗(yàn)所采用的基礎(chǔ)油的主要理化數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 基礎(chǔ)油的主要理化性能

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 添加劑主劑的確定

造紙機(jī)油的添加劑分為有灰和無(wú)灰添加劑,其中無(wú)灰添加劑因具有良好的氧化安定性、高溫下沉渣產(chǎn)生的傾向性更小,良好的分水性能、極壓抗磨性能和過(guò)濾性能,更適用于高速、高溫、高負(fù)荷的現(xiàn)代化造紙?jiān)O(shè)備工況,而得到廣泛應(yīng)用[7]。以國(guó)產(chǎn)PAO8、mPAO40為基礎(chǔ)油,分別加入2%無(wú)灰復(fù)合劑F1、F2、F3調(diào)制220號(hào)合成造紙機(jī)油,考察不同無(wú)灰添加劑對(duì)220號(hào)合成造紙機(jī)油的性能影響,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 不同無(wú)灰添加劑對(duì)220號(hào)合成造紙機(jī)油的性能影響

由表5可知,不同無(wú)灰復(fù)合添加劑調(diào)制的220號(hào)合成造紙機(jī)油性能不盡相同,其中復(fù)合劑F2的抗乳化性能、極壓性能、抗磨性能、抗腐蝕性能均優(yōu)于復(fù)合劑F1和F3,因此,選用無(wú)灰復(fù)合劑F2作為220號(hào)合成造紙機(jī)油的主劑,同時(shí),考慮到旋轉(zhuǎn)氧彈試驗(yàn)的氧化誘導(dǎo)時(shí)間為506 min,略高于指標(biāo)值,為進(jìn)一步改善220號(hào)合成造紙機(jī)油的抗氧化性能,仍需繼續(xù)補(bǔ)加輔助抗氧劑。

2.2 輔助抗氧劑的選擇

對(duì)于潤(rùn)滑油配方研究而言,如何平衡抗氧化性與抗磨性是關(guān)鍵。隨著抗氧劑的加入,可能與主劑中的抗磨劑在金屬表面產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)吸附作用,從而影響油品的抗磨性能[10],因此,在國(guó)產(chǎn)PAO8、mPAO40基礎(chǔ)油、2%復(fù)合劑F2調(diào)制的220號(hào)合成造紙機(jī)油中,分別加入0.4%抗氧劑K1、抗氧劑K2、抗氧劑K3、抗氧劑K4,并考察輔助抗氧劑加入后對(duì)油品旋轉(zhuǎn)氧彈試驗(yàn)的氧化誘導(dǎo)時(shí)間和磨斑直徑的影響,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 輔助抗氧劑對(duì)抗氧化性能和抗磨性能的影響

由表6可知,隨著輔助抗氧劑的加入,油品的旋轉(zhuǎn)氧彈試驗(yàn)的氧化誘導(dǎo)時(shí)間增大,但磨斑直徑也增大,其中加入抗氧劑K4后旋轉(zhuǎn)氧彈試驗(yàn)的氧化誘導(dǎo)時(shí)間最大,且對(duì)磨斑直徑影響相對(duì)較小,因此,選用抗氧劑K4作為220號(hào)合成造紙機(jī)油的輔助抗氧劑。

2.3 不同PAO基礎(chǔ)油對(duì)220號(hào)造紙機(jī)油性能的影響

分別在國(guó)產(chǎn)mPAO40、進(jìn)口PAO40-1、進(jìn)口PAO40-2中加入2%復(fù)合劑F2、0.4%抗氧劑K4和適量國(guó)產(chǎn)PAO8基礎(chǔ)油調(diào)制得到220號(hào)合成造紙機(jī)油,考察不同PAO基礎(chǔ)油對(duì)220號(hào)合成造紙機(jī)油性能的影響,考察結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 不同PAO基礎(chǔ)油對(duì)220號(hào)造紙機(jī)油性能的影響

由表7可知,采用3種PAO40基礎(chǔ)油調(diào)制的220號(hào)合成造紙機(jī)油均滿足QB/T 2767-2006指標(biāo)要求,由于3種基礎(chǔ)油的性能差異,調(diào)制的220號(hào)合成造紙機(jī)油性能也有所差異。同進(jìn)口PAO40-1相比,國(guó)產(chǎn)mPAO40調(diào)制的合成造紙機(jī)油的黏溫特性(黏度指數(shù))、抗乳化性能、抗磨性能(磨斑直徑)和低溫性能更優(yōu),而抗氧化性能(旋轉(zhuǎn)氧彈試驗(yàn)的氧化誘導(dǎo)時(shí)間)略差。同進(jìn)口PAO40-2相比國(guó)產(chǎn)mPAO40調(diào)制的合成造紙機(jī)油的抗磨性能、抗氧化性能和低溫性能更優(yōu),而黏溫特性略差。綜合性能對(duì)比,國(guó)產(chǎn)mPAO40替代進(jìn)口PAO40用于生產(chǎn)220號(hào)合成造紙機(jī)油是可行的。

2.4 快速分水性能的改進(jìn)

2.4.1 不同破乳劑對(duì)82 ℃快速分水性能的影響

造紙機(jī)設(shè)備長(zhǎng)期與紙漿水、水蒸汽等接觸,油品乳化是造紙機(jī)潤(rùn)滑過(guò)程中的常見(jiàn)現(xiàn)象,進(jìn)入油品中的水易導(dǎo)致添加劑水解,加速油品變質(zhì)、黑色金屬腐蝕,因此要求造紙機(jī)油具有優(yōu)異的抗乳化性能,可實(shí)現(xiàn)油水快速分離,并將沉降分離水及時(shí)排出油箱[11]。為進(jìn)一步提升220號(hào)合成造紙機(jī)油的快速分水性能,分別加入100 μg/g破乳劑P1、破乳劑P2、破乳劑P3、破乳劑P4,按照GB/T 7305《石油和合成液水分離性測(cè)定法》,分別記錄82 ℃下0.5 min、1 min、5 min的分水量以及40-37-3 mL的時(shí)間,并與加入前的油品進(jìn)行對(duì)比,對(duì)比結(jié)果如表8所示。

表8 不同破乳劑對(duì)82 ℃抗乳化性的影響

由表8可知,隨著不同破乳劑的加入,220號(hào)合成造紙機(jī)油的82 ℃抗乳化性均較加入前的油品有所提升,40-37-3 mL時(shí)間下降,這是由于破乳劑可降低油-水界面膜的強(qiáng)度,使乳狀液的穩(wěn)定性下降,從而降低油水分離時(shí)間[12]。但從0.5 min、1 min、5 min的分水量來(lái)看,不同破乳劑的分水量差異較大,這可能是由于不同破乳劑的結(jié)構(gòu)差異,對(duì)油-水界面膜的作用不同,4種不同類型的破乳劑82 ℃抗乳化快速分水效果依次是:P1﹥P4﹥P2>P3。

2.4.2 不同破乳劑對(duì)54 ℃快速分水性能的影響

一般造紙機(jī)中心潤(rùn)滑站的油品溫度為40~65 ℃[13],為模擬220號(hào)合成造紙機(jī)油在油箱中的快速分水性能,按照GB/T 7305《石油和合成液水分離性測(cè)定法》,分別記錄54 ℃下0.5 min、1 min、5 min的分水量以及40-37-3 mL的時(shí)間,并與加入前的油品進(jìn)行對(duì)比,對(duì)比結(jié)果如表9所示。

表9 不同破乳劑對(duì)54 ℃抗乳化性的影響

由表9可知,與82 ℃的抗乳化性的數(shù)據(jù)相比,54 ℃的分水量和分水時(shí)間均變差,這是由于隨著溫度的降低,油水密度差增大,黏度變大,同時(shí)分子布朗運(yùn)動(dòng)減緩,破乳劑在油水界面的作用也減弱,從而影響破乳化的速度[14]。加入破乳劑后的220號(hào)合成造紙機(jī)油54 ℃抗乳化性40-37-3 mL時(shí)間均有所下降,而從0.5 min、1 min、5 min的分水量來(lái)看,不同破乳劑的分水量差異更加顯著,破乳劑P2和P3在0.5 min、1 min、5 min的分水量與加劑前相差不大,幾乎無(wú)改善效果;破乳劑P1在1 min中內(nèi)分水快,分水量多,但1 min后分水速度變得緩慢;破乳劑P4一直保持較快的分水性能,且40-37-3 mL時(shí)間最短,為17.0 min,說(shuō)明破乳劑P4在54 ℃的快速分水性能最佳。

2.4.3 不同水質(zhì)對(duì)快速分水性能的影響

采用國(guó)產(chǎn)PAO8、mPAO40基礎(chǔ)油、2%復(fù)合劑F2、0.4%抗氧劑K4和100 μg/g破乳劑P4調(diào)制得到220號(hào)合成造紙機(jī)油,按照GB/T 7305《石油和合成液水分離性測(cè)定法》試驗(yàn)方法,分別考察82 ℃和54 ℃試驗(yàn)溫度下,蒸餾水、新鮮水、冷卻水對(duì)220號(hào)合成造紙機(jī)油抗乳化性能的影響,考察結(jié)果見(jiàn)表10、表11所示。

表10 不同水質(zhì)的82 ℃抗乳化性能

表11 不同水質(zhì)的54 ℃抗乳化性能

由表10和表11可知,220號(hào)合成造紙機(jī)油在蒸餾水、自來(lái)水、循環(huán)水中的分水效果差異較大,這是由于水的總硬度越高,pH值越大,水中的極性物質(zhì)越多,多于油水分離[15]。由表12不同類型的水質(zhì)分析數(shù)據(jù)可知,冷卻水的總硬度最高、水質(zhì)最差,自來(lái)水其次,蒸餾水水質(zhì)最優(yōu),因此,220號(hào)合成造紙機(jī)油在82 ℃和54 ℃下的分水效果依次是:蒸餾水﹥自來(lái)水﹥冷卻水。同時(shí),從冷卻水82 ℃和54 ℃下的抗乳化試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,40-37-3 mL時(shí)間小于30 min,0.5 min、1 min、5 min的分水量也較大,說(shuō)明破乳劑P4在82 ℃和54 ℃的快速分水效果較好,在工業(yè)應(yīng)用中也可快速實(shí)現(xiàn)油水分離。

表12 不同類型的水質(zhì)分析數(shù)據(jù)

2.5 合成循環(huán)造紙機(jī)油的性能分析

對(duì)調(diào)制的220號(hào)合成造紙機(jī)油開(kāi)展全性能分析,并與輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB/T 2767-2006《220號(hào)合成型造紙機(jī)循環(huán)潤(rùn)滑系統(tǒng)潤(rùn)滑油》的要求進(jìn)行對(duì)比,對(duì)比結(jié)果如表13所示。

表13 220號(hào)合成造紙機(jī)油的性能分析

由表13可知,采用國(guó)產(chǎn)mPAO40調(diào)制的220號(hào)合成造紙機(jī)油的分析結(jié)果均滿足輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB/T 2767-2006《220號(hào)合成型造紙機(jī)循環(huán)潤(rùn)滑系統(tǒng)潤(rùn)滑油》的指標(biāo)要求。

3 結(jié)論

(1)采用國(guó)產(chǎn)mPAO40、PAO8基礎(chǔ)油、2%復(fù)合劑F2、0.4%抗氧劑K4和100 ppm破乳劑P4調(diào)制的220號(hào)合成造紙機(jī)油,滿足輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB/T 2767-2006《220號(hào)合成型造紙機(jī)循環(huán)潤(rùn)滑系統(tǒng)潤(rùn)滑油》的指標(biāo)要求。且經(jīng)綜合性能對(duì)比,國(guó)產(chǎn)mPAO40替代進(jìn)口PAO40用于生產(chǎn)220號(hào)合成造紙機(jī)油是可行的。

(2)經(jīng)過(guò)篩選得到的破乳劑P4可進(jìn)一步改善220號(hào)合成造紙機(jī)油抗乳化性能,82 ℃和54 ℃的快速分水效果較好,在工業(yè)冷卻水中也可實(shí)現(xiàn)油水快速分離。

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