基础油基本知识

基础油基本知识 北京研发中心 2011.8 目 录 基础油生产技术发展史 中国石化润滑油基础油生产布局 润滑油基础油分类及标准 基础油的主要成份 基础油的理化指标与润滑油的关系 2 加氢精制 60年代 ZSM-5 催化脱蜡 动物油脂 3000年前 No.1 矿物 润滑油 1878年 白土精制 、酸精制 及 SO2 1920年 1930年 老三套 1947年 采用添加剂 1950年 多级油 1969年 润滑油加 氢裂化 70年代 异构脱蜡 90年代 现代润滑油 加氢技术 基础油生产技术发展史 1993年 API 分类 公布 4 中国石化润滑油基础油生产 布局 中国石化五大基础油生产基地 中国石化基 础油生产基 地的合理布 局为基础油 优化配置奠 定了基础。 中国石化五大基础油生产基地 产 地 工 艺 特点 基 础 油 质 量 等 级 生 产 能力（ 万吨 /年） 燕山石化 溶 剂 精制 HVI 30 高 桥 石化 溶 剂 精制 引 进 国外加 氢 工 艺 技 术 HVI II类 、 III类 加 氢 基 础 油 40 30 茂名石化 溶 剂 精制 HVI 30 荆门 石化 溶 剂 精制 加 氢 改 质 HVI、 MVI II类 加 氢 基 础 油 10 10 济 南石化 溶 剂 精制 HVI、 MVI 10 与其他品牌相 比，中国石化 的 MVI基础油 产量每年只有 10万吨左右， 其他品牌的 MVI基础油产 量则超过 40万 吨 /年。 7 润滑油基础油分类及标准 润滑油基础油分类及标准 API 基础油分类 国际化标准组织（ ISO）尚未制定润滑油基础油标准。 API 于 1993年将基础油分为五类（ API-1509） ,并将其并入 API发动 机油发照认证系统中。 API按照基础油的饱和烃含量、硫含量和黏度指数，把基础油分为 类、 类、 类，还包括 类（ PAO合成油）和 类（其他合成基 础油，如聚醚、磷酸酯等）。 矿物润滑油基础油又称中性油。 中性油粘度等级以 37.8(100 ）的赛氏粘度（秒）表示，标以 100N、 150N、 500N等； 而把取自残渣油制得的高粘度油 ，则称作 光亮油 (bright oil)，以 98.9（ 210 ）赛氏粘度 (秒 )表示，如 150BS、 120BS等。 我国于 70年代起，制定出三种中性油标准，即 石蜡基中性油 、中间基 中性油和环烷基中性油三大标准，分别以 SN、 ZN和 DN加以标志。 例如： 75SN、 100SN、 150SN、 200SN、 350SN、 500SN、 650SN和 150BS。 SN油的粘度以 40 的运动粘度， BS则以 100 运动粘度划分。 润滑油基础油分类及标准 中石化基础油分类 润滑油基础油分类及标准 中石化基础油标准分类 VI140 120VI 140 90VI 120 40VI 90 VI 40 通用基础油 UHVI VHVI HVI MVI LVI 专用基础油 低凝 UHVI W VHVI W HVI W MVI W - 深度精制 UHVI S VHVI S HVI S MVI S - 中石化总公司提出了 Q/SHR001-95,根据黏度指数和适用范围划分 润滑油基础油分类及标准 中国石化协议标准分类 润滑油基础油（协议标准）分类 “ 协议标准 ” 按饱和烃含量、硫含量和黏度指数，将基础油分为 6大 类，分别是 0、 、 、 、 、 ，其中的 类、 类又进行了细 分，合计 9个小类； 在 6大类中， 0、 类为溶剂精制基础油， 、 类为加氢基础油， 类为 PAO合成基础油， 类为除 PAO之外的其他合成基础油。 基础油（协议标准）黏度等级分类 “ 协议标准 ” 将溶剂精制基础油中的中性油黏度等级按照 40 赛 氏黏度整数值分为 60、 65、 75、 90、 100、 125、 150、 175、 200、 250、 300、 350、 400、 500、 600、 650、 750和 900， 共计 18个黏度等级，每个黏度等级相对应的 40 运动黏度范围 溶剂精制基础油中的光亮油黏度等级按照 100 赛氏黏度整数值分 为 90BS、 120BS和 150BS，共计 3个黏度等级，每个黏度等级相 对应的 100 运动黏度范围 溶剂精制基础油黏度等级分类 加氢基础油黏度等级分类 “ 协议标准 ” 将加氢基础油黏度等级按照 100 运动黏度整数值分 为 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 10、 12、 14、 16、 20、 26、 30，共 计 14个黏度等级。 每个黏度等级相对应的 100 运动黏度范围。 加氢基础油黏度等级分类 润滑油基础油产品代号 基础油产品代号含义 HVIa 150 基础油 HVIb 150 基础油 基础油产品代号含义 +类 6（号）加氢基础油 类 6（号）加氢基础油 20 基础油的主要成份 矿物润滑油化学成分矿物润滑油化学成分 矿物润滑油由链烷烃、环烷烃、芳烃，以及含氧、含氮、含硫有机 化合物和胶质、沥青质等组成。 对馏分润滑油料而言，其烃类碳数分布约为 C20 C40；沸点范围约 为 350 535 ；平均相对分子量约为 300 500。对残渣润滑油 料而言，其烃类碳数分布更高（ C40），沸点范围更高（ 500 535），分子量更大（ 500）。 原油基属与润滑油化学组成 特性因数 K：为了表征原油化学组成，将原油分为三大类，石蜡基原 油（ K 12.1）；中间基原油（ 11.5K12.1）；环烷基原油（ K 11.5）。 相对密度 d420：轻质原油（ d420 0.830）；中质原油（ 0.830 d420 0.904 ）；重质原油（ 0.904 d420 0.0.966）；特重质原 油（ d420 0.966 ）。 含硫量：低硫原油（ 0.5）；含硫原油（ 0.5 2.0）；高硫 原油（ 2.0）。 原油的选择 石蜡基原油做为制备基础油的首选原油。由于石蜡基原油的基础油馏 分中，特性因数 K值较高的烷烃和长侧链环烷烃含量较高， K值较小 的芳香烃和非烃类含量较少，精制收率高，粘温性好。 其次是环烷基原油。虽然 K值较低，粘温性能不佳，但因含量很少， 无需脱蜡，加工成本低，是制备某些要求倾点很低而不要求粘温性能 的专用润滑油的良好原油。 中间基原油，已往人们认为不宜用来制备润滑油，可以因地制宜的来 生产那些对粘温性能要求不高或无要求的润滑油产品。由于加氢技术 的发展，中间基原油可以用来加工加氢基础油。 原油的选择 相同沸点范围基础油馏分的烃类组成中，石蜡基基础油链烷烃的含量 远高于环烷基油；环烷基原油芳香烃的含量远高于石蜡基油，中间基 原油的基础油馏分烃类组成介于两者之间。 石蜡基原油的基础油馏分链烷基烷基侧链的碳原子含量比环烷基油高 ，平均分子环数比环烷基油少。 相同黏度的基础油色度，石蜡基油最小，环烷基油次之，芳香基油色 度最大。与族组成有关。 基础油中极性成分与非极性成分特性 非极性组分：指饱和烃链烷烃和环烷烃 极性组分：指芳烃和极性化合物胶质、沥青质等。 它们对基础油的特性影响存在很大差别。 性质 非极性组分 极性组分 性质 非极性组分 极性组分 倾点 高 低 溶解性 差 好 抗氧化 差 好 承载负荷能力 差 好 添加剂感受性 好 差 黏度指数 高 低 加工润滑油基础油的过程，就是进行脱沥青、精制、脱蜡、吸附补充精制等 一系列加工。不论是物理加工还是化学加工过程，从根本上讲，就是调整烃 类和非烃类、极性成分和非极性成分在成品基础油中应该存在的比例。 润滑油加工工艺对润滑油物理、 化学性质和成分的影响 影 响 项 丙 烷 脱 沥 青 精制工 艺 脱蜡工 艺 补 充精制工 艺 溶 剂 加 氢 酸洗 溶 剂 临氢 降凝 尿素 加 氢 酸洗 白土 物 化 性 质 相 对 密度 闪 点 粘度 粘度指数 倾 点 颜 色 热稳 定性 氧化 稳 定性 添加 剂 感受性 - N - + +/- - + + + - N - + + - + + + - N - + + - +/- +/- + - N - + + - +/- +/- + + N + - - + N N N + N + - - - N N +/- + N + - - + N N N N N N N/+ N/+ - +/- +/- + N N N N/+ N/+ - +/- +/- + N N N N N - + + + 组 分 沥 青 质 胶 质 芳香 烃 环烷烃 烷烃 蜡 氮 氧 硫 - - - + + + - - - - - - + + + - - - - - - + + + - - - - - - + + + - - - + + + + - - + + + N/- N/- + + - - N/- - N/- + + + + - - + + N N/- N/- N/- N/+ N/+ N/+ - - - - - - + + + - - - - - - + + + - - - 表内 N 很小、微 ； 增加、增大 ； 减少、降低 ； 取决于苛刻度 27 基础油的理化指标与润滑油 的关系 基础油性能指标及定义 运动粘度及粘度指数 蒸发损失、倾点、闪点、色度、密度 旋转氧弹 硫、氮、碱性氮及残炭 中和值 苯胺点及族组成 抗乳化性 基础油性能指标与油品性能的关系 12-08-99 BO104-005 基础油性能 指标 化学活性 粘度 表面活性 溶解能力 蒸发损失 氧化安定性 抗磨性 低温性能 减少摩擦 抗乳化性能 抗泡沫性能 添加剂相溶性 密封件适应性能 减少油耗 酸和油泥产生 防腐蚀性变差 基础油指标定义 运动黏度：流动物质内部阻力的量度叫粘度，粘度值随温度的升高而 降低。大参数润滑油是根据粘度来分牌号的。表示液体在重力作用下 流动时内部阻力的量度，其值为相同温度下液体的动力粘度与其密度 之比 。在某一恒定温度下，测定一定体积的液体在重力作用下流过一 个标定好的玻璃毛细管粘度计的时间，粘度计的毛细管常数与流动时 间的乘积即为该温度下所测定液体的运动粘度。 黏度指数： 粘度指数是表示油品粘度随温度变化这个特性的一个约定 量值。粘度指数高表示油品的粘度随温度变化较小，反之亦然。 蒸发损失：是油品在规定条件下蒸发后其损失量所占的重量百分数。 闪点：在规定的条件下，将油品加热，随油温的升高，油蒸汽在空气 中的浓度也随之增加，当升到某一温度时，油蒸汽和空气组成的混合 物中，油蒸汽含量达到可染浓度，若把火焰拿近这种混合物，它就会 闪火，把产生这种现象的最低温度称为石油产品的闪点。 倾点：指在规定条件下，被冷却了的试油开始连续流动时的最低温度， 以 表示。倾点和凝点一样都是用来表示石油产品低温流动性能的指标 。由于倾点比凝点更能反映在低温下的流动性，因此我国也和许多国家 和国际标准化组织一样用倾点来表示其低温流动性。不同原油基所属的 油晶其倾点与凝点差值不一样，一般倾点要比疑点高 3-5度。 色度：色度是在规定条件下，油品的颜色最接近某一号标准色板的颜色 时所测得的结果。色度是用来初步鉴别油品精制深度和使用过程中氧化 变质程度的标志。 密度是指在规定温度下，单位体积内所含物质的质量数，以 g cm3或 g ml表示。密度是石油及其产品最基本的物理性质。石油产品的密度 取决于组成它的相对分子质量和分子结构。碳原子数相同的烃类其密度 大小的顺序为：芳烃环烷烃烷烃，异构烷烃正构烷烃。 基础油指标定义 基础油指标定义 旋转氧弹：表征油品氧化安定性的一种方法。 硫、氮、碱性氮：用来判定油品精制深度。 残炭：油品放入残炭测定器中，在隔绝空气的情况下加热，会蒸发、 裂解和缩合，排出燃烧的气体后，生成的焦黑色残留物即残炭。残炭 用残留物占油品的质量百分含量（）来表示。残炭是评价油品在高 温条件下生成焦炭倾向的指标。主要由油中的胶质、沥青质、多环芳 烃的叠合物及灰分形成。根据残炭的大小，可以大致判定油品在发动 机中结炭的倾向，。 灰分：在规定条件下油品被煅烧后所剩下的残留物叫做灰分，以重量 百分数表示。灰分主要是油品中含有的环烷酸盐类。在润滑油中加入 某些高灰分添加刑后，油品的灰分含量会增大。 基础油指标定义 中和值：油品酸碱性的量度，也是油品的酸值或碱值的习惯统称，是 以中和一 定重量的油品所需的碱或酸的相当量来表示的数值。 苯胺点：油品在规定的条件下和等体积的苯胺完全混溶时的最低温度 称为苯胺点，以 表示。苯胺点越低，说明油品中芳烃含量越高。 族组成：测定油品烃类组成。高电离电压质谱法分析气 -油饱和馏分 烃类型的试验方法 （ ASTM D2786） 抗乳化性：抗乳化性是油品和水形成的乳化液分为两层的能力。表征 油品精制深度。精制深度不高，极性组分高，与水易形成乳化层。 机械杂质：指存在于油品中所有不溶于溶剂（汽油、苯等）的沉淀状 或悬浮状物质。这些杂质多由砂子、粘土、铁屑和矿物盐（如 Fe2O3 ）及炭青质和炭化物等组成。机械杂质的来源大部分是开采原油时带 入的，少部分是石油加工、储存、运输和使用过程中以及加入某些有 机金属盐类添加剂时混入的。某些重油中的炭青质也被作为机械杂质 。 润滑油中的机械杂质，会增大发动机零件的磨损和堵塞滤油器。 外观 基础油指标定义 基础油性能对润滑油产品质量的影响 润滑油产品的某些性质，则完全取决于基础油的性质，如蒸发损失、 闪点、对添加剂的溶解性能等。 基础油的粘度、粘温性能、倾点则决定了可调配润滑油产品的品种。 常规溶剂精制 I 类油已难以满足新推出的内燃机油产品的要求 35 基础油质量对润滑油产品性能的影响 运动粘度对产品调合的影响 ： 基础油的粘度不合格，一般通过掺合部分轻质或重质组份来达到 产品的指标要求，但由于产品基础油组份发生了变化使得其馏程 变宽，可能会对产品的其它性能造成影响，如抗乳化性、空气释 放值指标、挥发性能等无法满足使用要求。 36 中和值对润滑油产品生产的影响： 基础油的中和值超标，将影响对酸值有控制要求的油品如汽轮机油等 的生产。由于没有合适的基础油，只能采用加氢基础油，导致生产成 本增加；另外中和值偏大也容易造成成品油的锈蚀和腐蚀试验不合格 ，对油品自身抗氧化性能也有不利的影响 。 油品中的酸性物质重要为无机酸、有机酸、分类化合物、酯类、內酯 、树脂以及重金属盐类、铵盐和其他弱碱的盐类等。 油品中的有机酸，主要为环烷酸和脂肪酸。有机酸的相对分子质量越 小，酸值越大，其腐蚀性越强。当有水存在是，低分子的有机酸会产 生强烈的电化腐蚀。经腐蚀生产的金属盐类聚集在油品中成为沉淀物 ，会堵塞油路影响发动机。 37 基础油质量对润滑油产品性能的影响 倾点对润滑油产品生产的影响： 倾点是产品低温性能的重要指标，基础油的倾点不合格，势必对产品 的低温性能造成一定影响。通常加入适量的降凝剂解决该问题，一方 面产品的成本将会有所增加；另一方面加入降凝剂对降低产品的倾点 的幅度也是有限的，对倾点要求较严的产品，难以生产出来。 38 基础油质量对润滑油产品性能的影响 基础油旋转氧弹对润滑油生产的影响： 基础油的旋转氧弹反映的是基础油的氧 化安定性指标好坏，是基础油的一项 很重要的指标。基