合成压缩机油.pdf

June 2007 Lube Oil R D Institute 合成压缩机油合成压缩机油 合成油定义合成油定义 合成基础油是为了使基础油具有理想的性能 由低合成基础油是为了使基础油具有理想的性能 由低 分子化合物通过化学反应生成的基础油 分子化合物通过化学反应生成的基础油 聚 烯烃 聚异丁烯 烷基苯 烷基萘 酯类油 聚醚 磷酸酯 硅油 合成基础油 主 要 合 成 基 础 油 合成油的全球需求 类型 需求量 千吨 PAOs 335 48 酯类油 Esters 220 31 PAG 80 11 聚异丁烯 PIB 30 4 烷基苯 AB 15 3 其他 Others 20 3 总计 700 100 PAOEstersPAGs PIBsDABsOthers 9 80 12 20 15 60 16 90 0 00 2 00 4 00 6 00 8 00 10 00 12 00 14 00 16 00 18 00 1998 2003年2003 2008年 合成油需求增长率合成油市场价值增长率 合成油增长很快合成油增长很快 PAO基础油基础油 常规PAO 平均侧链长6 7个碳 SpectraSyn UltraTM系列PAO 平均侧链长8个碳 PAO基础油基础油 润滑油基础油的API分类 类别 饱和烃含量 硫含量 粘度指数 类 90 0 03 80 VI 120 类 90 0 03 80 VI 120 类 90 0 03 120 类 聚 烯烃 PAO V类 其他合成油及不包括 类在内的其他所有基础油 PAO基础油基础油 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Group IGroup IIGroup III Group III GTL Group IV PAO AromaticsPoly NaphthenesMono NaphthenesParaffins 各类基础油的化学组成 基础油组成及特性 API API 分类分类 组成组成 优点优点 缺点缺点 I I 组分较宽 含有硫及芳烃组分较宽 含有硫及芳烃 较好的分散性 容易通过较好的分散性 容易通过 高温柴油发动机试验 硫高温柴油发动机试验 硫 是天然的抗氧剂是天然的抗氧剂 某些高硫基础油易生成油泥 某些高硫基础油易生成油泥 某些某些 低硫基础油具有较差的氧化安定性 低硫基础油具有较差的氧化安定性 产品品质不稳定产品品质不稳定 IIII 较高的饱和烃含量 其中较高的饱和烃含量 其中 包括一部分环烷烃包括一部分环烷烃 较好的氧化稳定性 产品较好的氧化稳定性 产品 生产稳定生产稳定 在高温运转的柴油发动机试验中表在高温运转的柴油发动机试验中表 现出较差的分散性能现出较差的分散性能 IIIIII 高饱和烃含量高粘度指数高饱和烃含量高粘度指数 VI VI 120120 非常好的氧化稳定性 高非常好的氧化稳定性 高 粘度指数可以减少粘度指数可以减少VMVM用量 用量 好的低温性能好的低温性能 成本较高 对油品在应用过程中的成本较高 对油品在应用过程中的 降解产物分散性较差降解产物分散性较差 IVIV 100 100 支链烷烃支链烷烃 优异的氧化稳定性 优异优异的氧化稳定性 优异 的低温特性的低温特性 高成本 高成本 通常在试验结束前油品不通常在试验结束前油品不 会降解 添加剂较差的溶解性会使会降解 添加剂较差的溶解性会使 成品油轻微混浊 成品油轻微混浊 项目 Group I Group II Group III GTL III Group IV Group IV Group IV KV 100 mm2 s 1 4 04 4 16 4 18 4 00 3 8 4 1 5 1 5 9 粘度指数粘度指数 95 103 129 143 124 138 143 倾点倾点 12 15 21 24 65 57 54 CCS 25 mPa s 1720 1364 736 550 490 NA NA Noack蒸发损失蒸发损失 35 5 27 1 14 8 10 0 14 0 NA 6 0 烷烃烷烃 22 5 29 8 61 6 100 100 100 100 基础油的性能比较 PAO与与GTL基础油的性能比较基础油的性能比较 项目 GTL 3 PAO 3 GTL 5 PAO 5 GTL 7 PAO 7 KV 100 mm2 s 1 2 7 2 7 4 5 5 1 7 0 7 0 粘度指数粘度指数 117 114 144 138 147 139 倾点倾点 57 66 39 57 39 54 CCS 25 mPa s NA NA 1320 1250 2660 2340 Noack蒸发损失蒸发损失 34 51 8 6 8 2 5 烷烃烷烃 22 5 29 8 61 6 100 100 100 为为 30 的数据的数据 分子量分布比较分子量分布比较 Gas Chromatogram of 4 cSt Fluids SO2 37 9 15 96 HVI 30 5 10 15 20 25 Time min 35 PAO 30 5 10 15 20 25 Time min 35 Trimers 氧化形成油泥的倾向氧化形成油泥的倾向 DKA DKA 实验实验 1 1 合成油合成油 2 2 溶剂精致矿物油溶剂精致矿物油 3 3 加氢油加氢油 1 3 2 PAO性能优势 挥发性低 水解安定性好 不含环烃和芳烃 粘度范围宽 粘度指数高 低温粘度好 倾点低 优异的热及氧化安定性 对抗氧剂感受性好等 主要缺点是会使某些橡胶轻微收缩或变硬 另一个缺点是对 某些极性较强的添加剂的溶解性差 烯 烯 烃 PAO基础油基础油 BP Chevron ExxonMobil ExxonMobil 公司的优势则表现在高粘度PAO方面 SuperSyn TM系列产品 具有自已的专利技术 但价格也非常昂贵 主主 要要 供供 应应 商商 PAO基础油基础油 与齐聚法PAO相比 石蜡裂解法PAO在高低温性能 粘度指数 色泽等方面均有明显的差距 但由于其价格相对国外齐聚法PAO低很多 低温性能仍较普通 矿油及加氢油好 在某些应用领域仍有较好的应用 国内PAO主要采用石蜡裂解工艺生产 石石 蜡蜡 裂裂 解解 P P A A O O PAO基础油基础油 在全球市场上 PAO受三类加氢基础油 Group 和天然 气制合成油 GTL 冲击很大 Group 油 和GTL的价格仅是PAO的几分之一 有研究表明 Group 油调制的发动机油能比全合成 PAO 发动机油毫不逊色 SAE2000 01 2920 目前行业内很多人将加氢异构化基础油称作合成基础油 在低温性要求高 大跨度油品及极苛刻条件下 使用油品 PAO不可替代 PAO基础油基础油 PAOPAO 面面 临临 的的 冲冲 击击 合成发动机油 合成齿轮油 合成液压油 合成压缩机油 仪表油 PAO主要应用主要应用 聚异丁烯 PIB 以异丁烯及少量丁烯为原料聚合而得 其结构几乎都是长链 并具有一个双健的单烯烃 PIB不含蜡状物质 具有良好的电气特性 它在300 左右能全部热分解而不留下残余物 聚异丁烯聚异丁烯 PIB 聚异丁烯聚异丁烯 PIB 分子量 635 910 1300 2100 2500 4200 运动粘度 100 48 5 55 5 200 235 605 655 2300 2700 3900 4600 11100 13300 VI 87 124 173 242 267 306 PP 23 7 3 15 21 35 FP 150 210 240 250 270 275 酸值 mgKOH g 0 05 0 05 0 05 0 05 0 05 0 05 硫含量 ppm 5 5 5 5 5 5 电绝缘油 二冲程摩托车油 减速器油 液压油 特种合成油组份 润滑冷却液 润滑油增稠剂 制取各种润滑油添加剂如T151 T154等的原料 聚异聚异 丁烯丁烯 主要主要 用途用途 聚异丁烯聚异丁烯 PIB BP Chevron 锦州锦联石油添加剂厂 吉林化工集团 主主 要要 生生 产产 商商 聚异丁烯聚异丁烯 苯环上烷链的多少 烷基苯可分为单烷 基苯 二烷基苯和多烷基苯 主要性能 优良的电气性能 凝固点低 优良的低温流动性 较好的热安定性 烷基苯烷基苯 烷基苯烷基苯 项目 直链重烷基苯 支链重烷基苯 运动粘度 mm2 s 100 40 15 4 87 32 0 1350 4 44 33 67 3250 VI 56 33 PP 57 5 45 FP 192 172 电器绝缘油 寒区用多级发动机油 低温液压油 齿轮油 冷冻机油以及润滑脂基础油 烷基苯合成油与矿物油能以任意比例混合 能与矿物油所用 的非金属材料相配伍 但由于高粘度烷基苯比较难得 限制了它的进一步广泛应用 烷基苯烷基苯 June 2007 Lube Oil R D Institute 国内烷基苯基本全部自产 每年还有一定数量的 出口 中国石油抚顺石化公司2001年烷基苯产量达到13 万吨 是目前中国烷基苯产量最大的企业 南京金陵石化也是国内主要的烷基苯生产商之一 烷基苯烷基苯 优异的热氧化安定性 出众的水解安定性 优秀的添加剂溶解性 与各种密封材料兼容 由于该产品上市的时间还比较短 并主要作为调合油料用 以改善主组分基础油 如PAO 的性能 其市场化应用还 有待时间的检验 CH R CH 3 CH R CH 3 烷基萘 低和高的低和高的 粘度级别粘度级别 AN 5 AN 12 比重 15 6 15 6 oC 0 908 0 887 粘度 100 oC cSt 4 7 12 4 粘度 40 oC cSt 29 109 粘度指数 74 105 开口闪点开口闪点 oC 222 258 倾点 oC 39 36 Noack 蒸发损失 wt 12 7 4 5 总酸值 mg KOH g 0 05 0 05 水解安定性 TAN 增加 0 02 0 02 烷基萘 0 1 2 3 4 5 6 7 8 TAN增加增加 己二酸酯己二酸酯 多元醇酯多元醇酯 AN 5 AN 12 与酯类油相比 烷基萘呈现出更高的热与酯类油相比 烷基萘呈现出更高的热 氧化安定性氧化安定性 烷基萘 烷基萘与烷基萘与PAOPAO显示出协同效应 改进了显示出协同效应 改进了 PAO PAO 的抗氧化性能的抗氧化性能 0 50 100 150 200 250 300 0 20 40 60 80 100 AN在在 6 cSt PAO中的重量百分数中的重量百分数 时间 分钟 时间 分钟 AN 5 AN 12 RBOT 旋转氧弹氧化试验 烷基萘 用烷基萘作调和油料能呈现出比酯类油用烷基萘作调和油料能呈现出比酯类油 PAO PAO 调和的润滑油更好的使用性能调和的润滑油更好的使用性能 烷基萘 O RCH OH 2 R C OH R C O CH R 2 O H O 2 酯类油酯类油 醇醇 有机酸有机酸 酯酯 水水 酯化反应需要能量和催化剂酯化反应需要能量和催化剂 若没有热 催化剂和大量过剩的水存在 本质上酯若没有热 催化剂和大量过剩的水存在 本质上酯 化反应是不可逆反应化反应是不可逆反应 多元醇酯的物理性质可通过改变分子结构来调整多元醇酯的物理性质可通过改变分子结构来调整 有机有机 酸酯酸酯 合成合成 油油 R H2 C O C CH2 n O C O O H2 C R 双酯 由酸和醇合成 为高性能润滑油特别设计的 预定的分子结构 具有如下性能 良好的热氧化安定性 挥发性低 无可挥发的有机物 优异的溶解性 润滑性 可生物降解性 由于多个酯基 COOR 的存在 分子呈极 性 结构上不同于PAO 蒸发损失更低 TMP 酯 C C H 2 H 2 C H 2 C C H 2 O O C C O R O R O O R C H 3 C H2 CH2C H2C CH2 O O O O C C C C OR O R OR O R PE 酯 酯类油酯类油 OHHO OHHO OH OHHO HO OH OHO HO OH HO HO OH 新戊基乙二醇新戊基乙二醇 NPG 三羟甲基丙烷三羟甲基丙烷 TMP 季戊四醇季戊四醇 PE 双季戊四醇双季戊四醇 DiPE 屏蔽型多元醇的典型结构屏蔽型多元醇的典型结构 不同结构酯类油的不同结构酯类油的构成构成 类型 千吨 多元醇酯 100 油酸酯 50 双酯 50 磷酸酯 15 其他酯 5 总计 220 PolyolsOleatesDiesters PhosphatesOthers 多元醇酯多元醇酯 polypoly olol 表示多元醇基表示多元醇基 中心 碳原子不与氢原子连接 因此不存在最 易发生热分解的反应点 CRO O CH2CCH2O CH2 O CH2 O CR O CR O CR O CR H R C H OC R O H O C R R H CH2O CR C R R CH2 COH O R 新戊基多元醇酯不经过六元环发生新戊基多元醇酯不经过六元环发生 C C H H键的断裂 而是按自键的断裂 而是按自 由基机理进行裂解 不仅生成羧酸和烯烃 而且引起醇部份碳骨由基机理进行裂解 不仅生成羧酸和烯烃 而且引起醇部份碳骨 架的重排 这需要更高的活化能 因而新戊基多元醇酯的热稳定架的重排 这需要更高的活化能 因而新戊基多元醇酯的热稳定 性更好 性更好 酯类油的热分解机理酯类油的热分解机理 出色的高温稳定性 低温流动性好 粘度指数高 极低的挥发性 天然的清净性 分散性 可生物降解性 可混溶性 多元醇酯的主要优势多元醇酯的主要优势 何时选用酯类油 何时选用酯类油 当矿物油不能满足要求时 当100 使用PAO也不能满足要求时 此时酯类油就是最经济有效的产品 用100 的酯类油或与其他油品调合使用 酯类油可以提供其它基础油所不具备的特殊性质 Hatco ExxonMobil Chemicals Cognis Uniqema Amsoil 主主 要要 生生 产产 厂厂 家家 酯类油酯类油 合成发动机 合成齿轮油 合成液压油 合成压缩机油 仪表油 高温链条油 酯类油主要应用酯类油主要应用 磷酸酯磷酸酯 磷酸酯主要用于难燃液压油 抗燃变压器油中 但随环保呼声的日益强烈 其市场有不断缩小 的趋势 聚聚 醚醚 1000 2000 3000 4000 A B C D 聚醚聚醚PAG 各类聚醚的性能比较各类聚醚的性能比较 产品 运动粘度 粘度指 数 比重 20 PP 40 100 LB 65 11 2 73 83 0 960 57 LB 135 28 5 65 161 0 979 48 LB 165 34 6 71 169 0 983 46 LB 285 61 10 8 184 0 990 40 LB 625 120 21 4 200 0 997 32 LB 1145 230 36 9 214 1 000 29 50 HB 170 33 7 45 197 1 031 42 50 HB 260 53 11 1 212 1 033 40 50 HB 400 81 16 3 220 1 041 41 良好的润滑性能 高闪点 高粘度指数 低挥发度 低倾点 在高温下使用 所生成的氧化产物完全溶解在所留下的液 体中 或者完全挥发掉 同水或其他组分混合时 实际上不会燃烧 典型典型 性能性能 聚醚聚醚 不足之处是吸水性强 聚聚 醚醚 环氧丙烷同环氧丁烷 四氢呋喃等高烷基环氧烷的无规 共聚物可溶于矿物油 即所谓的油溶性聚醚 它的出现 使研制半合成聚醚润滑剂成为可能 聚醚聚醚 由于聚醚的性能受结构的影响很大 如根据结构的 不同 聚醚可分别呈现水溶性 水不溶性 油溶性 等 因而 根据不同的使用对象 选择不同结构的 聚醚基础油就显得特别重要 聚醚聚醚 合成齿轮油 合成液压油 合成压缩机油 仪表油 高温链条油 聚醚聚醚 硅油硅油 项目 甲基硅油 甲苯基硅油 5 Ph 运动粘度 100 25 40 32 100 600 25 100 850 VI 430 360 凝点 60 73 FP 300 300 特种液压油 绝缘油 制动液 减震器油 压缩机油 特种仪表油 润滑脂基础油 工业润滑剂和助剂 硅油主要应用硅油主要应用 全氟聚醚 其中硅油 全氟聚醚主要用于国防军工及一 些特殊领域 产品价格高 用量也比较有限 合成油基础油合成油基础油 合成基础油与矿物基础油的性能比较合成基础油与矿物基础油的性能比较 矿物油 PAO 双酯 多元醇酯 聚亚烷基二 醇 磷酸酯 粘度 低温 Poor Good Very Good Good Good Fair 高温 Good Good Good Good Good Good 粘度指数 Fair Good Very Good Good Very Good Poor 挥发性 Fair Excellent Excellent Excellent Good Good 稳定性 高温 Fair Good Good Very Good Good Fair 氧化 Fair Very Good Very Good Excellent Poor to Fair Fair 水解 Excellent Excellent Excellent Fair Very Good Fair 润滑性 Excellent Excellent Good Good Good Fair 虽然合成油在整个润滑油市场所占的比例还很小 但其应用 范围却十分广泛 各大石油公司均有相应的合成润滑油产品外 ExxonMobil Shell Castrol Chevron 专业合成润滑油脂研究及生产商 Kluber Anderol 国内 合成润滑油产品合成润滑油产品 合成合成 油生油生 产厂产厂 家众家众 多多 润滑油性能润滑油性能 平衡的艺术平衡的艺术 压缩机油压缩机油 润滑油是压缩机系统的关键组成部分 润滑运动部件 要求对压缩机中被压缩的气体起到密封作用 活塞 阀门 同时要起到冷却作用 从压缩机中移走热量 能减少由运动部件产生的噪音 压缩机的工况可能非常苛刻 通常润滑油和被压缩的气体密切接触 高温 压缩将会使气体升温 因此压缩机内 部温度通常很高 潮湿 水在高压下溶解比在低压下少 因此 水经常会析出来 氧化 苛刻的氧化性环境 压缩机油压缩机油 酯类油为基础油的空气压缩机油 残炭低 抗热氧化性能好 低温性能好 蒸发损失小 使用酯型空气压缩机油后 换油期从1000h延长到8000h 酯类油在空气压缩机上的成功使用是合成润滑油应用的典型 范例 合合 成成 空空 气气 压压 缩缩 机机 油油 合成空气压缩机油合成空气压缩机油 酯型酯型 空气空气 压缩压缩 机油机油 典型典型 性能性能 项 目 质量指标 32 46 68 100 ISO粘度等级 32 46 68 100 闪点 开 200 210 215 220 凝点 40 40 40 35 残炭 氧化前 氧化后 0 1 0 3 0 1 0 3 0 1 0 3 0 1 0 3 合成空气压缩机油合成空气压缩机油 分析项目 IR TPR3 氧化腐蚀试验 粘度增加 酸值增加mgKOH g 残炭 金属腐蚀mg cm2 钢 铜 铝 镁 9 61 0 76 1 13 无 无 无 无 3 37 0 1 0 36 无 无 无 无 氧化腐蚀性能 合成空气压缩机油合成空气压缩机油 合成空气压缩机油合成空气压缩机油 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 极压抗磨性能 N IR TPR3 PBPD 典型典型 理化理化 性能性能 分析项目 IR TPR3 运动粘度 mm2 s 40 100 51 6 10 3 48 48 8 896 粘度指数 193 166 倾点 49 43 闪点 开 256 266 铜腐蚀 100 3h 1b 1b 防锈A法 无锈 无锈 润滑性能 四球 PB N PD N d 60 30 mm 598 1960 0 41 470 1568 0 71 合成空气压缩机油合成空气压缩机油 烃类气体是指由碳 氢两元素组成的低碳烃类物质 天然气 乙烯 乙烷 丙烯 丙烷 由于烃类气体烃类气体对压缩机油的性能要求的元素 组成与矿物油及聚 烯烃相同 分子极性相似 烃类 气体在它们中的溶解度较大 合成烃类气体压缩机油合成烃类气体压缩机油 烃类气体在润滑油中溶解性要低 烃类气体在润滑油中的溶解降低了润滑油的粘度 导致油膜厚度减薄 磨损加剧 密封变差 被压缩气体携带润滑油量要小 提高被压缩气体质量 降低润滑油消耗量 抗液态烃冲洗油膜能力要强 使气缸壁受到润滑油膜的保护 避免干摩擦 烃类气体压缩机油性能要求 首先满足压缩机油的性能要求 还应具备 合成烃类气体压缩机油合成烃类气体压缩机油 甲烷气体在不同类压缩机油中的溶解性 甲烷在矿物油中的溶解度最大 在聚醚 PAG 中的溶解度最小 合成烃类气体压缩机油合成烃类气体压缩机油 乙烯在矿物油中的溶解度最大 在聚醚 PAG 中的溶解性最小 合成烃类气体压缩机油合成烃类气体压缩机油 聚醚压缩机油可更好地保护摩擦面 合成烃类气体压缩机油合成烃类气体压缩机油 PAG 聚醚 能保持更大的油膜强度 合成烃类气体压缩机油合成烃类气体压缩机油 0 100 200 300 聚醚 PAG 矿物 油非 酸性牛油 油损失 量 mg 气体中油含 g g 1 聚醚润滑油的耗量最小 气体中的含油量最少 合成烃类气体压缩机油合成烃类气体压缩机油 烃类气体在润滑油中溶解性小 润滑油的粘度保持率高 气体携带润滑油量小 气体受污染程度低 耗油量小 润滑油膜抗液态烃的冲洗能力强 有利于摩擦副间的润 滑与密封 高的粘度指数 可保证在高温下对设备提供足够的润滑 保护 防锈性能好 延长压缩机的使用寿命 良好的润滑性能 可明显降低压缩机的运行温度 合成烃类气体压缩机油合成烃类气体压缩机油 为了实现 蒙持利尔协议书 的目标 世界各国都投 入相当大的力量研究开发CFC的替代品 由于HFC一134a 1 1 1 2 四氟乙烷 不含氯 对大气臭氧层无破坏作用 且不燃 无毒 被广泛用 于家用制冷设备和汽车空调 传统的矿物油型冷冻机油与HFC一134a不互溶 不能 用于使用HFC一134a的冷冻机 必须开发与HFC一 134a互溶的新一代冷冻机油 合成冷冻机油合成冷冻机油 POE 30 PAG 6 AB