III類基礎(chǔ)油和PAO對比

 

20世紀(jì)7、80年代，加氫技術(shù)開始發(fā)展，預(yù)示著現(xiàn)代煉油技術(shù)的巨大進(jìn)步。加氫處理（hydroprocessing），尤其是是加氫裂化（hydrocracking），制造API-II類油，性質(zhì)上比API-I類油更穩(wěn)定，低溫性能更好。

 

1993年以后，加氫異構(gòu)化煉油技術(shù)（hydroisomerization）取得了長足發(fā)展，使用當(dāng)代加氫異構(gòu)化技術(shù)生產(chǎn)的API-III類油，性能已經(jīng)非常接近PAO（目前最常見的合成油之一），但是價(jià)格比PAO低的多，而且可以大批量生產(chǎn)。由于性能非常接近，1999年，美國商業(yè)優(yōu)化局（the Better Business Bureau）下的廣告部裁決，API-III類油在市場上可標(biāo)示為合成油。

 

 

API-IV類油為PAO（polyalphaolefins），屬于合成油，長期以來，PAO有著礦物油難以企及的優(yōu)點(diǎn)，比如黏度指數(shù)（VI：viscosityindex）高，低傾點(diǎn)（pour point），氧化安定性（oxidationstability）好。

 

Ø 黏度指數(shù)高：意味著溫度變化時(shí)，油的黏度穩(wěn)定、變化小。

 

Ø 傾點(diǎn)低：低溫下流動(dòng)性好，可以在更低溫度下使用、冷啟動(dòng)保護(hù)。

 

Ø 氧化安定性好：更耐高溫、使用時(shí)間更長。

 

而當(dāng)代加氫處理技術(shù)的到來，是煉油技術(shù)的巨大突破，使用加氫異構(gòu)技術(shù)生產(chǎn)的III類油，性能接近PAO，某些方面還超過PAO，包括：添加劑溶解（additive solubility）得更好，潤滑性（lubricity），抗磨能力（antiwear），這些特性都是潤滑的重要方面。而黏度指數(shù)、傾點(diǎn)、氧化安定性則接近PAO，也就是說PAO在這幾個(gè)方面比III類油有優(yōu)勢：

 

Ø 傾點(diǎn)（Pourpoint）

 

Ø 冷啟動(dòng)性能（Coldcrank property）

 

Ø 揮發(fā)度（NOACKVolatility）

 

Ø 氧化安定性（OxidationStability）

 

下面我們對這幾項(xiàng)性能分別進(jìn)行對比。   

 

 

傾點(diǎn)是潤滑油的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)，是潤滑油的一項(xiàng)重要低溫指標(biāo)。III類油和PAO比起來，傾點(diǎn)上確實(shí)有差距，但是使用降凝劑（pour point depressant）可以顯著減少這種差距。降凝劑可以大大降低傾點(diǎn)，例如，使用API-II類油調(diào)配的汽輪機(jī)油，在純基礎(chǔ)油的狀態(tài)下，API-II類油的傾點(diǎn)是-12°C，使用降凝劑可以把傾點(diǎn)降到-36°C。而使用降凝劑，III類油傾點(diǎn)可以降到-45°C甚至更低。

 

另一個(gè)方面，PAO制成潤滑油的過程中，會(huì)加入一些添加劑，這些添加劑對PAO的傾點(diǎn)有所影響，總體來說，III類油制成的潤滑油在傾點(diǎn)上接近PAO，同樣可以在嚴(yán)寒條件下使用。

 

 

冷啟動(dòng)性能主要考察潤滑油在機(jī)器低溫啟動(dòng)的條件下，表現(xiàn)出來的黏度特性，使用冷啟動(dòng)模擬器CCS（ColdCrank Simulator），試驗(yàn)方法ASTM D5293。實(shí)驗(yàn)中，兩組對照油分別是：黏度均為4 cSt的 PAO、API-III類油。選擇這兩組油作為對比，是因?yàn)樗鼈兊酿ざ戎笖?shù)比較接近。相同的黏度指數(shù)意味著在溫度變化時(shí)，這兩組油的黏度應(yīng)該同樣穩(wěn)定。本實(shí)驗(yàn)設(shè)定兩個(gè)測試溫度：-25℃和-30℃，實(shí)驗(yàn)對比結(jié)果如下：

 

 

 

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，II類油低溫下的粘度性能明顯不如III類油和PAO穩(wěn)定，PAO和III類油較接近，但PAO的低溫粘度性能更穩(wěn)定一些。

 

 

使用Noack法測試揮發(fā)率，試驗(yàn)方法ASTM D5800，實(shí)驗(yàn)結(jié)果現(xiàn)實(shí)，III類油的揮發(fā)度和PAO接近，PAO比III類油揮發(fā)率略低，III類油則甩開II類油一大截。

 

 

氧化安定性和高溫穩(wěn)定性是合成油最為顯著的優(yōu)勢之一。有良好的氧化安定性和高溫穩(wěn)定性，潤滑油可以使用更長時(shí)間。不飽和烴和芳香烴含量高，油的穩(wěn)定性就差，III類油經(jīng)過深度精制，脫掉了大量的雜質(zhì)，芳烴含量不到1%，因此高溫氧化安定性得到了提高。PAO的穩(wěn)定性則主要受石蠟的殘留量影響。

 

下面是四種不同類型基礎(chǔ)油調(diào)配的液壓油（同種添加劑類型），黏度為ISO 32，通用氧化測試，試驗(yàn)方法ASTM D4871，測試溫度170℃。對比四種液壓油的氧化安定性：

 

圖中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來自于通用氧化實(shí)驗(yàn)Universal Oxidation Test (ASTM D4871)，對比了當(dāng)油的酸值（酸值能體現(xiàn)潤滑油的氧化程度）達(dá)到2.0時(shí)，潤滑油的使用小時(shí)數(shù)。時(shí)間越短說明油變質(zhì)越快。

 

 

隨著催化加氫技術(shù)的進(jìn)步，未來的精煉方式會(huì)提煉出更好的基礎(chǔ)油，雜質(zhì)更少、揮發(fā)率更低、使用時(shí)間更長。

 

還有一個(gè)趨勢值得關(guān)注，就是使用天然氣制作合成油（GTL：Gas to Fluids）。這類合成油的制取技術(shù)是費(fèi)托合成（Fischer-Tropsch），這類合成油的黏度指數(shù)高于PAO，具有節(jié)能、長效等諸多優(yōu)點(diǎn)，是未來車用油和工業(yè)油的理想基礎(chǔ)油，目前已經(jīng)有這類合成油上市。

 

其它技術(shù)也在發(fā)展，例如嘗試新型的PAO制取方式，使得傳統(tǒng)PAO的性能得到改善，但是價(jià)格因素是PAO合成油不得不面對的現(xiàn)實(shí)問題：制取PAO的原料價(jià)格依然居高不下，因此有人擔(dān)憂，隨著技術(shù)進(jìn)步，PAO的市場會(huì)不會(huì)變得“小眾化”。而III類油的技術(shù)發(fā)展導(dǎo)致煉油成本更低，III類油的性能往更高的方向發(fā)展，北美的車用油市場上，大量的合成油開始采用III類油。

 

從技術(shù)的角度上來說，III類油的制取技術(shù)是現(xiàn)代潤滑油技術(shù)的一大進(jìn)步，有了這項(xiàng)技術(shù)，潤滑油“高端性能、平民價(jià)格”不再是夢，高性能潤滑油的普及成為了可能。加氫技術(shù)的進(jìn)步和成熟，導(dǎo)致II類油和III類油加速取代I類油，這一點(diǎn)，是設(shè)備使用者的福音。