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《华东理工大学》 2011年
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具有醇酯结构组成的低酸值抗磨剂提高加氢柴油润滑性能研究

林宝华  
【摘要】:随着人们对环境保护意识的日渐加强,我国对空气质量指标的限制越来越严,对汽车的尾气排放指标要求随之越来越高。为了达到柴油低硫的要求提高柴油机排气质量,近年来国内外石油炼厂普遍采用加氢等加工工艺,使柴油朝着低硫化方向发展。使用低硫或者超低硫柴油虽然满足了环保要求,但也出现了由于低硫柴油润滑性下降而引起柴油发动机中燃料泵的磨损和损坏加剧影响发动机寿命的问题,特别是近年来共规喷射系统投入应用,提高了油泵工作压力,对柴油润滑性提出了更高要求。市场上现有的生物质抗磨剂虽然对提高加氢柴油抗磨性能发挥了优良的功效,但普遍酸值过高,这种高酸值添加剂与柴油中高碱值分散剂会发生中和反应,破坏胶体中心,生成羧酸的钙盐和镁盐,会造成燃料过滤网堵塞,影响发动机的正常工作甚至可能使发动机部件损坏。因此开发低酸值具有提高加氢低硫柴油优良抗磨性能的添加剂是清洁柴油亟待突破的技术瓶颈。 本文首先以不同加氢深度的低硫柴油为研究对象,按馏份切割,分析并考察理化性质与润滑性的关系,同时采用XPS对超低硫柴油的润滑机理进行了探讨,并对柴油的理化性质采用逐步线性回归分析方法,建立了硫含量小于200μg/g的加氢柴油润滑性与粘度、氮含量、环烷烃含量三参数模型,相关系数为0.981,揭示了加氢柴油相应理化性质对润滑性能的影响关系。 其次,考察不同极性物质对中压加氢柴油抗磨性能的影响。在相同添加量下,对加氢柴油润滑性改善效果顺序为:脂肪酸植物油单元酸酯二元酸酯醇对称结构醚不对称结构醚。开展了不同极性官能团与铁表面的密度泛函理论研究,获得了认知,由醇和酯复配的添加剂能强化抗磨添加剂分子与金属间的作用,从而在减少界面摩擦方面表现出良好的协同效应提高润滑性。 接着,通过生物柴油中几种典型成分以及典型成分之间的复配考察对加氢裂化柴油润滑性的影响,表明生物柴油掺入加氢裂化柴油中,起抗磨关键作用的不仅仅是脂肪酸单酯类混合物,而是生物柴油中的极少量的游离脂肪酸、丙三醇、以及一些部分参加反应的单酰甘油、二酰甘油和未参加反应的残留物三酰甘油等这些极少量的极性杂质。这也验证了不同极性官能团与铁表面的密度泛函理论研究结果。 随后,以明析生物柴油对提高加氢柴油润滑性能起关键作用的组分为导向,考察了具有醇酯结构组成物质的反应条件,优选了蓖麻酸丙三醇单酯合成产物。采用酯化反应精馏,在反应温度在180℃,蓖麻酸与丙三醇摩尔比1∶1.2时,蓖麻酸酯收率可达约83.5%。并筛选了AEA化合物解决了蓖麻酸丙三醇单酯合成产物与加氢柴油相溶性问题,对相溶性机理进行了探讨。考察了蓖麻酸丙三醇单酯合成产物与蓖麻酸复配,优化了抗磨添加剂的组成,自研抗磨剂Z01以蓖麻酸丙三醇单酯合成产物、蓖麻酸和AEA按100:43:11比例混合,在200μg/g的添加量下,加氢柴油的磨痕直径可从689μm下降到422μm,达到含硫柴油相同的抗磨性水平。 最后,考察了自研抗磨剂Z01与防静电剂的配伍性,对Z01添加剂放大效果和初步工业应用效果进行了评价,表明自研抗磨剂Z01与防静电剂配伍性好、稳定性好、放大调合效果稳定。同时对自研抗磨剂Z01的抗磨性能与国内外同类产品进行了比较研究。在相同添加量下,市售的两种添加剂XL-66,DL-4940效果基本相当,国外添加剂F-01与自研抗磨剂Z01效果基本相当,但市售的两种添加剂效果略优;自研抗磨剂Z01酸值仅为市售同类产品的30%,约为国外产品的60%;自研抗磨剂Z01价格与国内同类产品相仿,略低于国外同类产品;同时考察了不同加氢柴油抗磨剂对加氢柴油其他性质的影响,除对柴油的酸值略有提高外,对其他性质均无影响;在500μg/g的添加量下,其中自研抗磨剂Z01对柴油的酸值增加量最小,仅为国内市售同类产品的30%,约为国外同类产品的60%。研究结果表明自研抗磨剂具有酸值低、对提高加氢柴油抗磨性能效果好的特点,可与国外同类抗磨剂媲美。加氢柴油添加自研抗磨剂Z01使加氢低硫清洁柴油润滑性能达到了国家标准GB/T 19147-2003的指标要求,有利于避免酸值过高对柴油发动机的影响,提升了开发国产化优质加氢柴油抗磨添加剂的技术水平。这对于解决低硫加氢柴油抗磨性差和进一步适应我国柴油清洁化要求,具有重要的意义。论文在研究过程中还对几种不同抗磨添加剂的抗磨机理进行了研究,丰富了加氢柴油提高润滑性能的应用基础理论。
【学位授予单位】:华东理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TE626.24

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