低硫柴油抗磨剂的研究进展_王昆

257-269. 3 韦淡平.燃料润滑三十年[M].石
油 学 报 （ 石 油 加 工 ）， 2 0 0 0 ， 1 6
（ 1 ）：3 1 - 3 8 .
4 Czeslaw K, Marzena M. The In-
fluence of Fatty Acids and Fatty Acids
Mixtures on the Lubricity of Low-Sulfur
集，兰州，2 00 2.11 5 -1 18 .
２０１１ Ｏｃｔｏｂｅｒ
油膜薄，油膜稳定性和机械强度较
合物和长链脂肪酸单酯化合物作为低
Lubrication Properties of Diesel Fuel[J].
差，无法有效地保护摩擦表面。在低
硫柴油抗磨剂具有优异的抗磨性能； Ind Eng Chem Res, 2001, 40:452-456.
硫柴油中加入微量的极性抗磨物质， 胺类化合物的抗磨有效浓度较高，抗
果随其加剂量的提高而增加，当加
以利于附着在摩擦表面外，还要求
Alcohols in Low Sulfur Automotive Diese
剂量为 １０％（质量分数）时， 低硫
分子的空间构型有利于生成紧密的
[J].Fuel, 2002, 81:1 017-1 024.
柴油的 ＨＦＲＲ 平均磨斑直径即低于 单层吸附膜。因此，只有带有极性基
Diesel Fuels[R]. SAE Paper 2001-01-
1929.2001.
5 Anastopoulos G, Lois E, et al. The
◇植物油甲酯化合物的抗磨效
滑除了要求吸附的分子是极性分子
Tribological Behavior of ຫໍສະໝຸດ Baidulkyl Ethers and
多的抗磨组分，因此其润滑性能较 器出现快速磨损失效的事故［３］，因此 直径（ＷＳ１．４）作为抗磨性能的评价
好，不存在润滑问题。研究表明［１］，决 提高低硫柴油的润滑性成为迫切需要 指标。
定柴油润滑性的主要成分是含氮、含 氧组分及多环芳烃组分。含硫组分会
研究的重要课题。 添加抗磨剂是提高柴油润滑性能
柴油抗磨剂的研究进展
6 Anastopoulos G, Lois E, et al. The
２００ μ ｍ，抗磨性能十分突出。
团（含氧含氮基团等）的长链线性分
Impact of Aliphatic Amines and Tertiary
柴油抗磨剂的作用机理及 要求
子才能满足要求。 另外，柴油抗磨剂的加入不能
对柴油的使用性能，如腐蚀性、燃烧
严重的黏着磨损或擦伤以及氧化腐蚀
利的影响。柴油抗磨剂还必须与发
fluence of aceto acetic esters and di-car-
和微动磨损引起的［１０］。防止摩擦副表 面的直接接触和选用抗黏着的摩擦副
动机油有兼容性，不增加发动机中 的积炭等。
boxylic acid esters on diesel fuel lubricity[J]. Tribology International, 2001, 34:749-755.
由表 ２ 可以看出： ◇加入不同的醇、醚类化合物均 能显著提高低硫柴油的抗磨性能； ◇当醇类化合物的加剂量达到 ７５０ ｍｇ／ｋｇ 以上时，能将低硫柴油的
抗磨性提高至满足实际使用要求的 ４６０ μ ｍ 以下。
在分子式相同的醚之间，例如丁 醚和甲庚醚，氧原子在分子正中间的 单醚（分子对称）在某些加剂量水平 时能够表现出更优异的润滑性能。总 的来说，在高加剂量时，醇类物质的 润滑效果优于醚类物质，这可能是由 于其极性较高的缘故。
9 Anastopoulos G, Lois E, et al. Lu-
能生成较为牢固的有机吸附膜，从而 磨性能较差。
brication Properties of Low Sulfur Diesel
提高低硫柴油防止黏着的能力。
☆脂肪酸类抗磨剂具有一定的酸 fuels in the Presence of Specific Types of
内油炼厂开始采用深加工精制工艺生 油的发展要求，急需研究开发适用于 察其磨斑直径［４］，试验结果见表 １。
产以硫含量低于 ５００ ｍｇ／ｋｇ（甚至低 我国低硫柴油的高效抗磨剂。
由表 １ 可以看出：
于 ３００ ｍｇ／ｋｇ）以及低芳香烃含量为
目前低硫柴油高效抗磨剂的研
◇当加入脂肪酸类添加剂后，试
用油全方位 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｇｕｉｄｅｓ
Amides on the Lubrication Properties of Ultra Low Sulfur Diesel Fuels[R].SAE Paper 2000-01-1916.2000.
柴油发动机油泵的失效主要是由 性能、总酸值、氧化安定性等产生不
7 Anastopoulos G, Lois E, et al. In-
10 韦淡平，范静芸,黄燕民，等.
要 依 靠 物 理 和 化 学 吸 附 膜 来 润 滑 。 要求。而长链脂肪酸单酯化合物的抗 几种柴油抗磨剂及其作用机理的研究
抗磨剂的分子结构对柴油的润滑性
磨性能好，对柴油性能没有明显的负
[C ]// 第七届全国摩擦学大会论文
能有着重要的影响。有效的吸附润
面影响，将成为国内外重点研究发展
植物油甲酯化合物
植物油甲酯化合物是国外正致力 于研究应用的生物清洁柴油燃料的主 要成分之一。Ａｎａｓｔｏｐｏｕｌｏｓ Ｇ等对向 日葵油甲酯、橄榄油甲酯和玉米油甲 酯这 ３ 种植物油甲酯化合物基于其生 物清洁柴油的抗磨性能进行了评定［９］。 试验结果表明：
◇植物油甲酯化合物具有较好的 抗磨性能，当其加剂量为 ０．１５％（质 量分数）时，低硫柴油的 ＨＦＲＲ 平均 磨斑直径即低于 ４６０ μ ｍ；
４６０ μ ｍ 以下；而当加剂量低于 １％
（质量分数）时，脂肪胺起不到抗磨
效果。
２０１１ Ｏｃｔｏｂｅｒ
◇增加脂肪胺的加剂量有时能够
提高，低硫柴油的抗磨性，但有时却
会导致抗磨性变差。
◇酰胺在加剂量 １％（质量分数）
时可使平均磨斑直径降低到 ４６０ μ ｍ
以下，而当酰胺加剂量小于 １％（质
第
量分数）时同样不能达到润滑效果。
验钢球的磨斑直径大大降低； ◇即使加剂量只有 ５０ ｍｇ／ｋｇ，
也能使柴油的抗磨性能提高 ３５％～ ６０％；
◇随着酸分子碳链的增加，柴油 抗磨性能相应提高。
醇、醚类化合物
Ａｎａｓｔｏｐｏｕｌｏｓ Ｇ 等将多种醇、
醚类添加剂按不同加剂量分别加入到 低硫柴油中，采用 ＨＦＲＲ 试验机测定 加剂后低硫柴油的磨斑直径［５］，试验 结果见表 ２。
◇在加剂量为 ５００ ｍｇ／ｋｇ 时，这 ７ 种长链脂肪酸单酯化合物都能使低 硫柴油的 ＨＦＲＲ 平均磨斑直径低于 ４６０ μ ｍ；当加剂量增加时，ＨＦＲＲ 平均磨斑直径能较大幅度的降低。
◇构成酯的脂肪酸和醇的碳链越 长，其总体抗磨性能更优异。
这表明这些长链脂肪酸单酯分子 能够牢固地吸附在金属表面，形成较 强的边界膜，在一定负荷下阻止金属 表面直接接触，从而减少磨损。
五 期
相比较而言，酰胺作为柴油抗
磨剂的抗磨效果稍好于脂肪胺，可
58
能是其分子中有氧存在的缘故。总
的来说，胺类化合物作为抗磨剂的
有效浓度要求比较高，其抗磨效果
不是很显著。
酯类化合物
含氧较多的酯类化合物
酯类物质是国内外目前研究发现 的一类清洁柴油组分。Ａｎａｓｔｏｐｏｕｌｏｓ Ｇ 等将乙酰乙酸己酯、乙酰乙酸辛酯、 己二酸二丁酯、己二酸二辛酯、壬二 酸二乙酯、壬二酸二丁酯、壬二酸二 辛酯、癸二酸二乙酯这类含氧较多的
◇生成酯的脂肪醇碳链越长，其 抗磨效果越好。
总体上，含氧较多的酯类化合物 的抗磨性能较醇、醚类化合物为优， 在高加剂量水平时表现得更加明显。
长链脂肪酸单酯化合物
Ａｎａｓｔｏｐｏｕｌｏｓ Ｇ 等将癸酸丁酯、 十二烷酸己酯、十四烷酸辛酯、十六 烷酸丙酯、十六烷酸辛酯、硬脂酸乙 酯和油酸己酯这 ７ 种长链脂肪酸单酯 化合物分别加入低硫柴油中，在 ＨＦＲＲ 试验机上考察其抗磨性能［８］。 试验结果表明：
用油全方位 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｇｕｉｄｅｓ
的低硫柴油抗磨剂之一。
参考文献
1Wei D P, Spikes H A. The Lubricity of Diesel Fuels[J]. Wear, 1986，
111:217-235. 2 马伯文.清洁燃料生产技术[M].
北京：中国石化出版社，2 0 0 1 ：
五 期
须有一定的抗磨作用，以防止燃料泵 降低。自 ２０ 世纪 ９０ 年代初期研究与 作为基础油，在其中加入各种抗磨
严重失效。２０ 世纪 ８０ 年代中期以前， 推广应用低硫柴油以来，许多国家连 物质，采用以球盘试验机和高频往
57
由于柴油精制深度较浅，其中含有较 续出现了柴油发动机高压油泵和喷油 复试验机（ＨＦＲＲ）测定的钢球磨斑
用油全方位 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｇｕｉｄｅｓ
２０１１ Ｏｃｔｏｂｅｒ
随着柴油精制程度的提高，其润滑性不足的问 题非常突出，为此开发高效柴油抗磨剂、提高低硫 柴油的润滑性非常必要。本文综述了国内外对醇、 醚、酯、羧酸以及胺、酰胺化合物作为柴油抗磨剂 的研究进展情况。
低硫柴油抗磨剂的
研究进展
王昆 胡泽祥 海军后勤技术装备研究所
用油全方位 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｇｕｉｄｅｓ
第 五 期 59
２０１１ Ｏｃｔｏｂｅｒ
２０１１ Ｏｃｔｏｂｅｒ
用油全方位 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｇｕｉｄｅｓ
第 五 期 60
酯类化合物分别加入低硫柴油中，对 其抗磨效果进行了研究［７］。试验结果 表明：
◇这 ８ 种含氧较多的酯类化合物 以 ７５０ ｍｇ／ｋｇ 的加剂量分别加入低硫 柴油，可使低硫柴油的 ＨＦＲＲ 平均磨 斑直径小于 ４６０ μ ｍ；
增大磨损，但其常与含氮、含氧组分 及多环芳烃组分伴随存在，因而柴油
的根本途径。国外已进行了很多相关 研究，并已开发出成熟的柴油抗磨剂
脂肪酸类化合物
硫含量高时，其总的润滑性能变好。 产品，而我国在这方面的研究工作起
Ｃｚｅｓｌａｗ Ｋ 等将 ５ 种脂肪酸类物
基于环保法规的要求，近年来国 步较晚，研究较为滞后。针对未来柴 质加入低硫柴油中，用球盘试验机考
胺类化合物
Ａｎａｓｔｏｐｏｕｌｏｓ Ｇ 等将加氢精制
后的一种超低硫柴油经过常压蒸馏得
到 ９ 个馏分，以其中的第 ３ 个（３０％）
馏分作为基础油，在 ＨＦＲＲ 试验机上
评价了 ５ 种脂肪胺和 ２ 种酰胺的抗磨
性能［６］，试验结果见表 ３。
由表 ３ 可以看出：
◇有 ４ 种脂肪胺能够在加剂量
为 １ ％ ～２ ％ 时使平均磨斑直径在
第 五 期
材料时减少黏着磨损的有效方法。低 硫柴油作为润滑剂虽能减少金属摩擦
结论
8 Anastopoulos G, Lois E, Karonis
61
D, et al. A Preliminary Evaluation of Es-
副表面的直接接触，但其形成的抗磨
☆国内外研究表明，脂肪酸类化 ters of Monocarboxylic Fatty Acid on the
柴油发动机的燃料供给系统必须 特征的低硫柴油，并开始推广使用［２］。 究主要集中在考察醇、醚、酯、羧酸
依靠燃料自身来润滑，这就要求柴油 在脱硫过程中，由于具有抗磨功能的 以及胺、酰胺等活性化合物作为柴
第
在具备良好的燃烧性能的同时，还必 组分随之脱除，导致柴油润滑性大大 油抗磨剂的性能。通常以低硫柴油
从柴油发动机的工况看，其润
性，会导致柴油的腐蚀性提高，同时
Fatty Acid Derivatives[J].Energy and
滑状态属于低温、高负荷的边界润
促进柴油发动机内积炭和油泥的生成
Fuels, 2001, 15:106-112.
滑（即吸附润滑），在摩擦界面上主 等，不能全面满足低硫柴油抗磨剂的