低硫柴油抗磨剂的研究进展_王昆

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
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
用油全方位 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｇｕｉｄｅｓ
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２０１１ Ｏｃｔｏｂｅｒ
２０１１ Ｏｃｔｏｂｅｒ来自用油全方位 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｇｕｉｄｅｓ
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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；
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
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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
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 ：
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
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。
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
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
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。
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
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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
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-
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.
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
◇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：
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 Alkyl Ethers and
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
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
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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
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
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
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；
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。