煤制基础油生产工艺及其在润滑油产品中的应用

煤制基础油生产工艺及其在润滑油产品中的应用

张玉俊

山东沃特润滑科技有限公司250031  

摘要：作为一类重要的煤炭化学品，煤制基础油的粘度指数高，蒸发损失小，低温性能好，且有良好的清洁分散性；低氮，无芳香烃，无重金属，适用于中高级机油的调和。

通过与国外 A公司 III型基础油、 B公司 III型基础油和 III+型基础油、 C公司 GTL基础油、 D公司 PAO基础油的比较，阐述了煤制基础油的配制方法。目前市售煤炭基础油主要有CTL4,CTL6,CTL10三种，分别对它们在汽油发动机油，柴油机油，齿轮润滑油中的应用进行了研究，在液压油、自动供油和金属加工油中使用的可行性。

关键词：煤制基础油；润滑油；费托合成

引言

作为润滑剂中最重要的成分之一，在整个润滑剂中所占比例在80%左右，它对润滑剂的性能有很大影响。从生产规模来看，2019年度，国内的石油基础生产总量为765.39万吨，较上年同期增长了21.27%。从市场的角度来看，2019年度基本油的表观消费总量为1029.2100万吨，较上年同期增长了15.8%。

汽车、机械和风电行业得到了迅速的发展，同时也伴随着环保治理、低碳清洁、 OEM （原始设备生产商）等高标准的需求，未来的润滑油将会朝着更高层次的方向发展，同时也会对基础油的质量提出更高的要求。

基础油的制备过程直接影响着基础油的质量水平，我国是全球第二大的润滑油消费大国，但当前主要是以 API I、 API Ⅱ类基础油为主要原料，而具有较高质量的 API III类（例如天然气制油、 API Ⅳ类）、 PAO （PAO）等合成基础油均需通过进口来获得。

潞安公司在世界上第一个以350,000吨a-1CTL为主要原料的工业生产基地，于2018年3月20日正式投产。利用费托蜡等离子体对其进行同质异相修饰，获得了“超级洁净”的“3+”煤基合成基础油，并获得了“品牌”，这使得潞安公司在亚洲排名第一，完全改变了我国3级高档基础油长期以来的“3级”“4+”“5级”“6级”的现状。

大连化学研究所田志坚课题组于2021年五月十七日，以我国煤系费托合成蜡为主要原料，采用加氢同分异构化工艺，进行了高端润滑剂基础油的小试试验。在100℃下，在4-10mm2.s-1范围内，该产物满足 APIIII+型润滑油基础油的要求，是一种具有较好低温性能的超高粘性指标的润滑油基础油，可以用于生产发动机油，液压油和齿轮油，压缩机油，润滑脂等，在节能，减排，延长机器使用寿命上将起到更大的效果。

一、煤制基础油生产工艺

表1所示为各种过程的产品选择性，在所述的低温费托合成过程中，所述的产品中含有45%的蜡，所述的费托蜡产率高于其他过程，费托蜡催化加氢反应制备煤系润滑油的研究。

表1直接液化与费托合成产物选择性对比

基本流程：通过煤的汽化可以生产出 CO+H2，经过提纯脱硫，调节H2/CO比例，然后在 F— T反应釜中通过催化将其转变为液态，然后经过加氢提纯和热解，最终获得液态产物，如柴油、汽油、液化石油气等；聚酰亚胺，溶剂油，石蜡。

中国煤炭液化天然气的生产规模已达到了全球第一的水平。中国目前已经建设了8个煤炭液化装置，总装机容量为9780,000吨，2017年度总装机容量为322.7万吨。其中7个项目选择了费托合成工艺，年产870万 t.a-1,2017年总产237.9万 t.因而，在我国可以大规模地制备出适用于润滑油行业的费托石蜡。

目前，我国的生产厂家有：宁夏煤业公司的四百万吨煤直接液化工程，可以按照市场需求进行调整，生产柴油、石蜡、白油等多种化工原料。

本公司是内蒙古伊泰公司生产的1200,000吨A-1精制化工原料，以高熔点费托合成蜡，环境友好型低芳烃溶剂，粘度指数改善剂为主导的工业企业，潞安公司180万吨-1 （含一百万吨-1 FT油品，80万吨-1Co-1 Co基石油精炼制品）的高硫煤炭洁净综合应用示范工程，以无芳烃溶剂和特殊燃料为目标，开展以高端石蜡为主要原料的无芳香族溶剂和特种燃料为主要研究对象的石油化－电－加热一体化技术研究，煤基精细化工制品包括高档润滑油、专用化学品等5大类别54个种类270个规格，高熔点费托蜡，煤基 PAO，煤基合成 III+基润滑油，弥补了我国石油化工行业的不足。

二、煤制基础油应用

2.1汽油发动机油

GF系列汽油机的各项物性参数如表3所示。GF-6相对于GF-5，可将 P含量指数的要求从0.06%～0.08%降至0.06%以下。GF-6中的硫黄含量在0 W级和5 W级中分别为≤0.5%，在10 W级中分别为≤0.6%，在温度下析出的硫黄含量在30毫克以下，在诺亚克挥发性损耗在15毫克以下。

GF—6的剪切稳定性，高温抗氧化性，高温清净性；减少泥浆和漆膜，减少气门系统的磨损，提高发动机的寿命；提高燃料经济性（降低CO2等废气和微粒）已成为制约汽车发展的瓶颈。与此同时，以当前汽车产业技术发展和 OEM对低速早燃的抑制和减少正时链条磨损、涡轮增压器沉积物控制的要求为基础，凸显出润滑油在提高发动机性能中所起到的重要作用。

2.2柴油发动机油

CJ-4柴油标准中，对硫酸盐灰分要求（质量分数）≤1.0%、磷质量分数≤0.12%、硫质量分数≤0.4 w%，并将蒸发损失（质量分数）从≤15%降至13%（除了型号10W-30仍然维持15%外），此标准对柴油机的保护效果更好，满足了国六柴油车的选油标准。

APICK-4标准于2016年发布，具有较高的高温剪切粘度，较高的剪切稳定性，较高的抗氧化性能，对耐磨性和释放性的要求也越来越高。

随着柴油机润滑油质量的提高，对高、低温粘度特性和洁净性能的要求也越来越高。

CTL的基本无磷、超低硫，符合新标准中对基础油的需求，CTL4、CTL6、CTL10可与多种粘度区间的柴油机润滑油进行混合，并在低温动态粘度、高温蒸发等方面达到了相应的性能指标，CTL10可以用作15W-40,10W-30,10W-40,20W-50等粘度等级柴油机的主要基础油。

2.3齿轮油

齿轮润滑油满足 GL要求，适用于各种类型的方向盘，后轴减速器及手动挡。《重负荷车辆齿轮油（GL-5)》（GB13895-2018）中规定，90、110和140三种单一级别的润滑油（18）在100℃下的运动粘度为13.5-18.5，在18.5-24.0，在24.0-32.5mm2.s-1下的运动黏性为13.5至18.5，为确保润滑油在较高温度下具有较厚的油层，规范将3种润滑油的粘度指标定为90以上。

对于75W-90、80W-90和80W-110,80W-140,85W-90,85 W-90和85 W-110和85W-140等不同等级的油，通过加入粘性指标改进剂，可以提高其粘度，提高其在高温和低温下的润滑性能。

通过少量地添加CTL4、CTL6，可以对齿轮油的低温特性进行调解，CTL10可以代替100℃的运动粘度大约为10mm2·s-1的 III类加氢基础油，用于调配75 W到85 W各个粘度等级的齿轮油，在应用时，应该对聚异丁烯等粘性指标改善剂在基本油中的溶解进行检测，不适合110,140两种不同粘度级别的齿轮润滑油的低黏度CTL4,CTL6。

2.4自动变速箱油

国内尚没有 ATF标准，通用公司的 DEXRON、福特公司的 MERCON等产品在世界范围内得到了普遍的应用。ATF的应用温度为-40~170℃，一般情况下，100℃的黏度在7.0~8.5mm2·s-1之间，由于环境温度范围很广，导致粘度的波动幅度很大，需要具备较高的黏度指数、优秀的低温性能、良好的热氧化安定性；具有良好的动态和静态摩擦特性、耐磨和耐腐蚀和防锈特性。

2.5工业油

2.5.1液压油

水力机器工作的条件是多变的，这给水力润滑油带来了更大的挑战。以表5中的 JCMAS液压油标准为依据，采用CTL4、CTL6和CTL10，既可以满足VG32和VG46单级油对于粘温性能、倾点的要求，也可以符合多级油VG32W和VG46W的要求，从而可以生产出高标准的多级液压油产品，可以在冬夏季温差大的环境下进行长期的使用。

在配制过程中，应考虑到抗磨剂与 CTL之间的兼容性，并在需要时添加一定数量的酯以提高抗氧剂和抗磨剂在 CTL中的溶解度，VG68的40℃的运动粘性值是68±6.8mm2.s-1，可以通过将CTL10与CTL4或CTL6进行调和而获得。

2.5.2金属加工用油

《金属加工液有害物质的限量要求和测定方法》（GB/T32812-2016）中，亚硝酸根NO3-≤20 mg·L-1，壬基酚聚氧化乙烯醚（OH）≤0.1%,C10~C13的 SCCPs≤1%, PAHs≤3%，二乙醇胺≤0.2%, Pb≤0.1%。

通过对比分析，指出了煤制基础油具有低硫、低氮、无芳烃等特点，可以作为一种新型的金属精炼润滑油。此外，CTL还可以应用在食品级白油，聚苯乙烯白油，压缩机油，涡轮油等方面。

结束语

开发煤制润滑油基础油需要从能源安全、技术、环境、经济等方面来考虑，其制备技术要求其具备较高的黏度指数，较低的蒸发损失，较好的低温性能和较好的分散性，基本无硫磺及芳香烃，氮含量低，无重金属等特性。

现有商品化煤炭的黏度为4,6,10mm2.s-1，属于较低黏度水平，为了满足市场对煤炭的需求，有必要研制出更高粘度水平的煤炭基础油。

此外，在助剂方面，可以研制出新的与煤炭类助剂具有较好兼容性的助剂，从而提高助剂的质量。

煤制基础油是一种以煤基基础油为主的新型润滑油，其在高、低温工况下性能优异，燃油经济性良好，且绿色、洁净。

CTL4,CTL6可以达到较高的0 W,5 W,100℃时， ATF在4-6mm2.s-1范围内的要求。

CTL6可与CTL10混合使用10 W型润滑油， ATF在100℃时使用，其流动粘度为7—8毫米。

CTL4,CTL6,CTL10可以对多种不同的黏度区间的柴油机及液压油进行调配，CTL10可以用作15 W—40,10 W—30,10 W—30,10 W—40,20 W—50柴油机润滑油的主基油。CTL10与聚乙二醇40，聚乙二醇100，聚乙二醇120；以150 BS为主要原料，可与75 W~85 W不同粘度等级的齿轮润滑油混合。

还可以用在金属加工用油，食品级白油，聚苯乙烯白油，压缩机油，汽轮机机油等方面。

参考文献

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