15號航空液壓油基礎(chǔ)油族組成對油品性能的影響

孫俊杰(西安質(zhì)量監(jiān)督站，陜西 西安 710016)

0 引言

15號航空液壓油是用于飛機(jī)液壓系統(tǒng)的一種特殊油品，起著能量傳遞、潤滑、冷卻、密封、防銹和排污的作用[1-2]。用于收放飛機(jī)起落架，操縱襟翼和減速板，改變噴口直徑，操縱水平尾翼和副翼，減小機(jī)輪的震動和擺動等場合，工作壓力高、溫度范圍寬、潔凈性要求嚴(yán)格、使用環(huán)境復(fù)雜，要求15號航空液壓油必須具有良好的粘溫性能、極壓抗磨性、低溫流動性、與非金屬材料的適應(yīng)性以及潔凈性等。原油的性質(zhì)對產(chǎn)品質(zhì)量的影響較大[3]，航空液壓油的理想原料是低硫石蠟基原油，因其具有密度小、含硫量低、烷烴等輕組分高的優(yōu)點，適宜生產(chǎn)粘溫性質(zhì)良好的特種油。近年來，隨著國內(nèi)原油劣質(zhì)化加劇，原油類屬從低硫石蠟基逐漸變?yōu)楹蚴灮蚝蛑虚g基，硫化合物和芳香烴含量不斷升高，導(dǎo)致航空液壓油多項質(zhì)量指標(biāo)變差，必須通過改善生產(chǎn)工藝方式來彌補(bǔ)原材料對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。因此，對15號航空液壓油基礎(chǔ)油的族組成加以分析，找出規(guī)律，才能對調(diào)整生產(chǎn)工藝有積極意義。

1 精制工藝的對比

1.1 硫酸精制

從常二線分離出的原料油含有膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、多環(huán)芳香烴和環(huán)烷酸等不理想組分，這些組分很不穩(wěn)定，容易進(jìn)行聚合、分解、氧化而生成沉淀，使油品抗氧化性能降低。硫酸是一種比重較大的具有強(qiáng)氧化性的液體，能和上述不理想組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和溶解作用，而不與烷烴、環(huán)烷烴等理想組分反應(yīng)。因此硫酸精制可起到改善油品顏色、安定性、氣味，降低硫、氮含量的作用。

硫酸與油品發(fā)生的反應(yīng)有：(1)與烯烴發(fā)生酯化反應(yīng)、疊合反應(yīng)；(2)與芳烴發(fā)生磺化反應(yīng)；(3)與非烴類發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)。文獻(xiàn)表明，硫酸精制能夠很好的去除膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、堿性氮化物，大部分環(huán)烷酸、硫化物等非烴類化合物，以及烯烴和二烯烴等非理想組分。

1.2 加氫精制

加氫精制是在氫氣氛圍中和一定溫度、壓力催化劑作用下與油品化學(xué)反應(yīng)來脫除硫、氮、氧和金屬雜質(zhì)，并使烯烴飽和，以解決油品色度及貯存安定性的問題，降低芳烴含量。油品加氫精制過程的主要反應(yīng)包括：含硫、含氮、含氧化合物等非烴類的加氫反應(yīng)，烯烴和芳烴(主要是稠環(huán)芳烴)的加氫飽和反應(yīng)，此外還有少量的開環(huán)、斷鏈和縮合反應(yīng)。因此加氫精制可以有效去除膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和芳烴、硫化物等非烴類化合物。

如表1所示，采用不同的精制工藝，15號航空液壓油基礎(chǔ)油族組成也有較大差異，加氫工藝對于除去硫化物及芳烴類物質(zhì)較為徹底。

表1 不同精制工藝基礎(chǔ)油族組成對比

2 族組成對油品主要性能指標(biāo)的影響

2.1 對凝點的影響

如表2所示，基礎(chǔ)油中環(huán)烷烴、芳烴及其衍生物的含量變化對基礎(chǔ)油凝點不會造成明顯影響，影響基礎(chǔ)油凝點主要組分為正構(gòu)烷烴，現(xiàn)有成熟的分子篩脫蠟工藝完全可以通過選擇性脫除正構(gòu)烷烴以保證基礎(chǔ)油的凝點，因此，基礎(chǔ)油族組成對成品凝點影響不大。

表2 不同族組成對凝點的影響

2.2 對銅片腐蝕的影響

銅片腐蝕機(jī)理復(fù)雜，標(biāo)準(zhǔn)要求高，加之原油質(zhì)量下降，15號航空液壓油銅片腐蝕偶有卡邊現(xiàn)象。如表3所示，影響銅片腐蝕主要成分為硫化物以及微量水。文章主要以硫含量大小來表征油品的抗腐蝕性能。

表3 族組成對銅片腐蝕的影響

由于銅片腐蝕試驗條件苛刻，油品在沒有抗氧劑的條件下氧化較為嚴(yán)重，考察基礎(chǔ)油的銅片腐蝕沒有代表意義，因此文章以對應(yīng)基礎(chǔ)油加劑調(diào)和后的成品為參考對象。雖然三種基礎(chǔ)油的烴類組成有著較大差異，但成品的銅片腐蝕情況與基礎(chǔ)油的硫含量有著對應(yīng)的增減趨勢，隨著基礎(chǔ)油硫含量的降低，成品銅片腐蝕情況逐漸好轉(zhuǎn)。

2.3 對成品油粘度的影響

如表4所示，15號液壓油成品在粘度相近的情況下，酸堿精制基礎(chǔ)油用的增粘劑T602的量要比加氫基礎(chǔ)油多2%。對比酸堿精制基礎(chǔ)油與加氫基礎(chǔ)油，前者的鏈烷烴含量比后者高6%，芳烴及環(huán)烷烴含量差異不大，說明鏈烷烴含量的增加對成品粘度有較大影響；比較加氫基礎(chǔ)油酸堿精制前后，環(huán)烷烴含量增長9%，芳烴含量降低6%，但成品的黏度相差不大，表明組成中的環(huán)烷烴及芳烴對成品粘度影響較小。

表4 族組成變化對粘度的影響

2.4 對橡膠膨脹率的影響

國內(nèi)對航空專用橡膠片(NBR-L)膨脹率的影響因素研究較少，有文獻(xiàn)表明芳烴是使其溶脹的主要原因，但實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，環(huán)烷烴含量對橡膠膨脹率也有影響。試驗結(jié)果表明，加氫基礎(chǔ)油在酸處理前后，族組成含量發(fā)生較大變化。處理前，環(huán)烷烴含量為50.9%、芳烴含量為9.7%，橡膠膨脹率為32.49%；處理后，環(huán)烷烴含量為59.4%、芳烴含量為2.4%，橡膠膨脹率為27%。表明芳烴對橡膠膨脹作用較大，環(huán)烷烴的增加并未導(dǎo)致橡膠膨脹率升高，表明環(huán)烷烴對膨脹作用不大。通過對酸處理后的加氫基礎(chǔ)油和酸堿精制基礎(chǔ)油進(jìn)行比對發(fā)現(xiàn)，加氫基礎(chǔ)油鏈烷烴含量為38.5%、芳烴含量為2.4%，橡膠膨脹率為27%；酸堿精制基礎(chǔ)油鏈烷烴含量為32.6%、芳烴含量為5.1%，橡膠膨脹率為28.5%。表明鏈烷烴的明顯增加不會對橡膠膨脹產(chǎn)生明顯影響。另外，根據(jù)酸處理后的加氫基礎(chǔ)油數(shù)據(jù)來看，芳烴已基本脫除，但與酸堿精制基礎(chǔ)油橡膠膨脹率相差不大，因此可能存在部分結(jié)構(gòu)的環(huán)烷烴對橡膠有溶脹作用。

3 結(jié)語

綜上所述，通過研究15號航空液壓油基礎(chǔ)油族組成，明確了基礎(chǔ)油化學(xué)成分對凝點、銅片腐蝕、粘度、橡膠膨脹率的影響，為下一步優(yōu)化精制工藝，改善15號液壓油產(chǎn)品質(zhì)量具有較好的指導(dǎo)意義。

(1)基礎(chǔ)油凝點只與正構(gòu)烷烴含量有較大關(guān)系，環(huán)烷烴及芳烴對凝點影響較小。

(2)基礎(chǔ)油中含硫化合物對成品的銅片腐蝕影響較大，通過加氫精制降低硫化物含量，可以大大改善油品銅片腐蝕情況。

(3)鏈烷烴(主要指異構(gòu)烷烴，因為15號航空液壓油的凝點要求較高，正構(gòu)烷烴是不理想組分)的增加，一定程度上可以改善基礎(chǔ)油的添加劑感受性，減少增粘劑的用量。

(4)芳烴類物質(zhì)是導(dǎo)致橡膠膨脹率較高的主要原因，通過最大限度降低基礎(chǔ)油中芳烴類物質(zhì)可以降低成品膨脹率，但不排除有部分結(jié)構(gòu)的環(huán)烷烴也對橡膠片具有膨脹作用。