浅谈国内聚α-烯烃合成油工艺现状

浅谈国内聚α-烯烃合成油工艺现状

丁强

（中国石油化工股份有限公司天津分公司 天津 300270）

摘 要：综述了合成润滑油基础油市场现状及聚α-烯烃工艺技术的现状，阐述了传统聚α-烯烃合成油（PAO）技术、乙烯基全合成润滑油基础油和茂金属聚α-烯烃合成油（mPAO）工艺技术路线的特点，对我国相关技术的发展提出了建议。

关键词：α-烯烃合成油；市场现状；聚α-烯烃工艺路线；

全球工业能源消耗量 33%--50%是由摩擦造成，80%的失效零件由磨损造成，而润滑油是就是用在各种类型汽车、机械设备上以减少摩擦，保护机械及加工件的液体或半固体润滑剂，主要起润滑、辅助冷却、防锈、清洁、密封和缓冲等作用，被称为现代工业机械的血液。润滑油中交通拥有的需求量占比约为58%，工业润滑油的需求量占比约为42%。

1、润滑油基础油概述

润滑油由基础油和添加剂调配而成。基础油分为原油精炼而来的矿物型润滑油和采用化学方法获得的合成型润滑油。基础油在早期仅指石蜡基原油先经分馏，后经酸洗和低温蜡沉析所得馏分油，它的密度和粘度适合作为调制各种发动机油和各种工业用润滑油。合成润滑油是指由合成基础油与添加剂调和而成的润滑油，而合成基础油是通过化学合成的方法制得的润滑油基础油，它包括合成烃类油、聚醚类油、脂类油、卤化烃类油、硅油等。其中聚α-烯烃合成 油（PAO）是使用较多的一类合成润滑油基础油，其产量约占世界合成润滑油基础油市场份额的45%［１］。

通常将C5-C12,主要是C10或C8-C12的线性α-烯烃，齐聚获得的一类长链烃类（主要为三聚体、四聚体、五聚体），称作聚α-烯烃(poly alpha olefins),简称PAO。PAO发展历程始于1877年，首先由Charies Friedel与James Msson Crafts制备烃类分子合成油。1960年美孚首次提出用自由基引发剂作为α-烯烃低聚催化剂的专利；1961年壳牌发表用乙基三氯化二铝/四氯化钛复合催化剂的专利。1968年美孚发表用BF3催化剂α-烯烃低聚工艺专利。

PAO基础油不同于通过物理蒸馏方法从原油中提炼出的矿物型基础油。它是由乙烯低聚反应得到α-烯烃，再进一步合成及加氢制成。具有良好的高低温性能，是调制特殊用途、高档润滑油理想的原料。

2、聚α-烯烃合成油（PAO）市场现状

润滑油行业属于石油化工行业的子行业，最终要流向汽车工业、工程机械、能源化工等行业。根据调查显示，全球润滑油需求及销量逐年递增，需求量近4300万吨，市场规模1800亿美元。2019年全球润滑油的需求量将达到4290.3万吨。亚太地区作为全球制造业的主要分布区域和全球经济高速增长的区域，市场需求量快速趋势，据GP Global公司预测，2021年亚太地区的润滑油需求份额将增长至49.9%。

目前国内基础油行业主要格局是“结构性短缺和结构性过剩”，即以一类、二类矿物油过剩，高品质的三类油，IV类油严重不足，导致国内润滑油企业利润率较低。截至2019年，我国润滑油基础油产量765.4万吨，相比2018年提升了21.28%，2013-2019年，国内润滑油基础油产量复合增长率8.64%，近几年产量增速明显提升。

3、现有α-烯烃合成油工艺

3.1传统IV类基础油PAO的生产工艺

Ⅳ类基础油PAO主要以乙烯齐聚的C8、C10馏分为原料，采用乙烯齐聚法进行生产。工艺路线大致为，乙烯经烷基铝催化剂齐聚为α－烯烃，其馏分范围可宽达C4到C30，其中C8～C12的α-烯烃约占40%，为PAO的主要原料，随后将1－癸烯在Lewis酸催化剂如BF3—ROH作用下生产低粘度的PAO，或用AlCl3催化剂生产高粘度PAO，最后将聚合物加氢饱和成为PAO基础油。

传统的IV类基础油PAO生产工艺路线复杂、成本过高、生产严重受上游原料产能影响（1-癸烯）完全满足不了当下市场的消费需求，其α-烯烃的收率低（不足40%）且生产工艺不环保、产生的“三废”较多。其工艺流程简图如图1所示。

图1 传统IV类基础油PAO的生产工艺流程简图

3.2基于乙烯基全合成润滑基础油（LPE）技术

近年来，国内厂家不断探索润滑油基础油工艺路线，研发了基于乙烯基全合成润滑基础油（LPE）技术。该技术采用高性能有机金属催化剂，结合助催化剂，在二氯甲烷溶液中催化乙烯聚合条件，再通过淬灭、过滤脱除催化剂、溶剂回收、深度脱除残留溶剂、脱色，再加氢得到乙烯基全合成润滑基础油。该工艺过程涉及两步化学反应，即乙烯聚合和加氢。乙烯聚合为溶液聚合，操作条件温和，乙烯转化率高达95%；加氢反应采用炼油工业上成熟的连续固定床加氢工艺，对聚合后的残留双键进行饱和，工艺简单。

相对于传统的PAO生产技术，LPE技术工艺路线短，工艺流程简单，操作条件温和，原料来源丰富。乙烯利用率高达95%以上，整个生产过程几乎无副产物。生产过程绿色环保，“三废”少。其工艺流程简图如图2所示。

图2 基于乙烯基全合成润滑基础油（LPE）技术工艺流程简图

3.3茂金属聚α烯烃基础油技术

近年，随着茂金属催化剂的兴起，茂金属聚α烯烃基础油技术也应运而生。该技术利用茂金属作为主催化剂，全氟芳基硼酸盐及三异丁基铝作为助催化剂，使α-烯烃自聚反应生成mPAO产品。原料α-烯烃经过脱水脱氧后，在主催化剂和助催化剂作用下，在一定的温压下聚合反应生成mPAO产品，再经吸附脱除主催化剂和助催化剂，经分离脱除未反应的辛烯原料及副产的低聚物，最后进行加氢饱和得到mPAO产品。工艺流程简图如图3所示。

mPAO生产企业主要以生产高黏度等级的mPAO产品为主，目前还没有企业生产低黏度mPAO产品。高黏度的mPAO不仅可以作为润滑油基础油使用，也可以作为润滑油添加剂用以改进其他基础油的性能。由于mPAO比相同黏度的传统PAO具有更高的黏度指数，因此含有mPAO的基础油具有更低的倾点，使得发动机在低温下和冷启动时具有更好的能量效率。

图3 mPAO技术工艺流程简图

4.结语

随着工业生产中机械设备运转对润滑油性能要求的不断提高，在现阶段，绿色节能、低成本、高性能成为润滑油发展的主要方向。我国合成润滑油工艺技术正蓬勃发展，为有效提高我国润滑油生产企业的核心竞争力，提高品牌知名度，各生产企业可根据自身发展战略需求，选择不同的工艺生产路线。此外，各企业应加大科研力度，与高校联合，加快实验装置的工程化步伐，生产出高性能润滑油基础油，以满足我国对高档润滑油的需求。

参考文献

［1］许健，彭立，马国梁，等．合成润滑油基础油茂金属聚α-烯烃合成研究进展［Ｊ］．现代化工，2012，32（9）：28-32.

［2］赵益霏，苏碧云，陈刚，等.聚α-烯烃催化剂的研究进展[J].工业催化,2020,(11):30-35.

［3］王秀绘.聚α-烯烃润滑油基础油现状分析[J].精细石油化工进展,2019,(20):26-29.

［4］许赢，许金宝．国内外车用聚α－烯烃(PAO)基础油现状与展望［J］．精细与专用化学品，2018，26(11):1－7.

［5］王彬．茂金属聚α－烯烃合成润滑油基础油生产工艺与市场现状［J］．精细与专用化学品，2018，26(7):38－42.

［6］陈琳，由爱农．我国聚α -烯烃基础油发展路线研究［J］．当代石油石化，2019，27(8):30－34.