发布时间:2024-01-10
资源与环保是人类发展面临的两大课题。在润滑领域可再生生物质基础油替代矿物油已进人业界视线并产生两条主流技术路线。
那么何为“生物质"?“生物质最初定义为: “生物量”biomass源于生态学。表示一定量的环境中微生物的量或活微生物的量。1972年初次石油危机后,生物量的定义超出原定义范围,扩展到能够作电力能源的生物质的量。英语描述仍采用biomass。 最近。biomass又扩展到能够转换为微生物基的所有资源。在汉语里专有名词“生物质”与生态学上的“生物量”有许多方面的不同。更接近可再生能源发展的描述。
在生物能源燃料(比如植物)行业。被界定为生物质是指:经过植物体的生命活动,具有一定的能量、营养物质、冲击韧性或者生理学特异功能的所有有机化学物质。随着利用技术的发展和重要用途的扩展,其所包含的范围和含意不断发展。生物质是一切有生命且可以再造的物质。
目前国内外生物质基础油发展的两条主流技术路线
1,可再生烷烃基础油
生物质在高效催化剂的作用下,经还原工艺合成可再生的烷烃基础油。改变去醛和呋喃衍生物的种类即可调控和设计可再生烷烃基础油的支链结构,从而改变可再生烷烃基础油的粘度指数、粘度及倾点等。有报道称,由呋喃衍生物与醛缩合反应合成的C30-SFL,1、C30-BPAOL,1和C31BPAOL等三种可再生烷烃基础油的40℃运动粘度为11,8mm2/s−17,9mm2/s ,粘度指数大于120,倾点在-21℃ 到-60℃不等。其指标与API III类油和API IV类油相当。此技术路线归结为:从生物质及其衍生物出发,以碳链增长反应(羟醛缩合、烷基化等)为核心,合成特定目标结构的烷烃基础油。
其中呋喃衍生物的缩合,在高效催化剂的作用下完成的单支链和多支链的烷烃基础油,其收率可达80% -90%。同时提升了产品在粘度、粘度指数和倾点等方面的技术性能。
1植物油的缩合
用油酸或油酸甲酯合成具有树杈结构的低粘度可再生烷烃基础油。油酸合成的支链化可再生烷烃基础油可与API IV类油PAO6的质量相当;具有优异的热安定性。100℃运动粘度5,5mm2/s左右、40℃运动粘度26,1mm2/左右、倾点-36℃。如果改变原料的链长,可合成出具有不同支链结构的可再生烷烃基础油,其粘度指数可达227、100℃运动枯度 7,40mm2/s、40℃远动粘度28,6 mm2/s。而如用高效催化剂RuSn/SiO2时,植物油进行加氢脱氧生成脂肪醇,利用醇的消去反应生成烯烃,再次采用烯烃偶联聚合-氢化反应可获得C32到C36的可再生烷烃基础油。植物油缩合方案能实现可再生烷烃基础油的分子结构和理化性能的可控性。可再生烷烃基础油的合成步骤复杂,催化制要求高导致成本高。其成品的性能与矿物油和PAO近似,但生物降解性较差。对环境并不友好。
2,以羰基和双键为改性目标合成可再生可生物降解的酯基基础油
由生物质及其相衍生物合成的烷烃基础油。只能解决矿物基础油不可再生的问题,但未能解决基础油对环境的污染。面植物油具有:生物降解性好、粘度指数高和可再生等优点,由于植物油含有大量的不饱和键,导致热氧化安定性差。通过对植物油的改性或可获得可再生,可生物降解的酯基基础油。
改性的途径:
1)生物改性。利用生物培育技术培育出油酸含量高,硬脂酸含量低的植物油,使得植物油的氧化安定性和低温流动性得以明显改善。
2)化学改性。植物油通过一定的化学处理(氢化=酯化、环氧化-醚化/酯化、内酯化-酯化、二聚改性等)其中氢化=酯化改性:是通过加氢将不饱和双键转换为饱和键以提高植物油的氧化安定性。环氧化−醚化/酯化改性,植物油中的双键容易被环氧化形成环氧植物油,与植物油相比环氧植物油可在摩擦界面产生保护膜,降低摩擦,同时减少油泥生成。内酯化−酯化改性,植物油中不饱和脂肪酸中的双键在催化剂的作用下发生加成反应生成低聚体内酯。其产物的粘度指数可高达160、闪点高于250℃、倾点-27℃、生物降解率大于80%。二聚改性;在催化剂的作用下形成环状和线状的二聚体。植物油的二聚体粘度较高可生产高粘度润滑油。
生物质烷烃基础油的分子结构精确可控,催化技术要求高,产品的生物降解性差。生物质酯基基础油具有分子结构可设计和生物降解的优势,综合性能较优,因此前景看好。最后,生物质相对于矿物质而言,前者是有生命可再造更易生物降解的有机物;后者是无生命不可再生很难降解的无机物。