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默芮达®精益润滑:合成酯生产的工艺现状

发布时间:2024-09-18

随着飞机发动机润滑油系统温度的持续升高,双酯润滑油的性能逐渐难以满足飞机发动机高温润滑的要求,所以很快被100℃运动黏度为5.0mms的多元醇酯润滑油所取代,这促进了航空发动机油MIL-PRF-23699规范(美国国防部规范)的发展。

从双酯到多元醇酯润滑油的转变,代表了航空润滑油技术重大的革命性发展。虽然目前使用的燃气航空发动机润滑油仍然以多元醇酯基础油为主,不过随着公成酯基础油质量的提高和添加剂技术的不断发展,使润滑油的性能得以逐步提升。

合成酯的生产技术也在不断地进步,由过去的溶剂法合成到目前的无溶剂法酯化合成,催化剂也从硫酸转换为钛酸酯或固体酸,

目前运用较多的合成工艺是氮气携带,水蒸气携带以及真空抽提等。因对合成酯残留物的要求越来越高,现在也已出现了非催化酯化制备合成酯基础油的方法。合成酯的后处理工艺对目标产物的纯度与性能有着直接的影响,若后处理不当,目标产物中残留的催化剂可能造成酯化反应的逆反应增加,并且能够直接影响目标产物的性能,部分酯皂化,以及合成酯中有剩余的小分子物质,如未反应完的游离脂肪醇、酸及反应副产物等,若不除去,则会影响目标产物的质量。

从生产流程来看,目前合成酯的生产工艺主要有:

(1)酯化-中和-水洗-蒸馏-处理工艺。

作为最成熟的合成酯生产工艺,目前主要用于大批量生产邻苯二甲酸二辛酯等合成酯。目前该工艺仍然有人在继续研究,如杨瑞杰等研究了新戊基多元醇、脂肪酸及占总质量3.0%~5.0%的甲苯携水剂,在以Sn0为化剂的条件下进行的酯化反应,粗酯经吸附剂(活性碳和硅胶)吸附,再用过量的碱水溶液(10%碳酸钠溶液)和去离子水洗涤至中性,然后再用无水硫酸镁吸附、过滤得到公成酯基础油。该工艺存在的主要问题是废水量大,生产周期较长。

(2)酯化-蒸馏-中和-水洗工艺。

由于酯化-中和-水洗-蒸馏-处理工艺因酯化反应结束后直接进行中和,可能因产物中还有大量的原料,需要大量的碱液和多次水洗,不少生产单位(如国内部分酯化生产企业)以及少量研发单位采用了先蒸馏后中和水洗的生产工艺。该工艺的优势是酯化反应结束后直接进行蒸馏,可以减少粗酯体系中的过量原料,不仅可以回收原料,减少污染排放,同时还可得到对酸值等指标要求较高,通过普通分离而不能实现的合成酯基础油:此外,因体系中原料的减少,从而减少用于中和的碱量及水洗用量等。科聚亚公司采用该工艺,蒸馏后的合成酯酸值(以氢氧化钾计,全文同)约为1.0mg8,再进行少量碱中和粗酯可实现酸值降至0.05 mg/g以下。

(3)酯化-蒸馏-精制工艺。

鉴于目前对环境保护的要求越来越高,因整个反应生产过程几乎没有产生反应水以外的废水,酯化-蒸馏-精制工艺的优势明显,多家生产单位采用该工艺生产合成酯,尤其是生产针对醇过量和对酸值要求相对不高的合成酯。为了尽可能减少过量原料,降低酸值,酯化-蒸馏-精制工艺多采用薄膜蒸发(包括降膜蒸发器)或分子蒸馏。中国科学院新疆理化技术研究所采用酯化,薄膜蒸发,精制(如活性白土和碳酸钠吸附)工艺得到合成酯;四川西普化工股份有限公司报道了酯化反应后的粗酯在高真空条件下分子蒸馏脱去过量的酸及单酯,产物经过精制处理后得到多元醇复酯和壬二酸二异辛酯;禾大公司采用真空和氮气的方案,可以使粗酯的酸值降至 0.3mg/g以下;在脱酸阶段采用水蒸气携带过量原料的方法,实现了脱酸的目的。

(4)酯化-精馏工艺。

目前仅有数家单位采用酯化-精馏工艺生产合成酯,其最大的优势是可以实现平推流反应,酯化产物和副产物()不断被移除体系,酯化反应可以顺利进行。随着对环境保护的要求越来越高,合成酯因有可生物降解的性能,其应用已经从主要用于航空航天逐渐被广泛应用于其他领域:目前世界上已有部分国家对森林、农田、矿山等环境敏感区域立法,在这些区域禁止使用矿物基润滑油,如德国政府制定了"蓝色天使计划"。国际海洋环境协会(IMEC)199241日对船用发动机润滑油增补了"生物降解能力必须大于67%的指标要求"生物降解能力不符合要求的润滑油已经禁止在河流、湖泊、海洋中行驶的船舶上使用。我国环境保护方面的政策要求也越来越高,因此合成酯的应用将会越来越厂泛。

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