合成基础油的新宠儿

2018-06-07   来源：润滑油情报 网友评论 0 条

    从古埃及的战车车轴到3300年后工业革命时的钢铁机械，都采用天然油脂以及动植物提取油作为润滑油。直到19世纪内燃机出现之后，矿物油才开始了它的主宰生涯。在不断发展的润滑油市场中，天然油脂仍然保留着一席之地，用于生产金属加工液等产品。

人们再一次把目光聚焦到天然油脂和脂肪酸提取油身上，但是这一次采用的是极其简单的化学反应，而不再是物理提取法。其中部分产品是可再生基础油，在21世纪初加入商业油的行列。在过去10年里，实验室和市场都出现了大量生物来源合成分子。这些物质属于酯类，一般通过合成偏苯三酸、新戊二醇和三羟甲基丙烷得到，这意味着这些常见的酯类至少有一个化学结构是从石化材料中得到的。

虽然酯类只是合成润滑油的一个小范畴，但是Crystal Market Research的研究报告指出，全球酯类润滑油市场有望从2012年的11.7亿美元增长到2022年的18.3亿美元。

可再生，但不可持续

为了寻找替代能源以及减少温室气体排放，可再生燃料得到了广泛使用，从而刺激了可再生基础油的需求，各种可再生基础油的受欢迎程度不分上下。许多国家立法让部分汽油、柴油设备使用可再生能源，其中比较受青睐的是脂肪酸甲酯。可惜的是，为了种植油棕或大豆来满足欧洲和北美的需求，原始热带雨林地区遭受过度砍伐。

欧洲议会已经撤回了使用脂肪酸甲酯的要求。出于正面的立法理由却带来了负面的影响，这支工业发展史上的小插曲也渐渐消停。从中可知，可再生不一定就是可持续。

同时，大多活跃烃类不断完善，有利于供应商无需使用脂肪酸甲酯等酯类，就能生产可再生柴油。欧洲的芬兰耐思特油业集团和意大利埃尼集团都生产可再生柴油。它们具有共用的润滑油成分；除了可再生，这种柴油还有其他的优点。

两家公司的工艺都能生产出易于剪切的柴油产品。由于无需使用脂肪酸甲酯，因此两大问题（发动机沉积物和润滑油污染）都得到了缓解。从润滑油的角度来看，工作机制变得更加简单，所需的分散剂和抗氧化剂减少，同时性能也不受影响。

耐思特的技术服务专家——马库•霍坎宁解释道，较小粒径分布能够提高发动机燃料的效率，从而减少温室气体排放，比传统柴油产生更少的颗粒，有利于提高当地的空气质量。

霍坎宁还指出脂肪酸甲酯能够稳定保存，而耐思特的MY可再生柴油更适合用于混合动力汽车。毕竟混合动力汽车的燃料在油箱中仅存放几周，而不是几个月。

可持续的合成油

生物燃料的基础油创新可能引领一波合成基础油的发展新潮。近年来，润滑油配制商、新型化学和生物化学工业越来越容易获得多种分子材料。

某些是最新的化学品，其他的则是存在已久的材料，一般从石化产品中获得。一旦商业化成功，这些可再生分子的化学指纹图谱就能得到改变。它们都是合成化学物质，来源于植物或废物。

克莱恩公司预计生物基润滑油市场的复合年均增长率为5%，如果一种或多种分子得到成功利用，那么这个数字还是比较保守的。这些分子材料从可再生来源获取，而且大部分是生物可降解的，具有低毒性，尤其适合用于食物和药品。

可再生Ⅲ类油

耐思特和埃尼采取特定工艺生产目标分子，这些分子原本从原油中提炼，这些分子太小了，因此不能直接用于润滑油。然而，某些公司——有的背后有大财团资助——正在建立直接适用于润滑油的工艺和产品线。这些工艺使用基于细菌、藻类等等的新型化学物质或生物化学物质，它们一般是转基因的或属于有机体。

美国基础油炼油厂Novvi具有较好的口碑，其背后有好一些知名企业支持它研发Ⅲ+类可再生基础油。起初它是美国Amyris生物科技公司与巴西Cosan SA集团建立的合资企业，每年生产1.2万吨Ⅲ类基础油，并且获得美国炼油集团、雪佛龙和美国H&R的注入资本。

Novvi使用Amyris的工艺，利用甘蔗或木纤维素的“废物”材料，以及Cosan的生产力，通过子公司和合资企业消耗了超过400万吨的甘蔗。因此，使用简单的化学反应和较低的成本也能生产大量的材料。

金合欢烯是一种关注度高的分子，它是一种拥有15个碳原子和4个不饱和键的碳氢化合物。

这15个碳原子经过氢化作用之后，具有近乎完美的可以插入生物成分的结构，最终生产出理想的柴油。但是，与耐思特和埃尼生产的分子不同，金合欢烯的不饱和键能够让多个分子结合到一起，得到二聚物、三聚物、四聚物和五聚物，从而采用大小合适的分子来生产基础油。

Estolides酯

Estolides酯是另一种生产合成基础油的天然原料，具有优秀的氧化性、水解稳定性、挥发性、生物降解性和可再生碳成分。在转化过程中，脂肪酸中的酸基团与另一个脂肪酸的双碳键发生反应，生成T型酯。经过进一步耦合可以获得有支链的分子，而且每个支链末端都有酯键。

位于加利福利亚的生物合成公司，其转化技术获得美国农业部的许可，它研发生产Estolides酯分子并获得专利，目前正在寻找新品种作物油。该公司在2017年接受了一笔来自孟山都、BP和赢创几大公司的未知数目的资金，用以研发Estolides酯，这表明它有信心进行Estolides酯商业化生产。

对于Estolides酯的潜力，有一个比较有说服力的例子：给一辆拉斯维加斯出租车加入含有Estolides酯的机油后，进行了里程为241,400千米的实地试验。该出租车使用了全合成GF-5机油，在经历了骤停和继续使用之后，结果显示使用了Estolides酯和添加剂制备的机油，以及另一种添加剂和等量的Estolides酯及Ⅲ类基础油制备的机油后，汽车的机油产生较少的漆状物。

PAO

特殊化学品和化学品中间产品生产商Elevance Renewable Sciences利用获得诺贝尔奖的化学方法，使用植物油等可再生资源从双碳键处分裂脂肪酸链。初始产品是线性a-烯烃（LAO），也就是常说的a-烯烃，以及不饱和线性酸。

一旦化学结构断裂了，它们会互相反应或者在第二阶段与其他的分子反应。LAO可以互相反应形成可再生PAO，但是比起PAO和PAO/酯混合物，Elevance更专注于改善Elevance Aria WTP 40，因此它接下来不会太重视生产“可再生PAO”。从概念上说，Elevance让LAO与线性脂肪酸中提取酯进行反应，从而生成PAO。

因此，Elevance Aria WTP 40合成基础油被称作“功能化PAO”。两种线性酸在另一个第二阶段反应中进行反应，生成长链二酸，可以用作缓蚀剂。

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本文节选自《润滑油情报》杂志2017年11月刊，如需了解更多Ⅱ类基础油市场新发展内容，欢迎来电索刊：020-87766826、87766563、87766589。