III類基礎(chǔ)油替換為何那么難？

2017-06-26   來源：潤滑油情報

摘要：如果機(jī)油配方設(shè)計師想要與其他基礎(chǔ)油供應(yīng)商合作——原因可能是為了完善產(chǎn)品，也可能是為了解決物流中的問題，或僅僅是出于價格考慮——這種等質(zhì)的變化要遵循一定的規(guī)則。關(guān)鍵是是原基礎(chǔ)油和變化后的基礎(chǔ)油是相當(dāng)?shù)�，修改后的配方相比原API許可產(chǎn)品，提供的性能相同.....

    如果機(jī)油配方設(shè)計師想要與其他基礎(chǔ)油供應(yīng)商合作——原因可能是為了完善產(chǎn)品，也可能是為了解決物流中的問題，或僅僅是出于價格考慮——這種等質(zhì)的變化要遵循一定的規(guī)則。關(guān)鍵是是原基礎(chǔ)油和變化后的基礎(chǔ)油是相當(dāng)?shù)模�修改后的配方相比原API許可產(chǎn)品，提供的性能相同。

人們可以簡單地說：把調(diào)整過的配方“都測試一下”，但這樣做是昂貴的、費時的。例如，根據(jù)API CK-4重型柴油機(jī)油的要求，新的Volvo/MackT-13要進(jìn)行發(fā)動機(jī)油氧化試驗。這個試驗要花175000美元，要想獲得許可證，這個油必須通過這個測試和另外八個發(fā)動機(jī)測試。據(jù)估計，一個配方（每個基礎(chǔ)油配方中的添加劑包）要做完一整套測試，花費可能高達(dá)150萬美元。因為幾乎所有的候選油測試程序是由添加劑供應(yīng)商進(jìn)行的，所以添加劑價格必須負(fù)擔(dān)起這些測試成本。

幸運的是，潤滑油行業(yè)擁有發(fā)動機(jī)試驗數(shù)據(jù)支持這些基礎(chǔ)油之間的轉(zhuǎn)換，使其不用重復(fù)每一個發(fā)動機(jī)試驗。但有一個例外：API Ⅲ類基礎(chǔ)油。它們交換數(shù)據(jù)相比其它基礎(chǔ)油十分有限，多數(shù)情況下，要想對其作出調(diào)整，配方設(shè)計師需要通過一系列的發(fā)動機(jī)試驗。

基礎(chǔ)油分類歷程

Ⅲ類基礎(chǔ)油在30年前還是很罕見的，但近年來出現(xiàn)了數(shù)量不少的煉油廠，造就了它現(xiàn)在的規(guī)模，并且其隊伍還在不斷壯大。北美洲和歐洲等成熟市場預(yù)計在未來對Ⅲ類基礎(chǔ)油的需求將持續(xù)增長（包括Ⅲ+類具有超高粘度指數(shù)的基礎(chǔ)油），因為使用低粘度的基礎(chǔ)油成為了應(yīng)對燃油經(jīng)濟(jì)性的主要對策。

雖然越來越多的Ⅲ類基礎(chǔ)油進(jìn)入機(jī)油配方中，石油混合公司仍然受著交換規(guī)則的制約，這些規(guī)則來自機(jī)油許可和認(rèn)證系統(tǒng)，美國石油學(xué)會的1509號文件。該文件介紹了重型和輕型汽車機(jī)油類別的發(fā)展。

API 1509號文件在全世界范圍內(nèi)被廣泛地參考，根據(jù)汽車生產(chǎn)商和發(fā)動機(jī)制造商的要求，它是用來認(rèn)證和監(jiān)測發(fā)動機(jī)機(jī)油性能的。

1509號文件的關(guān)鍵部分是附錄E，其中涉及了基礎(chǔ)油交換。在許多情況下，BOI可以讓添加劑供應(yīng)商和石油商節(jié)約發(fā)動機(jī)試驗成本。附錄E還根據(jù)其化學(xué)和物理性質(zhì)定義了著名的API分類。Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類是石蠟基礦物油，Ⅳ類聚α烯烴，Ⅴ類涵蓋眾多，包括環(huán)烷基、酯、聚丁烯等（見圖表1）。

1509號文件和這些分類是怎么來的？來自德克薩斯Lubrication Solutions公司的Larry Kuntschik指出，遠(yuǎn)在上世紀(jì)80年代末，當(dāng)時他在德士古工作，那時他目睹了石油公司和汽車公司為了敲定一個新的機(jī)油許可證制度召開了一系列會議，“敲定”一詞用得一點不夸張。他說：“高度分歧的討論終于結(jié)束了，像“除非我死了”這樣的立場，使任何可能的達(dá)成協(xié)議都被打破了。汽車制造商聯(lián)合起來組織了國際潤滑油標(biāo)準(zhǔn)化和批準(zhǔn)委員會（ILSAC），堅定不移地支持他們想要的機(jī)油許可證制度，而API成員則“認(rèn)為雙方至少要互相妥協(xié)，保持API系統(tǒng)的存在。”

來自密歇根MLM咨詢服務(wù)公司的Mike McMillan曾是通用汽車在ILSAC的長期代表，他的話印證了這場會議中存在的不和諧。“ILSAC于1987年成立的原因是原始設(shè)備制造商（OEM）對（石油發(fā)展）系統(tǒng)非常不滿，”他說：“ILSAC的愿景是創(chuàng)建一個全球范圍通用的油的分類和審批制度，ILSAC能夠更多地投入和參與這個系統(tǒng)。”一開始，制造商要求石油產(chǎn)業(yè)要有所貢獻(xiàn)，后來到了1988至1991之間，他們繼續(xù)發(fā)展，起草建立了“一個全面的北美潤滑劑標(biāo)準(zhǔn)化審批制度，或者可以簡稱NALSAS系統(tǒng)。”

“如果說石油公司和添加劑公司不滿意NALSAS系統(tǒng)，那絕對是胡說，”McMillan說：“NALSAS從未實施，原因有很多。”但在1991年的4月，汽車制造商提供了一個妥協(xié)方案，其中包括多項條件（很多關(guān)于發(fā)動機(jī)試驗監(jiān)督的條款），如果要想他們放棄NALSAS系統(tǒng)，那么這些條款必須要得到滿足。

Hap Thompson當(dāng)時是API的員工，他回憶說，當(dāng)時API同意了，這就是現(xiàn)在發(fā)動機(jī)機(jī)油許可和認(rèn)證系統(tǒng)的發(fā)端。又經(jīng)過一年的密集會議，他們把新的議案加以豐滿，他回憶說，但最終草案發(fā)布于1992年4月20日，并且EOLCS于1993年1月正式啟動。新的許可證制度的核心是，根據(jù)添加劑公司的提議，在化學(xué)制造商協(xié)會（現(xiàn)在是美國化學(xué)理事會）的幫助下，為注冊和監(jiān)督所有發(fā)動機(jī)測試制定一套行為規(guī)范。石油生產(chǎn)商也同意了這條款，但拒絕進(jìn)行合理調(diào)整時比如改變油的粘度時，重復(fù)所有發(fā)動機(jī)試驗。

（正如Kuntschik指出，“OEM推崇的方式中有太多的引擎測試。”）解決方案是根據(jù)基礎(chǔ)油的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，加快基礎(chǔ)油的替換和粘度交叉參照。

一旦工作組商定替換的概念，“由汽車、石油和添加劑公司組成的技術(shù)小組促成發(fā)展了各種粘度等級交叉參照的指導(dǎo)方針，”Kuntschik說：“交叉參照只適用于一些測試，”但它意味著一個開始。

任務(wù)小組還草擬了四個基礎(chǔ)油份分類，比現(xiàn)在的分類少了一個.。“當(dāng)時我們只考慮Ⅰ類和Ⅱ類，因為它們占據(jù)當(dāng)時的主流市場�；�本上，它們的差異可以歸結(jié)為：Ⅵ，飽和度和硫含量的差異。”

Hap Thompson回憶道，基礎(chǔ)油替換工作小組在1991年10月開了次會，四個月后又開了一次。他們也意識到高粘度指數(shù)氫裂化的基礎(chǔ)油需要一個獨立的分類，于是任務(wù)小組加了一個Ⅲ類，把PAO放進(jìn)了Ⅳ類，然后把剩下的一股腦分進(jìn)了Ⅴ類。

這些新的API分組和替換對石油公司和添加劑公司來說是十分有利的，但Mike McMillan評論稱，在制定最終執(zhí)行的基礎(chǔ)油替換和粘度等級交叉參數(shù)的準(zhǔn)則時，原始設(shè)備制造商（OEM）并沒有參與進(jìn)來。“兩位（汽車公司）代表的確參加了前幾次的準(zhǔn)則制定會議，但他們并不具備投票權(quán)，而且最后他們也決定放棄參加這些會議，因為覺得他們的意見并不受重視。”McMillan說道。

自那時起，石油公司和添加劑公司負(fù)責(zé)基礎(chǔ)油替換工作，他們要花成千上百萬美元，進(jìn)行嚴(yán)格的矩陣測試以證明它的可行性。

盡管如此，新澤西SK潤滑油公司副總裁Mike Brown說：“一些廠商不接受API/ATIEL BOI規(guī)則，因為他們知道這些規(guī)則不保證引擎可以免受邊緣化油類的影響。”

替換的難度

今天，Ⅲ類基礎(chǔ)油生產(chǎn)商的范圍比以往任何時候都廣泛，Brown觀察道。20年前，只有少數(shù)來自歐洲和韓國的煉油廠生產(chǎn)Ⅲ類基礎(chǔ)油，現(xiàn)在廠商遍布世界各地，其中有阿布扎比、俄羅斯、塞爾維亞、中國、卡塔爾、馬來西亞等等。“我們知道許多不同的工序可以確保粘度指數(shù)至少含有120，飽和度至少有90，硫含量則控制在300ppm以下。

“這些工序指的是費托蠟合成異構(gòu)化、加氫尾油，強(qiáng)調(diào)潤滑油加氫處理，”他說：“這些生產(chǎn)工序根據(jù)成分將基礎(chǔ)油區(qū)別開來。”布朗指出，這些油可以說都是頂級Ⅲ類或Ⅲ+類油，高粘度指數(shù)，無硫、99%以上的飽和度。但他質(zhì)疑他們是否真的可以互換，因為它們在原料、加工類型和物理特征方面都不一樣。他也很好奇，替換準(zhǔn)則只來自于一個或兩個Ⅲ類基礎(chǔ)油（如來自韓國的SK基礎(chǔ)油或來自殼牌的天然氣合成油中的Ⅲ類基礎(chǔ)油），這樣單一的準(zhǔn)則如何能普遍適用于Ⅲ類基礎(chǔ)油中呢？

在北美洲，關(guān)于Ⅲ類基礎(chǔ)油替換的討論仍在繼續(xù)。據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，要想開發(fā)一套數(shù)據(jù)庫，使Ⅲ類基礎(chǔ)油之間的替換成為可能，那么就要對每一個發(fā)動機(jī)序列進(jìn)行測試，成本高達(dá)數(shù)百萬美元。另一個重要的問題是：誰來資助這個計劃？

沒有人在這一步驟挺身而出投入必要的資金。沒有矩陣基金去資助API CK-4的兩個新的重型發(fā)動機(jī)試驗（MackT-13和COAT），也沒有基金資助正在處于開發(fā)階段的ILSAC GF-6發(fā)動機(jī)試驗。毫不奇怪，Ⅲ類基礎(chǔ)油供應(yīng)商不愿意資助矩陣測試，因為這意味著要與行業(yè)新人共享數(shù)據(jù)，告訴他們獲得快速批準(zhǔn)的捷徑。長期預(yù)測表明，Ⅲ類基礎(chǔ)油的市場會繼續(xù)增長。

轎車發(fā)動機(jī)潤滑油目前由SAE 5W-30和0W-20主導(dǎo)市場。然而，像SAE 0W-16這樣低粘度的油類也蓄勢待發(fā)。本田正在對一些特定市場指定SAE 0W-16，工廠方面配方也朝著低粘度0W-8靠攏。雖然其他廠商認(rèn)為這樣的低粘度油不可靠，但是燃油經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢還是非常誘人的。

在重型機(jī)油方面，2016年12月1日市場上迎來了API FA-4系列，它把HTHS粘度要求降低了約15%，最低將SAE 30降低到2.9cP。2.6 cP（SAE 20）的HTHS機(jī)油正在北美洲接受測試，而歐洲的依維柯公司已經(jīng)在生產(chǎn)2.6 cP的發(fā)動機(jī)潤滑油了。

甚至有人已經(jīng)在測試2.1cP（SAE 12）的油類了。為了滿足這些超低粘度的要求，保持油的波動性，就需要大量的Ⅲ類基礎(chǔ)油�；�礎(chǔ)油替換在發(fā)動機(jī)機(jī)油測試和產(chǎn)品開發(fā)方面十分有價值。如果沒有它，發(fā)動機(jī)油的選擇性更少，靈活性更差，成本更高。Joan Evans是新澤西潤英聯(lián)公司全球工業(yè)聯(lián)絡(luò)經(jīng)理，他認(rèn)為該行業(yè)需要繼續(xù)通過數(shù)據(jù)來確定合適的BOI/VGRA準(zhǔn)則。即使這可能也意味著將終止使用現(xiàn)在廣泛使用的基礎(chǔ)油分類方式。

-節(jié)選自《潤滑油情報》雜志2017年5月刊-
如需了解更多基礎(chǔ)油替換課題，歡迎來電索刊：020-87766826、37674321。