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合成基礎(chǔ)油的新寵兒

2018-06-07   來源:潤(rùn)滑油情報(bào)

摘要:從古埃及的戰(zhàn)車車軸到3300年后工業(yè)革命時(shí)的鋼鐵機(jī)械,都采用天然油脂以及動(dòng)植物提取油作為潤(rùn)滑油。直到19世紀(jì)內(nèi)燃機(jī)出現(xiàn)之后,礦物油才開始了它的主宰生涯。在不斷發(fā)展的潤(rùn)滑油市場(chǎng)中,天然油脂仍然保留著一席之地,用于生產(chǎn)金屬加工液等產(chǎn)品......


    從古埃及的戰(zhàn)車車軸到3300年后工業(yè)革命時(shí)的鋼鐵機(jī)械,都采用天然油脂以及動(dòng)植物提取油作為潤(rùn)滑油。直到19世紀(jì)內(nèi)燃機(jī)出現(xiàn)之后,礦物油才開始了它的主宰生涯。在不斷發(fā)展的潤(rùn)滑油市場(chǎng)中,天然油脂仍然保留著一席之地,用于生產(chǎn)金屬加工液等產(chǎn)品。

人們?cè)僖淮伟涯抗饩劢沟教烊挥椭椭舅崽崛∮蜕砩希沁@一次采用的是極其簡(jiǎn)單的化學(xué)反應(yīng),而不再是物理提取法。其中部分產(chǎn)品是可再生基礎(chǔ)油,在21世紀(jì)初加入商業(yè)油的行列。在過去10年里,實(shí)驗(yàn)室和市場(chǎng)都出現(xiàn)了大量生物來源合成分子。這些物質(zhì)屬于酯類,一般通過合成偏苯三酸、新戊二醇和三羥甲基丙烷得到,這意味著這些常見的酯類至少有一個(gè)化學(xué)結(jié)構(gòu)是從石化材料中得到的。

雖然酯類只是合成潤(rùn)滑油的一個(gè)小范疇,但是Crystal Market Research的研究報(bào)告指出,全球酯類潤(rùn)滑油市場(chǎng)有望從2012年的11.7億美元增長(zhǎng)到2022年的18.3億美元。

可再生,但不可持續(xù)

為了尋找替代能源以及減少溫室氣體排放,可再生燃料得到了廣泛使用,從而刺激了可再生基礎(chǔ)油的需求,各種可再生基礎(chǔ)油的受歡迎程度不分上下。許多國(guó)家立法讓部分汽油、柴油設(shè)備使用可再生能源,其中比較受青睞的是脂肪酸甲酯。可惜的是,為了種植油棕或大豆來滿足歐洲和北美的需求,原始熱帶雨林地區(qū)遭受過度砍伐。

歐洲議會(huì)已經(jīng)撤回了使用脂肪酸甲酯的要求。出于正面的立法理由卻帶來了負(fù)面的影響,這支工業(yè)發(fā)展史上的小插曲也漸漸消停。從中可知,可再生不一定就是可持續(xù)。

同時(shí),大多活躍烴類不斷完善,有利于供應(yīng)商無需使用脂肪酸甲酯等酯類,就能生產(chǎn)可再生柴油。歐洲的芬蘭耐思特油業(yè)集團(tuán)和意大利埃尼集團(tuán)都生產(chǎn)可再生柴油。它們具有共用的潤(rùn)滑油成分;除了可再生,這種柴油還有其他的優(yōu)點(diǎn)。

兩家公司的工藝都能生產(chǎn)出易于剪切的柴油產(chǎn)品。由于無需使用脂肪酸甲酯,因此兩大問題(發(fā)動(dòng)機(jī)沉積物和潤(rùn)滑油污染)都得到了緩解。從潤(rùn)滑油的角度來看,工作機(jī)制變得更加簡(jiǎn)單,所需的分散劑和抗氧化劑減少,同時(shí)性能也不受影響。

耐思特的技術(shù)服務(wù)專家——馬庫(kù)•霍坎寧解釋道,較小粒徑分布能夠提高發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的效率,從而減少溫室氣體排放,比傳統(tǒng)柴油產(chǎn)生更少的顆粒,有利于提高當(dāng)?shù)氐目諝赓|(zhì)量。

霍坎寧還指出脂肪酸甲酯能夠穩(wěn)定保存,而耐思特的MY可再生柴油更適合用于混合動(dòng)力汽車。畢竟混合動(dòng)力汽車的燃料在油箱中僅存放幾周,而不是幾個(gè)月。

可持續(xù)的合成油

生物燃料的基礎(chǔ)油創(chuàng)新可能引領(lǐng)一波合成基礎(chǔ)油的發(fā)展新潮。近年來,潤(rùn)滑油配制商、新型化學(xué)和生物化學(xué)工業(yè)越來越容易獲得多種分子材料。

某些是最新的化學(xué)品,其他的則是存在已久的材料,一般從石化產(chǎn)品中獲得。一旦商業(yè)化成功,這些可再生分子的化學(xué)指紋圖譜就能得到改變。它們都是合成化學(xué)物質(zhì),來源于植物或廢物。

克萊恩公司預(yù)計(jì)生物基潤(rùn)滑油市場(chǎng)的復(fù)合年均增長(zhǎng)率為5%,如果一種或多種分子得到成功利用,那么這個(gè)數(shù)字還是比較保守的。這些分子材料從可再生來源獲取,而且大部分是生物可降解的,具有低毒性,尤其適合用于食物和藥品。

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可再生Ⅲ類油

耐思特和埃尼采取特定工藝生產(chǎn)目標(biāo)分子,這些分子原本從原油中提煉,這些分子太小了,因此不能直接用于潤(rùn)滑油。然而,某些公司——有的背后有大財(cái)團(tuán)資助——正在建立直接適用于潤(rùn)滑油的工藝和產(chǎn)品線。這些工藝使用基于細(xì)菌、藻類等等的新型化學(xué)物質(zhì)或生物化學(xué)物質(zhì),它們一般是轉(zhuǎn)基因的或?qū)儆谟袡C(jī)體。

美國(guó)基礎(chǔ)油煉油廠Novvi具有較好的口碑,其背后有好一些知名企業(yè)支持它研發(fā)Ⅲ+類可再生基礎(chǔ)油。起初它是美國(guó)Amyris生物科技公司與巴西Cosan SA集團(tuán)建立的合資企業(yè),每年生產(chǎn)1.2萬(wàn)噸Ⅲ類基礎(chǔ)油,并且獲得美國(guó)煉油集團(tuán)、雪佛龍和美國(guó)H&R的注入資本。

Novvi使用Amyris的工藝,利用甘蔗或木纖維素的“廢物”材料,以及Cosan的生產(chǎn)力,通過子公司和合資企業(yè)消耗了超過400萬(wàn)噸的甘蔗。因此,使用簡(jiǎn)單的化學(xué)反應(yīng)和較低的成本也能生產(chǎn)大量的材料。

金合歡烯是一種關(guān)注度高的分子,它是一種擁有15個(gè)碳原子和4個(gè)不飽和鍵的碳?xì)浠衔铩?/span>

這15個(gè)碳原子經(jīng)過氫化作用之后,具有近乎完美的可以插入生物成分的結(jié)構(gòu),最終生產(chǎn)出理想的柴油。但是,與耐思特和埃尼生產(chǎn)的分子不同,金合歡烯的不飽和鍵能夠讓多個(gè)分子結(jié)合到一起,得到二聚物、三聚物、四聚物和五聚物,從而采用大小合適的分子來生產(chǎn)基礎(chǔ)油。

Estolides酯

Estolides酯是另一種生產(chǎn)合成基礎(chǔ)油的天然原料,具有優(yōu)秀的氧化性、水解穩(wěn)定性、揮發(fā)性、生物降解性和可再生碳成分。在轉(zhuǎn)化過程中,脂肪酸中的酸基團(tuán)與另一個(gè)脂肪酸的雙碳鍵發(fā)生反應(yīng),生成T型酯。經(jīng)過進(jìn)一步耦合可以獲得有支鏈的分子,而且每個(gè)支鏈末端都有酯鍵。

位于加利福利亞的生物合成公司,其轉(zhuǎn)化技術(shù)獲得美國(guó)農(nóng)業(yè)部的許可,它研發(fā)生產(chǎn)Estolides酯分子并獲得專利,目前正在尋找新品種作物油。該公司在2017年接受了一筆來自孟山都、BP和贏創(chuàng)幾大公司的未知數(shù)目的資金,用以研發(fā)Estolides酯,這表明它有信心進(jìn)行Estolides酯商業(yè)化生產(chǎn)。

對(duì)于Estolides酯的潛力,有一個(gè)比較有說服力的例子:給一輛拉斯維加斯出租車加入含有Estolides酯的機(jī)油后,進(jìn)行了里程為241,400千米的實(shí)地試驗(yàn)。該出租車使用了全合成GF-5機(jī)油,在經(jīng)歷了驟停和繼續(xù)使用之后,結(jié)果顯示使用了Estolides酯和添加劑制備的機(jī)油,以及另一種添加劑和等量的Estolides酯及Ⅲ類基礎(chǔ)油制備的機(jī)油后,汽車的機(jī)油產(chǎn)生較少的漆狀物。

PAO

特殊化學(xué)品和化學(xué)品中間產(chǎn)品生產(chǎn)商Elevance Renewable Sciences利用獲得諾貝爾獎(jiǎng)的化學(xué)方法,使用植物油等可再生資源從雙碳鍵處分裂脂肪酸鏈。初始產(chǎn)品是線性a-烯烴(LAO),也就是常說的a-烯烴,以及不飽和線性酸。

一旦化學(xué)結(jié)構(gòu)斷裂了,它們會(huì)互相反應(yīng)或者在第二階段與其他的分子反應(yīng)。LAO可以互相反應(yīng)形成可再生PAO,但是比起PAO和PAO/酯混合物,Elevance更專注于改善Elevance Aria WTP 40,因此它接下來不會(huì)太重視生產(chǎn)“可再生PAO”。從概念上說,Elevance讓LAO與線性脂肪酸中提取酯進(jìn)行反應(yīng),從而生成PAO。

因此,Elevance Aria WTP 40合成基礎(chǔ)油被稱作“功能化PAO”。兩種線性酸在另一個(gè)第二階段反應(yīng)中進(jìn)行反應(yīng),生成長(zhǎng)鏈二酸,可以用作緩蝕劑。

……

-END-

本文節(jié)選自《潤(rùn)滑油情報(bào)》雜志2017年11月刊,如需了解更多Ⅱ類基礎(chǔ)油市場(chǎng)新發(fā)展內(nèi)容,歡迎來電索刊:020-87766826、87766563、87766589。


 
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