Refining and Polymerization of Coking Coal Oil Fraction to Produce High Viscosity Base Oil

doi:10.12422/j.issn.1672-6952.2023.03.004

Abstract

Abstract:

The coking kerosene fraction was used as the raw material for the experiment. The linear α?olefins in the raw oil were enriched by complex extraction method, and the high viscosity poly α?olefin base oil (PAO) was synthesized by oligomerization. The effects of temperature, time and catalyst dosage on the properties of PAO were investigated. The kinematic viscosity, viscosity index and PAO yield rate at 100 ℃ were determined. Under the optimum process conditions of catalyst mass fraction of 6%, polymerization temperature of 25 °C, polymerization time of 8.0 h, addition polymerization temperature of 80 °C and addition polymerization time of 2.0 h, the reaction effect is the best: The kinematic viscosity of PAO at 100 ℃ is 43.54 mm²/s, the viscosit index is 163, the freezing point is -50 ℃, and the flash point is 291 ℃. The yield is 85.48%. Compared with the PAO40 standard, the obtained product is a high viscosity lube base oil.

Key words: Poly?α?olefin, Coking kerosene fraction, Viscosity index, Freezing point, Yield

摘要：

以焦化煤油馏分为原料，采用络合萃取法富集原料中的线性α?烯烃，通过齐聚反应合成高黏度聚α?烯烃(PAO)基础油。考察了温度、时间、催化剂质量分数等工艺条件对PAO性质的影响，同时测定了100 ℃运动黏度、黏度指数及PAO收率。在催化剂质量分数为6%、聚合反应温度为25 ℃、聚合反应时间为8.0 h、加聚反应温度为80 ℃、加聚反应时间为2.0 h的工艺条件下，反应效果最佳；PAO在100 ℃时的运动黏度为43.54 mm²/s，黏度指数为163，凝点为-50 ℃，闪点为291 ℃，收率为85.48%。对比PAO40标准，得到的产品为高黏度润滑油基础油。

关键词: 聚α?烯烃, 焦化煤油馏分, 黏度指数, 凝点, 收率

CLC Number:

TE65

Shuo Zhang, Zewu Jiang, Fuzhi Jia, Jiarui Du, Weiwei Shi, Yuqi Zhang, Dongyun Han. Refining and Polymerization of Coking Coal Oil Fraction to Produce High Viscosity Base Oil[J]. Journal of Liaoning Petrochemical University, 2023, 43(3): 21-27.

张硕, 蒋泽武, 贾富智, 杜佳芮, 石薇薇, 张钰琪, 韩冬云. 焦化煤油馏分精制及聚合生产高黏度润滑油基础油[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2023, 43(3): 21-27.

Figures/Tables 13

References 25

1	孙维，徐婷婷，霍宏亮，等. α⁃烯烃聚合制低黏度聚α⁃烯烃催化剂的研究进展［J］. 精细石油化工进展， 2017， 18（6）： 22⁃25.
2	Hanifpour A， Bahri⁃Laleh N， Mohebbi A， et al. Oligomerization of higher α⁃olefins to poly （α⁃olefins）［J］. Iranian Polymer Journal， 2022， 31（1）： 107⁃126.
3	张乐，马静，苏朔. 国内低黏度聚α⁃烯烃合成基础油研究进展［J］. 石油化工应用， 2021，40（6）：9⁃14.
4	霍思含，张丹，李君华，等. 煤基混合烯烃制备聚α烯烃合成油的工艺研究［J］.辽宁石油化工大学学报，2022，42（1）：24⁃27.
5	刘东阳，曹祖宾，石薇薇，等. 费⁃托蜡裂解混合α⁃烯烃齐聚制备润滑油基础油［J］. 石油化工， 2019， 48（6）： 575⁃582.
6	Benda R， Bullen J， Plomer A. Synthetics basics： Polyalphaolefins⁃base fluids for high‐performance lubricants［J］. Journal of Synthetic Lubrication， 1996， 13（1）：41⁃57.
7	Hogg J M， Ferrer⁃Ugalde A， Coleman F， et al. Borenium ionic liquids as alternative to BF₃ in polyalphaolefins （PAOs） synthesis［J］. ACS Sustainable Chemistry & Engineering， 2019， 7（17）： 15044⁃15052.
8	姜旭峰，费逸伟.聚α⁃烯烃润滑基础油高温氧化条件下的抗泡性能研究［J］.当代化工，2019，48（11）：2544⁃2547.
9	李磊，王慧，何少飞.PAO40合成过程中的影响因素探讨［J］.石化技术，2016，23（5）：25⁃26.
10	李洪梅，曹祖宾，石薇薇，等.混合α⁃烯烃聚合制备高黏度聚α⁃烯烃合成油［J］.石油化工，2019，48（11）：1127⁃1132.
11	刘东阳，石薇薇，曹祖宾，等.费⁃托蜡热裂解制备α⁃烯烃及裂解特性分析［J］.精细石油化工，2018，35（6）：70⁃75.
12	杨兰. α⁃烯烃聚合制取润滑油基础油研究［D］. 上海：华东理工大学， 2012.
13	马建梅，李惠萍，胡子昭，等.1⁃癸烯制备润滑油基础油的合成研究［J］. 当代化工， 2011， 40（6）： 557⁃559.
14	王宇. 高级α⁃烯烃的合成及表征［D］. 沈阳：沈阳工业大学， 2015.
15	杨晓明，丁洪生，王丽. 高黏度指数聚 α⁃烯烃合成润滑油的制备方法［J］. 工业催化， 2012， 20（4）： 40⁃42.
16	杨阳. 1⁃nC₁₂/1⁃nC₁₄混合烯烃齐聚制备高性能润滑油基础油［D］. 大庆：东北石油大学， 2015.
17	任志超，石薇薇，杜佳芮，等. 混合α⁃烯烃聚合生产高黏度合成润滑油基础油［J］. 当代化工， 2021， 50（4）：820⁃823.
18	张幸珂，韩冬云，曹祖宾，等.聚乙烯蜡裂解ɑ⁃烯烃合成聚ɑ⁃烯烃基础油［J］.石油炼制与化工，2018，49（7）：42⁃45.
19	李洪梅，曹祖宾，石薇薇，等. 1⁃癸烯聚合制备高黏度聚α⁃烯烃合成油［J］. 石油炼制与化工， 2019， 50（9）： 81⁃85.
20	Ghosh P， Das M， Upadhyay M， et al. Synthesis and evaluation of acrylate polymers in lubricating oil［J］. Journal of Chemical & Engineering Data， 2011， 56（10）： 3752⁃3758.
21	Ghosh P， Karmakar G. Evaluation of sunflower oil as a multifunctional lubricating oil additive［J］. International Journal of Industrial Chemistry， 2014， 5（1）： 1⁃10.
22	Wang Z， Xia Y， Liu Z. Study the sensitivity of solid lubricating additives to attapulgite clay base grease［J］. Tribology Letters， 2011， 42（2）： 141⁃148.
23	Gulab H， Malik S， Hussain K， et al. Catalytic co‐pyrolysis of waste rubber and waste lubricants with waste copper catalyst into value‐added fuel［J］. International Journal of Energy Research， 2021， 45（10）： 15160⁃15170.
24	张丙伍，唐友云，汪利平，等. 不同来源PAO10的成焦性能［J］. 石油学报（石油加工）， 2015， 31（4）： 1017⁃1021.
25	谷霞，王若飞，邵怀启，等. AlCl₃/促进剂协同催化1⁃癸烯齐聚制备聚α⁃烯烃合成油［J］. 化工进展， 2020， 39（11）： 4497⁃4502.

性质参数	数据
密度(20 ℃)/（g·cm^-3）	0.771 8
馏程/℃
IBP	152
10%	176
30%	187
50%	198
70%	207
90%	220
FBP	235
w（N）/（μg·g^-1）	289.00
w（S）/（μg·g^-1）	148.00
w（α⁃烯烃）/%	33.68
族组成分布	C₈-C₁₄

性质参数	数据
密度(20 ℃)/（g·cm^-3）	0.771 8
馏程/℃
IBP	152
10%	176
30%	187
50%	198
70%	207
90%	220
FBP	235
w（N）/（μg·g^-1）	289.00
w（S）/（μg·g^-1）	148.00
w（α⁃烯烃）/%	33.68
族组成分布	C₈-C₁₄

性质参数	数值
密度(20 ℃)/（g·cm^-3）	0.743 2
收率/%	83.45
馏程/℃
IBP	173
10%	188
50%	237
90%	302
FBP	310
w（α⁃烯烃）/%	70.07
w（饱和链烷烃）/%	13.12
w（N）/（μg·g^-1）	98.00
w（S）/（μg·g^-1）	134.00

性质参数	数值
密度(20 ℃)/（g·cm^-3）	0.743 2
收率/%	83.45
馏程/℃
IBP	173
10%	188
50%	237
90%	302
FBP	310
w（α⁃烯烃）/%	70.07
w（饱和链烷烃）/%	13.12
w（N）/（μg·g^-1）	98.00
w（S）/（μg·g^-1）	134.00

性质参数	数值
性质参数	0.5 h	1.0 h	1.5 h	2.0 h	2.5 h
收率/%	74.38	74.96	77.24	85.48	79.39
运动黏度（100 ℃）/（mm²•s^-1）	32.64	37.56	40.62	43.54	41.46
黏度指数	150	153	157	163	161
凝点/℃	-41	-43	-47	-50	-49