CN104178242A - 一种制备食品级通用全合成润滑油的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备食品级通用全合成润滑油的方法，该发明包括活性离子液体催化剂的制备和一步法合成聚α-烯烃(PAO)，所述方法于高压釜式反应器中将乙烯单体与适量活性离子液体催化剂在0.2～1.0MPa、50～120℃的条件下反应，产物经过滤、氢化、蒸馏等后处理得到运动粘度(100℃)在1.9～23.7mm2/s食品级通用全合成润滑油。本发明所涉及的离子液体催化剂具有催化活性和可重复性；所制备的食品级通用润滑油具有优越的粘温性、低温流动性、渗透润滑性，无毒无害、使用寿命长、合成简便及低成本等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备食品级通用全合成润滑油的方法，属于化工技术领域。所述发明包括离子液体催化剂的制备和一步法制备聚α-烯烃(PAO)，以及产物后处理。该方法制备的PAO具有优越的粘温性、低温流动性、渗透润滑性，无毒无害、使用寿命长、合成简便及低成本等特点，广泛应用于食品级润滑油或食品级润滑油的基础油
背景技术
目前，随着全球人类生活水平的提高以及人们对生命健康的日益重视，食品安全愈来愈受到社会广泛而密切的关注，它已经成为影响食品生产企业生存发展的关键因素。
普通润滑油脂的基础油精制深度不够，含有较多的稠环芳烃、3，4-苯并芘等致癌物质，这些物质严重危害人体健康，它的存在是食品安全的一大隐患，因此在食品生产中不能使用普通的润滑油脂。美国国家卫生基金会(NSF)要求对食品润滑油脂应不含铅、锑、镉、汞等金属，亦不含砷、硒等有毒元素。
目前，食品级润滑油脂采用的基础油主要有优质精制矿物质油和合成油两大类。优质精制矿物质油，如加氢裂解矿物质油不含芳香烃类，链状饱和烃占99％以上，而普通矿物质油链状饱和烃只有65％～75％，芳香烃占25％～35％，硫的含量为13～15000mg/kg，故矿物质油存在易氧化，易霉变，润滑持久力差，润滑效果差的缺点。全合成润滑油基础油被人工设计成一定的分子结构和大小，成分单一，从本质上改善了润滑油的有用成分；其具备特定的微观结构以及不给水和氧砌合的空间，整体上提升了润滑油在使用过程中各项性能的稳定。目前，食品级润滑油脂采用的全合成基础油有PAO、硅油、全氟聚醚等。在这些基础油中，PAO是纯饱和烃化合物，不含芳香烃和其他金属组分，因此无毒害，对皮肤和粘膜无刺激作用，与矿物质基础油相比较，具有优良的抗泡性和空气分离性，良好的化学和物理稳定性，优良的渗透性和吸附性能，且没有毒性，其使用寿命达矿物质油的三倍以上。然而，目前国内的PAO生产工艺一般采用相对落后的石蜡裂解技术，再经过加氢补充精制、加氢裂化和异构化等复杂繁琐的精制工艺，具有效率低下，成本高的缺点；而且，至今国内还不具备自主研发生产食品级合成润滑油的能力，这方面技术仍处于空白阶段。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对食品级润滑油制备技术中的不足，提供一种制备食品级通用全合成润滑油的方法。
为解决上述技术问题，本发明公开的是一种制备食品级通用全合成润滑油的方法，其特征在于具有工艺简便高效，成本较低，产品无毒环保，粘度指数高，高低温性能优良，很适合作为食品级润滑油的基础油或直接作为食品级润滑油使用。该工艺包括以下步骤：(1)活性离子液体催化剂的制备：采用三组分反应法制备，首先将A组分与B组分充分混合溶解于有机溶剂中，然后在氮气保护下缓慢加入C组分，保持一定的搅拌速度，控制反应温度为20～45℃，反应时间为1～4小时即得到活性离子液体催化剂。
上述步骤中，A组分为1，2-二烷基咪唑或N，N-二烷基咪唑中的一类，B组分为三氧化二铝、纳米二氧化硅、氯化镁、氯化锌、复合烷基铝(AlEt2Cl-AlR3)、氯代烷基铝中的一种，C组分为无水三氯化铝、二乙基氯化铝、乙基二氯化铝和无水氯化铁、三氟化硼中的一种。
上述步骤中，A组分∶B组分∶C组分＝1∶0.5～2∶1～5。
上述步骤中，有机溶剂为经过脱水处理后的非极性或极性较小的溶剂，如二氯甲烷、氯仿、环己烷、四氯化碳中的一种，其用量为A组分、B组分、C组分三组分质量和的1/2～5倍。
(2)一步法合成聚α-烯烃(PAO)：在高压反应釜中加入一定量有机溶剂和占反应釜总体积的1/500～1/50的离子液体催化剂，通入乙烯气体，保持反应釜中的压力为0.2～1.0MPa，控制反应釜的温度为50～120℃，反应20～30小时。
以上步骤中，所用有机溶剂为经过脱水处理后的非极性或极性较小的溶剂，如二氯甲烷、氯仿、环己烷、四氯化碳中的一种，其用量为A组分、B组分、C组分质量和的1/2～5倍。其与活性离子液体催化剂的体积比为15∶1～250∶1。
(3)反应釜降至常温，分别经沉淀和过滤分离出离子液体催化剂及其残余，再经过氢化、蒸馏后得到食品级通用全合成润滑油。
上述步骤中，氢化的目的是降低不饱和度，氢化所用催化剂为负载镍系催化剂或负载钯系催化剂的一类，优选为负载钯系催化剂，控制压力为0.2～1.0MPa，温度为25～75℃，氢化时间控制在2～20小时。在该反应的过程中，不饱和度的量一般被降低超过95％。
上述步骤中，蒸馏的目的是去除溶剂和分离二聚体和三聚体等小分子中间体。
本发明的最终产物为无毒环保、性能优异的聚α-烯烃(PAO)。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明所制备的食品级通用润滑油具有安全无毒、性能优良的特点，且制备过程简捷、高效，所需要的生产设备和试剂均价格便宜，生产成本较低。在生产制备过程中没有有害物质的释放，保护环境，为实现低成本、高效率的制备食品级通用全合成润滑油提供了有利条件。
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
实施例1
(1)活性离子液体催化剂的制备：首先将1，2-二甲基咪唑与三氧化二铝混合溶解于一定量环己烷中，然后在氮气的保护下缓慢加入无水三氯化铝，其中1，2-二甲基咪唑、三氧化二铝、无水三氯化铝的质量比为1∶2∶2.5，三组分总质量与环己烷用量比为1∶2.5，保持一定的搅拌速度，控制反应温度为35～40℃，反应时间为2小时即得到活性离子液体催化剂。
(2)聚α-烯烃(PAO)的制备：在10L高压反应釜中加入25mL离子液体催化剂，同时加入1.75L环己烷，通入乙烯气体，控制一定的搅拌速度，保持反应釜中的压力为0.2～0.5MPa，控制反应釜的温度为55～75℃，反应时间为24小时。
(3)反应釜降至常温，分别经沉淀和过滤分离出离子液体催化剂及其残余，将滤出物转入装有负载钯系催化剂的氢化釜中，控制压力和温度分别在0.4～0.6MPa和室温，氢化时间控制在6～8小时。再经过蒸馏，去除溶剂和分离二聚体和三聚体等小分子中间体，最后得到无毒环保、性能稳定的食品级通用全合成润滑油。该润滑油在40℃的运动粘度为5.8mm2/s，100℃的运动粘度为2.3mm2/s，粘度指数为120。
实施例2
(1)活性离子液体催化剂的制备：首先将1，3-二甲基咪唑与纳米二氧化硅混合溶解于一定量环己烷中，然后在氮气的保护下缓慢加入无水三氯化铝，其中1，3-二甲基咪唑、纳米二氧化硅、无水三氯化铝的质量比为1∶1.5∶4，三组分总质量与环己烷用量比为1∶3，保持一定的搅拌速度，控制反应温度为25～30℃，反应时间为2小时即得到活性离子液体催化剂。
(2)聚α-烯烃(PAO)的制备：在2L高压反应釜中加入7.5mL离子液体催化剂，同时加入500mL环己烷，通入乙烯气体，控制一定的搅拌速度，保持反应釜中的压力为0.5～0.7MPa，控制反应釜的温度为50～70℃，反应时间为24小时。
(3)反应釜降至常温，分别经沉淀和过滤分离出离子液体催化剂及其残余，将滤出物转入装有负载钯系催化剂的氢化釜中，控制压力和温度分别在0.2～0.5MPa和室温，氢化时间控制在8～10小时。再经过蒸馏，去除溶剂和分离二聚体和三聚体等小分子中间体，最后得到无毒环保、性能稳定的食品级通用全合成润滑油。该润滑油在40℃运动粘度为16.9mm2/s，100℃运动粘度为4.3mm2/s，粘度指数为159。
实施例3
(1)活性离子液体催化剂的制备：首先将1-甲基-3-丙基咪唑与氯化镁混合溶解于一定量氯仿中，然后在氮气的保护下缓慢加入三氟硼酸，其中1-甲基-3-丙基咪唑、氯化镁、三氟硼酸的质量比为1∶1∶3，三组分总质量与氯仿用量比为1∶2.5，保持一定的搅拌速度，控制反应温度为40～45℃，反应时间为2小时即得到活性离子液体催化剂。
(2)聚α-烯烃(PAO)的制备：在200L高压反应釜中加入700mL离子液体催化剂，同时加入30L环己烷，通入乙烯气体，控制一定的搅拌速度，保持反应釜中的压力为0.5～0.8MPa，控制反应釜的温度为50～75℃，反应时间为24小时。
(3)反应釜降至常温，分别经沉淀和过滤分离出离子液体催化剂及其残余，将滤出物转入装有负载钯系催化剂的氢化釜中，控制压力和温度分别在0.4～0.9MPa和室温，氢化时间控制在3～6小时。再经过蒸馏，去除溶剂和分离二聚体和三聚体等小分子中间体，最后得到无毒环保、性能稳定的食品级通用全合成润滑油。该润滑油在40℃运动粘度为18.3mm2/s，100℃运动粘度为6.2mm2/s，粘度指数为167。
实施例4
(1)活性离子液体催化剂的制备：首先将1-甲基-3-丁基咪唑与复合烷基铝(AlEt2Cl-Al(i-Bu)3)混合溶解于一定量氯仿中，然后在氮气的保护下缓慢加入无水三氯化铁，其中1-甲基-3-丁基咪唑、复合烷基铝(AlEt2Cl-Al(i-Bu)3)、无水三氯化铁的质量比为1∶1∶3，三组分总质量与氯仿用量比为1∶2.5，保持一定的搅拌速度，控制反应温度为40～45℃，反应时间为2小时即得到活性离子液体催化剂。
(2)聚α-烯烃(PAO)的制备：在200L高压反应釜中加入650mL离子液体催化剂，同时加入30L环己烷，通入乙烯气体，控制一定的搅拌速度，保持反应釜中的压力为0.5～0.8MPa，控制反应釜的温度为50～75℃，反应时间为24小时。
(3)反应釜降至常温，分别经沉淀和过滤分离出离子液体催化剂及其残余，将滤出物转入装有负载钯系催化剂的氢化釜中，控制压力和温度分别在0.4～0.9MPa和室温，氢化时间控制在5～8小时。再经过蒸馏，去除溶剂和分离二聚体和三聚体等小分子中间体，最后得到无毒环保、性能稳定的食品级通用全合成润滑油。该润滑油在40℃运动粘度为32.6mm2/s，100℃运动粘度为18.5mm2/s，粘度指数为187。
实施例5
(1)活性离子液体催化剂的制备：首先将1-乙基-3-乙基咪唑与三乙基铝Al(C2H5)3混合溶解于一定量氯仿中，然后在氮气的保护下缓慢加入无水三氯化铝，其中1-乙基-3-乙基咪唑、三乙基铝Al(C2H5)3、无水三氯化铝的质量比为1∶1.2∶3，三组分总质量与环己烷质量比为1∶2，保持一定的搅拌速度，控制反应温度为40～45℃，反应时间为2小时即得到活性离子液体催化剂。
(2)聚α-烯烃(PAO)的制备：在200L高压反应釜中加入600mL离子液体催化剂，同时加入25L环己烷，通入乙烯气体，控制一定的搅拌速度，保持反应釜中的压力为0.5～0.8MPa，控制反应釜的温度为50～75℃，反应时间为24小时。
(3)反应釜降至常温，分别经沉淀和过滤分离出离子液体催化剂及其残余，将滤出物转入装有负载钯系催化剂的氢化釜中，控制压力和温度分别在0.4～0.9MPa和室温，氢化时间控制在5～8小时。再经过蒸馏，去除溶剂和分离二聚体和三聚体等小分子中间体，最后得到无毒环保、性能稳定的食品级通用全合成润滑油。该润滑油在40℃运动粘度为28.3mm2/s，100℃运动粘度为12.4mm2/s，粘度指数为170。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (15)
1.一种制备食品级通用全合成润滑油的方法，其特征在于，该方法具体操作如下：
(1)活性离子液体催化剂的制备：采用三组分反应法制备离子液体催化剂：首先将A组分与B组分混合溶解于有机溶剂中，在氮气的保护下再缓慢加入C组分，控制反应温度为20～45℃，反应时间为1～4小时即获得活性离子液体催化剂；
(2)一步法合成聚α-烯烃(PAO)：在高压反应釜中加入一定量的有机溶剂和步骤(1)制得的离子液体催化剂，通入乙烯气体，保持反应釜中的压力为0.2～1.0MPa，控制反应釜的温度为50～120℃，反应时间为20～30小时，获得粗产物；
(3)反应釜温度降至常温，将步骤(2)制备的粗产物聚α-烯烃(PAO)经静置沉淀、过滤分离出离子液体催化剂及其残余，再经氢化、蒸馏后即可得到食品级通用全合成润滑油或食品级通用全合成润滑油基础油。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中A组分为1，2-二烷基咪唑、N，N-二烷基咪唑中的一类。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中B组分三氧化二铝、纳米二氧化硅、氯化镁、氯化锌、复合烷基铝(AlEt2Cl-AlR3)、氯代烷基铝中(RnAlX3-n，X为卤素，n＝1，2，3)的一种。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中C组分为无水三氯化铝、无水氯化铁或三氟化硼中的一种。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中有机溶剂为经过脱水处理后的非极性或极性较小的溶剂，如二氯甲烷、氯仿、环己烷、四氯化碳中的一种。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中A组分∶B组分∶C组分＝1∶0.5～2∶1～5。
7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中有机溶剂的用量为A组分、B组分、C组分三组分质量和的1/2～5倍。
8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中所用机溶剂为经过脱水处理后的非极性或极性较小的溶剂，如二氯甲烷、氯仿、环己烷、四氯化碳中的一种。
9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中活性离子液体催化剂和有机溶剂的体积比为1∶15～1∶250。
10.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中活性离子液体催化剂的用量为反应釜总体积的1/500～1/50。
11.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)中氢化所用催化剂为负载镍系催化剂和负载钯系催化剂的一类。
12.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)中氢化压力控制在0.2～1.0MPa。
13.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)中氢化温度控制在25～75℃。
14.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)中加氢时间控制在2～20小时。
15.按照权利要求1所述的方法制备出的食品级通用全合成润滑油运动粘度(100℃)在19～23.7mm2/s。
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