CN110669558A - 一种柴油抗磨剂的制备方法 - Google Patents

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梁万根
崔振杰
崔卫华
马雪菲
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Abstract

本发明属于油品添加剂领域，具体涉及一种柴油抗磨剂的制备方法，方法如下：将脂肪酸与醇类化合物混合放置在四口烧瓶中，缓慢通入氮气，将四口烧瓶放置在油浴锅内缓慢升温，反应，冷却至室温，沉降，获得的产物即为柴油抗磨剂；在制备过程中无需添加催化剂既可以获得环保的抗磨剂，制备过程简单且易操作，成本低。

Description

一种柴油抗磨剂的制备方法
技术领域
本发明属于油品添加剂领域，具体涉及一种柴油抗磨剂的制备方法。
背景技术
目前随着科技的发展，柴油车的应用在不断的增加，因此柴油作为一种能源需求量也在不断的增加。目前环境污染的问题日益严重，在柴油加工过程中脱除了S等有害物质，这种脱除的柴油的天然极性物质使得柴油的润滑性能大大降低。柴油的润滑性差容易导致发动机精密部件磨损严重易造成较大的经济损失。因此向柴油中添加润滑剂是目前解决问题最有效的方法。
通常脂肪酸与醇的酯化反应中加入硫酸、磷酸、对甲苯磺酸、次亚磷酸、硼酸等酸性物质或氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化镁等碱性物质作催化剂，工业生产过程中残留催化剂易与柴油的其它外加剂发生作用，引起絮凝、沉降，破坏外加剂的有效分散，降低外加剂的作用效果，引起柴油出现絮状物，甚至相分离。无机离子的存在还易生成积炭和沉淀，可能导致加剂柴油的总不溶物、灰分、10％蒸余物残炭增加。催化剂带入的S、脂肪酸胺/酰胺引入的N导致SOx、 NOx排放增加。同时加入的酸性催化剂或者碱性催化剂增加了抗磨剂成本等问题。
因此现在亟需开发了一种成本低且环保的抗磨剂。
发明内容
为了解决上述的问题，本发明提供了一种柴油抗磨剂的制备方法，在制备过程中无需添加催化剂既可以获得环保的抗磨剂，制备过程简单且易操作，成本低。本技术方案中未使用催化剂一方面降低了抗磨剂的成本，同时避免了酸型催化剂对设备的腐蚀问题，方法简单易操作。
本发明的技术方案如下：
一种柴油抗磨剂的制备方法，将脂肪酸与醇类化合物混合放置在四口烧瓶中，缓慢通入氮气，将四口烧瓶放置在油浴锅内缓慢升温，反应，冷却至室温，沉降，获得的产物即为柴油抗磨剂。
优选地，脂肪酸与醇类化合物摩尔比为1-3：1-2。
优选地，脂肪酸为硬脂酸、油酸、亚麻酸中的一种；进一步优选为油酸。
优选地，四口烧瓶内反应压力为≤0.05Mpa。
优选地，四口烧瓶内反应温度为80-180℃。
优选地，反应时间为4-6h。
优选地，醇类化合物为丙二醇、甘油的一种或者两者的混合物，进一步优选为甘油。
优选地，脂肪酸为油酸，醇类化合物为甘油时，油酸：甘油摩尔比＝2:1-3:1 的摩尔比温度控制在140-160℃生成的油酸甘油酯为双挂的油酸甘油酯，发生的化学反应如下：
Figure BDA0002255849330000021
脂肪酸为油酸，醇类化合物为甘油时，油酸：甘油的摩尔比＝1:1-2:1的摩尔比温度在100-10℃内，实验合成的油酸甘油酯为单挂的油酸甘油酯，发生的化学反应如下：
上述的反应过程控制温度可以实现单挂、双挂的不同结果，在不同的温度条件控制其酯的形成，以此来控制抗磨剂的性能。选择反应产物油酸价格低廉且本身不含有硫元素可以适用于低硫柴油的添加剂中。抗磨剂生产过程中，通过控制其原料的添加量以及实验温度可以生产不同分子量的抗磨剂。从结构上看单挂的油酸甘油酯具有2个亲水的羟基和1个亲油的长链烷基，双挂的油酸甘油酯具有 2个亲油的长链烷基和1个亲水的羟基，双挂的油酸甘油酯相比较单挂的油酸甘油酯亲油性更强。其中双挂的油酸甘油酯相比较于单挂的油酸甘油酯抗磨直径更小，润滑性更好。
本发明提供了一种柴油抗磨剂的制备方法，在制备过程中无需添加催化剂既可以获得环保的抗磨剂，制备过程简单且易操作，成本低。
本发明过程的优点:
(1)反应过程中不同的反应条件(摩尔比、温度)可以产生不同分子量的油酸甘油酯；
(2)本反应过程中的油酸甘油酯为不添加任何的催化剂，环保，节约成本。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
将油酸与甘油两者的混合物，按摩尔比1：1混合放置在500ml的四口烧瓶中，缓慢的将氮气通入四口烧瓶中控制氮气的流量在≤0.05Mpa，将四口烧瓶放置在油浴锅内缓慢的将温度升温至100℃，在上述的温度条件下反应4小时。反应产物进行冷却至室温，产物进行沉降，取得上层的溶液即为油酸甘油酯，产品收率为 85％。
实施例2
将油酸与甘油两者的混合物，按摩尔比1.5：1.25混合放置在500ml的四口烧瓶中，缓慢的将氮气通入四口烧瓶中控制氮气的流量在≤0.05Mpa，将四口烧瓶放置在油浴锅内缓慢的将温度升温至120℃，在上述的温度条件下反应4小时，反应产物进行冷却至室温，产物进行沉降，取得上层的溶液即为油酸甘油酯，产品收率为85.3％。
实施例3
将油酸与甘油两者的混合物，按摩尔比2：1混合放置在500ml的四口烧瓶中，缓慢的将氮气通入四口烧瓶中控制氮气的流量在≤0.05Mpa，将四口烧瓶放置在油浴锅内缓慢的将温度升温至140℃，在上述的温度条件下反应6小时，反应产物进行冷却至室温，产物进行沉降，取得上层的溶液即为油酸甘油酯，产品收率 85.6％。
实施例4
将油酸与甘油两者的混合物，按摩尔比3：1.25混合放置在500ml的四口烧瓶中，缓慢的将氮气通入四口烧瓶中控制氮气的流量在≤0.05Mpa，将四口烧瓶放置在油浴锅内缓慢的将温度升温至160℃，在上述的温度条件下反应6小时，反应产物进行冷却至室温，产物进行沉降，取得上层的溶液即为油酸甘油酯，产品收率为85.3％。
实施例5
将硬脂酸与丙二醇两者的混合物按照摩尔比2:1混合在一起，放置在500ml 的四口烧瓶中，缓慢的将氮气通入到四口烧瓶中控制氮气的流量≤0.05Mpa，将四口烧瓶放置在油浴锅中缓慢的将温度升至140℃，在温度为140℃的条件下反应 6小时，反应产物进行冷却至室温产物沉降后取得上层的溶液即为硬脂酸丙二醇酯，产品收率为85％。
实施例6
将硬脂酸与丙二醇两者的混合物按照摩尔比2.5:1混合在一起，放置在500ml 的四口烧瓶中，缓慢的将氮气通入到四口烧瓶中控制氮气的流量≤0.05Mpa，将四口烧瓶放置在油浴锅中缓慢的将温度升至160℃，在温度为160℃的条件下反应 6小时。反应产物进行冷却至室温产物沉降后取得上层的溶液即为硬脂酸丙二醇酯，产品收率为86.1％。
对比例1
称取49.88g丙三醇加入到反应器中，然后将镶嵌有立体网格型固体超酸催化剂装入反应容器中。将放映容器内的搅拌桨磨具做成蜂窝状镂空型网格结构，然后采用不锈钢浇铸，得到不锈钢材质镂空型搅拌桨，将镂空型搅拌桨浸没至稀硫酸或硫酸铵溶液中，再将已制备的基底氧化物ZrO2浸入上述溶液中，制成 SO4 2-/ZrO2型固体超强酸，再加入胶结剂以使得附体超强酸与镂空搅拌桨更加充分牢固的胶结为一体，经过充分浸泽后经过烘干和烘焙制得已镂空型搅拌桨为骨架结构的SO4 2-/ZrO2型固体超强酸催化剂。在负压-0.088MPa条件下升温至110℃，在加入141.03g油酸与丙三醇反应，继续升温至134℃并保持此温度下反应10h，静置分离掉多余的甘油，经过分子筛精制过滤及深度吸附处理后，得到所述的脂型柴油抗磨剂产品，产品收率85.8％。
对比例2
将油酸与甘油1000-1500kg的油酸抽到反应釜，开启搅拌机搅拌5分钟，再将 500-800kg的丙二醇抽到反应釜，开启搅拌机搅拌5分钟；开启加热蒸汽进行升温，升温速度控制在每10分钟20℃，当升温到80℃的时候，以2.5-5kg/分钟加入 5k-10kg氢氧化钠，当温度升到88℃、95℃的时，分别以2.5-5kg/分钟加入氢氧化钠5kg-15和6-20kg，升温速度控制在每10分钟20℃，在115℃时开启氮气；升温速度控制在每10分钟20℃，在130℃时开始反应，反应式为油酸+丙二醇→油酸丙二醇+水，其中氢氧化钠为催化剂；升温速度控制在每10分钟20℃，当升温至168℃-180℃时保持恒温，恒温时间是5-15小时；对产品进行脱水40-50分钟, 脱水完成的产物为最终产品，产品收率为86.1％。
将实施例1-6中制备的抗磨剂和对比例1-2制备的抗磨剂分别以200ug/g加入到柴油中进行柴油的磨损试验。实验条件为：温度60℃、负荷1.96N、频率50Hz、冲程1.0mm、时间4500s。测试结果见表一。
表一柴油抗磨剂的润滑性实验结果
柴油抗磨剂 加入量/ug/g 酸值(KOH)/(mg/g) WSI.4/um
空白 0 / 580
实施例1 200 2.74 335
实施例2 200 2.63 330
实施例3 200 2.17 321
实施例4 200 1.88 333
实施例5 200 2.34 340
实施例6 200 2.58 345
对比例1 200 2.84 340
对比例2 200 1.98 345
通过表一，可以明显看出本实施例的酸值和WSI.4/um与对比例1和2数值相当，但是本申请的实施例中在制备抗磨剂中没有添加任何的催化剂，过程简单，易于操作，成本低。对比例1中加入了酸性催化剂，对比例2中加入了氢氧化钠，在油酸甘油酯的反应过程中未反应的油酸易于氢氧化钠反应生成杂质。工业生产过程中残留催化剂易与柴油的其它外加剂发生作用，引起絮凝、沉降，破坏外加剂的有效分散，降低外加剂的作用效果，引起柴油出现絮状物，甚至相分离。无机离子的存在还易生成积炭和沉淀，可能导致加剂柴油的总不溶物、灰分、10 ％蒸余物残炭增加，催化剂带入的S、脂肪酸胺/酰胺引入的N导致SOx、NOx排放增加。本申请中没有添加任何催化剂，完全避免上述缺陷，且不添加催化剂降低了成本，在制备过程中无需添加催化剂既可以获得环保的抗磨剂，制备过程简单且易操作，成本低。

Claims (9)

1.一种柴油抗磨剂的制备方法，其特征在于，将脂肪酸与醇类化合物混合放置在四口烧瓶中，缓慢通入氮气，将四口烧瓶放置在油浴锅内缓慢升温，反应，冷却至室温，沉降，获得的产物即为柴油抗磨剂。
2.根据权利要求1所述的一种柴油抗磨剂的制备方法，其特征在于，所述脂肪酸与醇类化合物摩尔比为1-3：1-2。
3.根据权利要求1所述的一种柴油抗磨剂的制备方法，其特征在于，所述脂肪酸为硬脂酸或油酸或亚麻酸。
4.根据权利要求3所述的一种柴油抗磨剂的制备方法，其特征在于，所述脂肪酸为油酸。
5.根据权利要求1所述的一种柴油抗磨剂的制备方法，其特征在于，所述四口烧瓶内反应压力为≤0.05Mpa。
6.根据权利要求1所述的一种柴油抗磨剂的制备方法，其特征在于，所述四口烧瓶内反应温度为80-180℃。
7.根据权利要求1所述的一种柴油抗磨剂制备方法，其特征在于，反应时间为4-6h。
8.根据权利要求1所述的一种柴油抗磨剂的制备方法，其特征在于，所述醇类化合物为丙二醇或甘油或其混合物。
9.根据权利要求8所述的一种柴油抗磨剂的制备方法，其特征在于，所述醇类化合物为甘油。
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