[发明专利]一种低碳烯烃经聚合直接合成高性能低粘度基础油的工艺方法

说明书

本发明涉及一种经低碳烯烃聚合直接合成高性能低粘度基础油的工艺方法。具体地，本发明公开了一种经低碳烯烃直接合成高性能的具有低粘度的基础油的方法，所述方法包括聚合、加氢、精馏等多个工序。本发明所述的方法原料易得，三废少，减少了生产过程的污染，合成的基础油性能好、生产成本低。

技术领域

本发明涉及合成基础油生产技术领域，具体涉及一种乙烯等低碳烯烃(C₂-C₄)经聚合直接合成高性能低粘度基础油的工艺方法。

背景技术

润滑油是工业中不可缺少的物质材料，对于节能降耗、保护、保障设备长期高效运转具有重要价值。据统计全球工业能源消耗量的1/3-1/2是由摩擦所造成的，而且80％的失效零件是因为磨损造成，因此高性能润滑油对于减少磨损、降低能耗以及社会的可持续性发展意义重大。由于润滑油是由70～95％的基础油和5～30％添加剂所组成，因此，基础油的性能基本上决定了润滑油的品质。目前国际上通用的基础油包含矿物油(API I-APIIII)和合成油(APIIV-V)，其中全合成油PAO(API IV)具有操作温度范围宽、粘温性能好、粘度指数高、倾点低和蒸发损失小、氧化安定性好、环境友好等特点，是一类高品质的润滑油基础油，应用于许多高端领域。例如美国军队大量使用高性能的合成液压油、发动机油、齿轮油和传动液，阿富汗和伊拉克战争中美国军队使用的大量武器装备，从M1/A1Abrams坦克到装甲车、喷气式军用飞机都要求使用PAO合成油。

现有的PAO生产主要有以下三种生产工艺：1)BF₃+醇催化体系：主要由①聚合，②BF₃回收，③水洗，④常压蒸馏，⑤加氢，⑥减压精馏，⑦调和七个工序组成；2)AlCl₃+醇催化体系：主要由①聚合，②沉降切渣，③中和，④过滤，⑤常压蒸馏，⑥加氢，⑦减压精馏，⑧白土精制，⑨调和9个主要工序组成；3)茂金属催化体系：主要由①聚合，②淬灭-吸附，③过滤，④常压蒸馏，⑤加氢，⑥减压精馏，⑦调和7个主要工序组成。其中，BF₃+醇催化体系主要用于生产低粘度的PAO；AlCl₃+醇主要生产中高粘度的PAO；茂金属催化体系主要生产高粘度的PAO。

上述三种工艺合成PAO的聚合原料主要是C₈、C₁₀和C₁₂的α-烯烃，尤其以C₁₀(1-癸烯)合成PAO的质量最好。α-烯烃大多数来源于乙烯齐聚，通过SHOP工艺齐聚得到的烯烃碳数符合Flory分布，C₈、C₁₀和C₁₂含量约占40％；经齐聚再分离得到目标α-烯烃后再进行催化聚合得到PAO，因此乙烯的总转化率比较低，整体工艺过程也非常复杂，工艺流程较长，大大增加了PAO的生产成本。

国内生产PAO的原料全部依赖进口，且货源不稳定。也有相关的替代工艺：1)利用裂解制备的混合α-烯烃进行聚合，但是裂解得到的混合α-烯烃的烯烃分布宽，且含有大量内烯烃等不能参与聚合的杂质，所得到的PAO跟用国外原料生产得到的PAO质量差距明显。2)专利CN201510439004.4中报道用高温费托合成的α-烯烃，然后进行分离聚合，不过该方案所得到的α-烯烃的收率也较低(45％)，烯烃碳数是连续分布(同时含奇数碳和偶数碳)，导致前期分离成本大，α-烯烃的纯度较低，特别是相邻的奇数碳和偶数碳无法分离，影响产品性能的稳定性和质量。此外，聚合前期的纯化成本高，需使用到钾钠合金等。

除上述原料问题外，现有的催化体系的还存在以下几个问题：

1)AlCl₃+醇催化反应体系导致产品分子量分布宽，催化剂不可回收，且因体系存在大量的氯离子，对设备的腐蚀较大，前期需白土中和，后期需再次加入白土精制，因此工艺中产生大量废渣(约占产品的10％)。

2)BF₃+醇催化体系因BF₃毒性大，且腐蚀性强，必须进行催化剂回收，造成回收成本非常高，后处理还会产生大量的废水；