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细说α烯烃-PAO是怎样“炼”成的?

发布于 2018年06月01日 15:52:17

PAO的供需情况及产能分布

根据来自加州的市场调查公司Grand View Research最新发布的研究报告预测,预计至2025年,PAO的使用量将以每年3.5%的速率递增,全球PAO市场需求量将达到81.52万吨,即15.8亿美元。2015年PAO需求量大约为58.24万吨。

全球PAO生产情况(截止2018年)


(数据参考来源: Milind Phadke)

全球三大PAO制造商为英力士、埃克森美孚和雪佛龙菲利普斯化工。其中只有埃克森美孚没有自产α烯烃(α烯烃是生产PAO的原料)。


α烯烃的种类及产能分布

生产PAO的主要原料是C8到C12烯烃,预计截止2018年全球生产α烯烃的厂家及产量情况如下:

(数据来源: Lubes N Greases, NACO estimates)

C4到C20+烯烃中能用于生产PAO的主要是C10烯烃,大约占产量的10%-12%,其次是C12烯烃,部分产品里面也会有少量的C8。

未来两三年内,随着中国煤制油项目的大量投产,将可有效解决目前国内没有高纯a烯烃的难题。单神华一家,煤制α烯烃产能就将近50万吨,其中可用于PAO合成的a烯烃有10多万吨。山西潞安纳克碳一化工率先采用了自产的煤制α烯烃原料生产中高粘度SmartSyn150、SmartSyn200C产品,目前在市场上已经取得了不错的销路,且客户反馈很好,是真正高性价比的国产合成基础油。


α烯烃的生产工艺

根据LAO原料工艺来源不同,α烯烃的生产有三种不同的工艺类型,主要分为乙烯齐聚、蜡裂解、费托合成三大类。



乙烯齐聚法是目前全球最为广泛的工艺,可制备高纯的a烯烃,其碳数分布是从C4到C30+,都是偶碳数烯烃,再通过精馏工艺分离出高纯度的a烯烃,其中可用于PAO合成的烯烃主要是C8到C12烯烃。

蜡裂解烯烃成分复杂,a烯烃纯度低,含有内烯烃、支链烯烃、双烯等,以此为原料合成的PAO在粘温性能、高低温性能方面都有较大差异。

而采用费托合成得到的a烯烃是连续碳数分布,如C8、C9、C10、C11……,与传统乙烯齐聚制备的LAO不同,可以通过分离出合适的a烯烃用于PAO合成。


不同碳数α烯烃聚合生产PAO的差别


从上图可以很清楚地看出,在聚合时选用的α烯烃碳数越低,其低温性能越好,但粘度指数、高温性能和蒸发性能会变差,如果α烯烃碳数越高,其高温性能和粘度指数就越高,但低温性能会变差。采用C10为原料来生产PAO能较好地平衡高低温性能和粘温性能 。

但因C10会面临资源短缺或者价格偏高的问题,为了平衡成本及保证货源稳定性,生产商也会根据市场需求选用混合烯烃或其它适合的烯烃为原料来生产。下面我们可以看看以混合烯烃、C8、C10、C12聚合的PAO8产品的指标差异。


(数据参考来源: 埃克森美孚)

从上图数据来看,用混合烯烃、C8、C10、C12生产PAO,其100℃运动粘度都差不多,但碳数越大粘指越高。

把以上两张图的数据综合起来看就可以很好地解释为什么同等粘度产品有的倾点好但粘指低,有的粘指好但倾点高,除了工艺控制上的细微差异外还关乎原料的选择。


生产PAO的催化剂体系选择

PAO——聚α烯烃,顾名思义就是α烯烃聚合的产物。一般用于PAO生产的主要是在C8到C12区间里,为了把这些烯烃聚合起来,需要催化剂和外部能量如三氯化铝、三氟化硼、茂金属的作用,这些都是常用的催化剂体系。不同的原料选择,不同的催化体系,不同的聚合度控制,就会生产出不同粘度的PAO产品。

生产低粘度PAO用三种催化剂体系都行,但是各有利弊。相对来说,用三氟化硼制备低粘度PAO具有高的选择性,因此国际公司一般都采用三氟化硼生产低粘度PAO。而三氯化铝则比较适合做中高粘度PAO,国际上也同样选择这个路线做PAO40/100,因为如果用这个体系做低粘度从成本上来说不太划算。茂金属也可以用来生产低粘度,但同样会面临工艺障碍和成本问题,总的来说,茂金属很擅长制备高粘度和超高粘度。

所以,我们不能简单评价一个技术的先进或落后,而是要看自身的市场目标和需求,也要看有多少资金可以用于装置安全保障和环保投入,所以这是个非常复杂的测算,需要综合各方面的要求来衡量。