重要突破！特高粘度指数mPAO成套工艺技术成果转化

 

与会专家听取了工作报告和技术报告，经质询后一致认为：本项目成果符合计划任务指标要求，成套工艺技术具有创新性和自由运作权，并达到国际先进水平；建议加快推进工业化装置建设。项目的顺利验收标志着上海化工研究院以茂金属催化剂为基础的高端聚烯烃领域的成套技术开发及应用实现新突破。

 

茂金属聚α-烯烃（mPAO）是通过茂金属催化剂催化α-烯烃聚合得到的高端合成润滑油基础油，与传统合成聚α-烯烃(cPAO)相比，mPAO具有黏度指数高、油膜厚度大、低温流动性好、热稳定性好、氧化稳定性强、剪切稳定性高、挥发性低、相容性优、毒性低等特点，在高温特性、低温特性、使用寿命方面优势明显。

 

 

在mPAO的生产制备中，茂金属催化剂起到了至关重要的结构调控作用，推动实现了常规催化路线无法比拟的产品特性。

 

作为单活性中心催化剂，与传统齐格勒-纳塔（Ziegler-Natta）催化剂和铬系催化剂相比，茂金属催化剂的优势在于显著体现聚合反应的均一性和所制备聚合物结构的可调控性，且聚烯烃产品的分子量分布更窄。

 

 

工业润滑油由基础油和添加剂组合而成。其中，润滑油基础油是润滑油的核心组成部分，其占比约在85%-90%，因此，基础油的性能和品质直接决定了成品润滑油的性能和品质。润滑油基础油主要分矿物基础油、合成基础油以及植物油基础油三大类。

 

1）矿油基础油：由原油提炼而成。矿物型润滑油的生产，最重要的是选用最佳的原油。矿物基础油的化学成分包括高沸点、高分子量烃类和非烃类混合物。其组成一般为烷烃（直链、支链、多支链）、环烷烃（单环、双环、多环）、芳烃（单环芳烃、多环芳烃）、环烷基芳烃以及含氧、含氮、含硫有机化合物和胶质、沥青质等非烃类化合物。

 

2）生物基础油（植物油）：可以生物降解而迅速降低环境污染，但成本较高。

 

3）合成基础油：包括PAO聚ɑ稀烃合成油，聚醚合成油，烷基苯油等。

 

目前，合成润滑油已被广泛用于航空、汽车、机械等领域。常见的合成润滑油主要有聚烯烃类、合成酯类、聚醚类和烷基化芳烃等，聚烯烃类是最主流的合成油。
 

目前聚烯烃合成润滑油主要有：聚 α－烯烃合成润滑油（PAO）和聚乙烯合成润滑油两大类。PAO是由α－烯烃经催化聚合加氢得到的、 具有规整结构的烷烃低聚物，其中由茂金属催化聚合得到的PAO一般称为ｍPAO，由煤制烯烃合成的PAO称为煤基PAO。PAO与传统矿物润滑油相比，具有黏温性能、氧化安定性和低温流动性好，蒸发损失低等优势，是目前综合性能最为理想的润滑油基础油，在国防、高端制造、民用工业中具有不可替代的作用。

聚α-烯烃（PAO）合成基础油是由一种或多种线性α-烯烃在催化剂作用下进行齐聚，并经过蒸馏、加氢等工艺过程所获得的氢化α-烯烃低聚体。低黏度PAO的化学结构组成是较为规整的带长侧链的异构烷烃，具有黏度指数高、倾点低、氧化安定性好、闪点高以及挥发度低等特性，在航空航天、军工等尖端领域发挥着不可替代的作用，同时也是生产高级汽车、风电、高铁、智能制造等行业高档润滑油脂的重要原料。伴随着内燃机和各种机械设备技术进步对润滑油性能提出日益严苛的要求，PAO合成基础油的应用受到日益广泛的重视，市场对PAO的需求不断增加。但受限于原料供应、生产技术、环保等因素的制约，国内低黏度PAO目前仍主要依靠进口。因此，近些年来，国内在持续加强低黏度PAO的研究工作。

 

 

茂金属聚α烯烃 (mPAO)基础油是由专用的茂金属催化剂工艺提炼的。其特点有：高黏度指数、低温流动性、低挥发性、优异的氧化安定性、优异的热稳定性、低牵引力、低毒性、高剪切稳定性、与其他油和材料能够很好地相容、增强了空气释放/泡沫性能。茂金属催化剂是高质量mPAO必须具备的催化性基础材料。
 

茂金属属于新一代的催化剂，和过去Ziegler—Natta催化剂相比，茂金属催化剂催化活性极高，比传统的Ziegler-Natta催化体系高100倍以上，而且催化剂用量极少。作为均相单活性中心催化剂，具有优异的共聚性能，聚合产物的分子量分布窄，黏度指数高，产物性质稳定，使用寿命长。用茂金属催化出来的新的PAO基础油被称为mPAO。通常情况下PAO分子拥有突出的基干，从基干以无序方式伸出长短不一的侧链。其分子结构可简示如图左。

 

而mPAO（图右）采用茂金属催化剂合成工艺，可得到很均一的化学产品，所以mPAO拥有梳状结构，不存在直立的侧链。与常规PAO相比这种形状拥有改进的流变特性和流动特征，从而可更好地提供剪切稳定性、较低的倾点和较高的粘度指数，特别是由于有较少的侧链而具有比常规PAO高得多的剪切稳定性。这些特性决定了mPAO的使用目标是高苛刻度的应用，包括动力传动系统和齿轮油、压缩机润滑油、传动液和工业润滑油。
 

尽管催化剂体系有很多种，但茂金属体系在合成过程中形成很好控制的分子结构，这样才能生产出来好的产品。制作茂金属催化剂，难点之一是配体，公司自己选择配体和做结构化加工，最后做成茂金属，这需要很强的行业认知和积累。另一大难点是要有合适的碳链控制能力，碳链太长或太短都不能制作出合适的茂金属催化剂。

 

 

2023年7月，茂名石化研发生产出国内首个超高黏度指数合成润滑油新产品mPAO150，实现了国内企业在该领域的突破。目前，茂名石化已累计成功研发生产5个牌号的mPAO产品。

 

 

近年来，茂名石化组织科研攻关团队对PAO产品成套生产技术开展研发，经过多年的试验和数据分析，于2021年8月顺利建成我国首套PAO装置，并一次开车成功。茂名石化生产的PAO产品具有进口同类产品的指标水平，陆续替代进口，实现全产全销。
 

在生产PAO的基础上，茂名石化也开展了mPAO研发工作。2022年1月，茂名石化成功建成及开车成功国内首套自主知识产权合成润滑油中试装置，随后不断进行技术攻关，工艺优化，实现能够根据客户和市场需求灵活生产高粘度mPAO40 -100。