一种燃料电池空气压缩机专用压缩机油及其制备方法与流程

本发明涉及润滑油，具体涉及一种燃料电池空气压缩机专用压缩机油及其制备方法。

背景技术：

1、在能源和环境的双重危机下，人们既需要提高内燃机的效率以减少石油资源的消耗以及尾气排放，也需要开发新的汽车动力源。目前的新能源车主要是电动车辆，其动力来源于高能量密度的电池，包括化学电池（锂电池、钠电池等）和燃料电池。其中锂电池具有单体电压高、能量密度高等优点，但是也具有充电时间长、行驶里程短、低温性能下降严重等缺点。而且，目前废弃锂电池的处理也是亟待解决的问题，处理不善会造成极大的环境污染。燃料电池目前以氢燃料为主，氢能是一种绿色和高效的二次能源，具有来源广、燃烧热值高、清洁无污染和可存储等优点，因而受到人们的青睐。质子交换膜氢燃料电池是最常见的一种氢燃料电池，是一种将氢能通过电极反应直接转换成电能的装置，其反应产物主要是水、热和电能，能够实现真正意义的零污染。同时氢燃料电池的能量转换不受卡诺循环的限制，其效率可达60%-80%，远高于内燃机的能量转换效率。丰田公司的实验发现汽油车从油箱到车轮的能量转化效率为16%，但是氢燃料电池车为60%，提高了44%。因此氢能也被公认为是未来最理想的汽车动力源之一。

2、氢燃料电池的反应步骤如下：（1）氢气罐中的氢气通过双极板经阳极气体扩散层到达阳极催化剂层，在催化剂的作用下，失去电子变成氢质子；（2）反应生成的氢质子穿过质子交换膜到达阴极；（3）电子穿过外电路，经过负载行成电流；（4）另一侧，氧气同样经过双阴极板、扩散层、催化剂层，在催化剂作用下与氢离子和到达阴极的电子反应生成水并释放出能量；（5）生成的水和未参与反应的气体排出或在压力差作用下向阳极扩散。

3、氢燃料电池系统结构主要由空气系统、氢气系统和冷却系统组成。其中空压机是为电池系统提供反应气体的装置，需要对进入氢燃料电池堆的空气进行增压，进而增加系统内部的体积功率密度，对电池的效率有这至关重要的影响，是空气供气系统的重要部件。然而，空压机能量损耗大，约占氢燃料电池辅助系统能耗的80%，其效能直接影响发动机系统电堆内部的反应，甚至会影响发动机系统的紧凑型和效率。现阶段的试验发现，空压机的功率消耗占电堆总输出的20%-30%，成本占氢燃料电池系统的20%，因此还需要加强对其工作效率和成本的控制研究。

4、基于以上氢燃料电池空气压缩机的特点，要求其配套的压缩机油要满足零油带出量、低能耗、高摩擦耐久性、长使用寿命等特点，传统的空气压缩机油不能满足其用油需求。

技术实现思路

1、本发明提供了一种燃料电池空气压缩机专用压缩机油及其制备方法，解决了现有技术存在的耐磨性差、低温流动性差、油带出量大、能效低的问题。

2、为了解决该技术问题，本发明提供了如下技术方案：

3、一种燃料电池空气压缩机专用压缩机油，包括如下重量份数的原料组份：

4、含酯基官能团的碳氢聚合流体5-15份；

5、芳香酯基础油5-15份；

6、抗氧剂2~4份；

7、极压抗磨剂0.5~3份；

8、腐蚀抑制剂0.05~0.2份；

9、防锈剂0.05~0.2份；

10、破乳剂0.03~0.1份；

11、消泡剂0.01~0.05份；

12、费托合成碳氢化合物65~86份。

13、所述含酯基官能团的碳氢聚合流体（如式1所示，式1中的r为烷基）含有丰富的酯基官能团，能够带来优异的极性、吸附性能、减磨性能和添加剂感受性；立体结构对称性更好，使其具有极佳的生物降解性和低温流动性；但因其β位上的氢原子影响，氧化安定性稍显逊色。

14、式1；

15、所述芳香酯类基础油（如式2所示，式2中的r为烷基）含有丰富的酯基官能团，能够带来优异的极性、吸附性能、减磨性能和添加剂感受性；苯环的π键结构可以捕捉过氧化物自由基，带来及其出色的氧化安定性能；但是其平面的刚性结构使其流动性能较差，带有芳香烃的结构使其生物降解性能较差。

16、式2；

17、所述含酯基官能团的碳氢聚合流体与芳香酯类基础油配合使用，可以兼顾良好的生物降解性、低温流动性和氧化安定性，加之费托合成碳氢化合物的饱和碳链结构，能够带来更好的综合性能的而表现。

18、进一步的，所述含酯基官能团的碳氢聚合流体选自vbs 5-150、vbs 5-180、vbs 5-188、viscobase11-570、viscobase11-574、viscobase11-572中的至少一种；

19、所述芳香酯类基础油选自邻苯二甲酸酯或偏苯三酸酯中的至少一种。

20、进一步的，所述含酯基官能团的碳氢聚合流体的40℃运动黏度小于10000mm2/s，倾点低于-20℃。

21、进一步的，所述费托合成碳氢化合物为基于费托合成技术生产的天然气制油或费托合成煤制气制油；所述天然气制油为gtl411、gtl415、gtl420或gtl430中的至少一种，所述费托合成煤制气制油为ctl3、ctl4、ctl6或ctl10中的至少一种。

22、进一步的，所述抗氧剂选自酚类抗氧剂、胺类抗氧剂、亚磷酸酯、亚磷酸盐抗氧剂或者高分子苯酚与胺类复合抗氧剂的至少一种；所述抗氧剂的主要作用是提高油品的抗氧化能力，减少油泥、漆膜等有害沉积，抑制黏度增长，延长使用寿命。

23、所述极压抗磨剂为磷酸酯型极压抗磨剂、磷酸盐型极压抗磨剂、磷酸胺型极压抗磨剂中的至少一种；所述极压抗磨剂的主要作用是降低设备磨损，提高低油膜覆盖下油品的抗极压和抗磨能力，减少设备摩擦损伤。

24、所述腐蚀抑制剂选自苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑或其衍生物中的至少一种；所述腐蚀抑制剂的主要作用是保护设备内的有色金属，包括铜、铝及其合金，减少化学或电化学金属腐蚀。

25、所述防锈剂为有机胺、含氮杂环化合物、琥珀酸半酯、液态有机羧酸、肌氨酸中的至少一种；所述防锈剂的主要作用是在金属表面形成致密保护膜，防止设备锈蚀。

26、所述破乳剂为油溶性非离子型表面活性剂；

27、所述消泡剂为有机硅类消泡剂、非有机硅类消泡剂中的至少一种。

28、进一步的，所述酚类抗氧剂选选自分子量为500-1500的液态高分子苯酚；

29、所述胺类抗氧剂选自烷基化二苯胺或者萘胺，其中，所述烷基化二苯胺选自烷基c原子数为c4-c8的烷基化二苯胺，所述萘胺选自n-苯基-α(β)-萘胺；

30、所述亚磷酸酯为亚磷酸三（二叔丁基苯基）酯；

31、亚磷酸盐为亚磷酸三（二叔丁基苯基）锌；

32、所述高分子苯酚与胺类复合抗氧剂为胺类抗氧剂与液态高分子苯酚抗氧剂的混合液。

33、进一步的，所述极压抗磨剂选自苯基亚磷酸酯、苯基硫代磷酸酯、苯基亚磷酸盐、苯基硫代磷酸盐、磷酸胺中的至少一种；

34、所述防锈剂选自液体咪唑啉衍生物或液态n-油酰基肌氨酸。

35、进一步的，所述破乳剂为分子量1500-10000的环氧乙烷与环氧丙烷的聚合物；

36、所述消泡剂为高分子硅氧烷类消泡剂。

37、进一步的，所述含酯基官能团的碳氢聚合流体和所述芳香酯基础油的质量比为1：（0.65-1.50）。

38、本发明还公开了一种燃料电池空气压缩机专用压缩机油的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

39、s1、先加入含酯基官能团的碳氢聚合流体与芳香酯类基础油加入到调和釜中，搅拌均匀，搅拌温度为50℃±2℃；

40、s2、向调和釜中加入抗氧剂、极压抗磨剂、腐蚀抑制剂、防锈剂，继续保持50℃±2℃的搅拌温度，搅拌均匀；

41、s3、向调和釜中加入费托合成碳氢化合物，继续保持50℃±2℃的搅拌温度，搅拌均匀；然后破乳剂和消泡剂；

42、s4、关闭加热，在搅拌条件下冷却至室温；调和完成后，用过滤精度不大于5μm不小于且15μm的过滤系统过滤2-3次，即得所述燃料电池空气压缩机专用压缩机油。

43、本发明和现有技术相比，具有以下优点：

44、本发明所述压缩机油中，选用含酯基官能团的碳氢聚合流体与芳香酯类基础油为基础油组合配合使用，可以兼顾良好的生物降解性、低温流动性和氧化安定性，加之费托合成碳氢化合物的饱和碳链结构，能够带来更好的综合性能的而表现。极低的油带出量，甚至零油带出量，能够最大程度的确保燃料电池的空气清洁，提高能量转化效率；稳定的摩擦系数，出色的高低温性能，能够最大程度的减少车载空压机的能耗，提高能量效率；高摩擦耐久性和热稳定性能，能够延缓油品的老化变质，确保设备稳定性，延长换油周期。

45、本发明所述压缩机油中，含酯基官能团的碳氢聚合流体与芳香酯类基础油的相互配合使用，对本发明中使用的抗氧剂、极压抗磨剂、腐蚀抑制剂、防锈剂等功能添加剂具有很好的感受性，更易于得到品质合格的压缩机油，另外，再配合使用费托合成碳氢化合物可以使本发明所述的压缩机油具有很好的溶胀性能，延长空气压缩机内橡胶部件的使用寿命，同时制备成本更加经济。