shadow
История базовых масел

История базовых масел

49
Главная » Статьи/Обзоры » История базовых масел

На заре своего развития смазка осуществлялась с помощью животных жиров и растительных масел, затем произошел постепенный переход к использованию масел на нефтяной основе. В 1852 г., появились масла на нефтяной основе. Сначала они не были широко распространены, поскольку не были столь эффективны, как многие продукты на животной основе. Из сырой нефти получалось не очень хорошее смазочное вещество. Промышленное производство базовых масел было тогда еще только на стадии накопления технического опыта.

Но по мере того, как рос спрос на автомобили, соответственно возрастал и спрос на более качественные смазочные материалы. Производители очень скоро поняли, из какого сырья производятся более качественные смазочные материалы. Они подкорректировали мать-природу с помощью переработки сырья в узкие дистилляционные фракции с различной вязкостью. К 1923 г., Общество инженеров автомобильной промышленности и транспорта разработало классификацию моторных масел по вязкости: легкое масло, масло средней плотности и тяжелое смазочное масло. Моторные масла не содержали присадок, и их надо было заменять каждые 1300 – 1600 км.

В 20-х годах прошлого века все больше производителей смазочных материалов начали обрабатывать свои базовые масла с тем, чтобы улучшить их эксплуатационные характеристики. Согласно современной классификации API, их можно считать базовыми маслами группы I. К числу наиболее распространенных технологических схем производства базовых масел группы I относились:

  • очистка глинами;
  • очистка серной кислотой;
  • обработка SO 2;
  • удаление ароматических углеводородов за счет экстракции селективными растворителями;
  • депарафинизация растворителем;
  • очистка адсорбентами;

Итак, давайте подробнее рассмотрим эволюцию развития технологии очистки базовых масел группы I.

Очистка глинами

Для того чтобы поглощать и удалять наиболее вредные компоненты масла на нефтяной основе, использовалась глина, принцип действия которой аналогичен принципу действия наполнителей для кошачьих туалетов. Глина позволяла удалить ароматические или высокополярные соединения, содержащие серу и азот.

Очистка серной кислотой

Для осуществления реакции с компонентами базовых масел, имевшими неудовлетворительные характеристики, и превращения их в шлам, который можно удалить, использовалась концентрированная серная кислота. Хотя эта технология давала очень эффективную очистку масла, она была очень затратной. Данная технология практически совсем не используется в Северной Америке из-за озабоченности проблемами экологии в связи с использованием кислоты и образованием шлама.

Обработка SO 2

Обработка SO 2 представляет собой простой процесс экстракции, при котором компоненты смазочного масла с неподходящими свойствами удалялись за счет использования пригодного для повторного использования растворителя. К сожалению, растворитель высокотоксичен. Хотя эту технологию постепенно почти полностью сняли с производства, она была полезным этапом на пути формирования традиционной экстракции селективными растворителями.

Селективная очистка (solvent refining) или экстракция растворителями (solvent extraction)

Ароматические углеводороды удаляются с помощью экстракции селективными растворителями для совершенствования смазочной способности масла. Ароматические углеводороды хорошие растворители, но из них получаются базовые масла с неудовлетворительными качествами, поскольку они являются наиболее реактивными компонентами в интервале выкипания натуральной смазки. Окисление ароматических углеводородов вызывает цепную реакцию, которая может существенно сократить срок эксплуатации базового масла.

Вязкость ароматических компонентов базового масла также относительно плохо реагирует на изменения температуры. Часто смазочные материалы создают для того, чтобы обеспечить достаточно низкую вязкость, для запуска при холодной погоде, и достаточно высокую для того, чтобы обеспечить нужную толщину пленки и смазочную способность в условиях эксплуатации в тяжелых условиях и на жаре. Поэтому, когда требуется эксплуатация в горячих или в холодных условиях, желательно небольшое изменение вязкости при изменении температуры. В отрасли, производящей смазочные материалы, зависимость выражается коэффициентом вязкости. Более высокий коэффициент вязкости, указывает на наличие более низкой и более благоприятной температурной характеристики.

Селективная очистка – это метод удаления нежелательных соединений, основанный на образовании двухфазной системы, в которой примеси с растворителем и чистое масло разделяются на два слоя. После отделения слоя эктракта получается чистое масло. Таким образом, из масла удаляются асфальтеновые (битумные) вещества, смолы и ароматические соединения с короткими боковыми цепями в молекулах, твердые углеводороды и полициклические ароматические соединения, которые усиливают коксование и зависимость вязкости от температуры. Экстракция растворителями обычно проводится сразу после вакуумной дистилляции. Дистилляты после экстракции имеют более высокий индекс вязкости и лучшую стойкость к окислению. В настоящее время для экстракции в основном применяются фурфурол и н<метилпирролидон, реже – фенол (в силу его токсичности). В ходе экстракции основной химический состав дистиллятов меняется незначительно, поэтому еще сохраняется влияние химического состава сырой нефти.

Депарафинизация растворителем (solvent dewaxing)

Метод удаления парафинов, которые повышают температуру застывания масел. Масло смешивается со смесью двух растворителей, например метилэтилкетона и толуола. Полученный раствор масла охлаждается до температуры – 6… – 12°С. При такой температуре кристаллы парафина выпадают в осадок и отделяются фильтрованием, а растворитель отгоняется от масла. В результате получается депарафинированное масло (dewaxed oil) с улучшенными свойствами: с более низкой температурой застывания и повышенным индексом вязкости (за счет уменьшения низкотемпературной вязкости). Побочный продукт – парафиновый шлам (slack wax), служит сырьем для каталитического гидрокрекинга, при котором могут быть получены высококачественные базовые масла.

Очистка адсорбентами

В качестве адсорбентов применяются отбеливающая глина или кристаллические алюмосиликаты – цеолиты, имеющие однородную пористость. Подбором цеолитов с порами определенного размера, можно проводить селективную адсорбцию некоторых соединений: смолистых и асфальтеновых веществ, алкенов, полициклических аренов. После такой очистки масло становится светлее, поэтому этот процесс иногда называют осветлением масла. В основном очистка адсорбентами проводится после других процессов химической очистки и экстракции растворителями.

Базовые масла первой группы (масла селективной очистки) обычно производятся с сочетанием селективной очистки, депарафинизации и, иногда, очистки адсорбентами. Базовые масла группы II отличаются от базовых масел группы I, поскольку они содержат значительно меньше примесей (менее 10% ароматических углеводородов, менее 0,03% серы). Они также имеют другой внешний вид. Масла группы II, произведенные с использованием современной технологии гидроочистки, настолько чистые, что они выглядят почти бесцветными.

С точки зрения эксплуатационных характеристик повышение чистоты означает, что базовое масло и присадки в готовом продукте могут иметь больший срок эксплуатации. Точнее говоря, масло более инертно и образует меньше побочных продуктов окисления, что повышает вязкость базового масла и уменьшает количество присадок.

Базовые масла группы III – «нестандартные» базовые масла. Таблица 1 показывает, что API определяет различие между базовыми маслами групп II и III только в пересчете на коэффициент вязкости. Базовые масла со стандартным коэффициентом вязкости (от 80 до 119) относятся к группе II, а базовые масла с нестандартным коэффициентом вязкости (120+) относятся к группе III. Масла группы III иногда также называются нестандартными базовыми маслами (UCBO) или базовыми маслами с очень высоким коэффициентом вязкости (VHVI).

С точки зрения технологии, современные базовые масла группы III производятся, в сущности, с использованием той же технологической схемы, что и современные базовые масла группы II. Более высокий коэффициент вязкости достигается за счет повышения интенсивности эксплуатации установки для гидрокрекинга или перехода на подачу сырья с более высоким коэффициентом вязкости. Современные базовые масла группы III обладают свойствами, которые позволяют им эксплуатироваться в самых сложных условиях, во многих случаях соответствуя или превосходя эксплуатационные характеристики традиционных синтетических масел.

Базовые масла группы I обладают превосходной растворяющей способностью за счет наличия в их составе молекул ароматических углеводородов. Такая способность, дополненная правильно подобранным комплексом присадок, позволяет предотвратить образование отложений продуктов разложения и загрязняющих примесей. Это особенно важно для современных систем с жесткими размерными допусками.

Ароматические углеводороды удаляются из состава масел группы II для повышения устойчивости к окислению. Для повышения растворяющей способности в состав продукта могут добавляться специальные присадки, однако это приводит к его удорожанию. Чему производитель отдаст предпочтение: высокой устойчивости к окислению или повышенной растворяющей способности рабочей жидкости? Каждый решает сам…

Таблица 1. Классификация базовых масел API

Группа базового маслаСодержание серы, %Содержание предельных углеводородов, %Индекс вязкости
Группа 1> 0,03< 9080<120
Группа 2<=0,03>=9080<120
Группа 3<=0,03>=90> 120
Группа 4Поли-альфа-олефины
Элемент таблицыДругие, не вошедшие в группы 1<4 (сложные спирты и эфиры)

 

По материалам компании ConocoPhillips, autoExpert №5’2010