Базовые масла для автомобильных смазочных
материалов
Большинство
современных базовых масел для смазочных и гидравлических масел также как и
бензин, дизельное топливо, мазут, битум и многие пластмассы (пластик) получают
из нефти. Эти продукты состоят из углерода и водорода, отличаются строением и
величиной молекул углеводорода.
Простейший углеводород - это метан СН4, который является
главной составляющей природного газа.
Практически может существовать огромное количество молекул углеводородов,
отличающихся размером. В зависимости от количества атомов углерода в молекуле,
углеводороды подразделяются на (далее условно показано только содержание углерода
в молекуле углеводорода):
- природные
газы: метан С1, этан С2,
пропан С3, бутан С4;
- бензин/супер
- от С5 до С12;
- дизельное
топливо/котельное топливо - от C10 до C20;
- смазочные
масла - от С20 до С35;
- вакуумный
газойль/печное топливо - более C35;
- битумы
- более С80;
- пластмассы
- содержание С от нескольких сот до нескольких тысяч.
На практике
смазочные материалы производят из:
1. Рафинатов,
которые получают после выделения и очистки из тяжелых фракций нефти (от С20 до С35);
2. Масел
гидрокрекинга (масла НС-синтеза) - их получают после
разделения (крекинга) составляющих нефти более С35 на молекулы,
размер которых соответствует смазочному маслу, а места разрывов насыщаются
водородом (гидрируются);
3. Синтетических
углеводородов - составляющие нефти легче С12 в
результате крекинга превращают в газы (этан С2 или бутан С4).
Эти молекулы газов соединяют (синтезируют) в несколько приемов до размера
молекул смазочных масел; из этана при этом получают полиальфаолефины (РАО), а
из бутана - полиизобутаны (PIB).
4. Синтетических
эфиров – в результате реакции взаимодействия
высокомолекулярного спирта и органической кислоты образуются эфиры (эстеры).
Внутри молекулы возможны одинарные, двойные и тройные связи между
атомами углерода, неразветвленные и разветвленные цепи и кольца, а также их
комбинации.
Желательными компонентами смазочных материалов являются
углеводороды с разветвленными цепями (изопарафины или изоалканы) или
углеводороды кольцевидной структуры (нафтены, циклопарафины или циклоалканы),
обе разновидности имеют только одинарные связи между атомами углерода.
Рафинаты содержат множество различных
молекулярных структур. Масла гидрокрекинга состоят преимущественно, а
синтетические углеводороды состоят исключительно из изопарафинов (изоалканов).
Рафинаты
По способу получения рафинаты подразделяют на
первичные и вторичные.
Первичные рафинаты.
Многие смазочные и гидравлические масла со
стандартными свойствами изготовлены на базе рафинатов.
Исходный продукт
для получения рафинатов – нефть.
Получение рафинатов включает следующие стадии:
обезвоживание
нефти;
- дистилляция: нагрев/испарение/конденсация нефти и получение при этом бензина и средних дистиллятов (дизельное топливо, котельное топливо);
- вакуумная дистилляция: остаток обычной дистилляции подвергается дистилляции в вакууме, при этом получают масла различной вязкости;
- рафинирование: удаление нежелательных составляющих, при этом, например, улучшается стойкость масла к старению (окислению);
- депарафинизация: вымораживание парафинов, в результате улучшается поведение масел при низкой температуре.
Вторичные рафинаты (Регенерационные
масла)
Вторичные рафинаты получают переработкой
отработанных масел и вносят важный вклад в защиту окружающей среды.
Последовательность процесса производства вторичных рафинатов:
- удаление воды и посторонних веществ;
- дистилляция: 1-ая ступень - отделение легких углеводородов и остатков воды;
- дистилляция: 2-ая ступень - отделение углеводородов, температура кипения которых ниже 360° С;
- вакуумная дистилляция: 1-ая ступень - удаление оставшихся загрязнений;
- вакуумная дистилляция: 2-ая ступень - рафинирование и получение продукта двух степеней вязкости.
Масла гидрокрекинга (НС-синтез)
Исходными компонентами для масел гидрокрекинга являются
продукты производства рафинатов. Это неочищенный парафин, продукт
депарафинизации или вакуумный газойль, получаемый при вакуумной дистилляции.
Последовательность
получения:
- крекинг + гидрогенизация: разрушение в процессе крекинга очень длинных (более С35) молекул углеводородов (например, вакуумного газойля) и насыщение непредельных мест разрыва водородом (гидрогенизация);
- вакуумная дистилляция: получение многочисленных масел различной вязкости;
- депарафинизация: вымораживание парафина, в результате чего улучшается поведение масел при низкой температуре.
Синтетические углеводороды
Исходный продукт -
бензин и другие углеводороды.
Последовательность
получения:
- крекинг: молекулы бензина разделяют (подвергают крекингу) на еще меньшие молекулы газа (этана или бутана);
- синтез: соединение молекул этана в цепочки полиальфаолефинов (РАО) или бутана до полиизобутана (PIB);
- вакуумная дистилляция: получение многих масел различной вязкости;
- гидрогенизация (только для полиальфаолефинов): насыщение непредельных мест разрыва водородом (гидрогенизация).
Принципиальный состав автомобильных смазочных материалов и гидравлических масел
|
||||||
Базовые
масла
|
+
|
Присадки
|
=
|
Смазочные/
гидравлические масла
|
||
Традиционные
- рафинаты
Новых технологий
- Масла гидрокрекинга (НС-синтез)
- Синтетические углеводороды
- Синтетические эфиры (эстеры)
- Полигликоли
Биогенные масла
- распсовое масло
- Традиционные и современные базовые масла (не полигликоли)
применяются в чистом виде и в виде различных смесей.
- Рапсовое масло используется только как быстро биологически разлагаемое масло для гидравлических устройств. |
Защита поверхностей двигателя
- детерегенты
- дисперсанты
-
противозадирные/ противоизносные
-
антикоррозионные/ антиржавейные
- модификаторы трения
Улучшение свойств масла
- улучшающие индекс вязкости
- депрессорные
(улучшающие низкотемпературные свойства)
- для стабилизации эластичности материалов уплотнений (если базовое масло изменяет свойства эластомеров)
Защита масла
- антиокислительные, для защиты масла от
старения
- деактиваторы
металлов (устаняют каталитическое действие мелких частиц износа на старение
масла)
- противопенные
|
Группы масел
- для четырехтактных
двигателей,
- для двухтактных
двигателей,
- тракторные масла
- трансмиссионные масла
- масла для
автоматических трансмиссий (жидкости
для автоматичских трансмиссий ATF)
- гидравлические масла
|
||||
Различные
группы продуктов и продукты внутри одной группы отличаются одна от другой:
- базовым маслом
(вид, комбинация)
- присадками
(вид, химический состав,
количество).
|
||||||
Торговые названия масел
Три типа базового
масла: рафинаты, масла гидрокрекинга, синтетические углеводороды - применяются
в чистом виде или в виде различных смесей. Это же относится и к синтетическим
эфирам. Ни эти названия масел, ни многие другие сочетания слов не являются нормированными.
Поэтому в торговых документах промышленности минеральных масел можно найти
такие неологизмы: синтетическое,
технологии синтеза, полностью синтетическое, частично синтетическое,
полусинтетическое, парасинтетическое, полисинтетическое, с синтетическими
компонентами, гидрокрекинга, молекулярно-конвертированное (MC-ÖL), НС-синтеза.
Истинное указание на состав масла в этом случае
отсутствует. Приведенные термины могут рассматриваться только как названия,
существующие на рынке.
Немецкий химический
словарь Роммпса (Römmps chemisches Wörterbuch) дает следующее определение
синтезу:
Синтез – это обозначение для описания химических
соединений, полученных последовательно из простых соединений или в результате
взаимодействия соединений одного размера.
Практические
свойства масел
Первичные
рафинаты
Рафинаты обладают
нормальной стойкостью к старению (окислению) и относительно дешевы в производстве.
Чем они менее вязки, тем выше потери на испарение при высокой температуре, и
это обуславливает потребление масла двигателем. Низкотемпературные свойства
рафинатов (температура текучести) являются умеренными, и они почти всегда должны
быть улучшены введением присадок. Индекс вязкости (VI) составляет 90-100, т.е. это сезонные
масла. Если необходимо получить всесезонное масло с более высоким индексом
вязкости, то это возможно при добавке вязкостных (загущающих) присадок.
Вторичные рафинаты (Регенерационные масла)
Вторичные рафинаты (Регенерационные масла)
Эти продукты по
своим свойствам близки к рафинатам.
Масла гидрокрекинга и синтетические углеводороды
Особое преимущество
этих типов базового масла по сравнению с обычными рафинатами - это их
постоянный химический состав. Поэтому эти продукты обладают более высокой
стойкостью к старению и незначительными потерями на испаряемость. Их индекс
вязкости 130-150, т.е. это всесезонные масла. Их низкотемпературные
характеристики, особенно для РАО, очень хорошие, температура текучести менее
-50°
С. Вследствие более высоких затрат при производстве, стоимость масел
гидрокрекинга и синтетических углеводородов значительно больше, чем рафинатов.
Базовые масла (сильно упрощенная схема)
Базовые масла (сильно упрощенная схема)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
Исходный продукт
|
|
Минеральное
масло (нефть)
|
|
Биогенное масло
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
Группа
продуктов
|
|
Первичные рафинаты
|
|
Масла гидрокрекинга
|
|
Синтетические углеводороды
|
|
Синтетические масла
|
|
Например, рапсовое масло
|
|
||||||||
|
|
|
|
Вторичные рафинаты
|
|
НС - синтез
|
|
- поли-α-олефины
(РАО)
- полиизобутан (PIB)
|
|
- синтетические эфиры
(эстеры - Е)*
- полигликоли
|
|
- природные эстеры
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Применение
|
|
Моторные масла, трансмиссионные масла, ATF, гидравлические
масла
|
|
Гидравлические, биоразлагаемые масла
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
* синтетические эфиры (эстеры) так же
применяются в качестве базового компонента для моторных масел
|
|
||||||||||||||||||
Обзор базовых масел
|
Тип
базового масла
|
Исходный
продукт
|
|
Первичный рафинат
|
Дистилляты нефти
|
|
Вторичный рафинат
|
Отработанное
масло
|
|
Масло
гидрокрекинга
(НС-синтез))
|
- парафины,
полученные при депарафинизации
рафината,
- вакуумный
газойль, полученный при вакуумной дистилляции.
|
|
Синтетические
углеводороды
|
- этан для полиальфаолефинов (РАО),
- бутан для
полиизобутанов (PIB)
|
|
Синтетические
эфиры
(эстеры)
|
Спирты нефтяного
происхождения + органическая кислота
|
|
Полигликоли
|
Спирты нефтяного
происхождения
|
|
Рапсовое масло
|
Семена рапса
|
Базовые масла
международная классификация
Группа
|
содержание предельных углеводородов, %
|
Содержание серы (S), %
|
Индекс вязкости
|
Обозначение
|
I
|
< 90
|
> 0.03
|
80-120
|
рафинат
|
II
|
≥ 90
|
≤ 0.03
|
80-120
|
рафинат
|
III
|
≥ 90
|
≤ 0.03
|
≥
120
|
масло гидрокрекинга
|
IV
|
Полиальфаолефины (РАО)
|
синтетические углеводороды
|
||
V
|
Другие, не вошедшие в группы I, II, III, IV
|
синтетические масла,
например, эстеры
|
||
VI
|
Полиинтернаолефины (PIO)
|
синтетические углеводороды
|
||
