Способы получения базовых масел

В начале развития технологий смазку производили при помощи животных жиров или растительных масел, позже, с переходом к промышленному производству, начали применяться масла на основе нефти.

Первое появление масла на нефтяной основе зафиксировано в 1852 г. Сначала такие масла были распространены не очень широко, так как они были не так эффективны, как продукция на натуральной основе. Из сырой нефти удавалось получить смазочное вещество не особо высокого качества. На первых порах еще не было промышленного производства базовых нефтяных масел, потому что не хватало технического опыта.

Однако по мере роста спроса на автомобили и количества их выпуска соответственно рос спрос и на смазочные материалы с лучшими свойствами. Производители быстро разобрались, что для получения более высокого качества необходимо переработать сырую нефть в узкие дистилляционные фракции, которые имеют различную вязкость. Общество инженеров автомобильной промышленности и транспорта в 1923 году разработало классификацию моторных масел по вязкости, согласно которой автомобильные масла делились на легкое масло, масло средней плотности и тяжелое смазочное масло. Тогда моторные масла еще не содержали присадок. Такое масло требовало своей замены через каждые 1300 – 1600 километра.

В двадцатых годах прошлого века началась практика обработки базовых масел, чтобы улучшить их эксплуатационные характеристики. Ее стали применять все большее количество производителей. Если применить к тем маслам современную классификацию API, их можно отнести к базовым маслам I группы. Базовые масла I группы чаще всего получались путем:

• очистки серной кислотой

• удаления ароматических углеводородов путем экстракции селективными растворителями

• депарафинизация с помощью растворителей

Чтобы осуществить реакцию с элементами, которые содержались в базовых маслах и имели отрицательные характеристики, с помощью концентрированной серной кислоты их превращали в твердый шлам, который можно было затем сравнительно легко удалить. Несмотря на то, что при такой технологии удавалось достичь очень существенной очистки масла, она была очень дорогой, а кроме того, создавала экологические проблемы, связанные с дальнейшей утилизацией шлама. Кроме того, обращение с кислотой также технологически сложно. Поэтому такая технологий не получила большого распространения в Северной Америке.

Чтобы поглощать и удалять самые вредные элементы масел на основе нефти при таком способе очистки применялась глина. Принцип действия глины аналогичен принципу действия наполнителей для кошачьих туалетов. Она удаляля ароматические или высокополярные соединения, которые содержали серу и азот.

Данная технология представляет собой простой процесс экстракции. При этом компоненты масла с неподходящими свойствами удаляются за счет использования растворителя, который пригоден для повторного применения. Правда, этот растворитель высокотоксичен. Эта технология стала важным этапом на пути формирования традиционной экстракции селективными растворителями. Правда, постепенно к настоящему времени данная технология почти полностью была снята с производства.

При таком способе очистки ароматические углеводороды удаляются из масла экстракцией с помощью селективных растворителей, при этом качество масла повышается. Ароматические углеводороды являются хорошими растворителями, но качество базовых масел они снижают, потому что представляют собой самые реактивные компоненты в интервале выкипания натуральной смазки. Окисление ароматических углеводородов вызывает цепную реакцию, которая может значительно уменьшить срок эксплуатации базового масла.

Кроме того, вязкость ароматических компонентов базового масла достаточно сильно зависит от изменения температуры окружающей среды. Часто автомобильные мала имеют достаточно низкую вязкость, чтобы обеспечить хороший пуск двигателя при низких температурах, но при этом она должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечить необходимую толщину пленки. И эти же масла должны сохранить смазочную способность в тяжелых условиях и на жаре. Поэтому важным параметром масла является стабильность его вязкости независимо от того, в жарких или холодных условиях оно эксплуатируется. У производителей смазочных материалов зависимость вязкости от температуры выражается коэффициентом вязкости. Более высокий коэффициент вязкости означает, что у данного масла более низкая и более благоприятная температурная характеристика.

Селективная очистка – это метод удаления нежелательных соединений, который основывается на образовании двухфазной системы, в которой примеси вместе с растворителем и чистое масло разделяются на два слоя, после чего слой с экстрактом отделяется от слоя с очищенным маслом. Так из масла можно удалить асфальтеновые (битумные) вещества, смолы и ароматические соединения с короткими боковыми цепями в молекулах, твердые углеводороды и полициклические ароматические соединения, которые способствуют коксованию и усиливают зависимость вязкости от температуры. Экстракция растворителями обычно проводится вслед за вакуумной дистилляцией. У дистиллятов после такой экстракции получается более высокий индекс вязкости и улучшается стойкость к окислению. В современных условиях для экстракции как правило применяют фурфурол и н-метилпирролидон. Реже используется фенол, но его распространение ограничено из-за токсичности. При экстракции бызовый химический состав дистиллятов изменяется не сильно, так что сохраняется влияние химического состава сырой нефти.

Это технология удаления парафинов, которые повышают температуру застывания масел. Она основана на смешивании масла со смесью двух растворителей, например метилэтилкетона и толуола. Такой раствор масла охлаждается до температуры – 6… – 12°С, при которой кристаллы парафина выпадают в осадок, после чего их можно отделить фильтрованием, а растворитель путем перегонки затем отделяется от масла. Получается депарафинированное масло (dewaxed oil) с улучшенными характеристиками. У него с более низкая температура застывания и повышен индекс вязкости за счет уменьшения низкотемпературной вязкости. Побочный продукт данной технологии – парафиновый шлам (slack wax), который служит сырьем для каталитического гидрокрекинга. При этом можно получить высококачественные базовые масла.

В качестве адсорбентов могут быть использованы отбеливающая глина или кристаллические алюмосиликаты – цеолиты, которые имеют однородную пористость. Если подобрать цеолиты с порами определенного размера, то можно провести селективную адсорбцию разных соединений: смолистых веществ, алкенов, полициклических аренов и асфальтеновых веществ. Масло, очищенное таким способом, становится более светлым, поэтому данную технологию еще называют осветлением масла. Как правило, очистка адсорбентами проводится после других процессов химической очистки и экстракции растворителями. Базовые масла I группы как правило производят, сочетая селективную очистку, депарафинизацию, а в некоторых случаях и очистку адсорбентами. Базовые масла II группы отличаются от базовых масел I группы тем, что они содержат значительно меньше примесей. В маслах II группы содержится менее 10% ароматических углеводородов и серы менее 0,03%. У них также отличается внешний вид. Масла II группы производят с использованием современных технологий гидроочистки, в результате чего они получаются настолько чистыми, что выглядят почти бесцветными.

Для эксплуатационных характеристик повышение чистоты масла означает, что базовое масло и присадки в готовом продукте могут иметь увеличенный срок эксплуатации. Такое масло более химически инертно и образует меньше побочных продуктов окисления, а это в свою очередь повышает вязкость базового масла и уменьшает количество необходимых присадок. Базовые масла III группы – не совсем обычные базовые масла. API определяет различие между базовыми маслами групп II и III только в пересчете на коэффициент вязкости. Базовые масла, у которых коэффициентом вязкости находится в пределах 80 — 119, относятся к группе II, а базовые масла с нестандартным коэффициентом вязкости, 120 и выше, относятся к группе III. Масла группы III иногда также называются нестандартными базовыми маслами (UCBO) или базовыми маслами с очень высоким коэффициентом вязкости (VHVI).

Технология получения современных базовых масел III группы существенно не отличается от технологии получения базовых масел II группы. Более высокий коэффициент вязкости у III группы получается за счет повышения интенсивности эксплуатации установки для гидрокрекинга или перехода на подачу сырья с более высоким коэффициентом вязкости. Свойства базовых масел III группы позволяют эксплуатировать их в самых сложных условиях. В некоторых случаях их характеристики не уступают, а иногда даже превышают характеристики обычных синтетических масел.

У базовых масел I группы превосходная растворяющая способность за счет того, что в их составе имеются молекулы ароматических углеводородов. Это свойство, дополненное правильно подобранным комплексом присадок, позволяет предупредить образование отложений продуктов разложения и загрязняющих примесей. Такое свойство важно для современных систем с жесткими размерными допусками.

Из состава базовых масел II группы удаляются ароматические углеводороды, чтобы повысить устойчивость к окислению. Для повышения растворяющей способности в состав базового масла производители добавляют специальные присадки, но это приводит к росту стоимости конечного продукта. Кроме того, производителям базовых масел приходится постоянно балансировать между высокой устойчивостью к окислению и повышенной растворяющей способностью рабочей жидкости.

Источник

Базовое масло

Калькулятор расчёта периодичности замены масла по расходу топлива

Как рассчитать периодичность замены масла по фактическому расходу топлива

Базовые масла для моторных масел служат их основой, к которой производители добавляют необходимые присадки для придания им нужных свойств и характеристик. Поэтому базовые автомобильные масла можно рассматривать как некий «фундамент», на котором в дальнейшем основываются все характеристики моторных масел.

Базовые масла подразделяются на пять групп, отличающихся между собой по химическому составу, а значит, и свойствам. От этого зависит, каким будет итоговое моторное масло, продающееся на полках магазинов. А самое интересное, так это тот факт что их производством, как и самих присадок, занимаются лишь 15 мировых нефтяных компаний, в то время, как марок итогового масла намного больше. И тут наверняка у многих возник логический вопрос: в чем тогда отличие масел и какое является лучшим? Но для начала имеет смысл разобраться с классификацией этих составов.

Группы базовых масел

Классификация базовых масел подразумевает деление их на пять групп. Это прописано в стандарте API 1509, приложение E.

Таблица классификации базовых масел по API

Масла 1 группы

Эти составы получаются путем очистки нефтепродуктов, оставшихся после получения бензина или других ГСМ с помощью химических реагентов (растворителей). Еще их называют маслами грубой очистки. Существенным недостатком таких масел является наличие в них большого количества серы, более 0,03%. Что касается характеристик, то такие составы обладают слабыми показателями индекса вязкости (то есть, вязкость очень зависит от температуры и может нормально работать лишь в узком температурном диапазоне). В настоящее время 1 группа базовых масел считается устаревшей и из них производится лишь минеральное моторное масло. Индекс вязкости таких базовых масел составляет 80…120. А температурный диапазон — 0°С…+65°С. Единственное их преимущество — низкая цена.

Масла 2 группы

Базовые масла 2 группы получаются в результате выполнения химического процесса под названием гидрокрекинг. Другое их название — масла высокой степени очистки. Это также очищение нефтепродуктов, однако с использованием водорода и под высоким давлением (на самом деле процесс многоступенчатый и сложный). В результате получается почти прозрачная жидкость, которая и является базовым маслом. Содержание серы в нем менее 0,03%, и они обладают антиокислительными свойствами. Благодаря своей чистоте срок службы полученного на его основе моторного масла значительно увеличивается, а отложения и нагар в двигателе уменьшаются. На основе гидрокрекингового базового масла делают так называемую «НС-синтетику», которую некоторые специалисты относят к полусинтетике. Индекс вязкости в данном случае также находится в диапазоне от 80 до 120. Эту группу называют английской аббревиатурой HVI (High Viscosity Index), что дословно переводится как высокий индекс вязкости.

Масла 3 группы

Эти масла получаются аналогичным образом, как и предыдущие, из нефтепродуктов. Однако особенностями 3 группы является увеличенный индекс вязкости, его значение превышает 120. Чем выше этот показатель — тем в более широком температурном диапазоне может работать полученное моторное масло, в частности, в сильный мороз. Зачастую на основе базовых масел 3 группы делают синтетические моторные масла. Содержание серы здесь менее 0,03%, а сам состав состоит на 90% из химически стабильных, насыщенных водородом, молекул. Другое его название — синтетика, однако по факту ею не является. Название группы иногда звучит как VHVI (Very High Viscosity Index), что переводится как очень высокий индекс вязкости.

Иногда отдельно выделяют группу 3+, базу для которой получают не из нефти, а из природного газа. Технология ее создания называется GTL (gas-to-liquids), то есть превращение газа в жидкие углеводороды. В результате получается очень чистое, похожее на воду, базовое масло. Его молекулы обладают прочными связями, устойчивыми к воздействию агрессивных условий. Масла, созданные на такой базе считаются полностью синтетическими, несмотря на то, что в процессе их создания используется гидрокрекинг.

Сырьевые компоненты 3-й группы отлично подходят для разработки рецептур топливосберегающих, синтетических, универсальных моторных масел в диапазоне от 5W-20 до 10W-40.

Масла 4 группы

Эти масла создаются на основе полиальфаолефинов, и являются основой для так называемой «настоящей синтетики», которая отличается своим высоким качеством. Это так называемые базовое полиальфаолефиновое масло. Производится оно с помощью химического синтеза. Однако особенностью моторных масел, полученных на такой базе, является их высокая стоимость, поэтому они используются зачастую лишь в спортивных машинах и в машинах премиум-класса.

Масла 5 группы

Существует отдельные типы базовых масел, куда входят все другие составы, не вошедшие в перечисленные выше четыре группы (грубо говоря, сюда входят все смазывающие составы, даже не относящиеся к автомобильной технике, которые не вошли в первые четыре). В частности, силикон, фосфатный эфир, полиалкиленгликоль (PAG), полиэфиры, биосмазки, вазелиновые и белые масла и так далее. Они, по сути, являются добавками к другим составам. Например, эфиры служат добавками к базовому маслу для улучшения его эксплуатационных свойств. Так, смесь эфирного масла и полиальфаолефинов нормально работает при высоких температурах, обеспечивая тем самым повышенную моющую способность масла и увеличивая срок его эксплуатации. Другое название таких составов — эфирные масла. Они в настоящее время являются самыми качественными и обладающими самыми высокими характеристиками. К ним относятся эстеровые масла, которые однако производятся в очень малых количествах из-за своей дороговизны (около 3% мирового объема производства).

Таким образом, характеристики базовых масел зависят от способа их получения. А это, в свою очередь, влияет на качество и характеристики уже готовых моторных масел, использующихся в автомобильных двигателях. Еще на масла, полученные из нефти, влияет ее химический состав. Ведь он зависит от того, где (в каком регионе на планете) и каким образом была добыта нефть.

Какие базовые масла лучшие

Испаряемость базовых масел по Noack

Устойчивость к окислению

Вопрос о том, какие базовые масла являются лучшими не совсем корректный, поскольку все зависит от того, какое масло нужно получить и использовать в итоге. Для большинства бюджетных машин вполне подходит “полусинтетика”, созданная на основе смешения масел 2, 3 и 4 групп. Если же речь о хорошей “синтетике” для дорогих иномарок премиум-класса, то лучше покупать масло на основе базы 4 группы.

До 2006 года производителям моторных масел можно было называть «синтетическими» масла, полученные на основе четвертой и пятой групп. Которые считаются лучшими базовыми маслами. Однако в настоящее время разрешается это делать даже в случае, если использовалось базовое масло второй или третьей группы. То есть, «минеральными» остались лишь составы на основе первой базовой группы.

Что получается при смешивании видов

Допускается смешение отдельных базовых масел, относящихся к разным группам. Так можно регулировать характеристики итоговых составов. Например, если смешать базовые масла 3 или 4 группы с аналогичными составами из 2 группы, то получится «полусинтетика» с повышенными эксплуатационными характеристиками. Если же упомянутые масла смешать с 1 группой, то получится также «полусинтетика», однако с уже более низкими характеристиками, в частности, высоким содержанием серы или другими примесями (зависит от конкретного состава). Интересно, что масла пятой группы в чистом виде не используют в качестве базы. К ним добавляют составы из третьей и/или четвертой групп. Связано это с их большой испаряемостью и дороговизной.

Отличительной особенностью масел на основе ПАО, является то, что невозможно сделать 100% ПАО состав. Причина заключается в их очень плохой растворяемости. А она нужна для растворения присадок, которые добавляются в процессе изготовления. Поэтому всегда к ПАО-маслам добавляется некоторое количество средств из более низких групп (третьей и/или четвертой).

Строение молекулярных связей у масел, относящихся к разным группам, отличается. Так, у низких групп (первая, вторая, то есть, минеральные масла) молекулярные цепи похожи на разветвленную крону дерева с кучей «кривых» ветвей. Такой форме проще свернуться в шарик, что и происходит при замерзании. Соответственно, замерзать такие масла будут при более высокой температуре. И наоборот, у масел высоких групп углеводородные цепочки имеют длинную прямую структуру, и им сложнее «свернуться». Поэтому они и замерзают при более низких температурах.

Производство и получение базовых масел

При производстве современных базовых масел можно независимо управлять коэффициентом вязкости, температурой предела текучести, испаряемостью и устойчивостью к окислению. Как указывалось выше, базовые масла производят из нефти или нефтепродуктов (например, мазута), а также есть производство и из природного газа методом конверсии в жидкие углеводороды.

Как производится базовое моторное масло

Нефть сама по себе — сложное химическое соединение, в состав которого входят насыщенные парафины и нафтены, ненасыщенные ароматические олефины и так далее. Каждое такое соединение обладает положительными и отрицательными свойствами.

В частности, парафины обладают хорошей стабильностью к окислению, однако при низких температурах она сводится «на нет». Нафтеновые кислоты при высокой температуре образуют в масле осадок. Ароматические углеводороды отрицательно влияют на окислительную стабильность, а также смазывающую способность. Кроме этого, они образуют лаковые отложения.

Непредельные углеводороды являются неустойчивыми, то есть, они меняют свои свойства со временем и при разной температуре. Поэтому от всех перечисленных веществ в базовых маслах нужно избавляться. И делается это разными способами.

Метан — природный газ которые не имеет ни цвета ни запаха, это простейший углеводород состоящий из алканов и парафинов. Алканы которые являются основой этого газа в отличии от нефтенов имеют прочные молекулярные связи, и как следствие устойчивость к реакциям с серой и щелочью, не образовывать осадков и лаковых отложений, но поддаются окислению при 200°C.

Основная трудность состоит именно в синтезировании жидких углеводородов, но конечным процессом так само является гидрокрекинг, где происходит разделение длинных цепей углеводородов на разные фракции, одной из которых и является абсолютно прозрачное базовое масло без сульфатной золы. Чистота масла составляет 99,5%.

Коэффициента вязкости значительно выше, чем произведенные из PAO, их используют для изготовления топливосберегающих автомобильных масел с большим сроком эксплуатации. Такое масло обладает очень низкой летучестью и отличной стабильностью как при сильно высоких, так и при крайне низких температурах

Производство базового масла

Рассмотрим детальнее масла каждой перечисленной выше группы как они отличаются по технологии своего производства.

Группа 1. Их получают из чистой нефти или других нефтесодержащих материалов (часто продуктов отхода при изготовлении бензина и других ГСМ) путем селективной очистки. Для этого применяют одно из трех элементов — глину, серную кислоту и растворители.

Так, с помощью глины избавляются от азотных и серных соединений. Серная кислота в соединении с примесями обеспечивает осадок шлама. А растворители удаляют парафин и ароматические соединения. Чаще всего пользуются растворителями, поскольку это наиболее эффективно.

Группа 2. Тут технология аналогичная, однако она дополняется высокорафинированной очисткой элементами с низким содержанием ароматических соединений и парафинов. Благодаря этому повышается окислительная стабильность.

Группа 3. Базовые масла третьей группы на начальном этапе получают как и масла второй. Однако их особенностью является процесс гидрокрекинга. При этом нефтяные углеводороды подвергаются гидрированию и крекированию.

В процессе гидрирования из состава масла удаляются ароматические углеводороды (они впоследствии образуют налет лака и нагар в двигателе). Также при этом удаляются сера, азот и их химические соединения. Далее проходит этап каталитического крекинга, при котором расщепляются и «распушаются» парафиновые углеводороды, то есть, происходит процесс изомеризации. Благодаря этому получаются молекулярные связи линейного вида. Оставшиеся в масле вредные соединения серы, азота и другие элементы нейтрализуются с помощью добавления присадок.

Группа 3+. Такие базовые масла производятся так само методом гидрокрекинга, только сырье, которое поддается разделению, не сырая нефть, а жидкие углеводороды синтезированные из природного газа. Газ поддают синтезированию для получения жидких углеводородов по технологии Фишера — Тропша разработанной еще в 1920-х годах, но при этом используя специальный катализатор. Производство необходимого продукта началась лишь с конца 2011 года на заводе Pearl GTL Shell совместно с Qatar Petroleum.

Получение такого базового масла начинается с подачи в установку газа и кислорода. Затем начинается этап газификации с производством синтез-газа, представляющего собой смесь монооксида углерода и водорода. Потом происходит синтезирование жидких углеводородов. И уже дальнейшим процессом в цепи GTL является гидрокрекинг получившейся прозрачной воскообразной массы.

Благодаря процессу газожидкостной конверсии получается кристально чистое базовое масло, которое практически не содержит примесей, характерных для сырой нефти. Самым главным представителем таких масел, выполненных по технологии PurePlus, является моторное масло Shell Helix Ultra, Pennzoil Ultra и Platinum Full Synthetic.

Группа 4. Роль синтетической базы для подобных составов играют упомянутые уже полиальфаолефины (ПАО). Они представляют собой углеводороды с длиной цепочки около 10. 12 атомов. Их получают путем полимеризации (соединения) так называемых мономеров (коротких углеводородов длиной 5. 6 атомов. А сырьем для этого служат нефтяные газы бутилен и этилен (другое название длинных молекул — децены). Процесс этот напоминает “сшивание” на специальных химических машинах. Состоит он из нескольких этапов.

На первом из них олигомеризация децена с тем, чтобы получить линейный альфаолефин. Процесс олигомеризации происходит в присутствии катализаторов, высокой температуры и высокого давления. Второй этап представляет собой полимеризацию линейных альфаолефинов, результатом чего и являются искомые ПАО. Указанный процесс полимеризации происходит при низком давлении и в присутствии металлоорганических катализаторов. На финальном этапе производится фракционная разгонка на ПАО-2, ПАО-4, ПАО-6 и так далее. Для обеспечения необходимых характеристик базового моторного масла выбираются соответствующие фракции и полиальфаолефины.

Группа 5. Что касается пятой группы, то такие масла основаны на эстерах — сложных эфирах или жирных кислотах, то есть, соединений органических кислот. Эти соединения образуются в результате химических реакций между кислотами (обычно карбоновыми) и спиртами. Сырьем для их производства служат органические материалы — растительные масла (кокосовое, рапсовое). Также иногда масла пятой группы изготавливают из алкилированных нафталинов. Их получают алкилированием нафталинов олефинами.

Как видите, технология изготовления от группы к группе усложняется, а значит, и становится дороже. Именно поэтому минеральные масла имеют низкую цену, а ПАО-синтетические — дорого. Однако при выборе моторного масла нужно учитывать много разных характеристик, а не только цену и тип масла.

Интересно, что масла, относящиеся к пятой группе, имеют в своем составе поляризованные частицы, которые магнитятся к металлическим частям двигателя. Этим они обеспечивают самую лучшую защиту по сравнению с другими маслами. Кроме этого, они обладают очень хорошими моющими способностями, благодаря чему количество моющих присадок сводится к минимуму (или попросту исключается).

Современные технологии позволяют создавать полностью биологически разлагаемые эстеровые масла, поскольку упомянутые эстеры — экологически чистые продукты и легко разлагаются. Поэтому такие масла являются экологически чистыми. Однако из-за своей высокой стоимости автолюбители еще не скоро смогут пользоваться ими повсеместно.

Производители базовых масел

Готовое моторное масло — это смесь базового масла и пакета присадок. Причем интересно, что в мире существует всего 5 компаний, производящие эти самые присадки — это Lubrizol, Ethyl, Infineum, Afton и Chevron. Все известные и не очень компании, занимающиеся выпуском собственных смазочных жидкостей, покупают присадки у них. Со временем их состав меняется, модифицируется, компании проводят исследования в химических областях, и стараются не только повысить эксплуатационные характеристики масел, но и сделать их более экологичными.

Что касается производителей базовых масел, то их на самом деле не так много, и в основном это крупные, известные на весь мир, компании, такие как ExonMobil, занимающая первое место в мире по этому показателю (около 50% мирового объема базового масла четвертой группы, а также большая доля в 2,3 и 5 группах). Кроме нее в мире существует еще такие же большие со своим исследовательским центром. Причем их производство разделяется по вышеупомянутым пяти группам. Например, такие «киты», как ExxonMobil, Castrol и Shell не производят базовые масла первой группы, поскольку им это «не по чину».

Источник

Вам также может понравиться

Ясень семена способ распространения

Ясень обыкновенный Fraxinus excelsior – так в ботанической

Ярлыки способы создания ярлыков ос windows

Создаем ярлыки на рабочем столе Windows Создаем ярлыки

Японское удобрение фуджима способ применения

Удобрения Фуджима Знаете потрясающее удобрение, палочка

Японский чай способ заварки

Технология заваривания японского чая Известно, что