Минеральные базовые масла

Желательно для каждого конкретного случая применения иметь масло с оптималь­ными эксплуатационными свойствами. Это обуславливает большой ассортимент масел. Производство большого количества разновидностей масел технически и экономически нецелесообразно. Во избежание этого, нефтеперерабатывающая промышленность выпус­кает ограниченное количество базовых масел, которые смешиваются между собой и с при­садками на маслосмесительных заводах для получения товарных масел с необходимыми эксплуатационными свойствами. Производство товарных ма­сел состоит из двух стадий - производства базовых масел и смешения компонентов (компаундирования).

Базовые минеральные масла производятся нефтеперерабатывающими заводами, чаще всего принадлежащими крупным нефтекомпаниям, так как для управления произ­водством и его совершенствования требуется крупный финансовый капитал и научный потенциал.

Базовые масла различаются между собой вязкостью, химическим составом и неко­торыми другими свойствами. Базовое масло - это основа товарного масла, готовая к сме­шению, но еще без присадок. Сырьем для смазочных масел могут быть минеральные и синтетические базовые масла. Химический состав минеральных масел зависит от не­фти, из которой произведено масло. Химический состав синтетических масел зависит от исходного сырья (мономеров) и метода синтеза.

Крупные нефтекомпании имеют несколько нефтеперерабатывающих заводов. Для конкретной товарной марки на все маслосмесительные заводы они поставляют базовое масло и присадки строго определенного состава и свойств. Поэтому в документах на про­дукцию обычно не указывается завод-изготовитель, а только название нефтекомпании.

Качество товарного масла зависит от типа исходной нефти, способа получения ба­зового масла, глубины химического превращения и очистки. В описаниях продукта часто указываются особенности его производства и состава что дает потребителю возможность судить о качестве исходного базового масла.

Компаундирование масел является относительно несложным технологическим про­цессом и может быть осуществлено на сравнительно небольших маслосмесительных за­водах. Эту задачу способны выполнить и небольшие самостоятельные фир­мы. Они покупают базовые масла и присадки, смешивают их, расфасовывают и поставляют Масла на рынок под своим фирменным названием.

Крупные нефтекомпании разрабатывают новые технологии и составы и выполняют все процессы по производству масел от переработки нефти и до расфасовки конечного про­дукта. В условиях конкуренции они постоянно совершенствуют технологии и поддержива­ют качество своей продукции на самом высоком уровне. Потребителю полезно быть знако­мым со структурой и возможностями производителей и поставщиков нефтепродуктов.

Присадки и их наборы (пакеты) поставляются на рынок компаниями и заводами химической промышленности в большом ассортименте, часто это пакеты полностью готовые для получения масла определенного класса (уровня качества). Маслосмесительные заводы по компаундированию масел имеют достаточно большой выбор и могут в некото­рой степени конкурировать с крупными нефтекомпаниями быстрым реагированием на из­менения потребностей рынка. Крупные нефтяные и химические компании разрабатывают оригинальные присадки и наборы, при­меняют их для компаундирования своих продуктов и тем самым имеют больше возможно­стей по усовершенствованию качества, чем мелкие фирмы.

Каждая крупная нефтекомпания старается создать процессы производства, очистки и модификации базовых масел и подбор компонентов товарных масел, которые были бы не только оригинальными, но и наиболее эффективными в экономическом плане и обеспе­чивали бы наилучшее качество. Поэтому каждое новшество, которое улучшает качество продукта, обязательно указывается в описании масла, как ценное преимущество данного продукта. Для правильного понимания любых предписаний производителей, нужны опре­деленные знания по технологии производства, модификациям масел и специфической тер­минологии.

Общая схема производства базовых минеральных масел: 

• атмосферная перегонка, при которой отделяются легкокипящие фракции (светлые продукты) и атмосферный остаток или мазут, который слу­жит сырьем для вакуумной перегонки при производстве масел;
• вакуумная перегонка атмосферного остатка (мазута) осуществляется при более низкой температуре в вакууме, что позволяет перегонять вязкие продукты; получа­емые фракции масел - вакуумные дистилляты с разной вязко­стью и вакуумный, из которых получают высоковязкие базовые масла;
• очистка фракций вакуумной перегонки методом экстракции, при помощи которой растворителями отделяются нежелательные соединения;
• депарафинизация фракций, при которой отделяются парафины;
• другие технологические процессы улучшения качества базовых масел: гидрирова­ние, каталитический гидрокрекинг, очистка отбеливающей глиной или кристалли­ческим алюмосиликатом (например, цеолитом) и др.

Основные фракции вакуумной перегонки атмосферного остатка (мазута):

• легкое вакуумное масло (температура кипения 300 - 400°С),
• тяжелое вакуумное масло (температура кипения 350-420°С)
• остаточное масло (температура кипения 420 - 490 °С).

Остаток после отделения дистиллятов называют гудроном или вакуумным остат­ком (температура кипения >500°С). Он составляет около 20 - 30% от исходного сырья. Иногда остаточное масло не выделяется в отдельную фракцию, а производится из вакуум­ного остатка. Такое масло после процесса очистки называется осветленным остаточ­ным маслом.

По фракционному составу базовые масла делятся на дистиллятные, компаундиро­ванные и остаточные. Дистиллятными маслами являются отдельные фракции или их сме­си. Компаундированные масла получаются смешением дистиллятов и остаточных масел.

Остаточные масла обладают хорошими эксплуатационными смазывающими свойствами. Их липкость, стойкость к окислению лучше, чем у дистиллятных масел. Из легких дистиллятов получают легкие индустриальные и трансформаторные масла, из средних и тяжёлых дистиллятов - индустриальные и моторные, из компаундированных и остаточных - трансмиссионные, тяжёлые индустриальные, цилиндровые и др. масла.

Состав нефти и базового масла. Химический состав базового масла зависит в химического состава нефти. Существующие разновидности нефтей:

• парафиновые (содержание парафинов >75%),
• нафтеновые (содержание нафтеновых соединений >75%),
• ароматические (содержание ароматических соединений >50%),
• смешанные - если нет доминирующих соединений.

Для производства смазочных масел наибольшее значение имеют парафиновые нефти, которые отличаются хорошими вязкостно-температурными свойствами (высоким индексом вязкости). После традиционных процессов очистки парафиновое минеральное масло обладает хорошими эксплуатационными свойствами.

Некоторые компоненты нефти, которые обычно считаются вредными, в некоторых областях назначения могут быть весьма ценными. Например, смолы, жирные и нафтеновые кислоты повышают липкость и стойкость адсорбционной пленки масла и тем самым улучшают смазывающую способность масла. Некоторые соединения серы и азота облада­ют антиокислительными свойствами. Таким образом, при глубокой очистке масла, некото­рые его смазывающие, антиокислительные и антикоррозионные свойства могут ухудшиться,

Совершенствование базовых масел проводится по двум основным направлениям. При первом, масло очищается только до такой степени, чтобы в нем осталось оптимальное содержание смол, кислот, соединений серы, азота и, дополнительно, вводятся присадки для улучшения некоторых функциональных свойств. Такой метод не позволяет получать масла достаточно высокого уровня качества, требуемого для современных двигателей. При втором, базовое масло полностью очищается от всех примесей и проводится молекуляр­ная модификация методом гидрообработки (гидрокрекинга, гидроочистки и др.). В резуль­тате получается масло, обладающее ценными свойствами для тяжелых режимов работы (высокая стойкость к деформациям сдвига при высоких скоростях, нагрузках и темпера­турах, с высоким индексом вязкости и стабильностью физико-химических параметров). При очистке масел удаляются следующие основные примеси:

• соединения серы и органические кислоты, вызывающие коррозию металлов;
• непредельные углеводороды, понижающие антиокис­лительную стойкость масла;
• смолистые и асфальтеновые соединения, которые образуют лаковые отложения и нагар на горячих поверхностях деталей, ухудшают низкотем­пературные свойства, подавляют эффективность антиокислительных и антикорро­зионных присадок;
• растворенные в масле твердые углеводороды {воскообразные вещества, парафи­ны) (мах), которые повышают температуру застывания масла и ухудшают его низ­котемпературную фильтруемость и прокачиваемость;
• полициклические соединения, ухудшающие низкотем­пературные свойства масла и способствующие образованию лаковых отложений и нагара.

Методы очистки:

• селективная очистка или экстракция растворителями- метод удаления нежелательных соединений, основанный на образова­нии двухфазной системы, в которой примеси с растворителем и чистое масло разде­ляются на два слоя. После отделения слоя экстракта получается чистое масло. Та­ким образом, из масла удаляются асфальтеновые (битумные) вещества, смолы и ароматические соединения с короткими 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 или н-метилпирролидин, реже фенол. В ходе экстракции основной химический состав дистиллятов меняется не­значительно, поэтому еще сохраняется влияние химического состава сырой нефти.
• депарафинизация растворителем (solventdewaxing)- метод удаления парафи­нов, которые повышают температуру застывания масел. Масло смешивается со сме­сью двух растворителей, например - метилэтилкетона и толуола. Полученный ра­створ масла охлаждается до - 6... - 12°С. При такой температуре кристаллы пара­фина выпадают в осадок и отделяются фильтрованием, а растворитель отгоняетсяот масла. В результате получаетсядепарафинизированное масло (dewaxedoil) с улучшенными свойствами: с более низкой температурой застывания и повышен­ным индексом вязкости (за счет уменьшения низкотемпературной вязкости). По­бочный продукт, парафиновый шлам (slackwax), 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 асфальтовых веществ, алкенов, полициклических аренов. От 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.