Нефтяное масло

Нефтяные масла - это жидкие смеси высококипящих (высокомолекулярных) углеводородов (температура кипения составляет 300-600 ^оС), главным образом алкилнафтеновых и алкилароматических, получаемые переработкой нефти.

По способу выделения из нефти нефтяные масла делятся на:

• дистиллятные, получаемые при вакуумной перегонке мазута;

• остаточные, получаемые из остатка перегонки мазута - гудрона;

• компаундированные, получаемые смешиванием дистиллятных и остаточных компонентов.

По способу очистки нефтяные масла бывают:

• неочищенные,

• кислотно-щелочной очистки,

• кислотно-контактной очистки,

• селективной очистки,

• адсорбционной очистки,

• гидрокрекинга.

По области применения нефтяные масла разделяются на:

• смазочные,

• специальные (например, масла, которые служат электроизоляционной средой в трансформаторах, конденсаторах, кабелях, масляных выключателях и т. д.).

Наибольшее распространение получили смазочные масла.

Они подразделяются на 6 групп по области применения:

• индустриальные (для смазывания подшипников и пар трения металлообрабатывающих станков и промышленного оборудования),
• турбинные (для смазывания и охлаждения подшипников паровых и газовых турбин, турбокомпрессоров и генераторов электрического тока),
• компрессорные (для воздушных и холодильных компрессоров),
• приборные,
• трансмиссионные (для смазки трубчатых передач в коробках передач, ведущих мостах, механизмах рулевого управления, а также в гидравлических приводах машин и механизмов),
• моторные (для карбюраторных, дизельных и авиационных двигателей).

Нефтяное базовое масло

Нефтяное базовое масло - основа большинства товарных смазочных масел, оно должно обеспечивать необходимые эксплуатационные свойства и удовлетворять требованиям к качеству.

Иногда эти требования противоречат друг другу, например, получение высокого индекса вязкости и низкой температуры застывания масла, что технологически сложно.

Комплекс требований, предъявляемый к современным смазочным маслам, способствует распространению производства товарного масла на синтетической или синтетическо-нефтяной основе, так как синтетическое масло имеет некоторые преимущества по сравнению с нефтяными (хотя имеют и ряд недостатков).

Выбор базового масла - основы при производстве товарного масла - определяется как требуемыми функциональными показателями масла, так и экономическими показателями его производства и применения.

Нефтяное базовое масло является основным по применяемости базовым маслом.

Присадки в масло обеспечивают достижение необходимых эксплуатационных свойств базового масла.

Функции масла разнообразны и зависят от области применения.

Нередко смазочная функция не является не только единственной, но даже не основной, как например, трансформаторное или кабельное масло.

Основные функции, выполняемые крупными группами масел:

• обеспечение чистоты и минимального износа узлов смазывания изделия в процессе эксплуатации;

• обеспечение эксплуатации изделия в широком диапазоне температур;

• предотвращение коррозии и загрязнения поверхностей трения деталей в процессе эксплуатации;

• отвод теплоты от узлов трения, удаление из зоны трения продуктов трения и износов.

При этом масло должно быть стабильно в процессе эксплуатации (иметь высокую антиокислительную и механическую стабильность), иметь хорошую совместимость с материалами уплотнения (эластомерами), невысокую склонность к пенообразованию и низкую гигроскопичность.

Нет единых требований к качеству базового масла, пригодных для производства всей номенклатуры масел.

Базовое масло классифицируют:

• по физико-химическим свойствам (вязкость, иногда температура застывания);

• по сырьевой природе, определяющей их химическую структуру (масла парафинового и нафтенового основания);

• по способу производства - базовые масла делят на дистиллятные (вырабатываемые из вакуумных дистиллятов), остаточные (вырабатываемые из гудрона) и компаундированные (смесь дистиллятных и остаточных).

Основой классификации базовых масел в большинстве спецификаций является их вязкость.

В маркировке базовых масел кроме уровня вязкости может указываться их сырьевая природа (парафиновые, нафтеновые), способ производства (селективной очистки, гидрированные).

Вязкость масел в различных странах определяют различными способами и при различных температурах.

Современные базовые масла должны отличаться хорошим цветом, высокой температурой вспышки, низкой испаряемостью, высоким индексом вязкости, хорошей приемистостью к присадкам, стабильностью при хранении.

Показатели качества

Вязкость - один из основных показателей качества.

Он определяет надежность гидродинамического (жидкостного) трения, то есть режима смазки.

По уровню вязкости масла можно условно разделить на маловязкие (3-4 мм²/сек при 100^оС), средневязкие (4-6 мм²/сек при 100^оС) и вязкие (8-9 мм²/сек при 100^оС и выше).

Чем выше индекс вязкости (ИВ), тем более пологой является вязкостно-температурная кривая масла в области плюсовых температур.

ИВ характеризует качество (глубину) очистки масла - чем выше ИВ, тем лучше очищено масло.

Его значение зависит от углеводородной природы сырья для производства масел.

Из нефти нафтенового основания производство базовых масел с высокими ИВ сложно, тем не менее эти масла пригодны для выработки товарных масел определенного ассортимента.

По ИВ масло делится на:

• низкоиндексные (ИВ не выше 80),

• среднеиндексные (ИВ равно 80-90),

• высокоиндексные (ИВ равно 90-95 и выше).

В качестве компонентов базовых масел современного уровня качества используют базовые масла со сверхвысоким ИВ (выше 100), представляющие собой продукты глубокой гидрокаталитической переработки нефтяного сырья.

Учитывая важность и высокую информативность ИВ как показателя, Американский нефтяной институт (API) рекомендует классифицировать базовые масла по 3 показателям:

• индекс вязкости,

• доля нафтено-парафиновых углеводородов,

• содержание серы.

Температура застывания - показатель, характеризующий низкотемпературные свойства масла, то есть возможность его эксплуатации при отрицательных температурах.

Большинство базовых масел имеют температуры застывания в интервале 0^оС - -15^оС, но есть группа низкозастывающих масел с температурой застывания ниже -30^оС.

В основном это маловязкие базовые масла, являющиеся основами трансформаторных, авиационных, некоторых гидравлических, а также зимних моторных и трансмиссионных масел.

Температура вспышки масел характеризует наличие в масле легкокипящих фракций и связана с таким важным для производства моторных масел показателем, как испаряемость.

Цвет масел является товарным показателем и, как и ИВ, характеризует глубину и качество их очистки.

Коксуемость - характеристика остаточных масел (в дистиллятных - коксуемость весьма незначительна), достаточно четко характеризующая качество масел с точки зрения нагаро- и лакообразования в процессе эксплуатации товарного (моторного) масла на этой основе.

Значение коксуемости зависит от глубины и качества процессов деасфальтизации и селективной очистки при производстве масла.

Химические свойства

Физико-химические показатели, характеризуя качество базового масла, являются косвенными. В основном качество базовых масел и эксплуатационные показатели товарных масел зависят от химического и фракционного состава.

Эксплуатационные свойства товарного масла зависят от состава базового масла.

От углеводородного (химического) состава базового масла зависят:

• вязкость - определяет толщину смазывающей пленки, то есть надежность смазывания; текучесть и прокачиваемость при низких температурах; сохранения необходимой для надежного смазывания вязкости при высоких температурах; потери энергии; износ;

• стабильность к окислению - определяет сохранение первоначальных физико-химических и эксплуатационных свойств масла, включая его минимальную коррозионную активность в процессе эксплуатации;

• поверхностная активность - определяет вспениваемость и эмульгируемость масла; в определенной степени влияет на коррозионную активность масла;

• растворяющая способность - определяет способность базового масла растворять композицию присадок; в определенной степени влияет на моющие (детергентно-диспергирующие) свойства масла.

От фракционного состава базового масла зависит испаряемость, характеризующая расход масла и степень его загущения в процессе эксплуатации, ведущего к образованию отложений.

По химическому составу нефтяные масла представляют собой смесь углеводородов молекулярной массой 300-750, содержащих в составе молекул 20-60 атомов углерода.

Базовые масла состоят из групп изопарафиновых, нафтено-парафиновых, нафтено-ароматических и ароматических углеводородов различной степени цикличности, а также гетероорганических соединений, содержащих кислород, серу и азот.

Гетероорганические соединения (в особенности кислородные соединения) являются основой смол, содержащихся в базовом масле.

Химический состав базовых масел и структура входящих в их состав углеводородов определяются как природой перерабатываемого сырья, так и технологией его переработки.

Условно все входящие в состав масляной фракции группы углеводородов можно разделить на желательные и нежелательные.

Желательными компонентами являются: изопарафины, нафтено-парафиновые, моно- и бициклические ароматические углеводороды с длинными боковыми цепями.

Содержание этих групп углеводородов в масле обеспечивает оптимальное сочетание эксплуатационных свойств и хорошую стабильность в процессе эксплуатации.

Нежелательные компоненты: твердые парафины, полициклические арены, смолистые и асфальто-смолистые соединения.

По фракционному составу масла представляют собой высококипящие продукты, вырабатываемые из нефтяных фракций, выкипающих при температуре выше 300^оС.

Основной объем масел вырабатывают с применением экстракционных процессов разделения сырья (дистиллятов и гудрона):

• селективной очистки растворителем (фенолом, фурфуролом, N-метилпирролидоном),

• деасфальтизации гудронов пропаном и сольвентной депарафинизации рафинатов селективной очистки в кетонсодержащем растворителе (последний процесс представляет собой одну из разновидностей процесса экстракции - экстрактивную кристаллизацию).

Постоянно снижается производство масел с использованием процесса сернокислотной очистки, что обусловлено снижением добычи пригодной для этого процесса нефти, образованием больших количеств экологически вредных трудно утилизируемых отходов (кислый гудрон) и в большинстве случаев недостаточно высоким для современных требований качеством получаемых масел.

В относительно небольших количествах вырабатываются масла с использованием процессов гидрокрекинга и гидрокаталитической депарафинизации, хотя гидрокаталитические процессы и перспективны в производстве масел и их ожидает дальнейшее развитие.