Технологии, используемые при производстве масел, полиальфаолефины (PAO), диэфиры

Опубликовано: 28.08.2018

Технологические процессы, используемые при производстве, существенно влияют на свойства получаемых продуктов. Специальные термины, встречающиеся в описаниях зарубежных моторных масел, могут дать представление о глубине переработки нефтяного сырья.

Базовые масла обычных технологий (conventional base oils) получают из одного или смеси нескольких минеральных компонентов (дистиллятных, остаточных), прошедших обработку по классической схеме: селективная очистка (или экстракция растворителями) - депарафинизация растворителями - очистка адсорбентами. Использование обычных технологий позволяет получать базовые масла со свойствами, достаточными для производства на их основе моторных масел начального уровня качества. В зависимости от химического состава используемой в качестве сырья нефти, различают два типа базовых масел обычных технологий - парафиновые (paraffinic) и нафтеновые (naphthenic).

Базовые масла новейших (необычных) технологий (unconventional base oils) получают из минеральных компонентов, прошедших стадии гидрообработки, а также путем частичного или полного замещения минеральных компонентов синтетическими.

Процессы гидрообработки могут частично или полностью заменить классические методы обработки нефтяного сырья. Минеральные компоненты, получаемые с использованием этих процессов, называются гидропроцессинговыми (hydroprocessed base stocks). Качество гидропроцессинговых базовых компонентов зависит от совершенства и глубины процессов переработки. На этом основании следует различать гидроочищенные (hydrotreated) и гидрокрекинговые (hydrocracked) базовые компоненты.

Применение легкой гидроочистки (mild hydrotreating, hydrofinishing) без использования высоких давления и температуры могут служить дополнением классических методов очистки с целью удаления остатков нежелательных соединений (серы, азота, олефинов), улучшения цвета и запаха рафинатов.

Более глубокие процессы гидроочистки с использованием высокого давления, специальных температурных режимов и селективных катализаторов позволяют достичь лучших результатов, чем при использовании классических методов. В результате можно добиться почти полного удаления соединений серы и азота, а также высокой степени гидрирования ароматических соединений и изомеризации н-парафинов в изопарафины.

Каталитический гидрокрекинг (catalytic hydrocracking) и последующая гидроизомеризация (hydroisomerization) являются наиболее сложными гидрогенизационными процессами, позволяющими получать гидрокрекинговые базовые масла, приближающиеся по основным свойствам к синтетическим. По этой причине некоторые маслопроизводители называют эти масла гидросинтетическими.

Синтетические базовые масла

За рубежом и в России происходит постепенный процесс обновления автомобильного парка за счет увеличения производства и продажи новых, и постепенного выхода из строя старых транспортных средств. Возрастающие требования к смазочным материалам со стороны автопроизводителей ограничивают возможности использования минеральных масел в современных автомобилях. Базовые масла, полученные с использованием классических методов обработки, уже не могут обеспечить необходимых свойств моторных и трансмиссионных масел.

До 2003 года маслопроизводители с успехом частично или полностью замещали синтетические компоненты гидрокрекинговыми, разрабатывая новые составы моторных и трансмиссионных масел. Получаемые продукты соответствовали большинству современных требований к автомобильным маслам.

Но, несмотря на совершенствование технологий производства высококачественных гидросинтетических масел, существуют и расширяются области применения, в которых уровень их отдельных свойств оказывается недостаточным. Примером может служить их недостаточная стойкость к окислению на фоне существенного расширения межсервисных интервалов обслуживания новых зарубежных автомобилей.

Увеличение доли маловязких компонентов, используемых при производстве моторных масел для новых автомобилей, выявляет еще один существенный недостаток гидрокрекинговых масел - относительно высокую летучесть, в сравнении с маслами, полученными из синтетических компонентов. По прогнозам зарубежных производителей синтетических масел спрос на их продукцию будет расти, как минимум до сроков коммерческого выхода на рынок масел, произведенных по технологии GTL (Gas-to-liquids).

Синтетические базовые масла представляют собой маслообразные жидкости - полимеры или олигомеры, полученные методом синтеза из различных мономеров. Свойства синтетических жидкостей зависят от химического строения, которое является основным критерием их классификации:

· углеводородные масла на основе полиальфаолефинов, изопарафинов или алкилбензола;

· диэфирные масла на базе двухосновных кислот и одноатомных спиртов;

· полиэфирные масла на основе эфиров полиолов, полигликолевых эфиров или эфиров фосфорной кислоты;

· фторуглеводородные масла;

· силиконовые масла.

Отдельные свойства исключают возможность применения некоторых синтетических жидкостей в качестве основных компонентов моторных масел:

· полиэфирные масла на основе эфиров фосфорной кислоты имеют недостаточные индексы вязкости (в пределах от 0 до -30);

· фторуглеводородные масла имеют низкую температуру кипения и плохие вязкостно-температурные характеристики;

· силиконовые масла не смешиваются с минеральными и обладают недостаточными смазывающими и противоизносными свойствами.

В качестве базовых компонентов для производства автомобильных моторных масел наибольшее распространение получили углеводородные масла на основе полиальфаолефинов и диэфирные масла (табл. 1.1).

Тип масла	Динамич. вязкость при -40О С, cP	Кинемат. вязкость при 40О С, cSt	Кинемат. вязкость при 100О С, cSt	Индекс вязкости	Темп. застывания, ОС	Темп. вспышки, COC, ОС
Углеводородные
PAO 4	2371	18,12	3,96	126	-79	221
PAO 6	8176	34,07	6,00	134	-68	243
Полиэфирные
Diesters	н/д	95,00	13,40	142	-42	300

Полиальфаолефины (PAO) являются углеводородными синтетическими жидкостями. В промышленных объемах их получают путем синтеза молекул децена в олигомеры или полимеры с короткими цепями.

Высокие индексы вязкости позволяют использовать масла на основе полиальфаолефинов в широком диапазоне температур. Отсутствие примесей соединений серы и металлов обеспечивает высокие антикоррозионные свойства. Хорошая смешиваемость с минеральными маслами позволяет использовать полиальфаолефины в качестве синтетического компонента, применяемого при производстве полусинтетических масел.

Благодаря невысокой стоимости в сравнении с другими синтетическими полиальфаолефиновые масла являются наиболее широко используемыми в мире синтетическими маслами. Несмотря на то, что в последние годы гидрокрекинговые масла приблизились по качеству и за счет более низких цен отвоевали значительную долю рынка базовых масел, ранее принадлежавшую полиальфаолефиновым, последние все еще обладают рядом существенных преимуществ:

· очень низкие температуры застывания (в связи с отсутствием линейных парафинов);

· высокие термостабильность и стойкость к окислению (отсутствие ненасыщенных углеводородов);

· малые летучесть и коксуемость, обеспечиваемые однородностью состава.

Эти преимущества особенно важны в последние годы, в связи с увеличивающимся потреблением маловязких моторных масел, рассчитанных на удлиненные интервалы замены. По этой причине в 2004 году было отмечено существенное увеличение объемов продаж полиальфаолефиновых моторных масел для первичной заливки и сервисного обслуживания новых моделей автомобилей. Если в 2003 году загрузка мощностей заводов, производящих полиальфаолефиновые масла, упала до 60-70% от максимальной, то к концу 2004 года этот показатель вырос до 90% и продолжает неуклонно расти.

К недостаткам полиальфаолефиновых масел следует отнести:

· худшую, по сравнению с минеральными маслами, растворяющую способность по отношению к некоторым типам присадок;

· худшую совместимость с эластомерами (вызывают усадку резиновых уплотнений с потерей их эластичности).

Оба эти недостатка устраняют путем добавления небольших количеств сложных эфиров.

Сырьем для ПАО служат децены - непредельные линейные углеводороды, родственники этилена, по внешнему виду напоминающие сжиженный газ. Получают их на специализированных заводах, часто в качестве побочных продуктов. В химической реакции из 2, 3, 4, 5 и 6 комбинаций деценовых молекул образуется ряд олигомеров. Затем путем дистилляции из них получают базовые масла различных классов вязкости. Масло, полученное в результате такого процесса, не содержит примесей и абсолютно прозрачно. Это дает ему ряд неоспоримых преимуществ перед продуктами, полученными из нефти.

Отсутствие линейных парафинов снижает естественную температуру застывания до очень низких значений. ПАО имеют температуру застывания, как правило, ниже минус 50оС. Это свойство может быть использовано, когда возникают сомнения относительно происхождения масла - получено оно в процессе гидрокрекинга или химического синтеза.

высокий изначальный индекс вязкости дает возможность снизить количество присадки загустителя (модификатора вязкости), добавляемого в масло или смазку для придания ему определенных характеристик.

Отсутствие примесей, которые всегда являются катализаторами старения масла, делает синтетическое базовое масло весьма устойчивым к воздействию высоких температур. Так, например, если масла минерального происхождения начинают серьезно окисляться уже при температурах выше 130оС, то ПАО выдерживают рабочие температуры до 150оС без какой-либо потери рабочих свойств.

Отсутствие случайных молекул малого размера обеспечивает низкую летучесть синтетических базовых масел по сравнению с минеральными.

Полиальфаолефины получают в 2 стадии путем сложных химических превращений при определенных условиях (давление, температура, кратность и время циркуляции) в специальных реакторах с использованием катализатора. Сложность процесса производства масла данного типа обуславливает более высокую стоимость в сравнении с маслами, полученными из нефти по традиционной технологии.

При первой стадии процесса - получение альфаолефинов - давление в реакторе достигает 200атм! (для примера - это аналогично тому, если на ноготь мизинца опустить 200 литровую бочку с маслом!), а температура до 200 ºС (легко запомнить - 200,200,200). На второй стадии (она называется олигомеризация альфаолефинов) уже создается вакуум ~50 мм.рт.ст (нормальное атмосферное давление 760 мм.рт.ст.).

Диэфиры (diesters) получают при взаимодействии двухосновных кислот с одноатомными спиртами или одноосновных кислот с многоатомными спиртами. Диэфиры имеют более разнообразную структуру, чем ПАО.

Они обладают хорошей смешиваемостью с минеральными маслами. В сравнении с минеральными, масла на базе диэфиров обладают более высокими индексами вязкости и термостабильностью, более низкими температурами застывания, меньшей летучестью и огнеопасностью. Высокая растворяющая способность позволяет растворять лаки и шлам, поддерживая чистоту деталей двигателя. На практике, диэфирные масла способны удалять в двигателе отложения, образовавшиеся в результате использования других масел.

Недостатком диэфирных синтетических масел является их повышенная агрессивность в отношении натуральных и синтетических резинотехнических изделий. Они вызывают набухание и размягчение резиновых прокладок, сальников и т. п. По этой причине их следует использовать с химически инертными уплотнительными материалами.

Новости автомира