Топливо, смазочные материалы и охлаждающие жидкости

Раздел: Техника

Смазочные, моторные и трансмиссионные масла получают из той части нефти, которая остается после отгонки топливных фракций. Эта часть нефти называется мазутом.

 Если нагревать мазут при атмосферном давлении, то многие индивидуальные углеводороды начинают разлагаться при более низкой температуре, чем их температура кипения. При понижении давления понижается температура кипения, что позволяет выделить нужные фракции» Процесс этот называется вакуумной разгонкой. Для его реализации сооружаются специальные установки, позволяющие из мазута получать различные по вязкости масла. Особенно четко удается произвести разгонку в установках с двукратным испарением, применяемым в современных нефтеперерабатывающих комплексах. Эти масла называют дистиллятными маслами. Их полу- чсние предусматривает перегонку или испарение с последующей конденсацией отдельных фракций жидкостей или их смесей (в данном случае нефти или отдельных ее фракций).

В результате вакуумной перегонки получают базовые дистил- лятные масла, а оставшиеся продукты (полугудрон и гудрон) используют для получения остаточных масел. Характерной особенностью дистиллятных масел являются их хорошие вязкостно-температурные свойства и высокая термоокислительная стабильность. Но в этих маслах мало соединений, обладающих высокой маслянистостью, т. е. прочностью масляной пленки.

Остаточные масла, наоборот, обладают высокой естественной маслянистостью, но плохими низкотемпературными и вязкостно- температурными свойствами. Высокая маслянистость остаточных масел связана с находящимися в них продуктами окислительной полимеризации (нефтяными смолами)

Существуют две схемы переработки мазута — топливная и масляная. При топливной получают только одну фракцию (350—500 °С), используемую обычно как базовый продукт для каталитического крекинга или гидрокрекинга. При масляной переработке—три фракции: легкие дистиллятные масла (выкипающие при 300—400 °С)> средние дистиллятные масла (выкипающие при 400—450 °С) и тяжелые дистиллятные масла (выкипающие при 450—500 °С).

Для получения товарных марок масла подвергают сложным технологическим операциям. Для удаления нежелательных примесей масло очищают. Из него удаляют продукты окислительной полимеризации, органические кислоты, нестабильные углеводороды, серу и ее соединения. Для улучшения низкотемпературных свойств масла подвергают депарафинизации и деасфальтизации. Очищенные продукты при необходимости смешивают для получения нужного уровня вязкости. Дистиллятные масла используют для приготовления масел, от которых не требуется особо высокой естественной прочности масляной пленки. Остаточные — для масел, высокая маслянистость которых имеет особое значение. Например, для дизельных масел обычно смешивают дистиллятные и остаточные масла в необходимой пропорции.

Масла, используемые в качестве основных моторных масел» называют базовыми маслами. Например, для зимних и летних моторных масел выпускают следующие базовые масла;

М-6 — дистиллятное;

М-8 — дистиллятное с добавлением не менее 14 % остаточного компонента;

М-11 —смесь дистиллятного и не менее 30 % остаточного компонента;

М-14 — смесь дистиллятного и не менее 40 % остаточного компонента;

М-16 — смесь дистиллятного и не менее 50 % остаточного масла;

М-20 — состоит только из остаточных масел.

Для двигателей автомобилей ВАЗ вырабатывают специальное базовое масло, состоящее из дистиллятного масла с пологой вязкостно-температурной характеристикой (масло АСВ-6), или масло АСВ-10 — смесь дистиллятного и не менее 25 % остаточного масла.

Для получения всесезонных масел или масел для северных и арктических районов используют в качестве базовых масел глубоко депарафинизированные дистиллятные масла малой вязкости (веретенное АУ, АС-5 и др.).

Технология очистки базовых масел влияет на их свойства. Применяют еле дующие методы очистки масел.

1.         Выщелачивание. Это самый простой способ. Масло обрабатывают раствором щелочи (NaOH), которая нейтрализует органические кислоты. Продукты окислительной полимеризации (нефтяные смолы и другие вредные примеси) при щелочной очистке не удаляются, поэтому этот способ для моторных масел не применяют,

2.         Кислотно-щелочная и кислотно-контактная очистка. При этом методе очистки основным реагентом, входящим в соединения с нежелательными примесями, является серная кислота, которую добавляют в дистиллятное масло до 6 %, а в остаточное — до 10 %.

Серная кислота разрушает смолисто-асфальтовые и ненасыщенные соединения, которые вместе с непрореагировавшей кислотой выпадают в осадок, образуя кислый гудрон. Наиболее ценные для масел циклановые углеводороды серной кислотой не затрагиваются и после отделения кислого гудрона промываются водным раствором щелочи, которая нейтрализует остатки серной кислоты и кислого гудрона. Очистка заканчивается промывкой масла водой и просушиванием перегретым паром или горячим воздухом.

Для предотвращения возможности образования стойких водомасляных эмульсий обработку щелочью заменяют контактным фильтрованием с использованием отбеливающих глин, обладающих большой адсорбционной способностью поглощать полярно-активные вещества, к которым относятся продукты взаимодействия с серной кислотой.

Кислотную очистку с контактным фильтрованием через отбеливающие земли называют кислотно контактной очисткой.

Применение для очистки моторных масел серной кислоты имеет существенные недостатки:

при современных масштабах производства моторных масел это приводит к огромным безвозвратным расходам серной кислоты — ценного продукта, широко используемого во многих химических производствах.

Кислый гудрон, который является отходом при этом способе очистки, очень токсичный и вредный продукт; дальнейшее использование его по ряду причин нерентабельно, и его огромные скопления являются источником очень вредного воздействия на окружающую природу.

3.         Очистка масел селективными растворителями. Это современный и эффективный способ очистки масел.

Особенностью этого метода является возможность в процессе очистки многократного использования селективных растворителей. В качестве селективных растворителей применяют фурфурол, фенол и ряд других веществ.

Принцип селективной очистки заключается в следующем. Подбирают растворитель, который при определенной температуре и количественном соотношении с очищаемым маслом выборочно (селективно) растворяет в себе все вредные примеси I. плохо или совсем не растворяет очищаемый продукт, в данном случае — масло.

При смешивании очищаемого масла с селективньм растворителем основная часть вредных примесей растворяется и переходит в расгворитель, который, не смешиваясь с маслом, легко с ним разделяется при отстаивании. Получается слой очищенного масла (рафинадный слой) и слой растворителя с вредными, удаленными из масла примесями. Этот слой называют экстрактом. Слои разделяют. Сдой очищенного масла доочищают отбеливающими глинами, а экстракт подвергают регенерации, при которой селективный растворитель отделяется от вредных продуктов и опять вводится в процесс очистки.

Очень важно правильно выбрать как соотношение масла и растворителя, так. и температуру, при которой осуществляют процесс очистки. Например, при использовании в качестве селективного растворителя фенола температуру следует поддерживать в диапазоне 50—300 СС, а соотношение масла и растворителя 1 : 1 или 1 : 2.

При применении фурфурола соотношение очищаемого продукта варьируют- в зависимости от желаемой глубины очистки очищаемого масла от 1 : 1,5 до 1 : 4,

Для получения качественной очистки высоковязких остаточных масел используют метод парных растворителей. Причем один из иид должен выборочно растворять вредные примеси, а другой — очищаемое масло. Происходит как бы разделение полезного и вредного продукта. При растворении примесей применяют креозол с 30—50 % фенола, а при растворении рафината — пропан. С целью поддержания пропана в жидком состоянии очистку производят под давлением до 2 МПа.

В последнее время все шире применяют гидрогенизацию, которая является наиболее совершенным способом очистки масел, Процегс аналогичен гидроочистке топлив. Проводят его под давлением до 2 МПа в присутствии водорода при температуре 380—400 °С.

Для улучшения низкотемпературных свойств масел (что имеет особое значение- при эксплуатации двигателей зимой, находящихся на открытой стоянке автомобилей и тракторов) подвергают деасфальтизации и депарафинизации. Удаление из масла этих соединений, обладающих высокой температурой застывания, повышает низкотемпературные свойства масел.

Деасфальтизацию проводят с помощью жидкого пропана, который под давлением 2—4 МПа смешивают с очищенным маслом в пропорции до 10 : 1. Процесс протекает в специальных колоннах. Очищаемое масло поступает в среднюю часть- колонны, пропан — в нижнюю. Выводится битум из самого нижнего уровня колонны. Раствор очищенного ог асфальта масла выводится из верхней части колонны, после чего очищенное масло отделяется от растворителя.

Депарафинизацию масла, т. е. выделение из него парафина и церезина, производят путем его глубокого охлаждения. Перед охлаждением в масло добавляют растворители и смесь нагревают на 15—20° выше температуры полного растворения парафина и церезш1а. Затем смесь подвергают охлаждению и фильтрации или центрифугированию. Застывший парафин и церезин остаются на фильтрах. Освобожденное от парафина и церезина масло при его охлаждении в условиях реальной эксплуатации обладает повышенной текучестью, что значительно облегчает пуск двигателя при низких температурах.

В последнее время появляются методы очистки масел, основанные на его фильтрации через специальные мембраны, фильтрующие на молекулярьом уровне, которые, например, пропускают молекулу углеводородов и задерживают молекулу продуктов окислительной полимеризации и другие нежелательные примеси. Этот метод еще не получил широкого применения при очистке моторных масел