Моторные масла получают из мазута - остатка первичной переработки нефти (схема получения моторных масел показана на рис. 4.1). 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 называются дистиметными маслами. Их получение предусматривает перегонку или испарение с последующей конденсацией отдельных фракций жидкостей или их смесей.
мазут 1 остаточные масла дистилянтные масла 2 Вредные примеси
моторные масла
0вакуумная разгонка
1очистка
Рис. 4.1
В результате вакуумной перегонки получают дистиметные масла, а оставшийся продукт (полугудрон и гудрон) используется для получения остаточных масел. Характерной особенностью дистиметных масел является 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).
Существует две схемы переработки мазута - топливная и масляная. При масляной переработке получают три фракции: легкие дистиметные масла (выкипающие при 300-400С), средние (при 400-450С) и тяжелые (450-500С).
Для получения товарных марок масла подвергают сложным технологическим операциям. Для удаления нежелательных примесей масло очищают. Цель очистки - удаление нежелательных примесей (асфальто-смолистые вещества, непредельные углеводороды, нефтяные кислоты, сернистые и азотистые соединения, которые являются составной частью масел или образуются в них при вакуумной перегонке), отрицательно влияющих на работу смазываемых механизмов и машин.
Для улучшения низкотемпературных свойств масла подвергают депарафинизации и деасфальтизации. Очищенные продукты при необходимости смешивают для получения нужного условия вязкости. Дистиметные 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 дистиметные и остаточные масла. Масла, используемые в качестве основных моторных масел, называются базовыми маслами.
В практике используются следующие способы очистки: кислотно-щелочная, кислотно-контактная, селективная, депарафинизация и деасфальтизация.
При кислотно-щелочной очистке смолистые вещества масляного дистимета, взаимодействуя с серной кислотой, частично растворяются, а частично уплотняются с образованием асфальтов, которые переходят в кислый гидрон, после отделения которого масло обрабатывают раствором щелочи (NaOH), затем промывают водой и просушивают горячим воздухом. Серная кислота разрушает смолисто-асфальтовые и ненасыщенные соединения, которые вместе с непрореагировавшей кислотой выпадают в осадок, образуя кислый гидрон.
Для предотвращения возможности образования стойких водомасляных эмульсий обработку щелочного заменяют контактным фильтрованием с использованием отбеливающих глин, обладающих большой адсорбционной способностью поглощать Полярно-активные вещества, к которым относятся продукты взаимодействия с серной кислотой. Этот способ очистки называется кислотно-контактным. Причем очистка отбеливающими глинами может быть контактной и перколяционной. При первом способе глину перемешивают с очищаемым маслом, а при втором масло пропускают через слой гранулированного адсорбента при температуре 20-100С.
Применение при очистке моторных масел серной кислотой имеет существенные недостатки:
При современных масштабах производства моторных масел это приводит к огромным безвозвратным расходам серной кислоты. Кислый гудрон, который является отходом при этом способе очистки, очень токсичен и вреден; дальнейшее использование ее по ряду причин нерентабельно, и его огромные скопления являются источником очень вредного воздействия на окружающую среду.
При селективной очистке применяют растворители, которые растворяют нежелательные примеси. В качестве селективных (избирательных) растворителей используют фурфурол (150-400% от массы очищаемого масла), фенол (100-120% от массы масла), нитробензол, пропан и т.д. Процесс селективной очистки проходит при температуре 50-120С.
Принцип селективной очистки заключается в следующем. Подбирают растворитель, который при определенной температуре и количественном соотношении с очищаемым маслом выборочно растворяет в себе все вредные примеси и плохо или совсем не растворяет очищаемый продукт.
При смешивании очищаемого масла с селективным растворителем основная часть вредных примесей растворяется и переходит в растворитель, который, не смешиваясь с маслом, легко с ним разделяется при отставании. Получается слой очищенного масла (рафинадный слой) и слой растворителя с вредными, удаленными из масла примесями. Этот слой называется экстрактом. Слои разделяют. Слой очищенного масла доочищают отбеливающими глинами, а экстракт подвергают регенерации, при которой селективный растворитель отделяется от вредных продуктов и опять вводится в процесс очистки.
Это современный и эффективный способ очистки масел. Особенностью этого метода является возможность в процессе очистки многократно использовать селективные растворители.
Для улучшения низкотемпературных свойств масел их 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 пропорциях от 5:1 до 10:1. Процесс протекает в специальных колоннах. Очищаемое масло поступает в среднюю часть колонны, пропан - в нижнюю. Вводится битум из самого нижнего уровня колонны. Раствор очищенного от асфальта масла выводится из верхней части колонны, после чего очищенное масло отделяется от растворителя.
Депарафинизация масла, т.е. выделение из него парафина и церезина, проводят путем его глубокого охлаждения. Перед охлаждением в масло добавляют растворители и смесь нагревают на 15-20С выше температуры полного растворения парафина и церезина. Затем смесь подвергают охлаждению и фильтрации или центрифугированию. Застывший парафин и церезин остаются в фильтрах. Освобожденное от парафина и церезина масло при его охлаждении в условиях реальной эксплуатации обладают повышенной тягучестью, что значительно облегчает пуск двигателя при низких температурах.
Необходимые эксплуатационные свойства масло приобретает после последовательного применения нескольких процессов переработки масляного сырья. Однако самые совершенные методы перегонки и очистки не позволяют получать масла, полностью удовлетворяющие требованиям к их качеству. Для улучшения эксплуатационных свойств - одного или нескольких - к маслам добавляют в небольших количествах (от 0,01 до 10%, а иногда и более) различных химических соединений - присадки.
В последнее время появляются методы очистки масел, основанные на его фильтрации через специальные мембраны, фильтрующие на молекулярном 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 масел.