Базові масла і способи їх отримання

Базові масла в залежності від складу можуть бути нафто­вими, синтетичними або напівсинтетичними.

Нафтові базові масла - одержують із залишку (мазуту), що утворюється після атмосферної перегонки нафти і видалення з нього бензинових і дизельних фракцій. Цей залишок піддається подальшій переробці, яка включає вакуумну перегонку, очищен­ня, деасфальтизацію, депарафінізацію та інші процеси нафто­переробки:

- вакуумна перегонка дозволяє позбутися висококиплячих компонентів (гудрон) і розділити продукт, що переробляється, на ряд фракцій (дистилятів), які мають різну температуру викіпання, а значить і різну молекулярну масу, склад і власти­вості (щільність, в'язкість, індекс в'язкості, температуру спалаху тощо);

- очищення (селективнае сернокислотне, гідроочищення, адсорбційне і ін.) проводиться для видалення небажаних компо­нентів (сірчистих і киснеутримуючих з'єднань, неграничних вуглеводнів тощо), які у процесі роботи масел можуть робити негативний вплив. Зазначені вище методи очищення в залеж­ності від обраної технологічної схеми можуть застосовуватися як самостійно, так і в сполученні з іншими методами.

Нафтові базові масла, отримані за традиційними схемами виробництва та очищення, являють собою складні суміші вугле­воднів (ізопарафінових, нафто-парафінових, нафто-ароматичних, ароматичних різної ступені циклічності) з молекулярною масою 300-750 і утримуючих у складі молекул 20-60 атомів вуглецю, а також гетероорганичних з'єднань (утримуючих ки­сень, сірку, азот і деякі метали). Ці масла мають індекс в'язкості приблизно 90-100 одиниць.

- деасфальтизація проводиться для видалення з високов'язкого залишку після вакуумної перегонки асфальтенов - високомолекулярних продуктів, що викликають підвищене нагаро- і лакоутворення при роботі олій. Очищена масляна фракція (деасфальтизат) використовується як компонент базових масел.

- депарафінізація служить для видалення з дистилятів і де- асфальтизатів вьісокоплавких парафінов, що підвищують тем­пературу загустіння масел.

Процеси виробництва та очищення базових масел можуть комбінуватися різними способами. Типова технологічна схема виробництва масла приведена на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Схема одержання масел

Дистилятні базові масла – компоненти звичайно одержують за схемою:

мазут → вакуумна перегонка → селективне очищення → депарафінізація → гідроочищення. А залишкові – за схемою: гудрон → деасфальтизація → селективне очищення → депарафінізація → гідроочищення

Компаундування базових масел одержують змішуванням дистилятних і залишкових компонентів. Змішування компо­нентів проводиться як для одержання заданої в'язкості, так і для досягнення необхідного вуглеводневого складу базових масел (табл. 2.2).

Синтетичні базові масла одержують шляхом цілеспря­мованого синтезу органічних і елементоорганічні з'єднань, що перевершують за своїми властивостями вуглеводні нафтові масла і являють собою суміші хімічних сполук однакової або різної структури. Найбільше поширення одержали синтетичні вуглеводні (поліолефіни, алкільовані ароматичні з'єднання), поліефіри, складні ефіри органічних і неорганічних кислот, складні ефіри багатоатомних спиртів, полі-галогенпроізводні вуглеводні, силоксани й ін.

Таблиця 2.2

Бажані та небажані компоненти базових масел

Компоненти нафтових базових масел
бажані	небажані
Ізопарафінові вуглеводні	Тверді парафінові вуглеводні
Нафтово-парафінові вуглеводи	Поліциклічні ароматичні вуглеводні
Моно і біцикличні ароматичні вуглеводні з довгими бічними ланцюгами	Смолисті й асфальто-смослисті з'єднання
Неграничні вуглеводні
Елементоорганічні з'єднання

Розробка синтетичних масел почалася ще наприкінці XIX століття, а на початку 20-х років XX століття вони вже випускалися промисловістю. До цього ж часу відносяться і перші спроби їх використання в мастилах. Проте, їх широке використання почалося в останні три десятиліття. Синтетичні базові масла перевершують нафтові за низькотемпературними характеристиками, термічній стабільності і стійкості до окислювання (табл. 2.3), але уступають їм за вартістю.

Таблиця 2.3

Порівняння (у балах) властивостей нафтових і синтетичних основ,

використовуваних як базові масла

Властивості	Нафтоносне масло	Полеолефіни	Діалкіл-бензоли	Дікарбонових кислот	Поліолових кислот	Пмаслаетилабо енгліколь	Сілікони	Ефіри
Пмаслафінілові	Фосфорної кислоти	Кремнієвої кислоти
В’язкістно-температурна характеристика				4-5					3-4
Рухливість при низьких температурах
Схильність до невипару		4-5		4-5	4-5	3-4	4-5
Термостабільність				3-4
Антиокислювальні властивості							4-5
Термоокислюваль на стабільність (з антиокислювачем)		4-5	4-5	4-5			4-5
Анти­корозійні властивості (з інгібітором)				3-4	3-4
Приємистість до присадок	4-5	4-5	4-5	4-5		3-4
Гідромаслятична стабільність				3-4			3-4
Сумісність з нафтовими маслами					3-4					3-4
Протизносні властивості				4-5				4-5
Тепло­провідність
Стійкість до запалення				2-3	2-3		3-4		4-5
Індиферент­ність до ущільнювальних матеріалів			3-4		2-3					3-4

Напівсинтетичні базові масла одержують, як правило, шляхом змішання синтетичних і нафтових компонентів, що доз­воляє одержувати продукти, що сполучають у собі високі експлуатаційні характеристики мастил, що перевершують нафтові, і помірну їхню вартість.

В Україні синтетичні базові масла не виробляються. Пере­лік синтетичних масел, що випускаються підприємствами Росій­ської Федерації приведені в табл. 2.4.

Таблиця 2.4

Синтетичні базові масла, що випускаються підприємствами

Тип олій	Марка	Склад	Нормативний документ
Пмасла-альфао- лефінові	М-9С (ПАОМ-9)	Поліальфаолефіновое масло	ТУ 38.401269-82
ПАОМ-20	Поліальфаолефінові масла	ТУ 38.401-58-42-2
Складні ефіри джарбонових кислот	ДОС-Т	Диоктилсебацинат (термостійкий)	ДСТ 8728-88
ДОС	Диоктилсебацинат (пластифікатор)	ТУ 6-06-11-88
Ефіри фосфорної кислоти	ТБФ	Трибутилфосфат	ТУ 6-02-733-84
ТКФ	Трикрезилфосфат	ДСТ 5728-76
ДБФФ	Дибутилфенилфосфат	ТУ 6-02-985-81
ДФИБФФ	Дифенил-п-трет- бутилфенілфосфат	ТУ 6-06-241-92
Турбінне масло ОМТИ	Триксиленілфосфат	ТУ 6-25-12-75
Складні ефіри неопентилових спиртів	Ефір Мг2	Складний ефір пентаеритрита	СТП УфНПЗ 4-155-83
ПЭТ-М	Складний ефір пентаеритрита (для масел)	ТУ 38.401567-86
ПЭТ	Складний ефір пентазри- трита (для змащень)	ТУ 1011027-85
Поліорта- носилоксани	ХС-2-1	Поліметил (дихлорфеніл) силоксан	ТУ 6-02-804
162-170ВВ (ХС-2-1-ВВ)	Поліорганосилоксан	ТУ 6-02-824-78
ФСТ-5	Суміш полімітив (у-трифторпропил) силоксанів	ТУ 6-02-910-74
Пмс-юорр-вв (131-117Рвв)	Поліметилсилоксан	ТУ 6-02-1-284-76
ПМС-20р	Суміш маслагометилсилоксанів	ТУ 6-02-1259-84
Рідина №7	Суміш поліетилсилоксанов	ДСТ 25149-82
ПЭС-4	Поліетилсилоксан	ДСТ 1300-77

Особливе місце займають базові масла, отримані з викори­станням технології гідрокрекінгу (НС - синтез) нафтових масля­них фракцій. У цьому процесі вуглеводні всіх груп і з'єднання всіх класів під дією водню (гідрообробки) у присутності специ­фічних катализаторів при підвищених температурах (360-420°С) і тисках (10-20 МПа) піддаються глибоким перетворенням.

Застосування процесу гідрокрекінгу дозволяє забезпечити необхідну якість масла не за рахунок видалення небажаних компонентів, як це прийнято в традиційних процесах, а за рахунок хімічного перетворення небажаних компонентів у бажані. Сировиною для одержання масел служать висококип’ячі дистиляти і деасфальтизатори, що є складними сумішами вуглеців різних груп, гетероз’єднань (утримуючих атомів сірки, азоту, кисню та інших елементів), а також високомолекулярних з'єднань (сммасластів, асфальтенів). Як приклад у табл. 2.5 приведені дані про груповий склад сировини і продукту гідрокрекінгу. З приведених даних видно, що зміст конден­сованих вуглеводнів знизився приблизно в два рази і продукт гідрокрекінгу приблизно на 70% складається з неконденсованих з'єднань. В результаті значно зростає індекс в'язкості, про що свідчать дані, приведені на рис. 2.4. При переробці парафінистої сировини відбувається ізомеризація парафінових вуглеводнів, що також сприяє поліпшенню в’язкісних властивостей продуктів.

За своїми експлуатаційними характеристиками масла, от­римані з використанням продуктів гідрокрекінгу, не поступа­ються традиційним синтетичним і напівсинтетичним маслами, але мають більш низьку ціну. В залежності від складу базові масла, отримані з використанням технології гідрокрекінгу, відносять до синтетичного або напівсинтетичного типів.

Таблиця 2.5

Групові склади сировини і продукту гідрокрекінгу

Груповий склад	Вміст, % мол.
в сировині	в продукті
Алкани	1,0	4,1
Циклоалкани: - неконденсовані - конденсовані	32,7 19,7	67,7 26,5
Ароматичні моноциклічні вуглеводні: - неконденсовані - конденсовані	12,6 29,2	1,5 0,2
Бензтиофени	1,9
Дибензтиофени	1,7
Нафтобензтиофени	1,1
Всього конденсованих з'єднань	53,7	26,7

Рис. 2.4. Взаємозв’язок структури вуглеводнів з індексом в’язкості масла

Американський інститут нафти (АРІ) класифікує масла за трьома показниками - індексу в'язкості, вмісту сірки, масовій частці нафтено-парафинових вуглеводнів (табл. 2.6).

Загальноприйняті специфікації на базові масла відсутні. Багато фахівців вважають, що в зв'язку з різноманіттям та суперечливістю вимог, які пред’являються до базових масел, однакових вимог до їх якості, придатних для виробництва всього асортименту товарних масел, сформульовано бути не може.

Таблиця 2.6

Класифікація базових масла за АРI

Група	Вміст парафінонафтових ву­глеводнів, % мас.	Вміст сірки, % мас.	Індекс в'яз­кості	Тип базового масла
І	< 90	> 0,03	80-120	масла селективного очищення
II	≥ 90	≤ 0,03	80-120	масла гідроочищеня
III	≥ 90	≤ 0,03	≥ 120	високо індекс­ні масла
IV	–	–	–	поліальфаолефінові масла
V	–	–	–	Інші базові мас­ла, що не ввій­шли в групи І, ІІ, ІІІ i IV

У країнах СНД як компоненти базових масел використо­вують деякі спеціальні нафтові масляні фракції (ТУ 38.101523­80, ТУ 38.1011261-89, ТУ 38.101355-73, ТУ 38.401-58-166-95, ТУ 38.401-58-167-96, ТУ 38.401117-91, ТУ 38.301-13-007-98, ТУ 38.301-20-23-90, ТУ 38.301-29-48-95, ТУ 38.301-29-27-89), інду­стріальні масла загального призначення без присадок (ТУ 38.101413-97) і трансмісійні масла без присадок (ТУ 38.101529­75, ТУ 38.101110-86). Деякі нафтопереробні заводи виробляють компоненти базових масел для власних потреб за стандартами підприємств.