Смазочное масло

<час />

Фон

С римской эпохи многие жидкости, включая воду, использовались в качестве смазочных материалов, чтобы минимизировать трение, нагрев и износ между механическими частями, контактирующими друг с другом. Сегодня смазочное масло или смазочное масло является наиболее часто используемым смазочным материалом из-за его широкого диапазона возможных применений. Две основные категории смазочных масел: минеральные и синтетический. Минеральные масла получают из нефти природного происхождения или сырой нефти. Синтетические масла - это производимые полиальфаолефины, представляющие собой полигликоли на углеводородной основе или сложноэфирные масла.

Хотя существует множество типов смазочных масел, наиболее часто используются минеральные масла, поскольку поставки сырой нефти сделали их недорогими; более того, уже существует большой объем данных об их свойствах и использовании. Еще одно преимущество смазочных масел на минеральной основе заключается в том, что их можно производить с широким диапазоном вязкости (вязкость означает сопротивление вещества текучести) для различных применений. Они варьируются от масел с низкой вязкостью, которые состоят из водородно-углеродных цепей с молекулярной массой около 200 атомных единиц массы (а.е.м.), до высоковязких смазочных материалов с молекулярной массой до 1000 а.е.м. Масла на минеральной основе с разной вязкостью можно даже смешивать, чтобы улучшить их характеристики в конкретном применении. Обычное моторное масло 1OW-30, например, представляет собой смесь масла с низкой вязкостью (для облегчения запуска при низких температурах) и масла с высокой вязкостью (для лучшей защиты двигателя при нормальных рабочих температурах).

Синтетические смазочные материалы, впервые использованные в аэрокосмической промышленности, обычно разрабатываются для конкретного применения, для которого минеральные масла плохо подходят. Например, синтетика используется там, где встречаются чрезвычайно высокие рабочие температуры или где смазочное масло должно быть огнестойким. В этой статье речь пойдет о смазочном масле на минеральной основе.

Сырье

Смазочные масла - это лишь одна из многих фракций или компонентов, которые могут быть получены из сырой нефти, которая выходит из нефтяной скважины в виде горючей жидкой смеси от желтого до черного цвета, состоящей из тысяч углеводородов (органических соединений, содержащих только углерод и водород). атомов, они встречаются во всех ископаемых топливах). Нефтяные месторождения образовались в результате разложения крошечных растений и животных, которые жили около 400 миллионов лет назад. Из-за климатических и географических изменений, происходивших в то время в истории Земли, распад этих организмов варьировался от региона к региону.

Из-за разной скорости разложения органического материала в разных местах природа и процент образующихся углеводородов сильно различаются. Следовательно, то же самое с физическими и химическими характеристиками сырой нефти, добытой из разных мест. Например, в то время как калифорнийская нефть имеет удельный вес 0,92 г / миллилитр, более легкая нефть Пенсильвании имеет удельный вес 0,81 г / миллилитр. (Удельный вес, который относится к отношению веса вещества к весу равного объема воды, является важным аспектом сырой нефти.) В целом, удельный вес сырой нефти находится в диапазоне от 0,80 до 0,97 граммов / миллилитр.

В зависимости от области применения химические вещества, называемые добавками, могут быть смешаны с Смазочное масло очищается из сырой нефти. После прохождения процесса очистки охлажденного осадка сырая нефть нагревается в огромных ректификационных колоннах. Различные пары, которые, среди прочего, могут быть использованы для производства топлива, парафинов или пропана, испаряются и собираются в разных точках башни. Собранное смазочное масло фильтруется, а затем к рафинированному маслу примешиваются присадки для придания ему желаемых физических свойств. Обычные присадки включают металлы, такие как свинец или сульфид металла, которые увеличивают способность смазочного масла предотвращать истирание и задиры при контакте металлических поверхностей под чрезвычайно высоким давлением. Еще одна распространенная добавка - высокомолекулярные полимеры:они улучшают вязкость, противодействуя тенденции масла к разжижению при высоких температурах. Нитросомы используются в качестве антиоксидантов и ингибиторов коррозии, поскольку они нейтрализуют кислоты и образуют защитные пленки на металлических поверхностях.

Производственный
процесс

Смазочное масло извлекается из сырой нефти, которая проходит предварительную очистку (осаждение) перед перекачкой в ​​колонны фракционирования. Типичная высокоэффективная фракционная колонна диаметром от 25 до 35 футов (от 7,6 до 10,6 метра) и высотой до 400 футов (122 метра) построена из высококачественной стали, чтобы противостоять коррозионным соединениям, присутствующим в сырой нефти; внутри он оборудован восходящим рядом поддонов для сбора конденсата. Внутри колонны тысячи углеводородов в сырой нефти отделяются друг от друга с помощью процесса, называемого фракционной перегонкой. По мере того, как пары поднимаются через колонну, различные фракции охлаждаются, конденсируются и возвращаются в жидкую форму с разными скоростями, определяемыми их соответствующими точками кипения (чем ниже точка кипения фракции, тем выше она поднимается перед конденсацией). Первым достигает точки кипения природный газ, за ​​ним следуют бензин, керосин, мазут, смазочные материалы и смолы.

Седиментация

• 1 Сырая нефть транспортируется от нефтяной скважины на нефтеперерабатывающий завод по трубопроводу или танкеру. На нефтеперерабатывающем заводе нефть подвергается седиментации для удаления воды и твердых загрязняющих веществ, таких как песок и камни, которые могут быть в ней взвешены. Во время этого процесса нефть перекачивается в большие резервуары для хранения, где вода и нефть разделяются, а загрязняющие вещества оседают из нефти.

Фракционирование

• 2 Затем сырая нефть нагревается примерно до 700 градусов по Фаренгейту (371 градус Цельсия). При этой температуре он распадается на смесь горячего пара и жидкости, которая затем закачивается на дно первой из двух колонн фракционирования. Здесь горячие пары углеводородов поднимаются вверх. По мере остывания они конденсируются и собираются в разных лотках, установленных на разных уровнях башни. В этой башне постоянно поддерживается нормальное атмосферное давление, и около 80 процентов сырой нефти испаряется.
• 3 Остальные 20 процентов масла затем повторно нагреваются и перекачиваются во вторую колонну, в которой давление вакуума снижает точку кипения остаточного масла, так что его можно заставить испаряться при более низкой температуре. Более тяжелые соединения с более высокими температурами кипения, такие как смола и неорганические соединения, остаются для дальнейшей обработки.

Фильтрация и экстракция растворителем

• 4 После дальнейшей обработки для удаления нежелательных соединений смазочное масло, которое было собрано в двух ректификационных колоннах, проходит через несколько ультратонких фильтров, которые удаляют оставшиеся примеси. Ароматические углеводороды, одно из таких загрязняющих веществ, содержат шесть углеродных колец, которые повлияли бы на вязкость смазочного масла, если бы они не были удалены в процессе, называемом экстракцией растворителем. Экстракция растворителем возможна, потому что ароматические углеводороды более растворимы в растворителе, чем фракция смазочного масла. Когда смазочное масло обрабатывается растворителем, ароматические углеводороды растворяются; позже, после удаления растворителя, из него можно извлечь ароматические углеводороды.

Добавки, проверка и упаковка

• 5 Наконец, масло смешивается с присадками, чтобы придать ему желаемые физические свойства (например, способность выдерживать низкие температуры). На этом этапе смазочное масло подвергается различным тестам контроля качества, которые оценивают его вязкость, удельный вес, цвет, температуру вспышки и воспламенения. Затем масло, соответствующее стандартам качества, расфасовывается для продажи и распространения.

Контроль качества

Для большинства применений смазочных масел требуется, чтобы они не были смолистыми, бледными, без запаха и устойчивыми к окислению. Для классификации и определения марки смазочных масел используется более десятка физических и химических тестов. Общие физические тесты включают измерения вязкости, удельного веса и цвета, в то время как типичные химические тесты включают измерения температуры вспышки и воспламенения.

Из всех свойств вязкость, сопротивление смазочного масла течению при определенных температурах и давлениях, вероятно, является самым важным. Область применения и диапазон рабочих температур являются ключевыми факторами при определении подходящей вязкости масла. Например, если масло слишком вязкое, оно оказывает слишком большое сопротивление движению металлических частей друг относительно друга. С другой стороны, если он недостаточно вязкий, он будет выдавлен между сопрягаемыми поверхностями и не сможет достаточно их смазать. Стандартный универсальный вискозиметр Сейболта - это стандартный прибор для определения вязкости нефтяных смазок в диапазоне от 70 до 210 градусов по Фаренгейту (от 21 до 99 градусов по Цельсию). Вязкость измеряется в универсальных секундах Say bolt . время в секундах, необходимое для того, чтобы 50 миллилитров масла вылились из чашки вискозиметра Сейболта через калиброванное отверстие трубки при заданной температуре.

Удельный вес масла зависит от метода очистки и типов присадок, таких как свинец, которые придают смазочному маслу способность противостоять экстремальному давлению на сопрягаемой поверхности и низким температурам. Цвет смазочного масла указывает на однородность определенной марки или марки. Температура вспышки и воспламенения нефти зависит от ее происхождения. точка воспламенения это температура, до которой масло должно быть нагрето до тех пор, пока не будет выпущено достаточное количество горючего пара, чтобы оно вспыхнуло при контакте с пламенем. точка возгорания это более высокая температура, при которой масляный пар будет продолжать гореть при воспламенении.

Обычные моторные масла классифицируются по вязкости и характеристикам в соответствии со спецификациями, установленными Обществом автомобильных инженеров (SAE). Факторы производительности включают предотвращение износа, образование отложений нефтешлама и загустение масла.

Будущее

Будущее смазочных масел на минеральной основе ограничено, потому что естественные запасы нефти и ограничены, и невозобновляемы. Эксперты оценивают общие извлекаемые запасы легкой и средней нефти в 1,6 триллиона баррелей, треть из которых уже использована. Таким образом, масла на синтетической основе, вероятно, будут приобретать все большее значение по мере истощения природных запасов. Это верно не только для смазочного масла, но и для других продуктов нефтепереработки.