Назначение, развитие и способы очистки масляного сырья

 

Нефтяные масла широко применяют в различных областях тех­ники (ракетной, атомной, космической). В настоящее время мировое производ­ство масел превышает 100 млн. т/год. Хотя стоимость масел не столь велика, от их качества и правильного применения во многом зависит надежность и долговечность работы различного оборудования. Одной из тенденций современного развития техники является максимальное увеличение срока служ­бы смазочных материалов и сокращение затрат на техническое обслу­живание. Только в результате применения высококачественных масел в 2-3 раза увеличен срок службы многих машин и механизмов. Качество самих масел улучшается совершенствованием технологии их производства, широким ис­пользованием высокоэффективных присадок. В зависимости от назначения нефтяные масла выполняют следующие, основные функции: уменьшают си­лу трения между перемещающимися друг относительно друга поверхностями; снижают износ и предотвращают задир (заедание) трущихся поверхностей; защищают металлы от коррозионного воздействия окружающей сре­ды; отводят тепло, выделяющееся в результате трения, охлаждают детали; уплотняют зазоры между сопряженными деталями, удаляют с трущихся поверхностей загрязнения и продукты износа; образующиеся в зоне трения. Кроме того, нефтяные масла служат рабочими жидкостями в гидравлических пе­редачах; создают электрическую изоляцию в трансформаторах, конденсаторах и масляных выключателях; снижаю вибрацию и шум; защищают детали узлов трения от ударных нагрузок, используются для приготовления присадок, смазок и т.д. Практически невозможно получить масла, хорошо выполняю­щие все указанные функции. В этом и нет необходимости, т.к. в зависимости от условий применения масла выполняют лишь одну-две основные функции, что и обеспечивает и надежную работу. Независимо от условий применения и назначения нефтяные масла должны: надежно выполнять свои функции в ши­роком диапазоне температур, удельных нагрузок и скоростей перемеще­ния трущихся поверхностей; в минимальной степени изменять свои свойства в условиях эксплуатации; оказывать минимальное воздействие на контакти­рующие с ними материалы; максимально полно удовлетворят правилам техники безопасности и в минимальной степени загрязнять окружаю­щую среду, т.е. обладать экологическими свойствами, должны быть обеспечены постоянной сырьевой базой и экономичны в эксплуатации, иметь невысокую стоимость. Кроме того, к маслам предъявляют некоторые специальные требования: минимальная вспениваемость, высокая газостойкость, хорошие диэлектрические и оптические свойства и т.д. Нефтяные масла классифицируют по раз­ным принципам:

1) по способу получения или в зависимости от вида нефтяного сырья их подразделяют на: дистиллятные, полученные из масляных фракций вакуумной перегонки мазута; остаточные, полученные из остатка от вакуумной перегонки мазута (гудрона). Смешением дистиллятных базовых масел друг с другом или с остаточными маслами получают компаундированные масла. Са­мостоятельную группу составляют загущенные масла, приготовленные введе­нием в базовые полимерных присадок.

2) по способу очистки в зависимо­сти от используемых реагентов различают масло кислотно-щелочной, кислот­но-контактной, селективной, адсорбционной очистки, а также масла гидрогенизационных процессов (гидроочистки, гидрокрекинга и т.д.).

3) по назначению (областям применения) выделяют следующие группы масел: смазочные, консервационные, электроизоляционные, гидравлические, технологические, ваку­умные, медицинские и парфюмерные (белые).

Наиболее представительны как по ассортименту, так и по объему производства, смазочные масла. Классифика­ция масел по назначению в значительной степени соответствует их функцио­нальному действию. Она наиболее обширна: многие из приведенных групп ма­сел делятся еще на несколько подгрупп по более узким областям применения среди смазочных масел, основным назначением которых является уменьшение трения и износа металлических поверхностей, наиболее значительной группой являются моторные масла, которые далее делятся на масла для карбюраторных, дизельных и поршневых авиационных двигателей. Электроизоляционные масла подразделяют на трансформаторные, кабельные и конденсаторные. Выявить и оценить качество масел различного назначения можно, изучая их физико-химические и эксплуатационные свойства. К первой группе свойств относятся вязкость, плотность, коксуемость, температура застывания, испаряемость, ди­электрические, оптические и некоторые другие свойства. Под эксплуатацион­ными понимают такие свойства масел, которые проявляются только в условиях их применения и определяют надежность и долговечность эксплуатации машин и механизмов. Основными показателями эксплуатационных свойств для боль­шинства нефтяных масел являются: стабильность к окислению, смазочная спо­собность, вязкостно-температурные, защитные и коррозионные свойства. Экс­плуатационные свойства могут изменяться в зависимости от назначения и ус­ловий применения масел. Например, для электроизоляционных масел важней­шими эксплуатационными свойствами являются газостойкость и диэлектриче­ские потери, не играющие никакой роли при эксплуатации моторных масел. Моющие свойства моторных масел, являющиеся одним из основных показате­лей их качества, не существенны для трансформаторного или кабельного масла. Для некоторых индустриальных и моторных масел существенное значение приобретает их вспениваемость. Эксплуатационные свойства масел связаны с их физико-химическими свойствами.

Зависимость свойств нефтяных масел от их состава: Нефтяные масла представляют собой смесь углеводородов, со­держащих 20:60 атомов углерода молекулярной массой 300-750, выкипающих в интервале 300-650°С.

Головным процессом производства нефтяных масел является вакуумная перегонка мазута, в результате которой получают масляные дистилляты и гуд­рон (концентрат). Все последующие стадии производства масел сводятся к очи­стке этих продуктов от смолисто-асфальтеновых веществ, полициклических углеводородов с короткими боковыми цепями, высокомолекулярных парафино­вых углеводородов, серо-, кислород- и азотсодержащих соединений, ухудшаю­щих эксплуатационные свойства масел. В зависимости от состава и свойств ис­ходного сырья в нем содержится до 80% нежелательных продуктов, подлежа­щих удалению; по этому его необходимо очищать различными способами и различной глубиной. Выбором оптимального сырья и эксплуатационными за­тратами на очистку определяются основные технико-экономические показатели производства масел. В результате очистки получают базовые масла, являющие­ся основой для приготовления товарных масел. Последние получают, смешени­ем дистиллятных и остаточных компонентов и добавлением различных приса­док. В масляных дистиллятах и остатках, получаемых при вакуумной перегонке мазута, содержатся: парафиновые углеводороды (нормального и изостроения); нафтеновые углеводороды, пяти и шестичленные кольца с парафиновыми це­пями разной длины; ароматические углеводороды (моно- и полициклические), а также нафтено-ароматические с парафиновыми цепями: смолисто-асфальтеновые вещества; серо-, кислород- и азотсодержащие органические со­единения. Содержание и состав парафиновых углеводородов в дистиллятных фракциях и остатках; зависят от характера нефти и пределов выкипания фрак­ций. По мере их повышения в масляных фракциях увеличивается общее содер­жание высокоплавких углеводородов. Удаление парафиновых и циклических углеводородов с длинными боковыми цепями кристаллизующихся при пони­женных температурах, осуществляют в процессе депарафинизации с целью по­лучения низкозастывающих масел. Парафиновые углеводороды по сравнению с другими имеют наименьшую вязкость и наибольший индекс вязкости (ИВ). По­этому при удалении этих углеводородов ухудшаются вязкостно-температурные свойства масел. Выделяемые при депарафинизации концентраты твердых угле­водородов подвергают различным видам очистки для получения широкого ас­сортимента товарных парафинов, церезинов и др. продуктов. Содержание в маслах нафтено-парафиновых углеводородов в зависимости от происхождения нефти составляет 50-75%. С повышением температуры выкипания нефтяной фракции увеличивается число атомов углерода в боковых цепях молекул наф­теновых углеводородов, повышаются температура их застывания и индекс вяз­кости. Нафтеновые углеводороды в оптимальных количествах являются жела­тельными компонентами масел. Ароматические углеводороды практически все­гда присутствуют в товарных маслах. Их содержание и структура зависят от природы нефти и температуры выкипания фракции, чем выше эти температуры, тем больше ароматических углеводородов в ней содержится; при этом возрас­тает доля полициклических. Ароматические углеводороды (в основном поли­циклические с короткими боковыми цепями) удаляют из масляного сырья в процессах селективной и адсорбционной очистки и превращают их в нафтено­вые и парафиновые - при гидрогенизационных процессах. Однако полное удаление этих углеводородов может привести к ухудшению других свойств масел, например стабильности к окислению. Существует оптимальная глу­бина очистки селективным растворителем, которая изменяется в зависимости от состава масляного сырья.

 

Вопросы для самопроверки

1. Применение нефтяных масел.

2. На какие способы классифицируются нефтяные масла?

3. Что понимается под эксплуатационными свойствами масел?

 

Литература

1. Черножуков Н.И. Технология переработки нефти и газа. Часть III М., Химия,1982.

2. Гуревич И. Л. «Технология переработки нефти и газа» Ч.1. М. Хи­мия 1972 С. 346.

3. Ахметов С.А. Технология глубокой переработки нефти и газа. Учебное пособие для вузов. Уфа, Гилем, 2002, 672 с.

 

 

Лекция №2