Данная статья посвящена литературному обзору на тему потребности производителей и владельцев различного вида оборудования, использующих смазывающие материалы, к улучшению экологичности и достижению высоких эксплуатационных показателей с помощью совершенствования производства базовых масел для получения продукта, отвечающего данной потребности.
Ключевые слова: изодепарафинизация, гидрофинишинг, кинематическая вязкость, устойчивость к окислению, легкое базовое масло, среднее базовое масло, тяжелое базовое масло, сантиСтокс (сСт).
Современные экологические стандарты, регулирующие содержание вредных веществ в выхлопных газах автомобилей, работающих на ДВС (например монооксид и диоксид углерода), что приводит к более строгим стандартам экономии топлива. Например, стандарты корпоративной средней экономии топлива в США или стандарты CAFE, принимаемые в том числе и во всем мире, вынуждающие всех автопроизводителей разрабатывать и внедрять новые конструкции двигателей, работающих при гораздо более высоких температурах, более строгих государственных стандартах топливной эффективности и ожидания потребителей относительно более длительного срока службы двигателя. Все эти факторы приводят к более высоким требованиям к характеристикам смазочных материалов и как следствие к новым строгим стандартам качества к производителям базовых масел и к разработанным на их основе смазочным материалам.
Во многих случаях обычные смазочные материалы на основе минеральных масел не могут обеспечить необходимый уровень производительности, но использование синтетических материалов может обеспечить путь к наивысшему уровню производительности.
По словам менеджера по технологиям базовых масел Shell Вей Сунга, применения синтетических масел / смазок столь же разнообразны, как и их химический состав, но в целом для них требуются смазочные масла для надежной работы в экстремальных условиях или нагрузках. «Примеры включают использование синтетических сложных эфиров в маслах для авиационных газотурбинных двигателей и синтетических углеводородных маслах в высокоэффективных, компактных современных двигателях легковых автомобилей, чтобы выдерживать высокие температуры, возникающие при смазке подшипников турбонагнетателя», — говорит он.
В связи с увеличивающемся спросом рынка на высококачественные синтетические масла, «текущий объем мирового рынка смазочных материалов оценивается в 125,81 млрд долларов США в 2020 году и, как ожидается, будет расти со среднегодовым темпом роста (CAGR) 3,7 % с 2021 по 2028 год» — по информации исследовательской и консалтинговой компания из Индии и США «Grand View Research», российские производители при помощи OEM производителей стремятся как можно скорее модернизировать свои производственные мощности для получения базовых масел группы III, полиальфаолефиновой группы IV (ПАО) и алкилированные нафталины группы V (AN) по классификации разработанную в 1993 году Американским институтом нефти (API), содержащие органические и неорганические сложные эфиры и другие молекулы, содержащие функциональные группы (полиалкиленгликоли [PAG], силиконы, галогенированные простые эфиры и т. д.). Данная группа масел соответствует строгим, современным стандартам качества, по таким показателям как хорошая реакция на антиоксидантные присадки (а не прямая окислительная стабильность), низкая летучесть (Noack), чистые пути разрушения с меньшим количеством отложений, лучшие характеристики при низких температурах, более высоким индексом вязкости, а также удовлетворять фактически растущий спрос на экономию топлива, приводящий к использованию «более жидких» синтетических моторных масел классификацией SAE J300 0W-16 — последней доступной степенью вязкости в соответствии с классификацией API, при условии благоприятной окружающей среды использования данного масла. [3]
Также немаловажным фактором является технология получения базовых масел, так как выбранная технология будет напрямую влиять на эксплуатационные показатели. К примеру, для некоторых составов смазочных материалов потребуется только одна присадка, а для других может потребоваться много. Технология производства базовых масел зависит от показателей исходного сырья «Газойль», что в свою очередь требует разработать пакет присадок к получаемому, по выбранной технологии, базовому маслу и конечного их применения.
Одна из самых распространенных технологий получения базового масла основана на процессах изодепарафинизации и гидрофинишинга. Сырьем в данном процессе является неконвертируемый остаток реакций гидрокрекинга, гидроочищенные газойлевые фракции. Данное сырье обладает следующими свойствами: высокое содержание парафинов, снижающих низкотемпературные свойства масел (температура застывания); высокое содержание полициклических ароматических соединений, снижающих устойчивость к окислению, приводящее к изменению цветности масел. [1]
Температура застывания — это свойство, при котором масло критично теряет показатель текучесть. Температура застывания характеризует момент резкого увеличения вязкости и кристаллизации парафина при снижении температуры окружающей среды. При достижении температуры окружающей среды ниже температуры застывания, масло полностью теряет текучесть и твердеет. При идеальных условиях в процессе депарафинизации парафинового основания базового масла достигается снижение температурных показателей застывания при том, как основная часть парафиновой основы сохраняется в составе базового масла.
Устойчивость к окислению — это свойство базового масла, достигаемое путём насыщения непредельными соединениями такими как полициклические ароматические соединения, и напротив к снижению стойкости окисления может приводить нафтено-ароматические углеводороды со способностью поглощать ультрафиолетовые волны с длиной волны 272 нм. Стойкость базового масла к окислению также зависит от молекулярного состава, исследуемого методом капиллярной газовой хроматографии. Высокая стойкость базового масла к окислению отражается на высоких эксплуатационных показателях моторных и промышленных масел, а именно снижается снижению испарения легких фракций, показателях кинематической вязкости, а также снижение образования отложений, нагара и побочных продуктов коррозии в процессе их работы [2].
После прохождения исходного сырья через реакции изомеризации, насыщения ароматическими соединениями, гидрирования непредельными углеводородами и гидрокрекинга, наибольшая часть содержащихся в нём нормальных парафинов будет преобразована в парафины изостроения, а ароматические соединения насыщены. Содержание ароматических соединений в очищенном базовом масле не должно превышать 1 %. В молекулярном составе базового масла на выходе с установки будут преобладать изопарафины и алкилнафтены, которые характеризуются высокой устойчивостью к окислению, имеют низкую температуру застывания и практически бесцветны.
В дальнейшем продукты реакции поступают на блок атмосферной ректификации для отгона легких фракций и на блок вакуумной ректификации для разгона сырья на фракции масел различной вязкости и текучести.
Данные процессы позволяют получить высококачественные масла широкого профиля применения, а именно масла трансформаторные, гидравлические, трансмиссионные, буровые, турбинные и даже пищевые (белые масла).
Литература:
- О. Н. Цветков, В. М. Школьников Современное состояние и перспективы развития каталитических процессов получения базовых масел. Катализ в промышленности, № 3. — М.: Изд-во «Калвис», 2008
- Н. С. Гарайшина, Н. Н. Умарова, Статистический анализ процесса производства полиальфаолефиновых масел. Вестник КНИТУ-Т.15 № 10. — Казань: Изд-во КНИТУ, 2012
- Р. Н. Фамутдинов, С. В. Дезорцев, Определение качества сырья для производства высокоиндексных базовых масел
