Чабанний В.Я. та ін. Паливо-мастильні матеріали, технічні рідини та системи їх забезпечення (укр)

Подождите немного. Документ загружается.

Мастильні матеріали та їх властивості

191

викіпання, а значить і різну молекулярну масу, склад і власти-

вості (щільність, в'язкість, індекс в'язкості, температуру спалаху

тощо);

– очищення (селективнае сернокислотне, гідроочищення,

адсорбційне і ін.) проводиться для видалення небажаних компо-

нентів (сірчистих і киснеутримуючих з'єднань, неграничних

вуглеводнів тощо), які у процесі роботи масел можуть робити

негативний вплив.

Зазначені вище методи очищення в залеж-

ності 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 вугле-

воднів (ізопарафінових, нафто-парафінових, нафто-ароматич-

них, ароматичних різної ступені циклічності) з молекулярною

масою

300…750 і утримуючих у складі молекул 20…60 атомів

вуглецю, а також гетероорганичних з'єднань (утримуючих ки-

сень, сірку, азот і деякі метали). Ці масла мають індекс в'язкості

приблизно 90…100 одиниць.

– деасфальтизація проводиться для видалення з високо-

в'язкого залишку після вакуумної перегонки асфальтенов – ви-

сокомолекулярних 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 высокоплавких парафінов, що підвищують тем-

пературу загустіння масел.

Процеси виробництва та очищення базових масел можуть

комбінуватися різними способами. Типова технологічна схема

виробництва масла приведена на рис. 2.3.

О.Й. Мажейка

192

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 компо-

нентів проводиться як для одержання заданої в'язкості, так і для

досягнення необхідного вуглеводневого складу базових масел

(табл. 2.2).

Синтетичні базові масла одержують шляхом цілеспря-

мованого 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.

Мастильні матеріали та їх властивості

193

Таблиця 2.2

Бажані і небажані компоненти базових масел

Компоненти нафтових базових масел

бажані небажані

Ізопарафінові вуглеводні Тверді парафінові вуглеводні

Нафтово-парафінові вуглеводи

Поліциклічні ароматичні

вуглеводні

Смолисті й асфальто-смослисті

з'єднання

Неграничні вуглеводні

Моно і біцикличні ароматичні

вуглеводні з довгими бічними

ланцюгами

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

Ефіри

Власти-вості

Нафтоносне

масло

Полео-

лефіни

Діалкіл-бензоли

Дікарбонових

кислот

Поліолових

кислот

Пмаслаетилабо

енгліколь

Сілікони

Пмаслафінілові

Фосфорної

кислоти

Кремнієвої

кислоти

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

В’язкістно-

температурна

характер-

ристика

3 4 3 4-5 4 4 5 2 3-4 5

О.Й. Мажейка

194

Продовження табл. 2.3.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Рухливість

при низьких

температурах

2 4 4 4 4 4 4 0 3 3

Схильність до

невипару

3 4-5 4 4-5 4-5 3-4 4-5 5 4 4

Термостабільн

ість

3 4 4 3-4 4 2 4 5 2 3

Антиокислю-

вальні

властивості

3 4 3 4 4 3 4-5 5 3 4

Термооки-

слювальна

стабільність (з

антиокислю-

вачем)

3 4-5 4-5 4-5 5 4 4-5 5 3 4

Анти-

корозійні

властивості (з

інгібітором)

5 5 5 3-4 3-4 4 4 4 3 4

Приємистість

до присадок

4-5 4-5 4-5 4-5 4 3-4 2 2 4 4

Гідромасля-

тична

стабільність

5 5 5 3-4 4 4 3-4 5 3 2

Сумісність з

нафтовими

маслами

5 5 5 4 3-4 2 2 2 3 3-4

Протизносні

властивості

4 4 4 4-5 4 4 2 4-5 5 2

Тепло-

провідність

4 4 4 5 5 5 3 5 4 4

Стійкість до

запалення

1 2 2 2-3 2-3 2 3-4 3 4-5 3

Індифе-

рентність до

ущільнювальн

их матеріалів

4 5 3-4 3 2-3 4 4 4 2 3-4

Напівсинтетичні базові масла одержують, як правило,

шляхом змішання синтетичних і нафтових компонентів, що доз-

воляє одержувати продукти, що сполучають у собі високі екс-

Мастильні матеріали та їх властивості

195

плуатаційні характеристики мастил, що перевершують нафтові,

і помірну їхню вартість.

В Україні синтетичні базові масла не виробляються. Пере-

лік синтетичних масел, що випускаються підприємствами Росій-

ської Федерації приведені в таблиці 2.4.

Таблиця 2.4

Синтетичні базові масла, що випускаються підприємствами

Тип олій Марка Склад

Нормативний

документ

1 2 3 4

М-9С

(ПАОМ-9)

Поліальфаолефіновое

масло

ТУ

38.401269-82

Пмасла-

альфао-

лефінові

ПАОМ-20 Поліальфаолефінові масла

ТУ

38.401-58-42-2

ДОС-Т

Диоктилсебацинат

(термостійкий)

ДСТ 8728-88

Складні

ефіри

джарбонових

кислот

ДОС

Диоктилсебацинат

(пластифікатор)

ТУ 6-06-11-88

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

Ефіри

фосфорної

кислоти

Турбінне

масло ОМТИ

Триксиленілфосфат ТУ 6-25-12-75

Ефір Мг2

Складний ефір

пентаеритрита

СТП УфНПЗ

4-155-83

ПЭТ-М

Складний ефір

пентаеритрита (для масел)

ТУ

38.401567-86

Складні

ефіри

неопенти-

лових

спиртів

ПЭТ

Складний ефір пентаэри-

трита (для змащень)

ТУ 1011027-85

О.Й. Мажейка

196

Продовження табл. 2.4.

1 2 3 4

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

Поліорта-

носи-локсани

ПЭС-4 Поліетилсилоксан ДСТ 1300-77

Особливе місце займають базові масла, отримані з викори-

станням технології гідрокрекінгу (НС - синтез) нафтових масля-

них фракцій. У цьому процесі вуглеводні всіх груп і з'єднання

всіх класів під дією водню (гідрообробки) у присутності специ-

фічних катализаторів при підвищених температурах (360…420ºС)

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 конден-

сованих вуглеводнів знизився приблизно в два рази і продукт

гідрокрекінгу приблизно на 70% складається з неконденсованих

Мастильні матеріали та їх властивості

197

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.

Таблиця 2.5

Групові склади сировини і продукту гідрокрекінгу

Вміст, % мол.

Груповий склад

в сировині в продукті

Алкани 1,0 4,1

Циклоалкани:

неконденсовані

32,7

67,7

конденсовані 19,7 26,5

Ароматичні

моноциклічні

вуглеводні:

- неконденсовані

12,6

1,5

- конденсовані 29,2 0,2

Бензтиофени 1,9 0

Дибензтиофени 1,7 0

Нафтобензтиофени 1,1 0

Всього

конденсованих

з'єднань

53,7 26,7

О.Й. Мажейка

198

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

масла

За своїми експлуатаційними характеристиками масла, от-

римані з використанням продуктів гідрокрекінгу, не поступа-

ються 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.

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.

Мастильні матеріали та їх властивості

199

Таблиця 2.6

Класифікація базових масла за АРI

Група

Вміст пара-

фіно-наф-

тових ву-

глеводнів,

% мас.

Вміст

сірки,

% мас.

Індекс

в'яз-

кості

Тип

базового масла

I ‹ 90 › 0,03 80-120

масла

селективного

очищення

≥ 90

≤ 0,03 80-120

масла

гідроочищеня

III

≥ 90

≤ 0,03

≥ 120

високо індекс-

ні масла

IV - - -

поліальфао-

лефінові масла

V - - -

Інші базові мас-

ла, що не ввій-

шли в групи І,

ІІ, ІІІ i IV

У країнах СНД як компоненти базових масел використо-

вують деякі спеціальні нафтові масляні фракції (ТУ 38.101523-

80, 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), інду-

стріальні масла загального призначення без присадок (ТУ

38.101413-97) і трансмісійні масла без присадок (ТУ 38.101529-

75, ТУ 38.101110-86). Деякі нафтопереробні заводи виробляють

компоненти базових масел для власних

потреб за стандартами

підприємств.

2.2. Функціональні добавки до масел

В процесі роботи машин і механізмів відбувається зношу-

вання сполучених пар. Інтенсивність зношування і сила тертя

О.Й. Мажейка

200

залежать від цілого ряду факторів, обумовлених режимом тертя

(температура, вологість і т.п.), а також складом і властивостями

мастильних матеріалів, що застосовуються. Однак останні в

процесі роботи (в залежності від умов експлуатації) самі пере-

терплюють значні перетворення, що виражаються у зміні їх хі-

мічного складу. Ці зміни, в свою чергу,

впливають на проти-

зносні та антифрикційні властивості. Більшість мастильних ма-

теріалів піддається окислюванню, в результаті якого в системі

відбувається нагромадження кисневоутримуючих з'єднань, які

при визначеному вмісті можуть поліпшувати протизносні

властивості масел. Однак нагромадження їх в маслах в значній

кількості (і особливо низькомолекулярних кислот) небажано,

тому що різко підсилюється корозія і

зношування тертьових пар.

З метою запобігання зміни складу і властивостей масти-

льних матеріалів і поліпшення їх експлуатаційних характери-

стик більшість масел і мастил містять різні добавки. Маслороз-

чинні добавки органічного походження одержали назву присад-

ки. Тверді нерозчинні речовини, як правило, неорганічного

походження називають наповнювачами або антифрикційними

добавками. Вводять їх у

мастила в значних кількостях, більших

за присадки (до 20…30% проти 2…5% відповідно).

Присадки підвищують стабільність масел проти окислю-

вання, регулюють їх в'язкість і зменшують залежність в'язкості

від температури, знижують температуру застигання, поліпшу-

ють триботехнічні властивості (знижують тертя і знос, запобіга-

ють схоплювання і задирам), захищають метали від корозії,

перешкоджають відкладенню нагарів

на деталях двигунів вну-

трішнього згоряння, перешкоджають емульгуванню води в мас-

лах і спінюванню останніх. За функціональним призначенням

присадки розділяють на антиокисні, в’язкостні, миючо-диспер-

гуючі, антифрикційні, протизносні, депрессорні, протипінні та

інші.

Присадки вводять в масла в порівняно невеликих кіль-

костях: від долів відсотка до декількох відсотків (у композиціях

їх загальна концентрація може доходити до 15% і більш).