Современное состояние и перспективы развития технологии промышленного производства нефтяных масел 

Нефтяные масла - это смеси высокомолекулярных углеводородов, изготовляемые из нефти и используемые, как правило, в качестве смазочных материалов. Нефтяные масла применяются также как гидравлические и смазочно-охлаждающие жидкости, электроизоляционные среды, поверхностно-активные вещества, компоненты пластичных смазок, лекарственных препаратов и др.

Есть две основные системы классификации нефтяных масел:

• по способу их производства;
• по сферам использования.

По способу производства нефтяные масла делятся на дистиллятные, получаемые вакуумной перегонкой мазутов; остаточные, получаемые из деасфальтизированных масляных гудронов, и компаундированные - подобранные по вязкости и другим показателям смеси дистиллятных и остаточных масел.
Процессы производства, к которым относят вакуумную перегонку, деасфальтизацию, селективную очистку, депарафинизацию, контактную или гидродоочистку, обеспечивают достаточно полное извлечение масляных фракций из нефти, их очистку и требуемые физико-химические свойства; при этом качество масел зависит от химического состава и свойств исходной нефти. Перспективные, каталитические процессы получения масел (гидрокрекинг, гидроизомеризация, алкилирование, полимеризация и другие) позволяют получать масла заданных химического состава и свойств, с более высоким выходом из перерабатываемого сырья.

По областям применения нефтяные масла распределяются на моторные масла, реактивные масла, трансмиссионные масла, индустриальные масла, цилиндровые масла (для паровых машин), электроизоляционные масла, технологические масла и так называемые белые масла, используемые в медицине и парфюмерии. Первые 5 из перечисленных групп относятся к смазочным маслам, остальные - к несмазочным маслам.

Для каждого вида масел выработан и строго нормируется стандартами перечень физико-химических свойств, зависящий от условий использования. Существует, однако, ряд характеристик, относящихся практически ко всем маслам. Это, прежде всего вязкость (или внутреннее трение), измеряемая обычно при температурах 50 и 100 °С. Для масел, используемых в арктических условиях («северные масла»), вязкость определяется также и при отрицательных температурах, -40°С и ниже; важным показателем для них является так называемый индекс вязкости, характеризующий температурную зависимость вязкости. Температура застывания масел может быть от 17 °С у тяжёлых цилиндровых до минус 45-60 °С у некоторых моторных и индустриальных. Эту характеристику следует учитывать при выборе условий транспортировки, хранения и использования смазочных продуктов. Допустимый высокотемпературный предел использования масел косвенно характеризуется температурой вспышки. Важный показатель для нефтяных масел - фракционный состав, однако для подавляющего большинства нефтяных масел, в том числе моторных, он техническими стандартами не нормируется. Основным показателем электроизоляционных масел являются высокие диэлектрические свойства, характеризуемые, прежде всего тангенсом угла диэлектрических потерь.

Большинство масел должно обладать также малой зольностью, высокой стойкостью к окислению. Эти показатели связаны с противоизносными, антинагарными и коррозионными свойствами масел.

Пластичные смазки. В автомобиле имеется довольно много деталей и сочленений, которые не удается смазать жидким маслом; либо к ним невозможно или сложно подвести масляную магистраль, либо жидкость не держится в узлах – а к каждому агрегату картер не пристроишь. Например, ступицы колес, карданные шарниры, рессоры, водяные насосы и т. д. Для смазывания подобных узлов применяют густые мазеобразные субстанции; раньше их называли тавотами, потом – консистентными смазками, а теперь принято называть пластичными.

Пластичные смазки по консистенции занимают промежуточное положение между жидкими маслами и твердыми смазочными материалами (например, графитами). Смазка при невысокой температуре и отсутствии нагрузки сохраняет форму, приданную ей ранее, а при нагреве и под нагрузкой начинает слабо течь – настолько слабо, что зоны трения не покидает и через уплотнения не просачивается.

Основные функции пластичных смазок не отличаются от тех, что возлагаются на жидкие масла. Все то же самое: снижение износа, предотвращение задиров, защита от коррозии и т. д. Специфика лишь в области применения: – пригодность для смазывания сильно изношенных пар трения; – возможность использования в негерметизированных и даже в открытых узлах; – способность прочно держаться на смазываемых поверхностях; – очень длительные сроки эксплуатации и хранения.

Пластичные смазки получают добавлением в минеральную или синтетическую масляную основу различных загустителей, под действием которых масло становится малоподвижным.

В качестве загустителей используют углеводороды (парафин, церезин, петролатум), металлсодержащие мыла (кальциевые, натриевые, алюминиевые, литиевые), неорганические соединения (глины, силикагели) и продукты переработки мочевины.

В зависимости от класса смазки содержание загустителя в ней может составлять от 5 до 30% ее массы. Именно его типом и количеством определяются эксплуатационные свойства смазки, поэтому в ее названии, как правило, он присутствует: литиевая смазка, кальциевая и другие.

Чтобы «подстраховать» работу смазки в запредельном тепловом и нагрузочном режиме, иногда в нее вводят твердые добавки – как правило, графит и дисульфид молибдена.

Заканчивается процесс изготовления добавлением в смазку различных присадок (по назначению аналогичных масляным), особое место, среди которых занимают присадки адгезионные, то есть клейкие – они усиливают действие загустителя и повышают способность смазки держаться на металле.

Из всех показателей качества смазок мы укажем лишь два – температуру каплепадения и уровень «пенетрации», - поскольку они являются выходными параметрами для оценки смазки.

Температура каплепадения показывает, до каких пределов можно нагреть смазку, чтобы она не превратилась в жидкость и, следовательно, не потеряла своих свойств. Измеряют ее очень просто: кусочек смазки определенной массы нагревают равномерно со всех сторон, плавно повышая температуру до тех пор, пока с него не упадет первая капля. Температура каплепадения смазки должна быть на 10-20oC выше максимальной температуры нагрева узла, в котором она используется.

Не очень благозвучный термин «пенетрация» – по-русски «проникновение» – своим появлением обязан методу измерения: при 25oС на поверхность смазки кладут стандартный металлический конус и определяют глубину его погружения (в миллиметрах). Чем глубже проникает конус, тем легче смазка будет выдавливаться из зоны трения.

Ассортимент пластичных смазок довольно широк. По назначению их делят на 4 группы – антифрикционные, консервационные, канатные и уплотнительные, – однако это деление весьма условно. Большинство антифрикционных можно использовать для консервации, а, например, многие уплотнительные – в качестве антифрикционных.

Основными типами антифрикционных смазок являются кальциевые, натриевые и литиевые.

Наиболее дешевы кальциевые смазки, полученные загущением индустриальных минеральных масел кальциевыми мылами жирных кислот – солидолы. Когда-то они были настолько общеупотребительными, что слово «солидол» стало обиходным обозначением пластичной смазки вообще, хотя это и не совсем корректно. Солидолы не растворяются в воде и обладают очень высокими противоизносными свойствами. Однако нормально функционируют лишь в узлах с рабочей температурой до 50-65oС, что очень ограничивает их применение в современных автомобилях.

Натриевые смазки, консталины, получают загущением минеральных масел натриевыми мылами касторового масла. Они довольно тугоплавки и легко растворяются в воде. Хорошо работают при температурах от -10 до +120oС.

Наиболее универсальны литолы – смазки, полученные загущением нефтяных и синтетических масел литиевыми мылами. Они имеют очень высокую температуру каплепадения (около +200oС), исключительно влагостойки и работоспособны практически в любых нагрузочных и тепловых режимах, что позволяет использовать их практически везде, где требуется пластичная смазка.