Час читання: ~6 хв

Технології отримання базових моторних олив: групи I, II і III

Автор матеріалу: Олег Тимошенко

Базові оливи для моторних олив отримують переробкою нафти: спочатку перегонкою на фракції різної в'язкості, а потім очищенням від небажаних компонентів - ароматичних вуглеводнів, сірки, парафінів і смол. Класичні способи (кислотне, глинисте, селективне очищення, депарафінізація розчинниками) дають базові оливи групи I за API, а сучасна гідроочистка і гідрокрекінг - чистіші оливи груп II і III з вищим індексом в'язкості і кращою стійкістю до окиснення.

Від природних мастил до нафтових олив

На початку розвитку техніки мастила виготовляли з тваринних жирів або рослинних олій, а з переходом до промислового виробництва почали застосовувати оливи на основі нафти. За даними джерела, перша олива на нафтовій основі з'явилася 1852 року. Спершу такі оливи були поширені мало: із сирої нафти вдавалося отримати мастило невисокої якості, а промислового виробництва базових олив ще не було через брак технічного досвіду.

Зі зростанням випуску автомобілів зростав і попит на мастильні матеріали з кращими властивостями. Виробники швидко зрозуміли, що для підвищення якості нафту потрібно розділяти на вузькі дистиляційні фракції різної в'язкості. За даними джерела, 1923 року Товариство автомобільних інженерів (SAE) запровадило класифікацію моторних олив за в'язкістю, яка поділяла їх на легку, середню і важку. Тоді моторні оливи ще не містили присадок і, за даними джерела, потребували заміни кожні 1300-1600 км.

У 1920-х роках дедалі більше виробників почали обробляти базові оливи, щоб поліпшити їхні експлуатаційні характеристики. За сучасною класифікацією API такі оливи належать до базових олив групи I.

Способи отримання базових олив групи I

Базові оливи групи I найчастіше отримували такими способами:

  • очищення сірчаною кислотою;
  • видалення ароматичних вуглеводнів екстракцією селективними розчинниками;
  • депарафінізація розчинниками;
  • очищення адсорбентами;
  • очищення глиною;
  • обробка SO2.

Очищення сірчаною кислотою

Концентрована сірчана кислота реагувала з небажаними компонентами базових олив і перетворювала їх на твердий шлам, який потім порівняно легко видаляли. Хоча так вдавалося досягти дуже суттєвого очищення, технологія була дорогою, створювала екологічні проблеми з утилізацією шламу, а поводження з кислотою технологічно складне. Тому, за даними джерела, у Північній Америці вона не набула великого поширення.

Очищення глиною

Глина поглинала і видаляла найшкідливіші компоненти нафтових олив - ароматичні та сильнополярні сполуки, що містили сірку й азот. Принцип дії глини аналогічний принципу дії наповнювачів для котячих туалетів.

Обробка SO2

Це простий процес екстракції: компоненти оливи з небажаними властивостями видаляють розчинником, який можна використовувати повторно, але він високотоксичний. Технологія стала важливим етапом на шляху до традиційної екстракції селективними розчинниками, проте сьогодні її майже повністю виведено з виробництва.

Селективне очищення (solvent refining, solvent extraction)

Під час селективного очищення ароматичні вуглеводні видаляють з оливи екстракцією селективними розчинниками, і якість оливи підвищується. Ароматичні вуглеводні - добрі розчинники, але вони погіршують якість базових олив, оскільки є найреакційнішими компонентами в інтервалі кипіння природного мастила. Їх окиснення спричиняє ланцюгову реакцію, яка може значно скоротити ресурс базової оливи. Крім того, в'язкість ароматичних компонентів сильно залежить від температури.

Моторна олива має бути досить рідкою для легкого холодного пуску, але водночас достатньо в'язкою, щоб забезпечити потрібну товщину плівки, і зберігати мастильну здатність у важких умовах і в спеку. Тому важливий показник - стабільність в'язкості за різних температур, яку виражають індексом в'язкості: що він вищий, то менше в'язкість оливи залежить від температури.

Селективне очищення ґрунтується на утворенні двофазної системи: домішки разом із розчинником і очищена олива розділяються на два шари, після чого шар з екстрактом відокремлюють. Так з оливи видаляють асфальтенові (бітумні) речовини, смоли, ароматичні сполуки з короткими бічними ланцюгами, тверді вуглеводні та поліциклічні ароматичні сполуки, що сприяють коксуванню і посилюють залежність в'язкості від температури.

Екстракцію розчинниками зазвичай проводять після вакуумної перегонки. Дистиляти після неї мають вищий індекс в'язкості і кращу стійкість до окиснення. Сьогодні для екстракції, як правило, застосовують фурфурол і N-метилпіролідон; фенол використовують рідше через його токсичність. Під час екстракції базовий хімічний склад дистилятів змінюється несуттєво, тож вплив складу сирої нафти зберігається.

Депарафінізація розчинниками (solvent dewaxing)

Це технологія видалення парафінів, які підвищують температуру застигання олив. Оливу змішують із сумішшю двох розчинників, наприклад метилетилкетону і толуолу, і охолоджують, за даними джерела, до -6...-12 °C. Кристали парафіну випадають в осад і їх відокремлюють фільтруванням, а розчинник потім відганяють. Отримують депарафіновану оливу (dewaxed oil) з нижчою температурою застигання. Побічний продукт - гач (slack wax), який служить сировиною для каталітичного гідрокрекінгу і дає змогу отримувати високоякісні базові оливи.

Очищення адсорбентами

Як адсорбенти використовують відбілювальну глину або кристалічні алюмосилікати - цеоліти з однорідною пористістю. Підбираючи цеоліти з порами певного розміру, можна селективно адсорбувати смолисті речовини, алкени, поліциклічні арени та асфальтени. Очищена так олива стає світлішою, тому технологію ще називають освітленням оливи. Як правило, очищення адсорбентами проводять після інших процесів хімічного очищення і екстракції розчинниками.

Базові оливи групи I зазвичай виробляють, поєднуючи селективне очищення, депарафінізацію, а в деяких випадках і очищення адсорбентами.

Базові оливи групи II

Базові оливи групи II містять значно менше домішок, ніж оливи групи I: за класифікацією API в них не менше 90% насичених вуглеводнів і не більше 0,03% сірки, а індекс в'язкості становить 80-119. Їх виробляють за сучасними технологіями гідроочистки, тож вони настільки чисті, що виглядають майже безбарвними. Вища чистота означає, що базова олива і присадки в готовому продукті служать довше: така олива хімічно інертніша, утворює менше продуктів окиснення, які згущують оливу, і потребує менше присадок.

Базові оливи групи III

Від групи II базові оливи групи III за класифікацією API відрізняються лише індексом в'язкості: 120 і вище. Оливи групи III іноді називають нетрадиційними базовими оливами (UCBO) або оливами з дуже високим індексом в'язкості (VHVI). Технологія їх отримання суттєво не відрізняється від групи II: вищий індекс в'язкості досягають жорсткішим режимом гідрокрекінгу або сировиною з вищим індексом в'язкості. Властивості базових олив групи III дають змогу застосовувати їх у найскладніших умовах; у деяких випадках їхні характеристики не поступаються, а іноді й перевершують характеристики звичайних синтетичних олив.

Розчинювальна здатність і стійкість до окиснення

Базові оливи групи I мають чудову розчинювальну здатність завдяки ароматичним вуглеводням. Разом із правильно підібраним пакетом присадок це допомагає запобігати утворенню відкладень продуктів розкладання і забруднень, що важливо для сучасних систем із жорсткими допусками. З базових олив групи II ароматичні вуглеводні видаляють, щоб підвищити стійкість до окиснення, а для відновлення розчинювальної здатності виробники додають спеціальні присадки, що здорожує продукт. Тому виробникам доводиться постійно балансувати між високою стійкістю до окиснення і достатньою розчинювальною здатністю.

Пов'язані матеріали

Товарні групи TESMA