Основные физико-химические свойства масел

Вязкость. Один из основных показателей качества масел. Он определяет надежность гидродинамического (жидкостного) трения, то есть режима смазки. По уровню вязкости масла можно условно разделить на маловязкие (3-4 мм²/с при 100^оС), средневязкие (4-6 мм²/с при 100^оС) и вязкие (8-9 мм²/с при 100^оС и выше).

Индекс вязкости (ИВ). Чем выше ИВ, тем более пологой является вязкостно-температурная кривая масла в области плюсовых температур. ИВ характеризует качество (глубину) очистки масла - чем выше ИВ, тем лучше очищено масло. Этот показатель не следует абсолютизировать. Его значение зависит от углеводородной природы сырья для производства масел. Из нефтей нафтенового основания производство базовых масел с высокими ИВ весьма затруднительно, что однако не делает эти масла непригодными для выработки товарных масел определенного ассортимента. По ИВ масла можно разделить на низкоиндексные (ИВ не выше 80), среднеиндексные (ИВ равно 80-90) и высокоиндексные (ИВ равно 90-95 и выше). В качестве компонентов базовых масел современного уровня качества используют базовые масла со сверхвысоким ИВ (выше 100), представляющие собой продукты глубокой гидрокаталитической переработки нефтяного сырья. Учитывая важность и высокую информативность ИВ как показателя, Американский нефтяной институт (API) рекомендует классифицировать базовые масла по трем показателям: индекс вязкости, доля нафтено-парафиновых углеводородов и содержание серы (классификация приведена в п. 4, табл. 4.7.).

Температура застывания. Показатель, характеризующий низкотемпературные свойства масла, то есть возможность его эксплуатации при отрицательных температурах. Большинство базовых масел имеют температуры застывания от 0^оС до -15^оС. Однако имеется группа низкозастывающих масел с температурой застывания ниже -30^оС. В основном это маловязкие базовые масла, являющиеся основами трансформаторных, авиационных, некоторых гидравлических, а также зимних моторных и трансмиссионных масел.

Температура вспышки масел характеризует наличие в масле легкокипящих фракций и связана с таким важным для производства моторных масел показателем, как испаряемость.

Цвет масел является товарным показателем и как и ИВ характеризует глубину и качество их очистки.

Коксуемость - характеристика остаточных масел (в дистиллятных коксуемость весьма незначительна), достаточно четко характеризующая качество масел с точки зрения нагаро- и лакообразования в процессе эксплуатации товарного (моторного) масла на этой основе. Значение коксуемости зависит от глубины и качества процессов деасфальтизации и селективной очистки при производстве масла.

Физико-химические показатели, характеризуя качество базового масла, в значительной степени являются косвенными. В основном качество базовых масел и, в конечном итоге, эксплуатационные показатели товарных масел зависят от химического и фракционного состава.

Зависимость эксплуатационных свойств товарного масла от состава базового масла. От углеводородного (химического) состава базового масла зависят:

вязкость - определяет толщину смазывающей пленки, то есть надежность смазывания; текучесть и прокачиваемость при низких температурах; сохранения необходимой для надежного смазывания вязкости при высоких температурах; потери энергии; износ;

стабильность к окислению - определяет сохранение первоначальных физико-химических и эксплуатационных свойств масла, включая его минимальную коррозионную активность в процессе эксплуатации;

поверхностная активность - определяет вспениваемость и эмульгируемость масла; в определенной степени влияет на коррозионную активность масла;

растворяющая способность - определяет способность базового масла растворять композицию присадок; в определенной степени влияет на моющие (детергентно-диспергирующие) свойства масла.

От фракционного состава базового масла зависит испаряемость, характеризующая расход масла и степень его загущения в процессе эксплуатации, ведущего к образованию отложений.

Состав нефтяных базовых масел и технология их получения

По химическому составу нефтяные масла представляют собой смесь углеводородов молекулярной массой 300-750, содержащих в составе молекул 20-60 атомов углерода. Базовые масла состоят из групп изопарафиновых, нафтено-парафиновых, нафтено-ароматических и ароматических углеводородов различной степени цикличности, а также гетероорганических соединений, содержащих кислород, серу и азот. Последние (в особенности кислородные соединения) являются основой смол, содержащихся в базовых маслах. Химический состав базовых масел и структура входящих в их состав углеводородов определяются как природой перерабатываемого сырья, так и технологией его переработки.

Условно все входящие в состав масляной фракции группы углеводородов можно разделить на желательные и нежелательные.

Желательными компонентами являются: изопарафины, нафтено-парафиновые, моно- и бициклические ароматические углеводороды с длинными боковыми цепями. Содержание этих групп углеводородов в масле обеспечивает оптимальное сочетание эксплуатационных свойств и хорошую стабильность в процессе эксплуатации.

Нежелательные компоненты: твердые парафины, полициклические арены, смолистые и асфальто-смолистые соединения.

По фракционному составу масла представляют собой высококипящие продукты, вырабатываемые из нефтяных фракций, выкипающих при температуре выше 300^оС.

Основной объем масел вырабатывают с применением экстракционных процессов разделения сырья (дистиллятов и гудрона): селективной очистки растворителем (фенолом, фурфуролом, N-метилпирролидоном), деасфальтизации гудронов пропаном и сольвентной депарафинизации рафинатов селективной очистки в кетонсодержащем растворителе (последний процесс представляет собой одну из разновидностей процесса экстракции - экстрактивную кристаллизацию). Постоянно снижается производство масел с использованием процесса сернокислотной очистки, что обусловлено снижением добычи пригодных для этого процесса нефтей, образованием больших количеств экологически вредных трудно утилизируемых отходов (кислый гудрон) и в большинстве случаев недостаточно высоким для современных требований качеством получаемых масел. В относительно небольших количествах вырабатываются масла с использованием процессов гидрокрекинга и гидрокаталитической депарафинизации, хотя гидрокаталитические процессы весьма перспективны в производстве масел и их ожидает дальнейшее развитие. Эти процессы детально рассматриваются в курсе «Методы очистки топлив и масел».