Motora eļļas ražošana un īpašības - rakstu sērija 3

iAuto publicē rakstu sēriju par motora eļļu, par tās ražošanu, ietekmi un īpašībām. Tagad publicējam sērijas 3 daļu "Ražošana un īpašības".

Minerāleļļu ražošanai izmanto bāzes eļļas, kuras attīra vairākās stadijās, lai uzlabotu noteiktas īpašības. Parafīniskajām bāzes eļļām attīrīšanas rezultātā paaugstinās viskozitātes indekss, uzlabojas pretoksidēšanās īpašības, termiskā stabilitāte un plūstamība zemās temperatūrās.

Foto: iAuto.lv

Naftas pārstrādē bāzes eļļu iegūšana norit šādi:

a) viegli gaistošu frakciju, kā benzīns, dīzeļdegviela u.c., atdalīšana;

b) destilācija, līdz nepieciešamās viskozitātes klases iegūšanai, piemai-sījumu, tai skaitā aromātisko un polāro komponentu, selektīvā attīrīšana, parafīnu atdalīšana, lai uzlabotu plūstamību zemās temperatūrās;

c) noslēguma tīrīšana, lai uzlabotu pretoksidēšanās īpašības un termisko stabilitāti.

Eļļu ražošanai izmantojamās bāzes eļļas pēc API klasifikācijas parādītas tabulā zemāk. Pirmās trīs grupas ir minerāleļļas, nākošās divas ir sintētiskās eļļas.

Bāzes eļļu API klasifikācija

Parasti solventrafinēšanas un hidrokrekinga procesi bāzes eļļu iegūšanā ir vienādi, atšķiras tikai tajos izmantotie paņēmieni.

I grupas jeb parastās bāzes eļļas, kuras attīra ar šķīdinātāju palīdzību, ir visizplatītākās no tām kuras patlaban ražo pasaulē.Tās satur sēru vairāk par 0,03% no masas un piesātinātos ogļūdeņražus mazāk par 90% masas. Šādām eļļām nav tik augsta tīrības pakāpe,kā sintētiskajām  vai hidrokrekinga procesā iegūtajām. Neskatoties uz to, ka šīs bāzes eļļas speciāli paredzētas motoreļļu ražošanai, to pielietošanas joma ir daudz plašāka.

II un III grupas bāzes eļļu ražošanai tiek pielietotas tehnoloģijas, kuras  naftas rūpniecības terminoloģijā tiek sauktas par hidrokrekingu vai dziļo hidrokrekingu. Tajā smagākās naftas frakcijas procesa otrajā pakāpē tiek sašķeltas ūdeņraža klātbūtnē, tādejādi palielinot lielāku iegūstamo lietderīgo vieglo naftas produktu daudzumu. Šeit sēra saturs vairs nepārsniedz 0,03% no masas un piesātināto ogļūdeņražu saturs ir lielāks par 90% masas. Šo eļļu sastāvs ir tīrāks no nevēlamiem piemaisījumiem par I grupas bāzes eļļu sastāvu.

Solventattīrīšanas tehnoloģija (attīrīšana ar šķīdinātājiem)

1) Sākotnēji, atmosfēriskās destilācijas ceļā, jēlnafta tiek attīrīta no vieglajām frakcijām, piem., benzīna, dīzeļdegvielas, ligroīna, petrolejas u.c..

2) Iegūto materiālu iepilda vakuumdestilācijas kolonnā, kur atdala vajadzīgās viskozitātes klases frakcijas.Tieši šīs frakcijas arī attīra katru atsevišķi solventrafinācijas tilpnēs. Šeit tās sajauc ar šķīdinātājiem, piem., furfurolu, tādējādi atdala aptuveni 70-85% aromātisko ogļūdeņražu.

3) Tālāk eļļu frakcijas deparafinizē, tas ir process, kuru veic, tās atdzesējot saldēšanas kamerās zemās temperatūrās, lai no to sastāva atdalītu parafīnus. Tas paaugstina eļļu plūstamību zemās temperatūrās.

4) Beigās, atkarībā no paredzamās izmantošanas jomas prasībām, no parafīniem attīrītās minerāleļļas nereti vēl papildus attīra, lai uzlabotu eļļas krāsu un piešķirtu paaugstinātu stabilitāti. Viena no visvairāk izmantotajām šādas attīrīšanas metodēm ir vieglais hidrofinišs. Temperatūras un spiediena režīmi, kādos notiek šāda attīrīšana ūdeņraža klātbūtnē, ir vidēji, iegūtajā produktā atlikušais sērs ir stabils pret saistīšanos ar gaisa skābekli, eļļu krāsa kļūst gaiša, caurspīdīga.

Amerikas naftas institūts (API) ar šķīdinātājiem attīrītos produktus  klasificē kā I grupas bāzes eļļas.

Dziļā hidrokrekinga tehnoloģija

Dziļā hidrokrekinga procesā, notiekot sākotnējā naftas produkta un ūdeņraža reakcijai katalizatora klātbūtnē, augstu temperatūru un spiedienu apstākļos, atdala aromātiskos un polāros ogļūdeņražus.

Šīs attīrīšanas laikā notiek virkne reakciju, galvenās no tām ir:

1) polāro savienojumu, kuri satur sēru, slāpekli un skābekli, atdalīšana;

2) aromātisko ogļūdeņražu pārvēršana piesātinātos cikliskos oglūdeņražos;

3) smago policikloparafīnu sadalīšana daudz vieglākos piesātinātos ogļūdeņražos. Šādas reakcijas notiek līdz 400°C temperatūrā, pie apmēram 300 PSI (20 680 kPa) spiediena, katalizatora klātbūtnē. Iegūtajām ogļūdeņražu molekulām piemīt augsta stabilitāte, tāpēc tās ir ideāli piemērotas bāzes eļļām.

Amerikas naftas institūts (API) šādi iegūtus produktus klasificē kā II grupas bāzes eļļas.

Dziļo hidrokrekingu veic divos posmos:

1) Pirmajā stadijā no sastāva atdala visus nevēlamos polāros savienojumus, bet aromātiskos ogļūdeņražus pārvērš piesātinātos. Pēc vakuumdestilācijas parafīneļļām ļoti zemās temperatūrās veic parafīnu atdalīšanu.

2) Tālāk, piesātināto ogļūdeņražu satura paaugstināšanai, eļļas frakcijas aizvada uz augstspiediena hidroattīrīšanas iekārtu. Šī noslēdzoša stadija maksimāli paaugstina bāzes eļļas stabilitāti, attīrot to no atlikušajām aromātiskajām un polārajām molekulām (vieglo frakciju atlikumiem).

Dziļā hidrokrekinga/ hidroizomerizācijas tehnoloģija

Hidroizomerizācijas procesā izmanto speciālus katalizatorus selektīvai parafīnu izomerizācijai. Rezultātā iegūst bāzes eļļas ar augstāku viskozitātes indeksu un uzlabotām īpašībām, salīdzinājumā ar iepriekš apskatītajām parafīnu atdalīšanas tehnoloģijām. Šis attīrīšanas veids ļauj iegūt bāzes eļļas ar viskozitātes indeksu 130 jau vienā tehnoloģiskajā ciklā, bet parasti šādās iekārtās ražo bāzes eļļas ar paaugstinātu viskozitātes indeksu, no 95 līdz 105 (II grupa) vai speciālos bāzes šķidrumus ar viskozitātes indeksu 115-130 (II+ un III grupas). Papildus šādas tehnoloģijas priekšrocība ir tāda, ka tā ļauj ražot bāzes eļļas ar dabiski ļoti zemu sastingšanas temperatūru (zemāku par -25°C).

Parafīnu atdalīšanas dziļā hidrokrekinga un hidroizomerizācijas apvienojums bāzes eļļām ļauj iegūt tādas izcilas īpašības, kā:

1) augstu viskozitātes indeksu (100 ...130);

2) pazeminātu iztvaikošanu;

3) pretoksidēšanās stabilitāti;

4) paaugstinātu noturību augstu temperatūru iedarbībai;

5) lielisku plūstamību zemās temperatūrās;

6) zemu toksiskumu.

Šādi raksturlielumi piešķir eļļām īpašības, līdzīgas tām, kādas piemīt polialfaolefīnu (PAO) bāzes sintētiskiem produktiem. Amerikas naftas institūts (API) šādi iegūtus produktus klasificē kā III grupas bāzes eļļas. 

Dziļā hidrokrekinga ceļā iegūtajām bāzes eļļām, salīdzinot ar attīrītajām ar šķīdinātājiem, jūtami atšķiras vairāki parametri , skatīt tabulu zemāk:

Galvenais šādu atšķirību iemesls ir attīrīšanas pakāpe no aromātiskajām vielām (to molekulām, saturs kļūst mazāks par 0,5 %). Bāzes eļļas, kuras ražo ar dziļā hidrokrekinga metodi, uzskata par attīrītām vairāk par 90%. Salīdzinājumam: solventrafinētajās bāzes eļļās aromātisko savienojumu saturs ir 10-30%.

Eļļošanas materiāli, kuri ražoti no dziļā hidrokrekinga procesā iegūtām bāzes eļļām, vairākās pielietošanas jomās parāda labākas īpašības, kā ražotie no solventrafinētajām bāzes eļļām:

Viskozitātes stabilitāte: Eļļošanas materiāli mazāk sabiezē, t.i., to viskozitāte mainoties temperatūrai mainās mazāk. Šī īpašība ir jo sevišķi svarīga automobiļu automātisko transmisiju šķidrumos (ATF), kur eļļas slāņa nobīdes stabilitāte un pārnesumu pārslēgšanas kvalitāte ir tieši atkarīga no tās spējas saglabāt pastāvīgu viskozitāti. Motoreļļām šī īpašība paaugstina dzinēju degvielas ekonomiju, bet rūpniecībā, izmantojot industriālos eļļošanas materiālus, samazinās elektroenerģijas patēriņš.

Pretoksidēšanās stabilitāte: Eļļošanas materiāli, kuri ražoti no dziļā hidrokrekinga procesā iegūtām bāzes eļļām, uzrāda daudz augstāku pretoksidēšanās stabilitāti. Tas ļauj šīs eļļas izmantot daudz augstākās temperatūrās vai arī ilgāku to kalpošanas laiku.

Noturība augstās temperatūrās: Eļļošanas materiāliem, ražotiem no dziļā hidrokrekinga procesā iegūtām bāzes eļļām, piemīt lieliska noturība pret augstu temperatūru iedarbību. Tas lielā mērā samazina mehānismu piesārņojumu un nogulšņu veidošanos.

Pazemināta kaitīgā iedarbība uz apkārtējo vidi: Tā kā eļļošanas materiālos, kuri ražoti no dziļā hidrokrekinga procesā iegūtām bāzes eļļām, gandrīz nav kaitīgo piemaisījumu, tie ir mazāk toksiski un ātrāk bioloģiski noārdās nonākot apkārtējā vidē. 

Raksts Nr: 1: Motora eļļa "Sākums" - rakstu sērija 1

Raksts Nr: 2: Motora eļļa "Piedevas un viskozitāte" - rakstu sērija 2