Получение смазочных масел для дорожно-строительных и путевых машин

Нефть - основное сырье для производства топлив, масел и синтетических материалов (каучук, пластмассы и др. синтетические волокна).

Топлива и масла получают путем переработки нефти. Среди них – прямая перегонка, термический и каталитический крекинг, гидрокрекинг, а также риформинг.

Жидкое топливо производится преимущественно двумя способами: физическим и химическим. Первый протекает без нарушения структуры углеводородов, второй – с изменением ее.

Физический способ или прямая перегонка нефти представляет собой процесс разделения ее на отдельные фракции, отличающиеся температурой кипения. Для этого нефть нагревают в нефтеперегонных установках до температуры 300...380°С, а образовавшиеся пары отбирают и конденсируют по частям в колонках. В результате перегонки получают топливные дистилляты и остаток, называемый мазутом, который может быть использован для химической переработки или получения смазочных масел. Легкокипящие фракции в паровой фазе достигают верха колонны и вместе с испарившимся оросителем отводятся из колонны в конденсатор - газоотделитель. Более тяжелые топливные фракции отводятся из колонны через холодильники и отбирают дистилляты: бензиновый - 40...200°С, керосиновый - 140...300°С, газойлевый - 230...330°С, соляровый - 280...380°С и в остатке мазут.

Из мазута на перегонных установках аналогичным способом получают смазочные масла. Чтобы не произошло расщепление масляных углеводородов, их нагрев и испарение ведут в вакуумных трубчатых печах с применением перегретого пара. Это позволяет снизить температуру кипения углеводородов и избежать их расщепления. При разгонке мазута на ректификационной колонне из более легкокипящих фракций получаются маловязкие смазочные масла - легкие индустриальные, из высококипящих получают средние и тяжелые масла - индустриальные, машинные, моторные, цилиндровые и др. Эти масла называют дистиллятными.

После отгона из мазута масляных дистиллятов в остатке получают гудрон, а при менее глубоком отборе масляных фракций -полугудрон. Применяя глубокую обработку гудронов и полугудронов серной кислотой и очистку отбеливающими глинами, из них получают высоковязкие остаточные масла (главным образом авиационные). Деструктивный (химический) способ переработки нефти позволяет получать из более тяжелых высокомолекулярных фракций светлые нефтепродукты и тем самым существенно повысить выход светлых топлив (в частности, бензинов). Расщепление углеводородов с высокой молекулярной массой на углеводороды с меньшей молекулярной массой получило название крекинг - процесса. Принципиальная схема его такова: C _2n H_4n=2=C_n H_2n+2+C_n H_2n.

Крекинг-процесс, протекающий под действием теплоты, называется термическим крекингом, а под действием теплоты и в присутствии катализатора - каталитическим. Основными факторами термического крекинга являются температура, давление, время процесса и состав сырья. При нагреве до 400°С для получения 30% бензина из мазута необходимо около 12 часов, при нагревании до 500°С время процесса составляет лишь 30 секунд. Лучшим сырьем для крекинг-процесса являются высокомолекулярные Н - парафины. Непредельные углеводороды обладают большей стойкостью к реакциям расщепления.

В состав крекинг - бензинов входит большое количество непредельных углеводородов, а в бензинах прямой перегонки их почти нет. Поэтому крекинг-бензины нестойки при хранении. Для повышения стабильности в них добавляют специальные вещества - антиокислители, называемые стабилизаторами в сотых или тысячных долях процента.

Если крекинг-процесс осуществляется при давлении 2...5 МПа и температуре 480...500°С, он называется жидкофазным крекингом, а при давлении 0,2...0,6 МПа и температуре 520...550°С и выше - парофазным. При последнем бензины более насыщены непредельными углеводородами, и выход топлива ниже по сравнению с жидкофазным. При каталитическом крекинге часть образующихся непредельных углеводородов превращается в предельные, а часть, в свою очередь переходят в изомерную форму. Вследствие этого качество бензинов каталитического крекинга более высокое. В качестве катализатора используют алюмосиликаты и другие вещества. При каталитическом крекинге выход автомобильных бензинов составляет около 40…50%, фракции дизельного топлива -30...40%, в то время как при прямой перегонке выход бензинов составляет лишь 9…12% редко 20%.

К разновидностям крекинг-процесса относятся: риформинг, применяемый для улучшения качества нефтепродуктов путем понижения молекулярной массы углеводородов; деструктивная гидрогенизация - процесс, протекающий в присутствии водорода и катализатора при давлении 20...30 МПа, в результате чего происходит насыщение водородом продуктов расщепления; пиролиз, протекающий при температуре около 700°С с образованием ароматических углеводородов; гидроформинг, при котором происходит высокая ароматизация углеводородов (этот процесс протекает при температуре 480...530°С, давлении 2...3 МПа в присутствии водорода и катализатора - оксидов молибдена, ванадия, хрома, нанесенных на оксиды алюминия, магния или другого вещества, при этом получают бензины высокого качества).

Для современных машин требуются масла более высокого качества, чем масла, полученные путем перегонки нефтяного мазута. К ним относятся синтетические масла, содержащие преимущественно парафиновые углеводороды. Наиболее широкое распространение получили полисилокса - новые масла, которые называют также силиконами. Они представляют собой полимерные кремнийорганические соединения. Они обладают устойчивостью к воздействию высоких температур, низкой температурой застывания и хорошими антикоррозионными свойствами, мало изменяют вязкость при колебаниях температуры. Смазывающая способность у них несколько хуже, чем нефтяных масел. Улучшить это качество можно добавлением соответствующих присадок. Другой группой синтетических масел являются полиалкилгликоли, представляющие собой продукты конденсации двухатомных спиртов. Эти масла не образуют отложений на нагретых деталях, обладают хорошей смазывающей способностью и вязкостными свойствами, а также низкой температурой застывания (до - 65 С). Из-за высокой стоимости такие масла не получили широкого распространения.

Для работы в агрессивных средах, а также в условиях высоких температур изготавливают фторуглеродные и хлоруглеродные масла. Недостаток их – резкое повышение вязкости при понижении температуры. Их используют при изготовлении специальных пластичных смазок и жидкостей для гидросистем.

Очистка масляных фракций

Масляные дистилляты после перегонки мазутов, содержат целый ряд нежелательных веществ, таких, как смолисто - асфальтовые, органические кислоты, легко окисляющиеся и полимеризирующиеся непредельные углеводороды и т.п., резко снижающие качество смазочных масел. Наиболее широко применяются следующие способы очистки масляных дистиллятов: кислотно-щелочная, кислотно-контактная, селективная, а также деасфальтизация и депарафинизация. При кислотно-щелочной очистке смолистые вещества масляного дистиллята, взаимодействуя с серной кислотой, частично растворяются, частично уплотняются с образованием: асфальгенов, которые переходят в кислый гудрон. После отстаивания и отделения кислого гудрона масло обрабатывают водным раствором щелочи NaOH. При этом нейтрализуются органические кислоты и остатки серной кислоты. Затем масло промывают водой для растворения и удаления солей. Далее, масло просушивают горячим воздухом.

Кислотно-контактная очистка отбеливающими глинами заключается в том, что после очистки масла серной кислотой оно проходит контактную очистку отбеливающими этом из масла адсорбируются нежелательные полярно – активные соединения, в том числе органические и сульфокислоты, остатки серной кислоты, кислого гудрона и т.д.

Очистка отбеливающими глинами может быть контактной и перколяционной.

В первом случае глину непосредственно перемешивают с очищаемым маслом, во втором - масло пропускают через слой гранулированного адсорбента при температуре 20...100°С (в зависимости от вязкости). В качестве отбеливающих глин применяют природные - гумбрин и другие, и искусственные силикагель. Количество адсорбента при очистке составляет 2...5% от массы очищаемого материала. Селективная очистка заключается в обработке масла селективными (избирательными) растворителями, которые растворяют нежелательные элементы и не воздействуют на основные углеводороды. При последующем отстаивании смесь расслаивается на рафинатную часть (очищенное масло) и на /£ экстрактную (смесь растворителя и вредных примесей). Экстрактную часть перегоняют, отогнанный растворитель может быть использован повторно. На качество очистки оказывают большое влияние температура и количество взятого растворителя. Растворителями служат фурфурол (150...400% от массы очищаемого масла), фенол (100...200%), нитробензол, технический пропан и др., процесс проводят при температуре 50...120°С. Деасфальтизация применяется для дистиллятных масел с высоким содержанием смолисто - асфальтовых веществ. При деасфальтизации используют специальные растворители, в частности жидкий пропан. Под действием растворителя смолисто асфальтовые вещества переходят в осадок, который после отстоя удаляют. Деасфальтизацию проводят при давлении 2,5...4,0 МПа и температуре 60...85°С.

Соотношение пропана и очищаемого масла составляет от 5:1 до 10:1 по объему. После деасфальтизаци-и масляный дистиллят поступает на основную очистку. Депарафинизация проводится для масляных дистиллятов, получаемых из парафиновых нефтей. Из масла удаляются углеводороды, склонные к кристаллизации при понижении температуры. Процесс основан на том, что парафины и церезины значительно хуже растворяются в ряде легких растворителей, чем основные углеводороды масла, особенно при низкой температуре. Очищаемое масло смешивают с растворителем (метилэтил-кетон, ацетон с бензолом, дихлорэтан с бензином и др.). Полученную смесь нагревают до температуры на 15...20°С, превышающей температуру полного растворения парафинов и церезинов в смеси. Раствор постепенно охлаждают и на высокооборотных центрифугах или специальных фильтрах разделяют на депарафиновое масло и петролятум (смесь растворителя и твердых углеводородов). Данная операция является завершающей частью процесса очистки масла.