Mineralna bazna ulja , dobivena iz nafte, predstavljaju danas količinski dominirajući osnovu komponentu tečnih i konzistemnih maziva (95 %).
Razvoj rafinacionih metoda, skladno praćen razvojem aditiva, najvećim delom je omogućio rešavanje nastalih problema podmazivanja u savremenim konstrukcijama mašinskih sistema , koji zahtevaju podmazivanje. Glavnu količinu današnjih baznih ulja čine tzv. solvent neutral ulja pretežno parafinske structure, dok je naftenska ulja iz razloga umanjenje raspoloživosti, koriste još samo u posebnim područjima primene.
Pošto se mineralna ulja dobivaju iz nafte, to vrste i strukture hemijskih jedinjenja prisutnih u njima , nose osnovne karakteristike jedinjenja sadržanih u nafti. Osnovni sastojci nafte su različiti ugljovodonici. U nafti su takođe prisutna organska jedninjenja koja sadrže hetero – atome, najčešće sumpora, azota i kiseonika. Najveći deo odvodnjenih i odsoljenih sirovih nafti, na osnovu podataka elementarne analize, poseduju sledeće prosečne vrednosti :

mas % C = 83 – 87

mas % H = 11- 14

mas % O + N + S = do 5

Ovi podaci ne kazuju puno o prirodi zastupljenih ugljovodonika i hetero jedinjenja. Mineralna ulja se sastoje od jednostavnih i kompleksnih molekula ugljovodonika sledećih vrsta i struktura:

Ravnolančanih i razgranatih alkana ( parafini)
Cikličnih alkana (nafteni )
Aromata

Olefinski ugljovodonici nisu zastupljeni u nafti nego obično nastaju pri procesima njene prerade.
Ravnolančani parafinski ugljovodonici ( n – parafini ) i razgranati parafinski ugljovodonici ( izo – parafini ) imaju opštu formula C n H 2n+2 .
Opšta formula za ciklične alkane ( naftene ) je C n H 2n , a za aromate C n H n . Prema dominirajućoj zastupljenosti određenih ugljovodonika u nafti, one se mogu podeliti na parafinske, naftenske i mešovite. U parafinskim naftama preovladaju parafinski ugljovodonici, naftenski ugljovodonici su u naftenskim, a mešovitim naftama su obično sadržane veće količine parafinskih ugljovodonika, ali također znatne količine naftenskih aromatskih ugljovodonika. Za proizvodnju mineralnih ulja danas je na raspolaganju niz mešovitih nafti.
Molekulska struktura i masa ugljovodonika utiče na njihova hemijska i fizička ponašanja. To se prije svega odnosi na svojstva koja su važna kod mineralnih baznih ulja, kao :

Viskoznost i viskozno – temperaturna ponašanja
Agregatno stanje, prije svega oblast tečnog stanja
Oksidaciona i termička stabilnost

Pod tečnom oblasti podrazumeva se temperaturna razlika između tačke topljenja i tačke ključanja. Oksidaciona i termička stabilnost se međusobno značajno razlikuju. Dok se pod oksidacionom stabilnosti podrazumeva otpornost na odvijanje reakcije sa kiseonikom, to se pod termičkom stabilnosti podrazumeva otpor molekula protiv razlaganja usled dejstva toplote.

2. TEHNOLOGIJA PROIZVODNJE MAZIVA

Najveći deo modernih maziva se proizvodi iz parafinskih baznih ulja. Uobičajeno je da se namešavanje gotovih mazivih ulja obavlja u sklopu proizvodnje baznih ulja, ali se može locirati i izvan uljne rafinerije.

2.1 Tehnološki postupci proizvodnje baznih ulja

U principu se bazna ulja dobivaju iz nafte u sledećim tehnološkim jedinicama :

Destilaciji, kojom se postiže odgovorajuća viskoznost i plamište,
Rafinaciji, kojom se poboljšavaju oksidaciona svojstva i viskozno – temperaturna ponašanja
Deparafinaciji, kojom se poboljšavaju niskotemperaturna svojstva i
Završnoj obradi vodonikom ( ili glinom u starijim postupcima ), kojom se poboljšava stabilnost i boja.

Kod proizvodnje naftenskih baznih ulja iz proizvodnog lanca se isključuje deparafinacija jer sadržaj parafina relativno nizak. U proizvodnji tok kod parafinskih ulja potrebno je uključiti i process deasfaltizacije kojom se dobiva sirovina za proizvodnju teškog baznog ulja, tkz. brajtstoka ( brightstock).

2.1.1. Destilacija

Polazna sirovina za proizvodnju baznih ulja je atmosferski ostatak koji se na postrojenju vakuum destilacije destiliše na uljne frakcije u vakuum ostatak. Često su atmosferska i vakuum destilacija jedna celina, ali ima i slučajeva kada se atmosferski ostatak prvo odvodi u međurezervoare, apotom na vakuum destilaciju. Osnovni zadatak destilacije je obezbedjenje odgovarujuće viskoznosti i tačke paljenja pojedinih frakcija, koje su njihove osnovne kontrolne upotrebne karakteristike. Prisustvo komponenata niske tačke ključanja bitno utiče na tačku paljenja neke frakcije, čak i kada se radi o maloj količini. To ovisi o oštrini separacije destilacione kolone i može se dalje poboljšavati stripovanjem vodenom paraom u ovisnosti sa rasponom ključanja a time sa molekulskom masom. Srednja molekulska masa uljnih frakcija, ovisno o željenoj viskoznosti konačnog produkta, kreće se u interval od 350 do 700.
Današnja moderna maziva, motorna i neka industrijska ulja, traže bazna ulja uske raspodele molekulske mase ( uzak destilacioni rez ).

2.1.2. Rafinacija

Vakuum destilati sadrže nepoželjne komponente koje dovode nakon veoma kratke upotrebe do pocrnjenja, porasta viskoznosti, nastajanja kiselih produkata i pojave taloga. Tokom procesa destilacije, usled lokalnih pregrijavanja na zidovima peći, nastaju olefinski ugljovodonici.
Odstranjivanjem ovih nepoželjnih supstanci putem modernih metoda rafinacije, omogućava seproizvodnja visokovrednih mineralnih baznih ulja iz takvih sirovih nafti koje su zbog, na primer , visokog sadržaja n – parafina i aromata, za to bile nepogodne.
Danas su na raspolaganju tri rafinaciona postupka :

Kisela rafinacija sumpornom kiselinom,
Solventna ekstrakcija,
Duboka rafinacija vodonikom

U opšte sva tri procesa imaju za cilj poboljšanje oksidacionih stabilnosti i viskozno – temperaturnih ponašanja.

2.1.2.1. Kisela rafinacija

Obrada uljnih destilata sa H2SO4 ili oleumom se kao klasični rafinacioni postupak sve više i više zamenjuje sa modernism rafinacionim postupcima. Danas je u radu još svega nekoliko postrojenja ovog tipa. Delovanjem sumporne kiseline poboljšava se boja, stabilnost boje i oksidaciona stabilnost kao i neke druge osobine. Proporcionalno izdvojenim aromatima opada gustina ulja a raste njegov indeks viskoznosti. Viskoznost rafinata se nešto smanjuje, a tačka stinjavanja malo povećava jer su odstranjenje materije koje deluju kao prirodni depresanti. Tačka paljenja ostaje ne promenjena. Bitan nedostatak kisele rafinacije je, u odnosu na druge postupke, njena relativno mala selektivnost, ako i problem zagađenja okoline zbog većih količina kiselog gudrona. Zbog nekih specifičnih delovanja oleuma ( ili tečnog SO3 ) oni se koriste za proizvodnju medicinskih i tehničkih belih i transformatorskih ulja, ali takođe sve manje iz ekoloških razloga. Količina kiseline ovisi o sadržaju reaktivnih jedinjenja, viskoznosti ulja i željenoj dubini rafinacije. Destilati većeg sadržaja aromata, kao i viskozna ulja, zahtevaju veće količine kiseline. Obrada oleumom se ograničava na ulja viskoznosti oko 100 mm2/s na 40oC, jer su kod viskoznijih uljatroškovi na rafinaciji veoma visoki. U prinicipu temperatura obrade treba da je što moguće niža, jer se tada reakcija odvija sporije i može se bolje da se kontroliše. Takođe je selektivnost bolja kod nižih temperatura jer se reagovanje parafina ( naročito sa oleumom) odvija znatno sporije nego kod aromata i olefina. Viskoznija ulja se obrađuju pri višim temperaturama da bi se postiglo bolje mešanje. Vreme obrade se kreće u intervalu 20 – 40 minuta. Bitno je da se kiseli gudron brzo i ako je, moguće, potpuno odvaja.

2.1.2.2 Solvetna rafinacija

Pod solvetnom rafinacijom se podrazumeva tečno – tečna ekstrakcija aromata i drugih nepoželjnih popratnih materija iz uljnih destilata. Pogodna ekstrakciona sredstva su fenol, furfural, sumpordioksid i N-metilpirolidon (NMP). Ranije korištena ekstrakciona sredstva kao anilin, krezol, nitrobenzen i hloreks ( β, β – dihordietiletar ) skoro su u potpunosti napuštena. Solvetnomekstrakcijom se , pored ulja sa niskim sadržaj aromata, označenog kao solvent – rafinat ili solvat ( solvent neutral) , dobija i ekstrakt bogat aromatima koji se koriste u gumarskoj industriji i industriji štamparskih boja. Na dubinu rafinacije se najviše utiče promenom procesnih uslova ( u biti temperature i odnosa ekstrakcionog sredstva i ulja). Iskorištenja na rafinatu se kreću izmedju 95 i 50 %. Iz ekonomskih razloga ekstrakcijom se obavlja samo do bezuslovno potrebnog sadržaja aromata u solvatu. Pored sadržaja aromata , kriterij koji određuje dubinu ekstrakcije je indeks viskoznosti.
Kod solventa neutralnih parafinskih baznih ulja indeks viskoznosti leži između 90 i 100, a preostali aromati ( IR – analiza ) između 5 – 10 %. Osim poboljšanja stabilnosti na starenje, solvetna rafinacija utiče i na neke druge osobine destilata. Gustina i viskoznost solvata su niže nego kod destilata. Indeks viskoznosti raste sa povećanjem količine izdvojenog ekstrakta. Tačka paljenja ostaje ne promenjena. Tačka stinjavanja rafinata je nešto viša nego kod destilata. Veličina njenog porasta ovisi o iskorišćenju ekstrakta. Ovisno o porijeklu nafte i procesnim uslovima, sadržaj sumpora se smanjuje do 50 %.
Koksni ostatak ( po Ramsbottom – u, odnosno Conradson – u) boja i stabilnost boje se značajno popravljaju. Kod izbora ekstrakcionog sredstva od odlučujućeg značaja je njegova selektivnost. Ono mora da poseduje dobru rastvorljivost za nepoželjnje sastojke a veoma lošu za zasićene ugljovodonike. Ekstrakciono sredstvo mora dalje da ispunjava sledeće zahteve, ako što su : brzo razdvajanje rafinata od ekstrakta, dovoljno velika gustina, mala sklonost ka emulgovanju, nizak napon para i dobra hemijska stabilnost, jednostavna mogućnost odvajanja od rafinata i ekstrakta, mala otrovnost i neškodljivost za okolinu, nisku cijenu i veliku raspoloživost, pogodnost za raznovrsnost sirovina i nekorozivnost na metale postrojenja. Danas najrašireniji postupak solvetne ekstrakcije sa furfuralom. Poslednjih nekoliko godina postupak solvetne ekstrakcije sa N – metil – 2 – pirolidonom (NMP) se pokazao tehno – ekonomski povoljniji što je imalo za posledicu njegovu značajnu ekspanziju u industrijskoj primeni. Furfural je jedno od najčešće korišćenih ekstrakcionih sredstava čija selektivnost visoka, a sa povećanjem temperature ne opada tako jako kao kod drugih korištenih ekstrakcionih sredstava. Zbog toga se može koristiti za rafinaciju parafinskih ulja visoke tačke tečenja. Poseduje posebno dobro rastvorljivost za oksidaciono nestabilne sastojke destilata koji značajno doprinose stvaranju taloga i koksa u mazivim uljima, ako i za nosioce loše boje, smole i sumporna jedinjenja. Furfural takođe u vodenim rastvorima ne deluje korozivno, a sa vodom obrazuje azeotrponu smešu sa Kt 97oC.

2.1.2.3 Duboka hidrorafinacija

Tek početkom šezdesetih godina ova rafinaciona tehnika našla primenu u proizvodnji mazivih ulja. Razlog uvođenja hidrorafinacije je upravo njenja mogućnost da bez obzira na poreklo nafte, ako i sve veće zahteve osigurava odgovarajući kvalitet baznih ulja. Ulazna sirovina za duboku hidrorafinaciju su uljni destilati i deasfaltirani ostatak.
Ovaj proces radi kod visokih pritisaka i ima zadatak da odstrani heterospojeve , te da aromatske ugljovodonike prevede u naftenske. Pri tome se odigravaju sledeće reakcije :

hidrogenoliza heterospojeva
zasićenje aromatskih veza
selektivno cijepanje uz vodonik
izomerizacija.

Uljni rafinati posle procesa duboke hidrorafinacije odlikuje se visokim indeksom viskoznosti od 100 – 130 . Nepoželjnja pojava kod proizvodnje baznih ulja ovim postupkom je nemogućnost suzbijanja reakcije cepanja, kojim se obrazuju laki i srednji destilati. Hidriranje se odvija u tečnoj fazi kod pritisaka od 10 – 20 MPa, temperaturi od 350 - 450oC, prostornoj brzini od 0,5 do 2,0 v/v h, optoka vodonika, od 1300 – 2000 l/l. Kao katalizatori se koriste Co – Mo – Al2O3, Ni – Mo – Al2O3,
i Ni – W – Al2O3. u odnosu na solvetnu ekstrakciju troškovi investicije za duboku hidrorafinaciju viši su viši približno za 30 %. S druge strane, proizvodni troškovi su kod hidrorafinacije viši za oko 50 %. Zbog toga tehnologija hidrorafinacije nalazi primenu u uslovima raspoloživosti vodonika , kao i onda kada su potrebna bazna ulja posebnog kvvaliteta i namene

2.1.3. Deasfaltizacija

Ostatak vakuum destilacije sadrži, ovisno o poreklu nafte, različite količine asfaltena, koje analitički određuju kao >> tvrdi asfalt<< i mogu da se odstrane sa rastvaračima selektivnog delovanja ( laki parafinski ugljovodonici od propana do heptana).
Za razliku od solventne ekstrakcije rafinat odlazi u rastvarač dok se asfalteni koaguliraju i izdvoje. Rastvorljivost ulja u propanu raste sa porastom pritiska, a porastom temperature opada. Sa porastom temperature raste i selektivnost. Izdvojeni asfalteni služe za proizvodnju kvalitetnih bitumena.
Danas se često umesto samog propana koriste smeše različitih lakih parafinskih ugljovodonika u proizvodnji kvalitetnih teških baznih ulja ( brajtstok). Proces se odvija u posudama sa rotacionim diskovima. Ovim postupcima se mogu dobiti teški rafinati, viskoznosti preko 45 mm2/s na 100oC i bitumen sa tačkom omekšavanja preko 80oC. Prednost ovog postupka je u tome što dio polikondenzovanih aromata ostaje u bitumenu tako da teški rafinat ima visok indeks viskoznosti a bitumen manji sadržaj zasićenih ugljovodika.

2.1.4. Deparafinacija

Obično se proces deparafinacije direktno nastavlja na solvetnu rafinaciju. Zadatak ovog procesa je odstranjivanje visokomolekularnih normalnih parafina i određenih razgranatih i cikličnih parafina, putem njihove kristalizacije u prisustvu posebnih rastvarača, odnosno smeše rastvarača. Ovi parafini zbog njihove visoke tačke topljenja dovode, već kod relativno visokih temperatura ( 30oC), do očvršćavanja inače tečnih uljanih frakcija, jer se obrazuje kristalična mreža. Budući da ovi parafini pokazuju vrlo dobra viskozno temperaturna ponašanja, to se ona njihovim odstranjivanjem nešto pogoršavaju. Izdvojeni parafini takođe predstavlajju vredan komercijalan produkt, tako da dubina deparafinacije predstavlja kompromisnu veličinu između iskorištenja na ulje i parafin. Naročito pogodne smeše rastvarača su ketoni kao aceton, metiletilketon (MEK) i metilizobutilketon (MIBK) sa aromatima kao benzen i toluen. Ketoni deluju kao izlučivači parafina pošto ga oni kod nižih temperatura veoma slabo rastvaraju. Aromati dobro rastvaraju uljnu komponentu. Obično se koristi smeša MEK : Toluen u odnosu 60 : 40 volumnih.
U novije vreme sve veću primenu u procesu deparafiancije nalazi tzv. Dilehill (dilči) postupak koji kao rastvarače koristi smeša ketona MEK/MINK ili sam MIBK. Dalje se još tehnički primenjuju kao rastvarači tečni propan, etilendihlorid – benzen i dihloretan – dihlormetan (DIME). razvijeni su i procesi katalitičke deparafinacije, kojima se parafinske komponetne krekovanjem na selektivnim katalizatorima prevode u jedinjenja niže tačke ključanja: Zbog potrebe odvođenja toplote reakcije ubrizgava se hladan gas bogat vodonikom. Ohlađeni produkt reakcije iz separatora visokoh pritiska odvodi na daljnu deagazaciju u separator niskog pritiska a zatim u kolonu stabilizacije radi izdvajanja komponenata sanižom tačkom ključanja. Katalitička deparafinacija se obično koristi kod dobivanja lakših baznih ulja niske tačke tečenja.

2.1.5 Završna obrada

Posle osnovnog rafinacionog procesa i deparafinacije u obrađenim uljnim frakcijama zadržavaju se još određenje smolaste i obojene materije kao i ostaci rastvarača. Oni se otklanjaju u procesu završne rafinacije. ranije se ova operacija isključivo izvodila postupkom obrade različitim aktivnim glinama ili boksitom. Beljenje glinom znatnje utiče na promene fizičko – hemijskih osobina kao gustina, viskoznost itd, ...., nego prvenstveno popravlja boju i dovodi do određenog poboljšanja oksidacione stabilnosti. Tehnički se najčešće primenjivao postupak kontaktne filtracije. Postupak
perkolacije sa specijalnim boksitima se najčešće primenjuju za završnu rafinaciju lakših ulja. Zadatak ovog rafinacionog postupla je potpuno analogan već spomenutoj obradi glinom, koji se ogleda u popravljanju boje i stabilnosti boje, poboljšavanju oksidacione stabilnosti, smanjenju neutralizacionog broja kao i daljnjem smanjenju
sadržaja hetero jedinjenja kao sumpor, kiseonik i prije svega azot. Radni pritisak iznosi 3 do 10 MPa, temperatura 260 do 400oC, a prostorna brzina 0,5 do 0,6 (v)vh
Iskorištenje ulja iznosi od 96 do 99%.

LITERATURA

C.Zerbe, Mineraloele und verwandte Produkte, TEil 1,2, Springer Verlag, Berlin (1969).
W.A. Gruse, Motor oils, Performance and Evaluation, Reinhold Publ. Corp. New York (1959).
A.R Landsdown, Lubrication, A practical Guide to Lubricant Selection, Pergamon Press, Oxford (1982).
D.Klamann, Sehmierstoffe und verwandte Produkte, Verlag Chemie, Weinheim (1982).
Lj. Đaković, Koloidna hemija, Naučna knjiga, Beograd (1969).

PROČITAJ / PREUZMI I DRUGE SEMINARSKE RADOVE IZ OBLASTI:

preuzmi seminarski rad u wordu » » »

Besplatni Seminarski Radovi