روغن پایه

روغن پایه به روغنی گفته میشود که به عنوان یک پایه برای روانکار محسوب میشود. پس از اضافه کردن مواد افزودنی به روغن پایه، روانکار نهایی به دست می آید. روغن ها از لحاظ حجمی مهم ترین جزء تشکیل دهنده روانکارها می باشند واز لحاظ وزنی به طور متوسط بیش از %۹۵ فرمولاسیون یک روانکار را تشکیل می دهند. در برخی از (روغن های کمپرسور و هیدرولیک) ۹۹%روغن پایه و تنها۱% آن را مواد افزودنی تشکیل می دهند. از طرفی، برخی از روانکارها مانند سیالات فلزکاری، گریس یا روغن دنده های صنعتی شامل حدودا %۳۰ افزودنی هستند.

روغن پایه را می توان از منابع نفتی یا غیر نفتی به دست آورد. بیشتر روغن پایه مصرفی در جهان امروزه از پالایش نفت خام به دست می آید. از آنجا که بخش عمده ای از روغن پایه های مورد استفاده در تولید روانکارها از منابع نفتی به دست می آید، صنعت روغن پایه به عنوان قسمتی از صنایع نفت به شمار می رود .

خصوصیات روغن پایه ها به دست آمده  از نفت وابسته به نوع نفت خام و چگونگی عملیات پالایش است. روغن پایه های نفتی اجزاء شیمیایی خود را چه نامطلوب از نفت خامی که از آن طی فرایند پالایش به دست آمده اند، به ارث می برند. از آنجا که نفت خام حاوی ترکیبات مختلفی از قبیل هیدروکربن های پارافینیک، نفتنیک، آروماتیک و هم چنین ترکیبات گودگرددار می باشد، روغن پایه ها نیز متشکل از این ترکیبات تشکیل دهنده روغن پایه هی نفتی که روی خواص روغن نیز تاثیر می گذارند، ترکیبات پارافینیک، نفتنیک و آروماتیک هستند.

نفت خام اجزای آن:

هیدرو کربن ها

هیدرو کربن ها ، ترکیباتی آلی هستند که فقط از کربن و هیدروژن تشکیل شده اند وقسمت عمده نفت خام تشکیل می دهند.

هیدروکربن ها شامل انواع زیر می شوند:

آلکان ها (پارافین ها) :هیدروکربن هایی با زنجیره های خطی یا ساختمان زنجیری شاخه دار سیرشده هستند.

آلکن ها (اولفین ها): هیدروکربن ها یا زنجیره های خطی یا ساختمان زنجیری شاخه دار سیر نشده هستند. که در نفت خام نسبتا کمیاب

باشند. در فرایند تصفیه خاص، طیف وسیعی از آلکن ها به وسیله کراکینگ و هیدروژن زدایی تولید می شود.

آلی سیکلیک ها (نفتن ها):این هیدروکربن ها ساختمان حلقوی سیرشده با حلقه های ۸ و۶ تایی دارند. زمانی که تعداد حلقه ها یکی باشند

تک حلقه ای و در صورتی که ۲ یا بیشتر حلقع داشته باشند چند حلقه ای نام دارد.

آروماتیک ها: ساختمان حلقوی با پیوندهای دوگانه مزدوج در حلقه های ۶ کربنی بنزن را شامل می شوند. اجزاء آروماتیکی به ۶ گروه تقسیم

می شوند: مونوآرهموماتیک ها، پنتا آروماتیک ها، دی آروماتیک ها، تری آروماتیک ها، تتراآروماتیک ها، پنتاآروماتیک ها، آروماتیک های پیچیده،

همه آروماتیک ها، ازجمله تک و چند حلقه ای، می توان سرطان زا و از دید زیست محیطی خطرساز باشند.

ترکیبات غیرهیدروکربنی

  بسیاری از مواد موجود در نفت خام شامل عناصری غیراز هیدروژن و کربن می شوند. این اتم های داخل حلقه ها یادر گروه های اسخلاف شده به هیدروکربن مشاهده می شوند . ترکیبات آلی گودگرددار بیشترازمولکول های اکسیژن دار و نیتروژن دار در ساختار نفت خام یافت می شوند.ترکیبات آلی – فلزی نیز به مقدار کمی درترکیب شیمیایی نفت خام وجود دارند. ترکیبات آلی گودگردار و نیتروژن عمدتا به صورت مولکول هایهتروسیکل هستند؛ در مقابل عمده مولکول ها ی اکسیژن دار به صورت کربوکلسیلیک اسیدها هستند. اسید های آلیفاتیک سیرشده،تیوفن آروماتیک ها و به مقدار ناچیزی از فنون ها و فوران ها نیز ممکن است در ساختار موجود باشند. البته مولکول های بسیار بزرگ و سنگین وآسفالتن ها که آمیزه ای ازساختمان آروماتیک و هتروسیلیک هستند، نیز در نفت خام وجود دارند.

انواع روغن پایه های معدنی:

روغن پارافینیک

امروزه بیشتر روانکارهای مورد استفاده در ماشین آلات از روغن های پارافینک ساخته می شوند. روغن های پارافینک، هیدروکربن های سیر شده ای هستند که از به هم پیوستن هیدروژن و کربن های سیرشده ای هستند که از بهم پیوستن هیدروژن و کربن تشکیل شده اند. این روغن ها را هیدروکربن های نرمال و هیدرو کربن های ایزو تشکیل می دهند. ممکن است در ساختمان این روغن ها مقادیر روغن های نفتنیک نیز وجود داشته باشد. مولکول پارافینک می تواند در دما پایین تشکیل کریستال های واکس بدهد. درپنینی وضعی روغن پارافینک سطح موتورو را با یک یک فیلم واکس می پوشاند و در مورد تشکیل رسوب می دهد.

روغن هایش  نفتینک

روغن های نفتینک هیدرو کربن های حلقوی سیر شده یک یا چند حلقه میباشند. هرحلقه می تواند دارای ۵ تا ۶ کربن باشد این روغن ها در مقایسه باروغن های پارافینیک دارای خواص زیر هستند:

مقاومت نه چندان خوب در مقابل اکسیژن

نقطه ریزش پایین تر به دلیل نداشتن واکس

شاخص گرانروی پایین تر

چگالی نسبی بالاتر

خاصیت حل کنندگی بهتر

روغن های نفتنیک به طور کلی برای محدوده دمایی کم و هنگامی که نقطه ریزش پایین میر ود نیاز باشد. به کار گرفته می شود مخصوصا در هیدرولیک ، روغن سرد کننده ،روغن فرایند و تولید لاستیک روغن های فلزکاری و در روانکار های سیلندر برای موتورهای بزرگ و گریس ها قابل استفاده اند.

دسته بندی روغن پایه ها بر اساس خواص فیزیکی _شیمیایی

درسال۱۹۹۳ انجمن نفت آمریکا یک سیستم تقسیم بندی روغن طراحی و همه روغن پایه ها بر اساس در صد وزنی ترکیباتی سیرشده در صد وزنی گودگرد وشاخص گرانروی به ۵ گروه تقسیم می شود. برای بهبود کیفیت روغن پایه باید درصد ترکیبات سیرنشده وگوگردار موجود درآن کاهش و شاخص گرانروی را روغن را افزایش داد.

پالایش نفت خام

روانکاری های اولیه، بااستفاده از تقطیر ساده نفت خام و از باقیمانده ستون تقطیر به دست می آمده اند. سپس مشخص شد که کیفیت روانکار را می توان باافزودن فرایند های بسیار ساده ای جهت حذف مواد و ترکیبات نامناسب همچون آسفالت، واکس و اروماتیک ها بهبود بخشید در این دوران، روانکارها بر پایه خواص خاص ذاتی روغن پایه تولید می شدند و از هیچ ماده افزودنی استفاده نمی شد. امروز بااستفاده از فناوری جدید،میتوان در مقیاس بالا، روغن پایه هایی با کیفیت بسیار خوب همراه باکاهش هزینه تولید نموده.

روش های جدید به دو دسته استفاده از حلال  و از استفاده از کاتالیست و هیدروژن تقسیم می شوند. در این روش ها به جای استفاده از اسید سولفوریک که در گذشته برای جدا کردن آروماتیک ها از روغن مورد استفاده قرار می گرفت، از حلال هایی مانند فورفورال وNMP  استفاده  می شود. هم چنین کاتالیستی آروماتیک ها امروزه به طور وسیعی به کاربرده می شود.

تقطیر

تقطیر، نخستین مرحله جدا سازی اجزا مناسب برای تولید روغن پایه از نفت خام است. نفت خام در فشار اتمسفر و در برج تقطیر به اجزایی که دارای دما جوش کمتراز ۳۵۰ می باشد. مواد باقیماند از این برج، حاوی ترکیبات سنگین می باشند. در این باقی مانده مقدار زیادی از برش روغن وجود دارد که باید از آن جدا شود. یک ستون تقطیر در اتمسفر محصولات سبک را از نفت خام جدا می کند. در این مرحله دیگر نمیتوان با حرارت دادن بیشتر این مواد را تقطیر نمود چون در اثر دمای بالا این مواد شروع به شکستن و تبدیل شدن به مولکول های کوچکتر می کنند. برای جلو گیری از این مسئله باید باقی مانده بقیه تقطیر اتمسفری (تقطیر ساده ) را به ستون تقطیر در خلاء فرستاده.در واقع محصول انتهایی ستون تقطیر در ستون اتمسفر، خوراکی ستون تقطیر در خلا می باشد. تقطیر در ستون تقطیر در خلاء در فشارهای پایین تر صورت می گیرد در این ستون مواد تحت شرایط خلاء در دماهای پایین تر جوش خواهند آمد و در نتیجه ازشکسته شدن مولکولها جلوگیری می شود.

آسفالت زدایی

به علت وجود مقدار زیاد ترکیبات آسفالتن و رزین، باقیمانده حاصل ازستون تقطیر در خلاء ماده باقیمانده تیره و دارایی گرانروی بسیاری بالایی است هنگامی که این مواد ازباقیمانده تقطیر در خلاء حذف شود . یک برش روغن باگرانروی بالا به نام برایت استاک به دست می آید  جهت استفاده از این برش ها برای تولید روغن پایه باید رزین ها و آسفالتن های موجود را از بقیه مواد جدا کرد که برای جداسازی آن ها از حلال ها استفاده می شود استفاده از هیدروکربن های با وزن مولکولی کم، به عموان حلال در آسفالت زدایی موثرتر است. در اغلب موارد ،از پروپان مایع به عنوان حلال در آسفالت زدایی با قیمانده ستون تقطیر استفاده می شود. در حالی که ، استفاده از بوتان یا پنتان سبب تولید روغن هایی آسفالت زدایی شده با کیفیت پایین تر می گردد که بیشتر به عنوان خوراک واحدهای FCC استفاده میشود.

پالایش توسط اسید

در روش پالایش توسط اسید، برش روغنی حاصل از تقطیر نفت خام به وسیله اسید سولفوریک یا اولئو، مورد تصفیه قرار می گیرد. در این روش اسید سولفوریک غلیظ با ترکیب نامناسب و نامطلوب موجود در روغن واکنش داده و تشکیل لجن می دهد. که این لجن قابل جدا سازی از روغن می باشد. حذف این مواد نامطلوب باعث طول عمر بالا بهبود ، بهبود رنگ، افزایش چگالی شاخص گرانروی روغن می شود. اگر چه این فرایند به طرز قابل ملاحضه ای روغن تمیز و پالایش می کند، ولی از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نیست.

استخراج توسط حلال

پس از آنکه برش نفتی و باقیمانده آسفالت زدایی شده ستون تقطیر در خلاء از پالایشگاه نفت به پالایشگاه روغن انتقال می یابد. ابتدا ترکیبات آروماتیک موجود در روغن تا حد زیادی توسط روش استخراج باحلال از روغن جدا می شوند. روش استخراج توسط حلال روشی است که برای بهبود پایداری دربرابر اکسید شدن و شاخص گرانروی نسبت به محصول حاصل از روش تصفیه اسید مورد استفاده قرار میگیرد.