Základní báze motorových olejů, technologie ROLF GTL a PAO – odborný rozbor od výrobce

Konvenční základové oleje získává se z jedné nebo směsi více minerálních složek (destilát, zbytek), zpracovává se podle klasického schématu: selektivní čištění (nebo extrakce rozpouštědlem) – odparafinování rozpouštědlem – čištění adsorbenty. Použití konvenčních technologií umožňuje na jejich bázi získat základové oleje s vlastnostmi dostatečnými pro výrobu motorových olejů základní kvality. V závislosti na chemickém složení oleje používaného jako surovina existují dva typy základových olejů konvenčních technologií: parafín и naftenické.
Základové oleje nejnovějších (neobvyklých) technologií (nekonvenční základové oleje) získané z minerálních složek, které prošly stupněm hydrozpracování, jakož i částečnou nebo úplnou náhradou minerálních složek syntetickými.

Hydroprocesní procesy mohou částečně nebo zcela nahradit klasické způsoby zpracování ropných surovin. Minerální složky získané pomocí těchto procesů se nazývají hydrozpracované (hydroprocesované základní zásoby). Kvalita základních komponent hydrozpracování závisí na dokonalosti a hloubce procesů zpracování. Na tomto základě by se mělo rozlišovat hydrogenované и hydrokrakovaný základní komponenty.

přihláška mírná hydrorafinace (hydrofinišování) bez použití vysokého tlaku a teploty mohou sloužit jako doplněk ke klasickým metodám čištění za účelem odstranění zbytkových nežádoucích sloučenin (síra, dusík, olefiny), zlepšení barvy a vůně rafinátů.

Hlubší hydrorafinační procesy využívající vysoký tlak, speciální teplotní podmínky a selektivní katalyzátory umožňují dosáhnout lepších výsledků než při použití klasických metod. Díky tomu je možné dosáhnout téměř úplného odstranění sloučenin síry a dusíku a také vysokého stupně hydrogenace aromatických sloučenin a izomerace n-parafinů na isoparafiny.

Katalytické hydrokrakování a následné hydroizomerace jsou nejsložitější hydrogenační procesy, umožňující výrobu hydrokrakovacích základových olejů, které se svými základními vlastnostmi blíží syntetickým. Z tohoto důvodu někteří výrobci olejů nazývají tyto oleje hydrosyntetické.

Syntetické základní oleje

V zahraničí i v Rusku dochází k postupnému procesu obnovy vozového parku z důvodu nárůstu výroby a prodeje nových vozidel a postupného vyřazování starých vozidel. Zvyšující se nároky na maziva ze strany výrobců automobilů omezují možnosti použití minerálních olejů v moderních automobilech. Základové oleje získané klasickými zpracovatelskými metodami již nemohou poskytovat potřebné vlastnosti motorových a převodových olejů.

Až do roku 2003 výrobci olejů úspěšně částečně nebo úplně nahrazovali syntetické komponenty hydrokrakovacími a vyvíjeli nové složení motorových a převodových olejů. Výsledné produkty splňovaly nejmodernější požadavky na automobilové oleje.

I přes zdokonalování výrobních technologií vysoce kvalitních hydrosyntetických olejů však stále existují oblasti použití, které se rozšiřují, ve kterých je úroveň jejich jednotlivých vlastností nedostatečná. Příkladem je jejich nedostatečná odolnost proti oxidaci na pozadí výrazného rozšíření servisních intervalů u nových zahraničních vozů.

Nárůst podílu nízkoviskózních složek používaných při výrobě motorových olejů pro nové automobily odhaluje další významnou nevýhodu hydrokrakovacích olejů – poměrně vysokou těkavost, oproti olejům získaným ze syntetických složek. Podle prognóz zahraničních výrobců syntetických olejů poroste poptávka po jejich produktech minimálně do komerčního uvedení olejů vyrobených touto technologií. GTL (plyn na kapaliny).

Syntetické základové oleje jsou olejové kapaliny – polymery nebo oligomery získané syntézou z různých monomerů. Vlastnosti syntetických kapalin závisí na jejich chemické struktuře, která je hlavním kritériem pro jejich klasifikaci:
· uhlovodíkové oleje na bázi polyalfaolefinů, isoparafinů nebo alkylbenzenu;
· dieterové oleje na bázi dvojsytných kyselin a jednosytných alkoholů;
· polyesterové oleje na bázi polyolesterů, polyglykolesterů nebo esterů kyseliny fosforečné;
· fluorouhlíkové oleje;
· silikonové oleje.

Některé vlastnosti vylučují možnost použití některých syntetických kapalin jako hlavních složek motorových olejů:
· polyesterové oleje na bázi esterů kyseliny fosforečné mají nedostatečné viskozitní indexy (v rozmezí od 0 do -30);
· fluorouhlíkové oleje mají nízký bod varu a špatné viskozitně-teplotní charakteristiky;
· Silikonové oleje se nemísí s minerálními oleji a mají nedostatečné mazací vlastnosti a vlastnosti proti opotřebení.

Nejpoužívanějšími základními složkami pro výrobu automobilových motorových olejů jsou uhlovodíkové oleje na bázi polyalfaolefinů a diesterové oleje (tab. 1.1).

Polyalfaolefiny (PAO) jsou uhlovodíkové syntetické kapaliny. V průmyslovém množství se získávají syntézou molekul decenu na oligomery nebo polymery s krátkými řetězci.

Vysoké indexy viskozity umožňují použití olejů na bázi polyalfaolefinů v širokém teplotním rozsahu. Nepřítomnost nečistot sloučenin síry a kovů zajišťuje vysoké antikorozní vlastnosti. Dobrá mísitelnost s minerálními oleji umožňuje použití polyalfaolefinů jako syntetické složky používané při výrobě polosyntetických olejů.

Vzhledem ke své nízké ceně ve srovnání s jinými syntetickými látkami jsou polyalfaolefinové oleje nejrozšířenějšími syntetickými oleji na světě. Navzdory skutečnosti, že v posledních letech se hydrokrakovací oleje přiblížily v kvalitě a díky nižším cenám získaly významný podíl na trhu se základními oleji, které dříve držely polyalfaolefiny, mají tyto oleje stále řadu významných výhod:
· velmi nízké teploty mrazu (kvůli absenci lineárních parafinů);
· vysoká tepelná stabilita a odolnost proti oxidaci (absence nenasycených uhlovodíků);
· nízká těkavost a koksovatelné vlastnosti, zajištěné homogenitou složení.

Tyto výhody se v posledních letech staly obzvláště důležitými kvůli zvyšující se spotřebě nízkoviskózních motorových olejů určených pro prodloužené intervaly výměny. Z tohoto důvodu byl v roce 2004 zaznamenán významný nárůst prodeje polyalfaolefinových motorových olejů pro primární plnění a servis nových modelů vozidel. Jestliže v roce 2003 kleslo využití kapacity závodů na výrobu polyalfaolefinových olejů na 60–70 % maxima, pak do konce roku 2004 toto číslo vzrostlo na 90 % a neustále roste.

Nevýhody polyalfaolefinových olejů zahrnují:
· horší rozpustnost ve vztahu k některým typům přísad ve srovnání s minerálními oleji;
· horší kompatibilita s elastomery (způsobuje smršťování pryžových těsnění se ztrátou jejich elasticity).

Obě tyto nevýhody jsou eliminovány přidáním malého množství esterů.

Surovinou pro PAO jsou deceny – nenasycené lineární uhlovodíky, příbuzné etylenu, vzhledem připomínající zkapalněný plyn. Získávají se ve specializovaných továrnách, často jako vedlejší produkty. Při chemické reakci 2, 3, 4, 5 a 6 kombinací molekul decenu vzniká řada oligomerů. Poté se destilují na základové oleje různých viskozitních tříd. Olej získaný tímto procesem je bez nečistot a je absolutně transparentní. To mu dává řadu nepopiratelných výhod oproti produktům získaným z ropy.
Absence lineárních parafinů snižuje přirozený bod tuhnutí na velmi nízké hodnoty. PAO mají bod tuhnutí zpravidla pod minus 50 °C. Této vlastnosti lze využít při pochybnostech o původu oleje – zda ​​byl získán procesem hydrokrakování nebo chemickou syntézou.
Vysoký index počáteční viskozity umožňuje snížit množství zahušťovacího aditiva (modifikátoru viskozity) přidávaného do oleje nebo maziva, aby získalo určité vlastnosti.

Absence nečistot, které vždy působí jako katalyzátory stárnutí oleje, činí syntetický základový olej velmi odolným vůči vysokým teplotám. Pokud například minerální oleje začnou vážně oxidovat při teplotách nad 130 °C, pak PAO vydrží provozní teploty až 150 °C bez jakékoli ztráty provozních vlastností.
Absence náhodných malých molekul zajišťuje nízkou těkavost syntetických základových olejů ve srovnání s minerálními.

Polyalfaolefiny se získávají ve 2 stupních složitými chemickými přeměnami za určitých podmínek (tlak, teplota, rychlost cirkulace a čas) ve speciálních reaktorech s použitím katalyzátoru. Složitost výrobního procesu tohoto typu oleje určuje jeho vyšší cenu ve srovnání s oleji získanými z ropy tradiční technologií.

V první fázi procesu – získávání alfa-olefinů – tlak v reaktoru dosahuje 200 atm! (například je to podobné, jako když si na nehet nasadíte 200litrový barel oleje!) a teplota je až 200 ºС (snadno zapamatovatelné – 200,200,200 50 760). Ve druhém stupni (označuje se jako oligomerizace alfa-olefinů) již vzniká vakuum ~XNUMX mm Hg (normální atmosférický tlak je XNUMX mm Hg).

Diesters získané interakcí dvojsytných kyselin s jednosytnými alkoholy nebo jednosytných kyselin s vícesytnými alkoholy. Diestery mají rozmanitější strukturu než PAO.

Mají dobrou mísitelnost s minerálními oleji. Ve srovnání s minerálními oleji mají oleje na diesterové bázi vyšší viskozitní indexy a tepelnou stabilitu, nižší body tuhnutí, nižší těkavost a hořlavost. Vysoká rozpouštěcí schopnost umožňuje rozpouštění laků a kalů, čímž udržuje části motoru čisté. V praxi jsou diesterové oleje schopny odstraňovat usazeniny v motoru, které se vytvořily v důsledku použití jiných olejů.

Nevýhodou diesterových syntetických olejů je jejich zvýšená agresivita vůči produktům z přírodního a syntetického kaučuku. Způsobují bobtnání a měknutí pryžových těsnění, těsnění atd. Z tohoto důvodu by se měly používat s chemicky inertními těsnícími materiály.

Při práci na vývoji slibné řady motorových olejů ULTRA se chemici a inženýři Rolf zaměřili na nalezení řešení, které by nejen splňovalo stávající průmyslové standardy, ale ve větším počtu ukazatelů je i předčilo. Efektivita provozu, zachování vlastností a kvality motorového oleje stojí na „třích pilířích“ receptury. Jedná se o kvalitu a vyváženost balíčku aditiv, kvalitu základního oleje, který je pracovním prostředím pro efektivní fungování aditiv, a výběr polymerního zahušťovadla, které by mělo zamezit tvorbě gelu při nízkých teplotách a zajistit zachování viskozitních vlastností při provozních teplotách motoru. Při výběru obalů a polymerních zahušťovadel provedli inženýři Rolf obrovské množství práce, včetně stolních a laboratorních testů, jakož i četných testů destrukce (rozpadu) polymerní matrice, prováděných testováním ultrazvukem, vysokým mechanickým zatížením a teplotou. Jedním z klíčových úkolů technologického týmu Rolf se však stal výběr základního materiálu, který zajišťuje nejvyšší výkon, žádné vypalování a žádnou spotřebu maziva. Po dlouhé sérii testů jsme našli klíč k receptuře na olej s maximálními zdroji kombinací 2 syntetických základů: polyalfaolefinových olejů (PAO) a GTL olejů. O posledně jmenovaných bych chtěl mluvit samostatně a poznamenat si jejich jedinečnost a speciální způsob výroby, který znamená prakticky úplnou absenci nečistot a ideální složení uhlovodíků. Kdo a jak stál u zrodu technologie GTL a jaké jsou její výhody?

Od plynu k kapalině

Všechno nové je dobře zapomenuté staré. Na samém počátku 1902. století, konkrétně v roce XNUMX, provedli francouzští chemici Paul Sabatier a Jean Baptiste Sanderan úspěšné experimenty na syntéze metan ze směsi oxidu uhelnatého (CO) a vodíku (H2). Chemická reakce probíhala za přítomnosti katalyzátoru vyrobeného z niklového prášku.

O šest let později jejich úspěch rozvinul ruský chemický inženýr Jegor Ivanovič Orlov, který provedl řadu úspěšných experimentů na vytvoření „syntézního plynu“ – směsi plynů CO a H2, ze kterých se mu podařilo získat prototyp syntetického oleje.

Jeho práce zase vytvořily základ pro výzkum Franze Fischera a Hanse Tropsche, zaměstnanců Institutu císaře Viléma, kteří ve 20. letech XNUMX. století úspěšně vyvinuli koncept rozšíření této syntézy na výrobu syntetického oleje v průmyslovém měřítku.

Tato technologie, která umožňuje výrobu syntetického oleje a následnou extrakci zvláště čistých ropných frakcí z něj, se nazývá Fischer-Tropschův proces, který lze právem označit za klíčový milník v historii průmyslové chemie.

Nakonec byl první průmyslový závod na výrobu kapalných syntetických uhlovodíků spuštěn v Amsterdamu (Holandsko) teprve v roce 1983, tedy o mnoho let později. Ano, rozšířit laboratorní syntézu na velké objemy výroby je úkol neméně obtížný než vynalézt tuto syntézu. Jak ale historie ukázala, vynaložené úsilí nebylo marné. Setrvačník výroby kapalných uhlovodíků ze zemního plynu se se spuštěním velkých závodů v Malajsii a Kataru roztočil na plné obrátky a samotná technologie výroby ropy z plynu dostala název GTL: plyn na kapalinu.

Výhody GTL

Jak ukázaly laboratorní a motorické zkoušky maziv vyrobených na bázi GTL, mají značné výhody oproti široce používaným základovým olejům skupiny III, které jsou i přes svou vysokou kvalitu vyráběny z ropy a obsahují přírodní nečistoty. Například z hlediska nízkoteplotních vlastností a zejména bodu tuhnutí poskytují výsledky, které jsou při použití základových olejů ropného původu nedosažitelné. Hranice -60°C je docela dosažitelná. Lze z nich tedy vyrábět oleje s viskozitou 0W-16 a 0W-20, které se používají v nejmodernějších spalovacích motorech.

Kromě vynikajících nízkoteplotních vlastností mají maziva na bázi GTL základů vynikající odolnost proti oxidaci při vysokých teplotách. Lze je použít ve vysokozatížených, maloobjemových motorech osobních automobilů s vysokým výkonem na litr. Takové spalovací motory jsou vybaveny systémy přeplňování turbodmychadlem, které klade zvláštní požadavky na tepelně-oxidační stabilitu oleje, která je mimochodem vynikající pro základ GTL, výrazně převyšující ropné báze získané z přírodního oleje.

Je třeba poznamenat, že jednou z klíčových výhod základových olejů GTL je vysoký bod vzplanutí, který je určen těkavými uhlovodíky. Protože jejich obsah je malý, odpařování oleje je nízké. V důsledku toho bude jeho spotřeba na spalování ve srovnání se základovými oleji ropného původu nízká. Tato vlastnost maziv je důležitá zejména u motorů, které jsou konstrukčně náchylné ke spotřebě oleje spalováním, a také u spalovacích motorů s vysokým kilometrovým nájezdem (opotřebením).

GTL + RAO – synergie toho nejlepšího

Jak je známo, základ motorového oleje může sestávat ze směsi několika základových olejů z různých skupin. To umožňuje výrazné zlepšení jeho vlastností a kvalit a také optimalizaci nákladů na konečný produkt. Nejčastěji se polyalfaolefiny (PAO) zavádějí do základu olejů vyrobených z produktů syntézy ropy, aby se zlepšily jejich vlastnosti a kvality. Jedná se také o plně syntetické základové oleje jako GTL, ale jsou syntetizovány jinou technologií.

Jsou syntetizovány z ropného plynu (ethylenu), neobsahují žádné cizí příměsi a sestávají z naprosto identických molekul decénu velké délky. To dává oleji na bázi polyalfaolefinů jedinečné vlastnosti: vynikající tekutost při nízkých teplotách, nízkou těkavost a vynikající odolnost proti oxidaci při vysokých teplotách.

Zde je třeba poznamenat některé rysy základního založení PAO. Jejich molekuly, které mají stejnou a extrémně jednotnou strukturu, samy o sobě vykazují skutečně jedinečné vlastnosti, pokud jde o nízkoteplotní a vysokoteplotní charakteristiky. Tato stejná vlastnost jim však neumožňuje zcela rozpustit polární přísady – látky jiné povahy, které snižují tření, opotřebení a chrání části motoru před korozí. V tomto ohledu pečlivě vybraná kombinace základního oleje GTL, vynikajícího aditivního rozpouštědla a základního oleje PAO umožňuje kombinovat to nejlepší z obou skupin základových olejů. Umožňuje dosáhnout vlastností, které jsou při použití jiných kombinací základních materiálů nedosažitelné.

Synergický efekt

1. Zavedení polyalfaolefinů do kompozice umožňuje snížit již tak vynikající body tuhnutí olejů GTL na minimální hodnoty. Bod tuhnutí oleje na bázi GTL + PAO může být až -65 0 C, zatímco u GTL je to 50 0 C a u čistého PAO až -60 0 C. Díky vynikající tekutosti RAO a GTL při nízkých teplotách byl viskozitní index CCS (mPa s) (v testu simulujícím protáčení klikového hřídele při nízkých teplotách) zvýšen na 5000 centipoise a v případě olejů s nízkou viskozitou – ještě nižší. To znamená, že ve velkých mrazech (- 30 0 C a méně) spouštěč motoru, který je mazán olejem na bázi GTL + PAO, snáze roztočí klikovou hřídel a roztáčí ji na startovací otáčky. V tomto případě se mazivo rychle dostane ke třecím párům a jejich provozní doba za podmínek omezeného mazání se zkrátí na minimum. A to má zase pozitivní vliv na zdroj spalovacího motoru.

2. Charakteristiky tepelné stability základny byly vylepšeny. Zejména bylo možné dosáhnout vynikající odolnosti proti oxidaci při vysokých teplotách. Tím je zajištěna ochrana tepelně zatížených motorů, ale i pohonných jednotek, jejichž chladicí systém si nedokáže poradit s odvodem tepelné energie kvůli znečištěným radiátorům. Oleje vytvořené pomocí GTL + PAO mají dlouhou životnost, což nám umožňuje s jistotou přiřadit jim status „Long Life“.

3. Životnost samotného oleje se zvýšila, protože základové oleje odolné proti oxidaci racionálněji využívají zdroj antioxidantů, jejichž ochranné působení je zaměřeno na zachování aktivity aditivního balíčku a umožňuje oleji pracovat více než 15–20 tisíc kilometrů se spolehlivou ochranou motoru.

Porovnání vlastností viskozitních olejů 5W-40 vyrobených na bázi GTL a GTL + PAO

Dynamická viskozita čerpatelnosti MRV při -40 o C mPa*s (čím nižší, tím lepší)