Исследование и методы очистки нефтяных масел от нежелательных компонентов

Нефтяные масла являются основным видом смазочных материалов, предназначенных для снижения трения и износа трущихся поверхностей, предотвращения их задира. Они давно и широко используются в различных областях техники, и от правильного применения масел во многом зависят надёжность и долговечность работы машин, механизмов и разнообразного оборудования. Рост быстроходности машин, повышение рабочих температур, контактных нагрузок и продолжительности эксплуатации оборудования существенно изменили роль и повысили 1

требования к смазочным материалом. Возрастающее значение нефтяных масел для надёжной эксплуатации техники вызвало необходимость более глубокого изучения их природы и свойств, выявления оптимальных условий их производства и применения.

Сырьем для производства смазочных масел служат нефтяные фракции, выкипающие выше 350о С. В этих фракциях концентрируются высокомолекулярные соединения нефти, представляющие собой сложные многокомпонентные смеси углеводородов различных групп и их гетеропроизводных, в молекулах которых содержатся атомы кислорода, серы, азота и некоторых металлов (никеля, ванадия и др.).Компоненты масляных фракций обладают различными свойствами, и содержание их в готовых маслах может быть полезным и необходимым, или вредным и нежелательным. Поэтому наиболее распространённым путём переработки масляных фракций для получения масел является удаление из них «нежелательных» компонентов при максимально возможном сохранении «желательных», способных обеспечить готовым продуктам необходимые физико-химические и эксплуатационные свойства.

Производство масел включает следующие операции: А) Получение нескольких дистиллятных масляных фракций: 300-400 0С, 400-450 0С, гудрона фракции выше 500 0С; Б) Очистку фракций от нежелательных компонентов и депарафинизацию, деасфальтизацию гудрона с применением избирательных растворителей. В) Гидроочистку компонентов; Г) Смешение доочищенных компонентов в различных соотношениях друг с другом и присадками.

Дистиллятные фракции подвергаются очистке селективными растворителями      (фенолом),      депарафинизации      (раствором метилэтилкетона, бензола - толуола), гидроочистке на катализаторах. Остаточные базовые компоненты получают двумя способами: деасфальтизацией гудрона пропаном с последующей селективной 2

очисткой фенолом (вариант 1) или очисткой гудрона парными растворителями (вариант 2). Остаточный рафинат затем подвергается депарафинизации и доочистке.

Вязкость и вязкостно-температурные свойства масел зависят от их фракционного и химического состава. С повышением температуры вязкость масел уменьшается. Содержащиеся в масле углеводороды по разному влияют на вязкость и её изменение с температурой. Парафиновые углеводороды характеризуются наименьшей вязкостью. С разветвлением углеводороды характеризуются наименьшей вязкостью. С разветвлением цепи их вязкость возрастает, вязкостно-температурные свойства ухудшаются. Циклические углеводороды (нафтеновые и ароматические) значительно более вязкие, чем парафиновые. При одинаковой структуре, вязкость нафтеновых углеводородов выше, чем ароматических. В общем случае, чем больше колец в структуре молекуле, и чем разветвленные боковые цепи, тем выше вязкость. Наибольшую вязкость имеют смолисто-асфальтеновые вещества.

Важнейшей характеристикой масел является изменение их вязкости с температурой - индекс вязкости (ИВ) или вязкостно-температурная характеристика, показателем который является коэффициент вязкости (отношение V50/V100). Чем более полога температурная кривая вязкости (меньше коэффициент вязкости), тем выше значение ИВ и более качественно масло (современные масла должны иметь индекс вязкости не менее 90). Вязкостно-температурная характеристика масла зависит от типа и строения углеводородов, входящих в его состав. Наиболее пологую вязкостно-температурную кривую и , следовательно, наибольший ИВ имеют парафиновые углеводороды. ИВ изо парафиновых углеводородов меньше, чем нормальных. Для циклических углеводородов характерно улучшение вязкостно-температурных свойств с уменьшением цикличности молекул и увеличением длины боковых цепей.

Классификация и характеристика масел различного назначения. Работа смазочного масла в узле трения в значительной степени зависит от условий эксплуатации (температуры, нагрузки, скорости перемещения, состава окружающей среды и т.п.) и характера работы механизма или машины (постоянных или переменных внешних воздействий, остановок и т.п.). Наибольшее значение имеют: конструктивные особенности узла трения (тип, размер, характер движения трущихся поверхностей и т.п.); система смазки и материалы с которыми масло контактирует в процессе работы: условия эксплуатации узла трения, сроки смены масла.

Существует три общепринятых классификации нефтяных масел: по составу, по способу производства (или способу очистки) и по назначению.

По своему происхождению смазочные материалы разделяются на растительные, животные и минеральные.

Объектом исследования служило отработанное турбинное масло Тп – 30. Для его очистки от нежелательных компонентов выбрали силикагель КСК, т.к. промышленный силикагель (табл. 1.) имеет боле низкую емкость, то его активировали по специальной методике.

Таблица 1

Техническая характеристика силикагелей, применяемых при хромотографии

Очистку отработанного турбинного масла проводили в стеклянной хроматографической колонке высотой 1 м, диаметром 1,5 см. Загрузили в колонку 100 г. высушенного при 160 – 180оС силикагеля КСК фр. (0,25 – 0,5 мм), залил масло (100 мл.) и после полного насыщения сорбента, открыли кран и собрали вытекающее самотеком масло (контроль по показателю преломления) до чистого турбинного масла. Его оказалось 12,5 мл оставшееся масло по качествам соответствовало отработанному маслу. Результаты очистки приведены в таблице 2.

Таблица 2

Физико-химическая характеристика исходного и отработанного минерального масла Тп-30

С использованием комплекса современных физико-химических методов исследования с сочетании с классическими методами согласно ГОСТу. Охарактеризовано турбинное масло – исходное из местных новых нефтей и отработанное масло. Показано, что очищенное масло с помощью активированного силикагеля отвечает требованиям ГОСТа.

Проведенные исследования по очистке отработанного масла показали возможность дегенерации отработанного нефтяного масла с помощью адсорбента. Проведённый сравнительный анализ исходного и очищенного адсорбционным методом показал, что очищенное масло практически по всем физико-химическим параметрам не уступает исходному.