• 81 -65611579 021
  • تاریخ : شنبه 9 مرداد 1400
  • ساعت : 6 : 16

روغن پایه (Lubricant Base Oils)

روغن پایه (Lubricant Base Oils)

روغن پایه (Lubricant Base Oils)

 

روانساز های مایع:
مهمترین روانساز های مایع، روغن های روان‌کننده (Lubricating Oils) هستند که به منظور کاهش اصطکاک و جلوگیری از فرسودگی قطعات فلزی متحرکی که با یکدیگر در تماس هستند به کار میروند. این هدف با ایجاد لایه نازکی از روان‌کننده بین قطعات عملی میشود.
هر روغن روان‌کننده از یک روغن پایه (Base Oil) و انواع مواد افزودنی (additives) برای دربر داشتن مشخصات مورد نیاز، تشکیل شده است.
روغن های پایه عمده ترین جزء تشکیل دهنده روغن های روان‌کننده هستند و  به طور کلی به سه دسته معدنی (Mineral) ، سنتزی (Synthetic) و طبیعی (Natural) تقسیم می شوند. 

 

 

 

 

1- روغن پایه معدنی (Mineral):

روغن پایه‌های معدنی شامل دو گروه روغن‌های پارافینیک و نفتنیک که از تصفیه نفت خام به دست می‌آیند می‌باشند.

 

روغن پایه معدنی

 

روغن های پارافینیک:

 
امروزه بیشتر روانکارهای مورد استفاده در ماشین‌آلات از روغن‌های پارافینیک ساخته می‌شوند. این روغن‌ها را هیدروکربن‌های نرمال و هیدروکربن‌های ایزو (شاخه‌دار) تشکیل می‌دهند. مولکول‌های پارافینیک می‌تواند در دمای پایین، تشکیل کریستال‌های واکس بدهند. روغن پارافینیک مخلوطی از هیدروکربن‌های مختلف است و قسمت عمده واکس موجود در آن توسط فرآیند واکس زدایی از روغن خارج می‌شود. در مقایسه با روغن‌های نفتنیک، روغن‌های پارافنیک دارای خواص زیر هستند:

 

- مقاومت بالا در مقابل اکسیژن 
- دمای ریزش بالاتر
- شاخص گرانروی بالاتر
- فراریت کم و در نتیجه نقطه اشتعال بالا 
- وزن مخصوص کم

روغن‌های نفتنیک:

 
روغن‌های نفتنیک هیدروکربن‌های حلقوی سیرشده یک یا چند حلقه‌ای می‌باشند. این روغن‌ها در مقایسه با روغن‌های پارافنیک دارای خواص زیر هستند:

- مقاومت نه چندان خوب در مقابل اکسید شدن 
- نقطه ریزش پایین‌تر به دلیل نداشتن واکس 
- شاخص گرانروی پایین‌تر 
- فراریت بالاتر و در نتیجه نقطه اشتعال پایین‌تر 
- چگالی نسبی بالاتر 
- خاصیت حل کنندگی بهتر

به طور کلی برای محدوده دمایی کم و هنگامی که نقطه ریزش پایین مورد نیاز باشد به کار گرفته می‌شوند.

 

ساختار مولکولی روغن پایه معدنی

 

روغن های پایه معدنی از پالایش نفت خام به دست می آیند:

 

نمودار کلی فرآیند نفت خام و تولید روغن پایه در کشورمان در زیر نمایش داده شده است.

 

 

نمودار کلی فرآیند نفت خام و تولید روغن پایه 

 

 

شرح فرآیند:

 

نفت خام با ورود به پالایشگاه، از مبدل های حرارتی (Heat Exchangers) عبور کرده وارد کوره می شود و پس از گرم شدن به برج تقطیر در اتمسفر (Atmospheric Tower) که دارای سینی های غربالی (sieve tray) می باشد انتقال می یابد و با انجام عملیات تقطیر جز به جز و به ترتیب محدوده نقطه جوش، هیدروکربن های متشکله‌ی آن، به گاز های سبک (C1 تا C5)، نفتای سبک و سنگین (و نهایتا بنزین موتور)، بلندینگ نفتا (نهایتا انواع حلال)، نفت سفید (Kerosene)، نفت‌گاز (Gas Oil)، و نفت کوره (Fuel Oil) تبدیل می شوند.
باقیمانده برج اتمسفریک به برج تقطیر در خلاء (Vacuum Tower) با سینی های کلاهکی (Bubble Cup) منتقل می شود و تحت خلاء (فشار 28mmHg) و حرارت، تفکیک می شود. از بالای برج، نفت‌گاز موم دار (آیزوفید) به واحد آیزوماکس منتقل می شود تا از آن نفت‌گاز و نفت‌سفید با کیفیت بالا (سوخت هواپیمای مسافربری) تولید شود و از بخش پایین تر (اواسط برج)، برشی به عنوان لوبکات (روغن خام) خارج می گردد که به واحد روغن‌سازی (Lube Oil Plant) منتقل می شود و طبق نمودار بالا و به روش استخراج با حلال (Solvent Extraction) به انواع روغن پایه (با توجه به گرانروی لوبکات) تبدیل می گردد.

 

در واحد روغن‌سازی، طی سه مرحله عملیات (برای روغن های پایه کیفیت بالا) و دو مرحله عملیات (برای روغن های پایه معمولی)، لوبکات پالایش و به روغن پایه تبدیل می شود. شرح اهداف و عملیات به صورت زیر است:

 

جدا کردن ترکیبات نامطلوب آروماتیک و بالا بردن مقاومت روغن در مقابل اکسید شدن:

 

وجود ترکیبات آروماتیک (حلقوی غیر اشباع) در روغن سبب می شود تا در مقابل حرارت به سرعت اکسید شود، لذا در مرحله اول و با انجام عملیات استخراج با حلال فورفورال، ترکیبات آروماتیک از روغن جدا شده و به عنوان فورفورال اکسترکت از واحد خارج می گردد. این محصول فرعی (جانبی)، در بازار تحت عنوان RPO (Rubber Process Oil)، روغن فرآیند لاستیک سازی، بفروش می رسد. بازار هدف آن عمدتا کشور هندوستان است.

محصول اصلی این واحد که به "واحد فورفورال" معروف است، رافینیت (Rafinate) است که در واقع لوبکات آروماتیک زدایی شده می باشد و شاخص گرانروی آن بالاتر رفته است.
به طور کلی در فرآیند استخراج "Extraction"، خوراک ورودی به واحد، با حلال مناسب "Selective Solvent" به نسبت مشخص و طراحی شده و زمان لازم تماس داده می شود.
حلال ترکیبات نامطلوب را در خود حل کرده و به عنوان "Extract" از بخش پایین سیستم خارج می شود، محصول که رافینیت "Rafinate" نامیده می شود از سمت دیگر سیستم به واحد بعدی منتقل می گردد.

 

انتخاب نوع حلال مناسب به عوامل زیر وابسته است:

 

حداکثر قدرت حل کردن ترکیبات نامطلوب در خود را داشته باشد و منجر به تولید رافینیت با کیفیت بالا شود.
حداقل خاصیت حل کنندگی روغن را داشته باشد و راندمان عملیات را کاهش ندهد.
به سادگی بتوان اکسترکت را از رافینیت جدا نمود.
مشخصاتی نظیر پایداری، سمیت کم، قیمت مناسب، سهولت تامین و حمل آسان برای حلال مورد توجه است.
چنانچه بازیافت حلال مورد نظر باشد، حلالی مناسب خواهد بود که نقطه جوش آن از نقطه جوش اکسترکت و رافینیت کمتر باشد.
حلال مناسب برای استخراج مواد آروماتیک از لوبکات، فورفورال است که یک آلدئید حلقوی به فرمول مولکولی C5H4O2  می باشد. گرانروی پایینی دارد و حلالیت آن برای روغن بسیار کم است. از معایب آن، اکسید شدن در مجاورت هوا و تولید ترکیبات اسیدی خورنده است. در دمای بالاتر از 230 درجه سلسیوس نیز تجزیه می شود.

 

برای تماس بیشتر حلال با خوراک، در فرآیند استخراج، از تکنیک های زیر استفاده می شود:

 

استفاده از استخراج کننده‌های (Extractors) گریز از مرکز جهت سهولت و تسریع در جدا نمودن اکسترکت از رافینیت.
استفاده از وسایل مخلوط کن چند مرحله ای.
استفاده از کنتاکتورهای صفحه گردان در ستون استخراج (روش های دیگر).

 

پارامترهای مهم در انتخاب حلال مناسب:

 

- حلالیت خوب روغن و حلالیت کم واکس در آن (نسبت کم حلال مصرفی به روغن)
- پایداری، سمیت کم، امکان تامین، قیمت مناسب و سادگی حمل و نقل
- آسان بودن بازیافت حلال (در صورت تمایل به بازیافت)

 

 

حذف گوگرد، نیتروژن، اکسیژن و حذف آروماتیک ها از روغن پایه:

 

برای تولید روغن های پایه مرغوب و با کیفیت بالا (پایه 2 و 3)، بعد از مرحله موم گیری، رافینیت خروجی که همان روغن پایه معمولی (پایه1) است را به واحد هایدرو فینیشینگ (Hydro Finishing Unit) منتقل نموده و با استفاده از هیدروژن، عملیات اشباع نمودن پیوندهای دوگانه، باز کردن حلقه آروماتیک، حذف آروماتیک ها، حذف گوگرد، نیتروژن و اکسیژن در مجاورت کاتالیست انجام و روغن پایه مرغوب تولید می نمایند.
این روغن ها که دارای شاخص گرانروی (VI) بالا، پایداری بیشتر در مقابل اکسیداسیون، درصد هیدروکربن های اشباع بالا و رنگ شفاف تر و گوگرد پایین تر هستند، برای تولید روغن های روان کننده با سطح کیفیت (Performance Level) بالا بمنظور استفاده در دستگاه ها و ماشین آلات حساس صنعتی، صنایع هواپیمایی، دریایی و سایر صنایع پیشرفته مورد استفاده قرار می گیرند.

 

طبقه بندی کلی روغن های پایه معدنی (Mineral Base Oils)

 

روغن های پایه معدنی به دو گروه کلی زیر تقسیم بندی می شوند:

 

- روغن های پایه پارافینی "paraffin base oil" که از نفت خام از نوع پارافینی بدست می آیند. نفت خام های ایران از این نوع هستند.
- روغن های پایه نفتنی " naphthenic base oil" که از نفت خام از نوع نفتنی بدست می آیند. حوزه های نفتی کشورهای همسایه شمالی از این نوع هستند.

 

 

روغن های پایه پارافینیک در مقایسه با روغن های پایه نفتنیک دارای خواص زیر هستند:

 

مقاومت بالاتر در برابر اکسیداسیون
شاخص گرانروی بالاتر (تغییر کم تر در مقابل دما)
نقطه اشتعال بالاتر (فراریت کم)
نقطه ریزش بالاتر (تشکیل کریستالهای واکس با کاهش دما)
چگالی نسبی کمتر

 

روغن های پایه نفتنیک برای استفاده در محدوده دمایی پایین و مناطق سردسیر و نیز سیستم های سرد کننده مناسب هستند زیرا نقطه ریزش پایین تر دارند و حتی در دما های بسیار پایین تشکیل واکس (عدم سیّالیت) در آنها دیده نمی‌شود، اگرچه در سایر شاخصه های ذکر شده در بالا نسبت به روغنهای پایه پارافینیک مرغوبیت کمتری دارند.

 

 

معرفی تکنولوژی جدید هایدروپروسسینگ (Hydro Processing) در فرآیند تولید روغن پایه:

 

در شرح فرآیند تصفیه لوبکات و تولید روغن پایه به روش حلال، آنچه در کشورمان انجام می شود، بیان شده است و محصولات خروجی برج تقطیر در خلاء عبارتند از : نفت گاز موم دار یا آیزوفید (Vacuum Gas Oil) ، روغن خام (Lube Cut) و ... 
در روش حلال، از لوبکات به عنوان خوراک برای تولید روغن پایه استفاده می شود ، لکن در روش های هایدرو پروسسینگ ، نفت‌گاز موم دار یا آیزوفید بعنوان خوراک مورد استفاده قرار می گیرد و طی سه مرحله زیر، روغن پایه مرغوب پایه 2 (Group II) تولید می شود.

مرحله 1 – عملیات هایدرو کراکینگ
مرحله 2 – عملیات موم گیری کاتالیستی
مرحله 3 – عملیات هایدرو فینیشینگ

 

نمودار زیر فرآیند هایدرو پروسسینگ برای تولید روغن پایه از نفت گاز موم دار را نشان می دهد:

 

 

فرآیند هایدرو پروسسینگ

 

 

طبقه بندی API روغنهای پایه:

API موسسه نفت آمریکا (American petroleum institute) روغن های پایه نفتی (Mineral) را بر حسب کیفیت آن ها به سه گروه طبقه بندی نموده است:

روغن های پایه گروه یک (تصفیه شده به روش حلال) : Group I
روغن های پایه گروه  دو (هیدروفرآوری شده/ هیدروژناسیون کاتالیستی): Group II
روغن های پایه گروه سه (هیدروفرآوری شدید): Group III

جدول زیر طبقه بندی API روغن های پایه معدنی و مقایسه خواص آن ها را نشان می دهد:

 

طبقه بندی API روغن های پایه معدنی

 

 

معمولا روغن های پایه را با علامت SN که مخفف (Solvent Neutral) است به همراه یک عدد که تعیین کننده گرانروی آن است معرفی می کنند.

 

جدول زیر تنوع روغن های پایه تولید شده در کشور که بر حسب گرانروی کینماتیک (Kinematic Viscosity) در 100 درجه سلسیوس دسته بندی شده‌اند را نشان می دهد:

 

 

تنوع روغن های پایه تولید شده در کشور

 

 

📋 استاندارد ملی ایران بشماره ISIRI 3299 (استاندارد روغن های پایه گروه یک در طبق بندی API)

دریافت استاندارد:
https://b2n.ir/479856

 

📋 استاندارد بین المللی ASTM D6074 
(Standard Guide for Characterizing Hydrocarbon Lubricant Base Oils)

مشاهده استاندارد:
https://www.astm.org/Standards/D6074

 

 

2- روغن پایه سنتزی(Synthetic):

 

يك روغن پایه سنتزی محصولی است كه از يك واكنش شيميايی (سنتزی) دو يا چند تركيب ساده توليد شده كه حاوی افزودنی های ضروری می باشد. خوراك پايه كه شكل يك روانساز سنتزی دارد در يك فرايند بازسازی مولكولی قرار می گيرد تا خواص شيميایی و فيزيكی مورد نظر را به دست آورد.

 

روغن پایه سنتزی یا سنتتیک

 

 

برخی از مهمترين و رايج‌ترين روان‌سازهای سنتزی عبارتند از:

 

- سيالات پلی گلايكون - پلی آلكن گلايكول، پلی گلايكول اترها، پلی آلكالی گلايكول اترها
- سيليكون‌ها
- استرها: (استرهای اسيدی دوعاملی)
- استرها: (استرهاي پلی نيوپنتيد)
- اولفين آلفا پيلمری شده: پلی آلفا اولفين، پليمرهای اولفينی، هيدروكربن‌های سنتزی اولوگومری اولفينی 
- آروماتيك آلكالی- دی آليكل بنزن‌ها - يك هيدروكربن سنتزی
- استرها فسفاته

 

 

پلی آلفا اولفین ها:

اولفين‌های آلفای پليمری يا پلی الفا اولفین ها یا PAO بطور معمول برای طراحی پليمرهای اولفينی و اوليه گومرهای الفينی استفاده می شوند. عبارت PAO اولين بار توسط شركت نفتی Gult استفاده شد اما امروزه به عنوان يك عبارت كلی برای هيدروكربن‌های ساخته شده توسط اوليگومرازيسيون كاتاليستی اولفين‌های آلفای خطی با شش يا بيشتر اتم كربن بكار می رود.

 

پلی گلیکول ها:

اين سيالات سنتزی در ابتدا درجاهایی استفاده می شد كه دما بسيار بالا بود. استفاده اولين از گلايكول‌ها برای سيالات هيدروليك پايه آبی در نيروی دريایی ايالات متحده در سال 1943 بود. اين مواد روان‌كنندگی خوبی دارند، لجن بسيار كمي توليد می كنند، ايندكسر ويسكوزيته بالایی دارند و از پايداری حرارتی  خوبی  برخوردارند. كاربردهای آن شامل سيستم ترمز هيدروليك خودرو و (اتيلن و پلی اتيلن گلايكول)، روغن‌های دنده صنعتی، سيالات مقاوم در برابر آتش (از مخلوط پلی گلايكول با آب)، گريس‌ها، سيالات در تماس با فلزات و روغن‌های فشرده‌كننده گاز می شود. پلی گلايكول‌ها با روغن نفتی سازگار نيستند.

سیلیکون ها:

سيليكون‌ها بدليل داشتن ايندكسر ويسكوزيته بسيار بالا، پايداری حرارتی خوب و عملكرد عالی در دمای پايين بطور گسترده‌ای در سيستم ترمز خودرو و گريس‌ها كاربرد دارند. سيالات ترمز سيليكونی پايداری حرارتی بسيار خوبی را دارند. سيال ترمز سيليكونی و سيال ترمز پلرگلايكولی به هيچ وجه قابل مقايسه با هم نبوده و چنانچه مخلوطی از اين دو استفاده شود قطعاً سيستم ترمز دچار آسيب جدی خواهد شد.

استرها:

در حين جنگ جهانی دوم روغن‌های سنتزی توسعه يافتند. در اين ميان، استرهای با زنجيره طويل الكلی و اسيدها برای روانسازهای دمای پايين فوق‌العاده بودند. پس از جنگ جهانی دوم، توسعه بيشتر استرها محدود به توربين گازی هواپيماها شد. در اوايل دهه 1960 استرهای نتيوپلراول برای اين هدف استفاده شد زيرا فراريت كم، نقطه‌ اشتعال بالا و پايداری حرارتی خوبی داشتند.

 

 

[تمام مطالب مرتبط با روغن پایه (Lubricant Base Oils) در این صفحه بروزرسانی خواهد شد]


فرم ارسال نظر