Химия нефти и газа

V группы Периодической системы (N, P, As, Sb, Bi) и некоторые элементы

VI группы (O, S, Se, Te). По этой причине гидрокрекинг сырья с высоким содержанием гетеросоединений проводят в две ступени. При этом первой ступенью является гидроочистка с неглубоким крекингом полициклоаренов. Катализаторами здесь служат традиционные катализаторы гидроочистки. Перед второй ступенью сырье должно содержать не более 0,01 % S и не более 0,0001 % N . Вторую ступень гидрокрекинга проводят на платиновом и/или палладиевом катализаторе, нанесенном на цеолит типа Y.

При одноступенчатом гидрокрекинге дистиллятных фракций, в которых гетероатомные соединения почти отсутствуют, используют бифункциональные катализаторы на основе металлов платиновой группы (0,1 - 0,3 %) или никель в количестве 2 - 10 %. Можно применить композицию, включающую никель или кобальт в количестве 2,5 - 5 % и молибден или вольфрам в количестве 5 - 15 % в сульфидной форме. В качестве кислотного компонента в этом случае применяют цеолиты, алюмосиликаты или оксид алюминия.

В процессе селективного гидрокрекинга (селектогидрокрекинг) применяют модифицированные цеолиты (модернит, эрионит и др.) с повышенным силикатным модулем. В таких цеолитах поры доступны только нормальным алканам. Применяемые в селектогидрокрекинге катализаторы аналогичны одноступенчатому гидрокрекингу.

12.2.6. Макрокинетика процесса. В первую очередь гидрогенолизу подвергаются гетероатомные соединения, в результате чего выделяются сероводород, аммиак и вода. Кроме того, происходит гидрирование непредельных веществ. Полициклоарены и полициклоалканы гидрируются в алкилзамещенные моноциклы. Алканы расщепляются и изомеризуются. Значительно труднее происходит насыщение последнего ароматического кольца и гидрогенолиз алканов и моноциклоалканов.

Расщепление и изомеризация алканов являются реакциями первого порядка, гидрирование и деструктивное гидрирование - второго порядка. Однако при огромном избытке водорода последние реакции, сопровождающиеся торможением продуктами процесса, также описываются уравнениями первого порядка. Кажущаяся энергия активации гидрокрекинга вакуумного газойля составляет 140 - 250 кДж/моль при 380 - 420 ^оС.

Тепловой эффект процесса может колебаться в пределах от -208 до +834 кДж/моль сырья.

Расход водорода в процессе составляет 500 - 2000 м³/м³ сырья. При этом, чем выше это соотношение, тем легче продукты процесса. Оптимальными для гидрокрекинга являются температуры в диапазоне 300 - 420 ^оС. Низкие температуры не обеспечивают высокой скорости процесса. При более высоких температурах реакционная масса обогащена газообразными продуктами. Кроме того, при этом возможна интенсификация коксообразования. Объемная скорость подачи сырья составляет 0,5 - 2,0 ч^-1. Для дистиллятного сырья давление процесса равно до 7 МПа. Гидрокрекинг тяжелого сырья проводят при 20 - 30 МПа.

В промышленности существует несколько вариантов гидрокрекинга, в зависимости от фракционного состава сырья и от поставленной цели:

а) гидрокрекинг бензиновых фракций предназначен для получения сжиженных газов, изоалканов С₄ - С₅ , служащих легким высокооктановым компонентом для моторных топлив и сырьем в нефтехимическом синтезе;

б) гидрокрекинг средних дистиллятов (прямогонных и вторичных), фракции 200-350 ^оС проводят для получения высококачественных бензинов и реактивного топлива;

в) гидрокрекинг атмосферного и вакуумного газойлей, газойлей коксования и каталитического крекинга ведут для получения бензинов, реактивного и дизельного топлива;

г) гидрокрекинг тяжелых дистиллятов направлен на получение реактивного и дизельного топлив, смазочных масел, малосернистого котельного топлива и сырья для каталитического крекинга;

д) селектогидрокрекинг бензинов ведут с целью повышения октановых чисел бензинов; реактивного и дизельного топлив с пониженными температурами застывания; масел с улучшенными показателями качества, такими как цвет, стабильность, индекс вязкости, температура застывания;

е) гидродеароматизация.

Классификация нефтепродуктов

Современный ассортимент нефтепродуктов насчитывает более 600 наименований.

Весь перечень нефтепродуктов разбит на девять групп:

1) нефтяные топлива;

2) нефтяные масла;

3) пластические смазки;

4) консервационные смазочные масла;

5) смазочно-охлаждающие технологические средства;

6) присадки к маслам;

7) нефтяные растворители, ароматические углеводороды, осветительные

керосины;

8) масла: белые, вакуумные, технологические, теплоносители;

9) разные нефтепродукты (парафины, церезины, вазелины, нефтяной

кокс, битумы, нефтяные кислоты).

13. Нефтяные топлива

Нефтяные топлива подразделяются на восемь групп:

а) бензины автомобильные;

б) бензины авиационные;

в) реактивные топлива;

г) дизельное топливо;

д) котельные топлива;

е) тяжелые моторные топлива;

ж) газотурбинное топливо;

з) печное топливо

13.1 Бензины автомобильные

Они применяются для карбюраторных двигателей внутреннего сгорания. В 2002 г. объем производства бензинов в России составил 27,4 млн. т. В России в настоящее время выпускаются следующие марки товарных автобензинов: А-80, АИ-92, АИ-95 и А -98 и др. (А - автомобильный; И - октановое число определено по исследовательскому методу; 80, 92, 95, 98 - значения октанового числа данной марки автобензина. Отсутствие буквы «И» обозначает, что октановое число определено по моторному методу).

Автомобильные бензины выпускаются в летнем и зимнем вариантах. Они отличаются допускаемой величиной конца кипения бензина. Для летних сортов она регламентируется величиной в 195 ^оС, а для зимних в 185 ^оС. Это связано с затруднением испаряемости бензина в зимнее время и упрощением испаряемости бензина в летний период.

Основные требования к качеству автомобильных бензинов в России и в странах ЕЭС приведены в табл. 13.1.

Таблица 13.1

Основные требования к качеству автобензинов

Показатели	Россия	ЕЭС (ЕN -228)
	ГОСТ 2084-77	ГОСТ Р 51105-97	ЕВРО-2	ЕВРО-3 с 2000 г.	ЕВРО-4 с 2005 г.
Максимальное содержание, %: бензола	-	5,0	5,0	1,0	1,0
серы	0,1	0,05	0,05	150 ррm	30 ррm
Ароматических углеводородов	55*	55*	-	42	30
олефинов	20*	20*	-	18	14
кислорода	2,7*	2,7*	-	2,3	2,7
Фракционный состав, оС до 100 оС перегоняется, % не менее		40	-	46	46
до 150 оС перегоняется, % не менее	-	-	-	75	75
до 150 оС перегоняется, % не менее	-	85	-	-	-
Давление насыщенных паров, кПа, не более	-	35 (100**)	-	60	60
Наличие моющих присадок	-	-	-	обязательно

* Норма комплекса методов квалификационной оценки;

** В зависимости от класса испаряемости

Действие ГОСТ 2084-77 «Бензины автомобильные. Технические условия» в России с 01.01.2003 г. приостановлено. Вместе с этим полностью прекращено производство этилированных бензинов.

13.2 Авиационные бензины

Они предназначены для авиационных карбюраторных двигателей. В России выпускаются две марки: Б-91/115 и Б-95/130 (Б - бензин авиационный; цифра в числителе дроби - октановое число бензина; цифра в знаменателе дроби - сортность бензина).

Сортность обозначает отношение мощности двигателя, работающего на испытуемом топливе, к мощности двигателя, работающего на чистом изооктане, сортность которого принята за 100.

13.3 Реактивные топлива

Реактивное топливо (авиакеросин) для дозвуковой реактивной авиации в России выпускают двух сортов: ТС-1 и РТ по ГОСТ 10227-98. На долю топлива марки РТ приходится 23 - 25 %, а на долю ТС-1 - остальное количество. Зарубежными аналогами этих марок реактивного топлива являются Jet A (Jet A-1) и Jet B, которые выпускаются в соответствии со стандартом ASTM D1655-96c. Следует отметить, что практически по всем показателям российское реактивное топливо превосходит зарубежные аналоги. В России источниками реактивного топлива являются прямогонные керосино-газойлевые фракции, легкие газойли каталитического крекинга, гидроочистки и гидрокрекинга.

Для сверхзвуковой авиации в России производят реактивное топливо марки Т-6. Оно отличается от топлив марок ТС-1 и РТ более высокой плотностью, утяжеленным фракционным составом, повышенной вязкостью и пониженным содержанием серы. Основные требования к реактивным топливам представлены в табл. 13.2.

Таблица 13.2

Требования к реактивным топливам

Показатели	Отечественные топлива	Зарубежные топлива
	ГОСТ 10227-86	ГОСТ 12308-89	I	II
	ТС-1	РТ	Т-8В	Т-6
Плотность при 20 оС, кг/м3, не менее	775	775	800	840	775-840 (при 15 оС)	775-840 (при 15 оС)
Фракционный состав, оС
н. к.	150	135	165	195	-	-
Температура выкипания 10 % об.	165	175	185	220	205	205
Температура выкипания 98 % об.	250	280	280	315	300	300 (320)
Высота некоптящего пламени, мм, не менее	25	25	20	20	20-25	19
Температура начала кристаллизации, оС, не выше	- 60 (- 55)	- 55	- 50	- 60	- 47, - 40	- 46
Содержание ароматических углеводородов, % масс., не более	22	22	22	10	27-28 25 (об.)	27-28 25 (об.)
Содержание общей серы, % масс., не более	0,2	0,1	0,1	0,05	0,3	0,4
Содержание меркаптановой серы, % масс., не более	0,003	0,001	0,001	отс.	0,003	0,001
Температура вспышки в закрытом тигле, , оС, не ниже	28	28	40	60	38	-

13.4 Дизельные топлива

Дизельные топлива в последнее время находят все более широкое применение в качестве моторного топлива. Достаточно сказать, что начато использование дизтоплив даже в легковых автомобилях. Особенно в этом преуспела Западная Европа.

В производстве дизельных топлив применяют нефтяные фракции

160 - 360 ^оС. Источниками этих фракций являются процессы первичной перегонки нефти, легкие газойли каталитического и гидрокрекинга, гидрооблагороженные газойлевые фракции коксования, висбрекинга и пиролиза, тяжелый алкилат процесса алкилирования изобутана, продукты депарафинизации масел.

Нефтеперерабатывающая промышленность России производит три вида дизельного топлива: летнее («Л»), зимнее («З») и арктическое («А»). Маркируются дизельные топлива следующим образом, например, имеется дизтопливо марки Л - 0,2 - 40. Буква «Л» обозначает, что топливо летнее, цифра 0,2 - процентное содержание серы в топливе, а цифра 40 - величину нижнего предела температуры вспышки, ^оС. Аналогично маркируют зимнее дизтопливо (например, З - 0,2 - 35) и арктическое (например, А - 0,05 - 30). Из общего объема производимого в России дизельного топлива около 90 % приходится на летнее топливо, 9 % - на зимнее топливо и лишь 1 % - на арктическое топливо. Потребность в низкозастывающих марках дизтоплив удовлетворяется всего на 40 %.

По экологическим характеристикам российские дизельные топлива не идут ни в какое сравнение с зарубежными требованиями. Достаточно сказать, что допускаемое стандартом содержание серы 0,5 % существует только в России. Наиболее жесткие требования по этому показателю предъявляет стандарт Швеции (табл. 13.3).

Таблица 13.3

Стандарт Швеции на дизельное топливо

Показатели	Класс 1	Класс 2	Класс 3
Содержание серы, ррm (%), не более	10 (0,001)	50 (0,005)	500 (0,05)
Содержание ароматических углеводородов, % не более	5	20	-
Фракционный состав, оС:
н. к, не ниже	180	180	-
температура выкипания 10 % объема, не ниже	-	-	180
температура выкипания 95 % объема, не ниже	285	295	340-370
Плотность при 15 оС, кг/м3	800-820	800-820	820-860
Содержание полиароматических углеводородов, не более, %	0.02	0,1	-
Цетановый индекс, не менее	50	47	43-46

Требования стандарта России в сравнении с требованиями стандартов стран ЕЭС приведены в табл. 13.4.

Таблица 13.4

Требования к качеству дизельных топлив России и стран ЕЭС

Показатели	EN-590, страны ЕЭС	ГОСТ 305 (летний сорт)
	1993-1996 г.	1996-1999 г.	с 2000 г.
Содержание серы, % масс, не более	0,3	0,005	0,0035	0,2
Цетановое число, не менее	45	49	51	45
Плотность при 15 оС, кг/м3	820-860	820-860	820-845	860
Кинематическая вязкость при 40 оС, мм2/с	2,0-4,5	2-4,5	2-4,0	3-6
Содержание полициклических ароматических углеводородов, %, не более	не нормируется	не нормируется	11*	-
Смазывающие свойства, мкм, не более	не нормируется	не нормируется	460	-

* В перспективе 2 %

В мире наблюдается тенденция к облегчению фракционного состава дизельных топлив, что неизбежно влечет за собой снижение плотности. Например, к 2005 г. требования Европейского Парламента предполагают, что температура 95 % выкипания дизельного топлива по кривой разгонки не должна превышать 340 ^оС (при плотности не более 825 кг/м³).

Ожидается, что содержание серы в дизельных топливах России будет снижаться (табл. 13.5).

Таблица 13.5

Ожидаемая динамика снижения доли серы в дизельных топливах России

Содержание серы, % масс.	Производство дизельного топлива, %, отн.
	1999 г.	2005 г.	После 2005 г.
0,2 - 0,5	7	-	-
До 0,2	93	100	-
До 0,1	12	25	-
До 0,05	-	25	100

В табл. 13.6 приведены показатели качества экологически чистых дизельных топлив и топлив с улучшенными экологическими свойствами, предлагаемые к внедрению в России в ближайшей перспективе.

13.5 Котельное топливо (мазут)

Применяют в качестве топлива для ряда промышленных печей и паровых котлов. Выпускаются две марки: М-40 и М-100. Мазут М-40 имеет меньшие значения вязкости, зольности, мехпримесей, температур вспышки и застывания чем мазут М-100.

Кроме мазута, в состав котельного топлива могут вовлекаться тяжелые газойли висбрекинга, каталитического крекинга, коксования, гидрокрекинга, рафинаты от переработки масел и тяжелые остатки нефтехимических производств. Иногда для понижения вязкости в котельное топливо добавляют до 25 % дизельных фракций.

Тяжелые моторные топлива (флотские мазуты). Флотские мазуты служат в основном в качестве топлива для тихоходных судовых дизелей. В России они выпускаются двух марок: Ф-5 и Ф-12. Буква «Ф» обозначает назначение (флотский). Мазут Ф-5 имеет значительно меньшие значения вязкости, зольности, механических примесей, температуры вспышки, но большую температуру застывания, чем мазут Ф-12.

Газотурбинное топливо. Это топливо выпускается одного вида, поэтому не имеет маркировки. Применяется для газотурбинных установок.

Печное топливо. Это топливо также не имеет маркировки. Применяется для обогрева бытовых печей, для отопления жилых зданий, сельскохозяйственных ферм и т. д. Может содержать в составе до 75 % дизельных фракций.

Нефтяные масла

Нефтяные масла находят применение в самых разнообразных областях техники. Подобный феномен объясняется многообразием функций, которые выполняют промышленные масла. Основными из этих функций являются:

а) снижение коэффициента трения между трущимися поверхностями;

б) снижение интенсивности износа деталей машин и механизмов;

в) защита металлов от коррозии;

г) охлаждение трущихся поверхностей деталей машин и механизмов;

д) уплотнение зазоров между соприкасающимися деталями различных устройств;

е) удаление с контактируемых поверхностей загрязнений и продуктов износа деталей.

Известно также применение масел в качестве электроизоляционной среды в трансформаторах, конденсаторах, кабелях, масляных выключателях. Кроме того, масла могут быть использованы в качестве теплоносителей, рабочих жидкостей в гидравлических передачах, для приготовления консистентных смазок, присадок.

Ассортимент выпускаемых промышленностью товарных масел насчитывает более 400 наименований, что вызвало необходимость их классификации, хотя широкое применение имеет ограниченное количество марок.

Виды классификаций. Существует несколько классификаций масел: 1) по области применения; 2) источнику получения; 3) способу производства; 4) способу очистки.

Классификация по области применения. По этому принципу масла подразделяются на следующие виды:

а) моторные (для дизельных, карбюраторных, авиационных двигателей);

б) индустриальные (общего назначения, для зубчатых передач, гидросистем, специальные и т д.);

в) турбинные;

г) электроизоляционные (трансформаторные, конденсаторные и др.);

д) трансмиссионные;

е) компрессорные.

Классификация по источнику получения. По этому принципу масла классифицируются следующим образом:

а) пищевые (растительного и животного происхождения);

б) минеральные (каменноугольного, нефтяного происхождения);

в) синтетические.

Классификация по способу производства. Масла, например, нефтяного происхождения, по этой классификации делят на три вида:

а) дистиллятные;

б) остаточные;

в) компаундные (смесь дистиллятных и остаточных).

Классификация по способу очистки. Нефтяные масла по этому методу подразделяются на следующие виды:

а) неочищенные (обычно это продукты прямой перегонки нефти);

б) кислотно-щелочной очистки;

г) кислотно-контактной очистки;

д) селективной очистки;

е) адсорбционной очистки;

ж) гидроочистки-гидрокрекинга.

В России в настоящее время основное количество товарных масел получают с применением селективной очистки избирательными растворителями и адсорбционной очистки. Однако за рубежом масла наилучшего качества производят путем их гидропереработки.

Классификация моторных масел. Принятая в России система обозначений моторных масел основана на их вязкости и эксплуатационных свойствах.

Моторные масла обычно готовят путем компаундирования различных базовых масел с пакетом присадок различного назначения: антиокислительных, моющих, депрессорных, диспергирующих, антинагарных и др. В России практически весь объем базовых масел получают путем селективной очистки. Специальные технические требования на базовые масла отсутствуют и их выпускают согласно требованиям к маслам и присадкам.

Основной характеристикой товарных масел является вязкость. По этому показателю в мировой практике масла подразделяются на классы (табл.13.8).

К летним маслам относят масла классов 10, 12, 14, 16, 20. Зимними маслами являются масла классов 4, 5, 6. Масло класса 8 нередко используют как летом, так и зимой. Масла, обозначенные двумя цифрами, разделенные дробью, являются всесезонными, например, 6з/10.

Из зарубежных классификаций моторных масел по вязкости общепринятой в мировой практике является классификация, предложенная Американским обществом автомобильных инженеров

Еще одна классификация масел предусматривает их деление на группы в зависимости от типа двигателей внутреннего сгорания.

Группы моторных масел (ГОСТ 17479.1 - 85)

Группа масла	Область применения
Группа А	Нефорсированные карбюраторные двигатели и дизели без высоких требований к качеству масел.
Группа Б Б1 Б2	Малофорсированные карбюраторные двигатели, работающие в условиях, способствующих образованию отложений всех видов и коррозии подшипников.
	Малофорсированные дизели.
Группа В В1 В2	Среднефорсированные карбюраторные двигатели, работающие в условиях, способствующих образованию отложений всех видов.
	Среднефорсированные дизели с повышенными требованиями к антикоррозийным, противоизносным свойствам масел и склонности к образованию высокотемпературных отложений.
Группа Г	Высокофорсированные карбюраторные двигатели, работающие в тяжелых эксплуатационных условиях, способствующих окислению масел, образованию отложений всех видов и коррозии.
Г1
Г2	Высокофорсированные дизели без наддува или с умеренным наддувом, работающие в эксплуатационных условиях, способствующих образованию высокотемпературных отложений.
Группа Д	Высокофорсированные бензиновые двигатели, работающие в эксплуатационных условиях, более тяжелых чем для масел группы Г1.
Д1
Д2	Высокофорсированные дизели с наддувом, работающие в тяжелых эксплуатационных условиях или когда применяемое топливо требует использования масел с высокой нейтрализующей способностью, антикоррозионными и противоизносными свойствами, малой склонностью к образованию всех видов отложений.
Группа Е Е1 Е2	Высокофорсированные бензиновые двигатели и дизели, работающие в эксплуатационных условиях, более тяжелых чем для масел группы Д. Отличаются повышенной диспергирующей способностью, лучшими противоизносными свойствами.

Авиационные масла разделяют на масла для поршневых и газотурбинных двигателей, а также для вертолетов. Известно, что работа поршневых двигателей винтомоторной авиационной техники отличается высокими давлениями, температурами и скоростями. Для обеспечения ее надежности используют высоковязкие масла специальной очистки без присадок. Подобные масла отличаются высокой смазывающей способностью, стойкостью к окислению при высоких температурах и длительном хранении. Кроме того, они не должны вызывать коррозию деталей. Эти масла могут также служить компонентами масляных композиций для турбовинтовых двигателей и для смазки ряда узлов вертолетов.

Известно, что газотурбинные двигатели по конструкции существуют в двух вариантах: турбореактивном и турбовинтовом. Турбореактивные двигатели, в отличие от поршневых, требуют применения масел с пониженной вязкостью. В таких двигателях масло используют для смазки компрессоров, подшипников турбин и других устройств. Интересно сравнить, что удельный расход масла в газотурбинных двигателях в два - три раза ниже, чем в поршневых двигателях, но кратность циркуляции выше в пять раз и более.

Основные требования к маслам для газотурбинных двигателей таковы: обеспечение запуска двигателя при низких температурах, термоокислительная стабильность и стабильность при длительном хранении, низкая коррозионность и летучесть и др.

В турбовинтовых двигателях применяют нефтяные (МН-7,5у) и синтетические (ВНИИ НП-25) масла, включающие загущающую, антиокислительную и противоизносную присадки. Используются также композиции масел, приготовленные из стандартных масел.

Классификация индустриальных масел. Этот вид масел включает широкий перечень различных марок. Их можно разделить на две группы, в зависимости от области применения, а именно: общего и специального применения. Отличие в маркировке всех индустриальных масел состоит в том, что цифра в ней обозначает величину кинематической вязкости при 50 ^оС.

Индустриальные масла общего назначения предназначены для смазывания трущихся деталей узлов и механизмов разнообразного промышленного оборудования практически во всех областях деятельности человека. По своей природе они являются очищенными дистиллятными или остаточными маслами нефтяного происхождения, а также их смесями, как правило, без присадок.

Масла с пониженной вязкостью, такие как И-5А или И-8Ф применяют в высокоскоростных механизмах, работающих с небольшой нагрузкой, в узлах КИПиА и некоторых других позициях. Масло со средней вязкостью

И-12А является наиболее многотоннажным среди индустриальных масел. Оно находит применение в металлообрабатывающей, текстильной и других

областях промышленности, где имеется оборудование со скоростью вращения механизмов до 5000 оборотов/мин, а также в подшипниках электродвигателей и т. д. Масла с высокой вязкостью от И-20А до И-50А применяют в гидросистемах станочного и другого промышленного оборудования, в мало- и средненагруженных зубчатых передачах, в строительно-дорожной технике и т. д.

Разновидностью масел общего назначения являются масла для высокоскоростных механизмов (металлообрабатывающих станков, перемешивающих устройств и др.). К этим маслам относятся уже упомянутые масла И-5А и И-8А, а также масла ИГП-2, ИГП-4, ИГП-6, ИГП-8 и ИГП-14 с улучшенными показателями за счет введения в них антикоррозионной, антиокислительной и противоизносной присадок.

Другой разновидностью масел общего назначения являются масла для гидросистем. Это также улучшенные с помощью присадок масла со средней вязкостью марок ИГП-18, ИГП-30, ИГП-38, ИГП-49. Для этих целей могут быть также использованы масла ВНИИ НП-403 и ВНИИ НП-406. Такие масла обеспечивают высокую надежность работы гидросистем станков, автоматических линий, прессового оборудования, различных редукторов. Высоковязкие масла ИГП-72, ИГП-91 и ИГП-114 применяют в тяжелых прессах, тяжелых зубчатых и червячных передачах.

Иногда выделяют в отдельную подгруппу масла для зубчатых передач и червячных механизмов. Поскольку условия работы данных механизмов различны, то имеется весьма широкий ассортимент масел для этих целей. В связи с этим для смазывания данных устройств могут быть использованы различные индустриальные масла общего назначения серии ИГП, а также специализированные масла ИРп-40, ИРп-75, ИРп-150 с противоизносными, антиокислительными, противозадирными и антифрикционными присадками. Они предназначены для эксплуатации зубчатых передач, работающих при больших нагрузках и в циркуляционных системах.

Масла с повышенной смазывающей способностью (ИСП-25, ИСП-40, ИСП-65, ИСП-110) используют в коробках передач, редукторах и других механизмах станочного оборудования и автоматических линий. Здесь же могут быть применены очень вязкие масла ИГП-152 и ИГП-182. Для смазывания высоконагруженных зубчатых и червячных передач, работающих при повышенных температурах, применяют высоковязкие масла серии ИТП

(ИТП-200 и ИТП-300) вместе с пакетом антиокислительных, противозадирных и антифрикционных присадок.

Еще одной разновидностью индустриальных масел общего назначения являются масла для направляющих скольжения. Эти масла применяют в тех позициях, где требуется получить равномерные (без рывков) медленные и точные перемещения соприкасающихся поверхностей (столов, суппортов и других узлов станков и оборудования). Масла для направляющих скольжения имеют марки ИНСп и содержат в своей композиции противозадирные, адгезионные, антизадирные, противоскачковые и солюбилизирующие присадки. При этом масло ИНСп-40 применяют для горизонтальных направляющих станков и оборудования. Масло ИНСп-65 используют для тяжелонагруженных горизонтальных и вертикальных направляющих при общей системе смазки. Масло ИНСп-110 нашло применение для горизонтальных и вертикальных направляющих, в т. ч. горизонтальных направляющих с вертикальными гранями большой площади.

Масла индустриальные специального назначения применяют в узких и специфических областях.

Классификация трансмиссионных масел. Их применение связано с необходимостью максимального снижения износа используемых в редукторах и трансмиссиях элементов пар трения, а также для снижения энергетических потерь при трении, отвода тепла от трущихся пар, уменьшения вибрации и шума шестерен, защиты их от ударных нагрузок, удаления с поверхностей трения продуктов износа и других загрязнений.

Классификация энергетических масел. Они представляют собой группу масел, включающую турбинные, компрессорные и электроизоляционные масла.

Турбинные масла предназначены для использования с целью охлаждения и смазывания подшипников турбинных установок, систем регулирования турбин, маслонапорных установок гидротурбин, а также паровых турбин судовых двигателей. Основные требования к турбинным маслам - это высокая стабильность к окислению при температурах выше 100 ^оС, длительность эксплуатации масла без замены в течение нескольких лет, не образовывать пену и стойких эмульсий с водой. Такие требования могут быть выполнены путем глубокой очистки масел и введением в них пакета присадок, включающих антиокислительные, деэмульгирующие, антипенные и др. Турбинным маслам присвоена серия Тп (Тп-22с, Тп-30 и Тп-46), где цифра обозначает величину кинематической вязкости при 50 ^оС, измеренной в квадратных миллиметрах на секунду (мм²/с). Температура застывания этих масел не должна быть выше - 10 ^оС. Особо среди турбинных масел следует отметить масла для судовых газовых турбин, у которых температура застывания не должна превышать - 45 ^оС, а вязкость - не выше 9,6 мм²/с при 50 ^оС.

Компрессорные масла используют для смазывания деталей компрессоров (клапанов, цилиндров) и для уплотнения и герметизации камеры сжатия.

Компрессорные масла, в свою очередь, подразделяются на две группы:

а) масла для поршневых и ротационных компрессоров; б) масла для компрессоров холодильных агрегатов.

Электроизоляционные масла. Как жидкие диэлектрики, эти масла обеспечивают изоляцию токонесущих частей электрооборудования, теплоотвод избыточного тепла. Эти масла, также как компрессорные, делятся на группы: а) трансформаторные, б) конденсаторные, в) кабельные.

13.2.6. Классификация вакуумных масел. Эти масла применяют для вакуумной техники (вакуумные насосы и др.). К ним предъявляются повышенные требования в отношении чистоты. Они отличаются от других масел своим узким фракционным составом, высокой стойкостью к окислению и малой испаряемостью. Вакуумные масла составляют серию масел ВМ (ВМ-1, ВМ-3, ВМ-4, ВМ-5, ВМ-6). Кроме того, в группу вакуумных масел относят масло для пароструйных насосов. Кинематическая вязкость масел серии ВМ составляет от 10 (ВМ-3) до 70 мм²/с (ВМ-5). Эти масла имеют очень низкое давление насыщенных паров (от 610^-9 до 210^-12 МПа).

Классификация приборных масел. Эти масла подразделяются на три группы: а) общего назначения, б) специальные, в) часовые. Они могут быть как минеральные, так и на синтетической основе.

Классификация осевых масел. Осевые масла предназначены для смазки осей колесных пар, подшипников и других узлов трения железнодорожных вагонов, тепловозов и электровозов. Применяются также для некоторых других промышленных машин и аппаратов.

Как правило, в качестве осевых масел в России используют неочищенные мазуты тяжелых нефтей, таких как Ярегская, Эмбенская и некоторых других. Изготовляют эти масла обычно без присадок. Имеются три марки осевых масел. Это масла марки «Л» (летнее), марки «З» (зимнее) и марки «С» (северное). Основной показатель для них - это температура застывания, которая не должна превышать минус 40 ^оС для масел марок «Л» и «З» и минус 55 ^оС для масла марки «С».

13.6 Присадки к маслам

Технический прогресс и проблемы защиты окружающей среды предъявляют все более жесткие требования к качеству масел. Эта задача на практике решается сочетанием углубления очистки базовых масел и применением высокоэффективных присадок.

Основные требования к присадкам таковы:

а) сохранять исходные свойства масел;

б) облагородить масла с точки зрения уменьшения коррозии, окисления, нагарообразования;

в) придать маслам новые физические свойства, например изменить вязкость, температуру застывания и т. д.;

г) стабилизировать химический состав масла.

В настоящее время известно множество разнообразных присадок различного назначения, которые подразделяются на группы. Среди большого разнообразия присадок необходимо выделить следующие из них: антиокислительные, антикоррозионные, депрессорные, вязкостные, моющие, противозадирные, антипенные, загущающие и др.

Далее рассмотрим основные из них более подробно.

13.6.. Антиокислительные присадки. Добавка таких присадок к маслам типа трансформаторного, турбинного и подобным им, которые подвергаются окислению в объеме, значительно увеличивает срок эксплуатации без замены этих масел. Присутствие таких присадок (лучше в пакете с другими типами присадок) в моторных маслах, окисляющихся в тонком слое, повышает термоокислительную стабильность масел. Ниже приведены химические формулы основных антиокислительных присадок, применяемых в отечественной практике.

Как видно из приведенных формул, антиокислительные присадки содержат гетероатомы одного элемента (ионол), двух элементов (АзНИИ-11) и даже трех элементов (ДФ-11).

С ионолом готовят трансформаторные, турбинные, индустриальные и другие масла. Присадка ДФ-11 используется для приготовления моторных, трансмиссионных, гидравлических и других масел.

13.6.2 Антикоррозионные присадки. Моторные масла без присадок могут обладать корродирующими свойствами. Кроме того, в этом случае они также накапливают в своем объеме продукты коррозии. Для снижения такого отрицательного действия масел используют антикоррозионные присадки. В качестве подобных присадок применяют различные серу- и фосфорсодержащие органические соединения. Среди них необходимо выделить осерненные масла, сернистые эфиры жирных непредельных кислот, например рицинолевой и олеиновой. Противокоррозионными свойствами также обладают сульфиды алкилфенолов, эфиры фосфористой кислоты, соли органических сульфокислот, а также окисленный петролатум. Следует отметить, что антикоррозионными свойствами обладают и некоторые антиокислительные присадки, например ДФ-11, которая в своей молекуле содержит и серу, и фосфор. Общим свойством антикоррозионных присадок является способность образовывать на металлических поверхностях стойкие защитные пленки.

13.6.3 Моющие, антинагарные или диспергирующие присадки. Известно, что масла для двигателей внутреннего сгорания эксплуатируются в условиях, способствующих их глубокому окислению и термическому разложению. Эти явления приводят к нагаро- и осадкообразованию, возникновению лаковых пленок на поверхности деталей двигателей. Многие поверхностно-активные вещества снижают нагаро- , лако- и осадкообразование. Типичными представителями этой группы присадок являются соли щелочно-земельных металлов с длинными алифатическими цепочками, содержащие кислые полярные группы. В зависимости от доли металла в таких соединениях различают нейтральные, слабощелочные и высокощелочные присадки. Главным свойством этих присадок является диспергирующая способность, что позволяет им удерживать во взвешенном состоянии мелкодисперсные твердые частицы, образующиеся при эксплуатации масел. При этом такие присадки препятствуют укрупнению твердых частиц, адсорбируясь на твердой поверхности. В итоге образуется стабильная суспензия типа масло -нагар.

В качестве моющих присадок нашли промышленное применение представители различных классов органических соединений.

1. Соли ароматических сульфокислот - сульфонаты. Обычно - это соли бария или кальция, например сульфонат бария (ArSO₂O)₂Ba, который получают путем сульфирования дизельного масла (присадка СБ-3). Другие присадки этого типа представляют собой кальциевые или бариевые соли диалкилнафталинсульфокислоты (R₂C₁₀H₅SO₂)₂Me.

2. Алкилфеноляты бария или кальция, например (RC₆H₄O)₂Ba (присадка ВНИИ НП-350).

3. Бариевая соль продукта конденсации алкилфенола с формальдегидом (присадка БФК) имеет формулу:

Следует отметить, что все упомянутые в пунктах п. 1-3 присадки содержат в алкильных заместителях от 8 до 12 атомов углерода.

4. Алкилсалицилат кальция (присадка АСК) имеет формулу:

Здесь R - алкильные заместители с 14 - 18 атомами углерода.

5. Сукцинимидные присадки, например, один из представителей алкенилсукцинимида:

Здесь R - СН = СН - остаток полиолефина с молекулярной массой от 300 до 3000, R^/ - остаток полиэтиленполиамида.

13.6.4. Депрессорные присадки. Задача депрессорных присадок заключается в снижении вязкости и температуры застывания масел, улучшении их прокачиваемости при низких температурах. Химические формулы некоторых из них представлены ниже:

АФК АзНИИ - ЦИАТИМ - 1

(алкилфенолят кальция)

Добавка этих присадок, а также некоторых других, например Д

(ПМА «Д») - продукта полимеризации эфира метакриловой кислоты и смеси жирных синтетических спиртов С₁₂ - С₁₈ нормального строения - значительно улучшает вязкостно-температурные свойства масел. В ряде случаев достигается снижение температуры застывания на 20 - 30 ^оС и даже больше.

Некоторые из депрессорных присадок обладают и другими полезными свойствами. Например, присадка АзНИИ - ЦИАТИМ - 1, кроме депрессорной является еще и моющей и антикоррозионной присадкой.

13.6.5 Противоизносные (противозадирные) присадки. В условиях граничной смазки, при которых детали машин и механизмов испытывают огромные давления, повышающие их износ и так называемый задир, к маслам добавляют специальные присадки, повышающие смазывающую способность масел. В особенности это касается трансмиссионных масел, предназначенных для смазывания зубчатых, червячных и других передач, в которых развивается давление до 3000 МПа.

В качестве подобных присадок используют разнообразные поверхностно-активные вещества, например высшие жирные кислоты (олеиновую, рицинолевую, стеариновую, пальмитиновую и др.) Для этой цели могут применяться также природные жиры и масла, и синтетические присадки, например, ксантогенатной природы:

Аналогичное строение имеет диизопропилксантогенат этилена (присадка ЛЗ-23к).

13.6.6 Вязкостные присадки. Назначение этих присадок - повышать вязкость масел при положительных температурах и не оказывать существенного влияния на них при отрицательных температурах. Обычно их применяют к маслам с невысокой вязкостью.

Как правило, присадки данного типа являются полимерными веществами, обладающими высокой вязкостью, и хорошо смешиваются с маслами. Среди подобных присадок наибольшее распространение получили полиизобутилены и полиметакрилаты с молекулярной массой от 4000 до 25000. При этом следует отметить, что чем выше молекулярная масса присадки, тем лучше она растворима в масле, тем выше ее термостабильность. Присадкам на основе полиизобутилена присвоена серия КП (КП-5, КП-10, КП-20). При этом чем выше цифра в маркировке, тем выше молекулярная масса присадки. Полиметилметакрилаты готовят путем сополимеризации эфиров метакриловой кислоты и спиртов С₇ - С₁₂ нормального строения. Имеется две марки присадки подобного типа: ПМА «В-1» и ПМА «В-2» с молекулярной массой от 3000 до 4000 и от 12000 до 17000 соответственно. Строение присадки на основе полиизобутилена выглядит следующим образом:

Кроме упомянутых полиизобутиленов и полиметакрилатов, в России известно применение в качестве вязкостных присадок полиалкилстиролов и других полимеров.

Основным недостатком многих полимерных присадок является их невысокая химическая и механическая стабильность.

13.6.7 Противопенные присадки. В процессе перекачки, налива и других операций со смазочными маслами, когда имеет место их контакт с воздухом, возникает явление пенообразования. Повышенному пенообразованию могут способствовать и другие присадки, введенные в масло, например антиокислительные и моющие, обладающие поверхностно-активными свойствами. Для борьбы со вспениванием вводят антипенные присадки, которые не только предупреждают образование пены, но и разрушают эту воздушно-масляную коллоидную систему. Механизм действия таких присадок состоит в снижении прочности поверхностных пленок в результате адсорбции на них молекул противопенных присадок. Лучшими присадками этого типа считаются кремнийорганические соединения - силиконы или силоксаны. Одним из примеров такой присадки является присадка ПМС-200А - полиметилсилоксан, которая вводится в масло в микроколичествах ((1...5)10^-3 %):

Вместо метильного заместителя могут находиться этил, метилфенил, этилфенил.

13.3.8. Многофункциональные присадки. Было отмечено, что ряд присадок обладает многофункциональными свойствами. Такие присадки вводить в масла удобнее, чем отдельно несколько разных присадок. Это тем более предпочтительно, если учесть тот факт, что некоторые присадки подавляют полезные свойства других.

Многофункциональные присадки могут быть или заранее приготовленным пакетом присадок разного действия, или одной многофункциональной присадкой, содержащей в своем химическом строении одновременно серу, фосфор, металлы и различные полярные функциональные группы.

Одной из таких многофункциональных присадок является упоминавшаяся ранее присадка ДФ-11, обладающая одновременно моющими, противоизносными, противокоррозионными, антинагарными и антиокислительными свойствами. Такое многообразие полезных свойств данной присадки определяется ее химическим строением:

Присадка ЭФО характеризуется антиокислительными и противоизносными свойствами.

Существует шестибалльная система оценки функционального действия присадок.

Размещено на Allbest.ru

...