اطلاعات کامل در مورد روغن پایه

روغن های پایه برای تولید محصولاتی از جمله روغن های روان کننده ، روغن موتور و مایعات فرآوری فلزات استفاده می شود. محصولات مختلف به ترکیبات و خصوصیات مختلفی در روغن نیاز دارند. یکی از مهمترین عوامل گرانروی مایع در دماهای مختلف است. اینکه روغن خام برای تولید روغن پایه مناسب باشد یا نه ، با توجه به غلظت مولکول های روغن پایه و همچنین به راحتی استخراج این مواد تعیین می شود.

روغن پایه

یکی از مهمترین ماده های اولیه در صنعت و خودرو است. این ماده پرمصرف ترین ماده اولیه است و تشکیل دهنده روغن موتور و روانکارهای صنعتی و خودرویی است که آن را روغن پایه می نامند که سهم آن در محصول بعضا تا نود و هفت درصد می‌رسد. روغن پایه نامی است که به روغن های درجه روانکاری داده می شود که در ابتدا از پالایش روغن خام (روغن پایه معدنی) یا از طریق سنتز شیمیایی (روغن پایه مصنوعی) تولید می شود.

روغن پایه با استفاده از تصفیه روغن خام تولید می شود. این بدان معنی است که روغن خام به این منظور گرم می شود که می توان تقطیرهای مختلف را از یکدیگر جدا کرد. در طی فرآیند گرمایش ، هیدروکربن های سبک و سنگین از هم جدا می شوند – می توان با تولید سوختهای سبک ، بنزین و سایر سوختها تولید کرد ، در حالی که سنگین ترها برای قیر و روغنهای پایه مناسب هستند.

روغن پایه به روغنی گفته می شود که به عنوان یک پایه برای روانکار محسوب می شود. مهم ترین جز تشکیل دهنده ی روانکارها از لحاظ حجمی، روغن پایه می باشد و از نظر وزنی به طور متوسط بیش از نود و پنج درصد فرمولاسیون یک روانکار را تشکیل می دهد. برای استفاده در تولید روغن های اتومبیل و صنعتی ، روغن و گریس ، محصولات لاستیکی ، روغن سفید و روغن پارافین و غیره پیشنهاد می شوند. در برخی از روانکارها (روغن کمپرسور و هیدرولیک) ۹۹% روغن را روغن پایه و تنها ۱% آن را مواد افزودنی تشکیل می دهد. روغن های پایه را می توان از منابع نفتی یا غیرنفتی به دست آورد. بیشتر روغن های پایه ی مصرفی در جهان از پالایش نفت خام به دست می آید. عمده ی ترکیبات تشکیل دهنده ی روغن های پایه را ترکیبات پارافینیک، نفتنیک و آروماتیک تشکیل می دهند.

روان کننده های مدرن از طیف وسیعی از مایعات پایه و مواد افزودنی شیمیایی تهیه شده اند. مایع پایه دارای چندین کارکرد است اما در درجه اول این ماده روان کننده است ، لایه ای از مایعات را فراهم می کند که سطوح متحرک را از هم جدا می کند یا گرما را از بین می برد و ذرات را می پوشند در حالی که حداقل اصطکاک را حفظ می کند. بسیاری از خواص روان کننده با افزودن مواد افزودنی شیمیایی ویژه به مایع پایه تقویت شده یا ایجاد می شوند.

تعداد زیادی روغن خام در سراسر جهان وجود دارد که برای تولید روغنهای پایه استفاده می شود. متداول ترین آن نوعی روغن خام پارافینیک است ، اگرچه روغن خام نفتنیک نیز وجود دارد که محصولی با حلالیت بهتر و خواص بسیار خوب در دمای پایین ایجاد می کند. با استفاده از فن آوری هیدروژناسیون ، که در آن گوگرد و مواد معطر با استفاده از هیدروژن تحت فشار زیاد از بین می روند ، می توانید روغن های پایه بسیار خالص بدست آورید ، که در شرایط سختگیری به ویژه سخت می شوند.

مواد شیمیایی – مواد افزودنی – به منظور تأمین نیازهای کیفی محصولات نهایی از نظر خاصیت اصطکاک و تمیز کردن ، به روغن پایه اضافه می شوند. انواع خاصی از روغن های موتور حاوی بیش از بیست درصد مواد افزودنی هستند.

تاریخچه تولید روغن پایه

فناوری تولید روغن پایه، فازهای متعددی از تکامل را پشت سر گذاشته است. در فاز اول، چربی های حیوانی به عنوان روانکار مورد استفاده واقع شدند. کتیبه های متعلق به ۱۴۰۰ سال قبل از میلاد حضرت مسیح (ع) از کاربرد چربی سفت خوک و گوسفند(موسوم به پی) برای روانکاری چرخ های درشکه ها اطلاع می‌دهند.

طی ۳۰۰۰ سال بعد تغییر اندکی در این زمینه روی داد و می توان گفت که فقط در مقاطعی، روغن‌های مورد نظر از حیواناتی نظیر نهنگ بدست آمدند.

در سال ۱۸۵۲ روغن‌های با پایه نفت خام عرضه شدند. اینگونه روغن‌ها به خاطر اینکه از روغن‌های با پایه حیوانی کارایی بهتری نداشتند ابتدا مورد توجه قرار نگرفتند. لذا می‌توان گفت که نفت خام نیز روانکار خوبی تولید نکرد و به طور کلی صنعت روغن پایه به خاطر فقر دانش در وضعیت مناسبی نبود.

اما به موازات رشد تقاضا برای خودرو، تقاضا برای روانکارهای بهتر بیشتر شد و دیری نپایید که تولیدکنندگان  روانکارها به این امر واقف شدند که کدام نوع نفت خام روانکار بهتری تولید می‌نماید. سپس آنها با تبدیل نفت خام به برش های با دامنه تقطیر کمتر و گرانروی‌های متفاوت، به تولید روانکارهای بهتری دست یافتند.

قبل از سال ۱۹۲۰، روغن‌های موتور از مواد افزودنی عاری بودند و پس از طی ۱۳۰۰ تا ۱۶۰۰ کیلومتر مسافت، روغن وسیله نقلیه عوض می‌شد. لذا در سال ۱۹۲۳ انجمن مهندسین خودرو(SAE) ، روانکارهای موتور را برحسب گرانروی به سبک، متوسط و سنگین دسته بندی نمود. به هرحال با توجه به نیاز روز، تعداد بیشتری از تولید‌کنندگان روانکار شروع به تصفیه روغن های پایه با هدف بهبود کارایی آنها شدند.

در این فاصله نسل‌های زیادی از فرآیندهای تصفیه بر اساس طبیعت مادری اصلاح یافته‌اند. فرآیندهای اولیه نظیر تصفیه با اسید و استخراج با حلال، به خاطر حذف اغلب مولکول های نامطلوب جهت روانکاری، تا حدود زیادی موجب بهبود کیفیت روغن پایه گردید. متعاقبا فرآیندهای بعدی نظیر تصفیه هیدروژنی، هیدروکراکینگ کاتالیستی، موم گیری کاتالیستی و فرآیند مدرن ایزومریزاسیون هیدروژنی واکس، به نوبه خود تاثیرات بسیار زیادی در ارتقا کیفیت روانکاری ایفا نمودند.

فرآیند جدید ایزومریزاسیون هیدروژنی واکس، به طور ویژه روغن های پایه با ناخالصی‌های بسیار جزئی و نوعا به سفیدی آب (از نظر رنگ ظاهری) را تولید می‌نماید. امروزه بیش از یک سوم از روانکارهای تولیدی در آمریکای شمالی از این نوع بوده و از کیفیت بالا برخوردار است.

نگاه به آینده موید تمایل به روغن‌های پایه با خلوص بیشتر، گرانروی بالاتر، فراریت کمتر و با طول عمر بیشتر است. با این توصیف می‌توان گفت که امروزه صنعت تولید روغن‌های پایه معدنی به گونه‌ای پیشرفت نموده و با چنان رشدی همراه است که تشخیص بین روغن‌های معدنی که با استفاده از فرآیندهای پیچیده تصفیه هیدروژنی بدست می‌آیند و روغن‌هایی که به طور سنتی مصنوعی خوانده می شوند خیلی مشکل است.

مصارف

روغن های پایه برای تولید محصولاتی از جمله گریس های روان کننده ، روغن موتور و مایعات فرآوری فلز استفاده می شوند. محصولات مختلف به روغن و ترکیبات مختلفی نیاز دارند. یکی از مهمترین عوامل ویسکوزیته مایع در دماهای مختلف است. اینکه روغن خام مناسب برای تهیه آن در روغن پایه مناسب باشد یا نه ، با غلظت مولکولهای روغن پایه و همچنین میزان آسان این استخراج ها مشخص می شود.

روغن پایه با استفاده از پالایش نفت خام تولید می شود. این بدان معنی است که نفت خام به منظور گرم کردن امکان تقطیر مختلف از یکدیگر گرم می شود. در طی فرآیند گرمایش ، هیدروکربن های سبک و سنگین از هم جدا می شوند – برای ساختن بنزین و سایر سوخت ها می توان از آنهایی که سبک هستند تصفیه شدند ، در حالی که سنگین تر آنها برای قیر و روغن های پایه مناسب است.

در سراسر جهان تعداد زیادی روغن خام وجود دارد که از آنها برای تولید روغن پایه استفاده می شود. رایج ترین آن نوعی روغن خام پارافینی است ، اگرچه روغن های نفتی نفتی نیز وجود دارد که محصولاتی با حلالیت بهتر و خاصیت بسیار خوبی در دماهای پایین ایجاد می کنند. با استفاده از فن آوری هیدروژناسیون ، که در آن گوگرد و آروماتیک ها با استفاده از هیدروژن تحت فشار زیاد از بین می روند ، می توانید روغن پایه ای بسیار خالص بدست آورید ، که در مواردی که نیازهای کیفیت به خصوص دقیق باشد ، مناسب هستند. مواد شیمیایی – مواد افزودنی – به منظور رفع نیازهای کیفیت محصولات نهایی از نظر مثلاً خاصیت اصطکاک و تمیز کننده به روغن پایه اضافه می شوند. انواع خاصی از روغن موتور حاوی بیش از بیست درصد مواد افزودنی است.

خواص شیمیایی روغن پایه

 فراریت

کم شدن روغن، غلیظ شدن روغن و شکل گیری رسوبات

 فعالیت سطحی

کف کردن، رهاسازی هوا، تشکیل امولسیون و فشار پذیری

 اکسید شدن

شکل گیری رسوبات، غلیظ شدن روغن، شکل گیری لجن و خوردگی فلزات

 گرانروی

سیالیت در دمای پایین، هدر رفتن انرژی، محافظت در برابر سایشو خنک کاری مناسب

 قدرت حل کنندگی

تمیزی موتور، سازگاری با درزگیرها، کاربردهای فرایندی و پایداری فرمولاسیون

انواع

به طور کلی روغن پایه به سه دسته ی کلی معدنی، طبیعی و سنتزی تقسیم می شوند.

• روغن معدنی
• روغن طبیعی
• روغن سنتزی

روغن های پایه معدنی

روغن به دست آمده از نفت خام را روغن پایه ی معدنی می نامند که به صورت مستقیم از پالایش نفت خام به وجود می آید.

این روغن شامل دو دسته اصلی می باشد:

روغن های پارافینیک

روغن های نفتنیک

روغن های پارافینیک از هیدروکربن های نرمال (راست زنجیر) و هیدروکربن های ایزو (شاخه دار) تشکیل می شوند. اما روغن های نفتنیک از هیدروکربن های حلقوی سیر شده ی یک یا چند حلقه ای تشکیل می شوند.می توان این دو روغن را بر اساس معیارهایی با هم مقایسه کرد و کارکرد و تفاوت های آن ها را با هم سنجید.

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

• دمای ریزش بالاتر
• وزن مخصوص کمتر
• شاخص گرانروی بالاتر
• خاصیت حل کنندگی کمتر
• مقاومت بالا در برابر اکسید شدن
• فراریت کم و در نتیجه نقطه ی اشتعال بالاتر

روغن های نفتنیک به طور کلی، برای محدوده های دمایی کم و هنگامی که نقطه ی ریزش پایین مورد نیاز است، به کار گرفته می شوند. به خصوص در روغن های هیدرولیک، سرد کننده ها، روغن های تولید لاستیک، فلزکاری و در روانکار های سیلندر برای موتور های بزرگ و گریس ها قابل استفاده می باشند.

 روغن های پایه طبیعی

در دو دهه ی اخیر به دلیل افزایش ملاحظات زیست محیطی، توجه به روانکار های طبیعی افزاییش بیشتری پیدا کرده است. این روغن های از منابع گیاهی به دست می آیند. اجزای اصلی روغن های طبیعی مخلوطی از تری گلیسیریدهایی است که دارای بخش های کربوکسیلیک های اسیدی با زنجیرهای بلند می باشند. این کربوکسیلیک اسیدها به عنوان اسیدهای چرب شناخته می شوند. و به طورکلی زنجیره های مستقیمی به طول ۸ تا ۲۲ اتم کربن دارند که ممکن است کاملا سیرشده باشند و یا یک یا چند پیوند سیرنشده روی زنجیر خود داشته باشند.

روغن های گیاهی را می توان به شکل طبیعی شان برای روانکاری استفاده کرد. نقطه ی اشتعال و احتراق روغن های گیاهی نسبت به روغن های معدنی بسیار بالاتر است (حدود ۳۲۶ºC ) . اما این روغن ها در شکل طبیعی، پایداری کافی در مقابل اکسیدشدن ندارند. دیگر ویژگی نامطلوب روغن های گیاهی نقطه ی ریزش بالای آن هاست که این مشکل را می توان با افزودن مواد افزودنی مناسب، حل کرد.

روغن های پایه سنتزی

روغن های سنتزی یا مصنوعی، روغن هایی هستند که از طریق متصل کردن یک یا چند جز آلی مشخص با وزن مولکولی کم، در شرایط کنترل شده، سنتز یا ساخته می شوند. این ترکیب شدن که در شرایط کنترل شده فیزیکی و شیمیایی انجام می شود، باعث می شود که روغن حاصل خواص مشخصی داشته باشد که از پیش مورد نظر بوده است.

روغن های معدنی برخلاف مزایایی چون در دسترس بودن و قیمت نسبی پایین تر، دارای معایبی مانند اکسید شدن و از دست دادن گرانروی در دماهای بالا، منفجر شدن در معرض عوامل اکسید کننده ی قوی و جامد شدن در دماهای پایین بودند. این موضوع باعث گسترش مصرف روغن های سنتزی شده است که می توانند گستره ی دما و فشاری قابل توجهی را بدون تغییر در ساختار تحمل کنند و در عین حال خطر آتش سوزی را نیز کاهش دهند. با این حال استفاده از روغن های سنتزی زمانی منطقی است که:

–  استفاده از روغن های سنتزی هزینه های عملیاتی را آنقدر پایین بیاورد که هزینه های بالای خرید آن را جبران کند.

–  استفاده از روغن های سنتزی، مشکلی در رابطه با کاربرد روغن های معدنی را حل کند.

مانند شرایط کارکرد در درجه حرارت های خیلی بالا یا خیلی پایین.