4. Химический состав масляных фракций нефти. Желательные и нежелательные компоненты масляных фракций нефти. Обосновать причины этого.

По химическому составу нефтяные масла представляют собой смесь углеводородов молекулярной массой 300-750, содержащих в составе молекул 20-60 атомов углерода. Базовые масла состоят из групп изопарафиновых, нафтено-парафиновых, нафтено-ароматических и ароматических углеводородов различной степени цикличности, а также гетероорганических соединений, содержащих кислород, серу и азот. Последние (в особенности кислородные соединения) являются основой смол, содержащихся в базовых маслах. Химический состав базовых масел и структура входящих в их состав углеводородов определяются как природой перерабатываемого сырья, так и технологией его переработки.

От углеводородного (химического) состава базового масла зависят:вязкость - определяет толщину смазывающей пленки, то есть надежность смазывания; текучесть и прокачиваемость при низких температурах; сохранения необходимой для надежного смазывания вязкости при высоких температурах; потери энергии; износ;стабильность к окислению - определяет сохранение первоначальных физико-химических и эксплуатационных свойств масла, включая его минимальную коррозионную активность в процессе эксплуатации;поверхностная активность - определяет вспениваемость и эмульгируемость масла; в определенной степени влияет на коррозионную активность масла;растворяющая способность - определяет способность базового масла растворять композицию присадок; в определенной степени влияет на моющие (детергентно-диспергирующие) свойства масла.От фракционного состава базового масла зависит испаряемость, характеризующая расход масла и степень его загущения в процессе эксплуатации, ведущего к образованию отложений.

Условно все входящие в состав масляной фракции группы углеводородов можно разделить на желательные и нежелательные.

Желательными компонентами являются: изопарафины, нафтено-парафиновые, моно- и бициклические ароматические углеводороды с длинными боковыми цепями. Содержание этих групп углеводородов в масле обеспечивает оптимальное сочетание эксплуатационных свойств и хорошую стабильность в процессе эксплуатации.

Нежелательные компоненты: твердые парафины, полициклические арены, смолистые и асфальто-смолистые соединения. По фракционному составу масла представляют собой высококипящие продукты, вырабатываемые из нефтяных фракций, выкипающих при температуре выше 300^оС.

Основные эксплуатационные свойства масел – вязкость и вязкостно-температурные свойства, подвижность при низких температурах, химическая и термоокислительная стабильность, смазочная способность, защитная способность – зависят от их химического и фракционного состава.

Содержащиеся в масле углеводороды по-разному влияют на вязкость и вязкостно-температурные свойства. Парафиновые углеводороды характеризуются наименьшей вязкостью. С увеличением разветвления цепи вязкость парафиновых углеводородов возрастает и вязкостно-температурные свойства ухудшаются. Циклические углеводороды имеют значительно большую вязкость, чем парафиновые. Вязкость выше у нафтеновых углеводородов, чем у ароматических такой же структуры. В общем случае чем больше колец в структуре молекулы и чем длиннее и разветвленнее боковые цепи, тем выше вязкость циклических углеводородов. Наибольшую вязкость имеют смолисто-асфальтеновые вещества.

Максимальный индекс вязкости (ИВ) имеют нормальные парафиновые углеводороды. ИВ изопарафиновых углеводородов заметно ниже. Для циклических углеводородов общим является улучшение вязкостно-температурной характеристики с уменьшением цикличности молекул, с увеличением длины боковых цепей и числа углеродных атомов в молекуле.

Таким образом, для получения масел с хорошими вязкостно-температурными свойствами следует наиболее полно удалять из фракций полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), нафтеноароматические углеводороды с короткими боковыми цепями и смолисто-асфальтеновые вещества.

Температура застывания масел и подвижность при низких температурах зависят от содержания твердых углеводородов и величины вязкости масел при конечной температуре охлаждения. Выделяющиеся при охлаждении масел кристаллы твердых углеводородов могут привести к потере подвижности масла из-за его застывания. Потеря подвижности и трудность запуска двигателя при низких температурах могут быть связаны также со слишком большой вязкостью масла при этих температурах, хотя температура застывания может быть и низкой. Поэтому для получения масел, подвижных при низких температурах, из них следует удалять твердые углеводороды, а также ПАУ и смолисто-асфальтеновые вещества, обладающие высокой вязкостью при низких температурах.

Что касается стойкости к окислению, то ПАУ с короткими боковыми цепями окисляются в наибольшей степени. Они являются нежелательными компонентами масел, поскольку при их окислении образуются смолы, асфальтены и карбены , вызывающие повышенное нагарообразование в двигателях. Однако ароматические углеводороды способны предотвращать окисление нафтеновых углеводородов (основного компонента минеральных масел). Особенно эффективны в этом отношении небольшие добавки ПАУ и смолисто-асфальтеновых веществ. Нафтеноароматические углеводороды активно реагируют с кислородом, образуя большое количество кислых продуктов и продуктов уплотнения. С этой точки зрения они также являются нежелательными продуктами. На окисление масел определенное влияние оказывают и сернистые соединения.

Таким образом, в традиционной схеме производства масел, регулируя глубину очистки масел, можно влиять на стойкость масел к окислению. В очищенных маслах для повышения стойкости к окислению оставляют небольшую часть ПАУ, смол и сернистых соединений. При углубленной очистке эксплуатационные свойства масел улучшают путем добавления соответствующих присадок.

Нефтяные минеральные масла при одинаковой вязкости уступают по смазочной способности растительным маслам и жирам. Это объясняется химической природой названных продуктов, наличием в них поверхностно-активных веществ (ПАВ). Заметно улучшается смазочная способность масел при наличии в них смол, сернистых и кислородсодержащих соединений. С точки зрения других эксплуатационных показателей масел эти соединения являются нежелательными. При удалении этих компонентов в процессе селективной очистки смазочная способность масел снижается. Для сохранения хорошей смазывающей способности вводят специальные поверхностно-активные присадки.

Коррозионная активность масел также зависит от их химического состава и определяется величиной исходного кислотного числа и его изменением в процессе окисления масел при работе. Углубление селективной очистки и гидроочистки снижает содержание сернистых соединений и коррозионную агрессивность масел. Однако переочистка масел полностью удаляет из них поверхностно-активные вещества, что вызывает ухудшение способности масел защищать металлы от воздействия внешней среды (электрохимическая коррозия).