Bazinės alyvos
Tepimo medžiagos gamtoje buvo nuo seniausių laikų. Nafta pagrįstas tepimo medžiagų verslas prasidėjo 1800-ųjų viduryje. Pradinis naftos apdirbimas apsiribojo iki atskyrimo pagal virimo tašką. Dauguma žmonių žino, kad pagrindinis elementas tepimo medžiagų gamyboje yra bazinė alyva.
Čia Jūs sužinosite apie skirtingus bazinių alyvų tipus ir bazinės alyvos gamybą.
Mineralinės bazinės alyvos
Šiuolaikinė mineralinė bazinė alyva yra ilgų ir sudėtingų distiliacijos ir valymo procesų rezultatas. Naudojama žaliava – išgauta nafta. Ši medžiaga nėra vienodos kokybės, bet susideda iš kelių tūkstančių organinių angliavandenilių junginių, kuriuose anglies ir vandenilio elementai randami visose molekulėse ir, iš dalies, yra prijungti prie kitų elementų.
Angliavandeniliai gali būti skirstomi į tris svarbiausias grupes: parafininiai (tiesios anglies atomų grandinės), nafteniniai (sočiosios ciklinės struktūros) ir aromatiniai (nesočiosios ciklinės struktūros).
Parafininiai angliavandeniliai gali būti dar skirstomi į du pogrupius: normalūs parafininiai ir isoparafininiai. Parafininiai angliavandeniliai turi geriausias tepimo savybes. Distiliacijos procesas rafinuojant naftą atskiria angliavandenilius, esančius žaliavoje su trumpa baze, pagal molekulės dydį.
Be to, daug nepageidaujamų medžiagų galima pašalinti procesų metu, pvz.: sierą, aromatinius angliavandenilius, parafiną ir t.t.. Kitaip tariant mineralinis naftos gamybos procesas yra fizinis valymas ir galinis produktas yra vadinamoji parafininės bazės alyva.
Dauguma angliavandenilių bazinėje alyvoje yra parafininiai (45-60%), tačiau savo sudėtyje turi ir nafteninių, ir aromatinių molekulių. Gaminant, tarkim, variklių alyvą yra naudojama parafininė bazinė alyva ir papildomi priedai, gerinantys jos savybes.
Galinis produktas taip pat gali būti ir nafteninė bazė, kurioje dauguma (65-75%) angliavandenilių yra nafteniniai. Jos turi puikias savybes žemoje temperatūroje.
Kai kurių bazinės alyvos savybių priklausomybė nuo angliavandenilių sudėties:
| Junginys | Klampos indeksas | Stingimo temperatūra | Termo oksidacinis stabilumas |
| Nešakoti parafininiai angliavandenilai | labai aukštas | aukšta | geras |
| Šakoti parafininiai angliavandeniliai | aukštas | žema | geras |
| Nafteniniai angliavandeniliai | vidutinis | žema | geras |
| Alkilbenzenai | žemas | aukšta | geras |
| Aromatiniai | žemas | aukšta | blogas |
EHVI ir VHVI bazinės alyvos
EHVI (Extra High Viscosity Index) ir VHVI (Very High Viscosity Index) – labai aukšto klampos indekso bazinės alyvos, gaminamos iš naftos, naudojant specialius procesus ir turinčios labai artimas savybes sintetinėms bazinėms alyvoms. Šių bazių alyvos yra parafininės hidrokrekingo frakcijos, kurios yra pagerintos pašalinus vašką, naudojant tirpiklio ekstrakcijos metodą.
Dėl ribojančių taršos reikalavimų variklių konstrukcijoms ir naujų automobilių gamintojų reikalavimų alyvos kokybei šių bazinių alyvų poreikis gaminant šiuolaikines variklių alyvas vis didėja .
Sintetinės bazinės alyvos
Sintetinių bazinių alyvų grupėje yra daug skirtingų medžiagų: sintetiniai angliavandeniliai, organiniai esteriai, polialkileno glikoliai ir t.t. Bendra šioms medžiagoms yra tai, kad jos yra pagamintos cheminio proceso būdu.
Sintetiniai PAO (Polyalphaolefine) angliavandeniliai yra gamybos proceso metu gaunami pageidaujamų angliavandenilio molekulių tipų izoparafinai. Panaudota žaliava yra iš naujo perdirbama į eteno dujas (C2H4).
Tokiu būdu galima pagaminti geriausią tepimo alyvą, kuri po cheminių procesų visiškai neturi nepageidaujamų komponentų. Sintetinės bazinės alyvos turi labai aukštą klampos indeksą, mažą lakumą, žemą stingimo temperatūrą, didelį termooksidacinį stabilumą. Sintetiniai PAO yra dažniausiai naudojama sintetinė bazinė alyva skirta šiuolaikinių automobilių variklių tepimui.
Bazinių alyvų rūšys
Kaip Jūs jau supratote iš ankstesnio teksto bazinės alyvos būna kelių rūšių. Pagal API (Amerikos Naftos Institutas) bazinės alyvos yra skirstomos į penkias grupes.
| Grupė | Klampumo indeksas | Prisotinimas | Sieros % | Aprašymas |
| I | 80-120 | < 90% | > 0.03% | Įprasta (tirpikliais) |
| II | 80-120 | ≥ 90% | ≤ 0.03% | Dalinis vaško pašalinimas, hidroprocesas |
| III | >120 | ≥ 90% | ≤ 0.03% | Pilnas vaško pašalinimas, dar gilesnis hidroprocesas |
| IV | >120 | 100% | — | Polialfaolefinai (PAO, PolyAlphaOlefins) |
| V | >120 | 100% | — |
Visos kitos sintetinės bazinės alyvos nepriklausančios IV grupei
Atkreipkite dėmesį, kad bazinių alyvų grupės kategorija priklauso nuo naudojamo gamybos metodo (aprašyme), o po seka kiekvienos alyvų grupės savybių apibūdinimas.
Grupė I – Valymas tirpikliu: I grupės bazinės alyvos yra mažiausiai išvalytos iš visų grupių. Jos paprastai yra skirtingų angliavandenilių nevienodų grandinių mišinys. Šiuo metu šios grupės bazinės alyvos naudojamos kai kurių variklinių alyvų gamybai, tačiau apskritai jų poreikis mažėja.
Grupė II – Papildomas valymas ir hidroprocesas: II grupės bazinės alyvos šiuo metu yra plačiai naudojamos mineralinių variklinių alyvų gamyboje. Jos turi geresnes savybes ir yra mažiau lakios, atsparesnės oksidacijai ir užsiliepsnojimui. Jos taip pat labai veiksmingos žemoje temperatūroje ir saugant nuo dėvėjimosi ekstremaliame slėgyje.
Grupė III – Gilus valymas ir hidroprocesas: III grupės bazinės alyvos yra aukščiausio išvalymo lygio mineralinės bazinės alyvos. Nors jos nėra sukurtos cheminiu būdu, tačiau suteikia aukštą daugelio savybių veiksmingumą dėl savo molekulinio taisyklingumo ir gero stabilumo. Sumaišytos su priedais jos žymimoms kaip sintetiniai ar pusiau sintetiniai produktai. III grupės bazinės alyvos per praėjusį dešimtmetį labiausiai paplito Amerikoje.
Grupė IV – Cheminės reakcijos: IV grupės bazinės alyvos yra cheminiu būdu sukurtos sintetinės bazinės alyvos. Polialfaolefinai (PAO) yra bendras sintetinės bazinės alyvos pavyzdys. Sintetinės bazinės alyvos ir priedų junginys siūlo puikų visų tepimo savybių veiksmingumą. Jos turi labai stabilią cheminę sudėtį ir visiškai vienodas molekulines grandines. IV grupės bazinės alyvos daugiausia yra naudojamos automobilių ir pramoninės paskirties sintetinių ir sintetinių mišinių tepimo produktų gamyboje.
Grupė V – Kaip nustatyta: V grupės bazinės alyvos visų pirma yra naudojamos alyvos priedų kūrime. Esteriai ir poliolesteriai, abi V grupės bazinės alyvos, yra naudojami komponuojant alyvos priedų sudėtį. V grupės bazinės alyvos paprastai nenaudojamos kaip pagrindinė bazinė alyva, bet pridedamos su savo naudingomis savybėmis prie kitos bazinės alyvos. Kai kurie V grupės bazinių alyvų pavyzdžiai: Alkilintas Naftelenas, Esteriai, Polialkileno glikoliai, Silikonai, Polibutenai.
Pagrindinės bazinių alyvų sąvokos
Bazinės alyvos
Naudojami keli pavadinimai: neutralioms bazėms (100N, 150N, 600N, …), šviesiajai bazei (BS-Bright Stock), rūšims pagal klampumą (SAE 5, 10 …; ISO 22, 32.). Labiausiai paplitę pavadinimai I grupės bazinėms alyvoms yra SN (Solvent Neutral-tirpiklio neutralios), II grupės – N (neutralios) ir III grupės rūšies pavadinimai yra siejami su klampumu (4 cst, 6 cst, 8 cst …). Rūšies pavadinimai taip pat gali būti susiję ir su prekiniais ženklais.
Žemiau pateikti pavyzdžiai:
| Grupė | Rūšys | |||
| I | SN150 | SN500 | BS150 | |
| II | N150 | N325 | N600 | |
| III | 2cst | 4cst | 6cst | 8cst |
Bazinių alyvų gamyba
Bazinės alyvos kokybė tobulėjo kartu su naudojamo proceso technologija. Pirmoji proceso technologijos karta buvo tobulinama siekiant pašalinti aromatikus ir kitas priemaišas. Su tirpiklius naudojančia technologija buvo galima išgauti vašką kaip šalutinį produktą ir sumažinti stingimo tašką, o naudojant paprastą hidrovalymą – sumažinti priemaišų kiekį. Trečioje fazėje buvo sukurta hidroproceso technologija ir tai pakeitė bazinės alyvos gamybą iš “fizinio atskyrimo” į “cheminę transformaciją”. Technologija galėjo pagaminti mažo klampumo rūšis, kuris buvo populiarus privalumas naftos valymo gamyklai. Kai kurios valymo gamyklos labai aukštos kokybės bazinės alyvos gamybai naudoja vaško isomerizaciją.
Bazinės alyvos gamybos procesas veikia sekančiai:
- Žaliava yra atskiriama į distiliatus ir vakuumines dujų alyvas.
- Vaškinės vakuuminių dujų alyvos molekulės patenka į hidrokrekerį ir pradeda konversiją.
- Įvedamas vandenilis prisotina molekules ir pašalina azoto, sieros, deguonies ir sunkiųjų metalų priemaišas.
- Ekstremalios temperatūros ir slėgio, bei katalizatoriaus veikimo sąlygose hidrokrekingas aromatikų molekules paverčia prisotintais parafinais.
- Pakeista bazė dėl priemaišų pašalinimo yra pastebimai šviesesnės spalvos.
- Ilgos vaškinio parafino molekulės yra restruktūrizuotos į trumpesnius, šakotus izoparafinus, kurie atsparesni stingimui ir pagerina takumą žemoje temperatūroje.
- Visų likusių aromatikų ir priemaišų pašalinimui vėl įvedamas vandenilis, todėl jau bespalvė alyva turi aukštesnį antioksidacinį ir terminį stabilumą.
Tankumas
Tankumas reiškia substancijos tūrio svorį. Alyvoms jis, dažniausiai, nustatomas prie +15°C ar +20°C temperatūrų ir matuojamas kg/m3. Tepimo alyvų tankumas yra tarp 700 ir 950 kg/m3, priklausomai nuo kokybės, klampumo ir priedų kiekio alyvoje.
Klampumas
Klampumas – skysčio pasipriešinimas tekėjimui. Kuo skystis tirštesnis, tuo aukštesnis jo klampumas. Paprastai matuojamas centistokais (mm2/s) ir centipuazais (mPas).
Centistokas (cSt)
Centistokas yra kinematinio klampumo mato vienetas, nusako jėgos dydį, reikalingą įveikti vidinę skysčio trintį.
Centipuazas (cP)
Centipuazas yra dinaminio klampumo mato vienetas. Dažniausiai naudojamas įvertinti vidinę alyvos trintį žemoje temperatūroje. Ryšys tarp cSt ir cP yra cP = cSt x skysčio tankumas. Su bet kuriuo klampumo mato vienetu turi būti pateikiama temperatūra prie kurios jis yra nustatytas. Visų alyvų takumas kyla kylant temperatūrai. Tipinės SAE 10W variklinės alyvos klampumas -20 °C temperatūroje gali būti 2,000 cP, bet jeigu pakaitinsime ją iki +100 °C tai jos klampumas bus tik 5.2 cSt. Kinematinis klampumas yra matuojamas Ubelohde viskometre. Matuojamas laikas per kurį alyvos lygis, dėl nuosavo svorio, nusileidžia nuo vieno fiksuoto taško iki kito.
Klampumo indeksas
Klampumo indeksas (Viscosity index – V.I.) apibūdina skysčių klampumo kitimo priklausomybę nuo temperatūros kitimo. Tai bematis dydis. Kuo greičiau mažėja skysčio klampumas kylant temperatūrai, tuo mažesnis yra jo klampumas. Sezonių variklinių alyvų klampumas yra tarp 95-110, o universalių gali būti ir virš 200.
Užsiliepsnojimo taškas
Užsiliepsnojimo taškas nusako skysčio degumą. Tai yra temperatūra prie kurios, priklausomai nuo metodo, išgaruoja tiek degių dujų, kad jos užsiliepsnoja nuo atviros liepsnos, tačiau pats skystis degimo nepalaiko.
Stingimo taškas
Kai temperatūra krenta alyvos klampumas didėja. Tam tikroje temperatūroje nuo savo svorio ji nebeteka. Šią temperatūrą vadiname stingimo tašku. Stingimo taškas priklauso nuo, pavyzdžiui, alyvos klampumo ir cheminės struktūros. Parafininėje alyvoje esantis vaškas didina klampumą sudarydamas kristalus. Alyvai atvėsus dar labiau, kristalų alyvoje daugėja, kol jie suformuoja nelaidų tinklą.
Nafteninės alyvos turi mažiau arba visiškai neturi vaško ir yra skystesnės žemoje temperatūroje nei parafininės alyvos. Galų gale alyva tampa tokia klampi, kad veikiama tik savo svorio jau nebeteka. Visiškai sintetinės alyvos savo sudėtyje visiškai neturi vaško todėl jų savybės žemoje temperatūroje yra puikios.
Stingimo taškas gali būti sumažintas priedo, kuris vaško kristalams neleidžia vystytis ir jungtis tarpusavyje, pagalba. Stingimo taškas gali apytiksliai apibūdinti alyvos savybes žemoje temperatūroje, bet daugeliu atvejų to nepakanka, nes daug svarbiau yra žinoti tikslų alyvos klampumą šalto paleidimo temperatūroje.