Каталитичен хидрокрекинг (hydrocracking) – получаване на базови масла с висок вискозитетен индекс, противоокислителна устойчивост и устойчивост на разкъсване.
Маслата от хидрокрекинг защитават от износване, понякога по-добре от синтетичните масла. Хидрокрекингът се явява един от най- перспективния метод подобряващ свойствата на маслата.
В хода на хидрообработка едновременно или последователно протичат редица химични реакции, в резултат на които се отделят съединения на сяра, азот и други хетероатомни съединения, едновременно протича хидриране на полициклични ароматни съединения, разцепване на нафтенови пръстени, деструкция на дълги парафинови вериги и изомеризация на продуктите.
Стадии при хидрокрекинг на маслените молекули:
1 – изходна маслена молекула; 2 – разцепване на ароматните и нафтенови пръстени; 3 – изправяне на веригите.
Тези процеси осигуряват подобрена молекулярна структура на маслата, усилват устойчивостта към механични, термични и химически въздействия и стабилност на свойствата при експлоатация. Скорост и направление на отделни химически реакции, а и възможността за получаване на желани продукти, може да се регулира изменението на параметрите при обработка (температура, налягане, съотношение на реагенти, използване на различни катализатори и др.).
Затова различните компании при изпълнение на процеса на дълбока преработка, могат да получат отличаващи се по свойства продукти. Производителите по принцип, държат в тайна своите оригинални процеси на преработка.
Спецификацията SAE (Society of Automotive Engineers – Общество на автомобилните инженери от САЩ) характеризира вискозитетно-температурните свойства на маслата. Първото, което виждате на етикета – това е обозначения вискозитет на маслото по стандарт SAE
Първата цифра (с буква W - Winter) - зимен вискозитет – колкото е по- ниска, толкова по течливо ще е маслото при стартиране на двигателя в студено време. Следващото число (без буквата) обозначава летния вискозитет (способността на маслото да остава достатъчно гъсто при висока температура). Колкото е по високо числото, толкова е по дебел масления филм на детайлите на горещ двигател и ще бъде добре защитен, особено в условия на спортно шофиране.
Базово масло, минерално или синтетично (на основа PAO) може да се закупи от водещи нефтохимични компании, например BP, ExxonMobil, Shell или Chevron. Присадки - от специализирани компании, към които се отнасят Lubrizol, Infinium, Ethyl или Oronite. А подбирането на балансиран пакет се извършва самостоятелно: това е най-големия секрет на индустрията
В средата на 60-те години на XXв. ВМФ на САЩ въвежда във въоръжение нови палубни изтребители - F4 Phantom - съвършени самолети практически летящи над 15 хил метров. Но в самото начало на експлоатацията се установява неприятен дефект: при кацане колелата често се заклинват и самолетите буквално се „пързалят” по палубата. Благодарение на използването на аррофинишера (система от кацащи въжета) сериозни катастрофи са се избегнали. Проведено разследване показало, че при полет на височина над 10 000 м, където температурата пада до -600С, смазката в колесните лагери силно се сгъстявала. Дефектът се проявявал само при кацане на палубата на самолетоносача: снижаването на самолета в този случай се извършвало много бързо и смазката не успявала да се размрази (при кацане на обичайна писта снижаването се извършвало по-плавно).
Пентагонът предложил на няколко нефтохимични компании да разработят състав, не сгъстяващ се даже при много ниски температури. Химиците успешно решили този проблем, създавайки напълно синтетична смазка. Но палубните изтребители са стотици, а скъпоструващата технология трябва да се отплати, затова за новия продукт са започнали да се търсят други решения.
Към този момент синтетичните масла широко са се използвали в реактивните самолетни двигатели, а някои от пилотите са наливали „отработката” в моторите на своите автомобили. Пионер станал през 1972 година продукта на компанията AMSOIL (основана от бившия пилот - подполковник Аматуцио): първото синтетично моторно масло за автомобили на американския пазар, преминало сертификация от API.
Но революция в маслата прави компанията Mobil Oil (по-късно ExxonMobil), която през 1974 година пуска на в продажба първото масово и достъпно в целия свят първото синтетично моторно масло на основа полиалфаолефин (PAO). Било е предназначено за много студени условия - в частност, за Аляска. Появата именно на този продукт преобърна цялата автомобилна индустрия.
Основата на маслата
Основа на всяко моторно масло - така наречено базово масло. В началото на 90-те години на XXв. API, за да облегчи производителите при избор на основа и да опрости смесването на различни масла, въвежда класификация на базовите масла по основни свойства: вискозитетен индекс (колкото е по-висок този показател, толкова по- малко се изменя вискозитета при изменение на температурите), съдържание на сяра и съдържание на пределни наситени въглеводороди (парафини).
В група I влизат масла, получени от нефт с помощта на една от старите технологии на очистка - екстракционен. Това е смес от различни въглеводороди, затова свойствата са нестабилни - те силно се сгъстяват при охлаждане и бързо се окисляват при високи температури. Но главното им предимство - ниска цена. Съвременните базови масла са със значително по-висока степен на очистка, получени, чрез хидрообработка (от хидроочистка до каталитичен хидрокрекинг) на нефт и в зависимост от свойствата попадат в група II или III. Всички тези три групи се отнасят към минералните масла, или получени по един от изброените способи.
Базови масла, получени по пътя на химичен синтез се наричат синтетични. По химически състав те са съвършено еднородни, което осигуряват висока стабилност на техните свойства. Такива масла на основа полиалфаолефини (PAO) се отнасят към IV група. PAO, като основа на масла имат забележителни свойства, освен една- висока цена.
Група V включва базови масла на всички други основи (не влизащи в групи I-IV), това могат да бъдат както разпространени полиефирни масла, така и гликолиеви, не влизащи в моторните категории.
Маркетингови войни
Преди 10-15 години преимуществата на синтетичните масла бяха очевидни: висок вискозитетен индекс, температурна стабилност и устойчивост към окисление не оставяйки шансове на „минералките” да заемат „люксозната” пазарна ниша. Но нефтохимичните компании намериха изход! Работата е в това, че във връзка с усъвършенстването на технологиите при очистка на нефт границите между групите, определящи свойствата на маслата, постепенно се размиват (неофициално са били въведени междинни групи I+, II+, III+). Минерални масла от група III и III+ вече напълно се приближават по своите свойства до синтетичните масла от IV група (като при това цената е значително по-ниска!).
Първи „нарушител на конвенцията” става компанията Castrol - през 1997 година тя в своя продукт Castrol Syntec тихо заменя PAO на друга основа, получена от така наречения метод на хидроизомеризация, разработен от компанията Shell. При това надписа „синтетично” на опаковката останало без изменение. Един от големите производители на масла на основа PAO - компанията Mobil Oil се обърнала в Американския национален съвет по въпросите на рекламата (NAD) с жалба на тази маркетингова политика. Обсъждането продължило две години и накрая решило: думата«синтетично» на тубата не означава способа на получаване, а се явява само термин, описващ потребителските свойства на маслата. В това има определен смисъл - дори SAE и API в своите спецификации указват само набора от качества, но не и произхода.
Как да се отличи синтетичното масло от „синтетичното по дума”? Честно казано, без химически анализ - практически не може. По своите свойства те са много близки и синтетично масло на основа PAO акцентира само на указанието на опаковката (ако производителя желае да направи това). А и цената - маслото на основа PAO обикновено е много по-скъпо.
Големият секрет
Основата е около 70-80% масло, останалите 20-30% - присадки. Докато основата се осигурява от маслото, присадките осигуряват всичко останало. Присадките се делят на три групи: модифициращи (изменят свойствата на маслата), присадки за защита на механизмите и присадки за защита на самите масла.
Вискозитетният модификатор (полимерен сгъстител) - това е самото вещество, което всесезонните масла задължително имат. Дългите молекули на сгъстителя се свиват в нишки при ниски температури, което се отразява на течливостта на нисковискозитетната основа. Но при повишаване на температурата „нишките” се развиват, като при това вискозитета на маслата значително се повишава.
Противоизносни и противозадирни присадки осигуряват защита на повърхностите на двигателните детайли, докато модификатора на триенето извършва именно това, което следва от неговото име - да намали триенето (именно той осигурява голяма част от икономията на гориво при използването на съвременни масла).
В процеса на работа в двигателните детайли неизбежно се образува нагар и отлагания. Детергентите ги измиват и очистват, а дисперсантите не дават възможност за образуване на бучки, поддържайки малките странични частици в дисперсно състояние (по-големите частици се улавят от масления филтър).
И накрая антиоксидантите защитават маслото от окисление, а антикорозионните присадки предотвратяват корозия на двигателните детайли. Това е сложна задача, защото условията при работа на маслата са много сурови - високи температури и много агресивни продукти от изгарянето (в които например се образува сярна киселина).
„Големите нефтохимически компании често купуват присадки от специализирани на това фирми - Lubrizol, Infinium, Ethyl или Oronite. Всяка присадка по- отделно не се явява секрет. А баланса на целия пакет - това е най-строго пазената в индустрията тайна. За да се състави пакет, ние провеждаме десетки хиляди лабораторни експерименти и натрупваме хиляди мили на моторни стендове - разказва в „Популярна механика” Бил Максуел- водещ технически експерт в изследователско подразделение на компанията ExxonMobil, в течение на 15 години възглавяващ групата по разработване на синтетичните масла Mobil 1. - При това базовото масло за 30 години от момента на появата на „синтетиката” остава същото, сменя се само технологията и пакета от присадки. В резултат, например, продаваното днес наше синтетично масло Mobil 1 се явява вече 6-то поколение масло на основа PAO».
В борба за чистота
Като цяло маслата много добре се справят с възложените задачи: защита на двигателя и даже икономия на гориво. Но автопроизводителите постоянно вдигат своите изисквания – моторите стават все по усъвършенствани, а интервала между смяната на маслата – все по удължена (за бензинови двигатели днес може да достига 30 хил, а за дизеловите - 50 хил километра). Основата постепенно се окислява (синтетичните масла на основа PAO в малка степен), а присадките сработват. А през целия експлоатационен срок маслото трябва да работи и да защитава двигателя!
Но най-голям проблем, не даващ на производителите на моторни масла да почиват на лаври е екологията. В Европа се въвеждат все по-високи ограничения при токсичност на изгорели газове. Това заставя конструкторите да установяват в автомобилите сложни системи за рециркулация на изгорели газове - а това означава, че голяма част от продуктите при изгаряне остават в двигателя и рано или късно ще попаднат в маслото (разбира се при това растат и изискванията към състава на горивата). А широко разпространените каталитически неутрализатори за изгорели газове имат и още едно допълнително ограничение: нито самото масло, нито продуктите от изгарянето не трябва да влияят на работата на катализатора. Затова основните усилия на производителите на масла са съсредоточени днес именно в тази област.
