наверх

 

г.Омск, ул. Омская, 194
тел. (3812) 324-330;
тел. (3812) 324-339

ТЕХНОЛОГИЯ И МАРКЕТИНГ ГИДРОКРЕКИНГОВЫХ БАЗОВЫХ МАСЕЛ

Мировой рынок смазочных материалов характеризуется постоянными качественными и структурными изменениями. Несмотря на то, что общее потребление смазочных материалов на протяжении последних нескольких лет остается стабильным и составляет около 38 млн. тонн, структура потребления отдельных видов смазочных материалов претерпевает существенные изменения.

Это объясняется несколькими основными причинами:

  • развитием и совершенствованием конструкций двигателей и промышленного оборудования;
  • увеличением полезного срока службы смазочных материалов;
  • повышением спроса на энергосберегающие смазочные материалы;
  • ужесточением экологических требований.

Все вышеперечисленные факторы ложатся в основу разработки новых стандартов и спецификаций на смазочные материалы. Так, например, возможность увеличить ресурс моторных масел появилась несколько десятилетий назад, когда активно начали применять синтетические базовые масла. Однако высокая стоимость синтетических базовых компонентов в течение долгого времени сдерживала широкое применение масел с удлиненным интервалом замены. Специалисты по смазочным материалам пришли к выводу, что единственным решением этой проблемы является разработка и промышленное производство совершенно новых высококачественных базовых масел, которые по своим свойствам не уступали бы синтетическим базовым компонентам, а по стоимости соответствовали бы нефтяным базовым маслам. И такие продукты для производства высококачественных смазочных материалов были получены. Ими стали гидрокрекинговые базовые масла.

Введение в действие новых категорий качества API SL, SM и CI-4 с жесткими требованиями по эксплуатационным характеристикам еще больше подтолкнуло производителей моторных масел к использованию нетрадиционных базовых масел каталитического гидрокрекинга с высоким индексом вязкости (VHVI). А для того, чтобы выполнять требования по испаряемости таких стан¬дартов как ACEA A5/B5,  ILSAC GF-3 и GF-4 необходимо применять только высокоиндексные базовые масла. Согласно исследовательским данным, эксплуатационные характеристики смазочных материалов на основе базо¬вых масел каталитического гидрокрекинга соответствуют рабочим характеристикам синтетических смазочных материалов на основе полиальфао¬лефинов при аналогичных применениях. Так, например, при производстве полусинтетического моторного масла для легковых автомобилей класса вязкости SAE 10W-40 и категории качества ACEA A5/B5 или полусинтетического моторного масла для мощных дизельных двигателей класса вязкости SAE 10W-40 и категории качества API CG-4/SH вместо 15% полиальфаолефинового базового масла можно использовать 18% гидрокрекингового базового масла с высоким индексом вяз¬кости, без ухудшения эксплуатационных характеристик гидрокрекинговых моторных масел. (1)

В течение последних нескольких лет значительно выросло потребление гидрокрекинговых смазочных материалов в России, что вызвано существенным обновлением парка транспортных средств и промышленного оборудования, а также необходимостью применять высококачественные смазочные материалы, которые по свойствам отвечали бы синтетическим, а по цене были соизмеримы с минеральными. При этом Россия является одним из самых емких рынков смазочных материалов в мире, с ежегодным потреблением около  2.0-2.2 млн. тонн. Однако больше 95% российского рынка приходится на смазочные материалы, которые производятся на основе обычных базовых масел селективной очистки (Группа I по API). В Америке, в противоположность России, большинство смазочных материалов производится на основе базовых масел Группы II, полученных по гидрокрекинговой или изопарафиновой (Isodewaxingтм) технологии компании ChevronTexaco. В то же время потребление смазочных материалов на основе базовых масел каталитического гидрокрекинга (Группа III) сравнительно небольшое, но оно имеет постоянную тенденцию роста. Лидером на рынке гидрокрекинговых смазочных материалов в Америке является компания ConocoPhillips, которая на протяжении больше, чем 120 лет успешно развивает технологии производства высококачественных масел и смазок. Являясь одной из наибольших нефтяных компаний мира и наибольшим производителем гидрокрекинговых базовых масел в Америке, ConocoPhillips активно работает во многих странах мира. В прошлом году компания ConocoPhillips начала продвигать свои высококачественные гидрокрекинговые смазочные материалы на российский рынок, что вызвало очень большой интерес со стороны потребителей.

Компания ConocoPhillips следует современным тенденциям развития смазочных материалов, что выражается в применении исходного сырья для производства масел и смазок более высокой чистоты, с более высоким индексом вязкости (VI), с более низкой испаряемостью и низкой окисляемостью.  С этой целью при производстве товарных смазочных материалов компания ConocoPhillips применяет только высококачественные гидрокрекинговые базовые масла Группы II собственного производства и базовые масла с высоким индексом вязкости Группы III.

Следует также отметить, что различия в свойствах между глубоко обработанными минеральными базовыми маслами и традиционными синтетическими базовыми маслами постепенно продолжают уменьшаться благодаря современным технологиям каталитического гидрокрекинга. Согласно данным маркетинговой компании Kline and Company, благодаря повышенному спросу на гидрокрекинговые смазочные материалы потребление базовых масел каталитического гидрокрекинга будет постоянно расти. Так, до 2015 года потребление базовых масел Группы III увеличиться в 4.5 раза, а гидрокрекинговых базовых масел  Группы II в 2.2 раза (рис.1). Основными областями их применения будут низковязкостные моторные масла с высокими характеристиками экономии топлива, жидкости для автоматических коробок передач ATF, а также другие смазочные материалы, где раньше применялись дорогие синтетические базовые масла (2). 

1

Рис.1 Мировые тенденции в потреблении базовых масел

Процесс гидрокрекинга известен с середины 60-ых годов прошлого столетия. Но практическое применение этот современный процесс получения высококачественных базовых масел получил в середине 70-ых в США во многом благодаря технологиям компании CONOCO. Базовые масла гидрокрекинга получают из минерального нефтяного сырья методом водородного синтеза. При этом наилучшие смазывающие свойства, которые присущи только минеральным нефтяным маслам, в «гидрокрекинговом» базовом масле сохраняются. Гидрокрекинг представляет собой двухступенчатый процесс, который объединяет каталитическое расщепление и гидрирование, где более тяжелое исходное сырье расщепляется в присутствии водорода, чтобы получить продукты желаемой структуры. Полученные таким образом углеводородные молекулы очень устойчивые, и это делает их идеальными для использования в качестве базовых масел.

Несколько химических реакций происходит в процессе гидрокрекинга:

  • Удаление полярных соединений, содержащих серу, азот и кислород.
  • Преобразование ненасыщенных и ароматических молекул углеводородов базового масла  в передельные циклические углеводороды.
  • Разрыв тяжелых полициклических парафинов и образование цепочек. 

На рис. 2 представлена схема преобразований структуры для базовых масел Группы II и Группы III. Следует отметить, что и процессы получения этих двух Групп базовых масел существенно отличаются, что и послужило появлению названия «каталитический гидрокрекинг» (3).

2

Процесс гидрокрекинга в значительной степени зависит от природы исходного сырья, и относительной области двух конкурирующих реакций гидрирования и расщепления. Тяжелое ароматическое исходное сырье преобразуется в более легкие продукты под высоким давлением 2000-3000 psi и высоких температурах выше 400C, в присутствии водорода и специальных катализаторов. Когда исходное сырье имеет высокое содержание парафинов, основная функция водорода предотвратить формирование полициклических ароматических соединений. Другая важная роль водорода в процессе гидрокрекинга - уменьшить образование смолистых веществ и предотвратить образования кокса. Гидрирование также служит для перевода сернистых и азотистых соединений, существующих в исходном сырье, в легко удаляемые компоненты сульфидов и аммиак.

На первой стадии, подвергнутое предварительному нагреву исходное сырье смешивается с циркулирующим в системе водородом и направляется к реактору первой ступени, где катализаторы преобразовывают сернистые и азотистые соединения в сульфиды и аммиак (рис.3).  После того, как углеводородное сырье проходит первую стадию, оно охлаждается, превращается в жидкость и проходит через углеводородный сепаратор. Водород повторно циркулирует в исходное сырье. Жидкость поступает к ректификационной колонне. В зависимости от желаемых конечных продуктов ректификационная колонна управляется таким образом, чтобы удалить некоторую часть продуктов, выпущенных с реактора первой ступени. Таким образом, первая стадия удаляет нежелательные полярные соединения и преобразовывает ароматические соединения в насыщенные углеводороды. На дне  ректификационной колонны сырье снова смешивается с водородным потоком и направляется  ко второй ступени. Так как этот материал уже был подвергнут некоторому гидрированию, расщеплению, и преобразованию в первой ступени, действия во второй ступени более жесткие (более высокие температуры и давления). Подобно выпуску первой ступени, продукт второй ступени отделяется от водорода и направляется к ректификационной колонне. После разделения на желательные марки вязкости перегонкой в вакууме базовое масло обеспарафинивается. Последней стадией процесса является гидрофинишная обработка базового масла. Этот конечный шаг максимизирует стабильность исходного сырья, устраняя последние следы ароматических и полярных молекул.

Некоторые предприятия используют в качестве второй стадии при гидрокрекинге вместо депарафинизации растворителем,  более современный и эффективный метод удаления парафинов, который называется гидроизомеризация. При гидроизомеризации используется специальное молекулярное сито, которое содержит катализатор. При прохождении через него базового масла происходит селективная изомеризация парафинов, и получают базовые масла с высоким индексом вязкости 130-140 и более и низкой температурой застывания ниже чем  -25°C.

3

Рис.3 Схема технологического процесса получения базовых масел каталитического гидрокрекинга компании ConocoPhillips

1- Вакуумная дистилляция;
2- Гидрокрекинг;
3 – Депарафинизация;
4- Гидрофинишная обработка. 

Базовые масла, полученные таким способом, имеют следующие преимущества:

  • Очень высокий индекс вязкости
  • Высокая стойкость против окисления
  • Высокая термическая стабильность
  • Низкая температура застывания
  • Низкая токсичность
  • Улучшенная деэмульгирующая способность
  • Низкая испаряемость 

В настоящее время процесс производства современных базовых масел каталитического гидрокрекинга может регулироваться таким образом, чтобы товарные масла на их основе имели требуемые значения эксплуатационных характеристик. Поэтому рассмотрим степень влияние основных свойств гидрокрекинговых базовых масел на рабочие характеристики товарных масел.

Температура застывания.

Базовые масла ConocoPhillips, произведены современным методом каталитического гидрокрекинга, имеют низкотемпературные свойства, подобные синтетическим полиальфаолефиновым базовым маслам. Так, например, турбинные масла ConocoPhillips, произведенные на основе гидрокрекинговых базовых масел Группы III имеют температуру застывания -50 С и ниже. Преимущество гидрокрекинговых базовых масел по сравнению с обычными минеральными базовыми маслами очевиден и при их применении для моторных масел. Так, для того чтобы добиться требуемых значений температуры застывания в минеральные моторные масла вводят депрессорную присадку. Со временем, когда моторное масло срабатывается, депрессорная присадка может оказывать отрицательное влияние на стабильность свойств масла и на продолжительность его работы. Поэтому срок службы таких моторных масел ограничивается, и редко когда превышает 7000-10000 км для бензиновых двигателей. В противоположность им, гидрокрекинговые моторные масла ConocoPhillips, благодаря превосходным низкотемпературным свойствам гидрокрекингового базового масла, достигают намного низших значений температуры застывания при значительно меньшей концентрации депрессорной присадки. При этом обеспечивается не только эффективная работа моторного масла при очень низких температурах, но и увеличивается интервал замены масел для бензиновых двигателей до 15 000 - 25 000 км, а для мощных дизельных двигателей магистральных тягачей свыше 100 000 км (при использовании топлива с содержанием серы менее 0.05%).Таким образом, вследствие низкой температуры застывания гидрокрекинговых базовых масел смазочные материалы ConocoPhillips обеспечивают следующие основные выгоды для потребителей: удлиненный интервал замены, уменьшенное количество нагара на горячих деталях двигателя, меньшее количество углеродистых отложений, чистоту деталей двигателя, и, конечно, безотказную эксплуатацию транспортных средств в условиях очень низких температур.

Холодный запуск (максимальная низкотемпературная вязкость).

Во время запуска двигателя в холодное время вязкость масла в опорных подшипниках является критическим параметром, так как основная часть износа двигателя происходит во время его пуска. При этом вязкость моторного масла должна быть такой, чтобы масло моментально поступало во все отдаленные части двигателя. Максимальная низкотемпературная вязкость определяется при помощи имитатора запуска холодного двигателя CCS. Для базовых масел значение этого показателя определяется исходя из их вязкости и индекса вязкости. На рисунке 4 представлено сравнение максимальной низкотемпературной вязкости моторных масел на основе различных базовых масел.  Так, гидрокрекинговое базовое масло ConocoPhillips с кинематической вязкостью 4,2 cSt и индексом вязкости 129 и базовое масло ПАО с кинематической вязкостью 3,9 cSt и индексом вязкости 123 имеют приблизительно одинаковые значения максимальной низкотемпературной вязкости. Их значения практически в два с половиной раза меньше, чем аналогичный показатель для моторных масел на основе базовых масел Группы II и в три с половиной раза меньше, чем для моторных масел на основе базовых масел Группы I. Это обстоятельство делает базовые масла каталитического гидрокрекинга идеальными для получения энергосберегающих моторных масел с вязкостью в пределах от 0W-20 до 0W-50, которые раньше могли получать только из синтетических компонентов.

4

Рис.4 Сравнение показателей низкотемпературной вязкости для моторных масел, изготовленных из разных базовых масел

Вследствие высоких значений индекса вязкости применяемых гидрокрекинговых базовых масел, смазочные материалы ConocoPhillips обеспечивают следующие основные выгоды для потребителей: превосходную текучесть масла при низких температурах, экономию топлива, значительное снижение износа деталей двигателя при холодном пуске, в условиях езды по городу, а также при тяжелых условиях эксплуатации транспортных средств и промышленного оборудования.

Испаряемость по Нок.

В октябре 2002 года в Бельгии было принято решение рекомендовать применение испытания на испаряемость смазочного материала только метод Нок (Noack). Метод Noack заключается в определении потерь при испарении смазочных масел, как одного из важнейших показателей качества масла. Часть масла может испаряться под высокими температурными условиями, вызывая при этом изменения первоначальных свойств масла, в частности вязкости. Низкие значения испаряемости по Noack будут указывать на то, что масло сможет длительное время сохранять свои первоначальные свойства. Такие масла лучше выполняют свои функции в условиях высоких температур и давлений, лучше защищают двигатель от износа, имеют больший рабочий ресурс и повышают экономию топлива. Физически процесс испарения заключается в «улетучевании» легких фракций с базового масла, после чего нарушается баланс присадок. Особенно это опасно для автомобилей с катализатором отработанных газов, который будет подвержен избыточному действию фосфора. Испаряемость моторного масла, которое показывает потребление моторного масла автомобилем, практически полностью зависит от базового масла. Таким образом, чтобы понизить потери масла при испарении необходимо использовать низкоиспаряемые базовые масла. На рис.2 представлено сравнение некоторых групп базовых масел по испаряемости.

5

Рис.5 Сравнение потерь при испарении для различных групп базовых масел

Таким образом, вследствие низкой испаряемости гидрокрекинговых базовых масел смазочные материалы ConocoPhillips обеспечивают снижение потребления масла, стабильность толщины масляной пленки в процессе эксплуатации транспортного средства или оборудования, уменьшение образования отложений, особенно на горячих деталях двигателя.

Окислительная  и термическая стойкость.

Через какое-то время работы, взаимодействуя с растворенным атмосферным кислородом, масло имеет тенденцию срабатываться. Такое окисление начинает цепную реакцию, которая сначала формирует гидроперекиси и затем прогрессирует, вызывая образования побочных продуктов. В результате чего в масле образовывается большое количество кислот, высокотемпературных и низкотемпературных отложений, повышается вязкость самого масла. Прерывая цепную последовательность и связывая гидроперекиси, присадки замедляют этот процесс больше чем в сто раз. Однако срок службы масла больше зависит от свойств базового масла, поскольку сами антиокислительные присадки со временем также срабатываются. Поэтому можно констатировать, что продолжительность жизни масла  обеспечивается именно структурой и степенью чистоты базового масла. Отсутствие ароматических углеводородов дает более эффективное действие антиокислительных присадок, минимизирует образования отложений, нагара, и предотвращает многие эксплуатационные проблемы машин и оборудования, и самое главное увеличивает срок службы гидрокрекинговых товарных масел. Так, результаты испытаний согласно методу ASTM D-943 показывают, что окислительная стабильность турбинных масел компании ConocoPhillips  достигает 22500 часов, что больше чем в 5 раз превышает результаты испытаний для обычных турбинных масел (рис.6). При этом температурные интервалы эксплуатации турбинных масел HYDROCLEAR находятся в пределах  от -40С до 246С. 

6  

Рис. 6 Окислительная стабильность турбинных масел компании ConocoPhillips

Таким образом, благодаря превосходной окислительной стойкости гидрокрекинговые товарные масла имеют срок службы в несколько раз больше, чем обычные минеральные масла (таблица 2).

Таблица 2

Вид масла

Масла на основе базовых масел Группы I

Масла на основе гидрокрекинговых базовых масел Группы III

Моторные масла для бензиновых двигателей

5000 –7 000 км

12000 – 40 000 км

Тепловозные масла

3 месяца

1 год

Масла для электрических двигателей

2 года

5 лет

Трансмиссионные масла

6 месяцев

1 год

Основными преимуществами гидрокрекинговых товарных масел компании ConocoPhillips перед аналогичными продуктами европейских и азиатских компаний являются:

  • более высокая степень очистки базовых масел;
  • более высокий индекс вязкости;
  • лучшая смазывающая способность;
  • собственная высокотехнологическая химия присадок;
  • самый широкий ассортимент гидрокрекинговых смазочных материалов для любых областей применений.

Степень очистки гидрокрекинговых базовых масел ConocoPhillips достигает 99,7%, что является самым высоким показателем среди всех конкурирующих продуктов. Благодаря этому базовые масла ConocoPhillips являются особо чистыми (рис.7), что обеспечивает превосходные  термоокислительные свойства   готовых смазочных материалов на их основе.

7

Рис. 7 Базовое масло на основе каталитического гидрокрекинга ConocoPhillips и базовое масло селективной очистки.

В 1997 году компания ConocoPhillips первая в мире представила новую производственную линейку гидрокрекинговых товарных масел для различных отраслей применения на основе особо чистых базовых масел под торговой маркой HYDROCLEARTM.

8

Основными потребительскими выгодами при применении гидрокрекинговых смазочных материалов под торговой маркой HYDROCLEAR TM являются:

1.Увеличение интервалов замены масла в результате высокой термоокислительной стабильности базового масла.
2. Снижение потребления топлива, благодаря превосходным вязкостно-температурным свойствам.
3. Сокращение потребления масла за счет снижения его испаряемости.
4. Сокращение затрат на техническое обслуживание транспортных средств и другой мобильной техники.
5. Увеличение срока службы двигателей и оборудования из-за снижения коррозии и износа.

При производстве смазочных материалов ConocoPhillips применяются гидрокрекинговые базовые масла Групп II и III, которые получены по самым современным технологиям и имеют очень высокий индекс вязкости – 150 единиц и выше. Благодаря этому товарные смазочные материалы ConocoPhillips обладают превосходными вязкостно-температурными свойствами и сдвиговой стабильностью. Известно, что сдвиговая стабильность масла – это способность масла сохранять постоянную величину вязкости под воздействием высокой деформации сдвига при эксплуатации. Способность масла сохранять стабильную вязкость определяется временем, в течение которого вязкость изменяется до определенной величины. В современных маслах стойкость вязкости к механической нагрузке достигается отказом от применения в больших концентрациях полимерных вязкостных присадок, улучшающих вязкостно-температурные свойства и ухудшающих свойства масла на протяжении его эксплуатации по причине разрушения присадки механическим воздействием.

Одним из самых главных преимуществ гидрокрекинговых масел ConocoPhillips является их высокая смазывающаяся способность. Только смазочные материалы, изготовленные на основе нефтяных базовых маслах, будут обладать самой высокой смазывающей способностью. Благодаря высокому качеству исходного сырья для производства, гидрокрекинговые базовые масла ConocoPhillips имеют лучшую маслянистость по сравнению с конкурирующими продуктами. Ведь многие положительные свойства базового масла достигаются благодаря применению очень «жирной» нефти, которая наилучше подходит для производства смазочных материалов из-за особенного углеводородного состава. Именно такую нефть из американских месторождений использует компания ConocoPhillips для производства своих нефтепродуктов. Поэтому смазывающие материалы ConocoPhillips намного лучше препятствуют износу, чем конкурирующие продукты.

Компания ConocoPhillips первой в мире применила присадки для моторных масел в далеком 1921 году. За свою больше, чем 120-летнюю историю компания развила собственную технологию присадок для различных видов смазочных материалов. Используя высокий научно-технический потенциал в этой области, компания разработала целый ряд присадок, специально предназначенных для гидрокрекинговых базовых масел, и которые не оказывают никаких побочных воздействий на их свойства.

Таким образом, все товарные гидрокрекинговые смазочные материалы компании ConocoPhillips обладают синергетическим эффектом, когда высокие свойства базовых масел и технологические свойства присадок взаимно дополняют друг друга, что обеспечивает сверхвысокие эксплуатационные характеристики в течение длительного периода времени даже при экстремальных нагрузках.Таким образом, в настоящее время главными движущими силами, которые влияют на производство и технологии развития смазочных материалов являются: экономия топлива, удлинения интервала до замены, стабильность работы масел при низких и высоких температурах, долговечность работы двигателя или промышленного оборудования, уменьшение испарения масла, а также сокращение вредных выбросов в атмосферу. Дальнейшее развитие рынка смазочных материалов будет во многом определяться процессом перехода от применений дорогих синтетических базовых масел к применению базовых масел каталитического гидрокрекинга. Так, уже сегодня смазочные материалы на основе гидрокрекинговых базовых масел вытесняют синтетику при производстве моторных масел, жидкостей ATF, компрессорных масел, а в скором будущем будут определять технологии производства моторных масел с удлиненным интервалом замены, моторных масел для тяжелых условий эксплуатации в гоночных и спортивных автомобилях, трансмиссионных масел и т.п. В перспективе спрос на базовые масла более высокой степени чистоты, низшей испаряемости, и способных выдерживать высокие термомеханические нагрузки в течение длительного периода времени, будет расти. Именно такие базовые масла использует для производства своей продукции один из мировых лидеров нефтепереработки компания ConocoPhillips, чьи смазочные материалы зарекомендовали себя наилучшим образом во всех точках нашей планеты. Производимые на основе гидрокрекинговых высокоиндексных базовых масел особой степени чистоты, смазочные материалы ConocoPhillips подходят для любой отрасли промышленности, для любого транспорта, для очень широких интервалов температур и самых экстремальных нагрузок. Поэтому выбор смазочных материалов ConocoPhillips – это выбор надежности, долговечности и снижения экономических издержек.


Литература:

1. David C. Kramer, Brent K. Lok, and Russ R. Krug «The Evolution Base Oil Technology».
2. Kline and Company “How Does Kline Forecast Supply-Demand Analysis?”
3. Michael Khonsari, «New Lubes Last Longer»., Machinery Lubrication Magazine. May 2004.
4. Р. Балтенас, А. С. Сафонов, А.И. Ушаков, В. Шергалис «Моторные масла.», М.-С-Питербург, 2000.
5. Howell R.L. «Hydroprocessing Routes to Improved Base Oil Quality and Refining Economics», 6-th Fuels and Lubes Conference, Singapore, January 2000.
6. «Топлива. Смазочные материалы и технические жидкости.», Справочник, под редакцией В.М. Школьникова.