Производство базовых и товарных масел chevron

© Chevron 2010

Производство базовых и товарных масел CHEVRON

© Chevron 2010

Сырая нефть – природная легко воспламеняющаяся жидкость, которая находится в глубоких осадочных отложениях и хорошо известна благодаря ее использованию в качестве топлива и сырья для химического производства. Нефть представляет собой сложную смесь углеводородов с содержанием небольшого количества других химических веществ, таких как соединения серы, азота и фосфора. Углеводороды – органические соединения в состав которых входят только два элемента: углерод и водород. Углеводороды отличаются молекулярной структурой (количеством атомов углерода в молекулах) и типами соединения их атомов с атомами водорода. Разнообразие структур углеводородов позволяет синтезировать из них множество продуктов с совершенно разными свойствами.Перегонка нефти (дистилляция) – процесс разделения нефти на отдельные фракции в зависимости от их температуры кипения.

© Chevron 2010 3

Число атомов углерода в нефтепродуктах

0 50 150 200 250 300 350 400 450 500 550Температура кипения°C

5 6 7 8 9 10 141213 151611 18 20 22 25 27 30 35 40 48

C1 - C5газ

C1 Метан (СПБТ)

C2 Этан

C3 Пропан(СПБТ)

C4 Бутан (СПБТ)

C5 Пентан

Бензин (30%)

C5 - C11

C11 - C15

Керосин (10%) C11 - C21

Дизельное масло (40%)

C20 - C40

Флотский мазут (4%)

C22 - C48

Базовое масло (1%)

C40+Тяжелое топливо(15%)

100

© Chevron 2010 4

Классификация нефтей для НПЗ

© Chevron 2010 5

Сырая нефть содержит тысячи видов молекул contains различного химического состава и размера

© Chevron 2010 6

Изопарафины наиболее ценны для базового масла

Стойкость к окислению

н-парафины

нетПоликонденсированнаяароматика

нетПоликонденсированныенафтены

Нафтены с одним кольцом

Изо-парафины

Ценность д/ баз. масла

Точка застывания

Индекс вязкостиНазвание

© Chevron 2010 7

Классификация АНИ для базовых масел• Парафиновые масла

– Группа I, II, II

• Поли-альфа-олефины (ПАО)– Группа IV

• Нафтеновые масла

• Ароматические масла

• Растительные масла

• Прочие масла

Группа V

© Chevron 2010

Корпорация Chevron сделала революционный шаг в развитии технологии производства базовых масел, начав в 1984 г. выпускать кристально-чистые базовые масла по запатентованной технологии гидропроцесса под маркой ISOSYN.

© Chevron 2010 9

Из сырой нефти к группе I

ОСТАТОК

ДЕАСФАЛЬТИЗАТОР

АСФАЛЬТ

АТМОСФЕРНАЯградирня

Установка

ВАКУУМНОЙ

ПерегонкиЭКСТРАКЦИЯ ДЕПАРАФИНИЗАЦИЯ ГИДРООЧИСТКА

ЭКСТРАКТ СЕЛЕКТИВНОЙ СОЛЬВЕНТНОЙ ОЧИСТКИ

ПАРАФИН НАФТА

СЫРАЯ НЕФТЬ

ТОПЛИВО

БАЗОВОЕ МАСЛО качество I группы

РАСТВОРИТЕЛЬ РАСТВОРИТЕЛЬ ВОДОРОД

*

(Удалениеароматики)

(Удалениепарафина)

(Удаление соединенийN и S)

ГАЗ

© Chevron 2010 10

Из сырой нефти к базовым маслам группы III

ОСТАТОК

АТМОСФЕРНАЯ градирня

ГИДРИРОВАНИЕ КАТАЛИТИЧЕСКАЯ

ДЕПАРАФИНИЗАЦИЯ

ГИДРООЧИСТКА

НефтьТОПЛИВО

Группа III

ВОДОРОД

Отсутствие растворителей!! ---> низкое содержание серы

превращение парафина в изопарафин

ГАЗ

Установка

Вакуумной

Перегонки

ВОДОРОД ВОДОРОД

100D

150D

500D

SAE 5W

SAE 10W

SAE 30

© Chevron 2010 11

© Chevron 2010 12

Классификация парафиновых масел

Группа III

Показательвязкости

>120Содержаниенасыщенныхсоединений

>90%и

S<0,03%

Группа III

Группа II

Показательвязкости

= 100-119Содержаниенасыщенныхсоединений

>90%и

S<0,03%

Группа II

Температура

Вязкость

Группа I

Показательвязкости= 80-100

Содержаниенасыщенныхсоединений

< 90%и/или

S>0,03%

Группа I

© Chevron 2010 13

Индекс вязкости.

Это эмпирический, безразмерный показатель для оценки зависимости вязкости масла от температуры. Чем выше значение индекса вязкости, тем меньше вязкость масла зависит от температуры. Масло с более высоким индексом вязкости имеет лучшую текучесть при низкой температуре (запуск холодного двигателя) и более высокую вязкость при рабочей температуре двигателя. Индекс вязкости сильно зависит от молекулярной структуры соединений составляющих базовые минеральные масла. При очистке базовых масел их индекс вязкости повышается, что в основном связано с удалением из масла ароматических соединений. Высоким индексом вязкости обладают масла каталитического гидрокрекинга и синтетические базовые масла.

© Chevron 2010 14

У базовых масел III группы химический диапазон Уже из-за процесса гидропереработки

Категория

ИВ

Насыщенные

Сера

Состав

Группа I

80 < ИВ < 120

< 90%

> 0.03%

80 < ИВ < 120

> 0.03%

Группа II

ИВ > 120

> 90%

< 0.03%

Группа III Группа IV

ПАО

н-парафины

изопарафины

нафтены

ароматика

полярные соед-я

Очень широкий химическийдиапазон

Узкийхимическийдиапазон

> 90%

TraditionalGroup I

Synthetic (PAO) Group

IV

New TechnologyGroup II

© Chevron 2010 15

Процессы гидропереработки приводят к получению базовых масел более высокого качества

Индекс вязкости

Сера

Побочные продукты

Точка застывания

ПревращениеУдалениеПроцесс

Вариативность сырья

Базовое масло Группа IIIГруппа I

ГидропереработкаСелективная экстракция

© Chevron 2010 16

Более узкое распределение молекулярного веса в III группе положительно влияет на испаряемость и низкотемпературную текучесть

Повышение молекулярного веса

Группа I

Группа IIIВЛИЯНИЕна испаряемость

ВЛИЯНИЕна

низкотемпературную текучесть

© Chevron 2010 17

При такой же кинематической вязкости, базовые маслаIII группы обеспечивают улучшение прочности пленки при высоких температурах и низкотемпературной текучести

5.05.05.0100°C

261041807330-30°C

2.42.32.2150°C

Вязк.Вязк.Вязк.Темп. oC

130+(Группа III)

115(Группа II+)

95 (Группа I/II)

Индекс вязкости базового масла

Улучшение низкотемпературной текучести

Улучшение прочности пленки при высокойтемпературе

© Chevron 2010 18

Базовые масла III группы с низкой вязкостью имеют более низкие значения испаряемости по Noack для составления рецептур API SM с более низкой вязкостью SAE

4

8

12

16

20

24

28

32

2 3 4 5 6 7 Group IGroup IIIKV100°C

Испаряемость

Noa

ck

Предел испаряемости Noack API SM = 15%

Сни

жение

Noa

ck

© Chevron 2010 19

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6

5W-30 PCMO Constant DI/VM

окно 5W-30 Пример

Смесь марок4cSt: 51%6cSt: 49%

100% марка 4cSt

100% марка 6cSt

Noack превышает 15%

Базовые масла III группы позволяют соответствовать энергосберегающим требованиям рецептур SAE 5W-30

Группа I

Группа III

© Chevron 2010 20

Базовое масло III помогает пройти испытание на окислительную стабильность

80

130

180

230

280

330

380

0 20 40 60 80 100 120

K.V

isco

sity

@ 4

0C,%

Test Hrs

Viscosity Increase - Seq. IIIG

Не проходит

Проходит

Группа I

Группа III

© Chevron 2010 21

API SM / ILSAC GF-4 требует более низкой вязкости базового масла для прохождения испытаний в двигателе

Улучшение окислительной стабильности(Схема IIIG)

Повышение экономии топлива

(Схема VIB)

Снижение мин.содержания серы и фосфора

Снижение содержания серы

Повышение содержания насыщенных соединений

Снижение вязкости

Базов

ые масла

III групп

ы

Требования спецификации

Влияние на базовое масло

© Chevron 2010 22

Эксплуатационные характеристики Группы IIIпо сравнению с PAO, сопоставимая испаряемость по Noack

Эксплуатационные характеристики Группы IIIсопоставимы с характеристиками PAO при холодном запуске двигателя

Таким образом, сырьевые компоненты Группы III отлично подходят для разработки рецептур энергосберегающих, универсальных моторных масел категорий от 5W-20 до 10W-30.

Базовые масла Группы III так же эффективны, как и PAO для выполнения требований по низкой испаряемости Noack при их использовании в моторных маслах.

© Chevron 2010 23

Новая категория энергосберегающих масел ILSAC GF-4 введена в действие с середины 2004 г. и практически соответствует требованиям категории API SМ - имеет значительные преимущества по сравнению с маслами GF-3 по таким параметрам, как окисляемость, образование отложений, износ двигателя, что подразумевает более надежную защиту двигателя и увеличение его ресурса. Улучшенные показатели испаряемости позволяют снизить расход масла на угар и повысить чистоту выхлопов.

Основные отличия энергосберегающих масел по требованиям ILSAC:

- низкая вязкость - 2,6-2,9 мПа с при температуре 150°С и скорости сдвига 106 с-1;- малая летучесть (по Нок или ASTM); - хорошая фильтруемость при низких температурах (испытание "General Motors"); - низкая склонность к пенообразованию (испытание ASTM I-IV); - высокая стабильность к сдвигу (L-38 не менее 10 часов - shear stability); - обязательная экономия топлива (испытание ASTM, Sequence VIA); - малое содержание фосфора (для предотвращения засорения катализатора).

© Chevron 2010 24

© Chevron 2010 25

© Chevron 2010 26

© Chevron 2010 27

© Chevron 2010 28

© Chevron 2010 29

Номограмма для определения вязкости масла

© Chevron 2010 30

© Chevron 2010 31

© Chevron 2010 32

Нормативные требования ЕС, США и Японии по токсичности выбросов отработанных газов

© Chevron 2010 33

Бензин

Дизель

Кислород

вода

CO2

NOx

CO

Частицы

Азот

Кремний

Инертные газы

Идеальное сгорание

HC

Стандартное сгорание

© Chevron 2010 34

© Chevron 2010 35

Новые требования: экологичность

Установка на автомобилях систем дополнительной обработки выхлопных газов повлекла за собой усовершенствования в химическом составе моторных масел. После интенсивных исследований и испытаний на рынке появилось новое поколение моторных масел с пониженным содержанием золы, серы и фосфора. Это – так называемые масла Low SAPS (Low-Sulphated Ash, Phosphorus and Sulphur - низкое содержание сульфатной золы, серы и фосфора).

© Chevron 2010 36

Новые требования: экологичность

© Chevron 2010 37

© Chevron 2010 38

© Chevron 2010 39

© Chevron 2010 40

© Chevron 2010 41

© Chevron 2010 42

Маслопроизводители используют уже готовые композиции присадок – пакеты (additive package). Это пакеты строго определённого состава, предназначенные для масла конкретного назначения и класса качества. Пакеты присадок поставляются в виде концентрированного раствора присадок в масле (до 50% активных веществ). Такая композиция вводится в базовое масло и после перемешивания получается товарное масло, готовое к применению.

© Chevron 2010 43

© Chevron 2010 44

Заключение• Изопарафины с высоким индексом вязкости – идеальные компоненты базовых масел.

• Высокий индекс вязкости и низкая температура холодного запуска делают базовые масла III группы наилучшим вариантом для создания низковязкого масла, обеспечивающего экономию топлива.

• Высокое содержание насыщенных соединений в базовых маслах III группы обеспечивает улучшение окислительной стабильности

• Низкая испаряемость по Noack базовых масел III группы имеет большое значение для соответствия текущим и будущим спецификациям

• В производстве базовых масел имеется ясная тенденция в сторону получения сверхвысокоиндексных минеральных базовых масел.

Масе л.

© Chevron 2010 45

© Chevron 2010 46

© Chevron 2010 47

Сравнительная характеристика температурных условий применения моторных масел различной вязкости

© Chevron 2010 48

Пример выбора сезонных масел

© Chevron 2010 49

Высокотемпературные зоны в двигателеи их влияние на образование углеродистых отложений

© Chevron 2010 50

Предпочтения производителей из-за более высоких требований по экономии топлива

20W-50

10W-40

10W-305W-30

5W-200W-20Вя

зкость

SA

E

Группа I

Повышение качества базового масла

Группа III

5W-4015W-40

Группа IV

© Chevron 2010 51

© Chevron 2010 52

© Chevron 2010 53

© Chevron 2010 54

Изменения качественных требований по ACEA для дизельных масел от E6-08 до E9-08

© Chevron 2010 55

Изменения качественных требований по ACEA для дизельных масел от E7-08 до E9-08

© Chevron 2010 56

Сравнение качественных показателей по ACEA для дизельных масел от E4-08 до E9-08

© Chevron 2010 57

Сравнение качественных показателей по ACEA для универсальных масел от А1/В1-08 до С4-08

© Chevron 2010 58

Эволюция бензиновых спецификаций API от SG к SM

Значительные изменения характеристик:• Загущение масла• Контроль отложений на поршне• Износ клапанного механизма Контроль образования

осадка при низкой температуре

API SGAPI SJAPI SL

Загущение масла

Ржавчина

КоррозияИзнос клапанного механизма

Контроль отложений на поршне

Прочность на сдвиг

API SM

© Chevron 2010 59

Эволюция дизельных спецификаций API от CI-4 к CJ-4

Американский институт нефти принял решение о прекращении лицензирования масла для дизельных двигателей спецификации CG-4 с 31 августа 2009 года.

© Chevron 2010 60

© Chevron 2010 61

© Chevron 2010 62

© Chevron 2010 63

© Chevron 2010 64

© Chevron 2010 65

© Chevron 2010 66

Способность выдерживать масляный клин при высоких нагрузках и малых скоростях однозначно лучше у минеральных высоковязких масел. Именно этим объясняется широкое использование моногрейдовых масел SAE 30 иSAE 40 в высокомощных стационарных промышленных двигателях.

© Chevron 2010

Хронология развития современныхтребованияй к моторным маслам

3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2

API CJ ACEA E9ILSAC GF-5

2010200920082005 2006 2007

Low SAPS ACEAILSAC GF-4

API SM

Завершено

Выполняется

Сегодня

Ожидается

© Chevron 2010 68