Базовые масла для производства моторных масел
В состав моторного масла входит основа (базовое масло) и присадки. Качество масла определяется химическим составом основы, а присадки служат для изменения свойств базового масла, и способны значительно улучшить моторное масло, несмотря на качество основы. Но в процессе использования масла длительное время основным показателем качества становится основа, поскольку присадки за это время меняют свои свойства. В этой публикации рассмотрим базовые масла для производства моторных масел.
Базовые масла для производства моторных масел могут быть трёх видов:
Если ориентироваться на Американский институт нефти (API), то можно сказать, что базовые масла имеют пять категорий.
Первая группа – основа, созданная при помощи депарафинизации и селективной очистки.
Вторая группа – основа, прошедшая гидро-обработку, за счёт чего уменьшено количество парафинов и ароматических соединений.
Третья группа – основа, полученная с помощью метода каталитического гидрокрекинга, таким образом, индекс вязкости был уменьшен.
Четвёртая группа – основа создана на полиальфаолефинах (ПАО), что даёт повышенную окислительную стабильность и увеличивает индекс вязкости.
Пятая группа – группа базовых масел для производства моторного масла, в чей список входят основы, не вошедшие в вышеперечисленные категории. Базовые масла на синтетической и натуральной основе.
Минеральная основа для производства моторных масел является продуктом перегонки нефти, и естественно, что ее качество и химический состав, прежде всего, зависят от тех же показателей нефти, и от того, какие технологии были использованы для ее очистки.
Улучшение качества базовых минеральных масел решается двумя способами.
Первый способ подразумевает частичную очистку базового масла для производства моторных масел от азота, кислот, смол, серы, и затем добавляются присадки. При таком методе получается базовое масло не очень высокого качества.
Во втором способе проводится полная очистка основы, и дополнительно производится модификация с использованием метода гидрокрекинга. Такой способ позволяет получить базовое масло высокого качества, которое можно использовать в условиях эксплуатации автомобиля на высоких скоростях, температурах и нагрузках.
В плане цены такое базовое масло для производства моторных масел ближе к минеральным основам, а качество приближено к синтетическим.
Гидрокрекинговое базовое масло больше походит на минеральную основу по методу, используемому для его получения. Получают его из нефти, и оно проходит обработку методом гидрокрекинга. Первичная обработка базового гидрокрекингового масла аналогична той, что применяется в случае изготовления минерального масла. Также происходит очистка от битумных веществ, азота и серы, ароматических полициклических соединений. При помощи депарафинизации происходит удаление парафинов. Далее проходит гидроочистка базового масла от ненасыщенных углеводородов. И после неё происходит более тщательная очистка с помощью гидрокрекинга, при котором совершается дополнительное удаление азотистых и серных соединений.
Этот процесс построен на использовании крекинга (разрыва) длинной молекулярной цепочки на более короткие. А затем происходит насыщение водородом (гидрирование) коротких молекул. Поэтому этот способ получил название «гидрокрекинг». Понятно, что гидрокрекинг — это процесс синтеза, при котором происходит создание абсолютно другого соединения из одного и того же исходного сырья – нефти.
Часто гидрокрекинг носит название НС – синтеза. При этом методе получения базового масла для производства моторных масел возникает снижение некоторых полезных свойств. Так, нафтеновые и жирные кислоты, смолы, удалённые в процессе изготовления, снижают его смазывающую способность. Ценность представляют и отдельные соединения азота и серы, поскольку они способны усилить анти-окислительные свойства масла. Поэтому подобная очистка базового масла способна не только улучшить качество масла, но и ухудшить его показатели по некоторым параметрам. Для того чтобы улучшить качество базового масла после глубокой очистки применяются присадки.
Можно сказать, что базовое масло для производства моторных масел, изготовленное с применением гидрокрекинга – это продукт переработки нефти, в процессе которого удаляются все вредные примеси, а недостающие свойства компенсируются за счёт внесения добавки в виде присадки. Поскольку удалить вредные примеси достаточно сложно, то в конечном результате, при использовании такого базового масла, возможность возникновения образования нагара и коррозии значительно больше, по сравнению с синтетическим маслом.
Гидрокрекинг представляет собой каталитический процесс с применением никеля, а для очистки синтетического базового масла для производства автомобильных моторных масел применяется углерод, и поэтому оно не содержит примесей никеля. Это масло схоже по своим свойствам с синтетическим базовым маслом, однако процесс старения происходит быстрее. Можно упомянуть и о таком свойстве масла, как замерзание, которое у синтетического масла проходит при более низкой температуре. Есть и преимущества перед синтетическим базовым маслом, заключающиеся в устойчивости к процессу окисления и повышенной вязкости, поэтому оно способно в лучшей степени защитить двигатель от износа.
Интересен тот факт, что большинство масел для двигателя автомобиля, изготовленных с помощью метода гидрокрекинга, считается синтетическими или полусинтетическими маслами. Подобной позиции придерживаются наиболее крупные мировые производители моторного масла. Гидрокрекинг используют — Shell (кроме 0W-40), BP (кроме Visco 7000), отчасти Fuchs, Esso, Mobil, Chevron, Castrol, а все виды масла от южно-корейской фирмы ZIC вообще изготовлены только с помощью этого метода.
Полусинтетические базовые масла представляют собой смесь синтетических масел и минеральных, причем содержание синтетического масла может составлять 20 – 40 %. Содержание синтетического базового масла в конечном продукте может быть каким угодно, поскольку определённых требований или каких-то норм, как таковых, не существует. Как впрочем, не существует никаких нормативов использования типов (смотрите выше группы масел 3,4) основы для получения полусинтетического масла.
Полусинтетические масла по своей технической характеристике являются чем-то средним между синтетическим и минеральным маслом, соответственно, по своим показателям качества они уступают синтетическим базовым маслам и превосходят минеральные масла. Стоимость этих масел значительно ниже, чем синтетических.
Если рассматривать технические свойства тех или иных базовых масел для производства моторных масел, то стоит упомянуть и синтетическое масло. Основным его достоинством можно считать выигрышное соотношение температурного режима застывания масла и его вязкости.
Первое, на что следует обратить внимание, это то, что синтетическое масло застывает при температуре воздуха минус 50-60 градусов, и одновременно обладает повышенной вязкостью, что является существенным плюсом в зимних условиях использования автомобиля.
Второй важный фактор – это устойчивость при повышенном тепловом режиме. Это значит, что оно имеет повышенную вязкость (в сравнении с полусинтетическим маслом и минеральным) при рабочих температурах начиная от 100 градусов и выше. Поэтому, разделяющая поверхности трения масляная плёнка остается неповреждённой при условии работы в повышенном тепловом режиме.
Помимо этих положительных качеств, есть и другие, например, повышенная стойкость к деформации сдвига. Существенным достоинством можно считать устойчивость к термо-окислению. Это говорит о том, что во время эксплуатации автомобиля с использованием этого масла образование лака и нагара сведено к минимуму. Преимуществом в сравнении с минеральным маслом можно считать маленький расход на угар и меньшую испаряемость.
Бесспорным преимуществом является минимальное содержание сгущающих добавок — присадок. Некоторые виды синтетических масел вовсе не содержат таких присадок. По этому показателю можно считать масло особо стойким, поскольку присадки разрушаются первыми. Поскольку синтетическое масло обладает большим ресурсом, то его стоимость превышает в 3-5 раз стоимость минерального масла.
Для производства синтетического моторного масла, в качестве основы берут или эстеры, или полиальфаолефины (ПАО), а иногда используют их смесь. ПАО получают путём соединения коротких углеводородных цепочек. Для этого используют этилен и бутилен. Эстеры – это сложные эфиры. Их получают, когда карбоновые кислоты нейтрализуют с помощью спирта.
Для производства автомобильных моторных масел можно использовать растительное масло, например, кокосовое или рапсовое. Наибольшими достоинствами их всех основ обладают эстеры. Интересное свойство – молекулы у эстеров обладают полярностью, а это значит, что являясь частицами заряженными, они притягиваются к металлу. Второе интересное свойство в том, что вязкость эстеров возможно корректировать, когда изготавливается базовое масло, здесь всё зависит от того, какой будет использован спирт. Повышенная вязкость получается, если в изготовлении применяются тяжелые спирты. При производстве эстеров можно не применять присадок для сгущения, что очень хорошо, ведь они выгорают и масло приходит быстрее в негодность. Эстеры представляют собой продукты экологически чистые, что немаловажно.
К сожалению, стоимость эстеров пока слишком велика, чтобы авто-владелец с любым доходом мог их купить. Эстеры стоят значительно дороже минеральных базовых масел, а точнее в 5 – 10 раз. Вследствие высокой стоимости, их добавляют в количестве 3-5%, и то, как правило, в самые качественные и, соответственно, дорогие моторные масла.
Характеристики масла эксплуатационные, условные (по возрастанию качества), в %
(базовое минеральное масло принято считать за 100 %):
Минеральное масло простое — 100 %;
Гидрокрекинговое масло, (улучшенное минеральное)- 200 %;(Shell (кроме 0W-40), BP (кроме Visco 7000), отчасти Fuchs, Esso, Mobil, Chevron, Castrol, а все виды масла от южно-корейской фирмы ZIC вообще изготовлены только с помощью этого метода.)
Синтетическое масло, (полиальфаолефиновое)- 300 %; (ADDINOL)
Базовые масла «Наше ВСЁ»
Всегда интересовал вопрос различия между группами масел их принадлежности и применимости согласно свойствам. Что такое «базовое масло» и с чем его «едят». Решил разобраться сам и возможно кому-то помочь тоже.
Практически все смазочные материалы (масла и смазки) состоят из масляной или маслоподобной основы (базового масла) и присадок, которые улучшающих природные характеристики основы и/или придают ей новые свойства и особенности. При этом количество присадок меняется от долей % в турбинных маслах до 25-30 % в моторных.
Присадки присадками, однако основные эксплуатационные характеристики полученного смазочного материала будут весьма сильно зависеть от характеристик базового масла.
На сегодняшний день действует международная классификация американского института нефти (API) по которой все производимые базовые масла делятся на 5 групп в зависимости от происхождения, количества в них ненасыщенных углеводородов, серы и присущего им индекса вязкости.
Базовые масла API Группы I в обиходе называются «минеральными» и получаются на нефтеперегонных заводах из сырой нефти. Процесс их производства начинается с атмосферной дистилляции (отгонки) светлых топлив — бензинов, керосина, лигроина и дизельного топлива. Остаток — мазут — дальнейшей разгонке при атмосферном давлении не подлежит. Однако при пониженном давлении (при разряжении) из него отгоняются различные по вязкости фракции, которые и называются в дальнейшем «базовым маслом API Группы I».
Химический состав этого продукта очень разнообразный. В него входят углеводороды с различной длиной углеродной цепи, циклические и ароматические (содержащие бензольное кольцо) углеводороды различной степени насыщения, вещества содержащие азот и серу, и прочие примеси. Конечно же, после отгонки эти масляные фракции подвергаются различным процессам очистки (экстракции растворителями, глинами и т.п.). Все эти очистки из соображений экономии не дают полного эффекта, к тому же понижают общий выход базового масла. Базовые масла Группы I обычно имеют окраску от светло-желтой до темно-коричневой и характерный запах нефтепродуктов. Они имеют самое низкое содержание насыщенных веществ, самое высокое содержание серы и относительно низкий индекс вязкости.
Из-за очень высокой разнородности молекулярного состав, эти масла имеют низкую окислительную стабильность, высокую испаряемость, относительно высокую температуру потери текучести.
Из-за простоты производства и высокой доступности (их производят практически во всех регионах мира) это самые дешевые масла, на основе которых в настоящий момент производится до 70% общего объема смазочных материалов.
Базовые масла по спецификации API
Но многих производителей оборудования и смазочных материалов эксплуатационные характеристики минеральных базовых масел и получаемых из них минеральных смазочных материалов уже перестают удовлетворять. Главным образом их не устраивают низкая окислительная стабильность и относительно высокие температуры замерзания. Низкая окислительная стабильность отражается на короткой жизни финишных минеральных масел и смазок. Высокие температуры потери текучести (замерзания) и относительно низкий индекс вязкости сужают температурный интервал их применения. Наличие легких фракций в базовом масле объясняют высокий их «угар» при эксплуатации.
Низкая окислительная стабильность минеральных смазочных материалов в процессе службы выливается в их быстрое потемнение, повышение вязкости, в образовании шламов, лаков и нагаров на деталях смазываемого оборудования, что конечно же не способствует продолжительной жизни этих деталей. Высокие температуры замерзания ограничивают климатические зоны их применимости, вызывая необходимость сезонных замен. Высокий «угар» — дополнительный расход смазочных материалов.
Для уменьшения таких отрицательных черт нефтехимики начали производить базовые масла API Группы II, которые чаще всего называют «гидрокрекинговыми или гидрообработанными».
Как видно из названий, процесс заключается в обработке минерального базового масла Группы I водородом при высоких температурах и в присутствие катализаторов. В этих условиях водород присоединяется по ненасыщенным связям углеводородов, «раскрывает» циклические и ароматические цепи. С легкими углеводородами, с соединениями серы и азота, водород образует газообразные продукты, удаляемые из сферы реакции. Длинные молекулы линейных углеводородов (парафинов) разрушаются (крекинг), превращаясь в более короткие молекулы. В результате такой обработки на выходе получаются практически не содержащие серы бесцветные масла, обладающие более высокой степенью насыщенности (а значит и более высокой окислительной стабильностью) и низкой температурой замерзания благодаря меньшему содержанию парафинов. Однако масла Группы II продолжают обладать относительно низким индексом вязкости, сужающим интервал рабочих температур финишных смазочных материалов, произведенных на их основе.
Гидрокрекинговые базовые масла в основном производятся в северной Америке и Южной Корее. Однако спрос на них растет, и многие нефтяные компании (в частности Российские) интенсивно модернизируют старые и строят новые установки для производства базовых масел Группы II. Стоимость этих масел и, соответственно, финишных смазочных материалов на их основе в 1.5-1.8 раз выше, чем минеральных.
Требования к финишным смазочным материалам с широким температурным диапазоном использования побудили нефтехимиков производить базовые масла с высоким индексом вязкости. Это достигается опять же при помощи водорода, который в определенных условиях переводит линейные цепочки парафинов в разветвленные.
Процесс называется гидроизомеризация. Присутствие таких изомеризованных парафинов повышает индекс вязкости базового масла, но дополнительная операция поднимает стоимость полученных «нетрадиционных» базовых масел API Группы III в 2.3-2.8 раз над минеральными. Но получаемые базовые масла и финишные смазочные материалы на их основе еще более химически стабильны, еще меньше «угорают» и обладают прекрасными низкотемпературными характеристиками и высоким индексом вязкости.
Желание отказаться от нефти, как источника производства смазочных материалов, побудили химиков заняться строительством углеводородных молекул необходимого размера (в химии их называют поли-альфа-олефинами) для производства синтетических ПАО базовых масел API Группы IV.
Расшифровка маркировки моторных масел
Без неё никуда.
Базовый вопрос: основное и самое важное о группах базовых масел и их роли в составе автомобильных смазок. ЧАСТЬ 1
Многие, кто читают нас здесь, конечно же, имеют представление о том, что такое базовые масла. Кто-то знает о них в общих чертах, а кто-то успел изучить вопрос довольно глубоко. Так вот, данный материал адресован, скорее, тем читателям, у которых ещё остались вопросы по теме и нет целостного понимания, что представляет собой база для смазочного материала и от чего же, в конечном счёте, зависит качество готового масла.
А разбираться в вопросе следует хотя бы затем, чтобы понимать, за что именно мы платим, покупая автомобильное масло: за реальную ценность состава – или за выдающийся маркетинг. Ведь часто то, что маркетологи нам преподносят как некое безусловное преимущество — отдельно взятому автомобилю вовсе и не нужно. Немного погрузимся в «матчасть», чтобы понять, о чем речь.
Группы базовых масел по API
Начнём с того, что базовое масло в составе готового моторного масла занимает порядка 80%. Всё остальное – это присадки, т.е. химические добавки, позволяющие в ту или иную сторону корректировать свойства, уже имеющиеся у базы.
Получают базовые масла двумя основными способами:
• путем перегонки нефти и очистки получившихся нефтепродуктов при помощи реагентов;
• путем химического синтеза из нефти, природного газа или же органических кислот.
По этому признаку все базы делят на минеральные и синтетические – имея в виду, в первую очередь, сам способ получения, а не источник.
Что же касается свойств и характеристик, имеющих значение непосредственно при эксплуатации смазки, то Американский институт нефти (API) делит все существующие на сегодняшний день базовые масла на пять групп. Посмотрим, в чём их особенности.
I группа: масла грубой очистки
Это минеральные масла, получаемые путем растворения нефтепродуктов, оставшихся после производства бензина (или другого горючего). Такой себе «натурпродукт» с высоким содержанием примесей (более 0,03% серы) и как смазка довольно-таки ненадежный, поскольку имеет низкий индекс вязкости. Иными словами, нормально работает такое масло в очень узком диапазоне температур, и при небольшом «минусе» может просто замёрзнуть. Кроме того, считается неэкологичным.
Значит ли это, что базы I группы – плохие? Вовсе нет. Да, технология их получения дешёвая, если сравнивать с более высокими группами. И да, как основу для автомобильных смазок их сегодня никто не применяет. В то же время, «минералку» активно и повсеместно используют для создания индустриальных масел и смазок. Например, для некоторых продуктов индустриальной линейки HYUNDAI XTeer: машинных, редукторных, турбинных и других масел и смазок, находящих применение в самых разных областях человеческой деятельности.
II группа: чистые масла
А вот это уже масла высокой степени очистки. Для их получения применяют многоступенчатый и сложный процесс – гидрокрекинг, когда «грязное» масло под высоким давлением обрабатывают водородом, чтобы максимально убрать из него все примеси. В результате получается прозрачная жидкость с низким содержанием серы (менее 0,03%), но и по-прежнему с низким индексом вязкости – не намного выше, чем у масел I группы.
Используются ли такие базовые масла для производства современных моторных масел? Да, конечно же, используются, но, как правило, в смеси с маслами более продвинутых групп, у которых индекс вязкости существенно выше. Чаще всего встречается микс баз II и III групп в разных соотношениях. Таким образом производители добиваются сразу двух целей: с одной стороны, придают готовой смазке требующиеся по замыслу свойства, а с другой – экономят на стоимости состава, тем самым снижая цену готового продукта для потребителей.
Прекрасный пример того, как на смеси III и II групп можно создать продукт, отвечающий самым высоким требованиям к современным автомаслам, — моторное масло для бензиновых двигателей HYUNDAI XTeer G700.
III группа: чистые масла с улучшенными свойствами
Масла этой группы также получают путём гидрокрекинга, но настолько глубокого, что в процессе меняется сама структура молекул углеводорода (из которых, как мы знаем из школьного курса органической химии, и состоит нефть). За счёт такого изменения на молекулярном уровне увеличивается индекс вязкости получающегося в итоге масла, что больше всего и ценится в базах III группы и даёт основание считать их полностью синтетическими.
Это самая распространённая на сегодняшний день группа базовых масел для автомобильных смазок. Используют её и известные на весь мир смазочные бренды, и производители OEM-масел (т.н. оригинальных, выпускающихся под брендами автопроизводителей), и производители с именами поскромнее.
Так, на чистой третьей группе созданы, например, линейки масел для бензиновых двигателей Ultra Efficiency и Ultra Protection бренда HYUNDAI XTeer. Они соответствуют самым строгим современным требованиям в своей категории по классификации API и имеют соответствующий новейший допуск – API SP. Это говорит о том, что по характеристикам и свойствам масла HYUNDAI XTeer не хуже, а местами и превосходят более именитые аналоги, имеющие такой же допуск (а то и ниже), но ощутимо более высокую цену.
III+ группа: масла из природного газа
API не выделяет эти масла в отдельную группу, но мы всё-таки выделим. Получают их путем всё того же гидрокрекинга — но не из нефти, а из сжиженного природного газа. Технология называется GTL (gas-to-liquids), то есть преобразование газа в жидкие углеводороды. В результате получается очень чистое, похожее на воду, базовое масло, которое к тому же очень устойчиво к воздействию агрессивных условий. Автомобильные масла, созданные на такой базе, также считаются полностью синтетическими. По своим качествам они близки к маслам на базе ПAO и полиэфиров, о которых речь пойдёт чуть ниже. Не зря GTL масла применяются, в первую очередь, для создания моторных масел премиального сегмента.
Но надо отметить, что с точки зрения экономики процесса GTL-синтетика выходит не сильно дороже нефтяных гидрокрекинговых масел и намного дешевле, чем синтетические базовые масла на основе ПАО и, тем более, еще более дорогие эстеры. Так что готовые моторные масла на GTL-базе, как бы нам их ни рекламировали, по определению не могут стоить столько же или даже больше, чем масла с использованием баз IV или V групп.
На этом пока сделаем паузу и вернёмся к вам чуть позже со второй частью статьи, в которой объясним, чем так хороши базовые масла, которые Американский институт нефти выделил в две высшие группы!
Базовое масло
Калькулятор расчета нормы расхода масла в двигателе
Расчет расхода масла двигателем. Онлайн калькулятор нормы угара масла на 100л и 1000 км
Базовые масла для моторных масел служат их основой, к которой производители добавляют необходимые присадки для придания им нужных свойств и характеристик. Поэтому базовые автомобильные масла можно рассматривать как некий «фундамент», на котором в дальнейшем основываются все характеристики моторных масел.
Базовые масла подразделяются на пять групп, отличающихся между собой по химическому составу, а значит, и свойствам. От этого зависит, каким будет итоговое моторное масло, продающееся на полках магазинов. А самое интересное, так это тот факт что их производством, как и самих присадок, занимаются лишь 15 мировых нефтяных компаний, в то время, как марок итогового масла намного больше. И тут наверняка у многих возник логический вопрос: в чем тогда отличие масел и какое является лучшим? Но для начала имеет смысл разобраться с классификацией этих составов.
Группы базовых масел
Классификация базовых масел подразумевает деление их на пять групп. Это прописано в стандарте API 1509, приложение E.
Таблица классификации базовых масел по API
| Группа базового масла | Содержание серы, % | Содержание предельных углеводородов, % | Индекс вязкости |
|---|---|---|---|
| Группа I | >0,03 | 120 | |
| Группа IV | Поли-альфа-олефины | ||
| Группа V | Другие, не вошедшие в группы I-IV (сложные спирты и эфиры) | ||
Масла 1 группы
Эти составы получаются путем очистки нефтепродуктов, оставшихся после получения бензина или других ГСМ с помощью химических реагентов (растворителей). Еще их называют маслами грубой очистки. Существенным недостатком таких масел является наличие в них большого количества серы, более 0,03%. Что касается характеристик, то такие составы обладают слабыми показателями индекса вязкости (то есть, вязкость очень зависит от температуры и может нормально работать лишь в узком температурном диапазоне). В настоящее время 1 группа базовых масел считается устаревшей и из них производится лишь минеральное моторное масло. Индекс вязкости таких базовых масел составляет 80…120. А температурный диапазон — 0°С…+65°С. Единственное их преимущество — низкая цена.
Масла 2 группы
Базовые масла 2 группы получаются в результате выполнения химического процесса под названием гидрокрекинг. Другое их название — масла высокой степени очистки. Это также очищение нефтепродуктов, однако с использованием водорода и под высоким давлением (на самом деле процесс многоступенчатый и сложный). В результате получается почти прозрачная жидкость, которая и является базовым маслом. Содержание серы в нем менее 0,03%, и они обладают антиокислительными свойствами. Благодаря своей чистоте срок службы полученного на его основе моторного масла значительно увеличивается, а отложения и нагар в двигателе уменьшаются. На основе гидрокрекингового базового масла делают так называемую «НС-синтетику», которую некоторые специалисты относят к полусинтетике. Индекс вязкости в данном случае также находится в диапазоне от 80 до 120. Эту группу называют английской аббревиатурой HVI (High Viscosity Index), что дословно переводится как высокий индекс вязкости.
Масла 3 группы
Эти масла получаются аналогичным образом, как и предыдущие, из нефтепродуктов. Однако особенностями 3 группы является увеличенный индекс вязкости, его значение превышает 120. Чем выше этот показатель — тем в более широком температурном диапазоне может работать полученное моторное масло, в частности, в сильный мороз. Зачастую на основе базовых масел 3 группы делают синтетические моторные масла. Содержание серы здесь менее 0,03%, а сам состав состоит на 90% из химически стабильных, насыщенных водородом, молекул. Другое его название — синтетика, однако по факту ею не является. Название группы иногда звучит как VHVI (Very High Viscosity Index), что переводится как очень высокий индекс вязкости.
Иногда отдельно выделяют группу 3+, базу для которой получают не из нефти, а из природного газа. Технология ее создания называется GTL (gas-to-liquids), то есть превращение газа в жидкие углеводороды. В результате получается очень чистое, похожее на воду, базовое масло. Его молекулы обладают прочными связями, устойчивыми к воздействию агрессивных условий. Масла, созданные на такой базе считаются полностью синтетическими, несмотря на то, что в процессе их создания используется гидрокрекинг.
Сырьевые компоненты 3-й группы отлично подходят для разработки рецептур топливосберегающих, синтетических, универсальных моторных масел в диапазоне от 5W-20 до 10W-40.
Масла 4 группы
Эти масла создаются на основе полиальфаолефинов, и являются основой для так называемой «настоящей синтетики», которая отличается своим высоким качеством. Это так называемые базовое полиальфаолефиновое масло. Производится оно с помощью химического синтеза. Однако особенностью моторных масел, полученных на такой базе, является их высокая стоимость, поэтому они используются зачастую лишь в спортивных машинах и в машинах премиум-класса.
Масла 5 группы
Существует отдельные типы базовых масел, куда входят все другие составы, не вошедшие в перечисленные выше четыре группы (грубо говоря, сюда входят все смазывающие составы, даже не относящиеся к автомобильной технике, которые не вошли в первые четыре). В частности, силикон, фосфатный эфир, полиалкиленгликоль (PAG), полиэфиры, биосмазки, вазелиновые и белые масла и так далее. Они, по сути, являются добавками к другим составам. Например, эфиры служат добавками к базовому маслу для улучшения его эксплуатационных свойств. Так, смесь эфирного масла и полиальфаолефинов нормально работает при высоких температурах, обеспечивая тем самым повышенную моющую способность масла и увеличивая срок его эксплуатации. Другое название таких составов — эфирные масла. Они в настоящее время являются самыми качественными и обладающими самыми высокими характеристиками. К ним относятся эстеровые масла, которые однако производятся в очень малых количествах из-за своей дороговизны (около 3% мирового объема производства).
Таким образом, характеристики базовых масел зависят от способа их получения. А это, в свою очередь, влияет на качество и характеристики уже готовых моторных масел, использующихся в автомобильных двигателях. Еще на масла, полученные из нефти, влияет ее химический состав. Ведь он зависит от того, где (в каком регионе на планете) и каким образом была добыта нефть.
Какие базовые масла лучшие
Испаряемость базовых масел по Noack
Устойчивость к окислению
Вопрос о том, какие базовые масла являются лучшими не совсем корректный, поскольку все зависит от того, какое масло нужно получить и использовать в итоге. Для большинства бюджетных машин вполне подходит “полусинтетика”, созданная на основе смешения масел 2, 3 и 4 групп. Если же речь о хорошей “синтетике” для дорогих иномарок премиум-класса, то лучше покупать масло на основе базы 4 группы.
До 2006 года производителям моторных масел можно было называть «синтетическими» масла, полученные на основе четвертой и пятой групп. Которые считаются лучшими базовыми маслами. Однако в настоящее время разрешается это делать даже в случае, если использовалось базовое масло второй или третьей группы. То есть, «минеральными» остались лишь составы на основе первой базовой группы.
Что получается при смешивании видов
Допускается смешение отдельных базовых масел, относящихся к разным группам. Так можно регулировать характеристики итоговых составов. Например, если смешать базовые масла 3 или 4 группы с аналогичными составами из 2 группы, то получится «полусинтетика» с повышенными эксплуатационными характеристиками. Если же упомянутые масла смешать с 1 группой, то получится также «полусинтетика», однако с уже более низкими характеристиками, в частности, высоким содержанием серы или другими примесями (зависит от конкретного состава). Интересно, что масла пятой группы в чистом виде не используют в качестве базы. К ним добавляют составы из третьей и/или четвертой групп. Связано это с их большой испаряемостью и дороговизной.
Отличительной особенностью масел на основе ПАО, является то, что невозможно сделать 100% ПАО состав. Причина заключается в их очень плохой растворяемости. А она нужна для растворения присадок, которые добавляются в процессе изготовления. Поэтому всегда к ПАО-маслам добавляется некоторое количество средств из более низких групп (третьей и/или четвертой).
Строение молекулярных связей у масел, относящихся к разным группам, отличается. Так, у низких групп (первая, вторая, то есть, минеральные масла) молекулярные цепи похожи на разветвленную крону дерева с кучей «кривых» ветвей. Такой форме проще свернуться в шарик, что и происходит при замерзании. Соответственно, замерзать такие масла будут при более высокой температуре. И наоборот, у масел высоких групп углеводородные цепочки имеют длинную прямую структуру, и им сложнее «свернуться». Поэтому они и замерзают при более низких температурах.
Производство и получение базовых масел
При производстве современных базовых масел можно независимо управлять коэффициентом вязкости, температурой предела текучести, испаряемостью и устойчивостью к окислению. Как указывалось выше, базовые масла производят из нефти или нефтепродуктов (например, мазута), а также есть производство и из природного газа методом конверсии в жидкие углеводороды.
Как производится базовое моторное масло
Нефть сама по себе — сложное химическое соединение, в состав которого входят насыщенные парафины и нафтены, ненасыщенные ароматические олефины и так далее. Каждое такое соединение обладает положительными и отрицательными свойствами.
В частности, парафины обладают хорошей стабильностью к окислению, однако при низких температурах она сводится «на нет». Нафтеновые кислоты при высокой температуре образуют в масле осадок. Ароматические углеводороды отрицательно влияют на окислительную стабильность, а также смазывающую способность. Кроме этого, они образуют лаковые отложения.
Непредельные углеводороды являются неустойчивыми, то есть, они меняют свои свойства со временем и при разной температуре. Поэтому от всех перечисленных веществ в базовых маслах нужно избавляться. И делается это разными способами.
| Название вещества | Индекс вязкости | Поведение при низкой температуре | Стойкость к окислению |
|---|---|---|---|
| Н-парафин | Очень высокий, более 175 | Плохое | Хорошая |
| Циклопарафины с одним кольцом и длинными цепями | Хороший, около 130 | Среднее | Средняя |
| Поликонденсированные нафтены | Низкий, около 60 | Среднее | Средняя |
| Моноароматические соединения с длинными цепями | Низкий, около 60 | Среднее | Средняя |
| Полиароматические соединения | Очень низкий, близкий к нулю | Хорошее | Очень плохая |
| Изопарафины с сильно разветвленными цепями (ПАО) | Хороший, более 130 | Отличное | Отличная |
Метан — природный газ которые не имеет ни цвета ни запаха, это простейший углеводород состоящий из алканов и парафинов. Алканы которые являются основой этого газа в отличии от нефтенов имеют прочные молекулярные связи, и как следствие устойчивость к реакциям с серой и щелочью, не образовывать осадков и лаковых отложений, но поддаются окислению при 200°C.
Основная трудность состоит именно в синтезировании жидких углеводородов, но конечным процессом так само является гидрокрекинг, где происходит разделение длинных цепей углеводородов на разные фракции, одной из которых и является абсолютно прозрачное базовое масло без сульфатной золы. Чистота масла составляет 99,5%.
Коэффициента вязкости значительно выше, чем произведенные из PAO, их используют для изготовления топливосберегающих автомобильных масел с большим сроком эксплуатации. Такое масло обладает очень низкой летучестью и отличной стабильностью как при сильно высоких, так и при крайне низких температурах
Производство базового масла
Рассмотрим детальнее масла каждой перечисленной выше группы как они отличаются по технологии своего производства.
Группа 1. Их получают из чистой нефти или других нефтесодержащих материалов (часто продуктов отхода при изготовлении бензина и других ГСМ) путем селективной очистки. Для этого применяют одно из трех элементов — глину, серную кислоту и растворители.
Так, с помощью глины избавляются от азотных и серных соединений. Серная кислота в соединении с примесями обеспечивает осадок шлама. А растворители удаляют парафин и ароматические соединения. Чаще всего пользуются растворителями, поскольку это наиболее эффективно.
Группа 2. Тут технология аналогичная, однако она дополняется высокорафинированной очисткой элементами с низким содержанием ароматических соединений и парафинов. Благодаря этому повышается окислительная стабильность.
Группа 3. Базовые масла третьей группы на начальном этапе получают как и масла второй. Однако их особенностью является процесс гидрокрекинга. При этом нефтяные углеводороды подвергаются гидрированию и крекированию.
В процессе гидрирования из состава масла удаляются ароматические углеводороды (они впоследствии образуют налет лака и нагар в двигателе). Также при этом удаляются сера, азот и их химические соединения. Далее проходит этап каталитического крекинга, при котором расщепляются и «распушаются» парафиновые углеводороды, то есть, происходит процесс изомеризации. Благодаря этому получаются молекулярные связи линейного вида. Оставшиеся в масле вредные соединения серы, азота и другие элементы нейтрализуются с помощью добавления присадок.
Группа 3+. Такие базовые масла производятся так само методом гидрокрекинга, только сырье, которое поддается разделению, не сырая нефть, а жидкие углеводороды синтезированные из природного газа. Газ поддают синтезированию для получения жидких углеводородов по технологии Фишера — Тропша разработанной еще в 1920-х годах, но при этом используя специальный катализатор. Производство необходимого продукта началась лишь с конца 2011 года на заводе Pearl GTL Shell совместно с Qatar Petroleum.
Получение такого базового масла начинается с подачи в установку газа и кислорода. Затем начинается этап газификации с производством синтез-газа, представляющего собой смесь монооксида углерода и водорода. Потом происходит синтезирование жидких углеводородов. И уже дальнейшим процессом в цепи GTL является гидрокрекинг получившейся прозрачной воскообразной массы.
Благодаря процессу газожидкостной конверсии получается кристально чистое базовое масло, которое практически не содержит примесей, характерных для сырой нефти. Самым главным представителем таких масел, выполненных по технологии PurePlus, является моторное масло Shell Helix Ultra, Pennzoil Ultra и Platinum Full Synthetic.
Группа 4. Роль синтетической базы для подобных составов играют упомянутые уже полиальфаолефины (ПАО). Они представляют собой углеводороды с длиной цепочки около 10. 12 атомов. Их получают путем полимеризации (соединения) так называемых мономеров (коротких углеводородов длиной 5. 6 атомов. А сырьем для этого служат нефтяные газы бутилен и этилен (другое название длинных молекул — децены). Процесс этот напоминает “сшивание” на специальных химических машинах. Состоит он из нескольких этапов.
На первом из них олигомеризация децена с тем, чтобы получить линейный альфаолефин. Процесс олигомеризации происходит в присутствии катализаторов, высокой температуры и высокого давления. Второй этап представляет собой полимеризацию линейных альфаолефинов, результатом чего и являются искомые ПАО. Указанный процесс полимеризации происходит при низком давлении и в присутствии металлоорганических катализаторов. На финальном этапе производится фракционная разгонка на ПАО-2, ПАО-4, ПАО-6 и так далее. Для обеспечения необходимых характеристик базового моторного масла выбираются соответствующие фракции и полиальфаолефины.
Группа 5. Что касается пятой группы, то такие масла основаны на эстерах — сложных эфирах или жирных кислотах, то есть, соединений органических кислот. Эти соединения образуются в результате химических реакций между кислотами (обычно карбоновыми) и спиртами. Сырьем для их производства служат органические материалы — растительные масла (кокосовое, рапсовое). Также иногда масла пятой группы изготавливают из алкилированных нафталинов. Их получают алкилированием нафталинов олефинами.
Как видите, технология изготовления от группы к группе усложняется, а значит, и становится дороже. Именно поэтому минеральные масла имеют низкую цену, а ПАО-синтетические — дорого. Однако при выборе моторного масла нужно учитывать много разных характеристик, а не только цену и тип масла.
Интересно, что масла, относящиеся к пятой группе, имеют в своем составе поляризованные частицы, которые магнитятся к металлическим частям двигателя. Этим они обеспечивают самую лучшую защиту по сравнению с другими маслами. Кроме этого, они обладают очень хорошими моющими способностями, благодаря чему количество моющих присадок сводится к минимуму (или попросту исключается).
Современные технологии позволяют создавать полностью биологически разлагаемые эстеровые масла, поскольку упомянутые эстеры — экологически чистые продукты и легко разлагаются. Поэтому такие масла являются экологически чистыми. Однако из-за своей высокой стоимости автолюбители еще не скоро смогут пользоваться ими повсеместно.
Производители базовых масел
Готовое моторное масло — это смесь базового масла и пакета присадок. Причем интересно, что в мире существует всего 5 компаний, производящие эти самые присадки — это Lubrizol, Ethyl, Infineum, Afton и Chevron. Все известные и не очень компании, занимающиеся выпуском собственных смазочных жидкостей, покупают присадки у них. Со временем их состав меняется, модифицируется, компании проводят исследования в химических областях, и стараются не только повысить эксплуатационные характеристики масел, но и сделать их более экологичными.
Что касается производителей базовых масел, то их на самом деле не так много, и в основном это крупные, известные на весь мир, компании, такие как ExonMobil, занимающая первое место в мире по этому показателю (около 50% мирового объема базового масла четвертой группы, а также большая доля в 2,3 и 5 группах). Кроме нее в мире существует еще такие же большие со своим исследовательским центром. Причем их производство разделяется по вышеупомянутым пяти группам. Например, такие «киты», как ExxonMobil, Castrol и Shell не производят базовые масла первой группы, поскольку им это «не по чину».