Smeerolie

Achtergrond

Sinds de Romeinse tijd zijn veel vloeistoffen, waaronder water, gebruikt als smeermiddelen om de wrijving, hitte en slijtage tussen mechanische onderdelen die met elkaar in contact komen tot een minimum te beperken. Tegenwoordig is smeerolie, of smeerolie, het meest gebruikte smeermiddel vanwege het brede scala aan mogelijke toepassingen. De twee basiscategorieën smeerolie zijn mineraal en synthetisch. Minerale oliën worden geraffineerd uit natuurlijk voorkomende aardolie of ruwe olie. Synthetische oliën zijn vervaardigde polyalfa-olefinen, dit zijn op koolwaterstof gebaseerde polyglycolen of esteroliën.

Hoewel er veel soorten smeeroliën zijn om uit te kiezen, worden minerale oliën het meest gebruikt omdat ze door de levering van ruwe olie goedkoop zijn geworden; bovendien bestaat er al een grote hoeveelheid gegevens over hun eigenschappen en gebruik. Een ander voordeel van smeerolie op minerale basis is dat ze kunnen worden geproduceerd in een breed scala aan viscositeiten - viscositeit verwijst naar de weerstand van de stof tegen vloeien - voor diverse toepassingen. Ze variëren van oliën met een lage viscositeit, die bestaan ​​uit waterstof-koolstofketens met een molecuulgewicht van ongeveer 200 atomaire massa-eenheden (amu), tot zeer viskeuze smeermiddelen met een molecuulgewicht van wel 1000 amu. Oliën op minerale basis met verschillende viscositeiten kunnen zelfs met elkaar worden gemengd om hun prestaties in een bepaalde toepassing te verbeteren. De gebruikelijke 1OW-30 motorolie is bijvoorbeeld een mengsel van laagviskeuze olie (voor gemakkelijk starten bij lage temperaturen) en hoogviskeuze olie (voor betere motorbescherming bij normale bedrijfstemperaturen).

Voor het eerst gebruikt in de lucht- en ruimtevaartindustrie, worden synthetische smeermiddelen meestal geformuleerd voor een specifieke toepassing waarvoor minerale oliën niet geschikt zijn. Zo worden kunststoffen toegepast waar extreem hoge bedrijfstemperaturen voorkomen of waar de smeerolie brandwerend moet zijn. Dit artikel gaat over smeerolie op minerale basis.

Grondstoffen

Smeeroliën zijn slechts een van de vele fracties of componenten die kunnen worden afgeleid van ruwe aardolie, die uit een oliebron komt als een geel tot zwart, ontvlambaar, vloeibaar mengsel van duizenden koolwaterstoffen (organische verbindingen die alleen koolstof en waterstof bevatten). atomen, deze komen voor in alle fossiele brandstoffen). Aardolieafzettingen werden gevormd door de ontbinding van kleine planten en dieren die ongeveer 400 miljoen jaar geleden leefden. Als gevolg van klimatologische en geografische veranderingen die zich op dat moment in de geschiedenis van de aarde voordeden, varieerde de afbraak van deze organismen van regio tot regio.

Vanwege de verschillende snelheden waarmee organisch materiaal op verschillende plaatsen ontleedt, lopen de aard en het percentage van de resulterende koolwaterstoffen sterk uiteen. Dit geldt ook voor de fysische en chemische eigenschappen van de ruwe oliën die op verschillende locaties worden gewonnen. Terwijl bijvoorbeeld California-olie een soortelijk gewicht heeft van 0,92 gram/milliliter, heeft de lichtere Pennsylvania-ruwe olie een soortelijk gewicht van 0,81 gram/milliliter. (Specifieke zwaartekracht, die verwijst naar de verhouding van het gewicht van een stof tot dat van een gelijk volume water, is een belangrijk aspect van ruwe olie.) Over het algemeen varieert het soortelijk gewicht van ruwe olie tussen 0,80 en 0,97 gram/milliliter.

Afhankelijk van de toepassing kunnen chemicaliën, additieven genaamd, worden gemengd met de Smeerolie wordt geraffineerd uit ruwe olie. Na een zuiveringsproces te hebben ondergaan, wordt de ruwe olie verwarmd in enorme fractioneringstorens. De verschillende dampen - die kunnen worden gebruikt om onder andere brandstof, was of propaan te maken - koken af ​​en worden op verschillende punten in de toren verzameld. De smeerolie die wordt verzameld, wordt gefilterd en vervolgens worden er additieven bijgemengd. geraffineerde olie om de gewenste fysische eigenschappen te geven. Veelgebruikte additieven zijn metalen zoals lood of metaalsulfide, die het vermogen van smeerolie verbeteren om vreten en krassen te voorkomen wanneer metalen oppervlakken onder extreem hoge druk in contact komen. Polymeren met een hoog molecuulgewicht zijn een ander veelgebruikt additief:ze verbeteren de viscositeit en gaan de neiging van oliën om te verdunnen bij hoge temperaturen tegen. Nitrosomines worden gebruikt als antioxidanten en corrosieremmers omdat ze zuren neutraliseren en beschermende films vormen op metalen oppervlakken.

Het fabricageproces

Smeerolie wordt gewonnen uit ruwe olie, die een voorbereidend zuiveringsproces (sedimentatie) ondergaat voordat het in fractioneringstorens wordt gepompt. Een typische hoogrenderende fractioneertoren, met een diameter van 25 tot 35 voet (7,6 tot 10,6 meter) en tot 400 voet (122 meter) hoog, is gemaakt van hoogwaardig staal om weerstand te bieden aan de corrosieve verbindingen die aanwezig zijn in ruwe oliën; van binnen is hij voorzien van een oplopende serie condensopvangbakken. Binnen een toren worden de duizenden koolwaterstoffen in ruwe olie van elkaar gescheiden door een proces dat fractionele destillatie wordt genoemd. Terwijl de dampen door de toren opstijgen, koelen, condenseren de verschillende fracties en keren ze terug naar vloeibare vorm met verschillende snelheden die worden bepaald door hun respectieve kookpunten (hoe lager het kookpunt van de fractie, hoe hoger het stijgt voordat het condenseert). Aardgas bereikt eerst het kookpunt, gevolgd door benzine, kerosine, stookolie, smeermiddelen en teer.

Sedimentatie

• 1 De ruwe olie wordt per pijpleiding of tankschip van de oliebron naar de raffinaderij getransporteerd. Bij de raffinaderij ondergaat de olie sedimentatie om water en vaste verontreinigingen, zoals zand en steen, die erin kunnen zweven, te verwijderen. Tijdens dit proces wordt de ruwe olie in grote opslagtanks gepompt, waar het water en de olie worden gescheiden en de verontreinigingen uit de olie bezinken.

Fractioneren

• 2 Vervolgens wordt de ruwe olie verhit tot ongeveer 700 graden Fahrenheit (371 graden Celsius). Bij deze temperatuur valt het uiteen in een mengsel van hete damp en vloeistof dat vervolgens in de bodem van de eerste van twee fractioneringstorens wordt gepompt. Hier drijven de hete koolwaterstofdampen naar boven. Terwijl ze afkoelen, condenseren ze en worden ze verzameld in verschillende bakken die op verschillende niveaus in de toren zijn geïnstalleerd. In deze toren wordt continu normale atmosferische druk gehandhaafd en ongeveer 80 procent van de ruwe olie verdampt.
• 3 De resterende 20 procent van de olie wordt vervolgens opnieuw verwarmd en in een tweede toren gepompt, waarbij vacuümdruk het kookpunt van de resterende olie verlaagt, zodat deze bij een lagere temperatuur kan verdampen. De zwaardere verbindingen met hogere kookpunten, zoals teer en de anorganische verbindingen, blijven achter voor verdere verwerking.

Filteren en oplosmiddelextractie

• 4 Na verdere verwerking om ongewenste verbindingen te verwijderen, wordt de smeerolie die in de twee fractioneertorens is opgevangen, door verschillende ultrafijne filters geleid, die resterende onzuiverheden verwijderen. Aromaten, een van die verontreinigingen, bevatten ringen met zes koolstofatomen die de viscositeit van de smeerolie zouden beïnvloeden als ze niet werden verwijderd in een proces dat oplosmiddelextractie wordt genoemd. Oplosmiddelextractie is mogelijk omdat aromaten beter oplosbaar zijn in het oplosmiddel dan de smeeroliefractie. Wanneer de smeerolie wordt behandeld met het oplosmiddel, lossen de aromaten op; later, nadat het oplosmiddel is verwijderd, kunnen de aromaten daaruit worden teruggewonnen.

Additieven, inspectie en verpakking

• 5 Ten slotte wordt de olie gemengd met additieven om het de gewenste fysische eigenschappen te geven (zoals het vermogen om lage temperaturen te weerstaan). Op dit punt wordt de smeerolie onderworpen aan een verscheidenheid aan kwaliteitscontroletests die de viscositeit, het soortelijk gewicht, de kleur, de vlam en de brandpunten beoordelen. Olie die aan de kwaliteitsnormen voldoet, wordt vervolgens verpakt voor verkoop en distributie.

Kwaliteitscontrole

De meeste toepassingen van smeeroliën vereisen dat ze niet-harsachtig, lichtgekleurd, geurloos en oxidatiebestendig zijn. Meer dan een dozijn fysische en chemische tests worden gebruikt om de kwaliteit van smeeroliën te classificeren en te bepalen. Veel voorkomende fysieke tests omvatten metingen voor viscositeit, soortelijk gewicht en kleur, terwijl typische chemische tests die voor vlam- en brandpunten omvatten.

Van alle eigenschappen is viscositeit, de weerstand van een smeerolie tegen vloeien bij specifieke temperaturen en drukken, waarschijnlijk de belangrijkste. Het toepassings- en bedrijfstemperatuurbereik zijn belangrijke factoren bij het bepalen van de juiste viscositeit voor een olie. Als de olie bijvoorbeeld te stroperig is, biedt deze te veel weerstand tegen het tegen elkaar bewegen van de metalen delen. Aan de andere kant, als het niet stroperig genoeg is, wordt het tussen de pasvlakken uitgeperst en kan het niet voldoende worden gesmeerd. De Saybolt Standard Universal Viscometer is het standaardinstrument voor het bepalen van de viscositeit van petroleumsmeermiddelen tussen 70 en 210 graden Fahrenheit (21 en 99 graden Celsius). Viscositeit wordt gemeten in de Say bolt Universal second, dat is de tijd in seconden die 50 milliliter olie nodig heeft om bij een bepaalde temperatuur uit een Saybolt-viscosimeterbeker te vloeien door een gekalibreerde buisopening.

Het soortelijk gewicht van een olie hangt af van de raffinagemethode en de soorten aanwezige additieven, zoals lood, waardoor de smeerolie bestand is tegen extreme druk op het paringsoppervlak en koude temperaturen. De kleur van de smeerolie geeft de uniformiteit van een bepaalde kwaliteit of merk aan. De vlam- en vuurpunten van de olie variëren met de oorsprong van de ruwe olie. Het vlampunt is de temperatuur waarop een olie moet worden verwarmd totdat voldoende brandbare damp is verdreven zodat deze zal opvlammen wanneer deze in contact komt met een vlam. Het vuurpunt is de hogere temperatuur waarbij de oliedamp bij ontsteking blijft branden.

Gangbare motoroliën worden geclassificeerd op basis van viscositeit en prestatie volgens specificaties die zijn opgesteld door de Society of Automotive Engineers (SAE). Prestatiefactoren zijn onder meer slijtagepreventie, vorming van olieslib en olie-indikking.

De Toekomst

De toekomst van smeerolie op minerale basis is beperkt, omdat de natuurlijke voorraden aardolie zowel eindig als niet-hernieuwbaar zijn. Experts schatten de totale winbare lichte tot middelgrote petroleumreserves op 1,6 biljoen vaten, waarvan een derde is gebruikt. Oliën op synthetische basis zullen dus waarschijnlijk steeds belangrijker worden naarmate de natuurlijke reserves slinken. Dit geldt niet alleen voor smeerolie, maar ook voor de andere producten die het resultaat zijn van aardolieraffinage.