Старение минеральных масел
Нефтяные (минеральные) масла – это смеси высококипящих углеводородов (Ткип=300-600 °С), главным образом, алкилнафтеновых и алкилароматических, получаемых переработкой нефти.
Минеральные масла содержат адгезионные, антиокислительные, антипенные, противоизносные, антифрикционные присадки, деактиваторы, красители, одоранты, деэмульгаторы, диспергенты. Дисперсантами, в основном, являются соли алкилсалициловых кислот, имиды янтарной кислоты [2].
Во время работы в двигателях и аппаратах масла обводняются. Вода проникает в масло из окружающего воздуха, из продуктов сгорания топлива или через утечку водяных охлаждающих устройств.
Процессы коррозии и износа двигателя и его топливо- и маслопроводов, почвенная пыль, попадающая с воздухом, могут служить источником таких металлов в масло, как железо, хром, медь, алюминий. Некоторые металлы (никель, ванадий), могут попадать при перегонке нефти в дистиллятные масла.
Некоторые металлы, даже находясь в масле в очень незначительных количествах, могут катализировать их окисление в процессе работы [3]. Наиболее активными катализаторами окисления являются такие металлы, как железо, медь, никель, свинец, марганец, цинк. Алюминий и олово не ускоряют окисление, а некоторые их соли даже тормозят его. Образующиеся в процессе работы масла металлические соли, например, нафтеновых кислот каталитически также ускоряют окисление масла. Скорость окислительных процессов возрастает и при наличии в масле воды, так как она активирует упомянутые выше катализаторы [4, 5, 6].
Изменение состава минеральных масел в процессе эксплуатации определяют по содержанию нерастворимых веществ в виде взвесей, включая углеродсодержащие примеси и частицы металлов, воды, топливных фракций, кислородсодержащих соединений (продуктов окисления) и оставшейся (невыработанной) части присадок.
Окисление является главной причиной, вызывающей химическое изменение масла. Из содержащихся в маслах углеводородов наиболее устойчивы против окисления ароматические, промежуточное положение занимают нафтеновые и наиболее подвержены окислению при высоких температурах парафиновые углеводороды.
Процесс окисления масла идёт по двум направлениям:
Углеводороды → перекиси → смолы → асфальтены → карбены→ карбоиды;
Углеводороды → перекиси → оксикислоты → эстолиды → асфальтогеновые кислоты.
Первое из направлений приводит к образованию нейтральных продуктов, второе - кислых. Продукты глубокого окисления и уплотнения -оксикислоты, асфальтогеновые кислоты, асфальтены, карбены и карбоиды в отличие от смол и кислот нерастворимы в масле, иногда они образуют коллоидные растворы или выпадают в осадок [7].
Смолы (нейтральные) - соединения полностью растворимые в пётролейном эфире и нефтяных фракциях, обладающие жидкой или полужидкой консистенцией и имеющие плотность около единицы.
Асфальтены - твёрдые неплавкие и хрупкие вещества, в отличие от нейтральных смол не растворимые в пётролейном эфире, легко растворимые в бензоле и его гомологах, а также в хлороформе, четырёххлористом углероде и т. п. Плотность асфальтенов больше единицы.
Смолы и асфальтены представляют собой смесь соединений, в молекулах которых содержатся углеводородные ароматические радикалы с длинными алкильными цепями, конденсированные ароматические и нафтено-ароматические радикалы с короткими цепями. Асфальтены богаче смол углеродом и содержат меньше водорода.
Карбены - вещества, по внешнему виду и плотности аналогичные асфальтенам, но не растворимые в бензоле и других растворителях, характерных для асфальтенов, и лишь частично растворимые в пиридине и сероуглероде [8].
Карбоиды - нерастворимые в горячем бензоле высокоассоциированные продукты сложной структуры, содержащиеся в продуктах термической переработки твёрдых топлив (нефтяных гудронах, асфальтах, смолах), а также образующиеся при воздействии тепла и окислителей на угли, нефти и смолы в процессах их переработки. По внешнему виду карбоиды похожи на асфальтены, но отличаются ещё большей конденсацией и нерастворимостью практически во всех органических или минеральных растворителях. Основными факторами, определяющими образование карбоидов, являются продолжительность и интенсивность нагрева, химический состав исходного продукта и действие химических агентов, ускоряющих или тормозящих процессы карбоидообразования. Наиболее просто карбоиды образуются на основе ароматических углеводородов, не имеющих боковых цепей (бензол, нафталин, фенантрен и т. д.) молекулы ароматических углеводородов конденсируются, образуя продукты с постепенно увеличивающимся молекулярным весом. Этот процесс может служить типичным примером консекутивных реакций, то есть реакций, при которых конечный продукт образуется не сразу, а через некоторое число промежуточных соединений [9].
Смотрите также
Познавательная викторина по химии Угадай химический элемент
...
Особенности кинетики реакций на поверхности гетерогенных катализаторов
Рассмотрим подробнее применение закона действия масс
для реакций на поверхности. Для описания скорости элементарной стадии
используют закон действия поверхностей. Если процесс определяется с ...
Что такое вода
...