润滑油,让工业与生活更顺畅

2019-12-11   galio319

到2040年,全球人口预计达到92亿,全球能源需求将比2017年增长近20%,其中增长主要来自于中国和印度等非经合组织国家

2018年全球能源需求激增

面对持续增长的能源需求和有限的资源,如何在经济社会发展和应对能源及气候变化问题间寻求平衡,致力于节能、降耗、减排已成为全球共识

预计到2040年世界能源使用量将增加28%

在工业上,如果选用合适的润滑油,从能效测试成果看,可以帮助来自煤矿、冶金、木业、水泥、食品等多个行业(生产制造过程中混凝土拖泵、煤矿皮带机、螺杆空压机、石灰石取料机液压系统、注塑机等工业设备因摩擦带来的损耗)的企业节约能耗最高可达6.5%

关于润滑油,你有了解多少?

你用的润滑油基本都是矿物基润滑油

自罗马时代以来,包括水在内的许多液体都曾被当作润滑剂来使用过,以最大限度地减少机械部件之间因相互接触在运转时摩擦产生的热量和磨损

古埃及早期战车使用了牛油以及石灰粉和钙皂来润滑战车车轴

我们知道现在最常用的润滑剂非润滑油不可,润滑油的两个基本类别分别是矿物油和合成油,矿物油是从天然石油或原油中提炼出来的,而合成油是制造的聚α-烯烃,这是基于碳氢化合物的聚乙二醇或酯类油

虽然可供选择的润滑油类型较多,但矿物油仍是最常用的,因为原油的开采和供应使润滑油的价格变得便宜,此外,关于它们的性质和用途的相关技术积累也已经建立

另外,矿物基润滑油的另一个优点是其粘度范围广(粘度是指物质的流动阻力),从低粘度油(由分子量约为200原子质量单位(Amu)的氢-碳链组成)到分子量高达1000 amu的高粘度润滑油,可广泛适用于不同的应用

车用润滑油常用的SAE粘度

同时,不同粘度的矿物油甚至可以混合在一起,以提高其在特定应用中的性能,例如,常见的10W-30机油就是低粘度油(便于在低温下启动)和高粘度油(用于在正常运行温度下更好地保护电机)的混合物

润滑油,让工业与生活更顺畅

不同粘度润滑油对比

合成润滑剂最初用于航空航天工业,通常是为矿物油不适合使用的特定应用而配制的,例如当遇到极高的工作温度或润滑油使用条件必须包含防火时,就需要使用合成润滑油了

矿物润滑油与合成润滑油的不同


无处不在的原油

润滑油只是许多可从原油中提取的馏分或组分之一,而我们知道原油是从油井中提取的,它是一种黄色到黑色、易燃的液体混合物,包含数千种碳氢化合物(仅含碳和氢原子的有机化合物,这些都存在于所有化石燃料中)

石油矿床是由生活在大约4亿年前的微小动植物分解形成的,由于地球历史上那个时候发生的气候和地理变化,这些生物的分解因地区而异

由于有机物质在不同地区分解的速率不同,因此产生的碳氢化合物的性质和百分比差别很大,这就导致从不同地点提取的原油的物理化学性质也是如此,有着较大的区别

例如,同一国家某地区开采原油的相对密度为0.92克/毫升,而另外一个开采地区较轻的原油相对密度可能仅为0.81克/毫升(原油相对密度指在地面标准条件(20度,0.1MPa)下原油密度与4度纯水密度的比值,也是油藏工程计算和石油储量评价中不可缺少的重要物性参数),原有相对密度一般来说在0.75~0.95之间,少数大于0.95或小于0.75

根据不同的应用,会添加不同种类的添加剂与精炼油混合,以使其具有所需的物理性能,常见的添加剂包括铅或金属硫化物等金属,它们可以增强润滑油在极高压力下接触金属表面时防止摩擦和划痕的能力

一些高分子聚合物是另一种常见的添加剂,它们能改善粘度,抵消油在高温下变薄的趋势,而亚硝胺常被用作抗氧化剂和缓蚀剂,因为它能中和酸并在金属表面形成保护膜


润滑油怎么炼制

矿物基润滑油是从原油中提取出来的,原油在泵入分馏塔之前要经过初步的净化过程(沉淀)

分馏塔内部还装有冷凝液收集盘,在塔内,原油中的碳氢化合物通过分馏的过程彼此分离

当蒸汽通过分馏塔上升时,不同的馏分以不同的速率冷却、冷凝并返回液体形态,这样就可以得到不同的馏分产品

天然气首先达到沸点,然后是汽油、煤油、燃油、润滑剂和焦油,具体过程我们详细介绍下

开采的原油通过管道或油轮从油井运输到炼油厂,在炼油厂,原油首先需要经过沉淀以去除可能悬浮在其中的水和固体污染物,如一些开采过程中的沙子和岩石

在此过程中,原油会被泵入大型储油罐,在那里水和油被分离,污染物从油中沉淀出来

接下来,原油被加热到大约371摄氏度,在这个温度下,它分解成热蒸汽和液体的混合物,然后泵入两个分馏塔的第一个塔的底部,在这里,热烃蒸汽向上漂浮

当这些蒸汽冷却时,它们会冷凝并收集在塔中安装在不同高度的不同托盘中,第一个塔中会连续保持正常的大气压,在这里大约80%的原油将被蒸发

然后将剩余的20%的原油重新加热并泵入第二个塔中,在那里真空压力降低了残余原油的沸点,从而可以使其在较低的温度下蒸发

不同的馏分产品

具有较高沸点的较重的化合物,如焦油和无机化合物,会留下来进行进一步的加工

在进一步处理以去除不需要的化合物之后,在两个分馏塔中收集的润滑油需要通过几个超细过滤器,从而去除剩余的杂质

一些含有苯环的芳香烃化合物如果不在溶剂萃取过程中去除它们,就会影响润滑油的粘度,所以要用萃取剂去除这些芳香烃,当用溶剂处理润滑油时芳香烃溶解,溶剂被除去后,还可以从中回收芳香烃化合物

最后,将润滑油与添加剂混合,使其具有所需的物理性能(如耐低温能力),此时,润滑油要接受各种质量控制测试以评估其粘度、比重、颜色、闪点和燃点,然后将符合质量标准的油包装出售

在所有的特性中,粘度,即润滑油在特定温度和压力下的流动阻力,可能是最重要的一个特性

应用和操作温度范围是确定油的适当粘度的关键因素,例如,如果油太粘稠,它对金属部件相互运动的阻力太大,另一方面,如果粘性不够,它将从配合表面之间挤压出来,不能充分润滑它们

油的比重取决于精炼方法和存在的添加剂类型,如铅可以使润滑油具有抵抗极端配合表面压力和低温的能力

总结

润滑油的炼制可以简单概括为,原油在泵入分馏塔之前要经过初步的净化过程(沉淀),一个典型的高效分馏塔直径为7.6至10.6米,高达122米,由高级钢材建造,以防止分馏塔被原油中存在的腐蚀性化合物腐蚀

分馏塔内部还装有一系列的冷凝液收集盘,在塔内,原油中的碳氢化合物通过一种称为分馏的过程彼此分离

当蒸汽通过分馏塔上升时,不同的馏分以不同的速率冷却、冷凝并返回液体形态,这些速率由它们各自的沸点决定(馏分的沸点越低,在冷凝前上升的速率越高)

不同的石油产品就是这样通过馏分得到的,而润滑油的使用可以很好的促进高耗能行业单位产品能耗的大幅降低,为能效提升工作做出贡献

润滑油,让工业与生活更顺畅