معرفی روغن های صنعتی پایه
محصول مورد مطالعه طرح حاضر روغن های صنعتی پایه میباشد. روغن پایه تولیدی از طریق بازیافت و تصفیه مجدد روغن های کارکرده با احراز شرایط ویژه و تطابق فاکتورهای تعیین شده در آزمون های کنترل کیفیت استاندارد, بسته به سطوح کیفیت استاندارد محصولات تولیدی از نظر ویژگی های کاربردی و عمر مفید کارکرد و طبقه بندی SAE از نظر ویسکوزیته (گرانروی) با انواع پلیمرهای بهبود دهنده ویسکوزیته و اندیس ویسکوزیته و مواد افزودنی شیمیائی مناسب , با درصدهای مشخص و متناسب با محصول تولیدی مخلوط شده و پس از کسب موفقیت درکذراندن آزمون های کنترل کیفیت در آزمایشگاه که حاکی از مطابقت ویژگی های محصول تولیدی با ویژگی های تعیین شده در سطوح مختلف استاندارد است به واحد بسته بندی منتقل و مظروف می گردد. روغن های پایه که حاصل بازیافت روغن های کارکرده می باشد به روش غیر اسیدی تولید می شود و خواص شیمیایی و فیزیكی کاملاً متفاوتی با روغن های بازیافتی دیگر دارد . بطور کلی دسته بندی روغن های پایه به شرح زیر است:
| %Sulfur , wt | %Saturates , wt | Viscosity Index | Group | |
| 0.03> | And/or | 90< | 80 – 119 | Group I |
| 0.03=< | And | =<90 | 80 – 119 | Group II |
| 0.03=< | And | =<90 | 120min | Group III |
| ALL POLY ALPHA OLEFIN – PAO | Group IV | |||
| ALL Base Stocks Not Included in Group I to IV | Group I | |||
| ترتیب افزایش کیفیت :
Group I <Group II<III Group<Group IV API |
||||
اصطلاحات و ویژگی های روغن های صنعتی پایه
- وضعیت ظاهری (Appearance):
ظاهر روغن ها می بایست یکنواخت , شفاف و عاری از آب و ذرات معلق خارجی باشد. معمولا” وجود مقدار زیادی آب در روغن یا اختلاط روغن با گازوئیل یاسایر موادی که موم جامد داشته باشند ظاهرآن را کدرمی کند. - رنگ (Color):
رنگ روغن ها معمولا” از طریق مقایسه آهنا با یک سری شیشه های رنگی استاندارد , معین می شود. معیار رنگ روغن از 0.5 تا 8 با فواصل 0.5 مشخص می شود. - ویسکوزیته یا گرانروی (Viscosity):
مقاومت یک سیال در مقابل جاری شدن را ویسکوزیته گویند. از آنجا که روغن موتور در عمل , تحت شرایط افزایش دما منبسط شده و در نتیجه روان تر شده (ویسکوزیته کاهش می یابد) و بالعکس ودرنتیجه کاهش دما ناروان تر شده (ویسکوزیته افزایش می یایبد).از اینرو همواره باید گرانروی روغن با دمائی که گرانروی در آن اندازه گیری شده مشخص شود. واحد گرانروی دینامیک , پوایز(poise) و واحد گرانروی سینماتیک , استوک (stock) است که با یک ضریب به هم تبدیل می شوند. گرانروی هر مایع , تابعی از درجه حرارت و با تغییرات درجه حرارت تغییر می کند. - شاخص ویسکوزیته یا گرانروی (Viscosity Index ):
یک روغن خوب بایستی طوری فراروی شود که تحت تغییرات دما, تغییرات ویسکوزیته کمتری را از خود نشان دهد. این ویژگی را با شاخصی بنام شاخص گرانرویتعریف می کنند. هرچه شاخص بزرگتر باشد , در اثر تغییرات دما گرانروی روغن کمتر تغییر می کند. برای اندازه گیری این شاخص , گرانروی روغن در دو دمای ٤٠ و ١٠٠ درجه سانتی گراد اندازه گیری می شود. - نقطه اشتعال(Flash Point ):
نقطه اشتعال پایین ترین درجه حرارتی است که در آن ؛ روغن به اندازه کافی به بخار تبدیل شده به طوریکه با نزدیک شدن شعله آتش , در یک لحظه مشتعل و سپس خاموش گردد. نقطه اشتعال معیاری برای میزان آتش گیری و فرریت روغن است. - نقطه احتراق (Fire Point ):
درجه حرارتی که در آن روغن مشتعل شده و به سوختن ادامه می دهد.این درجه حرارت نظیر نقطه اشتعال معرف مقدار ترکیبات . گازهای فرار و قابلیت تبخیر و معمولا” ٣٠ درجه سانتی گراد بالاتر از نقطه اشتعال است. - وزن مخصوص(Specific Gravity ):
به نسبت وزن مخصوص روغن به وزن مخصوص آب در درجه حرارت معین , وزن مخصوص نسبی گفته می شود که معمولا” به صورت ۵C.١۵/۵C.١۵. GR.SP یا .GR.SP ۶٠F/۶٠F اندازه گیری و بیان می شود. - شاخص کربونیزاسیون(index Carbonization):
درجه حرارتی در فشار ١mmhg که در آن ٩٠% روغن تقطیر می شود را شاخص کربونیزاسیون می گویند و هرچه میزان آن بالاتر باشد مقدار رسوبات در موتور بیشتر است. - نقطه ریزش و نقطه ابری شدن (Pour point and Cloud point ):
نقطه ریزش , پایین ترین درجه حرارتی است که در آن فراورده های نفتی سرد شده , تحت شرایط استاندارد جریان می یابد و یا به عبارت دیگر پایین ترین دمائی که روغن در آن هنوز سیال است. و نقطه ابری شدن دمائی است که در آن روغن مواد شمعی خودرا از دست داده و مات می شود. این دما از نقطه ریزش بالاتر است. - خاکستر سولفاته (Sulphated ash ):
مقدارموادی که پس از سوزاندن نمونه روغن باقی مانده ونمی سوزد,خاکستر نامیده می شود,در بسیاری از مواردبرای بدست آوردن نتایج دقیق تر,خاکستررا با اسید سولفوریک غلیظ وارد واکنش می نمایند و در نتیجه خاکستر سولفاته را تعیین می کنند.خاکسترروغن پایه,نشان دهنده موادغیرقابل احتراق است که ازنفت خام همراه آن مانده است.مقدار خاکستربرای روغن بدون مواد افزودنی ١% وبرای روغن های حاوی مواد تا٣% است. - عدد صابونی شدن (Saponification No ):
این تست نشان دهنده میزان مواد چرب (صابونی شونده) موجود در روغن است. این مواد برای ایجاد خاصیت روغنی بودن (oiliness) بیشتر به بعضی روغن هائی که در معرض تماس با آب هستند ، یا به بعضی روغن های دنده اضافه می شود. - عدد خنثی شدن (No Neturalization):
عدد خنثی شدن یک روغن, عبارت است از مقدار (برحسب mg)، باز(KOH) ،اسیدی (HCL) که برای خنثی کردن مواد اسیدی یا بازی موجود در یک گرم روغن لازم است و واحد آن(چه برای قلیائیت روغن و چه برای اسیدیته آن ) mgKOH/g روغن است.عدد خنثی شدن در روغن ها به چهار صورت اندازه گیری و بیان می شود:- اسیدیته قوی (Strong Acid Number=SAN )
- اسیدیته کلی (Total Acid Number=TAN)
- قلیائیت قوی (Strong Base Number=SBN)
- قلیائیت کلی (Total Base Number=TBN)
در یک روغن پایه خوب پالایش شده ,معمولا” عد خنثی شدن بیش از 0.1 نمی باشد. مگر اینکه روغن پایه حاصل از تصفیه مجدد روغن های کارکرده باشد و اسید سولفوریک بکاررفته در فرآیند تصفیه کاملا” خنثی نشده باشد.عموما” کارکردروغن ها باعث افزایش خاصیت اسیدی آهنا در اثر تجزیه و اکسیداسیون در اثر حرارت ومجاورت با آب می شود براین اساس کاهش عددی TBN در مورد روغن های موتوربیانگر میزان کارکرد است.
موارد مصرف و کاربرد روغن های صنعتی پایه
روغن هایی پا یه ای که از پالایش نفت خام بدست می آید ویژگی های لازم برای استفاده در صنعت و یا خودرو را بطور کامل ندارد. از اینرو موادی به آن افزوده می شود تا بتوان ویژگی های مورد نیاز برای استفاده های خاص در صنعت و موتور را دارا شود. به این منظور به روغن های پا یه مواد افزودنی اضافه می شود که بهبود دهنده مشخصات مختلف روغن ها برای کاربرد های مورد نظر می با شد. برخی از این موارد به قرار زیر است:
- بهبود دهنده شاخص گرانروی
- ضد اکسیداسیون
- ضد سایش
- پایین آورنده نقطه ریزش
- ضد خوردگی و ضد زنگ زدگی
- ضد کف
- پاک کننده و معلق کننده
مواد افزودنی فوق به مقدار لازم بر اساس فرمول هایی که سازنده در نظر دارد برای رسیدن به آنچه استاندارد تعیین کرده است به روغن پایه اضافه میشوند. این عمل در واحدی به نام واحد مخلوط کنی (blending) انجام می شود .در نهایت طبق فرمول های مختلف می توان روغن های مختلف را برای مصارف گوناگون همانند انواع روغن موتور،روغن ژنراتــور ،روغــن هیــدرو لیــک ،روغــن موتــور دیــزل ،روغــن بــرای دستگاههاو….بدست آورد. روغن های صنعتی پایه را می توان مادر تمام روغن ها نامید.
کشورهای عمده تولید کننده و مصرف کننده روغن های صنعتی پایه
شرکت اکسان موبیل ، XXOn Mobil ، بزرگترین تولید کننده روغن پایه در جهان است. این شرکت از هر آب بشکه روغن پایه در جهان یالث ب- شبکه را تولید می کند و ظرفیت آن بیش از دو برابر شرکت رویال داچ-شل -Royal Dutch/Shell Group است که در رد ه دوم قرار دارد . در حالی که گروه رویال داچ – شل ، مالکیت ۷ مجموعه بزرگ و ۵ جوی-منت ونچر را در اختیار دارد. اما از ۱۰ شرکت بزرگ تولید روغن پایه در جهان، چهار شرکت آن متعلق به اکسان – موبیل است. این شرکت دارای بیش از ۷۰ درصد مالکیت تاسیسات تولید روغن پایه در آمریکا و کانادا بوده که تولیدات آن بیش از ۱۵۰ هزار بشکه در روز است و ۱۹ درصد از کل تولید جهانی روغن پایه را به خود اختصاص داده است.
رشد این شرکت از سال ۲۰۰۰ که با شرکت موبیل ادغام شد، شروع شد و از آن سال تاسیسات مختلف دیگری را در جهان ایجاد کرد. یکی از تاسیسات این شرکت در ژاپن با ظرفیت روزانه 15000 بشکه در سال آینده به بهره برداری می رسد. همچنین، این شرکت واحد دیگری موسوم به GTI در قطر راه اندازی می کند که ظرفیت آن ۳۰ هزار و ۸۰۰ بشکه در روز است. این واحد تا سال ۲۰۱۱ به ظرفیت کامل می رسد و در نوع خود به بزرگترین تولید کننده روغن پایه در جهان تبدیل می شود . به این ترتیب و به گفته ناظران بازار جهانی به نظر می رسد که شرکت اکسان – موبیل حاضر نیست، جایگاه خود را در جهان از دست بدهد . زیرا گردانندگان آن، اقتصاد صحیح، ظرفیت مناسب و بهترین کارایی را به درستی می دانند.
شرکت Shell دومین تولید کننده روغن پایه در جهان است و به تازگی بسیاری از پالایشگاه های قدیمی خود را از رده خارج کرده است. برای مثال یکی از تاسیسات این شرکت در هامبورگ آلمان، با ظرفیت 5060 بشکه در روز، از تولید خارج می شود و مجای آن با ادغام با دو شرکت بزرگ دیگر طرحهای نوینی را به اجرا در می آورد. شرکت شل یلت واحد جدید با مشارکت عربستان سعود ی ، بصورت 50-50 در تگزاس آمریکا ایجاد کرده و در سال گذشته با تغییر در کاتالیزورها، ظرفیت واحد Motiva را به ۳۰۰۰ بشکه در روز افزایش داده است که یکی از بزرگترین های تولید کننده در جهان است. ظرفیت این واحد به ۱۵۰۰۰ بشکه در روز افزایش خواهد یافت. شل همچنین با مشارکت با شرکت GTI در قطر یالث واحد به ظرفیت ۹۹۰۰ بشکه در روز را در دست ساخت دارد که تا سال ۲۰۰۹ به بهره برداری می رسد .
جایگاه سوم و چهارم تولید کننده روغن پایه به دو شرکت چینی اختصاص دارد . شرکت پتروچاینا ، Petro China ، دارای ۱۲ واحد تولید در چین به ظرفیت ۹۰ هزار و ۵۰۰ بشکه در روز است. شرکت PDVSAS نیز روزانه 40 هزار و ۵۰۰ بشکه روغن پایه تولید می کند . این شرکت ها در ونزوئلا، هلند و آمریکا دارای پالایشگاههای متعددی هستند.
پنجمین شرکت بزرگ تولید کننده روغن پایه در جهان Lukoil است که سه پالایشگاه در روسیه دارد و شرکت ششم S-Oil دارای ایالث پالایشگاه در کره جنوبی به ظرفیت 24 هزار و ۵۰۰ بشکه در روز است. جایگاه های بعدی به شرکتهای SinOpec با ظرفیت ۲۳۰۰۰ ، PetrobraS با ظرفیت ۰۰۰ ۲۱ ، Chevron با ظرفیت ۱۹ هزار و 500 و SK با ظرفیت ۱۷۰۰۰ بشکه در روز تعلق دارد که در مکانهای هفتم تا دهم قرار دارند.
با توجه به کاربرد های فراوان روغن ها و روان کننده ها به ویژه مشتقات رو غن های صنعتی پـــایه در صنایع مختلف کـلیه کشور های دنیا علی الخصوص کشور های صنعتی و نیمه صنعتی مصرف کننده این محصول می باشند.
بررسی اجمالی تکنولوژی و روش های تولید روغن های صنعتی پایه
با توجه به اینكه عمده آشورهای دارنده این تكنولوژی از قبیل آمریكا, کانادا ، آلمان, ژاپن , کره جنوبی, روسیه, چین از سطح تكنولوژی بالایی برخوردارند. سطح تكنولوژی واحدهای فعال موجود در داخل کشور نیز بدلیل بهره گیری از ماشین آلات این کشورها از همان سطح مدرن برخوردار و روش تولید آنها تفاوت چندانی با روش تولید دیگر کشورها ندارد.اما آنچه که بطور معمول در اکثر کشورها بعنوان روش تولید محصول مورد نظر از آن نامبرده می شود بقرار زیر است :
-
روش اول: شستشو با قلیا و تقطیر دوم
از عمده معایب این روش که بدلیل هزینه پائین ماشین آلات و تجهیزات خط تولید و مواد مصرفی در واحدهای بسیاری در کشور هم اکنون بکار می رود, حجم نسبتا” بالای اسلاج حاصله بعنوان پس مانده تولید و معضل دفع آن بدلیل ایجاد مشکلات زیست محیطی در بلند مدت می باشد.
همچنین روغن پایه تولید شده به این روش عموما” از نظر وضعیت ظاهر , از نظر رنگ و بوی مناسبی برخوردار نیست و از نقطه اشتعال بالائی جهت تولید محصولات استراتژیکی همانند روغن موتور برخوردار نمی باشد. - روش دوم: کراکینگ حرارتی در عملیات تقطیر و اسید واش
در این روش که تعداد بسیار زیادی از واحدهای فعال در این صنعت موسوم است, روغن کارکرده ورودی به کارخانه پس از آبگیری مقدماتی در پیش گرمکن , وارد تانک تقطیر ساده می شود و در حین عملیات تقطیر , گازوئیل و مواد سبک از روغن جوشیده تا ٣٧٠c جدا سازی و هنایتا” با اکسیداسیون کامل ترکیبات مواد افزودنی باقی مانده در روغن , عملیات کراکینگ حرارتی پایان می یابد. روغن جوشیده تا ٣٧٠c در مبدلهای حرارتی تا ۴٠c سرد شده و سپس در تانکهای اسید واش با حدود ١٠% وزنی روغن جوشیده , با اسید سولفوریک غلیظ غلیظ ٩٨% مخلوط و شستشو داده شده و پس از گذشت زمان ١٠ الی ١٢ ساعت , عملیات اسلاج اسید که تقریبا” ١٥% وزنی روغن را تشکیل می دهد آغاز می شود.پس از لسلاج گیری ، روغن شستشو داد شده با اسید یا آب آهک خنثی شده در واحد خاکزنی با خاک رنگبر مخلوط وتا ١۶٠c حرارت داده شده و به طریق مشابه روش اول با دستگاه فیلترپرس , روغن پایه از کیک فیلتر جدا سازی و استحصال می گردد. بالا بودن حجم اسلاج اسید , بوی نامطبوع و آزاردهنده شدید بخارات مضر اسید سولفوریک بدلیل مقدار زیاد مصرف آن در واحد اسیدواش، مشکل کنترل معیار عدد اسیدی قوی روغن پایه تولیدی و بالا رفتن درجه رنگ روغن پایه تا حد قرمزی در مناطق گرمسیر، بدلیل گرمازائی واکنش سولفوناسیون اسید با هیدروکربنهای آرماتیک روغن ، از جمله مشکلات و معایب عمده استفاده از روش فوق است. -
روش سوم: لجن گیری و آبگیری مقدماتی روغن کارکرده با استفاده از دستگاههای سپراتورسانتریفوژ , استخراج با حلال های معدنی و تقطیر در برج تحت خلاء
دراین روش که تاکنون در تعداد محدودی از واحدهای تصفیه فعال در کشور , بکاررفته, پس از آبگیری و لجن گیری مقدماتی روغن کارکرده در مخازن استوانه ای ایستاده با کف مخروطی , مجددا” با عبور آن از دستگاههای سپراتور به ٣ فاز , آب , لجن و روغن جداسازی می شود که روغن خروجی از سپراتور در این محل به میزان زیادی لجن گیری می شود و روغن لجن گیری شده با عبور از مبدل حرارتی پیش گرمکن , تا حدود ١۵٠c گرم و سپس به برج تقطیر که با طراحی مناسب و رفلاکس بخارات کندانس شده در چند مرحله امکان جدا سازی روغن ها را فراهم می سازد وارد شده و پس از انجام عملیات تقطیر تحت خلاء نسبی در حدود ٢۵٠mmHg و دمای ۴٠٠c , روغن تقطیر شده با نقطه اشتعال بالا وارد مبدلهای حرارتی پوسته- لوله ای آب خنک کن شده و دمای ان تا ٣۵c کاهش می یابد.سپس روغن سرد شده به تانکهای اسید واش و استخراج با حلال انتقال داده می شود.
در این مرحله ابتدا روغن تقطیر شده با مخلوطی از اسید سولفوریک و اسید استیک به نسبت ٢% وزنی روغن شستشو داده شده تا ترکیبات گوگردی و مرکاپتاهنا که ترکیبات بودار موجود در روغن های کارکرده می باشند, حذف شده و هنایتا” روغن با حلال معدنی استخراج شده و باقی مانده اسلاج ها و ترکیبات رنگی در این مرحله از روغن جدا می گردد.پس از استخراج , حلال معدنی با عملیات تقطیر ساده از فاز استخراج قابل بازیافت و استفاده مجدد است.
با بازیافت حلال و جداسازی روغن در مراحل بعدی روغن جهت رنگبری و بوزدائی هنائی به واحد رنگبری یا percolation منتقل می گردد و در تانک میکسرهای ژاکت دار پس از اختلاط با خاک رنگبر و تزریق بخار سوپر هیت تا ١٨٠c گرم می شود ودر خاتمه با عملیات فیلتراسیون , روغن پایه از کیک فیلتر جداسازی و ذخیره می شود. در این روش با توجه به انجام عملیات تقطیر در برج تقطیر , امکان جداسازی برش های سبک روغن نیز فراهم است. قابل ذکراست که روغن پایه تولیدی در این روش دارای نقطه اشتعال و گرانروی بالا و قابل قبولی , جهت تولید محصولات مورد نظردر طرح بوده و از نظر رنگ , بو ووضعیت ظاهری و سایر فاکتورهای استاندارد با روغن های تصفیه شده اول قابل رقابت می باشد.
