تاریخچه صنعت روغن پایه

روند تکاملی صنعت تهیه روغن پایه

فناوری روانکاری از زمان بسیار دور پیدایش آن تاکنون دستخوش مراحل تکامل زیادی بوده است. هر چه این فناوری تکامل بیشتری می یابد تاثیر کیفیت و کارایی روغن پایه بر کیفیت و کارایی روانکار نهایی بیشتر می‌شود.

 در روانکاری اولیه روغن ها و چربی های حیوانی به عنوان روانکارها مورد استفاده قرار می‌گرفتند اسناد باستانی مربوط به ۱۴۰۰ سال قبل از میلاد مسیح نشان می‌دهند که چربی گاو و گوسفند برای روانکاری اتصال چرخ ها و محور ارابه ها مورد استفاده قرار گرفته است.

 این وضعیت در سه هزار سال بعد تغییر کمی کرد به عنوان مثال انسان برای تامین چربی مورد نیاز روانکاری به حیوانات نامتعارف تری مانند وال ها روی آورد.

روغن پایه نفتی

 در سال ۱۸۵۲ میلادی روغن های بر پایه نفت به بازار آمدند  که در ابتدا این روغن ها با استقبال خوبی روبرو نشدند،  چون آنها کارایی لازم برای رقابت با بسیاری از روغن های حیوانی را نداشتند. نفت خام روان کارهای خوبی را به دست نمی داد در واقع می‌توان گفت صنعت روغن پایه ها در سراشیبی منحنی یادگیری قرار داشت . اما با افزایش تقاضا برای خودروها تقاضا برای روانکارهای بهتر  نیز افزایش یافت و تولیدکنندگان روانکار به زودی یاد گرفته‌اند که کدام نفت خام بهترین روانکار را به دست می دهد.

 آنها خواص طبیعی نفت را با پالایش آن به برش های باریک نفتی با گرانروی های مختلف بهبود بخشیدند از سال ۱۹۲۳ جامعه مهندسی خودرو SAE روغن موتورها را بر اساس گرانروی به سه دسته سبک، متوسط و سنگین تقسیم کرد.

 این روغن موتور ها حاوی مواد افزودنی نبوده و باید پس از هر ۸۰۰ تا ۱۰۰۰ مایل استفاده تعویض می شدند.

فراوری نفت خام و تولید روغن پایه

در دهه ۱۹۲۰ بیشتر تولیدکنندگان فناوری روغن پایه ها را برای افزایش کارایی آنها آغاز کردند و سه روش معمول فرآوری در آن عبارت بودند از:

• عمل آوری با خاک رس
• عمل آوری با اسید
• عمل آوری با so2

روش اسیدی

در عمل آوری با اسید با استفاده از سولفوریک اسید غلیظ مواد نامطلوب موجود در روغن از روغن جدا می‌شوند سولفوریک اسید با این مواد وارد واکنش می شده و این مواد را به صورت لجن در روغن ته نشین می کرده است.

 اگرچه این روش به طور موثری روغن کرده ولی اثرات زیست محیطی نا محدودی داشته و نیز بسیار گران بوده است به همین دلیل استفاده از سولفوریک اسید روزبه‌روز کمتر شده و امروزه استفاده از آن در بسیاری از کشورها ممنوع شده است.

 پس از عمل آوری با اسید با استفاده از خاکهای رنگبر اسید باقیمانده در روغن خنثی شده و رنگ روغن نیز بهبود یافته است.

روش خاک رنگبر و SO2

 استفاده از خاکهای رنگی برخی هنوز هم متداول است عمل آوری با SO2 نیز یک روش استخراج ابتدایی است که از طریق حلال بازیافت پذیر است و SO2  مواد نامطلوب از روغن جدا می شوند. این حلال بسیار سمی و آلاینده می باشد و به همین دلیل استفاده از آن منسوخ شده است.

روش های جدیدتر پالایش با حلال

 در دهه ۱۹۳۰ پالایش با حلال با استفاده از حلالهای مناسب‌تر و  قابل بازیافت به عنوان یک فن آوری کاملاً کاربردی برای بهبود بخشیدن خواص روغن پایه ها مطرح شد.  بیشتر تولیدکنندگان روغن پایه در جهان هنوز از این روش استفاده می‌کنند. به طوری که نیمی از روغن پایه هایی که امروز در آمریکای شمالی استفاده می‌شوند از این روش تولید می‌شوند روغن‌هایی که این به روش تولید می‌کند در تقسیم‌بندی API به عنوان روغن‌های گروه یک شناخته می‌شوند .

تغییرات در روش عمل اور با حلال

حلال ها و تجهیزات مورد استفاده برای تولید محصولات پالایش شده با حلال در طول زمان دچار تحول شدند ولی راهبرد کلی این فناوری حتی پس از ۱۹۳۰ تغییر چندانی نکرده است .

 دو مرحله اصلی در این فرآیند عبارت از عبارتند از حذف ترکیبات آروماتیکی از طریق تصفیه با حلال  و حذف واکس ها از طریق سرد کردن و روسوب گیری در حضور حلال های گوناگون.

 همانطور که گفته شد فرآیند پالایش با حلال در چند دهه بعد از تحول زیادی پیدا کرد به همین دلیل که در این دهه ها کیفیت روغن های به دست آمده به طور عمده با افزودن مواد افزودنی بهبود یافته است.

افزودنی های روغن

 آغاز استفاده گسترده از مواد افزودنی در سال ۱۹۴۷ بوده است این درست همان سال است که  API   روغن موتورها را برای بر اساس دوامشان به سه دسته شرایط عملکرد معمولی،  متوسط و شرایط سخت تقسیم بندی کرده است .

در این زمان روغن موتور ها با عملکرد معمولی که عاری از مواد افزودنی بودن برای ۸۰ تا ۱۰۰ ساعت کارکرد در شرایط نشان دادن سخت مورد استفاده قرار می‌گرفتند.

 روغن موتور ها با شرایط عملکرد متوسط روغن‌های بودند که حاوی مقادیر کم از افزودنی بوده و به عنوان روغن موتورهای با عمر بیشتر برای خودروهایی با شرایط عملکرد متوسط مورد استفاده قرار می‌گرفتند.

 اما روغن موتور هایی که با شرایط عملکرد سخت حاوی مقادیر بیشتری از افزودنی بودند تا بتواند به عنوان روغن موتور هایی با طول عمر بیشتر در کاربردهای سخت مانند کامیون های سنگین و ماشین آلات ساختمانی مورد استفاده قرار گیرند.

روغنهای چند درجه ایی و استفاده از پلیمرها

در سال ۱۹۵۰ روغن موتورهای چند درجه برای اولین بار به بازار آمدند که حاوی افزودنی های پلیمری بودند که شاخص گرانروی را بهبود می بخشد و بدین وسیله کارایی روغن موتورها در دماهای بالاتر و پایین تر بهبود بخشیده شد.

روشهای بهبود کیفیت روانکار

 در چند دهه بعد صنایع روانکار برای ارتقاء سطح کارایی روغن های نهایی تمرکز خود را بر فناوری مواد افزودنی قرار دادند بدین ترتیب بهبود کیفیت روانکارها تنها به خاطر پیشرفت شیمی ترکیبات افزودنی بود و تا زمانی که پیشرفت قابل توجهی در فناوری روغن پایه ایجاد نشده بود این تنها راهبرد برای ارتقاء سطح کارآیی روانکارها بوده است.

روش هیدروفرآوری

روش هیدروفراوری در دهه ۱۹۵۰ ابداع شد ولی نخستین بار در دهه ۱۹۶۰ توسط آماکو و همکارانش برای تولید روغن پایه مورد استفاده قرار گرفته این روش در دمای بالای ۶۰۰ درجه فارنهایت فشار بالای ۵۰۰ psi و در حضور کاتالیست با افزودن هیدروژن ناخالصیها حذف  و فعالترین اجزای موجود در روغن پایه تثبیت می شوند در نتیجه رنگ روغن شفاف‌تر شده و عمر مفید روغن پایه افزایش می‌یابد.

روش شکست هیدروژنی

 اولین بار در دهه ۱۹۳۰ فرآیند تصفیه روغن به روش شکست مولکول های سنگین توسط هیدروژن انجام شده بود ولی به زودی به دلیل اقتصادی تر بودن روش پالایش با حلال دیگر روش هیدرو شکست مورد استفاده قرار نگرفت.

 گرچه ارتقای فناوری هیدرو شکست کاتالیستی ادامه پیدا کرد پس از جنگ جهانی دوم این فناوری از آلمان به آمریکا منتقل شد و در اواخر دهه ۱۹۵۰ شرکت شورون این فناوری را برای تولید سوخت به صورت صنعتی به کار برد.

روش واکس زدایی کاتالیستی

در دهه ۱۹۷۰ اولین فناوری واکس زودایی کاتالیستی و هیدروایزومریزاسیون مورد استفاده صنعتی قرار گرفتند. هر دوی این فرایندها واکس ها را با تبدیل به مواد سبک تر از روغن پایه ها حذف و در نتیجه نقطه ریزش آنها را کاهش می‌دادند ولی هیدروایزومریزاسیون  بازده و شاخص گرانروی بالاتری را به دست می دهد.

روش واکس زدایی ایزومریزاسیون

 در طول دهه های بعد فناوری جدید برای پایه ترکیب روش های مختلف برای پالایش بهتر را هم پایه ها شکل گرفت. اما در سال ۱۹۹۳ اولین فرآیند نوین واکس زدایی ایزومریزاسیون واکس توسط شرکت شورون صنعتی شد.

این امر یک تحول عظیم در واکس زدایی کاتالیستی به شمار می آمد چون نقطه ریزش روغن پایه را که در این روش به دست می آمد بسیار پایین‌تر از روش‌های قبلی بود. در این روش نقطه ریزش روغن با ایزومر کردن پارافین های نرمال یا واکس ها و سایر مولکول ها با شاخه های جانبی بلند به ترکیباتی با ساختار شاخه ای مناسب کاهش می‌یابد.

روش هیدروفنیشینگ

 امروزه آخرین مرحله تولید مدرن تولید روغن پایه ها هیدرو پرداخت می‌باشد که طی آن با به کاربردن کاتالیز های پیچیده و هیدروژن در فشار بالای ۱۰۰۰ psi پرداخت نهایی روی محصول انجام می‌شود و مقادیر ناچیزی باقیمانده به مولکول‌های پایدار روغن پایه تبدیل می‌شوند.