بخشی از مقاله
مقدمه
واژه روغن از دو قسمت «رو» و «غن» تشكيل شده است. «رو» از مصدر رفتن و روان شدن و «غن» به سنگ عصاري گفته مي‌شود. اين برمي‌گردد به گذشته دور، زماني كه دانه‌هاي روغني را در زير سنگ عصاري (سنگ فشارنده و عصاره‌گير) كه توسط اسب عصاري چرخانده مي‌شد، له كرده و آنچه را كه از زير سنگ خارج و جاري مي‌شد «روغن» مي‌گفتند بنابراين روغن يعني «روان شده از غن».
خشك شونده
الف: روغن ثابتFixed Oils نيمه خشك شونده غير خشك شونده
1-روغن‌هاي طبيعي: ب: اسانس‌ها: (عصاره گياهان) انواع روغن ج: روغن‌هاي معدني (مهمترين آن روغن حاصل از نفت است )
2- روغن‌هاي مصنوعي (سنتتيك)
روغن‌هاي صنعتي:
گر چه بيشتر كاربرد روغن‌هاي صنعتي، روانسازي قطعات متحرك در ماشين آلات و حفاظت از قطعات در برابر سائيدگي و گرد و خاك و دما مي‌باشد. اما چون روغن به عنوان يك ماده شيميائي داراي خواص مطلوبي از نظر مكانيكي، ترمو ديناميكي و غيره است، در بعضي از كاربردهاي صنعتي، روغن وظايفي غير از روانسازي از خود ايفا مي‌نمايد. مثلاً قدرت هيدروليكي روغن، مقاومت دي‌الكتريكي، قدرت انتقال حرارت روغن مهم مي‌باشد. در هر يك از اين كاربردها، روغن با شرايط خاصي روبرو است.
دامنه كاربردهاي روغن‌هاي صنعتي بسيار وسيع است و مي‌توان آن‌ها را به دو دسته كلي تقسيم بندي نمود:
الف) كاربرد روغن‌هاي صنعتي براي مصارف صنعتي:
در تاسيسات صنعتي، اجزاء گوناگوني وجود دارد كه نياز به روغن‌كاري دارند، مانند انواع ياتاقان‌ها ، دنده‌ها ، كوپلينگ‌ها ، زنجيرها، سيلندرها و غيره. وظيفه روغن در اين اجزاء عمدتاً جلوگيري يا كاهش اصطكاك و سائيدگي است. با توجه به اينكه فاكتورهاي گوناگوني در روغن‌كاري هر يك از اجزاء ماشين موثر مي‌باشد آشنايي با اين فاكتورها در شناخت ويژگي‌هاي روغن مناسبي كه براي هر كاربردي بايد استفاده شود بسيار ضروري مي‌باشد.
ب) كاربرد روغن‌هاي صنعتي براي مصارف خاص:
منظور از كاربردهاي اختصاصي كاربردهايي هستند كه در آن‌ها روغن بايد داراي ويژگي‌هاي خاصي باشد، تا بتواند وظيفه و يا مجموعه وظايفي را كه عهده دار است انجام دهد. مانند روغن‌هاي بستر كه از نظر اصطكاكي بايد داراي ويژگي‌هاي خاصي باشند. در بعضي از كاربردهاي اختصاصي مسئله روانكاري اهميت چنداني نداشته و وظايف ديگري از روغن مد نظر مي‌باشد مانند روغن‌هاي هيدروليك براي انتقال نيرو، روغن‌هاي ترانسفورمر براي ايجاد محيطي عايق، روغن‌هاي انتقال حرارت براي تبادل حرارت و روغن‌هاي پروسس به عنوان بخشي از مواد اوليه كه در فرآيند توليد بعضي محصولات به كار مي‌روند. فهرست مهمترين كاربردهاي اختصاصي روغن به شرح زير مي‌باشد ]5[.
روغن‌هاي توربين: توربين‌هاي گاز، توربين‌هاي آب، توربين‌هاي بخار.
روغن‌هاي كمپرسور: كمپرسورهاي هوا، كمپرسورهاي گاز.
روغن‌هاي انتقال حرارت.
روغن‌هاي فلز كاري: ماشين ابزار، نورد، آبكاري، فرم‌دهي.
روغن‌هاي برقي: ترانسفورمر، كابل، كليدهاي برقي.
روغن‌هاي پروسس: پروسس توليد لاستيك، سم كشاورزي، جوهر، پلاستيك، ضد زنگ و روغن‌هاي سفيد.
روغن‌هاي هيدروليك: هيدروليك معمولي، هيدروليك ضد آتش.
روغن در حين عمل روغن‌كاري در معرض شرايط گوناگوني قرار مي‌گيرد كه هر يك روي نحوه كار روغن اثر مي‌گذارند. در اين قسمت ما به بررسي عوامل مختلفي كه در روغن تأثير مي‌گذارند مي‌پردازيم.
الف) عوامل عمومي:
در بسياري از سيستم‌ها، گرما، خصوصاً وقتي مقدار آن زياد باشد، هم دشمن روغن است و هم دشمن ماشين، بايد محيط روغن‌كاري را تا آنجايي كه مقدور است در دماي پايين نگاه داشت.
در انتخاب روغن هميشه دو موضوع را بايد مورد توجه قرار داد، اول اينكه در همان ابتداي كار، روغن انتخاب شده بايد داراي خصوصيات مناسب بوده باشد، و دوم اينكه كيفيت آن مطلوب باشد. براي اينكه مشخص شود روغن انتخاب شده از خصوصيات اوليه لازم برخوردار است، بايد مسائل خاصي را مورد بررسي قرار داد. مثلاً اينكه بايد ديد روغن چه قسمت‌ها يا اجزايي را مي‌خواهد روغن‌كاري كند (ياتاقان، دنده، بستر و غيره)، اين قطعات چه اندازه اي دارند، حركت آن‌ها چگونه است، فواصل بين قطعات چه وضعي دارند، ميزان بار، سرعت، و درجه حرارت چقدر است در اين بررسي گرانروي روغن مسئله مهمي است كه بايد به دقت مورد توجه قرار گيرد. ضمناً بايد ديد كه روغن چه ويژگي‌هاي خاصي را بايد داشته باشد. براي مثال اگر در معرض تغييرات زياد دما قرار مي‌گيرد، شاخص گرانروي روغن اهميت زيادي خواهد داشت. اگر روغن‌كاري در شرايط سرد انجام مي‌شود، نقطة ريزش روغن اهميت زيادي خواهد داشت.
بعد از اينكه مشخص شد روغن از نظر فاكتورهاي عمومي حائز شرايط لازم مي‌باشد، بايد كيفيت آن مورد بررسي قرار گيرد. ممكن است نوع روغن از نظر فاكتورهاي عمومي در يك سطح باشند، اما از نظر كيفيت كاملاً با هم متفاوت باشند براي مثال اگر در ماشيني كه نياز به يك روغن هيدروليك دارد و در دماي بالا كار مي‌كند، روغن پايه ريخته شود، ممكن است براي مدتي كوتاه كار روغن رضايت بخش بوده و اشكالي هم پيش نيايد، ولي رسوبات ناشي از اكسيداسيون روغن به زودي تجمع خواهد داشت. از طرف ديگر اگر از يك روغن هيدروليكي كه كيفيت آن بالا بوده و حاوي مواد ممانعت كننده از اكسيداسيون باشد استفاده شود، اين روغن براي مدت طولاني به طور رضايت بخشي كار خواهد كرد، وقتي صحبت از كيفيت روغن مي‌شود، منظور فاكتورهايي است مثل مقاومت روغن در برابر اكسيداسيون، حفاظت قطعات در برابر سائيدگي، قدرت پاك كنندگي روغن، توانايي پراكنده سازي روغن، حفاظت قطعات از زنگ زدگي و خوردگي، جداپذيري از آب، مقاومت در برابر كف و غيره.
ب) ساير عوامل:
عوامل ديگري كه بايد مورد توجه واقع شود عبارتند از، شرايط ماشين، سازگاري با كليه مواردي كه روغن با آن‌ها در تماس است، شرايط محيط كار روغن، شرايط كار ماشين، روش روغن‌كاري، مدت تعويض روغن، و آثار فيزيولوژيكي روغن .
عوامل تعيين كننده ويژگي‌هاي روغن‌هاي صنعتي:
بسياري از روغن‌ها داراي ويژگي‌هاي مشتركي هستند، براي مثال مي‌توان گفت كه خاصيت كاهش اصطكاك، پايداري در مقابل اكسيداسيون و مقاومت در برابر زنگ زدگي در روغن‌هاي مختلف مشترك است.
در مقايسه روغن‌ها، اگر خصوصيات مشترك را حذف كنيم، آنچه باقي مي‌ماند خصوصياتي است كه مختص آن روغن‌ها يا كاربردها بوده، و مي‌توان آن‌ها را به پنج گروه تقسيم بندي نمود.
الف) خصوصيات مربوط به سياليت كه عبارتند از:
1) ويسكوزيته.
2) انديس ويسكوزيته.
3) سياليت در دماي پائين.
ب) خصوصيات مربوط به كار در دماي بالا كه عبارتند از:
1) فراريت روغن.
2) مواد باقي مانده در اثر تبخير روغن.
3) پايداري حرارتي روغن (در غياب هوا).
4) پايداري حرارتي روغن (در معرض هوا).
5) مواد باقي‌مانده در اثر تجزيه شدن روغن.
ج) خصوصيات مربوط به اكسيداسيون روغن:
1) عدم اشتعال.
2) مقاومت در برابر اكسيداسيون.
3) آسيب پذيري مواد ممانعت كننده.
4) كيفيت كار موتور.
د) خصوصيات مربوط به هيدروليز روغن:
1) مقاومت در برابر هيدروليز شدن به وسيله آب يا بخار.
2) مقاومت در برابر مايعات بازي.
3) مقاومت در برابر اسيدها.
د) خصوصيات مربوط به حلاليت:
1) حلاليت در آب.
2) حلاليت در حلال‌هاي شيميايي.
3) حل شدن در مواد نفتي.
براي انتخاب روغن مناسب براي هر كاربردي، لازم است شرايط كاري كه روغن در آن قرار مي‌گيرد، به دقت مورد بررسي قرار گيرد. شرايط كار روغن در سيستم‌هاي مختلف به فاكتورهاي گوناگوني بستگي دارد. از قبيل طراحي ماشين، شرايط عمليات و كيفيت نگهداري سيستم. مهمترين فاكتورهايي كه روي شرايط كار اثر مي‌گذارند، عبارتند از: درجه حرارت كار، فشار، فلزاتي كه با روغن در تماس هستند. وجود مواد آلوده كننده و نفوذ هوا در روغن‌كاري هر يك از ماشين آلات صنعتي و يا اجزاء آن‌ها كه كليه اين موارد بايد مورد بررسي قرار گيرد ]5[.
1-2 ) روغن موتور :
يكي از كاربردهاي عمده روغن‌هاي روان كتتده، استفاده از آن‌ها به عنوان روغن موتور است، كه در اين بخش به نحوه توليد، انواع، كيفيت و طبقه بندي آن‌ها مي‌پردازيم.
همان طور كه مي‌دانيم روغن موتور نوعي روان كننده است كه در قسمت‌هاي مختلف موتورهاي احتراق داخلي مصرف مي‌شود.
اصولاً وظايف كلي روغن‌هاي موتور عبارتند از:
1- روانكاري قطعات.
2ـ خارج كردن حرارت حاصله در موتور.
3- ضربه‌گيري قطعات و جلوگيري از ايجاد صدا.
4- آب‌بندي فواصل بين قطعات و جلوگيري از ايجاد صدا.
5- خارج كردن دوده و ساير مواد خارجي و ذرات ناشي از ساييدگي (Engine Detergency)
6- معلق ساختن ذرات باقي‌مانده فوق.
7- پايداري حرارتي و شيميايي.
8- جلوگيري از زنگ زدن و تخريب شيميايي قطعات فلزي.
9- روان كننده مناسب در محدوده دماي عملياتي.
روغن‌هاي موتور خودرو كه غالباً از روغن‌هاي روان كننده نفتي و بعضاً روغن‌هاي سنتتيك در شرايط كار سخت و در هر دو مورد با 10 الي 15% مواد افزودني (Additives) تشكيل شده‌اند را مي‌توان به سه دسته عمده تقسيم نمود:
1- روغن‌هاي مخصوص موتورهاي بنزيني.
2- روغن‌هاي مخصوص موتورهاي ديزلي.
3- روغن‌هاي مخصوص موتورهاي گازسوز.
1-2-1) توليد روغن موتور:
تاسيس صنعت روغن سازي در ايران يك سال قبل از ملي شدن نفت، يعني در سال 1328 شروع شد. شركت نفت ايران و انگليس سابق اولين واحد پالايشگاه توليد روغن را در آبادان تاسيس كرد، كه پالايشگاه آبادان با ظرفيت حدود 25 ميليون ليتر در سال راه اندازي شد. در حال حاضر ظرفيت توليد اين پالايشگاه در حدود 60-50 ميليون ليتر در سال است.
دومين واحد پالايش روغن، شركت نفت پارس بود كه در سال 1342 با ظرفيت 33 ميليون ليتر در سال راه اندازي شد و در حال حاضر ظرفيت توليد آن در حدود 90 ميليون ليتر در سال است.
واحد روغن سازي پالايشگاه تهران در سال 1353 تاسيس شده كه ظرفيت توليد آن 120 ميليون ليتر بود كه در حال حاضر داراي ظرفيت توليد 203 ميليون ليتر در سال مي‌باشد.
واحد روغن سازي پالايشگاه اصفهان كه در سال 1371 مورد بهره‌برداري قرار گرفت داراي ظرفيت توليد 203 ميليون ليتر مي‌باشد.
در روش معمول و كنوني توليد روغن‌هاي روانكار كه از سال‌ها پيش متداول بوده، روي برش روغن استخراج شده از نفت خام دو فرآيند عمده تصفيه صورت مي‌گيرد. اين دو فرآيند عبارتند از:
1- واحد استخراج با حلال (عمدتاً فورفورال)جهت حذف مواد آروماتيكي كه غالباً عامل پايين بودن شاخص گرانروي مي‌باشند.
2- واحد موم زدايي با حلال به منظور كاهش نقطه ريزش روغن.
محدوديت‌هاي روش فوق شركت‌هاي توليد كننده روغن‌هاي روانكار را بر آن داشت تا تحقيقات وسيعي را به منظور دستيابي به روش‌هاي ديگر پالايش روغن آغاز نمايند.
حاصل تحقيقات انجام شده، ابداع روش پالايش با هيدروژن مي‌باشد. گرچه اين روش قادر نيست محصولي با تمامي مشخصات مورد نياز صنايع امروز را توليد نمايد و در موارد خاصي روغن‌هاي سنتيتيك همچنان بلامنازع مي‌باشند اما با توجه به مزيت‌هاي زيادي كه اين روش نسبت به روش استخراج با حلال دارد و همچنين قيمت تمام شده بسيار كمتر آن نسبت به روغن‌هاي سنتيتيك جايگزيني روش كلاسيك استخراج با حلال با روش فوق الذكر كاملاً توجيه اقتصادي دارد.
در سال 1972 كمپاني شل اولين واحد در اندازه صنعتي را جهت توليد روغن پايه از طريق پالايش با هيدروژن فرانسه به ظرفيت 70000 تن در سال با موفقيت راه اندازي كرد.
توليد اين واحد شامل روغن‌هاي پايه با شاخص گرانروي بالا (HVI) و شاخص گرانروي خيلي بالا (VHVI) بود.
احداث اين واحد نتيجه انجام سلسله تحقيقاتي بر روي انواع كاتاليزورها و شرايط عملياتي مختلف در مراكز تحقيق و توسعه شل در هلند، فرانسه و انگليس بود.
هنگامي كه اولين محصول روغن موتور مولتي گريد 10W40 ساخته شده با روغن پايه HVI به بازار عرضه گرديد عكس العمل بازار آن قدر مثبت بود كه دست اندركاران را بر آن داشت تا بدون فوت وقت اقدام به توسعه واحد تا ظرفيت 300،000 تن در سال نمايند. همزمان تحقيقات وسيعي جهت بهبود فرآيند و هر چه اقتصادي‌تر كردن آن آغاز گرديد.
نتيجه اين تحقيقات ساخت انواع روغن‌هاي موتور و صنعتي با ويژگي‌هاي منحصر به فرد و كاربردهاي خاص و دستيابي به بازارهاي صادراتي در سال 1977 بود.
1-2-1-1) فرآيند هيدروتريتينگ (HT)
گرچه فرآيند (HT) و توليد روغن‌هاي پايه را مي‌توان از نظر تئوري به سه فرآيند مجزا تقسيم نمود اما جنبه‌هاي اقتصادي ايجاب مي‌نمايد تا اين فرآيندها در يك واحد همزمان صورت پذيرد.
سه فرآيند ياد شده عبارتند از:
1- پالايش با هيدروژن
2- شكست مولكولي و پالايش با هيدروژن به منظور تبديل مواد ناخواسته سنگين به مواد نفتي سبك با كيفيت بالا.
3- ايزومري كردن و پالايش با هيدروژن جهت تبديل خوراك با نقطه ريزش بالا به روغن‌هاي پايه با شاخص گرانروي خيلي بالا.
با انجام سه فرآيند فوق در يك واحد ضمن اينكه روغن پايه مناسب به دست مي‌آيد محصولات جانبي كه در روش كلاسيك پالايش با حلال به عنوان موم يا اكستركت توليد مي‌گردند به سوخت‌هاي سبك با كيفيت بالا و روغن‌هاي VHVI تبديل مي‌شوند. اختلاف و مزيت عمده روش HT نسبت به روش استخراج با حلال، (SE) در همين است. در روش SE مواد ناخواسته صرفاً جداسازي مي‌گردند. بنابراين دستيابي به روغن با كيفيت مطلوب منجر به كاهش بازده توليد و ايجاد مواد ناخواسته مي‌گردد. اما در روش HT كه يك روش تبديل شيميايي است، اين مواد ناخواسته ضمن تبديل به روغن پايه مطلوب، مي‌تواند از طريق شكست مولكولي نيز تبديل به مواد سبك دلخواه با كيفيت بسيار خوب (سوخت‌هاي هيدروكربني) گردند. علاوه بر اين به دليل تبديلات شيميايي، روغن پايه حاصله در مقايسه با روغن پايه معمولي از كيفيت بالاتري برخوردار بوده و ويژگي‌هاي بيشتري را داراست. به عبارت ديگر با اين روش روغن پايه‌اي به دست مي‌آيد كه از روش SE دستيابي به آن امكان پذير نيست.
واكنش‌هايي كه طي فرآيند HT منجر به بهبود كيفيت روغن از نظر خواص ويسكومتريك و پايداري شيميايي و حرارتي مي‌گردند عبارتند از:
حذف هترو اتم‌ها (گوگرد، نيتروژن، اكسيژن). واكنش‌هاي شكست مولكولي، دي آليكلاسيون، شكسته شدن آروماتيك‌هاي چند حلقه‌اي و باز شدن حلقه‌هاي آروماتيك و نفتنيك و بالاخره اشباع حلقه‌هاي آروماتيك.
تنها محصول فرعي فرآيند HT لجن مومي شكل است كه از طريق برگشت به واحد و انجام واكنش‌هاي هيدروايزومريزاسيون (HI) و هيدروكراكينگ (HC) تبديل به روغن پايه با شاخص گرانروي بسيار بالا (HVI) مي‌گردد.
انتخاب كاتاليزور مناسب در روش‌هاي HT از اهميت زيادي برخوردار است. انجام سه روش فوق در يك واحد مستلزم استفاده از كاتاليزورهاي دو منظوره مي‌باشد. براي اين منظور مي‌بايست از كاتاليزورهاي فلزي كه به وسيله كاتاليزورهاي اسيدي تقويت گرديده‌اند استفاده شود. واكنش‌هايي نظير هيدروژناسيون آروماتيك‌ها و حذف نيتروژن و گوگرد از طريق كاتاليزورهاي فلزي امكان پذير است در حالي كه واكنش‌هاي دي الكيلاسيون و هيدروايزومريزاسيون نياز به كاتاليزورهاي اسيدي دارند.
اين كاتاليزورها همچنين مي‌بايست مقاومت خوبي در مقابل گوگرد از خود نشان دهند. با توجه به اين نكات، كاتاليزور مناسب مي‌تواند مخلوطي از سولفيدهاي نيكل، موليبدن، كبالت و تنگستن باشد كه بر بستري از آلومينا و سيليكا قرار گرفته و مواد تسريع كننده اسيدي نيز به آن افزوده شده است.
كاتاليزور مصرفي ضمن اينكه مي‌بايست مقاومت خوبي از نظر مكانيكي داشته باشد. از نظر قابليت احياء شدن نيز مي‌بايست در حد مطلوب باشد.
كاتاليزور مصرفي از نظر سازگاري با انواع خوراك اعم از واكس DAO و برش روغن مي‌بايست در حد مطلوب باشند.
