I. Thành phần hoá học của dầu nhờn.[2]
1.1. Các hợp chất hydrocacbon
1.1.1. Các hydrocacbon naphten và parafin.
Các hydrocacbon này đợc gọi chung là các nhóm hydrocacbon naphten – parafin. Đây là nhóm hydrocacbon chủ yếu có trong dầu gốc dầu mỏ. Hàm l- ợng của nhóm này tuỳ thuộc vào bản chất của dầu mỏ và khoảng nhiệt độ sôi mà chiếm từ 41% ữ 86%. Nhóm hydrocacbon này có cấu trúc chủ yếu là các hợp chất hydrocacbon vòng naphten (vòng 5 cạnh và 6 cạnh) có thể kết hợp các nhánh ankyl hoặc izo- alkyl và số nguyên tử các bon trong phân tử có thể từ C20ữ C70
Cấu trúc vòng có thể ở hai dạng: Cấu trúc không ngng tụ ( phân tử có thể chứa từ 1ữ6 vòng) và cấu trúc ngng tụ (phân tử có thể chứa từ 2ữ4 vòng ngng tụ)
Cấu trúc nhánh của vòng naphten này cũng rất đa dạngchúng khác nhau bởi số mạch nhánh, chiều dài của mạch, mức độ phân nhánh của mạch và vị trí thế của mạch trong vòng. Thông thờng ngời ta nhận thấy rằng:
+ Phân đoạn nhớt nhẹ có chứa chủ yếu là các dãy đồng đẳng của xyclohexan, xyclopenten.
+ Phân đoạn nhớt trung bình chứa chủ chứa chủ yếu các vòng naphten có các mạch nhánh alkyl, izo – alkyl với số vòng từ 2 ữ 4 vòng.
Ngoài các hydrocacbon vòng naphten. Trong nhóm này còn có các hydrocacbon dạng n-parafin và izo-parafin hàm lợng của chúng không nhiều và mạch cacbon không chứa quá 20 nguyên tử các bon vì số nguyên tử cacbon lớn hơn 20 thì parafin sẽ ở dạng rắn và thờng đợc tách ra trong quá trình sản xuất dầu nhờn.
TT Loại hydrocacbon %thể tích trong dầu nhờn
1 2 3 4 5 6 7 8 9 n- parafin izo- parafin naphten 1 vòng naphten 2 vòng naphten 3 vòng
Hydrocacbon thơm 1 vòng + naphten Hydrocacbon thơm 2 vòng + naphten Hydrocacbon thơm 3 vòng + naphten Hydrocacbon thơm nhiều vòng ngng tụ với các chất phi hydrocacbon
13,7 8,3 18,4 9,9 16,5 10,5 8,1 6,6 8,0
Bảng 13: Thành phần hydrocacbon trong dầu nhờn (mỏ Poncacity) [4]
1.1.2. Các hydrocacbon thơm.
Thành phần và cấu trúc của nhóm hydrocacbon này có ý nghĩa quan trọng đối với dầu gốc. Một loạt các tính chất sử dụng của dầu nhờn nh tính ổn định chống oxy hoá, tính bền nhiệt, tính nhớt nhiệt, tính chống bào mòn, độ hấp thụ
phụ gia chủ yếu phụ thuộc vào tính chất và hàm lợng của nhóm hydrocacbon này. Tuy nhiên hàm lợng và cấu trúc của chúng còn phụ thuộc vào bản chất dầu gốc và nhiệt độ sôi của các phân đoạn.
+ Phân đoạn nhớt nhẹ ( 350 ữ 4000C) có mặt chủ yếu các hợp chất dãy đồng đẳng của benzen và naphten
+ Phân đoạn nhớt nặng hơn (400ữ 4500C) phát hiện thấy hydrocacbon thơm 3 vòng dạng đơn hoặc kép.
+ Trong phân đoạn có nhiệt độ sôi cao hơn có chứa các chất thuộc dãy đồng đẳng của naphtalen, phenatren antraxen và một số lợng đáng kể loại hydrocacbon đa vòng.
Trong phân đoạn này các hydrocacbon ngoài khác nhau về số vòng thơm, còn khác nhau bởi số nguyên tử Cacbon ở mạch nhánh và vị trí các nhánh. Trong nhóm này còn phát hiện sự có mặt của các vòng thơm ngng tụ đa vòng. Một phần của chúng tồn tại trong dầu gốc với tỷ lệ thay đổi theo nguồn gốc của dầu mỏ còn một phần đợc hình thành trong quá trình trng cất do các phản ứng trùng ngng, trùng hợp dới tác dụng của nhiệt.
Một thành phần nữa trong nhóm hydrocacbon thơm là loại hydrocacbon hỗn tạp naphten – aromat. Loại hydrocacbon này làm giảm phẩm chất của dầu nhờn thơng phẩm vì chúng có tính nhớt nhiệt kém và rất dễ bị oxy hóa tạo ra các chất keo nhựa trong quá trình làm việc của dầu nhờn ở động cơ.
% Các bon ở mạch parafin % Các bon ở vòng thơm % Các bon ở naphent % Các bon ở các vòng Tổng số vòng Vòng thơm % Cp = 53,5 %CA = 20,0 %Cn =26,7 %Cr = 46,7 Rt =3 Ra =1
Vòng naphten Rn =2
Bảng 14: Thành phần cấu trúc của các phân tử trung bình của phân đoạn dầu nhờn.
1.1.3. Các hydrocacbon rắn.
Trong thành phần dầu nhờn chng cất ra từ dầu mỏ còn có các hydrocacbon rắn bao gồm các hydrcacbon dãy parafin có cấu trúc và khối lợng phân tử khác nhau, các hydrocacbon naphten có chứa từ 1- 3 vòng trong phân tử và có mạch nhánh dài với cấu trúc dạng thẳng hoặc dạng iso, các hydrcacbon thơm có số vòng, số mạch nhánh khác nhau, chúng đều có tính chất là dễ đông đặc lại ở dạng rắn khi ở nhiệt độ thấp. Vì vậy các hydrocacbon rắn này cần phải đợc tách lọc ra trong quá trình sản xuất dầu nhờn nên hàm lợng của chúng trong dầu nhờn rất thấp.
Các hydrocacbon rắn này chia thành 2 loại:
+ Parafin là hỗn hợp chủ yếu của các phân tử n-alkan có khối lợng phân tử khá cao.
+ Xerezin là hỗn hợp chủ yếu của các hydrocacbon rắn có mạch nhánh thẳng hoặc izo, trong đó dạng izo là chủ yếu.