روغن های انتقال حرارت

پالایش نفت خام

روانکاری های اولیه، بااستفاده از تقطیر ساده نفت خام و از باقیمانده ستون تقطیر به دست می آمده اند. سپس مشخص شد که کیفیت روانکار را می توان باافزودن فرایند های بسیار ساده ای جهت حذف مواد و ترکیبات نامناسب همچون آسفالت، واکس و اروماتیک ها بهبود بخشید در این دوران، روانکارها بر پایه خواص خاص ذاتی روغن پایه تولید می شدند و از هیچ ماده افزودنی استفاده نمی شد. امروز بااستفاده از فناوری جدید،میتوان در مقیاس بالا، روغن پایه هایی با کیفیت بسیار خوب همراه باکاهش هزینه تولید نموده.

روش های جدید به دو دسته استفاده از حلال  و از استفاده از کاتالیست و هیدروژن تقسیم می شوند. در این روش ها به جای استفاده از اسید سولفوریک که در گذشته برای جدا کردن آروماتیک ها از روغن مورد استفاده قرار می گرفت، از حلال هایی مانند فورفورال وNMP  استفاده  می شود. هم چنین کاتالیستی آروماتیک ها امروزه به طور وسیعی به کاربرده می شود.

تقطیر

تقطیر، نخستین مرحله جدا سازی اجزا مناسب برای تولید روغن پایه از نفت خام است. نفت خام در فشار اتمسفر و در برج تقطیر به اجزایی که دارای دما جوش کمتراز ۳۵۰ می باشد. مواد باقیماند از این برج، حاوی ترکیبات سنگین می باشند. در این باقی مانده مقدار زیادی از برش روغن وجود دارد که باید از آن جدا شود. یک ستون تقطیر در اتمسفر محصولات سبک را از نفت خام جدا می کند. در این مرحله دیگر نمیتوان با حرارت دادن بیشتر این مواد را تقطیر نمود چون در اثر دمای بالا این مواد شروع به شکستن و تبدیل شدن به مولکول های کوچکتر می کنند. برای جلو گیری از این مسئله باید باقی مانده بقیه تقطیر اتمسفری (تقطیر ساده ) را به ستون تقطیر در خلاء فرستاده.در واقع محصول انتهایی ستون تقطیر در ستون اتمسفر، خوراکی ستون تقطیر در خلا می باشد. تقطیر در ستون تقطیر در خلاء در فشارهای پایین تر صورت می گیرد در این ستون مواد تحت شرایط خلاء در دماهای پایین تر جوش خواهند آمد و در نتیجه ازشکسته شدن مولکولها جلوگیری می شود.

آسفالت زدایی

به علت وجود مقدار زیاد ترکیبات آسفالتن و رزین، باقیمانده حاصل ازستون تقطیر در خلاء ماده باقیمانده تیره و دارایی گرانروی بسیاری بالایی است هنگامی که این مواد ازباقیمانده تقطیر در خلاء حذف شود . یک برش روغن باگرانروی بالا به نام برایت استاک به دست می آید  جهت استفاده از این برش ها برای تولید روغن پایه باید رزین ها و آسفالتن های موجود را از بقیه مواد جدا کرد که برای جداسازی آن ها از حلال ها استفاده می شود استفاده از هیدروکربن های با وزن مولکولی کم، به عموان حلال در آسفالت زدایی موثرتر است. در اغلب موارد ،از پروپان مایع به عنوان حلال در آسفالت زدایی با قیمانده ستون تقطیر استفاده می شود. در حالی که ، استفاده از بوتان یا پنتان سبب تولید روغن هایی آسفالت زدایی شده با کیفیت پایین تر می گردد که بیشتر به عنوان خوراک واحدهای FCC استفاده میشود.

پالایش توسط اسید

در روش پالایش توسط اسید، برش روغنی حاصل از تقطیر نفت خام به وسیله اسید سولفوریک یا اولئو، مورد تصفیه قرار می گیرد. در این روش اسید سولفوریک غلیظ با ترکیب نامناسب و نامطلوب موجود در روغن واکنش داده و تشکیل لجن می دهد. که این لجن قابل جدا سازی از روغن می باشد. حذف این مواد نامطلوب باعث طول عمر بالا بهبود ، بهبود رنگ، افزایش چگالی شاخص گرانروی روغن می شود. اگر چه این فرایند به طرز قابل ملاحضه ای روغن تمیز و پالایش می کند، ولی از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نیست.

استخراج توسط حلال

پس از آنکه برش نفتی و باقیمانده آسفالت زدایی شده ستون تقطیر در خلاء از پالایشگاه نفت به پالایشگاه روغن انتقال می یابد. ابتدا ترکیبات آروماتیک موجود در روغن تا حد زیادی توسط روش استخراج باحلال از روغن جدا می شوند. روش استخراج توسط حلال روشی است که برای بهبود پایداری دربرابر اکسید شدن و شاخص گرانروی نسبت به محصول حاصل از روش تصفیه اسید مورد استفاده قرار میگیرد.

روغن های انتقال حرارت که در دماهای بالا به کار می روند باید برش های نازک روغنی باشند و نباید با تقطیرات سبک به منظور تعدل گرانروی ترکیب شوند.

روغن های پایه مورد استفاده در روغن های انتقال حرارت مراحل تصفیه خاصی را به منظور بهبود خواص می گذرانند. ابتدا خواص نامطلوب روغن که منجربه تشکیل لجن و چسبناکی روغن در اثر کارکرده می شود را با استفاده از روش تصفیه به وسیله حلال از بین می برند. سپس در صورت استفاده از حلال، به منظور افزایش مقاومت روغن در برابراکسیدشدن، آن را تحت عمل عمل  آوری با هیدروژن قرار می دهند. این کار همچنین باعث بهبود سازگاری روغن با مواد افزودنی مورد استفاده در آن می شود. به منظور افزایش کارایی روغن در انتقال گرما آن را ، تحت عملیات واکس زدایی نیز قرار می دهند.

علاوه بر استفاده از مراحل تصفیه و پالایش خاص در تولید این روغن ها، ممکن است از مواد افزودنی بازدارنده اکسیداسیون بسیار گران قیمت نیز به منظور افزایش طول عمر این روغن ها استفاده می شود.

بیشتر روغن های انتقال حرارت، روغن های پارافینی می باشند که شاخص گرانروی بالایی دارند. با توجه به خاصیت رسانایی و ظرفیت گرمایی ویژه خوب این روغن ها، می توان از آن ها در سیستم هایی که دارای نرخ انتقال گرمای بالایی هستند استفاده کرد.

روغن های نفتنیک دارای برخی ویژگی های مفید در دماهای پایین می باشند مثلا رسوبات واکس در آن ها در دماهایی خیلی پایین صورت می گیرد ولی پایداری گرمایی این روغن ها به خوبی روغن های پارافینیک نبوده و خاصیت گرانروی –دمای روغن های نفتنیک از روغن های پارافینیک بدتر است.

پایداری در برابر اکسید شدن روغن های انتقال گرما بر روی مدت زمان کارکرد آن ها مؤثر است. به علت استفاده از این روغن ها در یک سیستم بسته و عدم تماس پیوسته با هوا، عوامل ایجاد اکسیداسیون در این روغن ها چندان شدید نیست. با وجود پایداری بسیار خوب روغن انتقال حرارت دربرابر کهنگی تنش های دمایی بیش از حد می تواند منجر به ایجاد کهنگی و تخریب روغن شود. وجود زنگ آهن و ذرات مسی در لوله ها نیز فرایند تخریب و کهنگی را افزایش می دهد .

از ویژگی های مورد نیاز روغن انتقال حرارت می توان به موارد زیر اشاره کرد :

۱)  شاخص گرانروی بالا – داشتن شاخص گرانروی بالا به منظور جلوگیری از تغییرات زیاد گرانروی بر اثر تغییرات زیاد دما ضروری است.

۲)  پایداری گرمایی و مقاومت دربرابر اکسید شدن – و جود پایداری گرمایی و مقاومت خوب روغن دربرابر اکسید شدن جهت جلوگیری از تشکیل سطوح صیقلی، لجن و شکستگی هیدرو کربن ها در مدت زمان قرار گرفتن روغن در شرایط دمایی شدید ضروری است .

۳)  فرایت کم – فرایت کم روغن های پایه پارفینی موجب کاهش اتلاف روغن از طریق تبخیر و کاهش تشکیل حفره در روغن می گردد. همانطور که می دانیم، تشکیل حفره سبب تخریب پره های پمپ های گریز از مرکز می شود.

۴)  نقطه احتراق و اشتعال بالا

• علاوه بر موارد فوق، از دیگر ویژگی های یک روغن انتقال گرما با کیفیت خوب می توان به موارد زیر اشاره کرد:
• بازده گرمایی بالا به منظور انتقال سریع و کارامد گرما
• فشار بخار کم در دما های بالا و نقطه جوش بالا که از افزایش فشار جلوگیری می کند.
• عدم ایجاد خوردگی در اجزای سیستم
• پایداری خوب در مقابل هیدرولیز شدن و مقاومت دربرابر تشکیل امولسیون با آب
• سازگاری با دیگر روغن های گرما
• سازگاری با اجزای سیستم مانند کاسه نمدها
• غیرسمی و بدون بو بودن
• طول عمر کارکرد طولانی

علاوه بر روغن های معدنی ترکیبات آلی دیگر مانندآلکیل بنزن های با زنجیره کوتاه، مشتقات و ترکیبات دی بنزیل بنزن، دی متیل دی فنیل اکسیدها، پلی فنیل هایی به صورت موضعی هالوژنه شده اند، ترکیبات تری فنیل ها و هم چنین ترکیبات دی فنیل اکسید و دی فنیل نیز در سیستم های انتقال گرما تحت فشار اتمسفریک استفاده می شود. حداکثر دما مجاز برای ترکیباتc°۴۰- ۲۰ بالاتر از روغن های معدنی است. ویژگی های این ترکیبات بسته به ساختار شیمیایی آن ها در دماهای پایین تر از روغن های معدنی نامطلوب تر است.

چگالی روغن های انتقال حرارت سنتزی همواره از روغن های معدنی بیشتر است. این امر منجر به کاهش ظرفیت گرمایی ویژه این روغن ها می شود. در واحدهایی که دما آغاز به کار بسیار پایینی دارند، معمولا از آلکین سیلیکات ها استفاده می شود. آلکیل سیلیکات ها را می توان در مواردی که دما مخزن تا حدودc°۱۸۰ است، استفاده کرد. این موارد باید از رطوبت محافظت شوند تا از تشکیل لجن در اثر هیدرولیز جلوگیری شود.

آزمایش های لازم برای کنترل کیفیت روغن های انتقال حرارت، عبارتند از:

• گرانروی سینماتیک ( ASTM D445 )
• شاخص گرانروی ( ASTN D2270 )
• نقطه اشتعال ( ASTM D92 )
• چگای در دما c°۱۵ ( ASTM D1298 )
• کف (ASTM D892 )