Mục đích chính của dầu gốc:
Mục đích sử dụng chính của dầu gốc là sản xuất dầu bôi trơn nhưng chủ yếu là để sản xuất dầu bôi trơn, có hàng ngàn loại dầu bôi trơn khác nhau. Phổ biến nhất là dầu động cơ, nhưng cũng có nhiều áp dụng dầu bôi trơn công nghiệp, trong đó có một số dầu bôi trơn chuyên dụng. Một lít dầu bôi trơn gồm từ 30 – 50 % dầu gốc, phần còn lại là phụ gia.
Thành phần hóa học của dầu gốc:
Dầu gốc được sử dụng pha chế dầu bôi trơn thích hợp chủ yếu thu được từ quá trình chưng cất chân không sản phẩm đáy của tháp chưng cất khí quyển.
Dầu gốc thường chứa các loại hydrocacbon sau đây:
Parafin mạch thẳng và mạch nhánh.
Hydrocacbon no đơn và đa vòng (naphten) có cấu trúc vòng xyclohexan gắn với mạch nhánh parafin.
Hydrocacbon thơm đơn vòng và đa vòng chủ yếu chứa các mạch nhánh ankyl.
Các hợp chất chứa vòng naphten, vòng thơm và mạch nhánh ankyl trong cùng một phân tử.
Các hợp chất hữu có chứa các dị nguyên tố, chủ yếu là các hợp chất chứa lưu huỳnh, oxi và nitơ.
Để đáp ứng yêu cầu và nâng cao chất lượng của dầu gốc, dầu gốc cần được chế biến sâu khi thu được từ các phân đoạn của tháp chưng cất chân không như các quá trình: chiết, tách, hydrotreating.... nhằm loại bỏ các cấu tử không mong muốn khỏi dầu gốc. Việc lựa chọn dầu gốc để pha chế dầu bôi trơn phụ thuộc vào độ nhớt, mức độ tinh chế, độ ổn định nhiệt và khả năng tương hợp với các chất khác nhau (chất phụ gia) hoặc vật liệu mà dầu bôi trơn sẽ tiếp xúc trong quá trình sử dụng.
Các Hydrocacbon Naphten và Parafin:
Các hydrocacbon này được gọi chung là nhóm hydrocacbon naphten-Parafin là thành phần chủ yếu có trong dầu gốc. Hàm lượng nhóm này tùy thuộc vào bản chất của dầu mỏ và khoảng nhiệt độ sôi mà chúng chiếm từ 41%- 68% trong thành phần hóa học của dầu nhờ gốc.
Các hợp chất n-parafin thường có khoảng 20 cacbon, những hợp chất n-parafin có phân tử lượng lớn thường là những Parafin rắn (gọi là sáp), nên hàm lượng chúng trong dầu bôi trơn phải giảm tới mức tối thiểu, đặc biệt là đối với dầu bôi trơn sử dụng ở nhiệt độ thấp. Trong khi đó, các parafin mạch nhánh lại là thành phần rất tốt cho dầu bôi trơn vì chúng có độ ổn định nhiệt và tính nhiệt nhớt tốt. Mạch nhánh càng dài thì đặc tính này các thể hiện rõ ràng hơn đối với các parafin mạch nhánh. Từ bảng
(1) ta thấy rằng nếu mạch càng dài, nhánh phụ ở vị trí đầu mạch và có nhánh thì
chúng có trị số nhớt đặc biệt cao và là những cấu tử thích hợp cho dầu nhờn gốc có chất lượng cao.
Bảng (1): Chỉ số nhớt của Iso-Parafin C21-24
Thành phần hydrocacbon napten trong nhóm hydrocacbon napten-parafin này có cấu trúc chủ yếu là các hợp chất vòng naphten, có kết hợp các nhánh alkyl hoặc iso alkyl vá có nguyên tử cacbon trong phân tử có thể từ 20 – 40, hoặc có khi lên đến 60, số vòng có thể từ 1 đến 5 vòng (cũng có loại dầu đã phát hiện có số vòng đến 7 hoặc 9). Cấu trúc có thể ở 2 dạng : cấu trúc không ngưng tụ (phân tử có thể chứa từ 1 đến 6 vòng )và cấu trúc ngưng tụ (phân tử có thể 2-4 vòng ngưng tụ). Cấu trúc nhánh của các vòng napten cũng rất đa dạng, chúng khác nhau bởi số nhánh, chiều dài mạch,mức độ phân nhánh của mạch và vị trí phân nhánh của mạch trong vùng.
Nhóm hydrocacbon thơm và hydrocacbon naphten –thơm:
Thành phần và cấu trúc của nhóm này có ý nghĩa quan trọng đối với dầu nhờn gốc. Một loạt các tính chất sử dụng của dầu nhờn như tính ổn định chống oxy hóa, tính bền nhiệt, tính chống mài mòn, độ hấp thụ phụ gia phụ thuộc chủ yếu vào tính chất và hàm lượng của nhóm hydrocacbon này.
Các hydrocacbon thơm là những loại có 1,2,3 vòng thơm, còn loại có 5 vòng thơm
trở lên rất ít. Ngoài sự khác nhau về số vòng thơm ở các hydrocacbon thơm còn khac nhau bởi số nguyên tử cacbon, mạch nhánh và vị trí nhánh. Trong nhóm này, người ta còn phát hiện thấy sự có mặt của các vòng thơm ngưng tụ đa vòng. Một phần là do chúng có mặt trong nguồn dầu nguyên liệu ban đầu có tỉ lệ thay dổi theo nguồn gốc dầu mỏ, một phần khác thì chùng được hình thành trong quá trình chưng cất do phàn ứng trùng ngưng, trùng hợp dưới tác dụng của nhiệt độ. Tuy nhiên đại bộ phận hợp chất trong dầu nhờn là loại lai hợp, lai hợp naphten và hydrocacbon thơm hay prafin.
Nhìn chung các hydrocacbon naphten hay hydrocacbon thơm 1 vòng hoặc 2 vòng với mạch nhánh parafin dài có cùng nhiệt độ sôi thì độ nhớt của chúng cũng xấp sỉ nhau. Khi tăng chiều dài mạch nhánh thì độ nhớt tăng lên rõ rệt và chỉ số độ nhớt tốt, đặc biệt nhánh ankyl lại phân nhánh. Còn naphten và hydrocacbon cacbon nhiều vòng hoặc dạng lai hợp naphten – hydrocacbon thơm thường có độ nhớt rất cao song chỉ số độ nhớt lại thấp.
Như vậy những hợp chất này không phải là những cấu tử cần thiết cho dầu gốc để chế tạo dầu bôi trơn có chất lượng tốt , mặc khác trong quá trình làm việc các hợp chất này có xu hướng tạo nhựa mạnh làm giảm nhanh chóng tính năng sử dụng của dầu nhờn.
Hình 3 : thành phần của phân đoạn cất chân không
Hình 3: cho biết những thành phần nào có trong phần cất chân không từ dầu thô là các cấu tử có lợi và những cấu tử có hại cần phải loại bỏ khi sản xuất dầu nhờn gốc.
Tóm lại những hợp chất hydrocacbon có cấu trúc gốm naphten hay hydrocacbon thơm một vòng có nhánh iso-Parafin dài, các hợp chất iso-parafin là những cấu tử tốt cho dầu nhờn vì chúng không chỉ có độ nhớt đảm bảo mà chúng còn có chỉ số độ nhớt cao làm cho dầu nhờn có chất lượng tốt.