Die Basis für Motorenöle

Die Entstehung von Rohöl

Das heutige Rohöl reicht Millionen von Jahren zurück. Es gibt zwei Haupttheorien für
die Herkunft des Rohöls. Man nimmt an, dass Rohöl aus Kohlenstoffvorkommen tief in der Erde entstanden sind; die andere Theorie lässt vermuten, dass das Öl aus den Überresten winziger Tiere und Pflanzen , vermischt mit Schlamm und Schlick sich über Millionen von Jahren gebildet hat.

In der Zeit von Millionen von Jahren intensiven Drucks und intensiver Hitze verwandelte sich diese organische Substanz in das, was heute als Erdöl bekannt ist. Unabhängig von der Herkunft des Rohöls hat die Menschheit viele Wege gefunden, diese dunkle, dicke, stinkende Substanz für sich nutzbar zu machen.

Die Zusammensetzung des Rohöls ist komplex. Es enthält einzelne Kohlenwasserstoffe oder Kohlenwasserstoffverbindungen. Kohlenwasserstoffe sind organische Verbindungen, die vollständig aus Wasserstoff- und Kohlenstoffatomen zusammengesetzt sind.

Wie wird aus einem Rohöl ein Basisöl?

Die Rohöle weisen unterschiedliche Mengen an elementaren Verbindungen wie Schwefel, Stickstoff, Sauerstoff und Metallen wie Nickel oder Vanadium auf. Auch wasserhaltige Salze sind im Rohöl zu finden. Viele dieser inhärenten Verbindungen des Rohöls müssen entfernt werden, damit der Mensch es am Ende für sich nutzen kann.

Der Raffinationsprozess entfernt die Stoffe, welche die Verwendung von Rohölen stören. Es muss unter anderem das Schwefel entfernt werden, um Umweltvorschriften zu erfüllen. Je mehr Stoffe in dem Rohöl sind, welche vor der Verwendung entfernt werden müssen, desto komplizierter und auch kostenintensiver wird der Raffinerieprozess.

Auch unverarbeitetes Rohöl hat vereinzelte Anwendungsmöglichkeiten, es gibt begrenzte Bereiche , wie z.B. in Kraftwerken und einigen Verbrennungsmotoren, in denen das einfache Rohöl zum Einsatz kommen kann. Meistens wird Rohöl in einzelne Bestandteile destilliert. Bei den Bestandteilen handelt es sich um Chargen einer bestimmten Substanz, in diesem Fall um verschiedene Kohlenwasserstoffmoleküle.

Jeder, der schon mal eine Ölraffinerie gesehen hat, wird sich daran erinnern, dass die Anlagen sehr große Labyrinthe aus Rohrleitungen und anderen großen Einheiten mit verstreut liegenden Rauchschornsteinen zu sein scheinen. Das komplexe Labyrinth besteht aus Rohrleitungen, Destillationseinheiten, Öfen, Hydrocrackern und einer Reihe anderer Einheiten, die zur Raffinierung von Rohöl benötigt werden. All diese Komponenten sind notwendig, um die Hunderte von verschiedenen Arten von Kohlenwasserstoffmolekülen in einfachere, brauchbarere Formen zu trennen.

Eine detaillierte Erörterung des Ölraffinationsprozesses würde den Rahmen dieses Artikels sprengen, aber Abbildung 1 veranschaulicht den Prozess sehr gut. Wenn Rohöl den Raffinationsprozess beginnt, gelangt es in ein Destillationsrohr. Von dort gelangen die abgetrennten Moleküle in weitere Behandlungszentren, um weiter in nutzbare Öle und Substanzen wie Schwefel, Butane, Düsentreibstoff, Kerosin, Dieselöl, Heizöl, Petrolkoks, Asphalt und Benzin aufgespalten zu werden.

Bei der Raffination von Rohölen kann eine Vielzahl von Schmiermitteltypen unterschiedlicher Qualität und Viskositätsgrade hergestellt werden. Diese Schmierstoffe können raffiniert werden, um ihre vorteilhaften Eigenschaften zu maximieren und diejenigen zu minimieren. Je ausgefeilter die Raffination sein soll desto teurer wird der eigentliche Prozess der Herstellung.

Die Kategorien von Basisölen

Das American Petroleum Institute (API) entwickelte ein Kalssifizierungssystem für Basisöle, das sich auf den Paraffin- und Schwefelgehalt und den Sättigungsgrad des Öls konzentriert. Der Sättigungsgrad gibt den Grad der Moleküle an, die vollständig mit Wasserstoffbrückenbindungen gesättigt sind, so dass sie von Natur aus nicht reaktiv sind.

Es gibt in diesem Klassifizierungssystem fünf Gruppen, diese reichen von Gruppe I bis Gruppe V. In Abbildung 2 sind die fünf Gruppen nach ihrem Herstellungsverfahren, ihrem Sättigungs- und Schwefelgehalt und ihrem Viskositätsindex (VI) detailliert dargestellt. Die allgemeinen Gruppenmerkmale sind darunter aufgeführt.

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Die Merkmale der Gruppen von Basisölen

Merkmale der Gruppe I

Die Grundöle der Gruppe I sind von allen Gruppen die am wenigsten raffinierten. Sie bestehen in der Regel aus einer Mischung verschiedener Kohlenwasserstoffketten mit geringer Einheitlichkeit. Während einige Automobilöle diese Vorräte verwenden, werden sie im Allgemeinen in weniger anspruchsvollen Anwendungen eingesetzt.

Merkmale der Gruppe II

Grundöle der Gruppe II sind in Motorölen auf Mineralölbasis weit verbreitet. Sie weisen in den Bereichen Flüchtigkeit, Oxidationsstabilität, Verschleißverhinderung und Flamm-/Brennpunkte eine gute Leistung auf. In Bereichen wie Pourpoint und Kaltstartviskosität bitten sie eine gute bis mittelmäßige Leistung.

Merkmale der Gruppe III

Grundöle der Gruppe III bestehen aus rekonstruierten Molekülen, die eine verbesserte Leistung in einer Vielzahl von Bereichen sowie eine gute molekulare Einheitlichkeit und Stabilität bieten. Diese synthetisierten Materialien können bei der Herstellung von synthetischen und halbsynthetischen Schmiermitteln verwendet werden.

Merkmale der Gruppe IV

Grundöle der Gruppe IV werden aus Polyalphaolefinen (PAO) hergestellt, bei denen es sich um chemisch hergestellte synthetische Grundstoffe handelt. PAOs bieten ausgezeichnete Stabilität, molekulare Einheitlichkeit und eine verbesserte Grundleistung.

Merkmale der Gruppe V

Gruppe V ist eine Auffangkategorie. Die meisten Grundöle in dieser Kategorie sind chemisch hergestellte Grundöle, die in keine der zuvor genannten Kategorien fallen. Typische Beispiele für Stoffe der Gruppe V sind Ester, Polyglykole und Silikon, aber die Kategorie umfasst auch Pflanzenöle und andere Grundöle, die in keine der anderen Kategorien passen.

Wie bei den Beständen der Gruppe IV bieten die Bestände der Gruppe V tendenziell Performance-Vorteile gegenüber den Gruppen I – III.

   
Gruppe Herstellungsprozess Sättigungsnievau Sulfatgehalt Viskositäts Index
Gruppe I Lösungsmittel frieren ein <90% > 0,03% 80 – 120
Gruppe II Hydrobearbeitung and Veredelung >=90% <= 0,03% 80 – 120
Gruppe III Katalytische Entparaffinierung >90% < 0,03% >120
Gruppe IV Chemische Reaktionen Alle Polyalphaolefine (PAOs)
Gruppe V Wie angegeben Alle anderen, die nicht in den Gruppen I, II, III, IV enthalten sind

Die Eigenschaften von Mineralöl

Mineralöle werden im Allgemeinen als paraffinisch und naphthenisch klassifiziert. Der Unterschied zwischen paraffinischen und naphthenischen Ölen liegt in der molekularen Zusammensetzung, was zu inhärenten Lösungsmitteldifferenzen zwischen den beiden Arten von Ölen führt.

Paraffinisches Öl

Paraffinische Öle zeichnen sich durch geradkettige Kohlenwasserstoffketten aus, in denen die Wasserstoff- und Kohlenstoffatome in einer langen linearen Zusammensetzung, ähnlich einer Kette, verbunden sind.

Die Wachssubstanz innerhalb des paraffinische Öls führt dazu, dass diese Elemente bei niedrigen Temperaturen zu Feststoffen werden; daher haben unbehandelte paraffinische Öle kein gutes Kälteverhalten und folglich ist der Stockpunkt höher. Damit ein paraffinischer Stoff bei niedrigen Temperaturen fließen kann, müssen die schwersten Wachse entfernt werden, und normalerweise sind Pourpoint-verringernde Mittel erforderlich.

Paraffinische Stoffe weisen ein gutes Hochtemperaturverhalten mit hoher Ozidationsstabilität und hohem Flamm-/Brennpunkt auf. Zusätzlich haben sie einen hohen Viskositätsindex (VI), das bedeutet, sie weisen eine hohe Viskositätsstabilität über einen gewissen Temperaturbereich auf.

Naphthenischer Stoff

Naphthenische Öle ähneln insofern den paraffinischen Stoffen, als das sie nur Kohlenwasserstoffe enthalten. Naphthenische Stoffe unterscheiden sich von den paraffinischen Stoffen, indem sie sich durch einen hohen Anteil an Ringkohlenwasserstoffen auszeichnen. Bei diesen ist die Wasserstoff- und Kohlenstoffatome kreisförmig miteinander verbunden. Wenn der paraffinische Kohlenstoffgehalt des Öls weniger als 55-60 Prozent beträgt, wird das Öl konventionell als naphthenisch bezeichnet.

Naphthenische Rohmaterialien enthalten wenig bis gar kein Wachs und bleiben daher bei niedrigen Temperaturen flüssig; sie verdünnen sich jedoch beträchtlich, wenn sie erhitzt werden. Naphthenische Stoffe haben im Allgemeinen einen niedrigen Viskositätsindex. Diese Stoffe haben eine höhere Dichte als paraffinische Vorräte, und sie haben eine höhere Fließfähigkeit als ihre paraffinischen Gegenstücke. Da naphthenische Stoffe wenig Wachs enthalten, weisen sie niedrigere Pourpoints auf als paraffinische Stoffe. Ebenfalls sind diese Stoffe auch volatil und haben einen niedrigeren Flammpunkt.

Da naphthenische Rohöle Abbauprodukte enthalten, die in Ölen löslich sind, neigen sie eher zu der Bildung von Schlamm und Ablagerungen. Aufgrund der Leistungsmerkmale von naphthenischen Ölen werden sie im Allgemeinen in Anwendungen eingesetzt, bei denen niedrige Pourpoints erforderlich sind und der Anwendungstemperaturbereich eng begrenzt ist.

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