Olio base minerale
Il petrolio greggio deriva da processi fisici e chimici che hanno agito per molti milioni di anni sui resti sepolti di piante e animali.
Sebbene il petrolio greggio si formi generalmente in rocce madri a grana fine, esso può migrare verso rocce serbatoio più permeabili e grandi accumuli di petrolio, i giacimenti, vengono raggiunti tramite perforazione.
I diversi tipi di petrolio greggio contengono proporzioni differenti di classi di componenti organici e variano anche per la distribuzione degli intervalli di ebollizione dei loro componenti. I principali fattori che influenzano la selezione del petrolio greggio per la produzione di oli base sono i seguenti:
❖ contenuto di frazioni con un intervallo di ebollizione adatto ai lubrificanti
❖ resa dell’olio base dopo i processi di lavorazione
❖ proprietà del prodotto olio base, sia fisiche sia chimiche
Circa il 95% dell’attuale quota di mercato dei lubrificanti è costituito da oli convenzionali (a base minerale).
Il petrolio che sgorga da un pozzo sotto forma di greggio si presenta in molte varietà e tipologie, che vanno da oli chiari contenenti prevalentemente catene molecolari di idrocarburi di piccole dimensioni, fino a oli neri, quasi solidi, simili all’asfalto, costituiti da grandi catene di idrocarburi.
Questi oli greggi sono miscele molto complesse che contengono una grande varietà di composti formati da idrogeno e carbonio. Tali composti (noti come idrocarburi) possono variare in dimensione dal metano (che contiene un atomo di carbonio e quattro atomi di idrogeno) fino a strutture molto grandi con 60 o più atomi di carbonio.
L’importanza delle raffinerie
La maggior parte degli oli lubrificanti deriva dal petrolio o dal greggio. Per ottenere un olio lubrificante a partire dal petrolio greggio, quest’ultimo deve essere inviato a una raffineria. La raffineria estrae dal greggio numerose molecole di diverse dimensioni e strutture che possono essere utilizzate per differenti scopi. Ad esempio, benzina, gasolio e cherosene derivano tutti dal petrolio greggio.
Gli oli lubrificanti sono costituiti da molecole di idrocarburi di dimensioni specifiche (nell’intervallo da 26 a 40 atomi di carbonio). Per funzionare come oli lubrificanti sono necessarie molecole piuttosto grandi e pesanti.
Le molecole utilizzate per la benzina e il cherosene sono più piccole e contengono un numero inferiore di atomi di carbonio nella loro struttura molecolare. La raffineria separa queste molecole in diversi serbatoi in base alla dimensione e al peso, eliminando le impurità e consentendo così l’utilizzo di ciascun prodotto ottenuto dal greggio.
La funzione principale di una raffineria è separare il petrolio greggio nei suoi componenti utili e rimuovere i materiali indesiderati. Gli oli base, o basi lubrificanti come talvolta vengono chiamate, si ottengono dalla separazione e dalla purificazione del petrolio greggio. Essi sono uno dei diversi componenti liquidi ricavati dal greggio.
La benzina è il componente di idrocarburi più leggero o più piccolo, seguita dal cherosene o carburante per aerei, dal gasolio, dagli oli base, dalle cere e dall’asfalto o bitume, che rappresenta il materiale più pesante e denso. Gli oli base vengono preparati a partire dai greggi mediante una serie di processi che, in varia misura, devono essere applicati a tutti i tipi di petrolio greggio sia nei processi di raffinazione sia in quelli di rigenerazione.
Differenze tra oli, lubrificanti e grassi
In generale, l’olio lubrificante è una sostanza che riduce l’attrito quando viene interposta tra due superfici in movimento relativo. Esistono lubrificanti con diversi gradi e viscosità; tuttavia, le loro funzioni presentano molte somiglianze, in quanto:
✓ riducono l’attrito tra due superfici in movimento
✓ proteggono i componenti meccanici dall’usura e dalla corrosione
✓ detergono e raffreddano
✓ agiscono come sigillante tra segmenti/pistoni e camicie, al fine di prevenire perdite di gas all’interno della camera di combustione
Qual è la differenza tra olio e lubrificante? Un lubrificante può essere fluido, solido o semisolido. Con il termine olio si intende un lubrificante liquido a base oleosa con additivi. Questo è il tipo di lubrificante più conosciuto.
Un grasso è un lubrificante semifluido o semisolido costituito da una miscela di un agente addensante con un lubrificante liquido e altri elementi (additivi), che conferiscono a ciascun grasso le sue proprietà specifiche.
La struttura del grasso consente al lubrificante di rimanere allo stato solido finché la forza di taglio tra le superfici non raggiunge un determinato livello; a quel punto il grasso inizia a fluire e diventa un composto mobile. Quando la forza di taglio diminuisce, il grasso riacquista le sue proprietà iniziali.
Grazie alla sua consistenza, il grasso rimane nel punto di lubrificazione, mantenendo le superfici protette da ruggine e corrosione anche quando i sistemi sono fermi. Inoltre, i grassi agiscono come sigillanti, prevenendo perdite nel sistema e l’ingresso di impurità nel punto di lubrificazione, assorbendo contaminazioni esterne, rumore e vibrazioni.
Controllo qualità
L’analisi CHN negli oli e nei lubrificanti determina la percentuale precisa di carbonio, idrogeno e azoto, risultando fondamentale per il controllo qualità, la valutazione delle prestazioni e del potenziale di raffinazione. Essa utilizza l’analisi per combustione flash (metodo di Dumas) per comprendere la composizione del materiale, valutare la presenza di additivi e monitorare i processi di degradazione.
Questa scomposizione elementare consente di caratterizzare il petrolio greggio, i lubrificanti finiti, i biocarburanti e persino i sottoprodotti, garantendo la costanza del prodotto e aiutando a prevederne il comportamento durante i processi di lavorazione.
Le analisi CHN possono essere associate ad altre tecniche, come NMR o FTIR, per identificare strutture e composizioni chimiche, eseguire bilanci di massa o evidenziare tendenze nel comportamento dei lubrificanti.
È ormai consolidato che l’analisi CHN costituisce la base di questi studi: un’importanza tale deve essere supportata da strumenti di elevata qualità, in grado di fornire dati precisi e affidabili.
Cosa misura
Carbonio (C) e Idrogeno (H): indicano la struttura idrocarburica dell’olio base; sono utili per calcolare il rapporto C/H e valutare il potenziale di raffinazione, le prestazioni e la purezza.
Azoto (N): rivela la presenza di composti contenenti azoto, che possono agire come additivi antiusura oppure essere indicatori di contaminazione o degradazione.
Perché viene utilizzata negli oli e nei lubrificanti
- Controllo qualità: garantisce che gli oli base e i lubrificanti finiti rispettino le specifiche
- Prestazioni: il contenuto di azoto può essere correlato all’efficacia degli additivi (come detergenti e disperdenti) e alla stabilità complessiva del lubrificante
- Processi di lavorazione: il rapporto C/H aiuta a valutare petrolio greggio e carburanti in vista di processi di upgrading
- Risoluzione dei problemi: consente di individuare contaminazioni o fenomeni di degradazione monitorando le variazioni nella composizione elementare
Metodo di prova standard
La norma ASTM D5291 riguarda la determinazione strumentale di carbonio, idrogeno e azoto in campioni di laboratorio di prodotti petroliferi e lubrificanti. I valori ottenuti rappresentano il contenuto totale di carbonio, idrogeno e azoto.
Questo metodo standard è applicabile a campioni quali oli greggi, oli combustibili, additivi e residui per l’analisi di carbonio, idrogeno e azoto.
In particolare, i campioni organici vengono inseriti in contenitori leggeri di metallo ossidabile e lasciati cadere, a tempi prestabiliti, in un reattore verticale in quarzo, Inconel o acciaio inossidabile, riscaldato a circa 1050 °C, attraverso il quale viene mantenuto un flusso costante di elio. Al momento dell’introduzione del campione, il flusso di elio viene temporaneamente arricchito con ossigeno puro. La combustione flash ha luogo ed è innescata dall’ossidazione del contenitore.
La combustione quantitativa viene quindi ottenuta facendo passare i gas su triossido di cromo e ossido rameico. La miscela dei gas di combustione viene successivamente fatta passare su rame a circa 640 °C (o 840 °C in un reattore in acciaio) per eliminare l’eccesso di ossigeno; quindi, senza interruzioni, viene introdotta nella colonna cromatografica riscaldata a circa 120 °C.
I singoli componenti vengono separati per eluizione nell’ordine: azoto, anidride carbonica e acqua, mediante una colonna dedicata, e misurati tramite un rivelatore a conducibilità termica. Attraverso un software dedicato vengono quindi calcolate le percentuali degli elementi presenti nel campione.
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