润滑油

背景

自罗马时代以来，包括水在内的许多液体都被用作润滑剂，以最大限度地减少相互接触的机械零件之间的摩擦、热量和磨损。今天，润滑油或润滑油是最常用的润滑剂，因为它的应用范围很广。润滑油的两个基本类别是矿物和 合成。 矿物油是从天然存在的石油或原油中提炼出来的。合成油是由聚α烯烃制成的，它是基于碳氢化合物的聚乙二醇或酯油。

尽管有多种润滑油可供选择，但最常用的是矿物油，因为原油的供应使其价格低廉；此外，关于其特性和用途的大量数据已经存在。矿物基润滑油的另一个优点是它们可以在很宽的粘度范围内生产 - 粘度是指物质的流动阻力 - 适用于各种应用。它们的范围从由分子量约为 200 原子质量单位 (amu) 的氢碳链组成的低粘度油，到分子量高达 1000 amu 的高粘度润滑剂。甚至可以将具有不同粘度的矿物油混合在一起，以提高它们在给定应用中的性能。例如，常见的 1OW-30 机油是低粘度油（便于在低温下启动）和高粘度油（在正常运行温度下更好地保护电机）的混合物。

合成润滑油首先用于航空航天工业，通常是为不适合矿物油的特定应用而配制的。例如，在遇到极高工作温度或润滑油必须耐火的地方使用合成材料。本文将重点介绍矿物基润滑油。

原材料

润滑油只是可以从原油中提取的许多馏分或成分之一，原油从油井中以黄色到黑色、易燃、液体混合物的形式出现，由数千种碳氢化合物（仅含有碳和氢的有机化合物）组成原子，这些都存在于所有化石燃料中）。石油矿床是由生活在大约 4 亿年前的微小动植物分解形成的。由于当时地球历史上发生的气候和地理变化，这些生物的分解因地区而异。

由于有机物质在不同地方分解的速度不同，生成的碳氢化合物的性质和百分比差异很大。因此，从不同地点提取的原油的物理和化学特性也是如此。例如，加利福尼亚原油的比重为 0.92 克/毫升，而较轻的宾夕法尼亚州原油的比重为 0.81 克/毫升。 （比重， 它是指物质的重量与等体积水的重量之比，是原油的一个重要方面。）总的来说，原油的比重在 0.80 到 0.97 克/毫升之间。

根据应用，称为添加剂的化学品可能与润滑油由原油提炼而成。原油经过净化过程冷沉淀后，在巨大的分馏塔中加热。各种蒸汽——可用于制造燃料、蜡或丙烷等物质——蒸发并在塔的不同点收集。收集的润滑油经过过滤，然后将添加剂混入精炼油中以赋予其所需的物理特性。常见的添加剂包括铅或金属硫化物等金属，当金属表面在极高压力下接触时，它们可以增强润滑油防止磨损和划伤的能力。高分子量聚合物是另一种常见的添加剂：它们可提高粘度，抵消油在高温下变稀的趋势。亚硝胺被用作抗氧化剂和腐蚀抑制剂，因为它们可以中和酸并在金属表面形成保护膜。

制造
过程

润滑油是从原油中提取的，原油在泵入分馏塔之前经过初步纯化过程（沉淀）。典型的高效分馏塔直径为 25 至 35 英尺（7.6 至 10.6 米），高达 400 英尺（122 米），由高级钢制成，以抵抗原油中存在的腐蚀性化合物；在里面，它装有一系列上升的冷凝水收集盘。在一个塔内，原油中的数以千计的碳氢化合物通过称为 分馏的过程相互分离。 当蒸气通过塔上升时，各种馏分冷却、冷凝并以由各自沸点决定的不同速率返回液体形式（馏分的沸点越低，在冷凝前升得越高）。天然气首先达到沸点，然后是汽油、煤油、燃料油、润滑油和焦油。

沉淀

1 原油通过管道或油轮从油井输送到炼油厂。在炼油厂，石油经过沉淀以去除可能悬浮在其中的任何水和固体污染物，例如沙子和岩石。在这个过程中，原油被泵入大型储油罐，在那里水和油被分离，污染物从油中沉淀出来。

分馏

2 接下来，将原油加热到大约 700 华氏度（371 摄氏度）。在此温度下，它分解成热蒸汽和液体的混合物，然后泵入两个分馏塔中第一个的底部。在这里，热的烃蒸气向上漂浮。当它们冷却时，它们会冷凝并被收集在安装在塔内不同高度的不同托盘中。在该塔中，持续保持常压，约 80% 的原油蒸发。
3 然后将剩余的 20% 的油重新加热并泵入第二个塔中，其中真空压力降低了残油的沸点，使其可以在较低的温度下蒸发。沸点较高的较重化合物，例如焦油和无机化合物，会留在后面进行进一步加工。

过滤和溶剂萃取

4 在进一步处理去除不需要的化合物后，在两个分馏塔中收集的润滑油通过几个超细过滤器，去除残留的杂质。芳烃，一种这样的污染物，含有六碳环，如果它们没有在称为 溶剂萃取的过程中被去除，就会影响润滑油的粘度。 溶剂萃取是可能的，因为芳烃比润滑油馏分更易溶于溶剂。当润滑油用溶剂处理时，芳烃溶解；之后，除去溶剂后，可以从中回收芳烃。

添加剂、检验和包装

5 最后，将油与添加剂混合以赋予其所需的物理特性（例如承受低温的能力）。此时，润滑油要接受各种质量控制测试，评估其粘度、比重、颜色、闪点和燃点。然后将符合质量标准的油进行包装以供销售和分销。

质量控制

润滑油的大多数应用要求它们是非树脂的、浅色的、无味的和抗氧化的。十多种物理和化学测试用于分类和确定润滑油的等级。常见的物理测试包括粘度、比重和颜色的测量，而典型的化学测试包括闪点和燃点的测试。

在所有特性中，粘度（润滑油在特定温度和压力下的流动阻力）可能是最重要的一个。应用和工作温度范围是决定油品合适粘度的关键因素。例如，如果油太粘稠，就会对相互移动的金属部件提供过大的阻力。另一方面，如果它的粘性不够，则会从配合面之间挤出，无法充分润滑。 Saybolt 标准通用粘度计是测定 70 至 210 华氏度（21 至 99 摄氏度）石油润滑剂粘度的标准仪器。粘度以 表示螺栓通用秒， 这是 50 毫升油在给定温度下通过校准管孔从赛博尔特粘度计杯中倒空所需的时间（以秒为单位）。

油的比重取决于精炼方法和存在的添加剂的类型，例如铅，这使润滑油能够抵抗极端配合表面压力和低温。润滑油的颜色表明特定等级或品牌的一致性。油的闪点和燃点因原油的来源而异。闪点是指油必须加热到足以驱散足够易燃蒸气的温度，以便在与火焰接触时会发生闪现。 着火点 是油蒸气在点燃时继续燃烧的较高温度。

根据汽车工程师协会 (SAE) 制定的规范，普通发动机油根据粘度和性能进行分类。性能因素包括防磨损、油泥沉积形成和油增稠。