Olejářská rafinérie, která je Praze nejblíže, se nachází v Kolíně (asi 65 km od Prahy). Proto jsme se rozhodli získat informace o olejích v Ústavu paliv a maziv v Praze 10. Ústav se zabýval až do r. 1993 vývojem nových olejů. Formulace a komplexní zkoušky jediného oleje stojí minimálně 10 milionů Kč. To je příliš nákladné, a proto byl vývoj zastaven. Ústav nyní provádí běžné zkoušky olejů a více se zaměřuje na zkoušení paliv. Nicméně jsme zde našli odborníky, kteří problematiku olejů dokonale ovládají a kteří se nám ochotně věnovali.

Motorové oleje jsou pro chod automobilu tak důležité, že jsou pokládány za konstrukční prvek stroje.

Jaké jsou požadavky na současné kvalitní oleje?

• dobrá mazací schopnost za všech podmínek
• prodloužení životnosti motoru
• prodloužení cyklů výměny oleje
• snižování emisí škodlivých látek (s přechodem na bezolovnaté benziny bylo nutné vytvářet nové typy olejů - sloučeniny olova mají totiž mazací účinky)

Je zřejmé, že vývoj nových motorů a nových olejů musí probíhat v těsné spolupráci výrobců motorů a výrobců olejů.

Výroba a složení motorových olejů

Motorový olej = základní olej + přísady

Základní olej je buď ropný rafinát nebo syntetický olej a nebo jejich směs. Vývoj směřuje k plně syntetickým olejům, které jsou velmi kvalitní, ale velmi drahé. Jejich základem jsou polyalfaolefiny (PAO), případně estery dikarbonových kyselin. Pro výrobu PAO jsou v ČR dobré podmínky, neboť Spolana Neratovice produkuje dostatečné množství kvalitních lineárních alfaolefinů (LAO), z nichž se PAO získávají oligomerací.

Výroba olejových rafinátů

Destilací ropy za atmosférického tlaku se oddělí paliva, čímž vznikne atmosférický zbytek obsahující olejové frakce, parafin a asfalt. Vakuovou destilací atmosférického zbytku se získá několik olejových frakcí a vakuový zbytek obsahující těžké oleje a asfalt. Z vakuového zbytku lze získat oleje extrakcí zkapalněným propanem.

Olejové destiláty se rafinují buď extrakcí furfuralem (vyextrahují se aromáty, heterocykly) nebo vysokotlakou hydrogenací (nežádoucí složky se neodstraňují, ale chemicky přemění - aromáty na cykloalkany nebo alkany, heteroatomy jsou pak odstraněny jako H₂S, H₂O a NH₃). Dále je nutné provést odparafinování ochlazením - vyloučené krystaly parafinu se odfiltrují. Nakonec se oleje dorafinují adsorpcí.

Přísady olejů

1. Modifikátory viskozity - zahušťují olej a především snižují závislost viskozity na teplotě

Užívají se:

• polymethakryláty - polymery esterů kyseliny methakrylové CH₂ = C - COOR
  |
  CH₃
• polyizobutyleny
• kopolymery ethylenu a propylenu
• styrendienové kopolymery (styren, izopren)

2. Disperzanty - slouží k potlačení tvorby úsad na pístech a tvorby "studených kalů". Jejich molekuly obsahují uhlovodíkový řetězec a polární skupinu.

3. Detergenty - slouží k potlačení tvorby vysokoteplotních úsad a k potlačení koroze. Jsou to např. alkylsalicyláty, alkylfenoláty vápníku nebo hořčíku s tzv. alkalickou rezervou (tj. s přebytkem karbonátů Ca a Mg). Tato rezerva je důležitá pro neutralizaci organických kyselin, které vznikají oxidací olejů kyslíkem při vyšších teplotách.

4. Vysokotlaké a protioděrové přísady - vytvářejí na místech tepelně namáhaných reakcí s povrchem kovu ochranný film. Používají se dithiofosfáty ve formě zinečnatých solí

R je alkyl nebo aryl

Mají i funkci antioxidantů a protikorozních přísad. Jejich obsah v oleji vyjádřený obsahem fosforu je v rozmezí 0,05 až 0,15 %. Obsah fosforu by měl být co nejnižší s ohledem na katalyzátor.

5. Antioxidanty a antikorozní přísady - jejich funkci plní přísady již dříve uvedené, někdy se přidává malé množství dalších látek.

6. Snižovače bodu tuhnutí - depresanty - zabraňují vylučování krystalů parafínu (např. odparafinování je provedeno do -15° C, s depresantem může být olej použit do -30° C), užívají se polymethakryláty.

7. Modifikátory tření - kolem 1%. Jsou to např. různá kovová mýdla, estery, amíny - vytvářejí tenký ulpívající film na kovovém povrchu.

8. Protipěnivostní přísady - užívají se silikonové oleje typu methysiloxanů v koncentraci 0,001 - 0,0001 %

Zkoušení olejů

V laboratořích ústavu jsme viděli celou řadu zkoušek, např. měření viskozity, zkoušku pěnivosti a stability pěny, měření bodu vzplanutí, stanovení těžkých kovů metodou AAS. Ve školní laboratoři jsme si sami vyzkoušeli měření bodu vzplanutí a měření viskozity viskozimetrem typu Ubbelehde.

Bod vzplanutí

jde o nejnižší teplotu, při které olej vytvoří dostatečné množství par, aby došlo k jejich vznícení. Olej se elektricky vyhřívá v kelímku přístroje. Do oleje je ponořen teploměr. Nad hladinou se přejíždí malým plaménkem. V okamžiku, kdy se páry vznítí, ale po oddálení plamene opět uhasnou, zaznamená se teplota. Náš vzorek oleje měl teplotu vzplanutí 187° C.

Viskozita

je velmi důležitou vlastností mazacích olejů. U motorových olejů je nezbytné, aby olej plnil svou funkci při velmi nízkých teplotách (i v zimě v odstaveném motoru) i při nejvyšších pracovních teplotách v motoru. To znamená, že viskozita oleje by se měla s teplotou měnit co nejméně. Pro srovnání uvádíme v tabulce závislost dynamické viskozity tzv. jednostupňového oleje (pro letní období) a všesezónního oleje. Dnes se však již používají téměř výhradně všesezónní oleje.

Měření viskozity

Viskozita se měří skleněnými viskozimetry typu Ubbelohde. Měří se čas, za který vyteče kapilárou vyznačený objem kapaliny. Čas t se vynásobí konstantou viskozimetru k (je uváděna v mm².s^-2). Tak získáme kinematickou viskozitu n v jednotkách mm².s^-1.

n = k * t

Konstantu uvádí výrobce, ale je třeba ji ověřit pomocí kapaliny o známé viskozitě. Viskozimetr musí být umístěn v termostatu ve svislé poloze. Při výpočtu dynamické viskozity h je nutno znát hustotu kapaliny r při dané teplotě.

h = k * r * t

Měření viskozity jsme prováděli ve školní laboratoři s kapalinami méně viskózními, neboť jsme měli k dipozici viskozimetry pro rozsah viskozit od 0 do 10 mm²s^-1.

Zjistili jsme, že výrobci uvádějí pro oleje ještě tzv. viskozitní index (VI). Je to bezrozměrná veličina, která vyjadřuje závislost viskozity na teplotě (určuje se porovnáním daného oleje s dvěma jinými oleji, z nichž jeden má malou a druhý velkou závislost viskozity na teplotě, ale oba mají stejnou viskozitu při 100^o C). Čím větší je hodnota VI, tím menší je závislost viskozity oleje na teplotě. Kvalitní oleje mají VI v rozmezí 130 - 145.

Převodové oleje

Jsou to oleje, které se skládají ze základního ropného oleje a speciálních přísad pro zvýšení odolnosti vůči vysokým tlakům, případně dalších přísad (antioxidanty, inhibitory koroze, modifikátory tření). Viskozitní indexy mají nižší než motorové oleje.

Plastická maziva

Užívají se k mazání ložisek a čepů. Olejový základ se zahušťuje přídavkem mýdel. Jsou to mýdla lithná, vápenatá, sodná či hlinitá odvozená od různých mastných kyselin.

Upotřebené oleje - nebezpečný odpad

Přes všechny snahy výrobců o prodloužení cyklů výměny olejů vznikají ve světě ohromná množství tohoto odpadu (odhadem desítky milionů tun ročně).

Nejjednodušší způsob zhodnocení starých olejů je spalování v cementárnách (podobně jako odpad ze starých pneumatik). V cementárenských pecích je dostatečně vysoká teplota a ta vylučuje vznik velmi jedovatých látek jako jsou CO, HCN, dioxiny, furan ap.

Druhý daleko složitější a nákladnější způsob je recyklace v rafinériích nebo v menších mobilních zařízeních přímo na sběrném místě. Nejlepší se nám zdá tento postup: vyextrahování polymerních aditiv, která se použijí jako plniva do asfaltu, a pak následná destilace, která vede ke znovu použitelným mazacím a topným olejům. Recyklace musí mít v budoucnu přednost před spalováním.

V ČR se několik firem zabývá recyklací. Problémy jsou však s vybudováním sběrné sítě.