潤滑油

---

背景

ローマ時代から、水を含む多くの液体が潤滑剤として使用され、互いに接触する機械部品間の摩擦、熱、および摩耗を最小限に抑えてきました。今日、潤滑油、または潤滑油は、その幅広い用途のために最も一般的に使用される潤滑剤です。潤滑油の2つの基本的なカテゴリは、ミネラルです。 および合成。 鉱油は、天然に存在する石油または原油から精製されます。合成油は、炭化水素ベースのポリグリコールまたはエステル油である製造されたポリアルファオレフィンです。

選択できる潤滑油には多くの種類がありますが、原油の供給により安価になっているため、鉱油が最も一般的に使用されています。さらに、それらのプロパティと使用に関する大量のデータがすでに存在します。鉱物ベースの潤滑油のもう1つの利点は、さまざまな用途向けに、さまざまな粘度（粘度は物質の流動に対する抵抗を意味します）で製造できることです。それらは、分子量が約200原子質量単位（amu）の水素-炭素鎖からなる低粘度のオイルから、分子量が1000amuの高粘度の潤滑剤にまで及びます。粘度の異なるミネラルベースのオイルをブレンドして、特定の用途での性能を向上させることもできます。たとえば、一般的な1OW-30モーターオイルは、低粘度オイル（低温での始動を容易にするため）と高粘度オイル（通常の運転温度でのモーター保護を向上させるため）のブレンドです。

航空宇宙産業で最初に使用された合成潤滑油は、通常、鉱油が適さない特定の用途向けに配合されています。たとえば、合成油は、非常に高い作動温度に遭遇する場合、または潤滑油が耐火性でなければならない場合に使用されます。この記事では、ミネラルベースの潤滑油に焦点を当てます。

原材料

潤滑油は、何千もの炭化水素（炭素と水素のみを含む有機化合物）の黄色から黒色の可燃性液体混合物だけでなく、油井から発生する原油から得られる多くの画分または成分の1つにすぎません。原子、これらはすべての化石燃料で発生します）。石油鉱床は、約4億年前に生息していた小さな動植物の分解によって形成されました。地球の歴史の中でその時に起こった気候的および地理的変化のために、これらの生物の内訳は地域ごとに異なりました。

有機物がさまざまな場所で分解する速度が異なるため、結果として生じる炭化水素の性質と割合は大きく異なります。したがって、さまざまな場所から抽出された原油の物理的および化学的特性も同様です。たとえば、カリフォルニアの原油の比重は0.92グラム/ミリリットルですが、軽いペンシルバニアの原油の比重は0.81グラム/ミリリットルです。 （比重、 これは、等量の水の重量に対する物質の重量の比率を指し、原油の重要な側面です。）全体として、原油の比重は0.80〜0.97グラム/ミリリットルの範囲です。

用途によっては、添加剤と呼ばれる化学物質が混合される場合があります 潤滑油は原油から精製されます。精製プロセスを経て、原油は巨大な分留塔で加熱されます。燃料、ワックス、プロパンなどの物質を作るために使用できるさまざまな蒸気が沸騰し、塔のさまざまな場所に集められます。集められた潤滑油はろ過され、添加剤が混合されます。精製油は、望ましい物理的特性を与えます。一般的な添加剤には、鉛や金属硫化物などの金属が含まれます。これらは、金属表面が非常に高い圧力下で接触したときに、かじりや傷を防ぐ潤滑油の能力を強化します。高分子量ポリマーは、もう1つの一般的な添加剤です。粘度を向上させ、高温でオイルが薄くなる傾向を打ち消します。ニトロソミンは、酸を中和し、金属表面に保護膜を形成するため、酸化防止剤および腐食防止剤として使用されます。

製造
プロセス

潤滑油は原油から抽出され、分留塔にポンプで送られる前に予備精製プロセス（沈降）が行われます。直径25〜35フィート（7.6〜10.6メートル）、高さ400フィート（122メートル）までの典型的な高効率分留塔は、原油に存在する腐食性化合物に耐えるために高品質の鋼で構成されています。内部には、上昇する一連の凝縮液収集トレイが取り付けられています。塔の中で、原油中の何千もの炭化水素は、分別蒸留と呼ばれるプロセスによって互いに分離されます。 蒸気が塔を通って上昇すると、さまざまな留分が冷却され、凝縮し、それぞれの沸点によって決定されるさまざまな速度で液体の形に戻ります（留分の沸点が低いほど、凝縮する前に上昇します）。天然ガスが最初に沸点に達し、次にガソリン、灯油、燃料油、潤滑油、タールが続きます。

沈降

• 1原油は、パイプラインまたはタンカー船によって油井から製油所に輸送されます。製油所では、油が沈殿して、水や砂や岩などの固形汚染物質が除去されます。このプロセスの間、原油は大きな貯蔵タンクにポンプで送られ、そこで水と油が分離され、汚染物質が油から沈殿します。

分別

• 2次に、原油を華氏約700度（摂氏371度）に加熱します。この温度で、それは高温の蒸気と液体の混合物に分解し、次に2つの分留塔の最初の塔の底にポンプで送られます。ここでは、高温の炭化水素蒸気が上向きに浮かんでいます。それらが冷えると、それらは凝縮し、タワーのさまざまなレベルに設置されたさまざまなトレイに集められます。この塔では、通常の大気圧が継続的に維持され、原油の約80％が気化します。
• 3次に、オイルの残りの20％が再加熱され、2番目のタワーにポンプで送られます。ここで、真空圧によって残留オイルの沸点が下がり、低温で気化させることができます。タールや無機化合物など、沸点の高い重い化合物は、さらに処理するために残されます。

フィルタリングと溶媒抽出

• 4不要な化合物を除去するためのさらなる処理の後、2つの分留塔に集められた潤滑油は、残っている不純物を除去するいくつかの超微細フィルターを通過します。そのような汚染物質の1つである芳香族化合物には、溶媒抽出と呼ばれるプロセスで除去されなかった場合に潤滑油の粘度に影響を与える6つの炭素環が含まれています。 芳香族化合物は潤滑油留分よりも溶媒に溶けやすいため、溶媒抽出が可能です。潤滑油を溶剤で処理すると、芳香族化合物が溶解します。後で、溶媒が除去された後、芳香族化合物をそれから回収することができます。

添加物、検査、およびパッケージング

• 5最後に、オイルを添加剤と混合して、目的の物理的特性（低温に耐える能力など）を与えます。この時点で、潤滑油は、その粘度、比重、色、引火、および発火点を評価するさまざまな品質管理テストを受けます。品質基準を満たすオイルは、販売と流通のためにパッケージ化されます。

品質管理

潤滑油のほとんどの用途では、非樹脂性、淡い色、無臭、耐酸化性が求められます。潤滑油のグレードを分類および決定するために、12を超える物理的および化学的テストが使用されています。一般的な物理的テストには、粘度、比重、および色の測定が含まれますが、一般的な化学的テストには、引火点および発火点の測定が含まれます。

すべての特性の中で、特定の温度と圧力での潤滑油の流れに対する抵抗である粘度は、おそらく最も重要なものの1つです。用途と動作温度範囲は、オイルの適切な粘度を決定する際の重要な要素です。たとえば、オイルの粘度が高すぎると、金属部品が互いに移動するのに抵抗が大きくなりすぎます。一方、粘性が低いと、合わせ面の間から絞り出され、十分な潤滑ができなくなります。 Saybolt Standard Universal Viscometerは、華氏70度から210度（摂氏21度から99度）の石油潤滑油の粘度を測定するための標準的な機器です。粘度はセイボルトユニバーサルセカンドで測定されます これは、50ミリリットルのオイルが所定の温度で校正済みのチューブオリフィスを通してSaybolt粘度計カップから空になるのに必要な秒単位の時間です。

オイルの比重は、精製方法と鉛などの添加剤の種類によって異なります。これにより、潤滑油は極端な嵌合面圧と低温に耐えることができます。潤滑油の色は、特定のグレードまたはブランドの均一性を示しています。原油の引火点と発火点は、原油の産地によって異なります。 引火点 は、炎に接触したときにフラッシュするように十分な可燃性蒸気が追い出されるまでオイルを加熱する必要がある温度です。 ファイアポイント は、発火したときにオイル蒸気が燃焼し続ける高温です。

一般的なエンジンオイルは、Society of Automotive Engineers（SAE）によって確立された仕様に従って、粘度と性能によって分類されます。性能要因には、摩耗防止、オイルスラッジ堆積物の形成、およびオイルの増粘が含まれます。

未来

石油の自然供給は有限であり、再生不可能であるため、鉱物ベースの潤滑油の将来は限られています。専門家は、回収可能な軽質から中程度の石油埋蔵量の合計を1.6兆バレルと推定しており、そのうち3分の1が使用されています。したがって、自然保護区が減少するにつれて、合成ベースの石油はおそらくますます重要になるでしょう。これは、潤滑油だけでなく、石油精製から生じる他の製品にも当てはまります。