منذ العصر الروماني تم استخدام العديد من السوائل كزيوت لتقليل الاحتكاك والحرارة والتآكل بين الأجزاء الميكانيكية التي تلامس بعضها البعض، اليوم يعتبر زيت التشحيم أكثر المواد شيوعاً بسبب مجموعة واسعة من التطبيقات الممكنة، يتم تكرير الزيوت المعدنية من البترول الطبيعي أو النفط الخام، يتم تصنيع الزيوت الاصطناعية وهي عبارة عن زيوت هيدروكربونية.
مواد أولية لصناعة زيوت السيارات:
تستخدم زيوت التشحيم التركيبية في العديد من الصناعات، وعادة ما يتم صياغتها لتطبيق محدد لا تتناسب معه الزيوت المعدنية، على سبيل المثال يتم استخدام المواد التركيبية عند مواجهة درجات حرارة تشغيل عالية للغاية أو حيث يجب أن يكون زيت التشحيم مقاوم للحريق، زيوت التشحيم هي مجرد جزء من العديد من الأجزاء أو المكونات التي يمكن اشتقاقها من البترول الخام، التي تنبثق من زيت مع خليط سائل من الأصفر إلى الأسود وقابل للاشتعال.
تشكلت الرواسب البترولية عن طريق تحلل النباتات والحيوانات الصغيرة التي عاشت قبل حوالي 400 مليون سنة، بسبب التغيرات المناخية والجغرافية التي حدثت في ذلك الوقت من تاريخ الأرض، اختلف انهيار هذه الكائنات من منطقة إلى أخرى، بسبب المعدلات المختلفة التي تتحلل بها المواد العضوية في أماكن مختلفة، تختلف طبيعة ونسبة الهيدروكربونات الناتجة بشكل كبير.
يتم تكرير زيت التشحيم من النفط الخام، بعد الخضوع لعملية تنقية يتم تسخين النفط الخام في أبراج تجزئة ضخمة وتغلي الأبخرة المختلفة التي يمكن استخدامها لصنع الوقود أو الشمع أو البروبان، وتتجمع في نقاط مختلفة في البرج، حيث يتم ترشيح زيت التشحيم الذي يتم تجميعه ثم يتم خلط المواد المضافة فيه.
كيفية تصنيع زيوت تشحيم السيارات:
يتم استخراج زيت التزليق من النفط الخام والذي يخضع لعملية تنقية أولية قبل ضخه في أبراج التجزئة، هو برج تجزئة نموذجي عالي الكفاءة مصنوع من الفولاذ عالي الجودة؛ لمقاومة المركبات المسببة للتآكل الموجودة في الزيوت الخام في الداخل، إنه مزود بسلسلة تصاعدية من صواني تجميع المكثفات، داخل البرج يتم فصل آلاف الهيدروكربونات في النفط الخام عن بعضها من خلال عملية تسمى التقطير التجزيئي.
عندما ترتفع الأبخرة عبر البرج تبرد الأجزاء المختلفة وتتكثف وتعود إلى شكل سائل بمعدلات مختلفة، تحددها نقاط الغليان الخاصة بكل منها، يصل الغاز الطبيعي إلى نقطة الغليان أولاً ويليه البنزين والكيروسين وزيت الوقود ومواد التشحيم والقطران.
الترسيب:
يُنقل النفط الخام من بئر النفط إلى المصفاة بواسطة خط أنابيب أو سفينة ناقلة، يخضع الزيت في المصفاة لعملية ترسيب لإزالة المياه والملوثات الصلبة مثل الرمل والصخور التي قد تكون عالقة فيه، خلال هذه العملية يتم ضخ النفط الخام في صهاريج تخزين كبيرة، حيث يُسمح للماء والزيت بالفصل واستقرار الملوثات من الزيت.
التجزئة:
يتم تسخين النفط الخام إلى حوالي 700 درجة فهرنهايت، عند درجة الحرارة هذه يتحلل إلى خليط من البخار الساخن والسائل الذي يتم ضخه بعد ذلك في قاع أول برجين تجزئة، هنا تطفو أبخرة الهيدروكربون الساخنة إلى أعلى، عندما تبرد تتكثف وتجمع في صواني مختلفة مثبتة على مستويات مختلفة في البرج، في هذا البرج يتم الحفاظ على الضغط الطبيعي بشكل مستمر ويتبخر 80% من النفط الخام.
يتم بعد ذلك إعادة تسخين نسبة 20 في المائة المتبقية من الزيت وضخها في برج ثاني، حيث يقلل ضغط الفراغ من نقطة غليان الزيت المتبقي، بحيث يمكن تبخيره عند درجة حرارة منخفضة، المركبات الأثقل ذات نقاط الغليان الأعلى مثل القطران والمركبات غير العضوية تظل متأخرة لمزيد من المعالجة.
الترشيح والاستخلاص بالمذيبات:
بعد مزيد من المعالجة لإزالة المركبات غير المرغوب فيها، يتم تمرير الزيت الذي تم جمعه في برجي التجزئة عبر عدة مرشحات متناهية الصغر، والتي تزيل الشوائب المتبقية تحتوي العطريات أحد هذه الملوثات على ستة حلقات من الكربون من شأنها أن تؤثر على لزوجة زيت السيارات إذا لم تتم إزالتها في عملية تسمى الاستخراج بالمذيبات، الاستخلاص بالمذيب ممكن لأنّ المواد العطرية قابلة للذوبان في المذيب أكثر من جزء زيت السيارات.
المضافات والفحص والتعبئة والتغليف:
يتم خلط الزيت بالمواد التي تتضاف من أجل إعطائه الخصائص الفيزيائية التي ترغب فيها الشركات والمصانع، في هذه المرحلة يخضع الزيت لمجموعة متنوعة من اختبارات مراقبة الجودة التي تقيم اللزوجة واللون والجاذبية والوميض والنقاط الخاصة بالحريق، كما ثم يتم تعبئة الزيت الذي يفي بمعايير الجودة للبيع والتوزيع.
مراقبة الجودة:
تتطلب أغلب تطبيقات زيوت التزليق ألا تكون حساسة وليس لها رائحة أو لون وتقاوم الأكسدة، يتم استخدام أكثر من عشرة اختبارات فيزيائية وكيميائية لتصنيف وتحديد درجة الزيوت، تشمل الاختبارات الفيزيائية الشائعة قياسات اللزوجة والجاذبية النوعية واللون، بينما تشمل الاختبارات الكيميائية النموذجية تلك الخاصة بنقاط الوميض والنار.
من بين جميع الخصائص تقاوم اللزوجة للزيت عند درجات حرارة معينة، وهي أهم خاصية على الأغلب، يعد نطاق التطبيق ودرجة حرارة التشغيل من العوامل الرئيسية في تحديد اللزوجة المناسبة للزيت، على سبيل المثال إذا كان الزيت شديد اللزوجة، فإنّه يوفر مقاومة كبيرة للأجزاء المعدنية التي تتحرك ضد بعضها البعض، من ناحية أخرى إذا لم يكن لزج بدرجة كافية فسيتم عصره من بين أسطح التزاوج ولن يكون قادر على تليينها بشكل كافي.
يعتمد الثقل النوعي للزيت المصنوع على طريقة التكرير وأنواع المواد المضافة الموجودة مثل الرصاص، مما يمنح الزيت القدرة على مقاومة ضغط سطح التزاوج الشديد ودرجات الحرارة الباردة، يشير لون زيت السيارات إلى توحيد درجة أو علامة تجارية معينة، كما تختلف نقاط وميض الزيت والنار باختلاف مصدر النفط الخام.
نقطة الوميض ودرجة الحرارة الخاصة بالزيت التي تكون ساخنة تقوم بدفع البخار القابل للاشتعال الذي يكون كافي لهذه العملية، فسوف تومض عندما يحتك مع الشعلة، ارتفاع درجة الحرارة الذي سيستمر سيتحول إلى بخار، يتم تصنيف زيوت المحركات الشائعة حسب اللزوجة والأداء وفقاً للمواصفات التي قامت جمعية مهندسي السيارات (SAE) بوضعها، حيث تتضمن عوامل الأداء منع التآكل وتكوين رواسب الحمأة الزيتية وتكثيف الزيت.
مستقبل زيوت السيارات محدود؛ لأنّ الإمدادات الطبيعية للبترول محدودة وغير متجددة ويقدّر الخبراء إجمالي احتياطيات النفط الخفيف إلى المتوسط القابل للاسترداد بنحو 1.6 تريليون برميل، تم استخدام ثلثها، وبالتالي من المحتمل أن تزداد أهمية الزيوت الاصطناعية مع تضاؤل الاحتياطيات الطبيعية، هذا لا ينطبق فقط على زيت التشحيم، ولكن أيضاً على المنتجات الأخرى الناتجة عن تكرير البترول.
