Bevor wir uns mit der Herstellung von Grundölen befassen, wollen wir das Grundöl-Klassifizierungssystem des API (American Petroleum Institute) erläutern. Wie unten gezeigt, klassifiziert das API-System Grundöle in fünf Hauptgruppen. Während diese Gruppen ursprünglich für die Formulierung von Motorölen definiert wurden, ist ihre Definition mittlerweile verbreitet und ihre Nutzung erstreckt sich weit über diesen Bereich hinaus.

Auch wenn sie vom API nicht offiziell anerkannt sind, werden die folgenden zusätzlichen Klassifizierungen häufig in der Branche verwendet.

Gruppe I oder konventionelle Grundöle werden durch Lösungsmittelraffination hergestellt und enthalten mehr als 0,03 Gew.-% Schwefel und/oder weniger als 90 Gew.-% gesättigte Fettsäuren. Öle der Gruppe I werden aufgrund ihrer Löslichkeit und ihrer Leistungsmerkmale weiterhin in einer Reihe von Anwendungen eingesetzt.

Grundöle der Gruppen II und III werden durch das hergestellt, was das API Hydroprocessing oder schweres Hydroprocessing nennt. Mit einem Schwefelgehalt von höchstens 0,03 Gew.-% und einem Gehalt an gesättigten Fettsäuren von höchstens 90 Gew.-% sind sie reiner als Grundöle der Gruppe I. Viele der Produkte von Petro-Canada Lubricants werden mit einer speziellen, intensiven Version des Hydroprocessing, dem so genannten Heavy Hydrotreating, hergestellt, um Grundöle der Gruppen II, II+, III und III+ zu produzieren.

Zunächst werden leichtere Bestandteile wie Benzin, Diesel usw. mittels atmosphärischer Destillation vom Rohöl abgetrennt. Die schwereren Bestandteile werden dann in eine Vakuumdestillationskolonne eingebracht, die die Abtrennung von Schmierstofffraktionen mit bestimmten Viskositätsbereichen ermöglicht. Diese Fraktionen werden dann individuell in einer Lösungsmittelextraktionskolonne behandelt. Ein Lösungsmittel wie Furfurol wird mit den Fraktionen gemischt und extrahiert etwa 70–85 % der enthaltenen Aromaten. Eine mit Lösungsmittel extrahierte Schmierstofffraktion wird dann durch Abkühlung auf eine niedrige Temperatur entparaffiniert, um den größten Teil des enthaltenen Paraffins zu entfernen. Dieses Verfahren dient der Verbesserung der Fließfähigkeit des Produkts bei niedrigen Temperaturen. Abschließend können die entparaffinierten Schmierölfraktionen endbehandelt werden, um in Abhängigkeit von den Anwendungsanforderungen Farbe und Stabilität zu optimieren. Eine typische Methode der Endbehandlung besteht in einem leichten Hydrofinishing. Das API stuft die Produkte der Lösungsmittelraffination als Grundöle der Gruppe I ein.

Beim schweren Hydrotreating-Verfahren werden Aromaten und polare Verbindungen durch die Reaktion des Ausgangsmaterials mit Wasserstoff in Gegenwart eines Katalysators bei hohen Temperaturen und Drücken entfernt.

In diesem Prozess kommt es zu verschiedenen Reaktionen. Die wichtigsten:

• Entfernung unerwünschter polarer Verbindungen, die Schwefel, Stickstoff und Sauerstoff enthalten

• Umwandlung aromatischer Kohlenwasserstoffe in gesättigte zyklische Kohlenwasserstoffe

• Aufbrechen schwerer polyzyklischer Paraffine in leichtere gesättigte Kohlenwasserstoffe

Diese Reaktionen erfolgen bei Temperaturen bis 400 °C, Drücken um 20.700 kPa (3000 psi) und in Anwesenheit eines Katalysators. Die gebildeten Kohlenwasserstoffmoleküle sind sehr stabil und deshalb eine ideale Grundlage für die Grundöle, die zum Mischen von Schmierstoffen verwendet werden. Sie werden vom API als Grundöle der Gruppe II klassifiziert.

Der Prozess der schweren Hydrotreating-Behandlung besteht aus zwei Stufen. In der ersten Phase werden unerwünschte polare Verbindungen entfernt und die Aromaten in gesättigte Kohlenwasserstoffe umgewandelt. Nach der Aufspaltung in die gewünschten Viskositätsklassen mittels Vakuumdestillation werden die paraffinhaltigen Schmierstoff-Grundöle gekühlt und entparaffiniert. Sie werden dann in einer zweiten Phase in einen Hochdruck-Hydrotreater eingebracht, um für weitere Sättigung zu sorgen. Dieser abschließende Schritt maximiert die Stabilität, indem die letzten Spuren von Aromaten und polaren Molekülen entfernt werden. Das Ergebnis ist ein wasserklares Grundöl mit einer Reinheit von 99,9 %.

Zusätzlich zu einer starken Hydrobehandlung wird bei der Hydroisomerisierung ein spezieller Katalysator verwendet, um das Wachs (eine Mischung aus langkettigen n-Paraffinen) selektiv zu einem isoparaffinischen Grundöl mit hohem VI-Wert und niedrigem Stockpunkt zu isomerisieren. Das Verfahren liefert Grundöle mit höherem Viskositätsindex und verbessert im Vergleich zu herkömmlichen Entparaffinierungsverfahren den Ertrag. Das Verfahren ist zum Herstellen von Grundölen mit einem Viskositätsindex von über 130 geeignet. Häufiger wird es verwendet, um Grundöle der Gruppen II+ und III mit hohem Viskositätsindex (115–127) herzustellen. Eine weitere Besonderheit des Verfahrens besteht darin, dass es die Möglichkeit bietet, Grundöle mit einem Pourpoint von unter –25 °C zu produzieren.

Die Hydroisomerisierung wird in Verbindung mit einem starken Hydrotreating eingesetzt, um hochwertige Grundöle mit folgenden Eigenschaften herzustellen:

• Hoher Viskositätsindex (VI)

• Geringe Flüchtigkeit

• Exzellente Oxidationsbeständigkeit

• Sehr gute Temperaturbeständigkeit

• Hervorragende Fließfähigkeit bei niedrigen Temperaturen

• Geringe Toxizität

Diese Eigenschaften sorgen für Leistungsmerkmale, die denen von Schmierstoffen auf Basis von Polyalphaolefin (PAO), der gängigsten synthetischen Sorte, sehr ähnlich sind.

Grundöle sind die wesentlichen Bausteine von Fertigschmierstoffen. Ihre Zusammensetzung und ihre physikalischen Eigenschaften hängen von der verwendeten Raffinationstechnik ab. Formulierer werden sich für Grundöle entscheiden, deren Kennwerte für die Endanwendung geeignet sind, und ihnen anschließend speziell ausgewählte Additive zusetzen, um die Leistung des Endprodukts zu optimieren.