Avant de revoir la façon dont les huiles de base sont fabriquées, revoyons le système de classification des huiles de base de l’American Petroleum Institute (API). Dans le cas des huiles moteurs, l’API classe les huiles de base en cinq principaux groupes, comme il est indiqué ci-dessous. Bien que ces groupes aient été destinés à l’origine à la formulation des huiles moteurs, leur définition est clairement comprise et leur utilisation s’étend maintenant à d’autres secteurs.

Bien qu’elles ne soient pas officiellement reconnues par l’API, les expressions supplémentaires suivantes sont souvent utilisées dans l’industrie :

Les huiles du groupe I, à savoir les huiles de base classiques fabriquées par raffinage au solvant, contiennent plus de 0,03 p. 100 en poids de soufre et moins de 90 p. 100 en poids de composés saturés. Les huiles de groupe I sont encore utilisées dans nombre d’applications en raison de leurs propriétés en matière de solvabilité et de rendement.

Les huiles de base des groupes II et III sont fabriquées selon des méthodes que l’API appelle hydrotraitement ou hydrotraitement rigoureux. Contenant moins de 0,03 p. 100 en poids de soufre et plus de 90 p. 100 en poids de composés saturés, ces huiles sont plus pures que les huiles de base du groupe I. De nombreux lubrifiants de Lubrifiants Petro-Canada sont produits en utilisant une version spéciale très rigoureuse de l’hydrotraitement appelée hydrotraitement rigoureux HT pour produire des huiles de base des groupes II, II+, III et III+.

On extrait d’abord du pétrole brut, par distillation atmosphérique, les hydrocarbures légers comme l’essence, le carburant diesel, etc. Les substances les plus lourdes sont ensuite chargées dans une tour de distillation sous vide où des fractions lubrifiantes de gammes de viscosité spécifiques sont extraites. Ces fractions sont ensuite traitées individuellement dans une tour d’extraction au solvant. Un solvant tel que le furfural est mélangé avec les fractions et extrait environ 70 à 85 % des substances aromatiques présentes. La fraction lubrifiante extraite au solvant est ensuite déparaffinée par refroidissement à basse température, ce qui retire la majorité de la paraffine. Cela améliore la fluidité du produit à basse température. Enfin, les fractions lubrifiantes déparaffinées peuvent être finies pour améliorer leur couleur et leur stabilité, selon les exigences de l’application. L’hydrofinissage léger est une méthode courante de finissage. L’API classe les produits de raffinage au solvant comme huiles de base du groupe I.

Le procédé d’hydrotraitement rigoureux élimine les aromatiques et les composés polaires en faisant réagir la charge d’alimentation avec de l’hydrogène, en présence d’un catalyseur, à une température et à une pression élevées.

Plusieurs réactions diverses ont lieu au cours de ce procédé. En voici les principales :

• Extraction des composés polaires non souhaités ou indésirables contenant du soufre, de l’azote et de l’oxygène

• Transformation des hydrocarbures aromatiques en hydrocarbures cycliques saturés

• Craquage des polycycloparaffines lourdes en hydrocarbures saturés plus légers

Ces réactions se produisent à des températures atteignant 400 °C/752 °F, à des pressions aux alentours de 3 000 psi et en présence d’un catalyseur. Les molécules d’hydrocarbures qui se forment sont très stables et conviennent donc très bien à une utilisation comme huiles de base pour lubrifiants. Elles sont classées par l’API comme huiles de base du groupe II.

Le procédé d’hydrotraitement rigoureux s’effectue en deux étapes. La première élimine les composés polaires indésirables et transforme les composés aromatiques en hydrocarbures saturés. Après la séparation des hydrocarbures selon les grades de viscosité désirés par distillation sous vide, les lots d’huiles de base paraffiniques ainsi obtenus sont déparaffinés par réfrigération. Ils sont ensuite traités dans un deuxième hydrotraiteur haute pression qui effectue une saturation encore plus complète. Cette dernière étape maximise la stabilité de l’huile de base en enlevant les dernières traces de molécules aromatiques et polaires, ce qui produit une huile de base blanche limpide et pure à 99,9 %.

En plus, d’un procédé d’hydrotraitement rigoureux, le procédé d’hydroisomérisation fait appel à un catalyseur spécial, pour isomériser sélectivement les paraffines (mélanges de normales-paraffines à chaîne longue) en huile de base isoparaffinique ayant un indice de viscosité (IV) élevé et un point d’écoulement bas. Ce procédé permet d’obtenir des huiles de base ayant des IV plus élevés et un rendement en produits amélioré comparativement aux procédés de déparaffinage classiques utilisés antérieurement. Le procédé est capable de produire une huile de base avec un indice de viscosité supérieur à 130. Le procédé est cependant plus souvent utilisé pour produire des huiles de base à IV élevé (groupes II+ et III) ayant des IV de 115 à 127. Un autre avantage du procédé est qu’il offre la flexibilité de produire des huiles de base ayant des points d’écoulement inférieurs à -25 °C/-13 °F.

Les Lubrifiants Petro-Canada utilisent l’hydroisomérisation conjointement avec l’hydrotraitement rigoureux afin de produire des huiles de base qui présentent les caractéristiques suivantes :

• Indice de viscosité élevé

• Faible volatilité

• Excellente résistance à l’oxydation

• Grande stabilité thermique

• Excellente fluidité à basse température

• Faible toxicité

Ces caractéristiques se traduisent par une performance qui se rapproche beaucoup de celle des lubrifiants formulés à l’aide de polyalphaoléfines (PAO), le type de lubrifiant synthétique le plus courant.

Les huiles de base sont les composantes de base fondamentales des lubrifiants finis. Leur composition et leurs propriétés physiques sont influencées par la technologie de raffinage utilisée. Les usines de formulation choisiront des huiles de base ayant des caractéristiques adaptées à l’application finale et les mélangeront avec des additifs spécialement choisis pour optimiser les performances des produits finis.