đồ án tìm hiểu công nghệ sản xuất dầu nhờn

Đồ án tốt nghiệp

MỞ ĐẦU

Sv: NGUYÊN THÊ THACH Lớp: lọc hóa dầu 52


Chương 1

Tổng quan về dầu nhờn

1.1. Giới thiệu về dầu nhờn

1.1.1. Khái niệm và lịch sử phát triển của dầu nhờn

1.1.1.1. Khái niệm

Dầu nhờn là loại dầu dùng cho bôi trơn các thiết bị máy móc, động cơ. Dầu nhờn là hỗn hợp gồm dầu gốc và phụ gia hay gọi là dầu nhờn thương phẩm. Phụ gia thêm vào với mục đích làm tăng tính tốt của dầu vốn có mà dầu gốc đơn thuần không có được.

1.1.1.2. Lịch sử phát triển của dầu nhờn

Cách đây 100 năm, thậm chí con người vẫn chưa có khái niệm về dầu nhờn. Tất cả các loại máy móc lúc bấy giờ đều được bôi trơn bằng dầu mỡ lợn và sau đó dùng dầu ôliu. Khi dầu ôliu khan hiếm thì người ta chuyển sang sử dụng các loại dầu thảo mộc khác. Ví dụ, để bôi trơn cọc sợi máy dệt người ta sử dụng đến dầu cọ.

Khi ngành chế biến dầu mỏ ra đời, sản phẩm chủ yếu tại các nhà máy chế biến dầu mỏ là dầu hỏa, phần còn lại là mazut ( chiếm 70 – 90 %) không được sử dụng và coi như bỏ đi. Nhưng khi ngành công nghiệp dầu mỏ phát triển thì lượng cặn mazut càng ngày càng lớn, buộc con người phải nghiên cứu để sử dụng nó vào mục đích có lợi. Lúc đầu người ta lấy cặn dầu mỏ pha thêm vào dầu thực vật hoặc mỡ lợn với tỉ lệ thấp để tạo ra dầu bôi trơn, nhưng chỉ ít lâu sau người ta đã biết dùng cặn dầu mỏ để chế tạo ra dầu nhờn.

Năm 1870 ở Creem (Nga), tại nhà máy Xakhanxkiđơ bắt đầu chế tạo được dầu nhờn từ dầu mỏ, nhưng chất lượng thấp. Nhà bác học người Nga nổi tiếngD.I.Mendeleev chính là một trong những người chú ý đầu tiên đến vấn đề dùng mazut để chế tạo ra dầu nhờn. Năm 1870 – 1871, Ragorzin đã xây dựng một xưởng thí nghiệm dầu nhờn nhỏ, và đến năm 1876 – 1877, Ragorzin xây dựng ở Balakhan nhà máy chế biến dầu nhờn đầu tiên trên thế giới có công suất 100.000 put/năm. Nhà máy này đã sản xuất được bốn loại dầu nhờn: dầu cọc sợi, dầu máy, dầu trục cho toa xe mùa hè và mùa đông. Các mẫu dầu nhờn của Ragorzin đã được mang đến triển lãm quốc tế Pari năm 1878 và đã gây được nhiều hấp dẫn đối với chuyên gia các nước. Phát huy kết quả đó, năm 1879, Ragorzin cho xây dựng ở Conxtantinôp nhà máy thứ hai chuyên sản xuất dầu nhờn để xuất khẩu. Chính Mendeleep cũng đã làm việc ở các phòng thí nghiệm và những phân xưởng của nhà máy này vào những năm 1880 – 1881. Dưới sự chỉ đạo trực tiếp của ông, nhiều cơ sở khoa học của ngành sản xuất dầu nhờn đã được xây dựng và chỉ trong vòng mấy năm sau đó, ngành chế tạo dầu nhờn đã thực sự phát triển và đánh dấu một bước ngoặt trong lịch sử


http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=D.I.Mendeleev&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/wiki/D%E1%BA%A7u_b%C3%B4i_tr%C6%A1n

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=M%E1%BB%A1_l%E1%BB%A3n&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/wiki/D%E1%BA%A7u_th%E1%BB%B1c_v%E1%BA%ADt

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Mazut&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/wiki/D%E1%BA%A7u_h%E1%BB%8Fa

http://vi.wikipedia.org/wiki/D%E1%BA%A7u_m%E1%BB%8F


chế tạo chất bôi trơn. Các tác phẩm nghiên cứu của nhà bác học Nga nổi tiếng N.P.Petrop đã tạo điều kiện để dầu nhờn được sử dụng rộng rãi hơn. Trong các tác phẩm của mình, ông đã nêu lên khả năng có thể dùng hoàn toàn dầu nhờn thay thế cho dầu thực vật và mỡ động vật, đồng thời nêu lên những nguyên lý bôi trơn… Cùng với những tiến bộ khoa học không ngừng, con người đã xây dựng được những tháp chưng cất chân không hiện đại thay thế cho những nhà máy chưng cất cũ kỹ, đây là bước phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp dầu mỏ.

Chúng ta đang sống trong thời đại khoa học và công nghệ, nền công nghiệp hiện đại đã và đang xâm nhập vào mọi hang cùng, ngõ hẻm trên thế giới và xu hướng quốc tế hóa nên đời sống kinh tế cũng ngày càng phát triển mạnh mẽ. Tất cả những đặc điểm nêu trên của thời đại đã đặt ra một nhiệm vụ hết sức to lớn cho các quốc gia là phải xây dựng được một nền công nghiệp dầu mỏ hiện đại, đáp ứng và thỏa mãn các nhu cầu ngày càng tăng của nền kinh tế thế giới.

1.1.1.3. Các tập đoàn công ty sản xuất dầu nhờn tiêu biểu

Các tập đoàn công ty tư bản sản xuất dầu nhờn tiêu biểu trên thế giới như :Shell, Exxon-Mobil, BP, Chervon, Total, … đã có mặt trên hầu hết các nước trên thế giới. Họ cũng đã và đang áp dụng rộng rãi những thành tựu mới nhất của khoa học, đưa nền công nghiệp dầu mỏ hằng năm tăng trưởng không ngừng và sản xuất dầu nhờn cũng không ngừng được nâng cao về mặt chất lượng cũng như số lượng, sáng tạo thêm nhiều chủng loại dầu nhờn mới.

Tâp đoàn dầu khí Exxon mobil là tập đoàn dầu khí đa quốc gia của mỹ là tập đoàn dầu khí lớn nhất thế giới hiện nay. Các sản phẩm dầu nhớt của Exxon mobil trên thị trường Việt Nam như mobil 1, mobil super 1000x2, mobil delvac… dầu nhớt dùng cho ôtô. Sản phẩm dầu công nghiệp như mobil DTE, mobil Mobilgear 600 XP ISO vg…

Tâp đoàn dầu khí BP là tập đoàn dầu khí của Anh quốc, là một trong những tập đoàn dầu khí lớn nhất hiện nay, BP hoạt đông đa quốc gia và tại Viêt Nam tham gia nhiều lĩnh vực như khoan tham dò khai thác dầu khí, cung cấp và sản xuất dầu nhờn, hiện nay BP có nhà máy sản xuất dầu nhờn tại khu công nghiệp nhà bè đã cung ứng cho thị trường Việt Nam rất nhiều sản phẩm như BP ENERGOL GS, VISTRA 300 4t 20w50, … đã trở thành thương hiệu dầu nhờn được nhiều người Việt Nam tin dùng.

1.2. Thành phần của dầu nhờn

Thành phần của dầu nhờn gồm dầu gốc và phụ gia. Trong đó dầu gốc gồm dầu gốc khoáng, dầu gốc tổng hợp và dầu bán tổng hợp.có rất nhiều chất phụ gia được cho vào dầu nhớt như là phụ gia cải thiện chỉ số độ nhớt, phụ gia chông mài mòn…

1.2.1. Dầu gốc

1.2.1.1. Dầu gốc khoáng


http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Total&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Chervon&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/wiki/BP

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Exxon-Mobil&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Shell&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/wiki/C%C3%B4ng_nghi%E1%BB%87p_d%E1%BA%A7u_kh%C3%AD

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=N.P.Petrop&action=edit&redlink=1


Các dầu gốc khoáng được sản xuất từ dầu mỏ bằng các quá trình tinh chế chọn lọc.

Do nguyên liệu để sản xuất dầu mỏ có giá thành rẻ nên chúng được sử dụng phổ biến

nhất. Bản chất của dầu thô và công nghệ sản xuất quyết định tính chất vật lý và hoá học

của dầu gốc tạo thành. Dầu gốc khoáng là hỗn hợp của các phân tử đa vòng có đính mạch

nhánh parafin. Dầu gốc khoáng được phân thành dầu gốc parafin, naften tuỳ theo loại nào

chiêm ưu thế. Quá trình sản xuất dầu gốc khoáng phải qua các công đoạn như: Chưng cất

chân không, tách chiết bằng dung môi, tách sáp, làm sạch. Việc lựa chọn dầu gốc để pha

chế chất bôi trơn phụ thuộc vào độ nhớt, mức độ tinh chế,độ ổn định nhiệt và khả năng

tương hợp với các phụ gia hoặc vật liệu mà dầu sẽ tiếp xúc trong qúa trình sử dụng làm

nguyên liệu sản xuất có độ nhớt nằm trong khoảng 11 150mm2/s ở 400C, trong khi độ

nhớt của các phân đoạn cặn lại khoảng 140 1200mm2/s ở 400C.

Cách gọi tên tạo ra sự phân biệt các phân đoạn dầu chưng cất và dầu cặn theo độ

nhớt. Hiện nay các loại dầu gốc có chỉ số độ nhớt trên 85 được coi là dầu có chỉ số độ

nhớt cao (HVI), dầu gốc có chỉ số độ nhớt dưới 30 được coi là dầu có chỉ số độ thấp

(LVI), còn lại là dầu có chỉ số độ nhớt trung bình (MVI); ngoài ra nếu chỉ số độ nhớt cao

hơn140 thì được gọi là dầu có chỉ số độ nhớt rất cao (VHVI) hoặc xiêu cao (XHVI).[1]

1.2.1.2. Dầu gốc tổng hợp

Dầu gốc tổng hợp là các chất bôi trơn được tổng hợp bằng phản ứng hoá học từ các

hợp chất có phân tử lượng thấp. Dầu khoáng bị hạn chế bởi nguồn gốc dầu thô nên không

đủ các tính năng bôi trơn thích hợp cho tất cả các loại động cơ, máy móc kể cả khi đã

được xử lý sâu và thêm các phụ gia. Do có các tính chất bôi trơn rất tốt, khoảng nhiệt độ

làm việc rộng (-550C đến 3200C), nhiệt độ đông đặc thấp, độ bền nhiệt cao nên dầu tổng

hợp thường được sử dụng cho các mục đích đặc biệt. Các dầu tổng hợp được chia thành

các nhóm hoá chất độc lập, quan trọng nhất là:

- Hydrocacbon tổng hợp

- Este hữu cơ

- Polyglycol

- Este photphat



Bốn nhóm này chiếm trên 90% khối lượng dầu tổng hợp hiện nay do các tính chất

đặc biệt khác với dầu khoáng như hoàn toàn không cháy hoặc hoà lẫn với nước, tuy nhiên

do giá thành cao nên chưa được sử dụng rộng rãi.

Các hydrocacbon tổng hợp gồm các hợp chất chỉ chứa cacbon và hydro được tạo

thành bởi các quá trình polyme hoá, ankyl hoá hoặc ngưng tụ. Chúng có chỉ số độ nhớt

cao có thể đạt tới 170 với độ linh động tốt,điểm đông thấp, bền oxy hoá và bền nhiệt tới

3150C, vì thế thường được sử dụng làm dầu động cơ, dầu tuabin, dầu máy nén, dầu truyền

động và dầu thuỷ lực.

Các Este hữu cơ gồm các hợp chất chứa cacbon, hydro, oxy với một hoặc nhiều liên

kết Este trong phân tử được tạo thành từ các axit đa chức hoặc rượu đa chức. Do có các

tính chất bôi trơn tốt, độ bay hơi thấp, bền oxy hoá và bền nhiệt, đặc biệt là độ linh động

ở nhiệt độ thấp rất tốt nên được sử dụng hầu hết ở các động cơ phản lực máy bay hoặc

pha vào dầu động cơ, dầu máy nén, dầu truyền động...

Các polyglycol là các polyme có liên kết oxy trong phân tử được sử dụng phổ biến

nhất với khoảng độ nhớt rộng. Chúng là các chất bôi trơn rất tốt, độ dẫn nhiệt cao, điểm

đông thấp và ít hoà tan các tác nhân hoá học nên rất tốt cho các loại dầu máy nén, dầu

thuỷ lực...

Các este photphat gồm nhiều hợp chất đa dạng với cấu trúc gốc hydrocacbon liên kết

với nhóm photphat. Ngoài các tính chất bôi trơn tốt chúng còn có một đặc điểm nổi bật

là khả năng chịu lửa rất tốt nên thường được sử dụng làm các dầu chịu lửa trong công

nghiệp. Ngoài ra còn có một số chất lượng chuyên dùng như hợp chất chứa halogen, silic,

nitơ với số lượng nhỏ cho các mục đích đặc biệt.

Những ưu điểm chung của dầu nhờn tổng hợp so với dầu gốc khoáng.

+ Ưu điểm kỹ thuật

Độ bền ôxy hoá cao, đặc tính nhiệt nhớt cao, độ bay hơi thấp, nhiệt độ đông đặc thấp,

độ bôi trơn tốt, không độc hại, không cháy…

+ Ưu điểm ứng dụng.



Nhiệt độ làm việc cao hơn, khoảng làm việc rộng hơn, giảm tiêu hao dầu, làm việc được

ở nhiệt độ thấp hơn, tiết kiệm năng lượng, không gây độc hại khi tiếp xúc với thực phẩm.

[1]

1.2.1.3. Dầu gốc bán tổng hợp

Dầu gốc bán tổng hợp là dạng trung gian giữa dầu gốc khoáng tiêu biểu và các hydrocacbon tổng hợp, chúng tạo ra dầu gốc có tính chất tốt hơn.

1.2.2. Phụ gia dầu nhờn

Phụ gia là những hợp chất cơ kim hữu cơ, vô cơ thậm chí là các nguyên tố được thêm vào các chất bôi trơn để nâng cao các tính chất riêng biệt vốn có hoạc bổ sung các tính chất chưa có của dầu gốc nhằm thu được dầu bôi trơn có phẩm chất tốt hơn thỏa mãn các yêu cầu tính năng đối với mục đích sử dụng nào đó. Thường mỗi loại phụ gia được dùng ở nồng độ từ 0,1 đến 5%. Tuy nhiên trong nhiều trường hợp phụ gia có thể được đưa vào vào ở khoảng nồng độ dao động từ vài phần triệu đến trên 10%. Phần lớn các loại dầu nhờn cần nhiều loại phụ gia khác nhau để thỏa mãn tất cả các yêu cầu tính năng. Trong một số trường hợp các phụ gia riêng biệt được pha thẳng vào dầu gốc. trong những trường hợp khác, hỗn hợp các loại phụ gia được pha trộn thành phụ gia đóng gói sau đó sẽ đưa tiếp vào dầu. Có loại phụ gia chỉ có một chức năng nhưng cũng có loại phụ gia có nhiều chức năng. Như phụ gia ZnDDP có chức năng chống oxi hóa, giảm mài mòn, ức chế ăn mòn. Do vậy sẽ có phụ gia đơn chức và phụ gia đa chức. Phụ gia có tác dụng nâng cao những phẩm chất có sẵn của dầu, một số khác tạo cho dầu có những có những phẩm chất mới cần thiết. Các loại phụ gia khác nhau có thể hỗ trợ lẫn nhau tạo ra hiệu ứng tương hỗ. Có những phụ gia lại có hiệu ứng đối kháng với nhau nghĩa là làm giảm tác dụng của nhau, tương tác với nhau tạo ra những sản phẩm phụ không tan hoặc ảnh hưởng xấu tới tới phẩm chất của dầu. Do đó khi dùng phụ gia phải khảo sát với từng loại dầu để khắc phục các hậu quả không mong muốn. Vì có khả năng cải thiện phẩm chất của dầu khá rõ rệt nên ngày nay các chủng loại dầu bôi trơn đều có ít nhất một loại phụ gia. Do phụ gia đã cải thiện nhiều tính chất của dầu bôi trơn nên cũng tạo khả năng cho làm việc cải thiện cải thiện các loại xe và máy móc ngày càng tân tiến hơn. Dầu gốc có ảnh hưởng đến phụ gia có hai tính năng chính. Tính hoà tan và tính tương hợp. Tính tương hợp phụ gia phụ thuộc rất nhiều vào dầu gốc (thành phần của dầu gốc). Tính hoà tan có thể giải thích do sự hình thành các chất phụ gia hoạt động bề mặt phụ thuộc nhiều vào khả năng của chúng hấp thụ trên bề mặt máy ở thời gian và vị trí nhất định.[2]



Trong quá trình sử dụng dầu nhờn rất rễ bị biến chất làm giảm phẩm chất, chất lượng của dầu. Các phụ gia được sử dụng để ngăn chặn các biến đổi làm giảm chất lượng của dầu nhờn. Có thể kể đến một số loại phụ gia tiêu biểu có trong dầu nhờn như sau.

1.2.2.1. phụ gia chống oxi hóa

a, Quá trình oxi hóa

Phản ứng ôxy hoá là phản ứng trong đó ôxy kết hợp với các chất khác hay bất cứ phản ứng nào trong đó có sự trao đổi điện tử đây là một khía cạnh quan trọng của quá trình bôi trơn khi mà oxy không khí có thể tác dụng với các hợp phần của dầu bôi trơn ở những điều kiện vận hành khác nhau. Hầu hết các hợp phần của dầu bôi trơn đều tác dụng nhanh hoặc chậm với oxy, khả năng bền ôxy hoá của các hợp chất này tăng dần theo thứ tự sau.

Hydrocacbon không no < hợp chất dị nguyên tố < hydrocacbon thơm < naphten <

parafin.

Vì dầu nhờn thường làm việc ở điều kiện tiếp xúc trực tiếp với oxy không khí chúng

có thể tác dụng dần dần với oxy trong không khí. Tốc độ của quá trình oxy hoá chịu ảnh

hưởng của nhiều yếu tố như nhiệt độ tăng thì tốc độ của quá trình oxy hoá tăng... Sự tiếp

xúc với không khí hoặc sự trộn lẫn thường xuyên với chúng cũng làm tăng tốc độ oxy

hoá. Như vậy quá trình oxy hoá là quá trình biến chất dầu động cơ. Mặc dù cơ chế của

quá trình oxy hoá rất phức tạp, nhưng nói chung được xác định là phản ứng dây chuyền

của các gốc tự do.

Những gốc hoạt động đầu tiên được hình thành từ những phân tử dầu không bền,

chịu tác động của ôxy không khí tạo ra những gốc peroxyt (ROO .) sau đó lại tác động

với dầu chưa bị ôxy hoá tạo thành những hạt nhân phản ứng mới và hydro peroxyt

(ROOH). Những hydro peroxyt này không bền lại sinh ra các gốc mới để phát triển phản

ứng. Trong khi phản ứng oxy hoá tiếp diễn các hợp chất chứa oxy bị polime hoá tạo


R¿+O2→ROO⋅¿ ¿

ROOH →RO¿+ HO¿

ROO¿+RH →ROOH +R

C3CH

3CH

3CH

3CH

C

3CH

3CH

OH

3CH


thành những chất có độ nhớt rất cao, mà đến một nhiệt độ nào đó trở nên không tan trong

dầu, tạo nên cặn.

b, quá trình ức chế oxi hóa

Để làm giảm sự tạo thành các sản phẩm oxy hoá từ dầu nhờn, người ta sử dụng các

chất ức chế oxy hoá. Chúng có tác dụng làm giảm bớt các peroxyt hữu cơ, do đó kết thúc

các phản ứng và vì thế làm giảm tối đa sự tạo thành axit, muội, polyme và cặn bùn...

Phản ứng ức chế:

ROO. + InhH ROOH + Inh.

Inh. + .OOR InhOOR ( hợp chất không hoạt động)

Trong đó Inh là chất ức chế ôxy hoá.

+ Nhóm thứ nhất: Bao gồm các hoá chất phản ứng với các gốc khơi mào, các gốc

peroxyt và hydroperoxyt để tạo thành các hợp chất không hoạt động.

+ Nhóm thứ hai: Gồm những chất hoá học có tác dụng phân huỷ những hợp chất trên

thành những hợp chất kém hoạt động.[2]

1.2.2.1.1. phân loại phụ gia oxy hoa

Dầu khoáng có thể chứa một số chất ức chế tự nhiên, thường là các hợp chất chứa lưu huỳnh. Bản chất và hàm lượng của chúng phụ thuộc vào chủng loại dầu thô, phương pháp và mức độ xử lý dậu Tuy nhiên phần chủ yếu các chất ức chế là các hoá chất tổng hợp. Thông thường chúng gồm các loại sau:

a. Các dẫn xuất của phenol

Chúng là các gốc tự do hoặc những chất ức chế gốc vì chúng phản ứng với các gốc tự do (R) để tạo thành những hợp chất không có gốc tự do. Chúng được sử dụng trong nhiều loại dầu nhờn và các chất bôi trơn khác.

2,6- điterbutyl - p- cresol (2,6 điterbutyl – 4 - metylphenol): Đây là một phụ gia quan

trọng trong nhóm này.


OH

3CH 33CHC

3CH

R

H

N R

H

N

R

H

N R

R R

O

C2CH NH

OH

NH 2CH

OH


Phụ gia khác của nhóm này như:

4,6- điankyl phenol

b. Amin thơm

Thuộc nhóm này chủ yếu là các diankylphenlyamin.

Trong đó R là ankyl nhận được từ các olefin. Chúng được sử dụng như là phụ gia

chống ôxy hoá cho cả dầu khoáng và dầu tổng hợp.

Các diankylphelnylalphanaptylamin cũng được sử dụng rộng rãi.

hoặc các phenylalphanaptylamin (PAN)

Chúng là những phụ gia tiêu biểu cho dầu bôi trơn.

c. Các phenol chứa N hoặc S.

Nhóm này gồm các hợp chất là dẫn xuất của urê.


xSR

R

OH

R

R

OH

RRR

R O

OO

O

S

SS

SP P

Zn


trong đó R- ankyl C8 C12 và x=1 hoặc 2

Một vài sunfua phenolat của một số kim loại ngoài tính năng chống ôxy hóa còn có

thêm tính rửa và tính kiềm.

d. Các kẽm diankyl dithiophotphat ( ZnDDP)

phần tan Phần hoạt động Phần tan

trong dầu bề mặt trong dầu

R có thể là các ankyl bậc 1: CH3- CH2- CH2- CH2-

bậc 2: CH3- CH- CH3

Kẽm ZnDDP là phụ gia chống oxy hoá nhiệt độ cao, sử dụng rất phổ biến trong dầu

động cơ. Các ZnDDP với nhóm ankyl bậc 2 có khả năng bảo vệ chống oxy hoá loại

trung. Thay nhóm ankyl bằng nhóm aryl làm tăng độ bền nhiệt của phụ gia nhưng làm

giảm khả năng chống oxy hoá

1.2.2.2. phụ gia ức chế ăn mòn

Chức năng của một số chất ức chế ôxy hoá là giảm tối thiểu việc tạo thành các

peroxyt hữu cơ, axit và các thành phần ôxy hoá khác làm xuống cấp dầu bôi trơn, đặc biệt

là dầu động cơ, vì vậy chúng cũng tác động như một chất ức chế ăn mòn và do đó phục

vụ cả hai mục đích. Bởi thế người ta có thể nói rằng chất ức chế ăn mòn bổ xung tác dụng

thực tiễn của các chất chống ôxy hoá. Các chất ức chế ăn mòn tạo thành một màng bảo vệ

trên bề mặt của kim loại, ngăn cản sự tiếp xúc giữa tác nhân ăn mòn như axit peroxyt và


H

N

NN

S

3CH 2CH

3CH

SC


các chất khác như kim loại nền. Màng hấp phụ bảo vệ cũng giảm tối đa tác dụng xúc tác

ôxy hoá của kim loại.

Các chất ức chế ăn mòn được sử dụng rộng rãi trong dầu bao gồm.

Các benzothiazol

Các tecpen sunfua hóa như limomen sunfua

Một vài phụ gia ức chế ăn mòn trong một số môi trường có thể gây ăn mòn trong các môi trường khác như ZnDDP, thông thường nó được dùng với nồng độ từ 0,2 3%.[2]

1.2.2.3 Phụ gia ức chế gỉ

Gỉ là sự hình thành sắt hydroxyt, là một dạng đặc biệt quan trọng của ăn mòn bề mặt.

Vì thế ức chế bề mặt sắt chống gỉ là một yêu cầu đối với tất cả các loại dầu. Vì vậy chất

ức chế gỉ được dùng cho các chất bảo vệ kim loại đen chống gỉ. Gỉ thường liên quan đến

sự tạo thành sắt hydroxyt Fe(OH)2 những phụ gia này có tác dụng chống lại sự ảnh hưởng

của axit ăn mòn và hơi ẩm. Chúng vừa trung hoà các chất axit vừa tạo ra trên bề mặt kim

loại một lớp màng bảo vệ. Lớp màng này có tính kị nước. Nó có tác dụng chống ẩm

không cho nước thấm qua. Tuỳ loại dầu người ta sử dụng chất chống gỉ khác nhau. Đối

với dầu thuỷ lực, dầu tuần hoàn thì dùng các axit ankylsuxinic... và các dẫn xuất của

chúng. Còn đối với dầu bôi trơn động cơ dùng các sulfonat, este... Đối với dầu bánh răng

dùng dầu amin dazolin. Các amin photphat, sulfonat trung tính hay kiềm chủ yếu dùng

cho dầu bảo quản. Hiêu quả ức chế gỉ được kiểm tra bằng độ dài mạch ankyl của phụ gia.

Việc giảm kích thước của các nhóm ankyl làm giảm độ hoà tan của dầu và do đó làm

tăng xu hướng các phân tử phụ gia tách ra khỏi dung dịch và dính trên bề mặt. Các

sulfonat của canxi và natri được sử dụng phổ biến với nồng độ từ 0,1 2%. Các amin

béo được sản xuất từ axit béo với nồng độ 1,5 2% sẽ tác dụng như chất ức chế gỉ.


CaOH

RSO3Ca

RSO3

RSO3


1.2.2.4. Phụ gia tẩy rửa

Tác nhân quan trọng nhất có tính tẩy rửa là các phụ gia chứa kim loại. Thông thường

những loại phụ gia này là loại kiềm cao có chứa Cacbonat kim loại phân tán trong dầu, do

đó chúng có khả năng trung hòa axit tạo thành trong quá trình lưu huỳnh cháy và tiếp xúc

với nước. Dạng bảo vệ này đặc biệt quan trọng trong các động cơ diezel sử dụng nhiên

liệu có hàm lượng lưu huỳnh cao. Các chất tẩy rửa có tác dụng kéo cặn ra bề mặt chúng

bám dính. Về nguyên tắc các chất tẩy rửa có chứa:

+ Các nhóm phân cực như sunfonat, cacbon xilyl.

+ Các gốc mạch thẳng, mạch vòng hay vòng thơm.

+ Một hoặc vài ion kim loại thông dụng.

Chất tẩy rửa thường chứa hàm lượng kim loại cao ( tới 10 lần so với hệ số tỷ lượng)

chúng thường có tính kiềm hoặc kiềm cao. Các chất tẩy rửa được phân loại theo độ kiềm.

Các chất phân tán không thường được sử dụng phối hợp với các chất tẩy rửa kim loại để

tạo thành cặn ở nhiệt độ thấp.

1.2.2.5. Phụ gia phân tán

Là các phụ gia có khả năng ngăn ngừa hoặc làm chậm qúa trình tạo cặn và lắng đọng

trong điều kiện hoạt động ở nhiệt độ thấp. Như vậy chức năng cơ bản của một chất phân

tán là làm yếu lực liên kết giữa các tiểu phân riêng biệt với nhau. Tạo điều kiện làm tan rã

các kết tủa xốp và các khối kết tụ do đó cho phép từng tiểu phân có thể tồn tại như một

thực thể riêng biệt.

Cấu trúc chung của một chất phân tán không giống với cấu trúc của một chất tẩy rửa.

Trong đó chất phân tán có một đuôi hydrocacbon hoặc một nhóm đi đầu giúp cho chất

phân tán tan được hoàn toàn trong dầu gốc được sử dụng chất phân tán cũng có một đầu

phân cực. Các chất phân tán được sử dụng rộng rãi nhất đều có chứa các nhóm chức như

amin, amit hoặc hydroxyt este.


3CH

3CH

2CH C

n

3CH

3COOCH

2CH C

n


Lượng chất phân tán được sử dụng nói chung phụ thuộc vào chất rắn cần phân tán

trong dầu. Hậu quả của chất phân tán là kết quả của sự tác động qua lại đặc biệt giữa các

tác nhân được chọn và các chất phân tán.

1.2.2.6. phụ gia cải thiện chỉ số độ nhớt

Các chất cải thiện chỉ số nhớt (VI) còn được biết dưới tên gọi là các polyme tan được trong dầu, có tác dụng làm tăng1 độ nhớt của dầu mà nhờ đó tốc độ thay đổi độ nhớt trong dầu giảm đi. Điều này có ý nghĩa là chúng làm tăng tối thiểu độ nhớt của dầu ở nhiệt độ thấp nhưng làm tăng đáng kể ở nhiệt độ cao.

Các chất cải thiện chỉ số nhớt là các polyme có trọng lượng phân tử nằm trong

khoảng 10000 500000. Tuy nhiên trọng lượng phân tử của phụ gia tốt nhất trong

khoảng 50000 150000. Chúng được sử dụng để pha chế các dầu bốn mùa dùng bôi

trơn động cơ nặng, diezen và các cầu trục. Một trong những phụ gia để tăng độ nhớt mà

người ta biết nhiều là Polyizobutylen có trọng lượng phân tử 15.000 25.000 là tốt

nhất.

Polyizobutylen polymetacrylat

Việc chọn chất cải thiện chỉ số độ nhớt tuỳ thuộc vào đặc tính của dầu gốc, nhưng

cần chú ý:

+ Việc thêm phụ gia cải thiện độ nhớt sẽ làm thay đổi tính chảy của dầu gốc. Độ nhớt

động học của dầu pha chế sẽ thay đổi với tốc độ trượt.

+ Trọng lượng của phân tử cải thiện độ nhớt càng tăng chúng càng nhạy cảm với sự

thay đổi ứng suất cơ học.

+ Ứng suất dịch chuyển được sinh ra, ví dụ giữa piston và thành xylanh trong động cơ sẽ dẫn đến quá trình đứt gãy không thuận nghịch. Các phân tử polyme thành các mạch nhỏ hơn quá trình này làm cho độ nhớt giảm đi. Các phân đoạn nhớt từ dầu mỏ như phân đoạn cặn được sử dụng như chất làm đặc trưng không được xem là phụ gia.

1.2.2.7. phụ gia chống tạo bọt


3CH

3CH

O

Si


Để tránh hoặc giảm sự tạo bọt người ta sử dụng các loại phụ gia này, chúng còn được gọi là chất huỷ hoặc phá bọt. Sự tạo bọt mạnh ảnh hưởng xấu tới tính chất bôi trơn của dầu và làm tăng sự oxy hoá của chúng cho không khí trộn mạnh vào dầu. Khả năng chống lại sự tạo bọt của dầu bôi trơn khác nhau một cách đáng kể và phụ thuộc vào loại dầu thô, phương pháp và mức độ chế biến và độ nhớt của dầu. Khả năng này có thể khống chế được bằng cách bổ xung một lượng nhỏ chất chống tạo bọt vào dầu.Chất được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay là polymetylsiloxan.

Chúng được pha với tỷ lệ thấp hơn so với bất kỳ chất phụ gia nào (0,001 0,0001)

nói chung người ta cho rằng các phân tử phụ gia chống tạo bọt bám vào bọt không khí

làm giảm sức căng bề mặt, các bọt bong bóng nhỏ vì thế mà tụ lại tạo thành các bọt sóng

lớn nổi lên trên bề mặt lớp bọt và vỡ ra làm thoát không khí ra ngoài.

Ngoài các loại phụ gia trên còn có các loại phụ gia khác như: phụ gia cực áp có trong dầu bánh răng, phụ gia tác nhân bám dính, phụ gia thụ động hóa kim loại, phụ gia diệt khuẩn, phụ gia tạo nhũ khử nhũ và một vài chất khác.

1.3. Chức năng của dầu nhờn

Trong dầu nhờn bôi trơn có 6 chức năng cơ bản đó là: bôi trơn giảm mài mòn, bảo vệ bề mặt, làm mát, làm kín, làm sạch.

1.3.1 chức năng bôi trơn

Bôi trơn là biện pháp làm giảm masat và mài mòn đến mức thấp nhất bằng cách tạo

ra giữa bề mặt masat một lớp chất được gọi là chất bôi trơn. Hầu hết các chất bôi trơn là

chất lỏng.

Chất lỏng để làm vật liệu bôi trơn cần có các tính chất sau:

Yêu cầu chất lỏng phải có khả năng chảy loang trên bề mặt kim loại. Tính chất này

còn có nhiều tên như: “ Tính bôi trơn, khả năng bôi trơn, tính bám dính...”. Chất lỏng có

tính chất bôi trơn thì dễ chảy loang trên bề mặt kim loại, đi vào những khe nhỏ và bám

chắc lên bề mặt. Lực liên kết giữa các phân tử chất lỏng với nhau cũng là tính chất cần



thiết của chất lỏng dùng làm chất bôi trơn. Lực liên kết giữa các phân tử của một chất

lỏng càng lớn thì lực ma sát giữa các phân tử chuyển động của chất lỏng càng lớn. áp

dụng lý thuyết bôi trơn thuỷ động học vào thiết kế, chế tạo và sử dụng máy móc ( Khi

trục quay trong vòng bi thì lớp dầu hoàn toàn ngăn cách các bề mặt làm việc với nhau và

như vậy nó ngăn cản không cho các bề mặt kia tiếp xúc trực tiếp với nhau ) người ta đã

+ Số lượng ma sát của các chi tiết làm việc phụ thuộc vào các điều kiện làm việc chủ

yếu của chúng.

+ Bề dày để đảm bảo bôi trơn lỏng.

+ Tác dụng làm mát của dầu nhờn.

+ Dầu có độ nhớt phù hợp với từng điều kiện làm việc.

Để thực hiện bôi trơn lỏng ổ đỡ với lượng hao phí công suất do ma sát nhỏ nhất cần

phải tính đến hàng loạt các yếu tố. Độ nhớt của dầu, tải trọng trên ổ đỡ, Tốc độ chuyển

động của các chi tiết làm việc, diện tích các bề mặt làm việc, khe hở giữa các chi tiết làm

việc, tình trạng nhiệt độ của ổ đỡ...

Các nguyên lý bôi trơn lỏng đều được biểu diễn bằng những công thức toán học.

Ngày nay có nhiều phương pháp tính toán lỏng bôi trơn cho các chi tiết ma sát nhưng đều

dựa trên cơ sở những nguyên lý bôi trơn thuỷ động do Petrop đưa ra.

+ Trong trường hợp ma sát lỏng, nếu độ nhớt của dầu, tốc độ trượt của các chi tiết

làm việc và bề mặt tiếp xúc của chúng tăng thì lượng tổn thất do ma sát sẽ tăng lên.

+ Đối với các chi tiết làm việc có chuyển động nhanh cần dùng dầu có độ nhớt thấp

và ngược lại.

+ Khe hở giữa các chi tiết làm việc càng lớn thì dầu bôi trơn càng cần độ nhớt cao.

+ Tải trọng trên các chi tiết làm việc càng lớn thì độ nhớt càng cao.



Vậy bôi trơn là một vấn đề hết sức quan trọng trong công nghiệp hiện đại cũng như

trong các lĩnh vực công nghệ từ trước đến nay. Có nhiều tác nhân bôi trơn, với các cơ chế

khác nhau nhưng có chung một đặc điểm là giảm ma sát trong quá trình chuyển động. Có

thể nói hai vấn đề ma sát và bôi trơn có quan hệ mật thiết với nhau luôn luôn có mặt cùng

nhau trong các quá trình công nghệ.

1.3.2. Chức năng bảo vệ bề mặt

Nước là một nguyên nhân gây nên sự gỉ sét của các chi tiết được chế tạo từ kim loại.

Mỗi một thể tích nhiên liệu đốt cháy trong động cơ sản ra hơn một thể tích nước, mặc dù

phần lớn lượng nước này ở thể hơi và thoát ra qua ống xả, tuy nhiên còn một ít đọng lại

trong lòng xi lanh hay lọt qua xecmăng và ngưng lại trong cacte. Hiện tượng này thường

xảy ra khi thời tiết lạnh hay khi động cơ chưa được sưởi ấm. Thêm vào đó các sản phẩm

phụ sinh ra do nhiên liệu cháy dở. Nhưng khi cháy có tính ăn mòn cùng lọt qua xecmăng

rồi ngưng lại hoặc hoà tan trong dầu, ngoài ra còn các chất axít được tạo thành do sự oxy

hoá dầu. Vì vậy khả năng tạo gỉ sét và ăn mòn càng trở nên trầm trọng. Các chi tiết cần

được bảo vệ chống lại sự ăn mòn và chống gỉ.

Màng dầu bôi trơn phủ lên bề mặt các chi tiết ma sát có tác dụng chống gỉ sét cho

máy móc trong thời gian ngừng hoạt động, các bộ phận ẩm ướt như tuốc bin hơi, máy

móc làm việc trên công trường, đồng ruộng. Ngoài ra chúng còn có tác dụng hạn chế tối

đa sự lan truyền của chất axit, một sản phẩm của quá trình cháy các loại nhiên liệu nhiều

lưu huỳnh trong động cơ diezel. Tuổi thọ của động cơ phụ thuộc một phần vào khả năng

trung hoà của dầu máy đối với những hợp chất có tác dụng ăn mòn. Để dầu nhờn đảm

bảo được tính năng này phải sử dụng các phụ gia mang tính kiềm có tác dụng trung hoà

các axit tạo ra khi nhiên liệu cháy. Thông thường trong quá trình sử dụng dầu nhờn, hàm

lượng phụ gia ngày sẽ giảm dần khi phụ gia thấp dưới quy định cho phép thì dầu không

còn đủ phẩm chất và phải thay thế.

1.3.3. Chức năng làm mát



Do ma sát tại các bề mặt làm việc như piston- xylanh trục khuỷu – bậc lót đều phát

sinh nhiệt. Mặt khác một số chi tiết như piston, vòi phun còn nhận nhiệt của khí cháy

truyền đến. Do đó nhiệt độ ở một số chi tiết là rất cao, có thể phá hỏng các điều kiện làm

việc bình thường của động cơ như gây ra bó kẹt, giảm độ bền của các chi tiết, kích nổ ở

động cơ xăng, giảm hệ số nạp...Nhằm giảm nhiệt cho các chi tiết máy cần có hệ thống

làm mát trong quá trình động cơ hoạt động. Làm mát động cơ dựa vào hệ thống làm mát

chỉ thực hiện được 60% công việc làm mát. Nước làm mát phần trên động cơ là các đỉnh

xylanh, lòng xylanh và các van, còn trục khuỷu các ổ đỡ, trục cam, các bánh răng, piston

và các cụm chi tiết khác được làm mát bằng dầu máy. Dầu máy cacte theo hệ thống bôi

trơn ( có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ chi tiết ) được dẫn đến các bề mặt có nhiệt độ cao để

tải bớt nhiệt đi và cacte lại được làm mát bằng bộ tản nhiệt không khí. Đặc biệt dầu bôi

trơn là phương tiện chính làm mát piston. Thực tế cho thấy khi dòng dầu làm mát dẫn đến

đỉnh dưới của piston gặp trục trặc thì piston sẽ bị kẹt ngay. Nếu vì một lý do nào đó

lượng dầu không đủ để tản bớt nhiệt, khiến nhiệt độ vượt ngưỡng an toàn sẽ làm cho kim

loại của vòng bị nóng chảy ra và bị phá huỷ.

Chức năng làm mát này đòi hỏi phải chịu nhiệt độ cao nghĩa là dầu giữ được tính ổn

định, không bị biến chất do tác dụng của oxy trong không khí ở nhiệt độ cao. Để đạt được

tính ổn định đó trên thực tế phải nhờ tới các phụ gia chống oxy hoá. Muốn tản nhiệt tốt

phải thay dầu trước khi độ nhiễm bẩn của dầu quá cao nằm tại các hệ thống dẫn dầu,

đồng thời giữ mức dầu trong cacte cao hơn mức dầu tối thiểu cho phép.

1.3.4. Chức năng làm kín

Màng dầu bôi trơn ngăn cách các chi tiết chuyển động trong động cơ, ngoài tác dụng

bôi trơn, giảm ma sát, chống mài mòn còn có tác dụng làm kín. Trên thực tế bề mặt của

xecmăng, rãnh xecmăng và thành xylanh không trơn tru. Qua kính hiển vi ta sẽ thấy bề

mặt của chúng nhấp nhô. Chính vì thế xecmăng không thể hoàn toàn ngăn cản hơi đốt từ

trong buồng đốt có áp suất cao lọt ra ngoài vào cacte là nơi có áp suất thấp, do vậy làm

giảm công suất của động cơ. Dầu máy có chức năng lấp vào các khoảng trống giữa các bề

mặt xecmăng và thành xylanh, có tác dụng làm kín, ngăn cản tối đa không cho các khí



nóng trong quá trình đốt cháy đi qua xecmăng của piston đi vào cacte. Độ kín của hệ

piston – xecmăng – xylanh phụ thuộc vào độ nhớt của dầu bôi trơn. Vì vậy khi lắp ráp

cụm chi tiết máy phải bôi trơn dầu vào rãnh xecmăng và bề mặt xylanh.

1.3.5. Chức năng làm sạch

Trên bề mặt ma sát, trong quá trình làm việc thường có vảy rắn tróc ra khỏi bề mặt.

Dâù bôi trơn sẽ cuốn trôi các vảy tróc, sau đó giữ lại trong các bầu lọc của hệ thống bôi

trơn tránh cho bề mặt bị cào xước. Vì vậy khi động cơ chạy rà sau khi lắp ráp hoặc sửa

chữa thường có nhiều mạt kim loại còn sót lại trong quá trình lắp ráp và nhiều vảy tróc

ra khi chạy rà nên phải dùng dầu bôi trơn có dộ nhớt nhỏ để tăng khả năng rửa trôi các

mạt bẩn trên bề mặt và sau đó chạy rà phải thay nhớt mới phù hợp hơn. Ngoài ra, trong

động cơ diezen khi nhiên liệu cháy tạo ra muội than, càn tránh hiện tượng muội bám cặn

trên thành píston nhiều gây cháy xecmăng, cũng như muội làm nghẽn bộ lọc các đường

dẫn dầu bôi trơn . Trong động cơ xăng pha chì khi xăng cháy cũng tạo ra một lượng muội

chì, cần tránh sự đóng cặn của muội chì. Tất cả hiện tượng vừa nói trên góp phần tạo ra

hai loại cặn trong dầu máy trong quá trình làm việc là cặn bùn và cặn cứng.

Cặn bùn được tạo thành do sự kết hợp giữa hơi nước, bụi, sản phẩm xuống cấp và

nhiên liệu cháy dở. Ban đầu cặn bùn tồn tại ở dạng những hạt rất nhỏ mà không có bầu

lọc nào có thể tách chúng ra được. Lúc ban đầu tác hại không lớn vì chúng ít và rời rạc.

Nhưng cùng với thời gian cặn bùn tích tụ nhiều, đóng cục lại và sẽ gây tác hại, làm hạn

chế sự lưu thông của dầu.

Cặn cứng ( Vecni ) là sản phẩm của quá trình oxy hoá các hợp phần kém ổn định có

trong dầu trong nhiệt độ và áp suất cao. Cặn cứng làm thành một lớp cứng trên các chi

tiết có nhiệt độ cao của động cơ. Các bộ phận bơm, xecmăng, piston và các ổ đỡ rất dễ bị

đóng cặn cứng. Nếu để cho các cặn cứng tích tụ trên các chi tiết này động cơ không thể

làm việc một cách bình thường được.

Dầu nhờn với phụ gia tẩy rửa sẽ có tác dụng ngăn cản sự tích tụ của cặn bùn, cặn

cứng, giữ cho bề mặt các chi tiết luôn được sạch và tạo điều kiện cho động cơ hoạt động

một cách trơn tru.



Để đảm bảo các công dụng của dầu bôi trơn yêu cầu dầu bôi trơn có thành phần và có chất lượng phù hợp. Thành phần và chất lượng đó phụ thuộc vào các loại dầu nhờn gốc và các phụ gia sử dụng trong pha chế cũng như điều kiện tại xưởng pha chế dầu nhờn.

1.3.6. Chức năng giảm mài mòn

Dầu nhờn có tác dụng ngăn chặn tối đa sự mài mòn xảy ra ở các nơi có nhiều chuyển dịch tương đối giữa các bề mặt với tốc độ thấp, ở giữa các bề mặt chịu tải cao.

Ở điều kiện nhiệt độ và áp lực cao, màng dầu bôi trơn dễ có khả năng bị phá huỷ nên

yêu cầu trong dầu bôi trơn phải có những phụ gia chống mài mòn dầu, tạo thành trên các

chi tiết kim loại một màng chất bảo vệ bền vững chúng sẽ trượt dọc theo nhau mà không

gây hiện tượng mài mòn các bề mặt kim loại.[3]

1.4. các chỉ tiêu kỹ thuật trong dầu nhờn

Dầu nhờn bao gồm các sản phẩm, các phân đoạn nhỏ lấy ra từ quá trình trưng cất

chân không, những sản phẩm đó được gọi là dầu khoáng. Dầu khoáng tuỳ theo mức độ sử

dụng mà tiếp tục được tinh chế kỹ: Rửa axít, trung hoà kiềm, chưng cất, lọc đất trắng, pha

trộn phụ gia, các loại ta được dầu nhờn. Dầu nhờn được sử dụng trong kỹ thuật với mục

đích chủ yếu là bôi trơn, giảm masat, ngoài ra dầu nhơn đồng thời đảm bảo các chức năng

như làm mát, tẩy rửa, bảo vệ, cách điện, giảm rung, truyền lực...

Để đánh giá đầy đủ chất lượng dầu nhờn cần phải xác định các tiêu chuẩn kỹ thuật

sau:

1.4.1. độ nhớt động học

Độ nhớt của một phân đoạn dầu nhờn là một đại lượng vật lý đặc trưng cho trở lực do

masat nội tại của nó sinh ra khi chuyển động. Do vậy độ nhớt có liên quan đến khả năng

bôi trơn của dầu nhờn.

Theo đơn vị SI thì độ nhớt được định nghĩa là lực tiếp tuyến trên một đơn vị diện tích

( N/m2) cần dùng trong quá trình chuyển động tương đối (m/s) giữa hai mặt phẳng nằm

ngang được ngăn cách bởi một lớp dầu dầy 1mm. Đó là độ nhớt động lực được tính bằng

pascal giây (Pa.s).

1Pa.s = 1Ns/m2 = 10P = 1000cP



Việc đo độ nhớt trong nhớt kế mao quản dưới tác dụng của trọng lượng chất lỏng phụ

thuộc vào gia tốc và tỷ trọng dẫn đến độ nhớt động học :

= /d

Trong đó là độ nhớt động lực và d là tỷ trọng của chất lỏng

Độ nhớt của dầu thường được đo bằng Poazơ (P), Centi Poazơ (CP), đối với độ nhớt

động lực. Đối với độ nhớt động học đơn vị đo là Stoc(St), Centi Stoc(cSt), (1m2/s = 104St

= 106cSt, 1mm2/s = 1Cst). Trong đơn vị SI độ nhớt động học còn được tính bằng m2/s

Để thực hiện nhiệm vụ bôi trơn dầu nhờn phải có độ nhớt phù hợp, phải bám chắc lên

bề mặt kim loại và không bị đẩy ra ngoài, có nghĩa là nó phải có masat nội tại bé. Độ

nhớt của dầu nhờn phụ thuộc chủ yếu vào thành phần hoá học.

+ Các hydrocacbon parafin có độ nhớt thấp hơn so với các loại khác. Nếu chiều dài

và độ phân nhánh càng lớn thì độ nhớt sẽ tăng lên.

+ Các hydrocacbon thơm và naphten có độ nhớt cao. Đặc biệt số vòng càng nhiều thì

độ nhớt lại càng lớn. Các hydrocacbon hỗn hợp giữa thơm và naphten có độ nhớt cao

nhất.

Khi sử dụng dầu bôi trơn phải lưu ý sự thích hợp của độ nhớt với từng loại máy móc,

động cơ, nếu không thích hợp sẽ gây ra tác hại sau.[10]

+ Độ nhớt quá lớn sẽ làm giảm công suất máy do tiêu hao nhiều công để thắng lực

cản của dầu, khó khởi động máy nhất là vào mùa đông nhiệt độ môi trường thấp, giảm

khả năng làm mát máy, làm sạch máy do dầu lưu thông kém.

+ Độ nhớt quá nhỏ dầu sẽ không tạo được lớp màng bền vững bảo vệ bề mặt các chi

tiết máy móc, nên làm tăng sự masat, gây hư hại máy, giảm công suất, tác dụng làm kín

kém, lượng dầu hao hụt nhiều trong quá trình sử dụng

Khi dầu bôi trơn lẫn nhiên liệu sẽ làm giảm độ nhớt, do đó trong bảo quản cần tuyệt

đối tránh điều đó nhằm bảo đảm chất lượng của dầu đáp ứng yêu cầu bôi trơn các loại

máy móc động cơ.

Có nhiều phương pháp và thiết bị được dùng để đo độ nhớt, nhưng quan trọng là

những dụng cụ mao quản mà trong mao quản đó thời gian chảy của dầu tỷ lệ với độ nhớt

động học.[1]



1.4.2. chỉ số độ nhớt

Một đặc tính nữa của dầu nhờn là sự thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ. Thông thường

khi nhiệt độ tăng độ nhớt sẽ giảm. Thông thường khi nhiệt độ tăng độ nhớt sẽ giảm. Một

loại dầu nhờn được coi là bôi trơn tốt khi độ nhớt của nó ít bị thay đổi theo nhiệt độ ta nói

rằng dầu đó có chỉ số độ nhớt cao. Nếu độ nhớt thay đổi nhiều theo nhiệt độ có nghĩa là

dầu có chỉ số độ nhớt thấp.

Chỉ số độ nhớt (VI) là một giá trị bằng số dùng để đánh giá sự thay đổi độ nhớt của

dầu bôi trơn theo nhiệt độ dựa trên cơ sở so sánh khoảng thay đổi tương đối về độ nhớt

của hai loại dầu chọn lọc chuyên dùng. Hai loại dầu này khác biệt rất lớn về VI.

Quy ước dầu gốc parafin có độ nhớt ít thay đổi theo nhiệt độ VI = 100. Họ dầu gốc

naphten có độ nhớt thay đổi nhiều theo nhiệt độ VI = 0.

Trong đó:

U: độ nhớt động học ở 400C của dầu có chỉ số độ nhớt cần tính(mm2/s).

L: độ nhớt động học đo ở 400C của một loại dầu có chỉ số độ nhớt bằng 0 và cùng độ

nhớt động học ở 1000C với dầu cần tính chỉ số độ nhớt mm2/s.

H: độ nhớt động học đo ở 400C của một loại dầu có chỉ số độ nhớt bằng 100 và cùng

độ nhớt động học ở 1000C với dầu mà ta cần đo chỉ số độ nhớt mm2/s.

Nếu độ nhớt động học của dầu ở 1000C 70 mm2/s thì các giá trị tương ứng của L và

H cần phải tra trong bảng ASTM – D2270, TCVN 3181-79.


VI= L−UL−H

x100

§é n

hít

®éng h

äc

L-U

L-H

H(VI=100)

L(VI=0)

U

VI cña dÇu U=L - U

L - H

100

40 NhiÖt ®é,

0C


H1: Sự thay đổi độ nhớt của dầu bôi trơn theo nhiệt độ, lý giải về chỉ số độ nhớt (VI).

Nếu độ nhớt động học ở 1000C > 70 mm2/s thì giá trị L và H được tính như sau.

L = 0,8353 Y2 + 14,67 Y – 216

H = 0,1684 Y2 + 11,85 Y – 97

Trong đó Y độ nhớt động học ở 1000C của dầu cần tính chỉ số độ nhớt mm2/s

1000C, mm2/sGiá trị L Giá trị H

2,0 7,994 6,394

2,1 8,64 -6,894

5,0 40,23 28,49

5,1 41,99 29,49

15,0 296,5 149,7

15,1 300,0 151,2



20,0 493,2 229,5

20,2 501,5 233

70,0 4905 1558

Bảng 1: Những giá trị L và H ứng với độ nhớt động học ở 1000C

Nếu U > L thì VI sẽ là số âm, dầu này có tính nhớt nhiệt kém.

Nếu L > U > H thì VI sẽ trong khoảng 0 100.

Nếu H > U thì VI > 100, dầu này có tính nhớt nhiệt tốt.

Thông thường các loại dầu bôi trơn có VI = 95. Loại có VI > 100 hiếm hơn tuy vậy

ngày càng phổ biến.Trong thực tế, phân loại dầu nhờn gốc theo VI như sau:

Dầu có chỉ số độ nhớt thấp (LVI): VI < 30

Dầu có chỉ số độ nhớt trung bình (MVI): VI = 30 85

Dầu có chỉ số độ nhớt cao (HVI): VI > 85

Dầu có chỉ số độ nhớt rất cao(VHVI): VI > 105

Nếu nhiệt độ làm việc của máy ít thay đổi, người ta ít chú ý tới chỉ số độ nhớt. Nếu

nhiệt độ máy thay đổi trong phạm vi rộng thì chỉ số độ nhớt là một chỉ tiêu chất lượng

cần được coi trọng.[4]

1.4.3. trị số axit và kiềm

Trị số axit và kiềm liên quan đến trị số trung hoà dùng để xác định độ axit và độ kiềm

của dầu bôi trơn. Độ axit thường được biểu hiện qua trị số axit tổng (TAN) cho biết lượng

KOH cần thiết tính bằng miligam cần thiết để trung hoà tất cả các hợp chất mang tính



axit có mặt trong 1g mẫu dầu. Độ kiềm trong dầu bôi trơn được xác định bằng trị số kiềm

tổng (TBN) cho biết lượng axit clohydric hay percloric được quy chuyển sang lượng

KOH tương đương tính bằng miligam cần thiết để trung hoà các hợp chất mang tính kiềm

có trong một gam mẫu dầu. Chỉ số axit tổng của dầu là đại lượng đánh giá mức độ biến

chất của dầu do quá trình oxy hóa.Đối với tất cả các loại dầu bôi trơn. TAN có giá trị ban

đầu nhỏ và tăng dần trong quá trình sử dụng, do một số phụ gia chống mài mòn có tính

axit cao nên TAN ban đầu không dùng để đánh giá chất lượng của dầu. Axit tan trong

nước biểu thị sự có mặt của axit vô cơ được phát hiện định tính theo sự đổi màu của chất

chỉ thị đối với lớp nước tách khỏi dầu nhờn khi làm kiểm nghiệm. Quy định tuyệt đối

không được có axit vô cơ trong dầu.

1.4.4. độ bền oxy hóa

Độ bền ôxy hoá là một chỉ tiêu đặc trưng quan trọng của dầu nhờn.Sự ôxy hoá dầu

nhờn phụ thuộc vào nhiệt độ, lượng ôxy chứa trong dầu và khả năng xúc tác của kim loại.

Các sản phẩm do ôxy hoá dầu sẽ sinh ra các chất tạo cặn, axit, làm tăng độ nhớt, tăng

cường ăn mòn. Do vậy khả năng chống ôxy hoá cao là một nhu cầu quan trọng đối với

những dầu làm việc trong các điều kiện có nước, nhiệt độ cao, áp suất lớn, thời gian thay

dầu lâu.

1.4.5. hàm lượng tro

Tro là phần còn lại sau khi đốt cháy, được tính bằng (%) khối lượng các thành phần

không thể cháy đuợc trong nó sinh ra từ phụ gia chứa kim loại, từ các chất bẩn và mạt

kim loại bị mài mòn. Trong dầu nhờn động cơ bao giờ cũng có một lượng tro và các tạp

chất cơ học do nguyên nhân sau đây.

+ Các chất vô cơ trong quá trình rửa, tinh chế, rửa axit, lọc đất trắng không kỹ.

+Thành phần tro của thuốc thêm.

1.4.6. khối lượng riêng và tỷ trọng

Khối lượng riêng là khối lượng của một đơn vị thể tích của một chất ở nhiệt độ tiêu

chuẩn.



Tỷ trọng là tỉ số giữa khối lượng riêng của một chất đã cho ở nhiệt độ quy định với

khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ quy định đó.

Tỷ trọng và khối lượng riêng của một loại dầu bằng nhau nếu khối lượng riêng của

nước là 1.

Khối lượng riêng của dầu nhờn là thông số quan trọng cho việc nhận biết và quản lý

chất lượng, việc vận chuyển đổi thể tích khối lượng trong giao nhận. Với những loại dầu

dùng cho mục đích bôi trơn hoặc cần phải liên tục tuần hoàn thì khối lượng riêng phần

nào phản ánh khả năng tốc độ tuần hoàn của dầu trong hệ thống.

1.4.7. điểm bắt cháy và chớp cháy

Điểm chớp cháy của dầu được định nghĩa là nhiệt độ thấp nhất tại khi quyển, mẫu được nung nóng đến bốc hơi và bắt lửa trong điều kiện đặc biệt của phương pháp thử. Mẫu sẽ chớp cháy khi có lửa và lan truyền tức khắc bề mặt của mẫu.

Điểm bắt cháy là nhiệt độ thấp nhất mà ở đó mẫu sau khi chớp cháy sẽ liên tục cháy

trong 5 giây.

Dầu có độ nhớt cao hơn sẽ có điểm bắt cháy và chớp cháy cao hơn, ở nhiệt độ chớp

cháy của dầu nhờn biểu thị và nói lên độ nguy hiểm có thể xảy ra khi cháy nổ.

1.4.8. điểm đông đặc

Điểm đông đặc là nhiệt độ thấp nhất mà ở đó dầu bôi trơn giữ được tính linh động ở

điều kiện đã cho

Hầu hết dầu nhờn đều chứa một số sáp không tan và khi dầu nhờn được làm lạnh

những sáp này được tách ra ở dạng tinh thể, đan cài với nhau tạo thành một lớp cấu trúc

cứng giữ dầu ở trong cái túi rất nhỏ của các cấu trúc đó. Khi cấu trúc tinh thể của tháp

này tạo thành đầy đủ, dầu không luân chuyển được. Để giảm nhiệt độ đông đặc của dầu

người ta dùng phụ gia hạ nhiệt độ đông đặc. Do điểm đông đặc của hầu hết các loại dầu

liên quan đến quá trình kết tủa của sáp nên một số loại dầu không chứa sáp thì liên quan

đến điểm đông đặc giới hạn. Đối với loại dầu này độ nhớt của chúng tăng lên khi nhiệt độ

giảm đến một nhiệt độ nào đó thì dâù mất tính linh động. Người ta có thể dùng phụ gia để



hạ thấp nhiệt độ đông đặc của các loại dầu này vì các phụ gia đó chỉ có tác dụng ngăn cản

sự lớn lên và bao bọc của cấu trúc tinh thể sáp.

Phương pháp xác định điểm đông đặc của dầu theo TCVN- 3753. Theo phương pháp

này, trước tiên dầu được đun nóng để đảm bảo các cấu tử trong dầu tan hoàn toàn, sau đó

làm sạch theo tốc độ quy định, cứ 30C lại kiểm tra tính linh động của dầu một lần. Nhiệt

độ đông đặc của dầu bằng nhiệt độ mà tại đó dầu không linh động được nữa(khi ta

nghiêng bình đựng nó) +30C. Còn đo điểm đông đặc của dầu theo phương pháp ASTM-

D 2500.

1.4.9. Hàm lượng tro sunfat

Tro sunfat là phần cặn còn lại sau khi than hoá mẫu sau đó phần cất được sử lý bằng

H2S04 và nung nóng đến khối lượng không đổi. Hàm lượng tro sunfat gồm có tro của phụ

gia đưa vào để nâng tính năng của dầu. Còn khi thấy lượng tro tăng quá mức có thể nghĩ

đến sự có mặt của các tạp chất như các chất bẩn cặn do mài mòn và các loại tạp chất

khác.

Việc sử dụng xăng pha chì đã làm tăng lượng tro sunfat trong dầu động cơ. Hàm

lượng tro sunfat trong dầu động cơ ôto thường nằm trong khoảng 0,8 1,5%, còn hàm

lượng tro sunfat cho động cơ diezel là trên 17%. Hàm lượng tro sunfat dầu nhờn thường

được xác định theo phương pháp TCVN 2689, tương tự như phương pháp xác định tro.

Mẫu được đốt cháy cho đến khi chỉ còn lại tro và cặn các bon. Sau khi để nguội chúng

được sử lý một lần với H2SO4 và nung ở nhiệt độ 7750C cho đến khi quá trình oxy hoá

cacbon kết thúc. Sau đó tro lại được làm lạnh, lại sử lý một lần nữa với H2SO4 và nung ở

7750C cho đến khi nhiệt độ không đổi.

1.4.10. Hàm lượng nước

Hàm lượng nước trong dầu là lượng nước được tính bằng % theo trọng lượng thể tích

hay phần triệu.

Hàm lượng nước trong dầu bôi trơn là một đặc trưng quan trọng đối với các loại dầu

nhờn như dầu thuỷ lực, dầu ôtô, dầu bánh răng công nghiệp, dầu tuabin, dầu xylanh, hơi

nước và dầu công nghiệp.



Đặc biệt nó cực kỳ quan trọng đối với dầu biến thế. Nước trong dầu bôi trơn không

những đẩy nhanh sự ăn mòn và sự ôxy hoá mà nó còn gây nên hiện tượng nhũ tương.

Trong một số trường hợp nước còn làm thuỷ phân các phụ gia, tạo nên những bùn mềm,

xốp. Nếu hàm lượng nước trong dầu công nghiệp lớn hơn lượng vết (trên 0,1%) thì người

ta phải loại chúng ra bằng phương pháp li tâm, lọc hay chưng cất chân không. Hàm lượng

nước trong dầu bôi trơn được xác định theo phương pháp TCVN 2692.

1.5. Phân loại dầu nhờn

Phân loại dầu nhờn hiện nay nguời ta phân loại theo cấp độ nhớt SAE cho dầu động

cơ và ISO cho dầu công nghiệp và theo cấp chất lượng API. Có nhóm dầu nhờn chính là

dầu động cơ và dầu công nghiệp.

15.1. Phân loại dầu nhờn động cơ

Dầu nhờn động cơ được sản xuất chủ yếu từ dầu chưng cất và dầu cặn. Mặt khác có

thể đi từ dầu tổng hợp tuy nhiên loại dầu sản xuất từ dầu tổng hợp có giá trị cao. Dầu

nhờn động cơ có nhiều chủng loại nhằm đáp ứng tính năng kỹ thuật của các loại động cơ.

Để thuận lợi cho việc sử dụng và thay thế người ta thường phân loại dầu động cơ theo

cấp chất luợng và theo độ nhớt của chúng.

1.5.1.1 Phân loại theo cấp độ nhớt SAE

Hiệp hội kỹ sư ô tô Mỹ (SAE) đã đưa ra cách phân loại dầu động cơ theo cấp độ nhớt

SAE. Theo đó dầu động cơ được phân thành 11 cấp gồm: 0W, 5W, 10W,15W, 20W,

25W, 20, 30, 40, 50, 60. Trong đó các cấp độ nhớt có kèm chữ W chỉ dầu mùa đông, các

cấp độ nhớt không chỉ chữ cái W chỉ dầu mùa hè, dầu 4 mùa là loại dầu đồng thời thoả

mãn yêu cầu của cả 2 nhóm trên, dầu mùa hè có cấp độ nhiệt lớn hơn và cấp độ nhớt lớn

hơn dầu dung cho mùa đông. Trong dầu nhờn nguời ta cũng phân ra dầu đơn cấp và dầu

đa cấp. dầu đơn cấp chỉ dùng cho 1 mùa còn dầu đa cấp dùng cho tất cả các mùa trong

năm, cấp độ nhiệt của dầu đơn cấp cũng lớn hơn đa cấp.

Ví dụ: dầu nhớt TOTAL Rubia XT 20W-50. Đây là loại dầu đa cấp dùng cho cả mùa

đông và mùa hè 20W là cấp độ nhớt cho mùa đông, 50 là cấp độ nhớt cho mùa hè. Bên

cạnh loại dầu đa cấp dùng cho tất cả các màu cũng có những loại dầu chỉ dùng cho một

mùa.



Ví dụ: dầu nhớt TOTAL Rubia S 10W là một loại dầu đơn cấp, 10W là cấp độ nhớt dùng

cho mùa đông.

Hiệp hội các kỹ sư ôtô đưa ra bảng phân loại dầu động cơ theo độ nhớt ở 100oC SAE

J 306C.

Cấp độ nhớt

SAE

Độ nhớt động lực(cp) ở

nhiệt độ tối đa (oc)

Nhiệt độ bơm chuyển

giới hạn (oC), tối đa

Độ nhớt động học ở

100oC ( cst)

min max

0W 3250 -30oC -35 3,8 -

5W 3500 -25oC -30 3,8 -

10W 3500 ở -20oC -25 4,1 -

15W 3500 ở -15oC -20 5,6 -

20W 4500 ở -10oC -15 5,6 -

25W 6000 ở -5oC -10 9,3 -

20 - 5,6 9,3

30 - 9,3 12,5

40 - 12,5 16,3

50 - 16,3 21,9

60 -

Bảng 2: Phân loại dầu động cơ theo độ nhớt ở 100oC SAE J 306C

1.5.1.2. Phân loại theo cấp chất lượng API

Phân loại theo cấp chất lượng API của viện dầu mỏ Mỹ cho dầu động cơ. Theo phuơng pháp này dầu đông cơ đuợc chia làm ba nhóm chính:

- Nhóm S(service): dầu động cơ dùng cho động cơ xăng.- Nhóm C(commercial): dầu dùng cho động cơ diesel



- Nhóm S/C: dầu dùng cho cả động cơ xăng và diesel nhưng ưu tiên cho động cơ xăng.

Đối với nhóm S và C nguời ta dung chữ cái để biểu hiện mức độ chất luợng của dấu nhờn động cơ. Thứ tự từ SA,SB,…, SM, và mới nhất là SN. Hiện nay tại Việt Nam chưa có sản phẩm cấp chất lượng SN. Với dầu đông cơ diesel cũng từ phẩm cấp chất lượng CA, CB, …,CJ-4. Cấp càng cao dầu càng chất lượng.Dầu đuợc sử dụng cho cả hai loại động cơ xăng và diesel cũng tuơng ứng với từng mức chất lượng khi sử dụng cho động cơ xăng và diesel đuợc ký hiệu như SM/CJ.

Ví dụ: dầu nhớt Castrol Magnatec 10W-40 SM/CF. đây là sản phẩm dầu dùng cho cả động cơ xăng va động cơ diesel, SM là cấp chất lượng của dầu cho động cơ xăng.CF là phẩm cấp cho động cơ diesel. SM đứng truớc nên ưu tiên sư dụng cho động cơ xăng hơn.

Phân loại dầu theo phẩm cấp chất lượng cho động cơ xăng theo bảng dưới đây:[3]

Phân loại Tình trạng Phục vụSA Lỗi thời Không có phụ gia, dùng cho động cơ xăng otô trước năm

1930SB Lỗi thời Không phù hợp cho động cơ xăng otô sau năm 1951SC Lỗi thời Không phù hợp cho động cơ xăng sau năm 1967SD Lỗi thời Không phù hợp cho động cơ xăng sau năm 1971SE Lỗi thời Không phù hợp cho động cơ xăng sau năm 1979SF Lỗi thời Dùng cho các động cơ năm 1988 và trước đóSG Lỗi thời Dùng cho các động cơ năm 1993 và trước đóSH Lỗi thời Dùng cho các động cơ năm 1996 và trước đóSJ Hiện hành Dùng cho các động cơ năm 2011 và trước đóSL Hiện hành Dùng cho các động cơ ôtô năm 2004 và trước đóSM Hiện hành Cho mọi động cơ đang sử dụng hiện nay. Xuất hiện năm

2004, nhằm cải thiện sự kháng oxy hóa ,chống tạo cặn, chống mài mòn tốt hơn, hiệu quả ở nhiệt độ thấp tốt hơn trong thời gian sử dụng dầu, một số dầu SM cũng đáp ứng đuợc đặc tính ILSAC và tiết kiệm năng lượng.

SN Hiện hành Loại dầu mới nhất hiện nay nhưng cho có mặt tại thị trường Việt Nam

Bảng 3: Phân loại dầu nhờn động cơ xăng theo phẩm cấp API

Phân loại dầu theo phẩm cấp chất lượng cho động cơ diesel:[3]



Phân loại Tình trạng Phục vụCA Lỗi thời Không phù hợp cho động cơ diesel sau năm 1959CB Lỗi thời Không phù hợp cho động cơ diesel sau năm 1961CC Lỗi thời Không phù hợp cho động cơ diesel sau năm 1990CD Lỗi thời Giới thiệu năm 1955. Cho động cơ có turbo và hút khí tự

nhiênCD-2 Lỗi thời Giới thiệu năm 1985 cho động cơ 2 thìCE Lỗi thời Giới thiệu năm 1985. Cho động cơ có turbo và hút khí tự

nhiên, 4 thì, cao tốc. có thể dùng thay cho dầu cấp CC và CDCF Hiện hành Giới thiệu năm 1994. Cho các động cơ diesel ngoài đuờng cao

tốc, phun trực tiếp và các loại khác sử dụng nhiên liệu lưu huỳnh trên 0,5% kl. Có thể dùng thay cho dầu cấp CD

CF-2 Hiện hành Giới thiệu năm 1994. Cho động cơ 2 thì.CF-4 Hiện hành Giới thiệu năm 1990. Cho các động cơ có turbo và hút khí tự

nhiên, 4 thì, cao tốc, có thể dùng thay cho dầu cấp CD, CECG-4 Hiện hành Giới thiệu năm 1995. Cho các động cơ 4 thì, cao tốc, tải khắc

nghiệt sử dụng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh CH-4 Hiện hành Giới thiệu năm 1998. Cho các động cơ 4 thì. Cao tốc CI-4 Hiện hành

CJ-4 Hiện hành

Bảng 4: Phân loại dầu nhờn động cơ diesel theo phẩm cấp API1.5.2. Dầu nhờn truyền động

Dầu truyền động là loại dầu bôi trơn các bánh răng giúp cho việc truyền chuyển động

và công suất từ một trục quay này sang một trục quay khác hoặc để thay đổi hướng

chuyển động. Các loại bánh răng thường gặp là: Bánh răng thẳng, bánh răng nghiêng,

bánh răng côn xoắn, bánh răng trục vít...

Chức năng chính của dầu truyền động bánh răng là tạo ra một màng bôi trơn giữa các

bề mặt ma sát và các răng tiếp xúc với nhau, trong trường hợp các bánh răng kín thì dầu

truyền động còn tải nhiệt sinh ra trong quá trình các răng tiếp xúc với nhau.

Dầu truyền động phải đảm bảo chống ăn mòn và mài mòn tốt, Do phải chịu trượt dọc

giữa các răng nên dầu có thể bị đẩy ra ngoài không tạođược màng bôi trơn. Dầu phải có

độ bám dính cao, bền oxy hoá và bền cơ để chống va đập trong hộp số.

1.5.2.1. Phân loại theo độ nhớt SAE.



Theo cách phân loại của SAE dầu truyền đông có các mức độ nhớt như sau: 75W,

80W, 85W, 90W, 140W, 250W.

Phân loại theo

độ nhớtSAE-J-300D

Độ nhớt ở –180C mPa.s – max

SAE-J-300Emin max

75W -40 4,2 -

80W -26 7,0 -

85W -12 11,0 -

90W - 13,0 <24,0

140W - 24,0 <41,0

250W - 41,0 -

Bảng 5: Phân loại dầu truyền động theo SAE1.5.2.2. Phân loại theo dầu truyền đông theo phẩm cấp API

Theo API dầu truyền động được phân thành các nhóm tương ứng với các điều kiện

vận hành khác nhau, các loại truyền động khác nhau.

Phân

nhómPhục vụ

Đặc tính

GL1

Dùng cho hệ truyền động bánh răng kiểu

hình trụ, trục vít côn xoắn làm việc ở tốc

độ và tải trọng nhẹ. GL1 hiện nay đã lỗi

thời

-Thường không có phụ gia

- Có thể có phụ gia chống oxy

hoá, chống ăn mòn và tạo bọt,

nhưng không pha phụ gia

chống kẹt xước.

Dùng cho hệ truyền động trục vít làm Nhóm này có phụ gia chống



GL2 việc trong điều kiện như GL1 nhưng có

yêu cầu cao hơn về tính chống ma sát.

GL2 hiện nay đã lỗi thời

ma sát.

GL3

Dùng cho hệ truyền động bánh răng côn

xoắn, làm việc ở điều kiện khắc nghiệt về

tốc độ và tải trọng.

Có tính chống mài mòn và kẹt

xước tốt hơn GL2, nhưng kém

hơn GL4

GL4

Dùng cho ôtô có hệ truyền động hypoit,

làm việc ở tốc độ cao, momen quay thấp

và ở tốc độ thấp momen quay cao

Có phụ gia chống kẹt xước,

chất lượng cao

GL5

Dùng cho ôtô có hệ truyền động hypoit,

làm việc ở tốc độ cao, momen quay thấp.

Hệ truyền động có tải trọng va đập trên

bánh răng truyền động, hoạt động ở tốc

độ trượt cao

-Điều kiện làm việc khắc

nghiệt hơn so với GL4

- Phụ gia chống kẹt xước có

chứa photpho và lưu huỳnh.

GL6

Dùng cho truyền động hypoit ôtô có sự

dịch chuyển dọc theo trục của hệ truyền

động gây ra mô men quay lớn khi tăng

tốc độ và tải trọng va đập

Có phụ gia chống kẹt xước

chứa photpho và lưa huỳnh

nhiều hơn nhóm GL5

Bảng 6: phân loại dầu truyền động theo phẩm cấp API

1.5.3. phân loại dầu nhờn công nghiệp

Hiện nay ngừơi ta phân loại dầu công nghiệp làm hai lọai chính: phân loại theo ISO

VG, phân loại theo chủng loại dầu.

1.5.3.1. Phân loại dầu công nghiệp theo tiêu chuẩn ISO VG



Phân loại theo ISO VG theo tiêu chuẩn thế giới, hiện nay phấn lớn các loại dầu bôi trơn công nghiệp đuợc phân loại dựa theo cấp độ nhớt ISO 3448 và đối với dầu công nghiệp người ta thuờng quan tâm đến độ nhớt tại 40oC.[3]

Phân loại cấp độ nhớt theo ISO VG

Min Max

ISO VG 2 1.98 2.42ISO VG 3 2.88 3.5ISO VG 5 4.14 5.06ISO VG 7 6.12 7.48ISO VG 10 9 11ISO VG 15 13.5 16.5ISO VG 22 19.8 24.2ISO VG 32 28.8 35.2ISO VG 46 41.4 50.6ISO VG 68 61.2 74.8ISO VG 100 90 110ISO VG 150 135 165ISO VG 220 198 242

ISO VG 320 288 352

ISO VG 460 414 506

ISO VG 680 612 748

ISO VG 1000 900 1100

ISO VG 1500 1350 1650

Bảng 7: Phân loại dầu nhờn công nghiệp theo tiêu chuẩn ISO VG Phuơng pháp phân loại theo ISO thường khó nhớ vì vậy người ta có cách phân loại khác dễ nhớ hơn là phân loại theo chủng loại dầu.

1.5.3.2. phân loại dầu theo chủng loại

Hiện nay dầu nhờn cho công nghiệp rất đa chủng loại và đuợc đánh giá phân loại theo tiêu chuẩn của từng thiết bị, máy móc của nhà chế tạo như dầu thủy lực, dầu bánh răng, dầu gia công kim loại…

a) Dầu thủy lực

Dầu thuỷ lực là một môi trường truyền năng lượng trong các hệ thống thuỷ lực mà ở

đó có sự biến đổi cơ năng thành thuỷ năng của chất lỏng. Dầu thuỷ lực cũng có tính chất

bôi trơn làm giảm ma sát, chất chống mài mòn như các chất bôi trơn điển hình khác, tuy



nhiên tính chất đặc trưng cho dầu thuỷ lực là khả năng chịu nén. Dầu thuỷ lực phải thật

sự không bị nén để truyền lực tốt, phải tương thích với các vật liệu làm kín tránh rò rỉ làm

giảm áp suất trong hệ thống. Ngoài ra, dầu thuỷ lực phải có tỷ trọng cao để tăng công

suất, có độ bền nhớt lớn trong điều kiện chịu áp lực cao, không tạo bọt, độ ổn định ôxy

hoá cao. Dầu thuỷ lực được sử dụng rộng rãi trong các máy công cụ, các cơ cấu thuỷ lực,

cơ cấu phanh, cơ cấu trợ lực tay lái. ở đó cần khuyếch đại lực hay các cơ cấu cần sự hoạt

động chính xác theo tiêu chuẩn ISO 6743/4 thì dầu thuỷ lực được phân loại thành:[1]

- HH: Dầu khoáng tinh chế không chứa các chất ức chế.

- HL: Dầu khoáng tinh chế có chứa các chất ức chế rỉ và chống ôxy hoá

- HM: Kiểu HL có tính chất chống mài mòn được cải thiện hơn.

- HR: Kiểu HL có chỉ số độ nhớt được cải thiện hơn.

- HV: Kiểu HM có chỉ số độ nhớt được cải thiện hơn.

- HG: Kiểu HM có tính chất chống kẹt, bảo đảm chuyển động không trượt, nhảy.

- HS: Chất lỏng tổng hợp không có tính chất chống cháy đặc biệt.

- HFAE: Nhũ tương chống cháy của dầu trong nước có chứa tối đa 20% trọng

lượng các chất có thể cháy.

- HFAS: Dung dịch chống cháy của hoá chất pha trong nước chứa tối thiểu 80%

nước.

- HFB: Nhũ tương chống cháy của nước trong dầu chứa tối đa 25% các chất có thể

cháy được.

- HFC: Dung dịch chống cháy của polyme trong nước chứa tối thiểu 35% khối

lượng nước

- HFDR: Chất lỏng tổng hợp chống cháy trên cơ sở este của axit photphoric.

- HFDR: Chất lỏng chống cháy trên cơ sở các clo hydrocacbon.

- HFDT: Chất lỏng tổng hợp chống cháy trên cơ sở hỗn hợp của HFDR và HFDS.

Ngoài phuơng pháp phân loại trên, dầu thủy lực cũng khác đuợc xây dựng bởi các nhà chế tạo thiết bị uy tín như DIN.

b) Dầu bánh răng công nghiệp



Dầu bánh răng công nghiệp là loại dầu chuyên dùng cho các loại bánh răng dựa theo tiêu chuẩn của AGMA hiệp hội các nhà chế tạo bánh răng Mỹ, trong dầu bánh răng người ta chia ra dầu bánh răng kín và dầu bánh răng hở, phụ gia sử dụng phổ biến trong dầu bánh răng là phụ gia EP.

Số dầu AGMA Độ nhớt ở 40oC Tham chiếu AGMA

Min max1 41,4 50,6 -2 61,2 74,8 2 EP3 90 110 3 EP4 135 165 4 EP5 198 242 5 EP6 288 352 6 EP7 414 506 7 EP8 612 748 8 EP8A 900 1100 -

Bảng 8: phân loại độ nhớt dầu bánh răng theo AGMA

Ngoài dầu thủy lực và dầu bánh răng còn một số loại dầu khác như dầu tuabin, dầu máy nén khí, máy nén lạnh, dầu hang hải, dầu máy bay,…, tất cả đều có cách phân loại theo tiêu chuẩn riêng của nhà chế tạo thiết bị.

1.6. khái quát tình hình sử dụng dầu nhờn tại Việt Nam

Theo báo cáo phân tích thị trường của công ty Total Việt Nam năm 2011 sản lượng dầu nhờn của total tại thị trường Việt Nam là khoảng 20 triệu lít, cũng theo báo cáo sản lượng của Total chiếm khoảng 9% toàn bộ dầu nhờn tại thị trường Việt Nam. Từ số liệu trên ta thấy lượng dầu nhớt tại thị trường Việt Nam năm 2011 vào khoảng 222 triệu lít.

15%

8%

8%

5%9%

2%

14%

38%

Market Shares in 2011BPCastrolShellChevronTotalMobilPLCOther



Biểu đồ thị phần dầu nhờn năm 2011 tại thị trừơng Việt Nam

Chương 2

Các công nghệ sản xuất dầu nhờn gốc

2.1. Thành phần hóa học của dầu nhờn

Nguyên liệu chính để sản xuất dầu nhờn là phân đoạn gasoil nặng có nhiệt độ

sôi từ 350 5000C trong phân đoạn này có chứa các hợp chất hydrocacbon từ C21

C35 hoặc có thể lên tới C40. Do vậy các hydrocacbon trong phân đoạn này có

trọng lượng phân tử lớn và có cấu trúc phức tạp, đặc biệt là dạng hydrocacbon lai

hợp tăng lên rất nhiều. Trong phân đoạn này, ngoài thành phần chủ yếu là hỗn hợp

các hydrocacbon khác nhau còn có các hợp chất dị nguyên tố mà chủ yếu là các

hợp chất chứa nguyên tử oxy, nitơ, lưu huỳnh và một vài kim loại như Ni,

V...Những hợp chất này có những tính chất rất khác nhau. Có những thành phần

chủ yếu có lợi cho dầu nhờn song cũng có những thành phần là có hại cần loại bỏ.

[4]

2.1.1. Các hợp chất hydrocacbon



2.1.1.1. Các hydrocacbon naphten và parafin.Các hydrocacbon này được gọi chung là các nhóm hydrocacbon naphten – parafin.

Đây là nhóm hydrocacbon chủ yếu có trong dầu gốc dầu mỏ. Hàm lượng của nhóm này tuỳ thuộc vào bản chất của dầu mỏ và khoảng nhiệt độ sôi mà chiếm từ 41% 86%. Nhóm hydrocacbon này có cấu trúc chủ yếu là các hợp chất hydrocacbon vòng naphten (vòng 5 cạnh và 6 cạnh) có thể kết hợp các nhánh ankyl hoặc izo- alkyl và số nguyên tử các bon trong phân tử có thể từ C20 C70

Cấu trúc vòng có thể ở hai dạng: Cấu trúc không ngưng tụ ( phân tử có thể chứa từ 16 vòng) và cấu trúc ngưng tụ (phân tử có thể chứa từ 24 vòng ngưng tụ)

Cấu trúc nhánh của vòng naphten này cũng rất đa dạngchúng khác nhau bởi số mạch nhánh, chiều dài của mạch, mức độ phân nhánh của mạch và vị trí thế của mạch trong vòng. Thông thường người ta nhận thấy rằng:

+ Phân đoạn nhớt nhẹ có chứa chủ yếu là các dãy đồng đẳng của xyclohexan,

xyclopenten.

+ Phân đoạn nhớt trung bình chứa chủ chứa chủ yếu các vòng naphten có các mạch

nhánh alkyl, izo – alkyl với số vòng từ 2 4 vòng.

Ngoài các hydrocacbon vòng naphten. Trong nhóm này còn có các hydrocacbon dạng n-

parafin và izo-parafin hàm lượng của chúng không nhiều và mạch cacbon không chứa

quá 20 nguyên tử các bon vì số nguyên tử cacbon lớn hơn 20 thì parafin sẽ ở dạng rắn và

thường được tách ra trong quá trình sản xuất dầu nhờn.

2.1.1.2. các hydrocacbon thơm

Thành phần và cấu trúc của nhóm hydrocacbon này có ý nghĩa quan trọng đối với dầu gốc. Một loạt các tính chất sử dụng của dầu nhờn như tính ổn định chống oxy hoá, tính bền nhiệt, tính nhớt nhiệt, tính chống bào mòn, độ hấp thụ phụ gia chủ yếu phụ thuộc vào tính chất và hàm lượng của nhóm hydrocacbon này. Tuy nhiên hàm lượng và cấu trúc của chúng còn phụ thuộc vào bản chất dầu gốc và nhiệt độ sôi của các phân đoạn.

+ Phân đoạn nhớt nhẹ ( 350 4000C) có mặt chủ yếu các hợp chất dãy đồng đẳng

của benzen và naphten

+ Phân đoạn nhớt nặng hơn (400 4500C) phát hiện thấy hydrocacbon thơm 3 vòng

dạng đơn hoặc kép.

+ Trong phân đoạn có nhiệt độ sôi cao hơn có chứa các chất thuộc dãy đồng đẳng của

naphtalen, phenatren antraxen và một số lượng đáng kể loại hydrocacbon đa vòng.



Trong phân đoạn này các hydrocacbon ngoài khác nhau về số vòng thơm, còn khác

nhau bởi số nguyên tử Cacbon ở mạch nhánh và vị trí các nhánh. Trong nhóm này còn

phát hiện sự có mặt của các vòng thơm ngưng tụ đa vòng. Một phần của chúng tồn tại

trong dầu gốc với tỷ lệ thay đổi theo nguồn gốc của dầu mỏ còn một phần được hình

thành trong quá trình trưng cất do các phản ứng trùng ngưng, trùng hợp dưới tác dụng của

nhiệt.

Một thành phần nữa trong nhóm hydrocacbon thơm là loại hydrocacbon hỗn tạp naphten – aromat. Loại hydrocacbon này làm giảm phẩm chất của dầu nhờn thương phẩm vì chúng có tính nhớt nhiệt kém và rất dễ bị oxy hóa tạo ra các chất keo nhựa trong quá trình làm việc của dầu nhờn ở động cơ.

% Các bon ở mạch parafin

% Các bon ở vòng thơm

% Các bon ở naphent

% Các bon ở các vòng

Tổng số vòng

Vòng thơm

Vòng naphten

% Cp = 53,5

%CA = 20,0

%Cn =26,7

%Cr = 46,7

Rt =3

Ra =1

Rn =2

Bảng 9: thành phần cấu trúc của các phần tử có trong dầu nhờn

2.1.1.3. Các hydrocacbon rắn

Trong thành phần dầu nhờn chưng cất ra từ dầu mỏ còn có các hydrocacbon rắn bao gồm các hydrcacbon dãy parafin có cấu trúc và khối lượng phân tử khác nhau, các hydrocacbon naphten có chứa từ 1- 3 vòng trong phân tử và có mạch nhánh dài với cấu trúc dạng thẳng hoặc dạng iso, các hydrcacbon thơm có số vòng, số mạch nhánh khác nhau, chúng đều có tính chất là dễ đông đặc lại ở dạng rắn khi ở nhiệt độ thấp. Vì vậy các hydrocacbon rắn này cần phải được tách lọc ra trong quá trình sản xuất dầu nhờn nên hàm lượng của chúng trong dầu nhờn rất thấp.

Các hydrocacbon rắn này chia thành 2 loại:

+ Parafin là hỗn hợp chủ yếu của các phân tử n-alkan có khối lượng phân tử khá cao.


Mazut Chưng cất chân không

Dầu cất nhẹ Dầu cất trung Dầu cất nặng Cặn gudron

Chiết bằng dung môi Tách asphan bằng propanPhần chiết

Dầu cất nhẹ Dầu cất trung Dầu cất nặng Cặn dầu


+ Xerezin là hỗn hợp chủ yếu của các hydrocacbon rắn có mạch nhánh thẳng hoặc izo, trong đó dạng izo là chủ yếu.

ngoài các hydrocacbon trên là chính chiếm phần đa trong dầu nhờn, và còn một số ít các nguyên tố vi lượng như N2, S, …, asphaten các nguyên tố này vẫn còn tồn tại trong dầu nhờn với số lượng và tiêu chuẩn cho phép mặc dù đã qua các phân đoạn loại bỏ.

2.2.1. Công nghệ sản xuất dầu nhờn gốc tiêu biểu hiện nay

ViÖc t¸ch c¸c thµnh phÇn kh«ng mong muèn trong s¶n xuÊt dÇu gèc ®îc thùc hiÖn

nhê qu¸ tr×nh läc dÇu sÏ cho phÐp s¶n xuÊt dÇu gèc chÊt lîng cao, ngay c¶ víi ph©n

®o¹n dÇu nhên cña dÇu th« cha thÝch hîp cho s¶n xuÊt dÇu nhên. S¬ ®å c«ng nghÖ

chung ®Ó s¶n xuÊt dÇu nhên gèc tõ dÇu má thêng gåm c¸c qu¸ tr×nh chÝnh sau.

+ Chng ch©n kh«ng nguyªn liÖu cÆn mazut.

+ Chiết tách, trích ly bằng dung môi.

+ Tách hydrocacbon rắn (sáp hay petrolactum).

+ Làm sạch lần cuối bằng hydro hoá.

Các hợp chất bị tách ra lại dùng để sản xuất thứ cấp khác. Dầu gốc sản xuất được cần

phải pha thêm phụ gia để trở thành dầu thành phẩm.

2.2.1.1. mét sè c«ng nghÖ s¶n xuÊt dÇu



Hinh 2.1: Sơ đồ khối công nghệ sản xuất dầu gốc[5]

Hình 2 là sơ đồ công nghệ sản xuất dầu nhờn gốc qua các phân đoạn. Nhìn vào hình

2 người ta có thể sản xuất dầu gốc qua nhiều phân đoạn khác nhau đi từ nguyên liệu là

cặn mazut. Trình tự các quá trình sản xuất dầu nhờn gốc như sau:

1. Mazut, chưng cất chân không, dầu cất trung, chiết bằng dung môi, dầu cất chung,

tách sáp và làm sạch bằng hydro để có sản phẩm dầu gốc.

2. Mazut, chưng cất chân không, cặn gudron, tách asphan bằng propan, chiết dung

môi, cặn dầu, tách sáp, làm sạch bằng hydro để có sẳn phẩm dầu gốc.

3. Mazut, chưng cất chân không, dầu cất nhẹ, chiết bằng dung môi, dầu cất nhẹ, tách

sáp và làm sạch bằng hydro để có sản phẩm dầu gốc

4. Mazut, chưng cất chân không, dầu cất nặng, chiết bằng dung môi, dầu cất nặng,

tách sáp và làm sạch bằng hydro để có sản phẩm dầu gốc.



Hình 2.2: sơ đồ công nghệ sản xuất dầu nhờn gốc



Hình 2.3: sơ đồ công nghệ sản xuất dầu nhờn gốc



2.2.1.1. Chưng cất chân không

Công đoạn trong sản xuất dầu nhờn gốc là chưng chân không để tách lấy các phân

đoạn riêng biệt dựa vào khoảng nhiệt độ sôi hay độ nhớt. Nguyên liệu của quá trình này

là phần cặn của qúa trình chưng cất khí quyển AD (còn gọi là cặn mazut). Do đó mục

đích của công đoạn này là điều chỉnh độ nhớt và nhiệt độ chớp cháy của phân đoạn dầu

gốc. Trong các phân đoạn sẽ có mặt tất cả các cấu tử có trong nguyên liệu của loại dầu

mỏ đem chưng cất. Dễ dàng thấy rằng các dầu mỏ do khác nhau về thành phần các cấu tử

nên chúng không cho phép nhận các phân đoạn dầu bôi trơn với chất lượng mong muốn.

Nhưng nhờ công nghiệp chế biến dầu hiện đại, người ta có thể thu được dầu gốc chất

lượng tốt từ bất kỳ dầu thô nào, song giá thành sản phẩm sẽ rất khác nhau và sẽ càng cao

nếu nguyên liệu không thuận lợi. Dầu thô tốt nhất cho việc sản xuất dầu gốc là các phân

đoạn dầu nhờn có chứa nhiều hydrocacbon naphten và hydrocacbon thơm 1 vòng có

nhánh parafin dài phân nhánh và các izo – parafin. Còn dầu thô xấu nhất là loại dầu chứa

nhiều hydrocacbon đa vòng và hydrocacbon thơm ngưng tụ cao.

Khi chưng cất chân không, độ nhớt là hàm số của khoảng nhiệt độ sôi và cũng là hàm

số của trọng lượng phân tử. Độ nhớt là một tham số quan trọng, bởi vì khi chưng cất chân

không, khó có thể điều chỉnh chính xác nhiệt độ cất trong chưng cất khí quyển. Do vậy

nhiều khi không bảo đảm chính xác nhiệt độ chớp cháy của phân đoạn dầu nhờn nào đó.

Để điều chỉnh thông số này, người ta phải tiến hành tách các cấu tử có nhiệt độ sôi thấp

bằng cách chưng cuốn theo hơi nước trong các tháp bay hơi phụ.



Hình 2.4: Sơ đồ chưng cất chân không một tháp

I – Mazut; II,III và IV-Dầu cất nhẹ, trung và nặng, V- gudron; VI- hơi nước; VII – khí

không ngưng tụ và hơi nước; VIII-gasoil chân không


400-420oc

Lò lung

350-400oC

400-450oC

450-500oC

Trên 500oC


Hình 2.5: Sơ đồ tháp chưng cất chân không hai tháp nồi tiếp

I – Mazut; II,III và IV-Dầu cất nhẹ, trung và nặng, V- Gudron; VI- Hơi nước; VII –

Khí không ngưng tụ và hơi nước; VIII-Gasoil chân không; IX – Semigudron: X- Gasoil

nặng



Hình 2.6: Thành phần cất của tháp chân không

2.2.1.2 Chiết bằng dung môi

Do quá trình chưng cất phân đoạn chưa loại bỏ hết được các cấu tử không mong

muốn, như các hợp chất hydrocacbon thơm đa vòng, các hợp chất nhựa làm cho chất

lượng dầu kém đi, đổi màu tăng độ nhớt, xuất hiện các hợp chất có tính axit không tan

trong dầu. Việc chiết tách các cấu tử không mong muốn bằng các dung môi có cực nhằm

cải thiện thành phần hoá học của dầu, cho phép sản xuất ra dầu chất lượng cao từ bất kỳ

dầu thô nào kể cả loại có hàm lượng hydrocacbon thơm đa vòng và cặn nhựa khá cao.

Nguyên lý của quá trình chiết dung môi dựa trên việc sử dụng dung môi mà một nhóm

cấu tử, thường là các hydrocacbon thơm, tan nhiều hơn trong đó. Dung môi sử dụng phải

rẻ tiền, dễ kiếm, bền hoá học không gây ăn mòn, dễ dùng và ít độc hại. Việc lựa chọn

dung môi phụ thuộc vào độ chọn lọc và khả năng hoà tan của dung môi. Độ chọn lọc là

khả năng phân tách hai nhóm cấu tử khác nhau về mặt hoá học. Khả năng hoà tan là

lượng dung môi ít nhất cần dùng để hoà tan một lượng xác định nguyên liệu, lượng dung



môi dùng càng ít thì khả năng hoà tan càng cao, độ chọn lọc càng cao thì khả năng hoà

tan càng thấp và ngược lại.

Nhiệt độ sôi của dung môi phải khác xa so với cấu tử được chiết tách để có thể thu

hồi dung môi một cách dễ dàng bằng chưng cất. Các dung môi thường được sử dụng

trong quá trình này, đó là: Phenol, furfurol, lưu huỳnh oxit và N – metyl- pyrolydon

(NMP).

Dung môi Công

thức

Khối lượng

riêng ở

20oC,

kg/m3

Nhiệt độ

sôi, oC

Nhiệt

độ đông

đặc, oC

Nhiệt

bay hơi,

KJ/kg

Độ nhớt

ở động

học ở 50 oC

Phenol C6H6 1071 181 +41 446,23 32.4

Fufurol C5H4O2 1159 162 -39 450,55 11.5

NMP C4H9CN 1033 204 -24 493.1 10.4

Lưu huynh

dioxyt

SO2



Hình 2.7 : sơ đồ khối quá trình chiết dung môi

Cơ sở cho quá trình lọc dầu bằng dung môi trên là do các hydrocacbon thơm dễ dàng

tan trong lưu huỳnh dioxyt lỏng còn paraffin và naphten thì tan kém hơn nhiều. sản phẩm

đầu tiên được tinh chế theo cách này là kerosene của rumani đã cải thiện được điểm khói.

Sau khi tinh chế, dầu thu được có hàm lượng hydrocacbon thơm thấp được gọi là rafinat

đã xử lý dung môi (dầu SN).

2.2.1.2.1. cơ sở chiết với dung môi là lưu huỳnh đioxyt

SO2 là dung môi đầu tiên dùng trên phạm vi lớn. Tuy nhiên chúng đã mất dần ý nghĩa vì

độ chọn lọc khá thấp và khi tiếp xúc và khi tạo với nước tạo ra axit gây ăn mòn mạnh

(H2CO3)[9]



Hình 2.8: Sơ đồ công nghệ quá trình chiết với dung môi SO2 lỏng

a- chất làm khô, b- tháp chiết, c- thiết bị ngưng tụ, d- thiết bị thu hồi dung môi,e- thiết bị

làm khô SO2

2.2.1.2.2. công nghệ chiết với dung môi phenol

Phenol có khả năng hoà tan cao, tạo điều kiện thuận lợi cho làm sạch nguyên liệu

khỏi các cấu tử không mong muốn, độ chọn lọc phụ thuộc mạnh vào hàm lượng nước.

các paraffin có thể tách riêng khỏi dung dịch bão hòa không chứa nước khi them nước

vào. Nhiệt độ sôi của hỗn hợp đẳng phí là 99,5oC. Trong quá trình này nguyên liệu được

đưa qua tháp hấp thụ để loại bỏ các vết phenol rồi sau đó đến thiết bị chiết ly tâm. Phênol

được tách khỏi rafinat nhờ bay hơi và lôi cuốn tiếp với hơi nước. pha chiết được chuyển

từ tháp chiết ly tâm, qua thiết bị gia nhiệt tới tháp làm khô để loại nước từ quá trình đẳng

phí. Dung dịch không chứa nước được chuyển từ thiết bị chứa của tháp làm khô tới tháp

chưng cất nhanh extract và ở đó hầu hết phenol đước hóa hơi.(hình vẽ)


c eh

f ig

d

a

Nguyên li?u Hoi nu?c

Rafinat

Extract

Hoinu?c

Hơiinuớc

b


Hình 2.9: Sơ đồ chiết voi dung môi phenol

a-thùng chứa phenol, b- thiết bị chiết, c- lò nung rafinat, e- lò đun nóng extract, f- tháp

chưng cất nhanh, g- tháp làm khô, h- bình chứa hỗn hợp phenol-nước, i- tháp hấp thụ, k-

tháp tách phenol khỏi extract..

2.2.1.2.3. công nghệ chiết với dung môi furfurol

Furfurol là dung môi được sử dụng ở nhiều nước trên thế giới do ít độc hại hơn phenol. Tuy có khả năng hoà tan kém hơn phenol nhưng furfurol lại có độ chọn lọc cao hơn nên cho hiệu quả lớn hơn khi dùng fururol để làm sạch phần cất có chứa nhiều hydrocacbon thơm. Nhược điểm chính của dung môi này là tính oxy hoá, dễ tạo nhựa khi có mặt không khí và hơi nước. Để tránh quá trình oxy hoá người ta thường bảo quản furfurol bằng khí trơ, kiểm tra nhiệt độ chặt chẽ trong hệ thống đun nóng và tái sinh dung môi, khử khí sơ bộ khỏi nguyên liệu trước khi trích ly, hoặc thêm chất chống oxy hoá đặc biệt vào furfurol. Trong quá trình này dầu được chộn với furfurol ở gần đỉnh tháp chiết ngược liên tục, nhiệt độ phụ thuộc chủ yếu vào tỷ lệ dung môi và nguyên liệu.( hình vẽ).



Hình 2.10: Sơ đồ công nghệ quá trình chiết bằng furfurol

a- tách khí, b- tháp chiết ngược, c- tháp tách nước khỏi furfurol, d- tháp lôi cuốn furfurol khỏi nước, e- tháp áp suất cao để tách furfurol, f- tháp áp suất trung bình tách furfurol từ

phần chiết, g- tháp chân không để tách furfurol, h- thiế bị chiết, i- tháp chân không để tách furfurol khỏi rafinat, k- thiết bị tách rafinat

Do khả năng hoà tan các chất nhựa của furfurol kém nên dung môi này chỉ áp dụng

với các nguyên liệu có chất lượng cao.

2.2.1.2.4. công nghệ chiết bằng dung môi NMP

Dung môi NMP là dung môi mới hiện nay được sử dụng nhiều trong công nghệ tách

lọc. Trong quá trình trích ly dùng dung môi NMP để loại bỏ những thành phần không

mong muốn trong các phân đoạn của dầu nhờn. Quá trình này cho ra các sản phẩm

Parafinic hoặc naphtenic phù hợp cho quá trình chế biến dầu gốc. Quá trình này loại bỏ

có lựa chọn các hợp chất thơm và các hợp chất chứa dị nguyên tố như ôxy, nitơ, lưu

huỳnh. Sản phẩm của quá trình này có thể được tách sáp để sản xuất dầu gốc có chất

lượng cao, nó được đặc trưng bởi chỉ số độ nhớt cao, chịu nhiệt tốt và ổn định ôxy hoá

cao, màu sáng và phản ứng tốt với các chất phụ gia.



Hình 2.11: Sơ đồ công nghệ quá trình chiết với NMP

2.2.1.3. Tách asphan

Cặn chân không có độ nhớt cao có chứa lượng asphan nhiều hay ít tùy thuộc vào dầu thô ban đầu. nó tạo thành dạng asphan rắn và có thể được loại bằng dung môi chọn lọc. khác với tinh chế bằng dung môi, rafinat tan hoàn toàn nhờ dung môi còn các asphan lại đông tụ và kết tủa. Độ hòa tan của dầu trong propan tăng khi áp suất tăng và giảm khi nhiệt độ tăng. Độ chọn lọc tăng khi nhiệt độ tăng. Asphan thu được có thể dùng để sản xuất bitum chất lượng cao.

2.2.1.3.1. Tách asphan bằng propan

Ở đây cặn chân không được tiếp xúc ngược dòng với propan. Sau đó dung dịch dầu đã tách asphan lấy ra ở đỉnh tháp, còn pha chứa asphan chảy ra ở đáy, hai pha tiếp tục được gia nhiệt và lôi cuốn bằng hơi nước.



Hình 2.12: Sơ đồ công nghệ tách asphan bằng propan

a- thiết bị chứa propan, b- thiết bị ngưng tụ, c- máy nén

2.2.1.3.2. Tách asphan bằng dung môi

Quá trình tách asphan dung môi là một quá trình quan trọng trong nhà máy lọc dầu. trong quá trình tách asphan bằng dung môi, một ankan được đưa vào cùng nguyên liệu với mục đích phá vỡ sự phát tán của các thành phần và mục đích cấu thành các hợp chất có cực để kết tủa. propan( hoặc đôi khi là hỗn hợp propan/butan) được sử dụng rộng rãi việc tách asphan và sản xuất dầu DAO và propan nhựa đường deasphalt (PDA hoặc PDtar). Propan có tính chất dung môi độc đáo ở khoảng nhiệt độ từ 30-60oC tất cả các paràin hòa tan trong propan còn tái nhiệt độ cao hơn khoảng 93oC tất cả các hydrocacbon đều không hòa tan trong propan.một sơ đồ tách asphan bằng dung môi(hình) xử lý cặn từ quá trình chưng cất chân không và sản xuất dầu DAO đựợc sử dụng làm nguyen liệu cho một qúa trình cracking xúc tác, và dư lượng nhựa đường , như phần còn lại chỉ được sử dụng sản xuất nhựa đường hoặc nguyên liệu pha trộn hoặc nguyên liêu cho dầu cấp thấp.



Hình 2.13: Sơ đồ tách asphan bằng dung môi

Quá trình tách asphan bằng dung môi đã không cho thấy tối đa tiềm năng của họ.Với

những cải tiến liên tục hiệu suất năng lượng, quá trình đó sẽ hiển thị các hiệu ứng của

nó trong một sự kết hợp với các quá trình khác. Dung môi tách asphan cho phép loại bỏ

các hợp chất lưu huỳnh và nitơ cũng như các thành phần kim loại bằng cách cân

bằng năng suất với các tính chất nguyên liệu mong muốn.

2.2.1.3. Tách sáp trong dầu

Sáp dầu mỏ là một hỗn hợp parafin mạch thẳng và một lượng nhỏ các hydrocacbon

khác có nhiệt độ nóng chảy cao và hoà tan kém trong dầu ở nhiệt độ thấp, vì vậy cần phải

loại ra khỏi dầu nhờn. Trên thực tế, đa phần dầu gốc từ dầu mỏ đều phải qua quá trình

tách sáp, trừ một số loại dầu có hàm lượng parafin thấp và làm việc ở nhiệt độ cao. Tách

sáp là một trong những khâu quan trọng nhất và khó khăn nhất trong quá trình chế biến

dầu gốc vì vậy mà công nghệ tách sáp phát triển rất sớm để làm giảm hàm lượng sáp nhờ

sự kết tinh hay kết tinh-chiết và như vậy có thể cải thiện đựợc tính nhiệt độ thấp của dầu.

Trong quá trình tách sáp được chia ra hai loại:

+ Làm lạnh sáp để kết tinh sáp có dùng dung môi

+ Quá trình tách sáp dùng xúc tác

2.2.1.3.1. Quá trình tách sáp bằng xeton



Đây là phương pháp tách sáp cổ điển dầu được chộn với xeton đựợc làm lạnh để kết

tinh sáp sau đó được lọc và thu hồi dung môi

Hình2.14 : Sơ đồ công nghệ tách sáp bằng xeton

2.2.1.3.2. Quá trình tách sáp bằng dung môi dime

Đây là quá trình để sản xuất dầu bôi trơn có điểm đông đặc thấp nhờ sự kết tinh chọn

lọc sáp rắn và sáp mềm từ dầu chứa sáp trong hỗn hợp đicloetan – metylenclorua(dung

môi dime) sáp mềm sẽ được tách ra khỏi sáp rắn, tiếp theo nguyên liệu đã gia nhiệt được

hòa tan trong dung môi dime và được làm lạnh nhờ thiết bị trao đổi nhiệt. phần lọc rửa

lạnh sau đó sẽ đựoc bơm vào hỗn hợp. hỗn hợp được làm lạnh trong một thiêt bị sâu hơn

trong một thiết bị trao đổi nhiệt khác. Sáp đã được kết tinh tách ra khỏi dung dịch trong

một thiết bị quay.( hình vẽ)



Hình 2.15: Sơ đồ công nghệ quá trình tách sáp với dung môi dime

2.2.1.3.3. Quá trình làm lạnh đột ngột bằng dung môi

Đây là qúa trình hiện đại được thực hiện bằng việc dùng một lượng lớn dung môi đã

được làm sạch và kết hợp khuấy trộn mạnh. Qúa trình này có thể tách sáp từ nhiều loại

dầu bôi trơn để tạo ra dầu thành phẩm có chất lượng cao với điểm đông đặc rất thấp nó

cũng có thể chỉ tạo ra sáp chir chứa ít hơn 0,5% dầu. các distilat đã tinh chế mà chưa tách

sáp, các cặn đã tách asphan có thể được tách sáp để có điểm đông đặc cấp thấp tới -35oC.

các sáp thu được chứa ít hơn 0,5% dầu khi ta thực hiện them giai đoạn tách dầu nóng và

thêm các thiết bị thu hồi cho sản phẩm thứ ba.(hình vẽ)



Hình 2.16: sơ đồ công nghệ tách sáp bằng làm lạnh dung môi

2.2.1.3.4. Quá trình tách sáp dùng xúc tác

Quá trình tách sáp dùng xúc tác mới đựợc phát triển gần đây, nó chuyển các paraffin

mạch thẳng dài thành các hợp chất tháp phân tử hơn nhờ hydrocracking với xúc tác thích

hợp(hình vẽ)

Hình 2.17: sơ đồ công nghệ tách sáp dùng xúc tác

a-thiết bị gia nhiệt, b- lò phản ứng, c- thiết bị nén khí tuần hoàn, d- thiết bị nén khí

phản ứng, e- thiết bị tái sinh khí, f- thiết bị tách áp suất cao, g- xử lý khí tuần hoàn, h-

tháp ổn định, i- thiết bị làm lạnh



Các paraffin bị bẻ gẫy trong phản ứng với xúc tác cố địnhcó chứa H 2. Khí lạnh được

bơm vào để hạ bớt nhiệt do phản ứng tạo ra. Các sản phẩm đã phản ứng được làm lạnh

qua thiết bị tách áp suất cao và được tách khí tiếp trong thiết bị tách áp suất thấp. các cấu

tử có nhiệt độ sôi thấp được loại bỏ trong tháp ổn định. Khí tuần hoàn được làm sạch để

loại bỏ các chất bẩn. hiệu suất thu hồi dầu phụ thuộc vào hàm lượng sảptong nguyên liệu

và điểm đông đặc yêu cầu. qúa trình tách sáp dung xúc tác để hạ điểm đông đặc của các

dầu nhẹ và dầu thủy lực, dầu cách nhiệt, dầu máy lạnh vì các loại này cần điểm đông đặc

rất thấp.

Việc tách triệt để parafin để đạt nhiệt độ đông đặc cực thấp là không cần thiết vì gây

ra sự hao hụt dầu lớn, chi phí cao. Hơn nữa parafin cũng có chỉ số nhớt tốt. Quá trình tách

sáp bằng phương pháp kết tinh dựa trên nguyên lý làm lạnh dầu để kết tinh parafin rắn

sau đó lọc hoặc ly tâm tách riêng phần rắn khỏi pha lỏng. Nhưng phương pháp này có

nhược điểm là không liên tục, khó lọc do độ nhớt cao của dầu nhất là các dầu nặng và có

sự tạo thành các loại sáp vi tinh thể. Để khắc phục có thể dùng dung môi để giữ tính linh

động thu được phần lọc có độ nhớt thấp ở nhiệt độ làm lạnh, cho phép lọc liên tục với

hiệu quả cao.

Một dung môi tách sáp tốt phải thoả mãn các yêu cầu sau:

+ Ít hay không hoà tan sáp.

+ Hoà tan tốt dầu nhờn tại nhiệt độ kết tinh sáp.

+ Sáp ở dạng tinh thể lớn để dễ tách bằng lọc.

+ Có nhiệt độ sôi thấp để dễ tách khỏi dầu, tiết kiệm năng lượng.

+ Dung môi phải dễ kiếm, rẻ, không độc hại và không gây ăn mòn.

+ Tỷ lệ dung môi / nguyên liệu dầu thấp để giảm chi phí vận hành.

Các dung môi chính được sử dụng là xêton, propan, và các dẫn xuất của Clo. Ở đây

ta dùng dung môi xêton.

2.2.1.4. Làm sạch bằng hydro

Làm sạch bằng hydro để loại bỏ các cấu tử không mong muốn khỏi disitilat như

olefin, các hợp chất chứa S, N. Tùy theo mức độ phản ứng, các hydrocacbon thơm cũng



bị hydro hóa, quá trình này chiếm một vị trí quan trọng vì lượng dầu hao hụt rất thấp. có

thể phân chia làm ba loại nhưng sự phân biệt không rõ ràng:

2.2.1.4.1. Quá trình làm sạch hydrofinishing

Đây là quá trình xửlý hydro nhẹ nhàng, thường là bước cuối cùng sau khi chiết để

loại bỏ vết các cấu tử không mong muốn thay cho quá trình tẩy trắng bằng đất sét hay xử

lý với axit H2SO4 thường dùng.

2.2.1.4.2. Quá trình làm sạch bằng hydrofining

Quá trình làm sạch bằng hydrofining là sự tinh chế nhờ hydro hóa để cải thiện màu,

mùi, độ bền và khả năng tách nhũ của dầu.

Sơ đồ quá trình hydrofining

2.2.1.4.3. Quá trình làm sạch hydrotreating



Đây là quá trình hydro hóa áp suất cực cao: loại bỏ hoàn toàn các hợp chất dị nguyên

tố. đây là quá trình hydro hóa gần như hoàn toàn, no hóa hoàn toàn các hợp chất vong

thơm, là quá trình hydro isome hoàn toàn các n-parafin thành isoparafin.

Trên thực tế không có một thiết kế nào dành riêng cho một trong ba quá trình nêu trên

chỉ cần thay đổi một trong những thông số như áp suất, nhiệt độ, vận tốc không gian thì

một hệ thống cũng có thể thực hiện được nhiều quá trình khác nhau. Cơ chế chung của tất

cả các quá trình như sau: dầu nguyên liệu được gia nhiệt tới 150 – 420oC sau đó cùng với

H2 hay khí giàu H2 được đưa vào thiết bị phản ứng với xúc tác tầng cố định. Dầu phản

ứng với H2 nhờ chất xúc tác là oxyt kim loại có thể tái sinh được. Quá trình hydro hóa

thường được sử dụng áp suất trong khoảng 14 - 100 bar có thể đến 170 bar. Sau khi ra

khỏi thiết bị phản ứng sản phẩm được làm lạnh trước khi tách khỏi pha khí giàu H2.

2.2.1.5. Sản phẩm dầu gốc

Sản phẩm dầu gốc của quá trình sản xuất dầu nhờn đựợc chia làm hai loại là dầu gốc

khoáng và dầu tổng hợp. hai loại dầu này được chia làm 5 nhóm:

Dầu

gốc

Loại dầu Đặc trưng Thuận lợi Bất lợi

Nhóm

1

Gốc

khoáng

Tinh chế dung

môi

Rẻ

Tính hòa tan tốt

Chỉ số độ nhớt

thấp, khả năng

chông oxyhoa

thấp



Nhóm

2

Gốc

khoáng

Hydrocracked Rẻ, tính hòa tan tốt, bền

về nhiệt và oxy hóa hơn

Nhóm

3

Gốc

khoáng( tổ

ng hợp)

Hydrocracked

tại nhiệt độ và

áp suất cao hơn

Độ bền nhiệt và oxy hóa

tốt

Tính hòa tan tốt

Chi số độ nhớt cao hơn.

Nhóm

4

Tổng hợp Polyalphaolefin

(PAO)

Độ bền oxy hóa và nhiệt

tốt

Điểm đông đặc thấp

Chỉ số độ nhớt cao hơn

Nhóm

5

Tổng hợp Dibasic Acid

Ester


tôt hơn

Điểm đông đặc thấp

Chỉ số độ nhớt trên 140

Polyalkylene

Gylcol

Chỉ số độ nhớt khoảng

120-280


tốt

Polyol Ester Chỉ số độ nhớt khoảng

130-190, Độ bền oxy hóa

và nhiệt tốt



Chương 3

Đánh giá và lựa chọn công nghệ

3.1.1. lựa chọn tháp chưng cất chân không

Lựa chọn tháp chưng cất chân không nguyên liệu cặn Mazut với hai loại tháp:

- tháp chưng cất nối tiếp Ưu điểm của tháp chưng nối tiếp:

+ tăng phần cất trong chưng chân không cao hơn+ tăng độ phân tách distillat dầu nhờn

Nhược điểm của tháp nối tiếp:+ thao tác phức tạp+ tăng chi phí xây dựng và chi phí hoạt động cho các thiết bị bổ sung

- tháp chưng cất đơn Ưu điểm : của tháp chưng cất đơn

+ chi phí thấp so với tháp chưng nối tiếp+ đơn giản và gọn hơn so với tháp chưng nối tiếp



Vì vậy ta chọn tháp chưng đơn cho công nghệ sản xuất dầu nhờn gốc

hình 3.1: sơ đồ công nghệ tháp chưng

I – Mazut; II,III và IV-Dầu cất nhẹ, trung và nặng, V- gudron; VI- hơi nước; VII – khí không ngưng tụ và hơi nước; VIII-gasoil chân không

3.1.2. nguyên liệu cho công nghệ chưng cất chân không

Nguyên liệu của quá trình chưng cất chân không lá cặn rộng của quá trình chưng cất khí quyển ở nhiệt độ trên 350oC chiếm khoảng 35-45% của quá trình chưng cất khí quyển.


350- 400oC

Thiết bị trao đổi nhiệt

400- 420oC

400-450oC

450-500OC

500OC


Hình 3.2: Sơ đồ thành phần cất quá trình chưng cất khí quyển

3.1.3. Nguyên lý làm việc của tháp chưng cất đơn

Nguyên liệu cặn mazut của quá trình chưng cất khí quyển ở nhiệt độ dưới 350 oC, khi nguyên liệu được đưa vào lò nung ở khoảng nhiệt độ 400 đến 420oC, dòng dầu được đưa vào tháp chưng cất tại đây quá trình trao đổi nhiệt diễn ra, nhiệt độ trong tháp khoảng 420oC, áp suất khoảng 25mm Hg, sản phẩm thu được sau khi qua thiết bị trao đổi nhiệt và bay hơi cho ra dòng dầu cất nhẹ, trung và nặng với độ nhớt khác nhau các dòng dầu này sẽ được đưa đến một thiết bị chiết dung môi để thực hiện việc chiết tách cho dầu chất lượng hơn. Phần cặn của cặn rộng là cặn gudron được lấy từ phân đoạn chưng trên 500 oC dòng dầu này sẽ được tách asphan tiếp theo. Sản phẩm đầu ra của quá trình chưng cất chân không sẽ có tính chất như sau:

Tính chất Cặn khí quyển

Dầu nhẹ Dầu trung Dầu nặng Cặn chân không

Tỉ trọng ở 15oC 0,949 0,9 0,915 0,936 1,017Độ nhớt ở 40oC,cst 371 10,1 26,6 380 -Độ nhớt ở 100oC 21,8 2,48 4,25 19,5 3100Chỉ số độ nhớt 65 52 28 37 -



Độ xuyên kim 25oC, 0,1mm

- - 110

Điểm hóa mềm - - - 45Nhiệt độ chớp cháy cốc hở, oC

203 160 181 258 338

Bẳng 3.1. các tính chất điển hình của phân đoạn chưng cất chân không

3.2. Đánh giá và lựa chọn công nghệ tách asphan

Quá trình tách asphan với nguyên liệu là cặn của quá trình chưng cất chân không. Cặn chưng cất chân không được xem như một hệ keo của các hợp chất có phân tử lớn gồm asphan, nhựa. trong đó asphan là những cấu tử có cấu trúc thơm đa vòng ngưng tụ có dạng phẳng, chứa khoảng từ 6 đến 20 vòng thơm, khối lượng phân tử trung bình khoảng 1000 đến 2000 đơn vị. phân tử của chúng chiếm trên 100 C và các cấu tử lưu S, N2 và các kim loại. các mạch nhánh của asphan rất ngắn để đảm bảo sự giả hòa tan asphan trong môi trường dầu qua trung gian của nhựa. Về mặt tổng thể ta có thể nói asphan tan trong môi trường dầu có kich thước rất nhỏ và được bao bọc bởi nhựa lơ lửng trong dầu. quá trình tách asphan với mục đích loại asphan và các hợp chất nhựa có trong cặn chưng cất chân không ra khỏi môi trường dầu. quá trình loại asphan luôn được xem là công đoạn lọc dầu trung gian, nhất thiết phải có, nó đồng bộ trong sơ đồ công nghệ lọc dầu vì nó làm tăng giá trị cho các sản phẩm đó là các phân đoạn asphan, nhựa và phân đoạn dầu nhờn.

Quá trình khử asphan ra khỏi dầu với các dung môi là các hydrocacbon nhẹ hóa lỏng (C3, C4, C5) ở nhiệt độ môi trường và áp suất khí quyển, trong khi tiếp xúc trực tiếp với nguyên liệu nó sẽ hòa tan tốt môi trường dầu và nhờ đó giúp sự kết tủa của asphan trong dầu dễ dàng hơn. Để sản xuất dầu nhờn có chất lượng cao khi không có phân đoạn xử lý tạp chất bằng hydro thì propan là dung môi tốt nhất vì nó cho chất lượng dầu cao tuy nhiên hiệu suất lại không được cao. Đó là do propan hòa tan rất chọn lọc chỉ trong môi trường dầu, điều đó có nghĩa là cả asphan và nhựa đều kết tủa rất dễ.

Để nâng cao sản lượng dầu nhờn cần phải có thêm phân đoạn bổ trợ xử lý tạp chất bằng hydro cho dầu đã khử asphan thì sử dụng pentan là tốt nhất vì pentan hòa tan không chọn lọc như propan nên chúng hòa tan toàn bộ nhựa và asphan nên sản lượng dầu sẽ nhiều và dầu có chất lượng kém hơn sử dụng dung môi propan. Nhưng do có quá trình xử lý tạp chất để nâng cao chất lượng và nhờ đó có thể thu được nhiều dầu. quá trình khử asphan với ba bước từ khử asphan, tách nhựa và lắng. vậy trong công nghệ tách asphan ta xử dụng dung môi pentan.

3.2.1. Các thông số ảnh hưởng quá trình tách asphan



Các thông số ảnh hưởng tới quá trình tách asphan đó là cấp độ chưng cạn kiệt, tỷ lệ dung môi, bản chất dung môi, nhiệt độ tháp tách.

3.2.1.1. Cấp độ chưng cạn kiệt

Cấp độ chưng cạn kiệt trong tháp chưng cất chân không của cùng một loại cặn khí quyển được thể hiện bằng hiệu suất phần cặn chưng không thu ở đáy tháp. Ngoại trừ bản chất nguyên liệu cấp độ chưng cạn kiệt của nguyên liệu cũng có ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm dầu khử asphan ở cùng điều kiện vận hành khi cấp độ chưng cạn kiệt càng lớn nghĩa là nguyên liệu đầu vào có thành phần nhẹ trong cặn càng ít, điều đó sẽ làm giảm hiệu suất thu hồi dầu khử asphan, nó sẽ làm giảm chất lượng dầu do khôi lượng riêng thấp độ nhớt cao.

3.2.1.2. Bản chất dung môi

Thông số có ảnh hưởng nhất đến quá trình tách asphan khỏi dầu chính là bản chất dung môi. Nó quyết định rất lớn đến hiệu suất và chất lượng của pha dầu nhờn trích ly được. dung môi paraffin càng nặng thì hiệu suất pha malten càng tăng, hậu quả là dầu khử chứa nhiều nhựa làm giảm chất lượng dầu. như vậy butan và pentan có khả năng hòa tan nhựa mềm và cứng, trong khi đó propan kết tủa không chỉ asphan mà còn nhựa còn đáng kể trong dầu do vậy propan được cho là dung môi tôt trong sản xuất dầu nhờn.

3.2.1.3. Tỷ lệ dung môi

Độ chọn lọc của công đoạn khử asphan sẽ được cải thiệt đáng kể bằng cách tăng tỷ lệ dung môi. Đây là một biến số cơ bản làm tăng chất lượng của dầu. càng nhiều lượng dung môi thì lượng hòa tan dầu càng cao hiệu suất thu hồi dầu sẽ cao hơn.

3.2.1.4. Nhiệt độ tháp tách

Tác động của nhiệt độ tách đến độ chọn lọc của quá trình là liên quan đến khả năng hòa tan dung môi. Sự gia tăng nhiệt độ sẽ làm tăng khả năng hòa tan dung môi trong asphan, làm cho hiệu suất thu hồi dầu giảm nhưng chất lượng dầu lại tăng.

Nhằm mục đích tạo dòng hồi lưu nội đáng kể trong vùng giữa tháp đến đỉnh để gia tăng thu hồi dầu tách asphan do vậy khoảng chênh lệch nhiệt độ đỉnh và nguyên liệu phải lớn hơn 20oC.

Nhằm mục đích tạo thuận lợi cho quá trình lắng asphan nhiệt độ vùng lắng phải là thấp nhất và là gần bằng nhiệt độ nguyên liệu, do vậy khoảng chênh lệch nhiệt độ của nguyên liệu và đáy tháp nhỏ hơn 5oC.



3.2.1. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ công nghệ tách asphan

Hình 3.3: Sơ đồ công nghệ tách asphan bằng dung môi

a-thiết bị chứa dung môi, b-thiết bị ngưng tụ, c- máy nén, d- tháp tách asphan, e- lò gia nhiệt, f- bình cất nhanh, g- thiết bị bay hơi propan, h- tháp cuốn hơi nước, i- thiết bị

ngưng tụ

Trên hình 3.3 là sơ đồ công nghệ tách asphan bằng dung môi pentan nguyên liệu cặn chân không qua thiết bị trao đổi nhiệt được đưa lên đỉnh tháp, dung môi pentan đi qua thiết bị trao đổi nhiệt được đưa vào đáy tháp tách, tại tháp tách cặn chân không được tiếp xúc ngược với dung môi pentan và lôi cuốn bằng hơi nước, tại đỉnh tháp tách dòng ra là dung dịch dầu đã tách asphan được đi qua thiết bị bay pentan với hơi nước áp suất cao thực hiện quá trình hồi lưu dung môi. Tại thiết bị bay hơi pentan một dòng thực hiện quá trình bay hơi pentan qua thiết bị ngưng tụ trở về thiết bị chứa dung môi hoàn thành chu kỳ hồi lưu dung môi, dòng ra thứ hai là dòng dầu đã tách asphan lẫn một ít dung môi chưa bay hơi hết được qua thiết bị bay hơi tiếp theo, tại thiết bị bay hơi thứ hai lượng



dung môi còn trong dung dịch được bay hơi hết nối tiếp vào quá trình bay hơi của quá trình hồi lưu dung môi của thiết bị bay hơi dung môi thứ nhất. phần ra của thiết bị bay hơi thứ hai chỉ còn dầu đã tách asphan và hơi nước, dòng dầu này được đưa tới tháp lôi cuốn hơi nước để cho ra sản phẩm dầu đã tách asphan. Hơi nước được cuốn từ tháp đến thiết bị ngưng tụ một phần được thải ra ngoài một phần được qua máy nén. Sau khi qua máy nén hơi nước được nối tiếp vào dòng hồi lưu dung môi. Sản phẩm ra từ đáy tháp tách asphan là dòng sản phẩm chứa asphan, dòng sản phẩm chứa asphan sẽ qua lò nung đến thiết bị chưng cất nhanh. Tại thiết bị chưng cất nhanh có hai dòng đi ra, dòng đi ra ở đỉnh là phần dung môi đi ra từ đáy tháp tách asphan quay trở lại thực hiện quá trình hồi lưu dung môi, phần ra từ đáy thiết bị chưng cất nhanh gồm asphan và nước được qua thiết bị lôi cuốn hơi nước. tại thiết bị lôi cuốn hơi nước một phần hơi nước được lôi cuốn đi lên đến thiết bị ngưng tụ, phần asphan đi ra từ đáy tháp lôi cuốn hơi nước và hoàn thành quá trình tách asphan bằng dung môi.

3.3. Đánh giá và lựa chọn công nghệ chiết

Để lựa chọn cho công nghệ cho quá trình trích ly bằng dung môi chọn lọc trước hết người ta phải chọn một loại dung môi phù hợp với từng loại dầu của từng vùng, từ đó tiến hành lựa chọn một công nghệ với sản phẩm mong muốn với chi phí đầu tư rẻ nhất. do đó trong phần này nguyên liệu cho quá trình sản xuất dầu nhờn trích ly bằng dung môi chọn lọc là phân đoạn dầu nhờn cặn lấy từ dầu thô vùng ramasky. Như phần lớn các nhà mày tại LIÊN BANG NGA dung môi chủ yếu cho quá trình làm sạch là phenol. Phenol hòa tan cao tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình làm sạch dầu nhờn nhất là có chứa nhiều cặn và độ nhớt cao, đồng thời dung môi này dễ tìm kiếm và rẻ tiền. đối với dung môi furfurol trong quá trình làm sạch dầu nhờn ít độc hơn phenol, nhưng khả năng hòa tankém hơn phenol. Đồng thời do furfurol có tính oxy hóa mạnh dễ tạo cặn khi có mặt củakhông khí và nước. Do đó để tránh bảo quản furfurol trong môi trường khí trơ, kiểm trachặt chẽ nhiệt độ trong hệ thống đun nóng và tái sinh dung môi hay sử lý sơ bộ trước khitiến hành trích ly, hoặc phải thêm chất chống oxy hóa đặc biệt là thêm vào furfurol. Đâycũng là nguyên nhân tăng giá thành của furfurol. Ngoài ra do khả năng hòa tan các chấtnhựa của furfurol kém nên dung môi này chỉ áp dụng với nguyên liệu dầu nhờn có chất lượng cao nghĩa là nguyên liệu chứa ít nhựa và các hợp chất đa vòng. Còn phenol sửdụng có hiệu quả cao đối với nguyên liệu mà có trọng lượng phân tử lớn và nguyên liệulà các phân đoạn dầu nhờn thu được từ dầu mỏ lưu huỳnh. Do vậy, ngày nay các quátrình này được thay thế bằng dung môi phenol có khả năng hòa tan tốt. Khi cùng làmsạch nguyên liệu là phân đoạn dầu nhờn cặn thu được từ quá trình khử asphanten tronggudron và trong phenol (với tỷ lệ dung môi như nhau) ta thấy hiệu suất sản phẩm rafinatkhi dung môi



rafinat cao hơn, nhưng chất lượng sản phẩm rafinat lại kém hơn khi dùngdung môi phenol.

Khi dùng phenol để làm sạch dầu nhờn có khả năng tăng chỉ số độ nhớt cho dầu nhờn, cókhả năng hòa tan tốt các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh và các sản phẩm nhựa, có thểlàm sạch các phân đoạn dầu nhờn cất, phân đoạn dầu nhờn cặn nặng và các phân đoạndầu nhờn nhận từ dầu mỏ lưu huỳnh, khi bảo quản cũng như khi tái sinh ít thay đổi chấtlượng hơn so với furfurol, tỷ lệ phenol trên nguyên liệu thấp hơn so với furfurol.

Hiện nay người ta có thể thay thế bằng dung môi N-metylpyrolidon. Dung môi này ít độc hại hơn, có khả năng hòa tan tốt hơn. Nhữngdung môi này có nhược điểm là giá thành dung môi quá đắt do quá trình điều chế khókhăn, do đó dầu nhờn thu được sẽ có giá thành đắt, khó cạnh tranh được với các sản phẩm khác. Dung môi này chủ yếu được dùng khi dùng điều chế dầu nhờn có độ tinh khiết, chỉ số độ nhớt rất cao. Hình 3.4 dưới đây là sơ đồ công nghệ quá trình chiết bằng dung môi NMP.

Hình 3.4: Sơ đồ công nghệ chiết bằng dung môi NMP

3.3.1. Thuyết minh sơ đồ công nghệ chiết bằng dung môi NMP

Nguyên liệu được bơm vào qua thiết bị làm lạnh vào tháp hấp thụ, tiếp tục qua quá trình gia nhiệt để đến tháp trích ly. Tại tháp trích ly nhiệt độ đã được điều chỉnh để tiến



hành quá trình trích ly lỏng – lỏng, tại đây dòng nhiên liệu và dung môi NMP cùng được đưa vào tháp, dòng ra của tháp một dòng đi từ đỉnh tháp gồm dung môi lẫn dầu qua thiết bị trao đổi nhiệt rồi qua thiết bị nung nóng được đưa vào tháp tách. Tại tháp tách lúc này có dung môi NMP, hơi nước, dầu rafinat, tại đỉnh tháp thực hiện quá trình hồi lưu dung môi, và đáy tháp quá trình cho ra sản phẩm dầu rafinat. Quá trình hồi lưu dung môi diễn ra qua thiết bị gia nhiệt tiếp theo qua thùng chứa đến tháp chứa dung môi NMP, tại tháp chứa dung môi NMP theo hai dòng, dòng đi từ đỉnh tháp qua thiết bị gia nhiệt tiếp theo qua thùng chứa, sau khi qua thùng chứa một phần gồm hơi nước có thể lẫn dung môi NMP quay lại tháp chứa dung môi NMP, phần còn lại là nước được loại bỏ ra ngoài. Quá trình thứ hai tại tháp tách bay hơi là dòng ra đáy tháp của dòng dầu rafinat, dòng dầu này qua thiết bị gia nhiệt rồi cho ra sản phẩm dầu rafinat. Dòng thứ hai của tháp trích ly đi ra từ đáy tháp qua thiết bị trao đổi nhiệt tới tháp tách hai bậc, dưới sự tác động của sự bốc hơi nhiều bậc ở các áp suất khác nhau dung môi được tách ra khỏi pha trích dưới các bậc khác nhau, rồi qua chưng tách nước tiếp tục ngưng tụ rồi qua thùng chứa đi ra ngoài. Một phần quay lại tháp chưng tách nước. dung môi được đưa lại tháp trích ly.

Dòng sản phẩm đi từ đáy tháp hai bậc đi ra qua quá trình trao đổi nhiệt quay trở lại tháp thực hiện đi sang tháp chưng hơi nước, nước và dung môi qua thiết bị ngưng tụ làm lạnh vào thung chứa sau đó đi vào tháp chưng tách nước một phần qua thiết bị ngưng tụ và qua thùng chứa và được tách ra ngoài. Một phần quay lại tháp chưng tách nước đưa vào tháp trích ly.

3.4. Đánh giá lựa chọn công nghệ tách sáp

Các paraffin có nhiệt độ nóng chảy cao có mặt trong dầu sẽ làm cho dầu có điểm đông đặc cao do đó dầu có hàm lượng paraffin không thích hợp làm dầu bôi trơn. Khi ra khỏi công đoạn trích ly bằng dung môi dung dịch lọc đã được tách loại hầu hết các các hợp chất thơm trong nó, vì vậy mà chỉ số độ nhớt đã được nâng lên đến giá trị yêu cầu. Mục đích của quá trình tách paraffin là làm giảm điểm vẩn đục và điểm đông đặc của dầu gốc từ quá trình trích ly các hợp chất thơm bằng cách loại bỏ các phân tử paraffin có nhiệt độ kết tinh cao, để thực hiện điều đó phương pháp được sử dụng là kết tinh các phân tử paraffin thành dạng rắn bằng cách làm lạnh sau đó tách chúng ra khỏi dầu bằng phương pháp lọc.

Nguyên liệu của quá trình là dung dich lọc đến từ quá trình trích ly cấu tử thơm sản phẩm của công đoạn tách paraffin gồm: dầu gốc đã khử paraffin và sản phẩm có tính paraffin. Các sản phẩm có tính paraffin được trải qua phân đoạn xử lý bổ xung để khống chế lượng dầu còn lại trong paraffin sản phẩm phải nhỏ hơn 0,5-2% V, phân đoạn này gọi



là khử dầu mềm mà nó có một nguyên lý như quá trình khử paraffin đó là quá trình kết tinh. Sau quá trình khử dầu mềm ta nhận được sản phẩm sau:

+ Sản phẩm trung gian giữa dầu khử và paraffin có tên gọi là dầu mềm

+ Paraffin(gọi chung) sau đó sản phẩm này còn trải qua một quá trình tách lọc khác có tên gọi là cire và paraffin(tên gọi riêng).

Tỷ lệ của các sản phẩm thu được từ hai quá trình trên thường là: dầu khử paraffin là 75% , dầu mềm 13%, paraffin 12%.

Quá trình khử paraffin trong dầu nhờn được sử dụng nhiều nhất hiện nay là kết tinh với sự có mặt của dung môi. Một dung môi lý tưởng phải có tính hòa tan tốt trong dầu nhờn và kết tủa hoàn toàn paraffin trong dầu nguyên liệu. Mặt khác paraffin sau khi kết tủa phải tạo mạng tinh thể không quá chặ chẽ nhằm tạo điều kiện cho dầu nhờn đi qua. Một dung môi tốt là phải có những tính chất sau:

+ Độ hòa tan và độ chọn lọc, có độ hòa tan tốt với dầu nhờn và độ chọn lọc kết tủa paraffin trong quá trình kết tinh.

+ Có điểm sôi thấp: sau khi tách paraffin dung môi cần được loại khỏi các sản phẩm bằng phương pháp chưng cất. Điểm sôi thấp cho phép tiết kiệm được năng lượng.

+ Không độc hại, không ăn mòn, rẻ, dễ kiếm.

Hiện nay có rất nhiều loại dung môi hoặc hỗn hợp dung môi đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật đã nêu ở trên, trong đó có một số dung môi đã có từ lâu đời nhưng có nhiều nguyên nhân về môi trường mà giờ không còn được sử dụng như: hỗn hợp axeton và benzene ra đời vào năm 1927. Hiện nay một số loại dung môi hỗn hợp được sử dụng như: Methyl isobutyl keton, methyl – ethyl- keton và toluene(MEK- Toluen). Dung môi benzene và toluene là những dung môi rất tốt cho quá cho quá trình sản xuất dầu nhờn với tính hòa tan rất tốt nhưng do độc hại cao nên benzene hiện nay không được sử dụng. Ngược lại aceton và ceton bậc cao chúng không hòa tan tốt với dầu nhờn và càng không hòa tan paraffin nên chúng kết tủa tốt với paraffin. Người ta nhận thấy rằng hỗn hợp của hai dung môi trên cho phép ta tiến gần đến một dung môi lý tưởng. trong thực tế ngừơi ta thường dùng nhất là dung môi MEK-Toluen. Trong tách paraffin hiện nay hỗn hợp MEK –Toluen chiếm đến 80%. Vì vậy trong công nghệ tách sáp này ta sử dụng hỗn hợp dung môi MEK- Toluen cho quá trình tách sáp bằng dung môi.

3.4.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách sáp bằng dung môi



Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách sáp là nhiệt độ tách, nguyên liệu, thành phần dung môi

3.4.1.1. Ảnh hưởng của nguyên liệu

Bản chất nguyên liệu có ảnh hưởng rất rõ ràng đến quá trình khử paraffin. Cụ thể hiệu quả của quá trình lọc phụ thuộc trực tiếp vào hình dạng cấu trúc tinh thể paraffin được tạo thành trong giai đoạn kết tinh, mà cấu trúc này lại phù thuộc vào bản chất nguyên liệu(tính chất vật lý). Nguyên liệu càng nhớt bao nhiêu thì các tinh thể tạo thành càng có dạng vi tinh thể bấy nhiêu, điều đó sẽ làm cho giai đoạn lọc khó khăn bấy nhiêu, vì vậy các phân đoạn cất nặng, nhớt thu ở tháp chưng chân không khi dùng làm nguyên liệu cho quá trình tách paraffin thì hiệu quả kết tinh và năng suất lọc sẽ thấp hơn so với khi nguyên liệu là phân đoạn cất nhẹ.

3.4.1.2. Ảnh hưởng của thành phần dung môi

Không chỉ bản chất của dung môi có ảnh hưởng đến quá trình kết tinh, khi sử dụng hỗn hợp dung môi, thành phần các hợp chất tạo nên dung môi cũng đóng vai trò quan trọng. như đã trình phần trên dung môi MEK có khả năng hòa tan nhỏ đối với dầu nhờn và lại không hòa tan paraffin nên sẽ kết tủa tốt paraffin, trong khi đó toluene hòa tan tốt trong dầu nhờn đồng thời cũng hòa tan một phần paraffin vì vậy cần phải tối ưu hóa tỷ lệ dung môi trong hỗn hợp dung môi để đạt được hiệu quả cao nhất khi sử dụng là hòa tan tốt nhất dầu nhờn và kết tủa tốt nhất paraffin.

3.4.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ làm lạnh

Mục đích của quá trình khử paraffin là nhằm hạ thấp điểm chảy của dầu khử bằng cách hạ thấp nhiệt độ làm lạnh lúc cuối. việc hạ nhiệt độ lúc cuối có nhược điểm là tốn năng lượng đồng thời làm giảm chỉ số độ nhớt và hiệu suất thu hồi dầu khử.

3.4.1.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi

Do tác dụng của hỗn hợp dung môi là hòa tan tôt dầu khử(toluene) và kết tủa tốt paraffin(MEK), điều đó có nghĩa là dung môi sẽ tách tốt paraffin ra khỏi dầu khử. Vì vậy tỷ lệ dung môi trên nguyên liệu càng lớn thì hiệu quả quá trình càng cao hiệu suất thu hồi dầu khử càng tăng, tốc độ lọc cũng tăng lên.

3.4.2. Nguyên lý hoạt động công nghệ tách sáp bằng dung môi



Hình 3.5: Sơ đồ công nghệ tách sáp bằng dung môi

Nguyên liệu là dầu đã qua quá trình trích ly được đưa vào thiết bị kết tinh tại đây diễn ra quá trình khử paraffin với hỗn hợp dầu có chứa sáp và hỗn hợp dung môi MEK-Tuloen. Kết thúc giai đoạn này sản phẩm đi ra là một hỗn hợp lỏng rắn(còn gọi là slurry). Hỗn hợp lỏng rắn này đi vào thiết bị làm lạnh có bộ phân nạo và được phân ra làm hai pha. Pha thứ nhất pha lỏng đồng nhất chứa phần đa dầu khử và một lượng lớn dung môi, pha này qua thiết bị rửa dung môi tại đây sản phẩm đi theo hai dòng, dòng thứ nhất là phần dầu đã tách sáp qua thiết bị trao đổi nhiệt cho ra sản phẩm dầu đã tách sáp. Dòng thứ hai từ thiết bị rửa dung môi đi qua thiết bị làm lạnh đến thiết bị rửa dung môi thứ hai, tại thiết bị rửa dung môi thứ hai đầu ra của thiết bị là hai dòng thực hiện quá trình thu hồi dung môi rồi lọc sáp. Tại thiết bị thu hồi dung môi dóng ra gồm sản phẩm và dung môi cần được làm sạch để trở lại thiết bị kết tinh, dòng ra gồm sản phẩm là sáp cứng, sáp mềm, và dầu đã tách sáp.

3.5. Đánh giá lựa chọn công nghệ làm sạch bằng hydro

Công đoạn làm sạch bằng hydro là phân đoạn cuối trong quá trình sản xuất dầu nhờn gốc, với mục đích loại bỏ các tạp chất không mong muốn trong dầu nhờn như S, N. quá trình này chiếm một vị trí quan trọng, quá trình làm sạch bằng hydro được phân ra làm 3 loại: hydrofining, hydrofinishing, hydrotreating.

Thực tế không có một thiết bị nào được thiết kế dành riêng cho ba loại này, ở đây ta lựa chọn quá trình hydrofinishing cho quá trình làm sạch dầu nhờn.



3.5.1. Thuyết minh sơ đồ quá trình làm sạch bằng hydro

Hình 3.6: Sơ đồ công nghệ quá trình làm sạch bằng hydro

Quá trình này nguyên liệu và H2 cùng được đưa vào bình phản ứng sau khi cho đi qua thiết bị gia nhiệt tới 150-420oC. Trong bình phản ứng dầu với xúc tác là oxit kim loại, nguyên liệu và hydro dễ dàng phản ứng với nhau. Với dòng sản phẩm đi ra qua thiết bị trao đổi nhiệt đến thiết bị tách áp suất cao, tại thiết bị tách áp suất cao một phần phần lớn dung môi được hồi lưu trở lại, một dòng khác chứa dầu được làm sạch đi xuống thiêt bị tách áp suất thấp để hydro có thể hồi lưu hết và để loại các hydrocacbon nhẹ, dòng ra phía dưới thiết bị chứa dầu được làm sạch đi qua thiết bị trao đổi nhiệt và lò gia nhiệt đến tháp cất, tại đỉnh tháp cất chân không các distillate nhẹ được loại bỏ được cho qua thiết bị ngưng tụ đến thiết bị chứa cho ra sản phẩm distillate, dòng ra dưới đáy tháp chính là dầu thành phẩm, dòng ra giứa tháp gồm hơi nước và phần cặn không mong muốn trong dầu, sau khi qua thiết bị ngưng tụ đến thiết bị chứa phần cặn được loại bỏ.



3.6. Pha chế dầu nhờn

Quá trình pha chế dầu bôi trơn bao gồm điều chỉnh độ nhớt của dầu gốc và pha phụ gia để được dầu thương phẩm mong muốn. Các dầu thành phẩm hoặc là được chứa trực tiếp vào két tàu hỏa, két chứa, hoặc chứa gián tiếp trong các thùng. Trong các quá trình pha chế hay cất chứa, vận chuyển thì các yêu cầu, chỉ dẫn, điều luật phải được tuân theo quy định nghiêm ngặt. dầu thường được pha chế ở khoảng 50-60oC, khi đó dầu và phụ gia có độ nhớt đủ thấp để pha chế nhanh.



Tài liệu tham khảo

[1] Giáo sư C.Kajdas: Dầu mơ bôi trơn. NXB Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội 1993

[2] Dương Viết Cường: các sản phẩm dầu mỏ và phụ gia. Đại học mỏ địa chất

[3] total viêt nam: kiến thức căn bản về dầu bôi trơn

[4] PGS. TS. Đinh Thị Ngọ: Hoá học dầu mỏ và khí. NXB Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội

2001

[5] Lª V¨n HiÕu: C«ng nghÖ chÕ biÕn dÇu má. NXB Khoa Häc vµ

Kü ThuËt Hµ Néi 2001

[6] http://www.petroleumhpv.org/docs/lube_oils/lubeoils_testplan_March%2024%20Final%20.pdf

[7] http://www.zddplus.com/TechBrief10%20-%20Oil%20Base%20Stocks.pdf

[8] http://www.bechtel.com/MP-Refining-Process.html

[9] Đinh Văn Kha. Vật liệu bôi trơn NXB khoa học ky thuật

[10] http://www.bitumenengineering.com/technology/solvent-deasphalting


http://www.bitumenengineering.com/technology/solvent-deasphalting

http://www.bechtel.com/MP-Refining-Process.html

http://www.zddplus.com/TechBrief10%20-%20Oil%20Base%20Stocks.pdf

http://www.petroleumhpv.org/docs/lube_oils/lubeoils_testplan_March%2024%20Final%20.pdf

http://www.petroleumhpv.org/docs/lube_oils/lubeoils_testplan_March%2024%20Final%20.pdf

đồ án tìm hiểu công nghệ sản xuất dầu nhờn

Documents