Đồ án Nghiên cứu tái sinh dầu nhàn thái động cơ

hẩm oxy hoá gây ra. Chỉ cần một trong các yếu tố trên cũng gây ra sự ăn mòn trong các động cơ, do đó các loại dầu cần được pha chế đảm bảo tốt mọi tính năng chống oxy hoá. 1.5. Sự biến chất của dầu nhờn trong quá trình sử dụng, bảo quản và vận chuyển Bất kỳ một sản phẩm nào sau một thời gian sử dụng nhất định cũng bị biến chất hoặc hư hỏng dẫn đến phải thay thế. Dầu nhờn cũng không tránh khỏi quy luật ấy. Trong quá trình làm việc trong các máy móc thiết bị, dầu nhờn sẽ tiếp xúc với kim loại, chịu tác động của không khí, nhiệt độ xung quanh, áp suất, các trường điện từ, ánh sáng tự nhiên và một loạt các yếu tố khác. Dưới ảnh hưởng của các yếu tố này, cùng với thời gian sẽ xảy ra sự thay đổi chất lượng của dầu. Đó là sự phân huỷ, sự oxy hoá, polime hoá, ngưng tụ các hydrocacbon, sự cháy không hoàn toàn, sự nhiễm bẩn từ các chất bên ngoài và sự lẫn nước. Do các quá trình này mà trong dầu sẽ tích luỹ các chất nhựa asphan, cốc, mồ hóng, các muối khác nhau, các axit cũng như các mạt kim loại, các hạt khoáng, các chất có dạng sợi, nước Tất cả các tạp chất này làm thay đổi tính chất lý hoá của dầu và được gọi chung là quá trình lão hoá của dầu. Để giảm quá trình lão hoá, kéo dài tuổi thọ của dầu thì dầu khoáng cần phải có tính bôi trơn tốt, đảm bảo được chế độ bôi trơn lỏng hoàn toàn và độ bền đáng tin cậy của màng dầu trong mọi ổ ma sát của các cơ cấu máy trong dải vận tốc, nhiệt độ cũng như tải trọng lớn. Sự bảo toàn màng dầu trên bề mặt là cần thiết để khắc phục tình trạng ma sát bán khô hoặc ma sát khô gây mài mòn và phá huỷ chi tiết máy. Dầu nhờn cũng cần phải bền về mặt hoá học để chống lại sự oxy hoá trong không khí trong điều kiện nhiệt độ cao cũng như không thay đổi tính chất của dầu trong quá trình bảo quản và vận chuyển. Một loại dầu nhờn không ổn định sẽ bị oxy hoá rất nhanh và mạnh, tạo ra các cặn rắn. Những cặn này là nguyên nhân gây ra sự bẩn máy móc, làm cháy cũng như làm gãy các séc – măng trong động cơ Trong quá trình oxy hoá, trong dầu sẽ xuất hiện các hợp chất axit có tính ăn mòn. Chúng sẽ rút ngắn thời gian làm việc của dầu cũng như thời gian làm việc của thiết bị. Dầu không chỉ cần bền về mặt oxy hoá bởi oxy không khí mà còn phải đảm bảo không bị biến đổi trong quá trình hoạt động dưới áp suất, độ ẩm và nhiệt độ cao. 1.5.1. Sự oxy hoá [1, 4, 7] Khi làm việc trong các động cơ, máy móc và các thiết bị khác, đặc biệt là trong quá trình vận chuyển và tồn chứa dầu nhờn tại các kho, vấn đề tiếp xúc giữa dầu nhờn với oxy không khí là điều không thể tránh được. Sự tiếp xúc này là nguyên nhân chủ yếu gây ra các phản ứng oxy hoá của dầu nhờn. Do kết quả của phản ứng oxy hoá, các tính chất hoá lý của dầu nhờn bị thay đổi, chính điều đó sẽ làm cho phẩm chất sử dụng của dầu nhờn kém hẳn đi. Trong điều kiện có oxy và chịu tác động của nhiệt độ cao, các loại dầu khoáng sẽ có nhiều biến đổi về hoá tính, đồng thời sinh ra các kết tủa asphan – axit và các sản phẩm hoà tan khác. Phần lớn các chất kết tủa nói trên là các axit hữu cơ, chúng sẽ làm cản trở sự tuần hoàn của dầu nhờn trong hệ thống bôi trơn và ăn mòn các chi tiết bằng kim loại của máy móc thiết bị. Theo một số tài liệu của các nhà nghiên cứu thì trong số ba nhóm hydrocacbon chủ yếu có trong thành phần của dầu nhờn, chỉ có loại hydrcacbon thơm là ít bị oxy hoá nhất, hydrocacbon naphten kém bền vững dễ bị oxy hoá hơn một chút và đặc biệt dễ bị oxy hoá nhất khi ở nhiệt độ cao là hydrocacbon parafin. Tốc độ oxy hoá, mức độ oxy hoá, cũng như tính chất của các sản phẩm do oxy hoá tạo thành đều phụ thuộc vào yếu tố sau: Bản chất hoá học của chính loại dầu nhờn, cụ thể là tính chất của các hợp chất hoá học có trong dầu nhờn, số lượng các hợp chất đó trong hỗn hợp và mối quan hệ với sự tác động của oxy trong không khí. Các điều kiện bên ngoài như: nhiệt độ, áp suất, bề mặt tiếp xúc giữa dầu nhờn với oxy. Sự có mặt của các tạp chất có khả năng thúc đẩy hoặc ức chế đối với quá trình oxy hoá và thời gian làm việc của dầu. ở nhiệt độ dưới 30oC và áp suất bình thường, dầu nhờn để ngoài trời bị oxy hoá rất chậm. Cùng với sự tăng nhiệt độ, tốc độ oxy hoá tăng lên đáng kể, nhiệt độ càng cao thì oxy hoá càng nhanh và càng mạnh. ở nhiệt độ 270 – 300oC và cao hơn thì đồng thời với sự oxy hoá mãnh liệt còn có sự phân huỷ nhiệt của các hydrocacbon tạo thành CO2, H2O và các hợp chất chứa cacbon khác. Diện tích bề mặt tiếp xúc của dầu với không khí càng lớn thì càng tạo điều kiện cho oxy khuếch tán vào trong dầu và làm tăng phản ứng polime hoá dưới tác động của oxy tạo ra các sản phẩm nhựa và asphanten. Các kim loại cũng có những ảnh hưởng nhất định đến quá trình oxy hoá của dầu: các kim loại có tác dụng xúc tác mạnh nhất là Fe, Cu, Ni, Pb, Mn và Zn trong khi đó các kim loại như Al, Sn không thúc đẩy quá trình oxy hoá, muối của nó thậm chí lại có tác động kiềm chế quá trình này. Các muối kim loại tạo thành trong quá trình làm việc của dầu như muối của axit naphtenic có tác động thúc đẩy sự oxy hoá của dầu. Nước cũng có tác dụng thúc đẩy sự oxy hoá của dầu vì chúng có tác dụng làm tăng khả năng hoạt tính cho các chất xúc tác nói trên. Trong quá trình làm việc của dầu trong động cơ thì đồng thời với qúa trình phân huỷ và tạo ra các sản phẩm oxy hoá đầu tiên như các axit hữu cơ, phenol, rượu, andehit, các chất nhựa còn nảy sinh các quá trình thứ cấp như quá trình polime hoá và ngưng tụ. Sản phẩm của quá trình oxy hoá sâu và ngưng tụ sâu chính là các axit chứa oxy, các axit asphantogen, các asphanten, các cacben, cacboit. Các chất này khác với nhựa và axit, nó không tan trong dầu. Chúng tạo hệ keo hoặc ngưng tụ thành chất cặn trong dầu. Dầu có chứa các chất này khi bị tác động của ánh sáng, với sự xâm nhập của không khí sẽ bị sẫm màu dần. Rõ ràng oxy hoá là một trong các quá trình cần được lưu ý vì các sản phẩm do quá trình oxy hoá trong động cơ gây ra sẽ tạo nên các cặn làm bẩn các chi tiết động cơ và hệ thống bôi trơn, tăng cường ăn mòn các ổ đỡ hợp kim đồng – chì. Vì vậy dầu động cơ cần phải có các chất ức chế oxy hoá. 1.5.2. Sự phân huỷ nhiệt của dầu [5] Trong buồng đốt động cơ, nhiệt độ lên rất cao và mọi chất hữu cơ đều rất dễ bị cháy, nhưng ở động cơ thì thường không đủ thời gian (quá trình cháy xảy ra trong khoảng thời gian 1% giây), không đủ oxy để cháy hoàn toàn nhiên liệu, và dầu lọt vào buồng đốt. Vì vậy buồng đốt luôn có điều kiện tạo thành mồ hóng, các hạt cốc, các sản phẩm chưa cháy hết khác. Nhiệt độ bề mặt buồng đốt và tại đầu piston ở các động cơ khác nhau thay đổi trong khoảng 250 – 400oC. Việc tạo muội trên các chi tiết động cơ bắt đầu từ việc hình thành lớp màng keo trên các chi tiết đó. Khi dầu tiếp xúc với các phần tử có nhiệt độ cao của máy móc thì xảy ra phân huỷ nhiệt, cracking. Kết quả của quá trình này là tạo ra các sản phẩm nhẹ bay hơi cũng như các cấu tử nặng, các hạt than cứng và muội than. Xu hướng của dầu khoáng đối với sự phân huỷ nhiệt phụ thuộc trước hết vào thành phần hydrocacbon của nó. Các hydrocacbon trong dầu mà có cấu trúc càng phức tạp, mạch càng dài thì càng dễ phân huỷ dưới tác động của nhiệt độ cao. Vì đặc tính bền nhiệt của dầu không thể tạo ra nhờ các phụ gia, nên dầu có độ ổn định nhiệt tốt phải được chế tạo từ các dầu gốc thích hợp. Tuy vậy, việc lựa chọn phụ gia cẩn thận để pha chế dầu cũng rất quan trọng, vì sự biến chất của phụ gia khi có hiện tượng cracking dầu cũng dẫn đến sự tạo cặn. Dầu đi qua lớp vòng găng vào buồng đốt, một phần dầu không đáng kể có thể quay lại đáy cacte dầu, một phần nữa rơi vào vùng nhiệt độ cao và bị cháy ở đó gây ra quá trình cacbon hoá, oxy hoá và cuối cùng phần dầu được văng ra ở dạng màng mỏng, phủ lên bề mặt đầu piston và buồng đốt. Màng dầu còn lại trong buồng đốt ngay từ những vòng quay đầu tiên đã bị các sản phẩm cháy của nhiên liệu và dầu làm bẩn, do tác dụng của nhiệt độ cao và oxy không khí nó biến thành các chất nhựa và sau đó thành keo. Màng nhựa keo có khả năng giữ trên bề mặt kim loại các sản phẩm cháy và biến chất của dầu, nhiên liệu cũng như các hạt kim loại do các chi tiết bị mài mòn lọt vào xylanh cùng với không khí. Trong khi động cơ hoạt động thì việc những phân tử dầu mới, mồ hóng và các hạt cốc không ngừng rơi vào màng keo. Sự thay đổi đáng kể do màng dầu bị các sản phẩm cháy làm bẩn dẫn đến tạo thành lớp than rắn trên bề mặt kim loại gọi là muội than. Bề dày lớp muội không ngừng tăng lên và chỉ tăng đến một độ dày nhất định vì khi bề dày lớp muội tăng thì mép trên của nó sẽ gần với vùng nhiệt độ cao hơn, những phân tử dầu mới sẽ gây ra sự thay đổi cũng nhiều hơn và không có khả năng tiếp tục bám chắc trên bề mặt muội. Đến một lúc nào đó lớp muội không tăng thêm được nữa và sẽ xuất hiện thế cân bằng cho tới khi do một nguyên nhân nào đó mà vùng nhiệt độ cao sẽ không tiến đến gần sát bề mặt lớp muội hoặc không tách ra xa bề mặt đó. Việc tạo muội trong buồng đốt làm giảm thời gian hoạt động lâu bền của động cơ, tăng chi phí sử dụng do những nguyên nhân sau: Nhiệt độ các chi tiết phủ muội tăng lên và khi lượng tăng lên thì thể tích buồng đốt bị thu hẹp, làm tăng tỷ số nén động cơ, khả năng trao đổi nhiệt kém đi sẽ tạo điều kiện xảy ra kích nổ. Muội có thể phá vỡ quá trình đốt cháy bình thường nhiên liệu trong chế hoà khí động cơ, các hạt muội bị đốt cháy đổ lên buồng đốt sẽ có thể là nguyên nhân làm nhiên liệu cháy sớm. Khi có muội bám trên các chi tiết buồng đốt sẽ hạn chế lượng hỗn hợp nhiên liệu đi vào buồng đốt làm giảm công suất động cơ. Muội đóng ở đế supap sẽ làm supap khó đóng, làm cháy supap. Muội ở bugi đánh lửa sẽ làm nó không đánh lửa được. Các hạt muội từ buồng đốt rơi xuống đáy cacte dầu sẽ làm nóng vòng găng, tăng độ mài mòn các chi tiết làm việc và các chất lắng đọng khác nhau trên các chi tiết động cơ cũng như trong hệ thống bôi trơn. Như vậy, tính bền nhiệt có ý nghĩa quan trọng đối với chất lượng của dầu. Dầu có chất lượng cao thì không tạo muội hoặc ít tạo muội. 1.5.3. Sự pha tạp nhiên liệu vào dầu nhờn động cơ [1,9] Việc lẫn nhiên liệu vào dầu hay xảy ra nhất là lúc máy đang vận hành. Hỗn hợp làm việc đưa vào xylanh của động cơ đốt trong được cấu thành từ không khí, hơi và các giọt dạng sương mù của nhiên liệu. Các giọt nhiên liệu này có thể đọng trên thành xylanh và trộn lẫn với dầu nhờn. Đặc biệt trong giai đoạn đầu của quá trình làm việc, khi khởi động động cơ, hơi nhiên liệu có thể ngưng tụ lại trên các bề mặt lạnh phía trong xylanh và sẽ chảy xuống pha loãng dầu. Sự làm loãng dầu bởi nhiên liệu được quyết định trước hết bởi tình trạng của động cơ. Nếu động cơ bị mài mòn càng nhiều thì mức độ làm loãng dầu bởi nhiên liệu càng lớn. Sự pha tạp quá mức của nhiên liệu vào dầu nhờn luôn gắn với sự trục trặc nào đó của quá trình vận hành máy. Tuy nhiên loại nhiên liệu sử dụng cũng có một phần ảnh hưởng đến sự pha tạp nhiên liệu vào dầu nhờn. Loại nhiên liệu có thành phần cất càng nặng, tức là nhiệt độ sôi càng cao thì nó càng bay hơi chậm hơn, ngưng tụ càng dễ hơn và sự pha loãng dầu càng mạnh hơn. Thật vậy, nếu nhiệt độ sôi cuối của xăng máy bay là 180oC thì hàm lượng nhiên liệu lẫn trong dầu nhờn trong quá trình hoạt động của động cơ khoảng 2 – 3%, trong khi đó với xăng ôtô mà có nhiệt độ sôi cuối là 190oC thì hàm lượng nhiên liệu lẫn trong dầu nhờn lên đến 7%. Nhiên liệu lẫn vào dầu còn làm giảm nhiệt độ bén cháy và chớp cháy của dầu nhờn, dễ gây nên mất an toàn cháy nổ. Ngoài ra nhiên liệu còn làm giảm chất lượng của dầu ở nhiều mặt: dầu bị pha loãng bởi các cấu tử nặng của nhiên liệu làm cho độ nhớt của dầu giảm, ảnh hưởng đến khả năng tạo màng bôi trơn, chống mài mòn và tác dụng làm kín của dầu nhờn. 1.5.4. Sự nhiễm bẩn bởi các khoáng tạp [7,9] Các khoáng tạp lẫn trong dầu chủ yếu gồm có nước và các tạp chất (cơ học) cứng. Nước trong dầu nhờn đã được lọc sạch thường rất nhỏ, nhưng trong quá trình làm việc dầu sẽ dần dần bị lẫn nước. Nước trong dầu gồm nước từ không khí xung quanh, từ các sản phẩm cháy của nhiên liệu và do sự không kín của hệ thống làm mát của động cơ. Nước lẫn trong dầu dưới dạng huyền phù giản đơn, hoặc dưới dạng nhũ tương. Các tạp chất khoáng như bụi, cát, các mạt kim loại sinh ra do mài mòn các bề mặt kim loại của các chi tiết rơi vào dầu trong quá trình làm việc và tích luỹ lại trong dầu. Sự pha trộn của dầu bị bẩn trong điều kiện nhất định sẽ dẫn tới tạo thành một chất dính sền sệt tách ra từ dầu và lắng xuống đáy cacte dầu, ở hộp supap, trong đường ống dẫn dầu, trong hệ thống bôi trơn và các bầu lọc. Hiện tượng tích cặn trong động cơ có thể làm động cơ hoạt động bất bình thường và làm hỏng động cơ như: Cặn có thể làm tắc các rãnh dầu, đường dầu và các bầu lọc, do đó có thể xảy ra tình trạng nóng chảy bạc lót ổ đỡ, kẹt cổ trục khuỷu và thậm chí gây ra sự cố. Cặn sẽ làm cho phần dầu mới giảm phẩm chất ngay sau khi cho vào động cơ. Cặn bẩn dần dần có thể quánh lại và rắn lại đến mức không thể dùng phương pháp cơ học để làm sạch các chi tiết được. 1.6. Các phương pháp tái sinh dầu thải động cơ Trong quá trình sử dụng, các loại dầu bôi trơn chịu nhiều tác động của nhiều yếu tố khác nhau, do đó các tính chất sử dụng của chúng bị biến đổi và thời hạn sử dụng sẽ bị giảm đi. Khi dầu không đủ các chỉ tiêu chất lượng để có thể đáp ứng được các yêu cầu bôi trơn máy móc thiết bị thì cần phải thay dầu. Tái sinh lượng dầu thải này tức là phải tách tất cả những hợp chất sinh ra trong quá trình sử dụng của dầu để đưa dầu về trạng thái dầu ban đầu. 1.6.1. Các phương pháp tái sinh dầu thải động cơ chủ yếu Có ba phương pháp chủ yếu để tái sinh dầu nhờn đó là: Phương pháp vật lý: lắng, lọc, ly tâm, chưng cất. Phương pháp lý – hoá: hấp phụ, đông tụ. Phương pháp hoá hoc: làm sạch bằng axit sunfurich và kiềm. Tuỳ thuộc vào đặc tính và mức độ biến chất của dầu mà chọn phương pháp tái sinh thích hợp. Các phương pháp vật lý chỉ tái sinh được những dầu thải có mức độ biến chất chưa sâu. Đối với các dầu thải động cơ có chứa các phụ gia phân tán tẩy rửa thì các phương pháp vật lý hầu như không có tác dụng. Để tái sinh loại dầu thải này cần phải dùng phương pháp lý hoá, phương pháp hoá học, và thông thường là sử dụng tổng hợp nhiều phương pháp khác nhau. 1.6.1.1. Phương pháp tái sinh vật lý [4, 6, 7] Lắng: các hạt kim loại, nước, các chất hắc ín, asphan nằm trong dầu sẽ tự lắng xuống khi dầu ở trạng thái tĩnh và theo thời gian, dựa trên nguyên lý ngưng lắng các hạt dưới tác dụng của trọng lực. Để dầu nhờn lắng tốt, các bể chứa hoặc các phương tiện chứa đựng khác phải có thiết bị sấy nóng và có đáy hình nón. Vì khi đun nóng tỷ trọng và độ nhớt của dầu sẽ giảm xuống, do đó các tạp chất cơ học và nước sẽ lắng nhanh hơn, triệt để hơn. Nhiệt độ tốt nhất để ngưng lắng dầu là 80 90oC. Nếu không đun nóng dầu, thì dầu nhờn lắng rất chậm và sẽ không đạt được hiệu quả như mong muốn. Việc để lắng sơ bộ giúp cho quá trình tái sinh rút ngắn thêm nhiều, đồng thời còn giảm bớt các khoản chi phí khác. Lọc: dùng trong quá trình làm sạch sơ bộ hoặc dùng để tái sinh các loại dầu không yêu cầu độ sạch cao. Nó chỉ tách được các tạp chất cơ học. Rửa bằng nước: dầu thải được rửa bằng nước để loại bỏ các sản phẩm axit hữu cơ, muối, xà phòng hoà tan trong nước. Việc rửa bằng nước không thể phục hồi dầu thải đã bị lão hoá quá lớn. Phương pháp này thường được sử dụng đối với dầu tuốc bin để loại bỏ các axit thấp phần tử hoà tan được trong nước, hoặc dùng kết hợp sau giai đoạn dùng chất đông tụ của phương pháp tái sinh hoá - lý hoặc sau giai đoạn làm sạch bằng chất kiềm của phương pháp tái sinh hoá học. Ly tâm: để phân riêng pha rắn và pha lỏng của dầu nhờn thải dùng phương pháp lắng lọc thì quá trình xảy ra chậm, không thích hợp với lưu lượng lớn và với những cặn nhỏ lẵn trong dầu tạo huyền phù mịn. Bằng phương pháp ly tâm có thể đạt được độ phân ly lớn, lọc được sạch, thời gian lắng và lọc cũng ít hơn. Chưng cất: là phương pháp tái sinh dầu thải khá phổ biến trên thể giới. Nó có ưu điểm là loại được hoàn toàn nước, nhiên liệu, tạp chất cơ học lẫn trong dầu. Tuy nhiên nó luôn đi kèm cùng với các phương pháp làm sạch khác như hấp phụ, làm sạch bằng hydro, trích ly bằng dung môi chọn lọc do nó không tách hết được các cấu tử có màu tối. Mặt khác còn phải có các thiết bị chuyên dụng nên dầu tư lớn. 1.6.1.2. Phương pháp tái sinh hoá lý [8, 19] Đông tụ: là sự tập hợp những hạt keo tạo ra những chất kết tụ lắng xuống. Phương pháp này thích hợp cho những loại dầu thải động cơ có chứa các phụ gia phân tán tẩy rửa mạnh, khả năng lắng đọng kém. Có thể đông tụ bằng tác động cơ học, bằng nhiệt, bằng dòng điện, bằng chất đông tụ. Các chất đông tụ có thể là chất điện ly, chất hoạt động bề mặt, hoặc chế phẩm tẩy rửa tổng hợp. H2SO4, NaCO3, Na2SiO3, Na3PO4, Na2SO4 là những chất đông tụ điển hình. Chất đông tụ hoạt động bề mặt có hai loại: không ion và ion. Tốt nhất là những chất hoạt động bề mặt anion gốc sunfonat, mà phổ biến nhất là sunfonat: RSO3Na trong đó R là gốc hydrocacbon có 12 – 18 nguyên tử cacbon. Chất đông tụ có khả năng làm mất điện tích của các hạt keo trong dầu thải, làm chúng ngừng xô đẩy nhau và lắng xuống đáy, hoặc chúng làm các hạt keo tập hợp lại tạo ra các hệ hợp chất có khối lượng riêng lớn hơn dầu và lắng xuống dưới tác dụng của trọng lực. Quá trình động tụ có hiệu quả hay không còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nhiệt độ, thời gian xử lý, khối lượng chất đông tụ và sự tiếp xúc của chất đông tụ với dầu thải. Hấp phụ: là quá trình hút khí bay hơi hoặc chất hoà tan trong chất lỏng bằng chất rắn xốp. Đối với dầu nhờn thải, chất hấp phụ được sử dụng phổ biến là đất sét tẩy màu, silicagel, oxit nhôm. Chất hấp phụ có khả năng giữ trên bề mặt của mình một lượng các chất asphan, axit, este và các sản phẩm oxy hoá khác của dầu thải. Các chất được sử dụng làm chất hấp phụ thường được hoạt hoá trước khi hấp phụ nhằm làm tăng khả năng hấp phụ của chúng. 1.6.1.3. Phương pháp tái sinh hoá học [1, 6, 7] Làm sạch bằng chất kiềm: Là phương pháp làm sạch phổ biến, do kiềm sẽ tác dụng với các axit hữu cơ (sinh ra do quá trình dầu bị oxy hoá) tạo ra xà phòng. Để lắng trong một thời gian nhất định sẽ có hiện tượng tách lớp, lớp trên là dầu sạch lẫn kiềm dư. Vì vậy sau đó bắt buộc phải rửa bằng nước cho sạch hết kiềm. Khó khăn đối với quá trình xử lý dầu thải bằng chất kiềm đó là hiện tượng tạo nhũ và sự thuỷ phân của xà phòng. Để hạn chế được cả hai quá trình này cần phải chọn nồng độ kiềm và nhiệt độ xử lý thích hợp. Các chất kiềm được dùng để làm sạch dầu thải phổ biến nhất là NaOH, Na2CO3, Na3PO4, thuỷ tinh lỏng. Làm sạch bằng axit sunfuric: Đây là phương pháp hoá học đồng thời cũng là phương pháp hoá lý bởi lẽ axit sunfuric ngoài tác dụng là một dung môi tốt cho nhiều hợp chất nó còn là một chất đông tụ rất tốt cho dầu. Tất cả các chất bẩn được tách ra khỏi dầu thải cùng với gudron axit (cặn nhớt nặng do phần lớn asphan hoà tan trong axit cùng với cacben và cacboid axit – những sản phẩm của quá trình oxy hoá dầu). Trong tái sinh dầu thải bằng axit, tốc độ và tính hoàn toàn của sự lắng đọng các nhựa axit có ý nghĩa rất quan trọng. Để tăng nhanh sự lắng đọng, người ta thêm chất lắng đọng vào dầu axit. Chất lắng đọng tốt nhất là thuỷ tinh lỏng và đất sét. Ngoài khả năng lắng đọng thuỷ tinh lỏng và đất sét còn có tính kiềm nên nó có thể trung hoà một phần các chất có tính axit sinh ra trong quá trình xử lý bằng axit và một phần axit dư. Tuy vậy, dầu sau khi làm sạch bằng axit vẫn phải qua giai đoạn trung hoà và tách những chất có hại như các axit sufonic (sản phẩm của axit sunfuric với dầu). 1.6.2. Phương pháp tái sinh dầu thải động cơ ở một số nước trên thế giới [4, 7, 17, 18, 19] Do những lợi ích thiết thực trong vấn đề bảo vệ môi trường cũng như giá trị kinh tế mà việc tái sinh dầu rất được chú trọng ở các nước trên thế giới, không chỉ ở các nước nhập khẩu dầu mà ngay cả ở các nước có trữ lượng dầu thô lớn. Mỗi nước đều có phương pháp tái sinh riêng phù hợp với điều kiện thực tế của đất nước mình. ở Nga: trước đây chủ yếu sử dụng kết hợp lắng sơ bộ tách bớt nước và các tạp chất cơ học sau đó dầu được xử lý bằng đất sét trắng và qua bộ phận lọc ép để thu dầu sạch. Ngày nay, việc tái sinh dầu thải sử dụng công nghệ hiện đại hơn đó là ngưng tụ rồi chưng cất chân không và cuối cùng là làm sạch bằng hydro rồi thêm phụ gia để được dầu thành phẩm, cặn được dùng làm chất đốt. ở Italia: dùng propan lỏng để tách chiết hai lần. Sau đó dầu được xử lý bằng hydro và cuối cùng là chưng cất chân không. Phương pháp này cho hiệu quả cao, dầu thu được rất sạch nhưng chi phí đầu tư rất lớn. ở Mỹ: sử dụng phổ biến phương pháp Berc. Theo phương pháp này người ta làm kết tủa cặn bẩn bằng hỗn hợp rượu chuyên dụng trộn với dầu thải đã được tách nước sau đó chưng cất chân không. Ngoài ra ở California từ năm 2005 sử dụng quy trình hiện đại gồm các giai đoạn: dầu thải động cơ sau khi được kiểm tra chất lượng được đưa vào thiết bị tách nước rồi qua bộ phận cất nhiên liệu nhẹ và chưng cất chân không, cuối cùng được làm sạch bằng hydro. Các phương pháp này đều đòi hỏi thiết bị phức tạp, kỹ sư vận hành có trình độ cao, đầu tư ban đầu lớn. Hiện nay, phương pháp Recylon của Hà Lan được coi là phương pháp tái sinh dầu thải hiện đại nhất. Theo phương pháp này, người ta phun các hoá chất chuyên dùng của dầu thải đã khử nước, sau đó chưng cất phân tử ở độ chân không sâu. Cặn thải được đốt thành tro để chống ô nhiễm môi trường. Mặc dù đã thu được những kết quả nhất định từ các phương pháp tái sinh hiện nay, các nhà khoa học trên thế giới vẫn không ngừng đưa ra các phương pháp tái sinh mới nhằm thu được hiệu suất cao nhất nhưng chi phí đầu tư thấp nhất. Theo một sáng chế ở úc, dầu thải được tái sinh bằng phương pháp đông tụ bởi tổ hợp dung môi tổng hợp có chứa nhóm cacbonyl với dung dịch chất điện ly. Đặc điểm nổi bật của sáng chế này là nước không cần tách khỏi dầu trước khi xử lý vì nước là thành phần thiết yếu trong quá trình đông tụ. Tuy nhiên hạn chế của phương pháp là việc tổng hợp các dung môi cần thiết khá phức tạp. Một phương pháp khác đang được thử nghiệm ở Đức đó là: xử lý sơ bộ dầu phế thải bằng dung dịch của hỗn hợp M2CO3 / R2SO4 (M, R: K, Na), sau đó xử lý tiếp bằng H2SO4, dung môi hay bằng hydro. Phương pháp này cho dầu tái sinh khá sạch, dung môi dễ kiếm, song công nghệ cồng kềnh. 1.6.3. Tình hình tái sinh dầu thải động cơ ở Việt Nam [8] Việc tái sinh dầu thải ở Việt Nam chủ yếu do tổng công ty xăng dầu đảm nhiệm và thực hiện bằng phương pháp axit với một công nghệ cũ, chắp vá không hoàn chỉnh. Hiệu quả chất lượng thấp, gây ô nhiễm môi trường do chưa có biện pháp xử lý cặn axit sau tái sinh. Năm 1993, một phương pháp tái sinh mới bằng phương pháp đông tụ được tổng công ty xăng dầu đưa ra thực hiện. Nhưng do quy chế thu mua dầu thải chưa hợp lý nên lượng dầu thải thu gom được cho việc tái sinh là không đáng kể so với lượng dầu đã đưa vào sử dụng. Hiện nay còn có một số doanh nghiệp tư nhân đứng ra thu gom và tái sinh dầu thải, nhưng đều sử dụng các phương pháp thủ công, lại không quan tâm đến vấn đề môi trường và an toàn cháy nổ nên đã gây ra sự ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và những vụ cháy nổ đáng tiếc thiệt hại về người và của. Để bảo vệ môi trường, tiết kiệm nguồn nguyên liệu và năng lượng, chúng ta cần đẩy mạnh công tác tái sinh dầu thải. Tuy nhiên với tình hình kinh tế, khoa học kỹ thuật của nước ta hiện nay, việc sử dụng công nghệ tái sinh dầu tiên tiến, hoàn chỉnh là không thể thực hiện được. Vì thế muốn tái sinh dầu thải có hiệu quả trước tiên là chúng ta phải tổ chức tốt việc thu gom toàn bộ lượng dầu thải, khuyến cáo người dân sử dụng dầu với thời gian hợp lý, và khi thu gom tránh hiện tượng đổ lẫn các loại dầu khác loại vào nhau. Sau đó cần có một phương pháp tái sinh dầu phù hợp: vừa có hiệu quả, ít ô nhiễm môi trường, vừa dễ thực hiện trong điều kiện hiện tại của nước ta. Chương 2. Thực nghiệm Như đã trình bày ở trên, có nhiều phương pháp tái sinh dầu thải tuỳ thuộc vào loại dầu thải và điều kiện kinh tế cho phép. ở nước ta hiện nay, dầu nhờn dùng để bôi trơn động cơ chiếm một lượng rất lớn, lên tới trên 70% tổng lượng dầu bôi trơn được sử dụng. Do đó chúng tôi chọn nguồn dầu thải để tái sinh là dầu động cơ. Do đặc điểm của dầu động cơ có chứa các phụ gia phân tán tẩy rửa nên việc sử dụng các phương pháp vật lý thông thường không cho hiệu quả cao. Mặt khác trong điều kiện thiếu máy móc thiết bị hiện đại của nước ta hiện nay, chúng tôi chọn phương pháp tái sinh dầu động cơ là phương pháp đông tụ kết hợp với phương pháp làm sạch bằng hấp phụ. Với những nguồn dầu thải nhiễm bẩn lớn thì dầu được lắng lọc sơ bộ hoặc xử lý bằng axit H2SO4 trước khi đông tụ. 2.1. Chuẩn bị chất hấp phụ [11, 13] 2.1.1. Chuẩn bị g- Al2O3 2.1.1.1. Nguồn gốc g- Al2O3 không tìm thấy trong tự nhiên mà nó được tạo thành khi nung Gibbsit, Bayerit, Nordstrandit và Bemit ở nhiệt độ khoảng 400á 600oC hay trong quá trình phân huỷ muối nhôm từ 900 á 950oC. Từ sự phân hủy nhiệt thấy có sự chuyển pha g- Al2O3 sang các dạng oxit nhôm khác do đó trong quá trình điều chế cần có một chế độ nhiệt độ thích hợp để thu được g- Al2O3 có hàm lượng tinh thể cao. 2.1.1.2. Cấu trúc và tính chất Ô mạng ơ sở của g- Al2O3 gồm 32 ion oxy và 2/3 ion nhôm, tức là mỗi ô mạng cơ sở