Đồ án Nghiên cứu tái sinh dầu nhờn thải

ra phép thử gắn liền với thực tế sử dụng. Tuy nhiên, sự oxi hóa trong khi sử dụng là một quá trình cực kì chậm, một phép thử như vậy sẽ tốn nhiều thời gian. Để rút ngắn thời gian thử nghiệm, nói chung người ta phải tăng nhiệt độ nhằm tăng tốc quá trình oxi hóa. Một trong những phương pháp thường được sử dụng nhất là ASTM-D.9473 (đặc tính oxy hóa của các loại dầu khoáng có chứa các chất ức chế), phương pháp này có thể áp dụng cho hầu hết các loại dầu bôi trơn, đặc biệt là các dầu bôi trơn có phụ gia chống oxy hóa. Tuy nhiên, phương pháp này để xác định chủ yếu là cho dầu tuabin hơi. Bởi vậy, nó được nó được đặt biệt coi trọng trong việc xác định độ bền oxy hóa của dầu bôi trơn có lẫn nước. Một phương pháp khác (ASTM-D.2272- xác định độ bền oxi hóa của các loại dầu tuabin bằng bom quay) là thử độ bền oxi hóa bằng bom quay, sử dụng bom có chứa oxi ở áp suất cao để đánh giá độ oxy hóa. Phương pháp thử ASTM-D.2893 dùng để xác định độ bền oxi hóa của các loại dầu bôi trơn chịu áp. Phương pháp ASTM-D.4742 được dùng để đánh giá độ bền oxi hóa của các loại dầu động cơ cho các động cơ xăng. Ngoài ra, còn một số phương pháp như IP 48/49 đưa ra phép đo mức độ hỏng của dầu bằng cách đo dộ nhớt và hàm lượng cặn cacbon trước và sau khi oxi hóa. Hai phương pháp khác là IP 328/89 và IP 307/89 chỉ dùng để đáng giá xác định độ bền oxi hóa của các loại dầu khoáng khoáng cách điện mạch thẳng. Những kết quả của phép đo độ bền oxi hóa là cơ sở để đánh giá tuổi thọ tương đối của những chất bôi trơn cùng loại. III.2.6. Độ bền nhiệt: Độ bền nhịêt là khả năng của một loại dầu nhờn hay của một loại phụ gia chống lại sử phân hủy nhiệt khi để lâu ở nhiệt độ cao, sự phân hủy có thể dẫn đến tăng độ axit, tăng độ nhớt và tăng độ cặn. Tiêu chuẩn ASTM-D.2160 (độ bền nhiệt của các chất lỏng thủy lực) là phép xác định độ bền nhiệt của các chất lỏng. Theo phương pháp này dầu được đặt vào trong bình thủy tinh chân không kín, chịu nhiệt độ từ 260 đến 516oC. Như vậy, các sản phẩm phân hủy bị bay hơi được vẫn luôn tiếp xúc với chất lỏng trong suốt quá trình thử nghiêm. Trong phép thử cải tiến thì mẫu dược cho vào bình thủy tinh sạch, được hút chân không đuổi hết khí (để tránh quá trình oxi hóa) và đun nóng. Cần nhớ rằng phương pháp thử này không đo nhiệt độ mà lại đo các phân đoạn bay hơi tạo thành, nó chỉ cho ta biết phân đoạn chính xảy ra ở một nhiệt độ nhất định trong quá trình thử nghiệm. Sau quá trình thử nghiệm người ta xác định chỉ số trung hòa và độ nhớt cảu dầu. Do mức độ phân hủy của dầu và sự tạo thành khí gây nên áp suất cao ở nhiệt độ từ 260 đến 315oC mà phương pháp thử này không thích hợp đối với các chất lỏng có nước hay các chất lỏng sinh ra khí ở áp suất cao ở nhiệt độ đã dẫn ra ở trên. Một lượng lớn các phép thử riêng cũng được dùng để đánh giá độ bền nhiệt của các loại dầu bôi trơn chọn lọc. Thông thường chúng đốt nóng hay cho chảy tuần hoàn trên bề mặt kim loại đốt nóng. Thường người ta hạn chế việc cho các tấm kim loại tiếp xúc với không khí, do vậy các tấm kim loại khác nhau đóng vai trò xúc tác được ngâm vào trong mẫu dầu. III.2.7. Chống gỉ: Phương pháp ASTM-D.665 (những đặc tính chống gỉ của chất ức chế khi có mặt nước) được dùng rộng rãi để đánh giá khả năng chông gỉ cho các bộ phận bằng sắt của các loại dầu khoáng có các chất ức chế, đặc biệt là dầu tuabin hơi khi nước và dầu bị trộn lẫn với nhau. Phương pháp này cũng được dùng cho các loại dầu khác như dầu thủy lực và dầu bôi trơn tuần hoàn. Trên là một vài phép thử điển hình tính năng của dầu nhờn động cơ. Chương IV: Tính Chất hóa Học và Các Phương Pháp Làm Sạch Dầu Nhờn Gốc Để đạt được những chỉ tiêu chất lượng vừa nêu trên cũng như để đảm bảo được tốt các tính năng sử dụng của dầu nhờn thì trước hết phải lựa chọn nguyên liệu có những thành phần hóa học như sau: IV.1 Thành Phần Hóa Học Của Dầu Nhờn: IV.1.1 Các hợp chất Hydrocacbon IV.1.1.1 Các hydrocacbon Naphten và Parafin: Các hydrocacbon này được gọi chung là nhóm hydrocacbon Naphten- Parafin là thành phần chủ yếu có trong dầu nhờn gốc. Hàm lượng nhóm này tùy thuộc vào bản chất của dầu mỏ và khoảng nhiệt độ sôi mà chúng chiếm từ 41-68 % trong thành phần hóa học của dầu nhờn. Trong thành phần hóa học của dầu nhờn, hàm lượng n-parafin và iso-Parafin có ít hơn so với các thành phần hydrocacbon khác ngay cả khi đi từ nguồn dầu mỏ họ parafinic để chế biến dầu nhờn thì điều này vẫn đúng [5]. Các iso-Parafin thì lại có số lượng ít hơn cả n-parafin, chúng có cấu trúc mạch nhánh dài, ít nhánh phụ và các nhánh hầu như là nhóm metyl [5-trang 53; 7-trang 113; 11-trang 92] . Các hợp chất n-parafin thường có khoảng 20 cacbon, những hợp chất n-parafin có phân tử lượng lớn thường là những Parafin rắn (gọi là sáp), chúng làm giảm độ linh động của dầu nhờn cho nên cần phải làm giảm tới mức tối thiểu. Nhưng ngược lại, các iso-parafin lại là những cấu tử tốt cho dầu nhờn vì chúng có độ nhớt thích hợp và tính nhớt nhiệt rất tốt. Từ bảng IV.1 cho ta thấy rằng nếu mạch càng dài, nhánh phụ ở vị trí đầu mạch và có nhánh thì chúng có trị số nhớt đặc biệt cao và là những cấu tử thích hợp cho dầu nhờn gốc có chất lượng cao. Bảng IV.1: Chỉ số độ nhớt của iso-Parafin C21-24 [5, 1] Hydrocacbon Số nguyên tử cacbon trong phân tử Chỉ số độ nhớt 2-metyl-eicozan 21 165 3-metyl- eicozan 21 146 4-metyl- eicozan 21 145 5-metyl- eicozan 21 140 2-metyl-tricozan 24 170 2,2-dimetyl-docozan 24 163 2,4- dimetyl-docozan 24 144 2,4,6-trimetyl-heiecozan 24 118 Thành phần hydrocacbon naphten trong nhóm hydrocacbon naphten - parafin này có cấu trúc chủ yếu là các hợp chất vòng naphten, có kết hợp các các nhánh alkyl hoặc iso alkyl và có nguyên tử cacbon trong phân tử có thể từ 20 - 40, hoặc có khi lên đến 60, số vòng có thể từ 1 đến 5 vòng (cũng có loại dầu đã phát hiện có số vòng đến 7 hoặc 9) [6]. Cấu trúc có thể ở 2 dạng: cấu trúc không ngưng tụ (phân tử có thể chứa từ 1 - 6 vòng) và cấu trúc ngưng tụ (phân tử có thể chứa từ 2 - 4 vòng ngưng tụ). Cấu trúc nhánh của các vòng naphten cũng rất đa dạng, chúng khác nhau bởi số nhánh, chiều dài mạch, mức độ phân nhánh của mạch và vị trí phân nhánh của mạch trong vùng. Qua thực ngiệm ta thấy rằng : Phân đoạn nhớt nhẹ có chứa chủ yếu là các dãy đồng đẳng của xyclohexan và cyclopentan. Phân đoạn nhớt trung bình chứa chủ yếu là các vòng naphten có các mạch nhánh alkyl, iso alkyl với số vòng từ 2-4 vòng. Phân đoạn nhớt nặng chứa các hợp chất vòng ngưng tụ với số vòng từ 2 đến 4 vòng. Khi nghiên cứu sự phân bố loại hydrocacbon naphten và iso - parafin trong phân đoạn dầu nhờn, đã loại thành phần n-parafin và hydrocacbon thơm của các loại dầu mỏ thuộc họ trung gian, đã cho ta thấy naphten chiếm toàn phần lớn trong đó nhiều nhất là loại 1, 2, 3, 4 và 5 vòng. (xem bảng III.2). Bảng IV.2: Thành phần Naphten và iso-Parafin trong phân đoạn dầu nhờn đã loại n-Parafin và thơm của dầu họ trung gian [6-trang 93]. Loại hydrocacbon % thể tích iso-Parafin 26 Naphten 1 vòng 8 Naphten 2 vòng 15 Naphten 3 vòng 15 Naphten 4 vòng 13 Naphten 5 vòng 11 Naphten 6 vòng 7 Naphten 7 vòng 3 Naphten 8 vòng 1 Naphten 9 vòng 1 IV.1.1.2.Nhóm hydrocacbon thơm và hydrocacbon naphten - thơm: Thành phần và cấu trúc của nhóm này có ý nghĩa quan trọng đối với dầu nhờn gốc. Một loạt các tính chất sử dụng của dầu nhờn như tính ổn định chống oxy hóa, tính bền nhiệt, tính chống mài mòn, độ hấp thụ phụ gia phụ thuộc chủ yếu 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 - 400o C) có mặt chủ yếu các hợp chất dãy đồng đẳng benzen và Naphten. Phân đoạn nhớt nặng hơn (400 - 450 o C) có chứa các hydrocacbon thơm đa vòng dạng đơn hay dạng kép. Phân đoạn có nhiệt độ sôi cao hơn chứa các chất thuộc dãy đồng đẳng của naphten, antraxen, và một lượng lớn các hợp chất hydrocacbon đa vòng. Các hydrocacbon thơm là những loại có 1, 2, 3 vòng thơm, còn loại có 5 vòng thơm trở lên rất ít [6]. Ngoài sự khác nhau về số vòng thơm ở các hydrocacbon thơm còn khác nhau bởi số nguyên tử cacbon, mạch nhánh và vị trí nhánh. Trong nhóm này, người ta còn phát hiện thấy sự có mặt của các vòng thơm ngưng tụ đa vòng. Một phần là do chúng đã có mặt trong nguồn dầu nguyên liệu ban đầu có tỷ lệ thay đổi theo nguồn gốc dầu mỏ, một phần khác thì chúng được hình thành trong quá trình chưng cất do phản ứng trùng ngưng, trùng hợp dưới tác dụng của nhiệt độ. Tuy nhiên, đại bộ phận hợp chất thơm trong dầu nhờn là loại lai hợp, lai hợp naphten và hydrocacbon thơm hay parafin [6-trang 53]. Nhìn chung, các hydrocacbon naphten hay hydrocacbon thơm 1 vòng hoặc 2 vòng với mạch nhánh parafin dài khi có cùng nhiệt độ sôi thì độ nhớt của chúng cũng xấp xĩ nhau. Khi tăng chiều dài mạch nhánh thì độ nhớt tăng lên rõ rệt và chỉ số độ nhớt cũng tốt, đặc biệt nhánh alkyl lại phân nhánh. Còn naphten và hydrocacbon cacbon nhiều vòng hoặc dạng lai hợp naphten-hydrocacbon thơm thường có độ nhớt rất cao song chỉ số độ nhớt lại rất thấp. Như vậy, những hợp chất này không phải là những cấu tử cần thiết cho dầu gốc để chế tạo dầu bôi trơn có chất lượng tốt, mặt khác trong quá trình làm việc thì các hợp chất này có xu hướng tạo nhựa mạnh làm giảm nhanh chóng tính năng sử dụng của dầu nhờn. Dầu Gốc n-Parafin Tách sáp Sáp Naphten một vòng và alkylbenzen izo-Parafin Naphten và hydrocacbon thơm hai vòng Naphten và hydrocacbon thơm đa vòng Trích ly bằng dung môi Các hợp chất phi hydrocacbon Phần chiết thu được Hình IV.1 : Thành phần của phân đoạn cất chân không Hình IV.1 cho ta biết những thành phần nào có trong phần cất chân không từ dầu thô là các cấu tử có lợi và những cấu tử có hại cần phải loại bỏ khi sản xuất dầu nhờn. Tóm lại, những hợp chất hydrocacbon có cấu trúc gồm naphten hay hydrocacbon thơm một vòng có nhánh iso-Parafin dài, các hợp chất iso-parafin là những cấu tử tốt cho dầu nhờn vì chúng không chỉ có độ nhớt đảm bảo mà chúng còn có chỉ số độ nhớt cao làm cho dầu nhờn có chất lượng tốt. IV.1.1.3. Hydrocacbon rắn: Ngoài các hydrocacbon trên thì còn có nhóm hydrocacbon rắn gồm dãy các parafin có cấu trúc và phân tử khác nhau, các hydrocacbon naphten chứa từ 1 đến 3 vòng trong phân tử và có mạch nhánh dài có cấu trúc dạng thẳng hoặc iso, các hydrocacbon thơm có số vòng và số mạch nhánh khác nhau. Các hydrocacbon rắn được tách ra trong quá trình sản xuất dầu nhờn gốc cho nên hàm lượng của chúng trong dầu nhờn là rất ít. Có hai loại hydrocacbon rắn: Parafin là hổn hợp chủ yếu của các phân tử n-alkan với khối lượng khá cao.( lớn hơn 20 cacbon). Xerexin là hổn hợp chủ yếu của hydrocacbon naphten rắn có mạch nhánh dạng thẳng hoặc dạng iso, trong đó iso là chủ yếu. Tóm lại, thành phần cụ thể của hydrocacbon trong dầu nhờn như sau: Bảng IV.3: Thành phần hydrocacbon trong dầu nhờn [10-trang 62] Hydrocacbon % thể tích trong dầu nhờn n-Parafin 13.7 Izo-Parafin 8.3 Naphten 1 vòng 18.4 Naphten 2 vòng 9.9 Naphten 3 vòng 16.5 Hydrocacbon thơm 1 vòng + Naphten 10.5 Hydrocacbon thơm 2 vòng + Naphten 8.1 Hydrocacbon thơm 3 vòng + Naphten 6.6 Hydrocacbon thơm nhiều vòng ngưng tụ với các chất Phi hydrocacbon 8.0 IV.1.2. Các thành phần khác: Ngoài các hydrocacbon có mạt trong dầu nhờn thì còn có các thành phần như là: nhựa, asphanten, hợp chất phi hydrocacbon . IV.1.2.1 Các hợp chất nhựa và asphanten: Các chất nhựa và asphanten là những cấu tử không mong muốn của dầu nhờn. Sự có mặt của chất nhựa và asphanten làm nhuốm màu dầu rất mạnh, dẫn đến dầu có màu tối. Trong quá trình sử dụng và bảo quản dầu nhờn, khi dầu có điều kiện tiếp xúc với oxi không khí ở nhiệt độ thường hay nhiệt đô cao thì các hợp chất này cũng rất dễ bị oxi hóa tạo nên các sản phẩm có trọng lượng phân tử lớn hơn tùy theo mức độ bị oxi hóa. Những hợp chất này làm tăng độ nhớt nhưng cũng tạo cặn không tan và đọng lại trong dầu nhờn, nếu khả năng oxi hóa diễn ra mạnh thì càng tạo nhiều cacbon, cacboit, cặn cốc tạo tàn [12]. Và khi tiến hành sản xuất dầu nhờn thì người ta tiến hành loại bỏ chúng . IV.1.2.2. Các hợp chất phi hydrocacbon : Các hợp chất này dưới tác dụng của oxi cũng dễ tạo ra những hợp chất giống như nhựa. Những hợp chứa lưu huỳnh trong dầu nhờn thường là: các sunfua, diunfua các sunfua dị vòng hoặc các sunfua nối với vòng thơm 1 vòng hay nhiều vòng ngưng tụ với vòng Naphten, các thiophen và các thiophen nhiều vòng v.v... khi sử dụng để bôi trơn thì chúng sẽ tạo ra những hợp chất SO2 và SO3 gây ăn mòn các chi tiết của động cơ . Các hợp chất chứa nitơ có mặt trong dầu nhờn thường là cacboazol, pirol và các đồng đẳng của chúng, ngoài ra thì còn có các hợp chất pridin, quinon. Các hợp chất chứa oxi chủ yếu là các hợp chất axit naphtenic gây ăn mòn đường ống dẫn, các bể chứa hợp kim Pb, Cu, Zn, Fe... ngoài axit naphtenic ra thì còn có rất ít axit asphantenic. Ngoài những hợp chất phi hydrocacbon nêu trên thì trong dầu nhờn còn có các nguyên tố kim loại như là: Ni, Va, Cu, Fe .v.v... với số lượng không nhiều. Tuy nhiên, sự có của những hợp chất này không hoàn toàn có hại mà nó làm tăng khả năng bám dính của dầu nhờn lên bề mặt kim loại. Nguyên nhân có thể là do sự hấp phụ hóa học của phần có cực của chúng lên bề mặt kim loại, trong quá trình đó các axit có thể tọa lớp với kim loại bề mặt 1 hợp chất kiểu như xà phòng và nhờ đó mà bám chắc vào bề mặt kim loại. IV.2. Đặc tính nguyên liệu dùng để sản xuất dầu nhờn: Khi tiến hành chưng cất dầu thô ở áp suất thường, người ta thu được nhiều phân đoạn và sản phẩm khác nhau, trong đó có phân đoạn mazut. Và ngay từ khi ngành chế biến dầu mỏ mới ra đời, mazut được xem như là không sử dụng được và người ta đã phải chi phí rất nhiều tiền của để đào đất chôn đi hoặt đốt bỏ một lượng mazut khổng lồ. Nhưng khi ngành công nghiệp dầu mỏ phát triển, với số lượng mazut “không sử dụng được” ngày càng lớn đã buộc con người phải nghiên cứu để sử dụng lại vào những mục đích có lợi. Và Mendeleep chính là một trong những người đã chú ý đầu tiên vấn đề dùng mazut làm nguyên liệu để sản xuất dầu nhờn [8]. Như vậy, ngay từ đầu người ta dùng nguyên liệu để sản xuất dầu nhờn là mazut. Nó là cặn của quá trình chưng cất ở áp suất thường có nhiệt độ sôi cao 350oC thông qua chưng cất chân không ta thu được các phân đoạn dầu nhờn chia theo các khoảng nhiệt độ sôi khác nhau. Dầu nhờn thu được này người ta cho qua các bước làm sạch tiếp theo rồi cho các chất phụ gia vào thì sẽ thu được dầu nhờn thương phẩm [1,6,9]. Để sản xuất dầu nhờn người ta còn dùng nguồn nguyên liệu là phân đoạn dầu nhờn từ quá trình chưng cất dầu thô ở áp suất chân không, người ta còn gọi là phân đoạn gasiol chân không có nhiệt độ sôi từ 350 - 5000C được sử dụng làm nguyên liệu cho quá trình cracking xúc tác hay cho hydrocracking xúc tác. Còn phân đoạn dầu nhờn hẹp 320 - 4000C; 300 - 4200C; 400 - 4500C; 420 - 4900C; 450 - 5000C được dùng làm nguyên liệu cho sản xuất các loại dầu nhờn bôi trơn khác nhau. Về sau, khi ngành chế tạo máy móc cũng như ngành công nghiệp nặng phát triển đã đòi hỏi chuẩn loại dầu nhờn ngày càng phải đa dạng phong phú về số lượng và chất lượng ngày càng cao, cho nên các nhà công nghệ đã nghiên cứu và tận dụng phần cặn gudron [9] làm nguyên liệu để sản xuất dầu nhờn cặn có độ nhớt cao. Cặn gudron là phần còn lại của quá trình chưng cất chân không, có nhiệt độ sôi trên 5000C. Trong phần này tập trung các hydrocacbon số cacbon từ 41 trở lên, có thể lên đến 50 hoặc 60 thậm chí lên đến 80. Vì thế, cấu trúc của các hydrocacbon này rất phức tạp, cấu trúc chủ yếu là hệ vòng thơm và naphten nhiều vòng, ngưng tụ cao. Muốn chọn được nguyên liệu để sản xuất dầu nhờn tốt thì phải xét đến thành phần, hiệu suất dầu nhờn và các tính chất của chúng. Từ dầu mỏ như thế nào thì cho chúng ta nguyên liệu tốt để sản xuất dầu nhờn ??? Dầu mỏ có tiềm lượng dầu nhờn cao, và có chỉ số nhớt của dầu nhờn cao là loại dầu có chứa ít nhựa và lưu huỳnh, đây là loại dầu mỏ cho ta chất lượng sản xuất dầu nhờn có hiệu quả kinh tế cao và có chất lượng dầu nhờn tốt. Qua khảo sát về đặt tính của nguyên liệu sản xuất dầu nhờn và qua nghiên cứu các tính chất cần phải có của dầu nhờn ta thấy nguyên liệu để sản xuất dầu nhờn tốt là loại thuộc dầu mỏ của các họ: Parafinnic. Naphten- Parafinic Parafinic- Naphtenic Vì rằng trong thành phần của mazut và cặn gudron của dầu mỏ của các họ nói trên chứa nhiều hydrocacbon naphtenic và thơm ít vòng và loại có nhiều nhánh đủ dài. Đó là những cấu tử có chỉ số nhớt cao và là những cấu tử chủ yếu nhất của dầu nhờn. Ngược lại với nguyên liệu cặn mazut, gudron của dầu mỏ Naphtenic, Naphtenic-Aromatic, họ thơm thì khó có khả năng sản xuất các loại dầu nhờn có chỉ số nhớt cao, vì rằng trong thành phần của chúng chứa rất nhiều hydrocacbon vòng và với những nhánh phụ rất ngắn, các cấu tử này có chỉ số nhớt thấp. Và do vậy, khi sử dụng loại nguyên liệu này để sản xuất dầu nhờn thì cho hiệu suất thấp và chất lượng không cao đồng thời khâu làm sạch sau khi chế biến cũng rất tốn kém. IV.3 Sơ đồ hệ thống sản xuất dầu nhờn chung: Để đáp ứng yêu cầu về thành phần của dầu nhờn gốc cần có, thì dầu nhờn cần được phải sản xuất từ dầu thô qua các quá trình chưng cất, chiết bằng dung môi, dùng dung môi tách sáp và xử lý tinh chế. Việc lựa chọn dầu nhờn gốc để pha chế thành dầu nhờn thương phẩm phụ thuộc vào độ nhớt, mức độ tinh chế, độ ổn định nhiệt và khả năng tương hợp của các chất khác (phụ gia) hoặc các vật liệu mà dầu tiếp xúc trong quá trình sử dụng. Thông thường thì dầu nhờn gốc được pha từ dầu chưng cất và phân đoạn thu được từ dầu chưng cất phần cặn. Trong mục thành phần hóa học của dầu nhờn ta đã đề cập đến thành phần mong muốn của dầu nhờn gốc. Chúng bao gồm cả iso-Parafin và các phân tử có một hoặc hai vòng gắn với mạch nhánh parafin. Các hợp chất khác như các hydrocacbon có cấu trúc vòng naphten, vòng aromat hoặc các dị vòng là những thành phần không mong muốn (vì chúng có tính nhớt nhiệt kém). Vì vậy mà cần phải tách những cấu tử này ra trong quá trình lọc dầu. Việc tách các thành phần không mong muốn trong quá trình sản xuất dầu nhờn gốc nhờ các quá trình lọc dầu sẽ cho phép có thể sản xuất dầu gốc có chất lượng cao, ngay cả với thành phần phân đoạn của dầu thô chưa thích hợp cho mục đích này. Sơ đồ công nghệ chung để sản xuất dầu nhờn gốc từ dầu mỏ thường, bao gồm các công đoạn được chỉ ra ở hình VI.2, có các quá trình chính như sau: Chưng cất chân không nguyên liệu. Chiết, tách, trích ly bằng dung môi. Tách các hydrocacbon rắn (sáp hay petrolactum). Làm sạch lần cuối bằng hyđro hóa. Quá trình tách asphanten bằng dung môi propan thường áp dụng để sản xuất dầu nhờn có độ nhớt cao từ nguyên liệu cặn guđron cũng được xếp vào quá trình chiết, trích ly bằng dung môi. Tách sáp Làm sạch bằng hyđro Dầu gốc Nguyên liệu (phần cặn rộng) Dầu cất nhẹ Dầu cất trung Dầu cất nặng Cặn guđron Chiết bằng dung môi Tách asphan bằng propan Chưng cất chân không Dầu cất nhẹ Dầu cất trung Dầu cặn Dầu cất nặng Phần chiết Hình IV.2: Sơ đồ công nghệ sản xuất dầu nhờn gốc IV.3.1. Chưng cất: Từ sơ đồ chung (hình IV.2) ta thấy công đoạn đầu tiên sản xuất dầu nhờn gốc là chưng cất chân không để tách lấy các phân đoạn riêng biệt dựa vào nhiệt độ sôi hay độ nhớt. Bước đầu này bao gồm việc chưng cất chân không phần cặn còn lại của quá trình chưng cất khí quyển. Do đó, mục đích chính của bước này là điều chỉnh độ nhớt và nhiệt độ chớp cháy của dầu gốc. Nhìn vào sơ đồ hình IV.3 ta thấy, phần cặn của quá trình chưng cất khí quyển (gọi là phần cặn rộng) được cho thẳng vào tháp chưng chân không. Tại đây, phần cặn này được tách thành các thành phần cất dầu bôi trơn khác nhau và phần cặn cất chân không (cặn hẹp). Quá trình chưng cất chân không tạo ra các sản phẩm có độ nhớt khác nhau. Phần nhẹ nhất, có độ nhớt nhỏ nhất thu được ở phía trên cùng của tháp phân đoạn và dầu nặng nhất được thu từ phần dưới đáy tháp. Trong các phân đoạn 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 khác 4 3 2 1 Hình IV.3: Sơ đồ hệ thống chưng cất chân không để sản xuất các công đoạn dầu nhờn nhau về thành phần các cấu tử cho nên chúng không cho phép nhận được các phân đoạn dầu bôi trơn với chất lượng mong muốn. Nhưng nhờ công nghiệp chế biến hiện đại, người ta có thể thu được dầu nhờn gốc có chất lượng tốt từ bất cứ một loại dầu thô nào. Và tất nhiên là giá thành sản phẩm sẽ rất khác nhau và sẽ cao dần khi loại nguyên liệu dùng không thuận lợi. Một vài đường cong khi chưng cất dầu thô naphten được mô tả trên hình IV.4 và tính chất của các phân đoạn cất này được trình bày ở bảng IV.4. Hình IV.4: Sơ đồ biểu diễn các đường cong chưng cất của các phân đoạn dầu nhờn từ dầu thô Naphten Bảng IV.4: Tính chất của các phân đoạn bôi trơn tách ra từ quá trình chưng cất các phân đoạn dầu nhờn từ loại dầu thô Naphten Tính chất Các phân đoạn dầu bôi trơn Dầu cọc sợi nhẹ Dầu cọc sợi nặng Dầu bôi trơn nhẹ Dầu bôi trơn nặng Khối lượng riêng ở 15oC, g/cm2 0.900 0.915 0.930 0.936 Độ nhớt : - ở 40oC - ở 100oC 10.1 2.43 26 4.25 119 9.75 380 19.5 Chỉ số độ nhớt 52 28 36 37 Nhiệt độ chớp cháy, oC 160 181 221 258 IV.3.2 Quá trình trích ly chiết bằng dung môi: Khi tiến hành chưng cất, không thể nào loại ra hết được các cấu tử không mong muốn. Chúng có trong dầu nhờn gốc sau một thời gian bảo quản hay sử dụng thì bị biến đổi màu sắc, tăng độ nhớt, xuất hiện các hợp chất có tính axit không tan trong dầu tạo thành cặn nhựa hoặc cặn bùn tan trong dầu nhờn. Vì vậy, dùng dung môi để tách tiếp các cấu tử không mong muốn này. Nguyên lý của quá trình tách bằng dung môi là dựa vào tính chất hòa tan chọn lọc với dung môi được sử dụng. Khi trộn dung môi ở điều kiện thích hợp thì các cấu tử sẽ bị phân thành hai nhóm: nhóm cấu tử hòa tan tốt trong dung môi tạo thành pha riêng với tên gọi là pha chiết (extract), phần còn lại không hòa tan hoặc hòa tan rất ít vào trong dung môi gọi là Raffinat. Sản phẩm có ích có thể nằm trong pha chiết hoặc nằm trong pha chiết hay nằm trong pha Raffinat. Nhưng trong thực tế người ta quen gọi pha chứa sản phẩm là pha raffinat còn pha cần loại đi là pha extract. Dựa vào bản chất của dung môi mà ta chia thành dung môi có cực và dung môi không có cực hay dung môi hổn hợp. Nhưng dù cho loại nào thì dung môi được chọn cũng phải thỏa mản các yêu cầu sau: Phải có tính hòa tan chọn lọc, tức là phải có khả năng phân tách chúng thành hai nhóm cấu tử: nhóm có lợi và nhóm không có lợi cho dầu nhờn gốc. Tính chất này còn gọi là độ chọn lọc của dung môi. Phải bền về mặt hóa học, không phản ứng với các cấu tử của nguyên liệu không gây ăn mòn và dễ sử dụng. Có giá thành rẻ và dễ kiếm. Có nhiệt độ sôi khác xa với các cấu tử cần tách để dễ dàng thu hồi dung môi, tiết kiệm được năng lượng. Ba loại dung môi có cực thích hợp cho việc tách hydrocacbon thơm và cặn nhựa ra khỏi dầu nhờn cất hiện đang được sử dụng phổ biến đó là: phenol, furfurol, N-metylpirolydon. Còn để tách nhựa asphanten trong phân đoạn gudron người ta dùng phổ biến là propan lỏng. IV.3.3 Quá trình tách sáp: Sáp dầu mỏ là hổn hợp parafin mạch thẳng và các hydrocacbon khác có nhiệt độ nóng chảy khá cao và hòa tan kém trong dầu ở nhiệt độ thấp. Vì thế chúng không được phép có mặt trong dầu nhờn thành phần, ngoại trừ khi hàm lượng thấp, hoặc các loại dầu được sử dụng ở điều kiện không phải nhiệt độ thấp, ví dụ như điều kiện nhiệt độ phòng, hoặc điều kiện khí hậu nhiệt đới. Trên thực tế trừ một số loại dầu gốc tách từ một số loại dầu thô có hàm lượng Parafin thấp, còn tất cả các loại dầu bôi trơn đều phải trải qua tách parafin, nếu không chúng không có độ linh động hợp lý ở nhiệt độ môi trường. Tách sáp là một trong những khâu quan trọng nhất và khó khăn nhất trong quá trình chế biến dầu nhờn gốc. Có hai qui trình hiện đang được sử dụng để tách sáp, đó là: Qui trình thứ nhất : làm lạnh để kết tinh sáp và dùng dung môi để hòa tan thành phần dầu đủ cho phép lọc nhanh để tách sáp khỏi dầu. Qui trình thứ hai: dùng cracking chọn lọc để bẻ gẫy phân tử parafin tạo thành những sản phẩm nhẹ. Phương pháp này còn được gọi là tách parafin dùng xúc tác. Quá trình này còn được gọi là quá trình tách parafin xúc tác. Tuy nhiên, quá trình tách sáp bằng xúc tác chưa được áp dụng rộng rãi mà còn ở giai đoạn nghiên cứu và thử nghiệm bán công nghiệp [1,3-81]. IV.3.4. Làm sạch bằng axit sunfuric và đất sét: Tinh chế bằng axit là một trong những tinh chế cổ điển nhất trong công nghiệp dầu mỏ. Nói một cách sơ lược thì quá trình này gồm giai đoạn khuấy trộn dầu với axit sunfuric đặc, tách dầu khỏi cặn bùn axit bằng lắng gạn hoặc ly tâm và cuối cùng tách các có tính axit tan trong dầu bằng cách dùng xút rửa hoặc dùng một loại đất sét thích hợp để xử lý. Việc xử lý axit trong thời gian dài là quá trình tinh chế dầu khoáng quan trọng nhất. Tuy nhiên trong quá trình này có một số nhược điểm do vậy mà nó dần được thay thế bằng các quá trình xử lý hydro. IV.3.5. Quá trình tách atphan bằng propan: Thông thường, để sản xuất dầu n