Nghiên cứu tái sinh dầu nhờn thải động cơ

ố lượng và chất lượng của nền kinh tế quốc dân đang không ngừng phát triển. Hoàn cảnh lịch sử đã tạo nên một tình huống không bình thường là, trong khi nước ta sản xuất và xuất khẩu hàng chục triệu tấn dầu mỗi năm, đồng thời là nước đông dân thứ 13 trên thế giới, thì lại là một trong số rất ít nước trên thế giới không có công nghệ lọc – hoá dầu. Các sản phẩm hoá dầu quan trọng đều phải nhập ngoại. Dầu nhờn cũng không phải là trường hợp ngoại lệ. Hằng năm, mức tiêu thụ dầu mỡ bôi trơn ở nước ta đạt khoảng 100000 tấn/năm, với mức tăng trưởng 4 - 8%. Toàn bộ lượng dầu nhờn này phải nhập từ nước ngoài dưới dạng thành phẩm hoặc ở dạng dầu gốc cùng với các loại phụ gia rồi tự pha chế. Trong khi đó hầu như toàn bộ dầu thải (dầu sau sử dụng) được thải trực tiếp ra môi trường. Đó là sự lãng phí quá lớn vì dầu thải chính là nguồn nguyên liệu có thể sử dụng trong công nghiệp và hơn nữa nó sẽ gây ra ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nếu điều này không được cải thiện. Việc tái sinh dầu thải không những cho phép tiết kiệm đáng kể nguồn nguyên liệu, mà còn có giá trị về mặt kinh tế cao, và quan trọng hơn là giải quyết được nạn ô nhiễm môi trường, một vấn đề đang được quan tâm hàng đầu trong đời sống và sản xuất. Không phải chỉ những nước nhập khẩu dầu hay các nước đang phát triển mà ngay cả các nước có trữ lượng dầu thô không nhỏ và các nước phát triển cũng không ngừng nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ tái sinh hiện đại. Hiện nay trên thế giới có rất nhiều công nghệ tái sinh dầu thải khác nhau dựa trên thiết bị hiện đại, phức tạp như xử lý đặc biệt bằng hoá chất, chưng cất chân không, ly tâm, trích ly và hydro hoá làm sạch. Tất cả các phương pháp hiện đại đấy đều cho ra sản phẩm dầu gốc hoàn toàn có thể thay thế được dầu khoáng ban đầu. Tuy nhiên đều đòi hỏi vốn đầu tư xây dựng dây truyền tái sinh lớn, kỹ thuất cao, công nghệ phức tạp, công nhân, kỹ sư vận hành có trình độ chuyên môn cao. ở nước ta, vấn đề tái sinh dầu thải chưa thật sự được quan tâm. Việc tái sinh dầu thải không tập trung, quy nô nhỏ, sử dụng các phương pháp đơn giản. Quy trình thu gom chưa hợp lý, lại sử dụng phương pháp không hoàn chỉnh về công nghệ, gây ô nhiễm môi trường. Nhiều xưởng tái sinh tư nhân còn gây cháy nổ nghiêm trọng do không có ý thức phòng chống cháy nổ và bảo vệ môi trường. Do vậy việc nghiên cứu để đưa ra phương pháp tái sinh dầu thải phù hợp với điều kiện hiện nay của Việt Nam là một vấn đề đáng quan tâm. Bởi vì, phát triển bền vững chỉ có thể đạt được khi dựa trên cơ sở khoa học công nghệ vững chắc và mục tiêu của nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ là phục vụ phát triển kinh tế, phát triển đất nước. Dầu nhờn động cơ là nhóm dầu quan trọng nhất trong các loại dầu bôi trơn. Tính trung bình, chúng chiếm khoảng 40% tổng các loại dầu bôi trơn sản xuất trên thế giới. ở Việt Nam, dầu nhờn động cơ chiếm khoảng 60% lượng dầu bôi trơn. Vì vậy trong đề tài này, chúng tôi tập trung khảo sát và xây dựng quy trình tái sinh dầu thải động cơ sao cho thu được hiệu suất cao nhất và có chất lượng cao nhất dựa vào sự kết hợp hai phương pháp: đông tụ và hấp phụ. Chương I. Tổng quan 1.1. Giới thiệu chung [2, 5] Ngay từ thời đồ đồng, khi mà con người chế tạo ra xe có bánh và các loại xe kéo thì cũng là lúc xuất hiện các chất bôi trơn đầu tiên. Như vậy kỹ thuật và các chất bôi trơn đã trở thành những yếu tố không thể tách rời nhau. Dù lượng chất bôi trơn cần dùng chỉ bằng 10% so với nhiên liệu, nhưng nếu thiếu chất bôi trơn hoặc chất bôi trơn không phù hợp, thì không một loại động cơ, máy móc nào từ đơn giản đến phức tạp có thể hoạt động nhịp nhàng và lâu bền được. Tại sao các chất bôi trơn lại có vai trò quan trọng như vậy?. Khi một vật dịch chuyển trên bề mặt của một vật khác thì sẽ xuất hiện một lực gọi là lực ma sát. Lực đó đã cản lại chuyển động của chính các vật thể. Hiện tượng ma sát luôn kéo theo sự hao phí công suất nhằm khắc phục ma sát và làm toả nhiệt, gây mài mòn các chi tiết làm việc. Không chỉ ở các nước đang phát triển mà ngay cả ở các nước công nghiệp phát triển, tổn thất do ma sát và mài mòn gây ra chiếm tới vài phần trăm tổng thu nhập quốc dân. ở CHLB Đức, thiệt hại do ma sát mài mòn các chi tiết máy liên quan tới việc sử dụng vật liệu bôi trơn hằng năm lên tới 32- 40 tỷ DM. Trong đó ngành công nghiệp chiếm 8,3- 9,4 tỷ, ngành năng lượng 2,67- 3,2 tỷ và ngành giao thông vận tải là 17- 32 tỷ. ở Canada, tổn thất do ma sát và mài mòn là hơn 5 tỷ đôla Canada. Chi phí bảo dưỡng các máy móc và các thiết bị do mài mòn lên tới 46% chi phí ban đầu. Riêng trong ngành lâm nghiệp của thế giới, chi phí sửa chữa gây ra bởi ma sát và mài mòn gấp 3,5 lần chi phí đầu tư ban đầu. ở nước ta, mặc dù mức độ cơ giới hoá trong đời sống và kỹ thuật chưa thật cao, nhưng theo đánh giá của các chuyên gia cơ khí, những tổn thất do ma sát và mài mòn cùng với những chi phí bảo dưỡng, sửa chữa hằng năm cũng lên tới vài trăm triệu đôla Mỹ… Những thiệt hại đáng kể đó của ma sát đòi hỏi con người luôn luôn phải tìm tòi, nghiên cứu để tạo ra những chất bôi trơn tốt nhất. Trong khi cố gắng giảm tác động của ma sát, con người đã áp dụng nhiều biện pháp khác nhau. Một thành tựu lớn của con người là phát hiện ra rằng khi các bề mặt làm việc được bôi trơn bằng dầu thì ma sát giảm xuống rất nhiều. Dầu nhờn (hoặc mỡ nhờn) làm giảm lực ma sát giữa các bề mặt tiếp xúc bằng cách “cách ly” các bề mặt này để chống lại sự tiếp xúc trực tiếp giữa hai bề mặt kim loại. Khi có hai bề mặt chuyển động được ngăn cách bởi một lớp dầu thì sẽ xuất hiện ma sát lỏng, tức là ma sát trong bản thân lớp dầu, giữa các phân tử dầu. Lượng tổn thất năng lượng trong ma sát lỏng so với trong ma sát khô thì nhỏ hơn rất nhiều. Cùng với việc làm giảm ma sát trong chuyển động, dầu nhờn còn có một số chức năng khác góp phần cải thiện nhiều nhược điểm của thiết bị, có thể kể đến như : Bôi trơn làm giảm bớt sự cọ sát, giảm lực ma sát, cường độ mài mòn, ăn mòn của các bề mặt tiếp xúc đảm bảo cho máy móc có công suất làm việc tối đa. Làm mát động cơ, chống lại sự quá nhiệt của các chi tiết. Làm kín động cơ do dầu nhờn có thể lấp kín được các khe hở không thể khắc phục trong quá trình gia công, nhờ vậy đảm bảo được công suất của động cơ. Tác dụng tẩy rửa sạch những hạt kim loại, cát, than…chống lại sự mài mòn. Giảm mức tiêu thụ năng lượng của thiết bị, giảm chi phí bảo dưỡng, sửa chữa cũng như thời gian chết do hỏng hóc của thiết bị. 1.2. Thành phần của dầu nhờn [1, 3] Dầu nhờn thương phẩm bao gồm hai hợp phần là dầu gốc và phụ gia. Dầu gốc được sử dụng nhiều nhất là các phân đoạn dầu khoáng gốc dầu mỏ. Ngoài ra còn có thể sử dụng một số loại dầu gốc tổng hợp hay dầu gốc động thực vật. Dầu gốc chế biến từ dầu mỏ có nhiều chủng loại. Tuy vậy chúng được sản xuất chủ yếu từ quy trình pha trộn trên cơ sở bốn loại nguyên liệu là: Phân đoạn dầu nhẹ: sôi trong khoảng 350- 400 oC. Phân đoạn dầu trung bình: sôi trong khoảng 400- 450 oC. Phân đoạn dầu nặng: sôi trong khoảng 450- 500 oC. Phân đoạn dầu cặn: sôi khoảng trên 500 oC. Do vậy hầu hết các hợp chất có mặt trong các phân đoạn trên đều có mặt trong thành phần của dầu nhờn. 1.2.1. Thành phần hydrocacbon của dầu gốc 1.2.1.1. Nhóm hydrocacbon naphten- parafin Đây là nhóm hydrocacbon chủ yếu có trong dầu gốc dầu mỏ, hàm lượng của chúng có thể lên tới 40- 80% tuỳ thuộc loại dầu mỏ. Nhóm hydrocacbon này có cấu trúc chủ yếu là các hợp chất hydrocacbon vòng naphten, có kết hợp với các nhánh alkyl hoặc iso alkyl. Số nguyên tử cacbon trong phân tử có thể từ 20 đến 70. Các xyclo parafin thường ở dạng vòng 5, 6 cạnh, cũng có thể ở dạng ngưng tụ 2 hoặc 3 vòng hoặc lên tới 5 vòng nhưng rất ít gặp. Trong phân đoạn dầu nhẹ chứa chủ yếu loại một vòng và có ít nhánh phụ, còn ở phần có nhiệt độ sôi trung bình và cao thường là những cấu tử có nhiều vòng với nhánh phụ dài và các vòng ngưng tụ. Những hydrocacbon naphtenic một vòng có mạch nhánh dài là thành phần rất tốt của dầu nhờn vì chúng có độ nhớt cao và ít thay đổi theo nhiệt độ. Ngoài ra còn có các hydrocacbon dạng n-parafin và iso-parafin với hàm lượng không lớn, mạch cacbon không quá 20 nguyên tử. Loại hydrocacbon này có tính ổn định tốt, tính bôi trơn ít thay đổi theo nhiệt độ, nhưng độ nhớt thấp và nhiệt độ đông đặc cao. 1.2.1.2. Nhóm hydrocacbon thơm và naphten thơm Nhóm này bao gồm các hợp chất trong dãy đồng đẳng của benzen, naphtalen. Cũng như hydrocacbon naphtenic, các cấu tử aromat một vòng có nhánh phụ dài là nguyên liệu quý để sản xuất dầu nhờn có độ nhớt và chỉ số độ nhớt cao. Đôi khi còn có đồng đẳng của phenantren và antraxen. Một hợp phần nữa là các hydrocacbon hỗn tạp, trong phân tử có cả vòng thơm và naphten, chúng thường nằm ở phần có nhiệt độ sôi cao. Nhóm hydrocacbon này dễ bị oxy hoá tạo ra các hợp chất keo nhựa, đồng thời có tính bôi trơn thay đổi nhiều theo nhiệt độ, do đó chúng là hợp phần là giảm chất lượng dầu thương phẩm. 1.2.1.3. Nhóm hydrocacbon rắn Các hydrocacbon rắn có trong nguyên liệu sản xuất dầu bôi trơn, đôi khi lên tới 40- 50% tuỳ thuộc bản chất dầu thô. Phần lớn chúng đã được tách lọc nhưng không tránh khỏi còn lại một lượng nhỏ. Sự có mặt của nhóm hydrocacbon này làm tăng nhiệt độ đông đặc, giảm khả năng sử dụng dầu ở nhiệt độ thấp, nhưng lại làm tăng tính ổn định của độ nhớt theo nhiệt độ và tính ổn định chống oxy hoá. Nhóm này có hai loại hydrocacbon rắn là: Parafin là hỗn hợp chủ yếu của các n- alkan có khối lượng phân tử cao (thường có mạch cacbon lớn hơn 20). Xerezin là hỗn hợp các hydrocacbon naphten có mạch nhánh alkyl dạng thẳng hoặc dạng nhánh và một lượng không đáng kể hydrocacbon rắn có vòng thơm và mạch nhánh alkyl. 1.2.2. Những thành phần khác Ngoài những thành phần chủ yếu kể trên, trong dầu bôi trơn còn có các chất hữu cơ chứa lưu huỳnh, nitơ, oxy tồn tại ở dạng các hợp chất nhựa, asphanten. Các hợp chất nhựa nằm trong phân đoạn dầu nhờn là những hợp chất mà phần cấu trúc chủ yếu của nó là những vòng thơm và naphten ngưng tụ cao. Đặc điểm của các hợp chất này là có độ nhớt lớn nhưng có chỉ số độ nhớt lại rất thấp. Mặt khác các chất nhựa có khả năng nhuộm màu rất mạnh, nên sự có mặt của chúng trong dầu sẽ làm dầu bị tối màu. Trong quá trình bảo quản và sử dụng, khi tiếp xúc với oxi không khí ở nhiệt độ thường hoặc nhiệt độ cao, nhựa đều dễ bị oxy hoá tạo ra các sản phẩm có trọng lượng phân tử lớn hơn tuỳ theo mức độ oxy hoá. Những chất này làm tăng độ nhớt và đồng thời tạo cặn không tan đọng lại trong dầu khi đưa vào bôi trơn lại làm tăng mài mòn các chi tiết tiếp xúc. Đối với các loại dầu nhờn dùng bôi trơn các động cơ đốt trong, nếu hàm lượng chất nhựa bị oxy hoá mạnh càng lớn thì chúng càng tạo ra nhiều loại cacbon, cacboid, cặn cốc, tạo tàn. Vì vậy chúng được loại khỏi dầu nhờn nhờ quá trình làm sạch. Các hợp chất chứa lưu huỳnh trong dầu nhờn chủ yếu là lưu huỳnh dạng sunfua, khi được dùng để bôi trơn các động cơ đốt trong chúng sẽ bị cháy tạo nên SO2 và SO3 gây ăn mòn các chi tiết động cơ. Những hợp chất của oxy, chủ yếu các hợp chất axit naphtenic có trong dầu gây ăn mòn các đường dẫn dầu, thùng chứa làm bằng các hợp kim của Pb, Cu, Zn, Sn, Fe. Những sản phẩm ăn mòn này lại lắng đọng lại trong dầu, làm bẩn dầu và góp phần tạo cặn đóng ở các chi tiết của động cơ. 1.3. Một số tính chất cơ bản của dầu nhờn [1, 3, 9] 1.3.1. Một số tính chất vật lý của dầu nhờn 1.3.1.1. 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 tỷ 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. Khối lượng riêng là một tính chất vật lý cơ bản và cùng với những tính chất khác đặc trưng cho các phân đoạn nhẹ và nặng của dầu mỏ cũng như đánh giá chất lượng của dầu thô. Phép xác định khối lượng riêng khá nhanh và dễ dàng. Vì các sản phẩm của một loại dầu thô nhất định có khoảng nhiệt độ sôi và độ nhớt nhất định, sẽ có khối lượng riêng trong một khoảng xác định. Tuy nhiên khối lượng riêng của một chất bôi trơn ít có ý nghĩa trong việc đánh giá chất lượng. Khối lượng riêng của dầu đã sử dụng cũng gần bằng khối lượng riêng của dầu nhờn chưa sử dụng. Một giá trị của khối lượng riêng bất thường có thể cho thấy dầu bị lẫn sản phẩm khác hay một dung môi, một chất khí. Chẳng hạn sự thay đổi khối lượng riêng của dầu nhờn động cơ có thể là dấu hiệu bị lẫn nhiên liệu. Tuy nhiên khối lượng riêng và tỷ trọng vẫn được dùng chủ yếu để xác lập các chỉ tiêu về trọng lượng và thể tích trong vận chuyển, tồn chứa và mua bán. Tiêu chuẩn ASTM D 941 để xác định khối lượng riêng và tỷ trọng bằng picnometer Lipkin có hai mao quản đối với dầu bôi trơn bất kỳ có độ nhớt nhỏ hơn 15 cSt (mm2/s) ở 12 oC. Tiêu chuẩn ASTM D 1298 thường dùng trong phòng thí nghiệm. Người ta dùng một tỷ trọng kế bằng thuỷ tinh để xác định khối lượng riêng, tỷ trọng hay độ oAPI của tất cả các sản phẩm ở dạng lỏng. Tiêu chuẩn ASTM D 1250 cung cấp những bảng số nhằm chuyển đổi khối lượng riêng (hay tỷ trọng) của một sản phẩm dầu mỏ lỏng đo được từ -17,8 oC (0oF) tới 160 oC (500 oF) về nhiệt độ tiêu chuẩn ở 60 oF (15,6 oC). 1.3.1.2. Màu sắc của dầu nhờn Sự khác nhau về màu sắc của dầu bôi trơn có nguồn gốc từ sự khác nhau về dầu thô dùng chế biến ra nó, về khoảng nhiệt độ sôi, về phương pháp và mức độ làm sạch trong quá trình tinh luyện, về hàm lượng và phụ gia pha vào các dầu đó. Màu dầu rất khác nhau: từ trong suốt đến sẫm màu hoặc đen kịt. Màu ít có ý nghĩa đối với dầu động cơ vì rất nhiều dầu mới có pha các phụ gia tối màu và thông thường trong quá trình sử dụng dầu động cơ tối màu rất nhanh. Nói chung các phương pháp so màu đều dựa trên cơ sở so sánh bằng mắt thường, lượng ánh sáng truyền qua một bề dày xác định của một loại dầu với lượng ánh sáng truyền qua của một trong số dãy kính màu. Người ta dùng một nguồn ánh sáng tiêu chuẩn, còn mẫu thì được đạt trong buồng thử rồi so sánh với màu của các đĩa thuỷ tinh màu có giá trị từ 0,5 đến 8,0. Phép xác định màu của các sản phẩm dầu mỏ được sử dụng chủ yếu cho mục đích kiểm tra trong quá trình sản xuất và đối với người tiêu dùng thì màu dầu cũng là một chỉ tiêu chất lượng quan trọng, vì người ta nhìn thấy được. Thông thường các loại dầu thương phẩm có màu nâu – vàng với xanh lá cây hoặc xanh lơ. Các loại dầu thương phẩm có màu tối hay mầu xấu đều không được ưa chuộng. 1.3.2. Tính bôi trơn và lưu chuyển của dầu nhờn Trong động cơ, khi làm việc dầu nhờn lưu chuyển trong hệ thống bôi trơn. Để dầu có thể bôi trơn tốt, đồng thời thực hiện được các chức năng khác, yêu cầu dầu phải có tính lưu chuyển tốt. Để đánh giá tính lưu chuyển của dầu nhờn ở các điều kiện khác nhau và xét khả năng bôi trơn của chúng, người ta sử dụng chỉ tiêu chất lượng là độ nhớt, chỉ số độ nhớt và nhiệt độ đông đặc. 1.3.2.1. Độ nhớt của dầu nhờn Độ nhớt của dầu nhờn là một đại lượng vật lý đặc trưng cho trở lực ma sát nội tại của nó sinh ra khi chuyển động. Nó là một trong những tính chất sử dụng quan trọng của dầu nhờn, có ảnh hưởng nhiều đến sự lưu thông của dầu trong hệ thống cũng như khả năng bôi trơn và làm mát các bề mặt ma sát. Thêm vào đó, độ nhớt xác định điều kiện của động cơ có thể khởi động dễ dàng ở điều kiện lạnh, chịu được sự sinh nhiệt trong ổ bi, bánh răng, xylanh, nó cũng đánh giá khả năng làm kín của dầu cũng như mức độ tiêu hao và thất thoát. Như vậy đối với mỗi chi tiết máy điều cơ bản đầu tiên là phải dùng dầu có độ nhớt thích hợp đối với những điều kiện vận hành máy. Thường thì các phương tiện tải trọng nặng, tốc độ thấp thì sử dụng các dầu bôi trơn có độ nhớt cao, những phương tiện vận tải nhẹ, tốc độ cao thì dùng dầu có độ nhớt thấp. Độ nhớt cũng là một chỉ tiêu rất quan trọng trong việc theo dõi dầu trong quá trình sử dụng. Nếu độ nhớt tăng, thì đó là biểu hiện dầu bị oxy hoá. Còn nếu độ nhớt giảm thì có thể là nhiên liệu hay các tạp chất khác nhiễm vào dầu. Theo các 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 nhau bởi một lớp dầu dày 1 mm. Đó là độ nhớt động lực được tính bằng pascal giây (Pa.s). Theo đơn vị CGS thì lại tính bằng poazơ P (dyn.s/cm2). Có thể chuyển đổi giữa hai đơn vị này theo công thức: 1 Pa.s = 10P. Poazơ có thể chuyển sang đơn vị động học thường sử dụng là stoc (St) mà giá trị phụ thuộc tỷ trọng của dầu. Trong hệ số đơn vị SI độ nhớt động học được tính bằng m2/s hay mm2/s (1 mm2/s = 1 cSt). Có nhiều phương pháp và thiết bị được dùng để đo độ nhớt, nhưng quan trọng nhất là những dụng cụ dùng mao quản, mà trong mao quản đó thời gian chảy của dầu tỷ lệ với độ nhớt động học. Nhiều hình dạng mao quản khác nhau đã được sử dụng, các chỉ tiêu kỹ thuật và những quy trình sử dụng của tất cả các loại nhớt kế động học mao quản làm bằng thuỷ tinh được dẫn ra ở ASTM D 446. Một loại nhớt kế khác (nhớt kế Brookfield) đo độ cản trở sự quay của một xylanh trong dầu. Với những hệ số chuyển đổi phù hợp cho những cỡ xylanh khác nhau người ta có thể xác định được độ nhớt rất lớn hay rất nhỏ của dầu. Độ nhớt của bất kỳ chất lỏng nào cũng đều giảm đi khi nhiệt độ tăng. Do đó cần phải có một phương pháp xác định độ nhớt của các dầu bôi trơn ở những nhiệt độ khác với nhiệt độ mà chúng đã được đo. Thông thường người ta tiến hành đo độ nhớt ở hai nhiệt độ, sau đó đánh dấu những điểm này trên những đồ thị đặc biệt của độ nhớt phụ thuộc vào nhiệt độ. Hai nhiệt độ thường dùng là 40oC và 100oC. Đồ thị tương quan độ nhớt – nhiệt độ trong thực tế là một đường thẳng. Bởi vậy khi một đường thẳng được thiết lập bởi hai độ nhớt đã biết, thì độ nhớt thứ ba cần tìm tại một nhiệt độ nhất định nào đó có thể xác định trực tiếp trên đồ thị này. 1.3.2.2. Chỉ số độ nhớt Chỉ số độ nhớt là trị số chuyên dùng để đánh giá sự thay đổi độ nhớt của dầu bôi trơn theo nhiệt độ. Dầu nhờn được coi là dầu 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. Ngược lại nếu độ nhớt thay đổi nhiều theo nhiệt độ, có nghĩa là dầu có chỉ số độ nhớt thấp. Họ dầu gốc parafin có tính nhớt nhiệt tốt, quy ước có chỉ số độ nhớt VI = 100. Họ dầu gốc naphten có tính nhớt nhiệt kém, quy ước có chỉ số độ nhớt VI = 0. Như vậy chỉ số độ nhớt là một đại lượng có tính quy ước. Có một số cách tính chỉ số độ nhớt nhưng thông dụng hơn cả là cách tính theo tiêu chuẩn ASTM D 2270 dựa vào độ nhớt động học ở 40oC và 100oC (hình 1.1). Chỉ số độ nhớt của dầu thí nghiệm được xác định theo công thức sau: VI = 100 x Trong đó: U là độ nhớt động học ở 40oC của dầu có chỉ số độ nhớt cần phải tính, mm2/s; L là độ nhớt động học đo ở 40oC của một loại dầu có chỉ số độ nhớt bằng 0 và cùng độ nhớt động học ở 100oC với dầu cần tính chỉ số độ nhớt, mm2/s; H là độ nhớt động học đo ở 40oC của một loại dầu có chỉ số độ nhớt bằng 100 và cùng độ nhớt động học ở 100oC với dầu cần đo chỉ số độ nhớt; Nếu độ nhớt động học của dầu ở 100oC nhỏ hơn hay bằng 70 mm2/s thì các giá trị tương ứng của L và H cần phải tra trong bảng ASTM D 2270. Bảng 1.1 trích một phần bảng ASTM D 2270. Bảng 1.1. Một số giá trị của L và H ứng với giá trị độ nhớt động học ở 100oC Độ nhớt động học ở 100oC, mm2/s Giá trị L Giá trị H 2,00 7,994 5,394 2,10 8,640 6,894 5,00 40,23 28,49 5,10 41,99 29,48 15,00 296,5 149,7 15,10 300,0 151,2 20,00 493,2 229,5 20,20 501,5 233,0 70,00 4905 1558 Nếu độ nhớt động học ở 100oC lại lớn hơn 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 là độ nhớt động học ở 100oC của dầu cần tính, mm2/s. Dầu có giá trị VI bằng 100 hay lớn hơn, chỉ số độ nhớt được tính như sau: VI = [(antilg N – 1)/0,00715] + 100 Trong đó N = (lgH – lgU)/lgY Nếu độ nhớt của dầu ở 100oC nhỏ hơn hay bằng 70 mm2/s thì giá trị H tương ứng được tra từ ASTM D 2270. Nếu độ nhớt đo được lớn hơn 70 mm2/s thì giá trị H được tính như sau: H = 0,1684 Y2 + 11,85 Y – 97 Ngoài ra có thể xác định chỉ số độ nhớt theo toán đồ như ở hình 1.2. Cách xác định như sau: Đặt thước nối hai điểm của giá trị độ nhớt ở 40oC và 100oC, điểm cắt sẽ là giá trị chỉ số độ nhớt VI cần tìm. 1.3.3. Tính bay hơi của dầu nhờn Thành phần chủ yếu của dầu nhờn là các hydrocacbon có nhiệt độ sôi cao, do đó chúng rất khó bay hơi. Tuy vậy người ta vẫn phải đánh giá tính bay hơi của dầu nhờn vì có thể có những thành phần nhẹ lẫn trong dầu, nhất là với dầu đã qua sử dụng thường hay bị lẫn nhiên liệu. Tính bay hơi của dầu có liên quan đến an toàn cháy nổ nên được đánh giá cẩn thận qua các chỉ tiêu độ chớp cháy và lượng nhiên liệu lẫn vào dầu. 1.3.3.1. Nhiệt độ chớp cháy của dầu nhờn Nhiệt độ chớp cháy của dầu được định nghĩa là nhiệt độ thấp nhất mà tại áp suất khí quyển là 101,3 kPa, mẫu được nung nóng đến bốc hơi và bắt lửa trong những điều kiện đặc biệt của phương pháp thử. Mẫu sẽ chớp cháy khi có một ngọn lửa và lan truyền tức thì khắp bề mặt của mẫu. Nhiệt độ chớp cháy là nhiệt độ thấp nhất mà tại đó lượng hơi thoát ra trên bề mặt dầu có thể bén cháy khi có mồi lửa lại gần và cháy ít nhất trong thời gian 5 giây không tắt. Để xác định nhiệt độ chớp cháy của dầu nhờn người ta thường dùng phương pháp ASTM D 92 (phương pháp cốc hở). Ngoài ra còn có tiêu chuẩn ASTM D 93 (phương pháp cốc kín), phương pháp này được dùng để phát hiện sự nhiễm bẩn dầu bôi trơn bởi những lượng nhỏ của các hợp chất dễ bay hơi. Đánh giá nhiệt độ chớp cháy của một loại dầu là để xác định sự có mặt của những thành phần sôi thấp hoặc nhiên liệu trong dầu. Theo quy định các loại dầu có nhiệt độ chớp cháy không được thấp hơn một giới hạn nhiệt độ tối thiểu nào đó, nhằm đảm bảo an toàn chống cháy nổ trong quá trình bảo quản, và sử dụng dầu, nhất là ở nơi nhiệt độ cao và không thông thoáng. Đối với dầu động cơ, trị số giới hạn tối thiểu của điểm chớp cháy cốc hở trong khi sử dụng được các nhà chế tạo và các hãng dầu khuyến cáo là từ 150oC đến 170oC. 1.3.3.2. Hàm lượng nhiên liệu trong dầu bôi trơn Việc lẫn nhiên liệu vào dầu hay xảy ra nhất là lúc máy đang vận hành. Sự pha tạp quá mức của nhiên liệu vào dầu luôn gắn liền với sự trục trặc nào đó của qua trình vận hành máy. Tiêu chuẩn ASTM D 322 được dùng xác định hàm lượng xăng (theo % khối lượng) lẫn trong dầu bôi trơn bằng phương pháp chưng cất. Tiêu chuẩn ASTM D 3525 để xác định hàm lượng xăng và ASTM D 3524 để xác định hàm lượng nhiên liệu diezen (% khối lượng) lẫn vào dầu bằng phương pháp sắc ký khí với những điều kiện thích hợp. Nhiên liệu lẫn vào dầu sẽ làm giảm nhiệt độ bén cháy và chớp cháy, dễ gây nên mất an toàn cháy nổ. Ngoài ra nhiên liệu còn làm giảm chất lượng của dầu nhiều mặt, nhất là khả năng bôi trơn giảm ma sát, chống mài mòn. Đối với dầu động cơ, khi lượng nhiên liệu bị lẫn vào dầu vượt qua 5% khối lượng thì phải thay dầu. 1.3.4. Tính bảo vệ kim loại của dầu nhờn Các hợp phần hydrocacbon của dầu nhờn không có tính ăn mòn nhưng một số tạp chất lẫn trong dầu có tính ăn mòn kim loại, cần phải hạn chế tới mức tối thiểu. Đồng thời người ta còn pha trộn trong dầu một số phụ gia chống gỉ, bảo vệ bề mặt kim loại. Để đánh giá tính ăn mòn và khả năng bảo vệ bề mặt kim loại của dầu nhờn, cần xác định các chỉ tiêu trị số kiềm tổng, axit tổng và kiểm nghiệm ăn mòn mảnh đồng. * Trị số axit và kiềm Trong dầu gốc đã qua chế biến vẫn chứa một lượng nhỏ axit như axit naphtenic, axit oxycacboxylic… Sau một thời gian sử dụng, hàm lượng các hợp chất này tăng lên do tác dụng oxy hoá của không khí đối với các hợp phần dễ phản ứng trong dầu. Ngoài ra cũng có thể có một lượng nhỏ axit hữu cơ nhiễm vào dầu nhờn từ các hợp chất chứa lưu huỳnh trong nhiên liệu diezen hoặc phụ gia chứa clo pha vào xăng. Tính axit còn do một số loại phụ gia mang tính axit pha vào dầu. Trị số axit tổng (TAN) là chỉ tiêu đánh giá tính axit của dầu, đặc trưng bởi số miligam kali hydroxyt (KOH) cần thiết để trung hoà toàn bộ lượng axit có trong 1g dầu. - Trị số kiềm tổng (TBN) là chỉ tiêu đánh giá độ kiềm của dầu nhờn, cho biết lượng axit clohydric hay percloric, được quy chuyển sang lượng KOH tương đương (tính bằng miligam) cần thiết để trung hoà hết các hợp chất mang tính kiềm có mặt trong 1g mẫu. Có ba phương pháp xác định trị số trung hoà: Phương pháp thứ nhất: ASTM D 974 (xác định trị số axit và kiềm bằng phương pháp chuẩn độ có dùng chỉ thị màu), đó là phương pháp chủ yếu thích hợp với các loại dầu sáng mầu. Phương pháp thứ hai: ASTM D 664 (xác định trị số axit của các sản phẩm dầu mỏ bằng phương pháp chuẩn độ điện thế), phương pháp này được dùng cho các loại dầu tối màu. Phương pháp thứ ba: ASTM D 2896 (xác định trị số kiềm của các sản phẩm dầu mỏ bằng phương pháp chuẩn độ điện thế dùng axít percloric) Hiện nay, nhiều loại phụ gia được sử dụng nhằm nâng cao phẩm chất dầu bôi trơn, tuỳ thuộc vào thành phần cấu tạo của phụ gia mà dầu sẽ có tính kiềm hay tính axit. Trong dầu mới cũng như dầu đã sử dụng những chất được coi là có tính axit gồm: các axit vô cơ và hữu cơ, các este, các hợp chất nhựa, cũng như các phụ gia. Tương tự như vậy, các hợp chất được coi là có tính kiềm bao gồm: các chất vô cơ và hữu cơ, các muối của các kim loại nặng, các phụ gia, đặc biệt là các phụ gia dùng trong điều kiện khắc nghiệt như phụ gia rửa… Trong một số trường hợp các phụ gia có thể chứa các axit yếu và kiềm yếu khi tan vào trong dầu chúng không tác dụng với nhau, nhưng lại tác dụng với cả hai loại axit mạnh và kiềm mạnh, mà ta dùng trong phép xác định trị số trung hoà cho cả hai trị số là trị số axit và trị số kiềm. Cũng còn có những loại phụ gia khác có khả năng tham gia phản ứng trao đổi với kiềm trong quá trình trung hoà làm sai lệch giá trị axit của phép xác định. Những hiệu ứng này của phụ gia đã che lấp mất sự thay đổi độ axit của dầu. Do đó việc xác định trị số trung hoà có thể ít có ý nghĩa đối với một số loại dầu có chứa chất phụ gia. Rất nhiều loại phụ gia hiện đang sử dụng cho dầu động cơ, có chứa các hợp chất kiềm, nhằm trung hoà các sản phẩm axit của quá trình cháy, lượng tiêu tốn các thành phần kiềm này là một chỉ số về tuổi thọ sử dụng của dầu. Phép đo độ kiềm liên quan đến TBN hiện đang được áp dụng cho hầu hết các dầu động cơ, đặc biệt là dầu động cơ diezen. Chỉ số axit tổng TAN của dầu thải là một đại lượng đánh giá mức độ biến chất của dầu do quá trình oxy hoá. Đối với hầu hết các loại dầu bôi trơn, chỉ số TAN có giá trị ban đầu tương đối nhỏ và tăng dần trong quá trình sử dụng dầu. Tuy nhiên với một số dầu có tính chống ăn mòn do có chứa những phụ gia có tính axit nên độ axit ban đầu cao, vì vậy giá trị TAN ban đầu của dầu mới không thể dùng để tiên đoán một cách chính xác chất lượng của dầu. 1.3.5. Độ sạch của dầu nhờn Độ sạch của dầu nhờn được đánh giá qua hiện tượng nhiễm bẩn dầu bởi các tạp chất từ bên ngoài như nước, nhiên liệu, tạp chất cơ học. Tuy nhiên trong bản thân thành phần dầu cũng chứa một số yếu tố khiến cho khi dầu hoạt động ở nhiệt độ cao, dầu bị cháy sẽ tạo ra một số tạp chất bẩn này. Một số chỉ tiêu để xác định độ sạch của dầu là: hàm lượng nhiên liệu, hàm lượng nước, hàm lượng tro, hàm lượng cốc và cặn không tan trong dầu. 1.3.5.1. Hàm lượng nước Hàm lượng nước là lượng nước được tính bằng phần trăm (%) hay phần triệu (ppm) so với khối lượng của dầu. Nước lẫn vào dầu làm thay đổi rất nhiều chất lượng của dầu. Hàm lượng nước lớn làm giảm khả năng bôi trơn của dầu, giảm độ cách điện của dầu, làm tăng tính ăn mòn kim loại, xúc tiến quá trình oxy hoá, phân huỷ các loại phụ gia, do đó làm tăng quá trình tạo muội, mài mòn xecmăng, bạc xylanh, bạc lót ổ trục. Hàm lượng nước trong dầu đến 0,2 % được đánh giá là có vết nước trong dầu. Có ba phương pháp chính để xác định nước trong dầu: ASTM D 95 để xác định nước trong dầu bằng phương pháp chưng cất. ASTM D 96 để xác định nước và cặn trong dầu bằng phương pháp ly tâm. ASTM D 1744 có thể xác định nước trong dầu nhờ thuốc thử Karl Fisher. Theo quy định không được có nước trong dầu bôi trơn. Có thể phát hiện định tính của nước trong dầu bôi trơn bằng phép thử độ nổ giòn của dầu khi đốt nóng mẫu thử trên bề mặt kim loại. 1.3.5.2. Cặn không tan Những tạp chất không tan trong dầu như cát bụi lọt vào dầu bôi trơn trong khi bảo quản, vận chuyển, ngoài ra trong quá trình sử dụng còn tạo thành mạt kim loại do sự mài mòn, muội nhiên liệu và các sản phẩm oxy hóa khác. Cặn không tan trong dầu làm tăng sự mài mòn các chi tiết máy và có thể làm động cơ ngừng hoạt động. Cặn không tan phân làm hai loại: Cặn không tan trong pentan: bao gồm các cặn cứng lọt từ ngoài vào và cặn nhựa do dầu bị oxy hoá tạo thành. Cặn không tan trong toluen: chỉ gồm các cặn cứng (quen gọi là tạp chất cơ học) do từ ngoài lọt vào dầu. Cặn không tan trong pentan lớn hơn cặn không tan trong toluen và hiệu số giữa hai phần cặn này nói lên mức độ dầu chịu oxy hoá nhiều hay ít. Cặn không tan ảnh hưởng xấu tới chất lượng dầu nhờn, do đó nhìn chung theo quy định trong dầu không cho phép có cặn không tan trong toluen, nghĩa là không có tạp chất cơ học. Tuy vậy trong các loại dầu có chứa phụ gia thì lượng cặn không tan được phép là: 0,010 – 0,025 %, do một phần phụ gia tách ra. Có hai phương pháp xác định cặn không tan trong dầu: ASTM D 893 dùng xác định hàm lượng cặn theo phương pháp ly tâm rồi sấy khô và xác định khối lượng. TCVN 3165 – 79 dùng xác định tạp chất cơ học bằng cách chiết ly. 1.3.5.3. Hàm lượng cặn cacbon của dầu nhờn Hàm lượng cặn cacbon (% khối lượng) tạo thành khi đốt dầu nhờn đến nhiệt độ cao trong khí quyển kín, các hợp chất nhẹ bay hơi đi, còn lại các chất nặng bị phân huỷ, bị cốc hoá chuyển thành cặn cacbon (còn gọi là cặn cốc). Xác định hàm lượng cặn cacbon cho phép đánh giá sơ bộ về mức độ tạo muội của dầu nhờn trong động cơ đốt trong. Hàm lượng cặn cacbon phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng chất nhựa – asphanten trong dầu. Khi hàm lượng nhựa – asphanten càng lớn thì hàm lượng cặn cacbon càng cao và trong chừng mực nào đó thì lượng muội tạo thành trong động cơ càng nhiều. Thường xác định hàm lượng cặn cacbon theo hai tiêu chuẩn: - ASTM D 189 dùng xác định cặn cacbon Conradson - ASTM D 524 dùng xác định cặn cacbon Romsbottom Theo quy định hàm lượng cặn ._.cacbon của các loại dầu không vượt quá 0,7%. 1.4. Tác dụng của dầu nhờn trong động cơ [1, 3, 4, 6, 9] Mục đích chính của việc sử dụng dầu nhờn là làm giảm lực ma sát giữa bề mặt tiếp xúc với nhau bằng cách tạo ra một lớp màng mỏng phân cách hai bề mặt đó không cho chúng cọ sát trực tiếp với nhau. Tại sao dầu nhờn lại có thể làm được điều đó? Đấy là do dầu nhờn có những tác dụng nhất định đối với động cơ. 1.4.1. Tác dụng làm trơn, giảm ma sát Khi máy chạy, các bộ phận trong động cơ cọ sát vào nhau sinh ra sức cản, làm cho máy móc hư mòn. Dầu nhờn trong động cơ có tác dụng làm cho máy trơn là do nó có tính nhớt. Dầu nhờn phải có độ nhớt phù hợp với mục đích sử dụng. Nếu sử dụng dầu nhờn có độ nhớt không thích hợp sẽ gây ra những tác hại sau: Nếu độ nhớt qúa lớn: Trở lực do nội ma sát tăng, sức cản lớn khi nhiệt độ xung quanh thấp làm giảm tốc độ trục cơ, động cơ phải tiêu tốn năng lượng để duy trì hoạt động bình thường, do đó làm tăng lượng nhiên liệu tiêu hao, công suất động cơ giảm. Độ nhớt cao làm động cơ khởi động khó khăn, dầu khó lưu thông vào các bề mặt ma sát và khó phủ kín bề mặt ma sát tạo hiện tượng ma sát khô, gây mài mòn chi tiết máy. Dầu có độ nhớt thấp giảm khả năng làm mát. Nếu độ nhớt quá nhỏ: Độ nhớt quá nhỏ làm cho khả năng bám dính kém không có khả năng che kín. Dầu không lấp đầy được các khe hở dẫn đến bị dò lọt khí cháy, nhiên liệu, nước… Dầu có độ nhớt nhỏ dễ bị đẩy ra khỏi bề mặt ma sát do không chịu được tải trọng, dễ dẫn đến ma sát giới hạn, gây mài mòn. Tăng lượng tiêu hao dầu nhờn do khả năng bay hơi cao và bám dính kém dễ bị trôi Để tăng độ nhớt, chỉ số độ nhớt cũng như tăng độ bám dính của dầu thường sử dụng các phụ gia như polyacrylat, polyizobutylen, xà phòng nhôm của các axit không no và các loại xà phòng khác. 1.4.2. Tác dụng làm mát máy Dầu nhờn trong động cơ không những có tác dụng bôi trơn, mà còn có một tác dụng vô cùng quan trọng đó là tác dụng làm mát máy. Nếu máy có thể đem toàn bộ nhiệt năng của nhiên liệu biến thành công, thì hơi thừa sẽ nguội, mà dầu nhờn chỉ cần hoàn thành một loại công việc là làm giảm sự cọ sát. Nhưng trên thực tế máy chỉ có thể đem 25 – 35% nhiệt năng biến thành công, còn 65 – 75% nhiệt năng cần phải đưa ra ngoài máy. Mỗi lần đốt cháy 1kg xăng thì trong máy phải dẫn ra nhiệt năng là 8000 kcal nếu không máy nóng qúa sẽ hư hỏng. Nhiệt năng chưa biến thành công, sẽ theo hơi thừa ra ngoài máy và bị dầu nhờn đem đi, dầu nhờn luôn luôn thu hút nhiệt năng từ mặt cọ sát của máy và truyền ra nước làm nguội. Mặc dù khả năng truyền nhiệt của dầu nhờn rất nhỏ, khi nhiệt độ tăng thêm 1oC, khả năng truyền nhiệt của dầu nhờn trong 1 giây chỉ được 0,0005 cal, trong khi của nước là 0,0015 cal tức là gấp 3 lần, do vậy dầu nhờn là chất làm nguội không tốt, tuy nhiên nó vẫn có tác dụng làm nguội nhất định. 1.4.3. Tác dụng làm kín Mặt kim loại không thể bằng nhẵn mãi được, ngay cả nếu ta cho rằng mặt ngoài của kim loại bằng nhẵn thì vẫn có những chỗ không bằng, tuy nhiên phải dùng kính hiển vi mới thấy được. Khi khe hở giữa pittông và xylanh, khe hở giữa séc- măng và rãnh đã quá lớn, thì mắt thường mới có thể nhìn thấy. Nếu trong xylanh không có dầu nhờn thì hơi thừa sẽ từ buồng nổ qua các khe hở đưa vào trong cacte. Dầu nhờn vào đầy tất cả các khe tạo một lớp màng kín, hơi sẽ không thể đi qua được, dầu nhờn làm kín sát sẽ đảm bảo được công suất của động cơ. 1.4.4. Tác dụng tẩy rửa, làm sạch Trong quá trình làm việc, các loại cặn cơ học sinh ra luôn là mối hiểm hoạ đối với các thiết bị máy móc đặc biệt là động cơ đốt trong. Chúng là bụi, muội than và mạt kim loại. Các cặn kim loại này có thể bám trên bề mặt của các bề mặt cần bôi trơn làm tăng ma sát giữa các bề mặt, gây hiện tượng mài mòn mạnh. Không những thế lượng nhiệt gây ra do ma sát lớn có thể gây quá nhiệt cục bộ làm động cơ hoạt động thiếu chính xác, hiệu suất động cơ giảm. Để chống được hiện tượng này, dầu nhờn phải có khả năng kéo được những chất cặn này ra khỏi bề mặt bôi trơn và giữ chúng ở trạng thái lơ lửng, không cho chúng lắng trở lại. Có được tính năng đó là do trong dầu nhờn còn có thêm các phụ gia tẩy rửa. Với nồng độ từ 2% đến trên 10%, các chất tẩy rửa trong dầu có thể ngăn cản hoặc loại trừ các cặn không tan trong dầu, cặn sơn, cacbon, và các hợp chất chì trên các bộ phận của động cơ đốt trong. Chúng tác dụng bằng cách hấp phụ trên các hạt không tan, giữ chúng ở trạng thái lơ lửng trong dầu để giảm tối thiểu cặn lắng và giữ cho bên trong động cơ sạch sẽ. Các phụ gia phân tán có khả năng ngăn ngừa hoặc làm chậm quá 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 cấu 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. Nói cách khác các chất phân tán có một ái lực mạnh với các tiểu phân gây bẩn dầu và chúng bao quanh mỗi một tiểu phân bằng các phân tử tan trong dầu, nhờ đó giữ cho các cặn của dầu không bị kết tủa và đóng cặn lại trong động cơ. Ngoài ra, đa số các chất tẩy rửa và một số chất phân tán đều có khả năng trung hoà các sản phẩm axit trong quá trình cháy nhiên liệu và trong dầu bị oxy hoá nhờ vậy cũng giảm khả năng tạo cặn. Mức độ yêu câù phân tán và tẩy rửa tuỳ thuộc vào sự khác biệt của các yếu tố như dạng nhiên liệu, nhiệt độ làm việc của động cơ, tăng áp, tính hoạt động liên tục, nhiệt độ môi trường xung quanh. 1.4.5. Tác dụng ổn định chống oxy hoá Các sản phẩm do oxy hóa dầu động cơ sẽ sinh ra các chất tạo cặn, tăng cường ăn mòn các ổ đỡ kim loại, làm tăng độ nhớt. Hơn nữa, điều kiện làm việc của động cơ luôn tạo điều kiện cho quá trình oxy hoá xảy ra như lượng dầu trong động cơ ít, thời gian sử dụng dầu dài, công suất động cơ lớn… Do vậy khả năng chống oxy hoá là một tính năng quan trọng đối với dầu bôi trơn của động cơ đốt trong. Khả năng chống oxy hoá của dầu nhờn thường được tăng cường bằng cách cho thêm vào dầu các loại phụ gia chống oxy hoá. 1.4.6. Tác dụng chống gỉ, ăn mòn Dầu động cơ phải có một số khả năng sau: Ngăn ngừa hiện tượng gỉ và ăn mòn do nước ngưng tụ và các sản phẩm cháy ở nhiệt độ thấp cũng như chế độ hoạt động không liên tục gây ra. Chống lại sự mài mòn do các sản phẩm trong quá trình cháy gây ra. Bảo vệ các ổ đỡ hợp kim đồng – chì khỏi sự ăn mòn do các sản phẩm 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 ._.