Trích ly dầu nhờn bằng dung môi chọn lọc - Phenol với công suất 400.000 tấn/năm

ch rời. Có rất nhiều chất liệu có thể dùng bôi trơn, tuy nhiên ở thời điểm đó con người chưa có khái niệm về dầu nhờn. Tất cả các loại máy móc đều được bôi trơn bằng dầu mỡ lợn, sau đó là dầu ôliu, và dầu thảo mộc… Khi ngành chế biến dầu mỏ ra đời, con người đã dần dần tiếp cận và khám phá ra những chức năng của dầu nhờn đã vượt trội so với các dầu bôi trơn trước đó. Có thể nói các thiết bị máy móc nếu không có dầu bôi trơn thì không thể hoạt động được; và từ đó dầu nhờn được sử dụng phổ biến. Hiện nay nước ta có khoảng 8 triệu công cụ liên quan đến bôi trơn bằng dầu mỡ với tài khoản vào khoảng vài tỷ đô la. Do chính sách đổi mới kinh tế của Nhà nước, tốc độ đầu tư ngày càng tăng về số lượng và tài sản thiết bị có liên quan đến sử dụng dầu bôi trơn ngày càng lớn. Vấn đề quan trọng là làm sao sử dụng được các trang thiết bị có hiệu quả. Hiện nay trong nhiều ngành kinh tế, thời gian sử dụng máy móc chỉ ở mức 30%. Trong những nguyên nhân gây ra sự hao mòn chi tiết thì nguyên nhân mài mòn vẫn là chủ yếu. Không chỉ ở các nước đang phát triển mà ngay cả ở các nước công nghiệp phát triển, tổn thất về ma sát, mài mòn do sử dụng dầu bôi trơn và kỹ thuật bôi trơn chưa đúng đã chiếm tới vài phần trăm tổng thu nhập quốc dân. ở nước ta, theo đánh giá của các chuyên gia dầu khí, thiệt hại do ma sát mài mòn và các chi phí bảo dưỡng hàng năm vào khoảng vài triệu đô la Mỹ. Tổn thất do ma sát mài mòn gây ra có nhiều nguyên nhân, nhưng do thiếu dầu bôi trơn và sử dụng dầu bôi trơn với độ nhớt và phẩm cấp không phù hợp chiếm tới 30%. Vì vậy, sử dụng dầu bôi trơn có chất lượng phù hợp với quy định của nhà chế tạo máy thiết bị, kỹ thuật bôi trơn đúng có vai trò lớn để đảm bảo thiết bị làm việc liên tục, ổn định, giảm chi phí bảo dưỡng nhằm nâng cao tuổi thọ của động cơ, hiệu suất sử dụng và độ tin cậy của máy móc. Tuy nhiên, để sản xuất dầu nhờn đảm bảo những yêu cầu trên, cần tách các cấu tử không mong muốn trong phân đoạn dầu nhờn. Việc tách các thành phần không mong muốn trong sản xuất dầu gốc được thực hiện nhờ quá trình lọc dầu sẽ cho phép sản xuất dầu gốc chất lượng cao ngay cả với phân đoạn dầu nhờn của dầu thô chưa thích hợp cho sản xuất dầu nhờn. Sơ đồ công nghệ chung để sản xuất dầu nhờn gốc từ dầu mỏ thường gồm các công đoạn chủ yếu sau: Chưng chân không nguyên liệu cặn mazut. Chiết tách, trích ly bằng dung môi Tách hydrocacbon rắn (sáp hay petrolactum). Làm sạch lần cuối bằng hydro. Trích ly là dùng một dung môi có thể hoà tan chọn lọc một hoặc một vài nhóm cấu tử có trong phân đoạn dầu nhờn nhằm thu được các cấu tử quý dùng để sản xuất dầu nhờn gốc. Phương pháp trích ly rất đa dạng và dung môi cũng nhiều. ở đây ta chỉ nghiên cứu công nghệ sản xuất dầu nhờn bằng phương pháp "Trích ly bằng dung môi chọn lọc - Phenol". Nguyên liệu là phân đoạn dầu nhờn hay dầu cặn nặng thu được từ quá trình khử asphan cặn gudron. Phần I: Tổng quan lý thuyết Chương I: Thành phần, tính chất và công dụng của dầu nhờn Dầu nhờn có tầm quan trọng rất lớn trong việc bôi trơn các chi tiết chuyển động, giảm ma sát, giảm mài mòn và ăn mòn các chi tiết, tẩy sạch bề mặt, tránh tạo thành các lớp cặn bùn, tản nhiệt, làm mát và làm khít các bộ phận cần làm kín… Trong các chức năng kể trên thì chức năng bôi trơn là chức năng quan trọng nhất của dầu nhờn. Bôi trơn là biện pháp làm giảm ma sát đến mức thấp nhất, bằng cách tạo ra giữa bề mặt ma sát một lớp chất được gọi là bôi trơn, hầu hết các chất bôi trơn là chất lỏng. Do vậy các chất bôi trơi lỏng (dầu bôi trơn) được biết đến nhiều nhất trong ứng dụng kỹ thuật. I.1. Thành phần của dầu nhờn gốc. Dầu gốc chế biến từ dầu mỏ có nhiều chủng loại. Tuy vậy chúng được sản xuất từ quy trình pha trộn trên cơ sở bốn loại nguyên liệu là: Phân đoạn dầu nhẹ (Sôi trong khoảng 350 á 4000C), phân đoạn dầu trung bình (sôi trong khoảng 4000C - 4500C), phân đoạn dầu nặng (sôi trong khoảng 450oC – 500oC), phân đoạn dầu cặn (sôi khoảng trên 5000C). Thành phần chủ yếu của dầu nhờn gốc là các hợp phần hyđrocacbon, bao gồm các nhóm khác nhau. a. Nhóm Hydrocacbon naphten - parafin: Đây là nhóm hydrocacbon chủ yếu có trong dầu bôi trơn, hàm lượng của chúng có thể lên tới 40 á 80% tuỳ thuộc loại dầu mỏ. Nhóm này có cấu trúc chủ yếu là hydrocacbon vòng naphten, có kết hợp với nhánh alkyl hoặc izo - alkyl. Số nguyên tử cacbon trong phân tử có thể từ 20 - 70 nguyên tử cacbon. Loại hydrocacbon này có tính bôi trơn tốt, tính ổn định hoá học tốt, do đó chúng là thành phần tốt của dầu bôi trơn. Ngoài ra còn có các hydrocacbon dạng n - parafin và izo - 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, nhiệt độ đông đặc cao. b. Nhóm hydrocacbon thơm và naphten - thơm. Nhóm này bao gồm các hợp chất trong dãy đồng đẳng của benzen, naphtalen. Đôi khi còn có đồng đẳng của phenantren. Một hợp phần nữa là các hydrocacbon lai hợp giữa vòng naphten và vòng thơm. 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 làm giảm chất lượng của dầu nhờn. c. 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 những hợp chất này được loại khỏi dầu bôi trơn nhờ quy trình tách lọc parafin rắn. Tuỳ kỹ thuật tách lọc mà nhóm hydrocacbon rắn này được tách triệt để hay không, Nhưng dù sao chúng vẫn còn tồn tại trong dầu với hàm lượng nhỏ. Sự có mặt của nhóm hyđrocacbon 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 rắn (có thành phần chủ yếu là cá alkan có mạch cacbon lớn hơn 20) và 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). Ngoài những thành phần chủ yếu kể trên, trong dầu bôi trơn còn có các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh, nitơ, oxy tồn tại ở dạng các hợp chất nhựa, asphanten. Nhìn chung đây cũng là hợp phần làm giảm chất lượng của dầu bôi trơn, chúng có mầu sẫm, dễ bị biến chất, tạo cặn trong dầu khi làm việc ở nhiệt độ và áp suất cao, chúng được loại khỏi dầu nhờ quá trình làm sạch. I.2. Các tính chất cơ bản của dầu nhờn. I.2.1. 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, đo bằng g/cm3 hay kg/m3. Tỷ trọng là tỷ số giữa khối lượng riêng của một chất đã cho ở nhiệt độ quy định và khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ quy định đó. Do vậy tỷ trọng sẽ có giá trị đúng bằng khối lượng riêng khi coi trọng lượng của nước ở 40C bằng 1. Trong thực tế, tồn tại các hệ thống đo tỷ trọng sau: . Trong đó chỉ số trên d là nhiệt độ của dầu hay sản phẩm dầu trong lúc thử nghiệm, còn chỉ số bên dưới là nhiệt độ của nước khi thử nghiệm. Ngoài ra, trên thị trường dầu thế giới còn sử dụng độ 0API thay cho tỷ trọng và 0API được tính như sau: 0API = Khối lượng riêng là một tính chất cơ bản và cùng với những tính chất vật lý khác nó đặc trưng cho từng loại phân đoạn sản phẩm dầu mỏ cũng như dùng để đánh giá phần nào chất lượng của dầu thô. Đối với dầu bôi trơn, khối lượng riêng ít có ý nghĩa để đánh giá chất lượng. Khối lượng riêng của dầu đã qua sử dụng không khác nhau là mấy so với dầu chưa qua sử dụng. Tuy nhiên một giá trị bất thường nào đó của khối lượng riêng cũng có thể giúp ta phán đoán về sự có mặt trong dầu một phần nhiên liệu, dung môi, thậm chí cả một chất khí nào đó. Tuy nhiên cũng như đối với nhiên liệu, sử dụng chủ yếu của khối lượng riêng là dùng để chuyển đổi khối lượng sang thể tích và ngược lại trong lúc pha trộn, vận chuyển, tồn chứa, cung cấp hoặc mua bán dầu nhờn. I.2.2. Độ nhớt của dầu nhờn. Độ nhớt của một số phân đoạn dầu nhờn là một đại lượng vật lý đặc trưng cho trở lực do ma sát nội tại của nó sinh ra khi chuyển động. Do vậy độ nhớt có liên quan đến khả năng bôi trơn của dầu nhờn. Để thực hiện nhiệm vụ bôi trơn, dầu nhờn phải có độ nhớt phù hợp, phải bám chắc lên bề mặt kim loại và không bị đẩy ra ngoài, có nghĩa là nó phải có ma sát nội tại nhỏ. - Khi độ nhớt quá lớn sẽ làm giảm công suất máy do tiêu hao nhiều công để thắng lực cản của dầu, khó khởi động máy, nhất là vào mùa đông nhiệt độ môi trường thấp, giảm khả năng làm mát máy, làm sạch máy do dầu lưu thông kém. - Khi độ nhớt quá nhỏ, dầu sẽ không tạo được lớp màng bền vững bảo vệ bề mặt các chi tiết máy móc nên làm tăng sự ma sát, đưa đến ma sát nửa lỏng nửa khô gây hư hại máy, giảm công suất, tác dụng làm kín kém, lượng dầu hao hụt hụt nhiều trong quá trình sử dụng. Độ nhớt của dầu nhờn phụ thuộc chủ yếu vào thành phần hoá học. Các hydrocacbon parafin có độ nhớt thấp hơn so với các loại khác. Chiều dài và độ phân nhánh của mạch hydrocacbon càng lớn, độ nhớt sẽ tăng lên. Các hydrocacbon thơm và naphten có độ nhớt cao. Đặc biệt, số vòng càng nhiều thì độ nhớt càng lớn. Các hydrocacbon hỗn hợp giữa thơm và naphten có độ nhớt cao nhất. Độ nhớt của dầu nhờn thường được tính bằng paozơ (P) hay centipoazơ (đối với độ nhớt động lực) hoặc stốc (st) hoặc centistôc (cst) đối với độ nhớt động học. I.2.3. Chỉ số độ nhớt. Một đặc tính cơ bản nữa của dầu nhờn đó là sự thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ. Thông thường, khi nhiệt độ tăng, độ nhớt sẽ giảm. 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. Chỉ số độ nhớt (VI) là trị số chuyên dùng để đánh giá sự thay đổi độ nhớt của dầu bôi trơn theo nhiệt độ. Quy ước dầu gốc parafin có độ nhớt ít thay đổi theo nhiệt độ, VI = 100; họ dầu gốc naphten có độ nhớt thay đổi nhiều theo nhiệt độ, VI = 0. Như vậy chỉ số độ nhớt là một đại lượng có tính quy ước. Chỉ số độ nhớt VI được tính như sau: VI = . 100. Trong đó: - U là độ nhớt động học ở 400C của dầu có chỉ số độ nhớt cần phải tính, mm2/s. - L là độ nhớt động học đo ở 400C của một loại dầu có chỉ số độ nhớt bằng 0 và cùng độ nhớt động học ở 1000C với dầu cần tính chỉ số độ nhớt, mm2/s. - H là độ nhớt động học đo ở 400C của một loại dầu có chỉ số độ nhớt bằng 100 và cùng độ nhớt động học ở 1000C với dầu mà ta cần đo chỉ số độ nhớt, mm2/s. Ta thấy rằng: Nếu U > L thì VI sẽ là số âm, dầu này có tính nhớt nhiệt kém. Nếu L > U > H thì VI sẽ trong khoảng từ 0 và 100 Độ nhớt động học L-U L-H H(VI=100) L(VI=0) U VI của dầu U = L - U L - H 100 40 H1: Sự thay đổi độ nhớt của dầu bôi trơn theo nhiệt độ, lý giải về chỉ số độ nhớt (VI). Nhiệt độ, 0C Nếu H > U thì VI lớn hơn 100, dầu này có tính nhớt nhiệt tốt. Nếu độ nhớt động học của dầu ở 1000C nhỏ hơn hoặc bằng 70 mm2/s thì giá trị tương ứng của L và H cần phải tra trong bảng ASTM - D2270. Độ nhớt động học ở 1000C, mm2/s Giá trị L Giá trị H 2,0 7,994 6,394 2,1 8,64 6,894 5,0 40,23 28,49 5,1 41,99 29,49 15,0 296,5 149,7 15,1 300,0 151,2 20,0 493,2 229,5 20,2 501,5 233 70,0 4905 1558 Bảng 1: Những giá trị L và H ứng với độ nhớt động học ở 1000C Nếu độ nhớt động học ở 1000C 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 độ nhớt động học ở 1000C của dầu cần tính chỉ số độ nhớt, mm2/s. Ngoài ra, có thể xác định chỉ số độ nhớt VI theo toán đồ. Hình 2: Toán đồ để xác định chỉ số độ nhớt VI Dựa vào chỉ số độ nhớt, người ta phân dầu nhờn gốc thành các loại như sau: Dầu gốc có chỉ số độ nhớt cao HVI Dầu gốc có chỉ số độ nhớt trung bình MVI Dầu gốc có chỉ số độ nhớt thấp LVI Hiện nay cũng chưa có sự quy định thật rõ ràng về chỉ số độ nhớt của các loại nói trên. Trong thực tế chấp nhận là nếu chỉ số nhớt (VI) của dầu nhờn cao hơn 85 thì được gọi là dầu có chỉ số độ nhớt cao. Nếu chỉ số độ nhớt thấp hơn 30 thì dầu đó xếp vào loại có chỉ số độ nhớt thấp, còn dầu MVI nằm giữa hai giới hạn đó. Nhưng trong chế biến dầu, từ công nghệ hydrocracking có thể tạo ra được loại dầu gốc có trị số độ nhớt rất cao (> 140). Các loại dầu gốc này được xếp vào loại có chỉ số độ nhớt rất cao (VHVI) hay siêu cao (XHVI). Dầu LVI được sản xuất từ dầu mỏ họ naphten, nó được dùng khi mà chỉ số độ nhớt và độ ổn định oxy hoá không phải là chỉ tiêu chính được chú trọng nhiều. Dầu gốc MVI được sản xuất từ phần cất của dầu naphten - parafin, nhưng không cần tách chiết sâu. Còn dầu gốc loại HVI thường được sản xuất từ dầu họ parafin qua tách chiết sâu bằng dung môi chọn lọc và tách sáp . I 2.4. Điểm đông đặc, điểm vẩn đục: Điểm đông đặc: là nhiệt độ thấp nhất mà ở đó dầu bôi trơn giữ được tính linh động ở điều kiện đã cho. Điểm vẩn đục: là nhiệt độ mà khi sản phẩm đem làm lạnh trong những điều kiện nhất định, nó bắt đầu vẩn đục do một số cấu tử bắt đầu kết tinh . Hầu hết dầu nhờn đều chứa một số sáp không tan và khi dầu được làm lạnh, những sáp này bắt đầu tách ra ở dạng tinh thể đan cài với nhau tạo thành một cấu trúc cứng, giữ dầu ở lrong các túi rất nhỏ của các cấu trúc đó Khi cấu trúc tinh thể của sáp này tạo thành đầy đủ thì dầu không luân chuyển được nữa. Để làm giảm nhiệt độ đông đặc của dầu người ta dùng phụ gia hạ nhiệt độ đông đặc. Yêu cầu dầu nhờn có nhiệt độ đông đặc và vẩn đục không thấp hơn giới hạn cho phép, chỉ liêu chất lượng này đặc biệt quan trọng đối với các loại dầu sử dụng ở vùng giá rét. ở nước ta thông thường yêu cầu nhiệt độ đông đặc của dầu không vượt -9oC. I 2.5. Nhiệt độ chớp cháy của dầu nhờn: Đặc trưng cho tính năng an toàn cháy nổ của dầu nhờn là nhiệt độ bắt cháy và chớp cháy. Nhiệt độ bắt cháy là nhiệt độ thấp nhất mà tại đó hơi dầu thoát ra trên bề mặt dầu có thể bắt cháy khi có mồi lửa lại gần. Nhiệt độ chớp cháy là nhiệt độ thấp nhất mà tại đó lượng hơi thoát ra trên bề mặt dầu có thề bắt cháy, khi có mồi lửa lại gần và cháy ít nhất trong thời gian 5 giây. Nhiệt độ bắt cháy và chớp cháy của một số loại dầu bôi trơn thường khác nhau từ 5oC tới 60oC, tuỳ thuộc độ nhớt của dầu, độ nhớt càng cao thì độ cách biệt này càng lớn. I 2.6. Trị số axit, trị số kiềm, axit - kiềm tan trong nước: Trong dầu nhờn 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 diezel hoặc phụ gia chứa clo pha vào xăng. Tính axit còn do một số loại phụ gia mang tính axit pha vào dầu. a. Trị số axil tổng (TAN): là chỉ tiêu đánh giá tính axit của dầu, đặc trưng bởi số mgKOH cần thiết để trung hoà toàn bộ lượng axit có trong 1g dầu. b. Axit tan trong nước biểu hiện sự có mặt của axit vô cơ, được phát hiện định tính theo sự đổi màu của chất chỉ thị đối với lớp nước tách khỏi dầu nhờn khi làm kiểm nghiệm. Quy định tuyệt đối không được có axit vô cơ trong dầu. c Trị số kiềm tổng (TBN): là lượng axit đã được tính chuyển ra số mg KOH tương ứng, cần thiết để trung hoà lượng kiềm có trong 1g mẫu. Tính kiềm trong dầu tạo ra bởi các phụ gia có tính tẩy rửa, phụ gia phân tán….đó là những hợp chất cơ kim như các phenolat, các sunfonat. . . Tính kiềm là chỉ tiêu rất cần thiết để xét đoán chất lượng dầu mỏ, nhằm bảo đảm trung hoà các hợp chất axit tạo thành trong quá trình sử dụng, chống hiện tượng gỉ sét trên bề mặt các chi tiết kim loại. Ngoài ra trị số kiềm tổng còn dùng đánh giá khả năng tẩy rửa, của dầu, giữ cho bề mặt kim loại không bị cặn bẩn, tránh được mài mòn . I 2.7. Kiểm nghiệm ăn mòn mảnh đồng: Sự ăn mòn được định nghĩa như sự oxy hoá trên bề mặt các chi tiết, gây nên tổn thất cho kim loại hay sự tích tụ các cặn bẩn. ổ trục làm bằng hợp kim đồng, ống lót trục làm bằng đồng thau, các bộ phận chuyển động trục vít bằng đồng thau cần phải được bôi trơn bằng các loại dầu không ăn mòn. Các loại dầu quan trọng khác như dầu thủy lực, dầu hàng không, dầu biến thế, dầu cắt gọt kim loại cũng cần phải không gây ăn mòn. Vì vậy để xem một loại dầu có thích hợp cho một thiết bị có những bộ phận kim loại dễ bị ăn mòn hay không, người ta phải tiến hành phép thử ăn mòn mảnh đồng đối với sản phẩm dầu mỏ bằng phép kiểm nghiệm độ mờ xỉn của mảnh đồng. I.2.8. Hàm lượng tro và Tro sulfat trong dầu bôi trơn: Hàm lượng tro có thể được định nghĩa là lượng cặn không cháy hay các khoáng chất còn lại sau khi đốt cháy dầu. . Tro Sulfat là phần cặn còn lại sau khi than hoá mẫu, sau đó phần cặn được xử lý bằng H2SO4 và nung nóng đến khối lượng không đổi. Độ tro của dầu gốc nói lên mức độ sạch của dầu, thông thường trong dầu gốc không có tro. Đối với dầu thương phẩm không phụ gia hoặc có phụ gia không tro thì một lượng nhỏ độ tro xác định thấy sẽ buộc phải xem xét lại chất lượng của dầu. I.2.9. Hàm lượng cặn cacbon của dầu nhờn: Cặn các bon của dầu bôi trơn là lượng cặn còn lại, được tính bằng phần trăm trọng lượng sau khi dầu trải qua quá trình bay hơi, cracking và cốc hoá trong những điều kiện nhất định. Các loại dầu khoáng thu được từ bất kỳ loại dầu thô nào đều có lượng cặn tăng theo độ nhớt của chúng. Các loại dầu cất luôn có lượng cặn cacbon nhỏ hơn các loại dầu cặn có cùng độ nhớt. Các loại dầu parafin thường có hàm lượng cặn cacbon thấp hơn các loại dầu naphten. Có thể coi trong một chừng mực nào đó, cặn cacbon đặc trưng cho xu hướng tạo muội của dầu nhờn trong động cơ đốt trong . I 2.10. Độ ổn định oxy hoá của dầu bôi trơn: Độ ổn định của dầu bôi trơn biểu hiện khả năng của dầu chống lại những tác động bên ngoài làm thay đổi chất lượng của dầu. Dầu có độ ổn định cao thì thành phần hoá học và tính chất của nó ít thay đối . Thực tế nếu nhiệt độ không vượt quá 30 - 40oC thì có thể bảo quản dầu từ 5 - 10 năm mà chất lượng của dầu không thay đổi. Chủ yếu trong điều kiện sử dụng ở động cơ dưới tác dụng của không khí, ở nhiệt độ cao 200 - 300OC, có tác động xúc tác của kim loại, những thành phần kém ổn định của dầu sẽ tương tác với oxy tạo nên những sản phẩm khác nhau và tích lũy trong dầu, làm giảm chất lượng của dầu như làm tăng trị số axit tổng (TAN), làm tăng hàm lượng nhựa, tạo nên nhiều chất nhựa bám ở buồng cháy. Sự thay đổi thành phần sẽ làm thay đổi độ nhớt và làm giảm chỉ số độ nhớt của dầu . 1 3. Công dụng của dầu bôi trơn a. Công dụng làm giảm ma sát: Mục đích cơ bản của dầu nhờn là bôi trơn giữa các bề mặt tiếp xúc của các chi tiết chuyển động nhằm giảm ma sát. Máy móc sẽ bị mòn ngay nếu không có dầu bôi trơn. Nếu chọn đúng dầu bôi trơn thì hệ số ma sát giảm từ 100 đến 1000 lần so với ma sát khô. Khi cho dầu vào máy với một lớp đủ dày, dầu sẽ xen kẽ giữa hai bề mặt. Khi chuyển động, chỉ có các phân tử dầu nhờn trượt lên nhau. Do đó máy móc làm việc nhẹ nhàng, ít bị mòn, giảm được công tiêu hao vô ích. b. Công dụng làm mát: Khi ma sát, kim loại nóng lên, như vậy một lượng nhiệt đã được sinh ra trong quá trình đó. Lượng nhiệt lớn hay nhỏ phụ thuộc vào hệ số ma sát, tải trọng, tốc độ. Tốc độ càng lớn thì lượng nhiệt sinh ra càng nhiều, kim loại sẽ bị nóng làm máy móc làm việc mất chính xác. Nhờ trạng thá. lỏng, dầu chảy qua các bề mặt ma sát đem theo một phần nhiệt truyền ra ngoài làm cho máy móc làm việc tốt hơn. c. Công dụng làm sạch: Khi làm việc, bề mặt ma sát sinh ra mùn kim loại, những hạt rắn này sẽ làm cho bề mặt công tác bị xước, hỏng. Ngoài ra, có thể có cát, bụi, tạp chất ở ngoài rơi vào bề mặt ma sát. Nhờ dầu nhờn lưu chuyển tuần hoàn qua các bề mặt ma sát, cuốn theo các tạp chất đưa về cacte dầu và được lắng lọc đi d. Công dụng làm kín: Trong các động cơ, có nhiều chi tiết truyền động cần phải kín và chính xác như piston - xylanh, nhờ khả năng bám dính tạo màng, dầu nhờn có thể góp phần làm kín các khe hở, không cho hơi bị rò rỉ, bảo đảm cho máy làm việc bình thường. e. Bảo vệ kim loại: Bề mặt máy móc, động cơ khi làm việc thường tiếp xúc với không khí, hơi nước; khí thải . . . làm cho kim loại bị ăn mòn, hư hỏng. Nhờ dầu nhờn có thể làm thành màng mỏng phủ kín lên bề mặt kim loại nên ngăn cách được với các yếu tố trên, vì vậy kim loại được bảo vệ. Chương II: Công nghệ sản xuất dầu nhờn gốc II. 1 Mục đích và ý nghĩa của quá trình. Trông công nghệ chế biến dầu mỏ, dầu thô sau khi đã được xử lý qua các quá trình tách nước, muối và tạp chất cơ học được đưa vào chưng cất ở áp suất khí quyển từ đó thu được các phân đoạn xăng, kersel, diesel và phần cặn của quá trình chưng cất gọi là cặn thô hay mazut (từ 70 - 90%). Khi muốn chưng cất sâu thêm phần cặn thô với mục đích là nhận các phân đoạn gasoil chân không hay phân đoạn dầu nhờn phải áp dụng quá trình chưng cất ở áp suất chân không. Gasoil chân không là nguyên liệu cho quá trình chế biến để nhận thêm xăng bằng quá trình crăcking, phân đoạn dầu nhờn dùng để chế tạo các sản phẩm dầu mỡ bôi trơn, phần cặn còn lại gọi là phân đoạn cặn gudron dùng để chế tạo bitum, nhựa đường hoặc làm nguyên liệu cho quá trình cốc hoá sản xuất cốc dầu mỏ làm tăng hiệu quả sử dụng dầu mỏ và các sản phẩm dầu cũng như tăng giá trị kinh tế. II.2. Thành phần và tính chất của phân đoạn dầu nhờn. Nguyên liệu để sản xuất dầu nhờn trong nền công nghiệp chế biến dầu mỏ và khí, trước đây người ta thường chỉ dùng cặn mazút, qua chưng cất chân không ta thu được các phân đoạn dầu nhờn rồi qua các bước làm sạch tiếp theo thì mới thu được dầu nhờn gốc. Về sau này khi ngành chế tạo máy móc phát triển, và công nghệ nặng phát triển đòi hỏi chủng loại dầu nhờn ngày càng cần phong phú và đòi hỏi số lượng cũng như chất lượng ngày càng cao, nên các nhà công nghệ đã nghiên cứu và tận dụng phần cặn gudron làm nguyên liệu để sản xuất phân đoạn dầu nhờn cặn có độ nhớt cao. Như vậy nguyên liệu chủ yếu để sản xuất dầu nhờn là cặn mazut và cặn gudron . Các hợp chất có mặt trong nguyên liệu gồm các loại sau: - Parafin mạch thẳng và mạch nhánh. - Hydrocacbon naphten đơn vòng hay đa vòng có hoặc không chứa mạch nhánh alkyl. - Các hydrocacbon thơm đơn vòng hay đa vòng có hoặc không chứa mạch nhánh alkyl. - Các hợp chất lai hợp mà chủ yếu là loại lai hợp giữa naphten và parafin, giữa naphten và hydrocacbon thơm. Các hợp chất dị nguyên tố chứa oxy, ni tơ, lưu huỳnh . II 2.1. Đặc tính của mazut dùng làm nguyên liệu dể sản xuất dầu nhờn (thu các phân đoạn dầu nhờn cất): Mazut là phần cặn của quá trình chưng cất ở áp suất thường có nhiệt độ sôi từ 350oC trở lên. Trong phân đoạn này có chứa các hợp chất hydrocacbon với số nguyên tử cacbon lừ C21 đến C35, hoặc có thể tới C40 do vậy những hydrocacbon trong phân đoạn này có trọng lượng phân tử lớn và có cấu trúc phức tạp, đặc biệt là dạng hydrocacbon lai hợp tăng lên rất nhiều. Loại hydrocacbon n-parafin, iso-parafin thường có số lượng ít hơn so với naphlen hay hydrocacbon thơm và dạng lai hợp, ngay cả ở dầu thô họ parafinic điều này vẫn đúng. Các izo - parafin lại có số lượng ít hơn n -parafin, chúng có đặc điểm là có cấu trúc mạch chính dài, ít nhánh phụ và các nhánh chỉ là các nhóm metyl. Các hydrocacbon naphten là loại chiếm đa số trong phân đoạn này, số vòng naphten có thể có từ 1 đến 4 (cũng có loại dầu đã phát hiện thấy naphten có số vòng đến 7 hoặc 9). Xung quanh vòng naphten thường có nhánh phụ là các nhóm metyl và đồng đẳng. Những loại naphten 1 hay 2 vòng có nhánh phụ là các hydrocacbon parafin dài, nhánh phụ thường là mạch alkyl thẳng hoặc nhánh và thường ít nhánh. Các hợp chất thơm ở phân đoạn dầu nhờn thường gặp là loại 1 ,2 hay 3 vòng thơm, còn loại nhiều vòng thơm ngưng tụ lại tập trung chủ yếu ở phần cặn gudron. Đại bộ phận các hợp chất thơm ở phân đoạn dầu nhờn là loại lai hợp, lai hợp giữa naphten và hydro cacbon thơm hay parafin. Hàm lượng các hợp chất của S, N, O tăng mạnh, hơn 50% lượng lưu huỳnh có trong dầu mỏ tập trung ở phân đoạn này, gồm các dạng như diunfua, thiophen Sunfua vòng . . . Các chất ni tơ thường ở dạng đồng đẳng của pyridin, pyrol, và cacbazol, các hợp chất oxy ở dạng axit. Các kim loại nặng như V, Ni, Cu, Pd,..; các chất nhựa, asphaten đều có mặt trong phân đoạn . II 2.2. Đặc tính của cặn gudron làm nguyên liệu sản xuất dầu nhờn có độ nhớt cao: Gudron là phần còn lại của quá trình chưng cất chân không, có nhiệt độ sôi trên 500oC, gồm các hydrocacbon có số nguyên tử các bon lớn hơn C41, giới hạn cuối cùng có thể đến C80. Thành phần của phân đoạn này rất phức tạp. Có thể chia thành ba nhóm chính sau: 1. Nhóm chất dầu: Nhóm chất dầu bao gồm các hydrocacbon có phân tử lượng lớn, tập trung nhiều các chất thơm có độ ngưng tụ cao, cấu trúc hỗn hợp nhiều vòng giữa thơm và naphten, đây là nhóm chất nhẹ nhất, có tỷ trọng xấp xỉ bằng 1, hoà tan trong xăng, n - pentan, CS2 .. nhưng không hoà tan trong cồn. Trong phân đoạn cặn, nhóm dầu chiếm khoảng 45 đến 46% . 2. Nhóm chất nhựa Nhóm này ở dạng keo quánh; gồm hai nhóm thành phần, đó là các chất trung tính và các chất axit. Các chất trung tính có màu đen hoặc nâu, nhiệt độ hoá mềm nhỏ hơn 1000C, tỷ trọng lớn hơn 1, dễ dàng hoà tan trong xăng, naphta. Chất trung tính tạo cho nhựa có tính dẻo dai và tính kết dính. Hàm lượng của nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ kéo dài của nhựa; chiếm khoảng 10 đến 15% khối lượng của cặn gudron Các chất axit là chất có nhóm - COOH, màu nâu sẫm, tỷ trọng lớn hơn 1, dễ hoà tan trong cloroform và rượu etylic, chất axit tạo cho nhựa có tính hoạt động bề mặt; nó chỉ chiếm khoảng 1% trong cặn dầu mỏ. 3. Nhóm asphanten: Nhóm asphanten là nhóm chất rắn màu đen, cấu tạo tinh thể, tỷ trọng lớn hơn 1 , chứa phần lớn các hợp chất dị vòng có khả năng hoà tan mạnh trong cacbon disunphua (CS2). Đun ở 300oC không bị nóng chảy mà bị cháy thành tro. Ngoài ba nhóm chất chính nói trên, trong cặn gudron còn có các hợp chất cơ kim của kim loại nặng, các chất cacben, cacboit rắn, giống như cốc, màu sẫm không tan trong các dung môi thông thường, chỉ tan trong pyridin . II.3. Công nghệ sản xuất dầu nhờn gốc. II.3.1 Sơ đồ Công nghệ chung: Asphan Hình 3. Sơ đồ công nghệ sản xuất dầu gốc  Việc tách các thành phần không mong muốn trong sản xuất dầu gốc được thực hiện nhờ các quá trình lọc dầu sẽ cho phép sản xuất dầu gốc chất lượng cao, ngay cả với phân đoạn dầu nhờn của dầu thô chưa thích hợp cho sản xuất dầu nhờn. Sơ đồ công nghệ để sản xuất dầu nhờn gốc từ dầu mỏ bao gồm các công đoạn như sau: Các quá trình chính bao gồm: - Chưng chân không nguyên liệu cặn mazut - Chiết tách, trích ly bằng dung môi - Tách hydrocacbon rắn (sáp hay petrolactum) - Làm sạch lần cuối bằng hydro hoá II 3.2. Chưng cất chân không nguyên liệu cặn mazut: Để nhận các phân đoạn dầu nhờn cất, quá trình đầu tiên để đi vào sản xuất dầu nhờn là quá trình chưng chân không mazut để nhận các phân đoạn dầu nhờn cất và cặn gudron. Mục đích của quá trình là nhằm phân chia hoàn thiện các phân đoạn dầu nhờn có giới hạn sôi hẹp và tách triệt để các chất nhựa - asphanten ra khỏi các phân đoạn dầu nhờn cất và gudron . Dầu cọc sợi nhẹ - Gudron Hình 4. Sơ đồ hệ thống chưng cất chân không để sản xuất các phân đoạn dầu nhờn II 3.3. Các quá trình trích ly, chiết tách bằng dung môi: Mục đích của quá trình trích ly là chiết tách các cấu tử không mong muốn chứa trong các phân đoạn dầu nhờn mà bằng chưng cất không thể loại ra được. Các cấu tử này thường làm cho dầu nhờn sau một thời gian bảo quản hay sử dụng bị biến đổi màu sắc, tăng độ nhớt, xuất hiện các hợp chất có tính axit không tan trong dầu, tạo thành cặn nhựa và cặn bùn trong dầu. Nguyên lý của quá trình tách bằng dung môi là dựa vào tách chất hoà tan chọn lọc của dung môi được sử dụng. Khi trộn dung môi với nguyên liệu ở điều kiện thích hợp, các cấu tử trong nguyên liệu sẽ được phân thành hai nhóm: nhóm các cấu tử hoà tan tốt vào dung môi tạo thành pha riêng với tên gọi là pha chiết (extract), còn phần không hoà tan hay hoà tan rất ít vào dung môi gọi là rafinat. Sản phẩm có ích có thể hoặc nằm trong pha extract hay pha rafinat tuỳ theo dung môi sử dụng. Nhưng trong thực tế người ta quen gọi pha chứa sản phẩm là rafinat còn pha cần phải loại đi là pha extract. Dựa vào bản chất của dung môi mà người ta chia thành dung môi có cực và dung môi không cực hay dung môi hỗn hợp, nhưng dù là loại nào, dung môi được chọn phải thoả mãn các yêu cầu sau: - Phải có tính hoà tan chọn lọc, tức là phải có khả năng phân tách thành hai nhóm cấu tử: nhóm có lợi và nhóm không có lợi cho dầu gốc. Tính chất này được gọi là độ chọn lọc của dung môi. - Phải bền về hoá học, không phản ứng với các cấu tử của nguyên liệu, không gây ăn mòn và dễ sử dụng. - Có giá thành rẻ, dễ kiếm. - Có nhiệt độ sôi khác xa so với các cấu tử cần tách để dễ dàng thu hồi dung môi, tiết kiệm được năng lượng. Ba loại dung môi có cực đề tách phần hydrocacbon thơm và cặn nhựa ra khỏi các phân đoạn dầu nhờn cất hiện đang sử dụng phổ biến đó là phenol, furfurol và N - metylpirolydon. Còn để tách các hợp chất nhựa asphan trong phân đoạn gudron, phổ biến là dùng propan lỏng . II. 3.3.1. Quá trình khử asphan trong phần cặn gudron: 1. Mục đích và ý nghĩa của quá trình:. Do trong gudron có chứa nhiều các cấu tử không có lợi cho dầu gốc, nên nếu đưa trực tiếp vào trích ly sẽ không cho phép đạt chất lượng và hiệu quả mong muốn, chính vì thế người ta thường tiến hành khử asphan trước. Trong sản xuất dầu nhờn, phổ biến là dùng propan lỏng để khử chất nhựa - asphan trong phân đoạn gudron. Mục đích của quá trình này là ngoài việc tách các hợp chất nhựa - asphan còn cho phép tách cả các hợp chất thơm đa vòng, đã làm giảm độ nhớt, chỉ số khúc xạ, độ cốc hoá và nhận được dầu nhờn nặng có độ nhớt cao cho dầu gốc. 2. Cơ sở lý thuyết của quá trình:. Cơ sở lý thuyết của quá trình là các hợp chất nhựa, asphan chiếm phần chủ yếu trong cặn gudron, chúng là các hợp chất có khả năng hoà tan kém trong dung môi không cực. Nhờ tính chất này, người ta chọn dung môi parafinic để tách chúng. Dung môi tạo điều kiện cho quá trình đông tụ các chất nhựa - asphan và hoà tan chọn lọc hydrocacbon. Trong dung môi parafinic, khả năng hoà tan các hợp chất ._.