CÔNG NGHIỆP dầu NHỜN và các vấn đề LIÊN QUAN

Trong công nghiệp cũng như trong dân dụng dầu nhờn là chất bôi trơn yếu trong các quá trình vận hành máy móc thiết bị, các động cơ. Với vai trò hết sức quan trọng như vậy, dầu nhờn đã trở thành một loại vật liệu công nghiệp không thể thiếu ở các nhà máy, xí nghiệp, cho quá trình vận hành các thiết bị, máy móc, công cụ 1. Định nghĩa: Dầu nhờn là loại dầu dùng để bôi trơn cho các động cơ. Dầu nhờn là hỗn hợp bao gồm dầu gốc và phụ gia, hay người ta thường gọi là dầu nhờn thương phẩm. Phụ gia thêm vào với mục đích là giúp cho dầu nhờn thương phẩm có được những tính chất phù hợp với chỉ tiêu đề ra mà dầu gốc không có được.

MỞ ĐẦU

MỞ ĐẦU

Trong công nghiệp cũng như trong dân dụng dầu nhờn là chất bôi trơn yếu trong các quá trình vận hành máy móc thiết bị, các động cơ Với vai trò hết sức quan trọng như vậy, dầu nhờn đã trở thành một loại vật liệu công nghiệp không thể thiếu ở các nhà máy, xí nghiệp, cho quá trình vận hành các thiết bị, máy móc, công cụ

+ Dầu truyền động (bo te de vitesse …)

+ Dầu công nghiệp

* Các cấp độ nhớt dầu động cơ theo SAE

Độ nhớt động học, cSt, ở

100 độ C Thấp nhất Cao nhất

0W 3250 ở - 30 độ C -40 3,8 5W 3500 ở - 25 độ C -35 3,8 - 10W 3500 ở - 20 độ C -30 4,1 - 15W 3500 ở - 15 độ C -25 5,6 - 20W 6000 ở - 10 độ C -20 5,6 - 25W 3250 ở - 5 độ C -15 9,3 -

*, Các cấp độ nhớt dầu động cơ (GOST 17479 1-85)

Cấp độ nhớt 100 độ CĐộ nhớt động học, mm2/s, ở nhiệt độ-18 độ C, không lớn hơn

-3/8 “ 7,0 “ 9,3 1250 4/6 “ 5,6 “ 7,0 2600 4/8 “ 5,6 “ 9,3 2600 4/10 “ 9,3 “ 11,5 2600 5/10 “ 9,3 “ 11,5 6000 5/12 “ 11,5 “ 12,5 6000 5/14 “ 12,5 “ 15,5 6000 6/10 “ 9,3 “ 11,5 10400 6/14 “ 12,5 “ 14,5 10400 6/16 “ 14,5 “ 16,3 10400

*, Các nhóm dầu và lĩnh vực sử dụng theo GOST 17479 85

1-Các nhóm

dầu Lĩnh vực sử dụng

A Động cơ xăng và động cơ diezen không cường hóa

B B1 Các loại động cơ xăng cường hóa thấp làm việc ở các điều kiện dễ tạo ra cặn ở nhiệt độ cao, dễ ăn mòn các vòng bi

B2 Các động cơ cường hóa thấp

V V1 Các động cơ xăng cường hóa trung bình, làm việc ở các điều kiện dầu dễ bị ooxxy hóa và tạo cặn các dạng

V2 Các động cơ diezen cường hóa trung bình đòi hỏi các yêu cầu cao

về tính chống ăn mòn và khả năng chống tạo cặn các dạng của dầu sử dụng

I I1 Các động cơ xăng cường hóa cao, làm việc trong những điều kiện khắc nghiệt khiến dầu dễ tạo cặn ở nhiệt độ cao.

I2 Các động cơ diezen cường hóa cao có hoặc không có tăng áp làm

việc trong điều kiện khắc nghiệt khiến dầu dễ tạo cặn ở nhiệt độ

D D1 Các động cơ xăng cường hóa cao, làm việc trong những điều kiện khắc nghiệt hơn so với nhóm I

D2 Các động cơ diezen cường hóa cao có tăng áp, làm việc trong những điều kiện khắc nghiệt đòi hỏi dung dầu có khả năng trung

hòa cao, có tính chống ăn mòn, chống mài mòn tốt, có xu hướng tạo cặn thấp để phù hợp với các loại nhiên liệu sử dụng.

*, Phân loại dầu động cơ theo phẩm cấp chất lượng API

Cấp chất

lượng

Lĩnh vực sử dụng

SA Các động cơ làm việc trong những điều kiện nhẹ

SB Các động cơ làm việc với tải trọng trung bình

SC Các động cơ làm việc với tải trọng lớn (sản xuất trước 1964)

SD Các động cơ làm việc với tải trọng lớn (sản xuất trước 1968)

SE Các động cơ làm việc với tải trọng lớn (sản xuất trước 1972)

SF Các động cơ dung xăng không chì

SG Các động cơ được sản xuất từ 1989 trở đi

SH Các động cơ được sản xuất từ 1994 trở đi

SJ Các động cơ được sản xuất từ 1997 trở đi

Loại dùng cho động cơ diezen

CA Động cơ tải trọng nhỏ, dung nhiên liệu ít lưu huỳnh

CB Động cơ tải trọng lớn, không tăng áp, dùng nguyên liệu lưu nhiệt

CC Động cơ có hoặc không có tăng áp, làm việc ở điều kiện khắc

nghiệt.

CD Động cơ có tăng áp, làm việc với tải trọng lớn, dung nhiên liệu

nhiều lưu huỳnh.

CD-II Như nhóm CD, dùng riêng cho loại 2 kỳ

CE Động cơ tăng áp, sản xuất sau 1983

CF-4 Động cơ được sản xuất sau 1990

CF-2 Có các đặc tính tốt hơn CD-II, dùng cho động cơ diezen 2 kỳ CG-4 Động cơ sản xuất sau 1994, có các đặc tính tốt hơn CF-4 và thỏa

mãn yêu cầu cao về tính độc hại và khí thải.

Chỉ tiêu chất lượng

M-12GP 6/12-

M-G1

M5/10 -G1 6V1M- M-8V 6/10VM-

1

Độ nhớt động học ở 100

độ C, mm2/s 11-12 ≥12 10-11 5,5-6,5 7,5-8,5 10,5Chỉ số độ nhớt, ≥ - 115 120 125 93 120 Tạp chất cơ học % Kl, ≤ 0,015 0,015 0,015 0,02 0,015 0,02 Trị số kiềm, mg KOH/g, ≤ 2,3 7,5 5,0 5,5 4,2 5,5 Tro sunphát, % KL ≤ 0,3 1,3 0,9 1,3 0,95 1,3 Nhiệt độ chớp lửa cốc hở,

9,5-độ C, ≤ - 210 200 165 207 190

Nhiệt độ đông đặc, độ C,

≤ -15 -30 -38 -42 -25 -30 Khối lượng riêng ở 20 độ

C, kg/m3, ≤ 900 900 900 880 905 890

*, Chỉ tiêu chất lượng dầu động cơ của Nga

II THÀNH PHẦN CỦA DẦU NHỜN.

1 Dầu gốc

Dầu gốc là dầu thu được sau quá trình chế biến, xử lý tổng hợp bằng các quá trình xử lý vật lý và hóa học Dầu gốc thông thường gồm có ba loại là: dầu thực vật, dầu khoáng và dầu tổng hợp

1.1 Dầu thực vật :

Dầu thực vật chỉ dùng trong một số trường hợp đặc biệt Nó chủ yếu là phối trộn với dầu khoáng hoặc dầu tổng hợp để đạt được một số chức năng nhất định

1.2.1 Cặn mazut

Mazut là phần cặn của quá trình chưng cất khí quyển có nhiệt độ sôi cao hơn 350°C Phần cặn này có thể đem đi đốt hoặc

làm nguyên liệu để sản xuất dầu nhờn gốc

- Phân đoạn dầu nhờn nhẹ ( LVGO: Light Vacuum Gas Oil ) có nhiệt

1.2.2 Cặn gudron

Cặn gudron là phần cặn còn lại của quá trình chưng cất chân không,

có nhiệt độ sôi trên 500°C Trong phần này tập trung các cấu tử có số nguyên tử cacbon từ C41 trở lên, thậm chí có cả C80, có trọng lượng phân tử lớn, có cấu trúc phức tạp

1.2.3 Nhóm chất dầu

Nhóm chất dầu bao gồm các hydrocacbon có phân tử lượng lớn, tập trung nhiều các hợp chất thơm có độ ngưng tụ cao, cấu trúc hỗn hợp nhiều vòng giữa hydrocacbon thơm và napten, đây là nhóm chất nhẹ nhất có tỷ trọng xấp xỉ bằng 1

1.2.4 Nhóm chất nhựa

Nhóm nhựa hòa tan được trong các dung môi như nhóm dầu nhưng nó là hợp chất có cực nên có thể tách ra bằng các chất như than hoạt tính hay silicagen Nhóm chất nhựa gồm hai thành phần

là các chất trung tính và axit

1.2.5 Nhóm asphanten

Nhóm asphanten là nhóm chất rắn màu đen, cấu tạo tinh thể, tỷ trọng lớn hơn 1, chứa hầu hết hợp chất dị vòng có khả năng hòa tan mạnh trong cacbon disunfua (CS2), nhưng không hòa tan trong các dung môi nhẹ như parafin hay xăng, ở 300°C không bị nóng chảy mà bị cháy thành tro

1.3 Dầu nhờn tổng hợp

Dầu nhờn sản xuất từ dầu mỏ vẫn chiếm ưu thế do

nó có những ưu điểm như: công nghệ sản xuất dầu đơn giản, giá thành rẻ Nhưng ngày nay, để đáp ứng yêu cầu cao của dầu nhờn bôi trơn, người ta bắt đầu quan tâm đến dầu tổng hợp nhiều hơn

2 Phụ gia cho dầu nhờn

Dầu nhờn thương phẩm để sử dụng cho mục đích bôi trơn là hỗn hợp của dầu gốc và phụ gia Do đó, chất lượng của dầu bôi trơn ngoài sự phụ thuộc rất nhiều vào dầu gốc, nó còn phụ thuộc vào phụ gia

Phụ gia là những hợp chất hữu cơ, vô cơ, thậm chí là những nguyên tố hóa học được thêm vào chất bôi trơn, nhằm nâng cao hay mang lại những tính chất mong muốn Thông thường, hàm lượng phụ gia đưa vào là 0,01 – 5%, trong một số trường hợp phụ gia được dùng từ vài phần triệu cho đến vài phần trăm Do là những hợp chất hoạt động, vì vậy khi tồn tại trong dầu phụ gia có thể tác dụng với nhau và làm mất chức năng của dầu nhờn

Yêu cầu chung của một loại phụ gia:

- Dễ hòa tan trong dầu

- Không hoặc ít hòa tan trong nước

- Không ảnh hưởng đến tốc độ nhũ hóa của dầu

- Không bị phân hủy bởi nước và kim loại

- Không bị bốc hơi ở điều kiện làm việc của hệ thống dầu nhờn

- Không làm tăng tính hút ẩm của dầu nhờn

- Hoạt tính có thể kiểm tra được

- Không độc, rẻ tiền, dễ kiếm

III TÍNH CHẤT CỦA SẢN PHẨM DẦU NHỜN

Độ nhớt của dầu thay đổi theo nhiệt độ Khi ở nhiệt độ cao,

độ nhớt giảm và ngược lại Dầu có độ nhớt thấp dễ di chuyển hơn so với dầu có độ nhớt cao Ngoài ra, do trọng lượng của các phân tử cấu thành nên dầu nhờn có liên quan trực tiếp đến độ nhớt của nó nên người ta thường gọi thành dầu nặng hay dầu nhẹ Dầu nhẹ dùng để chỉ loại có độ nhớt thấp, dầu nặng chỉ dầu có độ nhớt cao

+ Mài mòn khi khởi động

+ Khả năng lưu thông kém

Độ nhớt SSU (Second Saybolt Universal )

Độ nhớt là đại lượng kiểm tra sự thay đổi dầu trong quá trình sử dụng, độ nhớt có thể biểu diễn dưới 3 dạng:

1.3 Điểm chớp cháy :

Là nhiệt độ thấp nhất dưới áp suất khí quyển mà hơi dầu

sẽ chớp cháy khi gặp ngọn lửa Điểm chớp cháy cốc hở dùng

để đánh giá nguy cơ cháy của dầu nhớt khi tồn trữ, đong rót; điểm chớp cháy cốc kín dùng để đánh giá tình trạng của dầu nhớt khi đang sử dụng trong máy móc Đối với cùng một loại dầu nhớt, điểm chớp cháy cốc hở cao hơn điểm chớp cháy cốc kín từ 15 đến 200C

1.4 Độ bay hơi

Gắn liền với các hợp chất nhẹ Là đại lượng thể hiện sự tiêu

thụ dầu trong quá trình sử dụng (mất mát do bay hơi)

1.5 Tính chất ở nhiệt độ thấp.

- Điểm vẩn đục: nhiệt độ mà ở đó xuất hiện các tinh thể paraffine đầu tiên

- Điểm chảy: nhiệt độ thấp nhất mà ở đó dầu vẫn chảy lỏng

- Đo : làm lạnh chậm dần và quan sát ở mỗi 10C đối với điểm vẩn đục và 30C đối với điểm chảy

3 Tính chất hoá học

- Tính ổn định oxy hoá

Sự oxi hóa dầu: phản ứng cơ chế gốc, 3 giai đoạn:-Khơi mào: xảy ra chậm và yêu cầu năng lượng -Lan truyền: xảy ra nhanh và phản ứng chuỗi

-kết thúc

3.4 Chỉ số hydroxyle

- Mục đích: đánh giá chức OH trong dầu

- Phương pháp đánh giá:

+ cho dầu phản ứng với lượng dư axit acetic

+ chuẩn độ lượng dư axit acetic bằng KOH: số mg KOH để trung hòa axit acetic tiêu hao cho phản ứng acetyl hóa 1g dầu

● Đựng mẫu trong chén nung bằng sứ

● Đốt cháy mẫu – nhiệt phân – cốc hóa trong môi trường kín

3.6 Hàm lượng tro

Là lượng cặn còn lại sau khi đốt cháy hoàn toàn mẫu dầu

Phương pháp xác định ASTM D 874

- Dầu động cơ xăng : tro sulfate ≤ 1.5%m

- Dầu động cơ diesel : tro sulfate ≤ 2%m

+ cặn không tan tổng: số mg cặn thu được khi đem lọc 100ml dầu

=> dùng cho dầu công nghiệp

- màng lọc 0,8 µm : dầu thủy lực

- màng lọc 1,2 µm: dầu thủy lực độ nhớt cao

- màng lọc 5 µm: dầu bánh răng

IV CHỈ TIÊU KỸ THUẬT

IV CHỈ TIÊU KỸ THUẬT

1 Chỉ số độ nhớt (Viscosity Index – VI):

Là sự thay đổi độ nhớt của dầu nhờn trong khoản nhiệt độ cho trước Dầu nhờn có độ nhớt biến đổi lớn theo nhiệt độ VI thấp Dầu nhờn có

độ nhớt biến đổi nhỏ theo nhiệt độ VI cao

2 Nhiệt độ chớp cháy/điểm chớp cháy (cốc hở)Nhiệt độ chớp cháy là nhiệt độ thấp nhất mà tại áp suất khí quyển (101, 3 KPa), mẫu dầu nhớt được nung nóng đến bốc hơi và bắt lửa Mẫu sẽ chớp cháy khi có ngọn lửa và lan truyền tức thì ra khắp bề mặt của mẫu dầu

Điểm chớp cháy và điểm bắt lửa phụ thuộc vào độ nhớt của dầu nhờn:Dầu nhờn có độ nhớt thấp thì điểm chớp cháy và điểm bắt lửa thấp

3 Trị số kiềm tổng TBN (ASTM D 2896) (Đồ thị tương quan giữa TBN & %S)

Trị số TBN là độ kiềm trong dầu bôi trơn cho biết lượng Acid Percloric (HCLO4) được quy đổi tương đương lượng KOH (tính bằng mg) cần thiết để trung hòa hết các hợp chất mang tính kiềm có trong 1 gram mẫu dầu nhờn

4 Trị số axit tổng (TAN)

Là lượng kiềm KOH (tính bằng mg) cần thiết để trung hòa hết tất cả các hợp chất mang tính axit có trong 1g mẫu dầu nhờn

5 Trị số trung hòaThực chất là trị số acid trong dầu nhờn Tuy nhiên tùy theo loại

và tính chất yêu cầu của dầu nhờn mà người ta xét đến TAN hoặc TBN

6 Ăn mòn lưu huỳnh (Sulphure Corrosive – Ăn mòn bởi surphure)

Lưu huỳnh hoạt động là loại tác dụng được với kim loại đồng ở nhiệt độ cao và hậu quả không mong muốn của lưu huỳnh là gây ăn mòn đồng Chính từ lý do đó cho nên trong dầu biến thế người ta phải yêu cầu dầu không có tính năng ăn mòn bởi surphure

7 Ăn mòn lá đồng

Dầu thô khi khai thác có chứa các hợp chất lưu huỳnh, phần lớn các hợp chất này được loại ra khỏi dầu trong quá trình tinh luyện Tuy nhiên, các hợp chất lưu huỳnh còn lại sẽ gây ăn mòn nhiều kim loại khác nhau nhưng độ

ăn mòn này không phải lúc nào cũng tương quan với từng hàm lượng lưu huỳnh

có trong dầu Hiện tượng ăn mòn tuỳ thuộc vào loại hợp chất hoá học của lưu huỳnh có trong dầu (hoạt động hay trơ)

8 Tính ổn định oxi hóa ở 1000c, 164 giờ (IEC)Quá trình oxy hóa là một dạng làm hỏng tính chất hóa học của dầu nhờn Độ bền của dầu nhờn đối với quá trình oxy hóa là một đặc trưng quan trọng Đặc biệt đối với dầu turbine và dầu máy biến thế đòi họi loại dầu này phải có tuổi thọ lâu dài.

Sự oxy hóa của dầu bôi trơn phụ thuộc vào 03 yếu tố chính sau:

- Nhiệt độ

- Sự hiện diện của oxy

- Hiệu ứng xúc tác của kim loại như Cu, Fe,…

9 Dầu thắngDầu thắng là dạng chất lỏng truyền áp lực từ chân đạp thắng đến hệ thống nén phanh ép vào đĩa (thắng đĩa) hoặc tang trống.

Điều kiện làm việc: Nhiệt độ của dầu thắng khi làm việc rất cao vì:

+ Xe đông đúc trong thành phố do đó phải cần sử dụng

hệ thống thắng liên tục

+ Xu hướng thiết kế khí động học của xe làm giới hạn khả năng làm mát tự nhiên của hệ thống thắng

VI QUY TRÌNH SẢN XUẤT DẦU NHỜN

Việc lựa chọn dầu gốc để pha chế thành dầu nhờn thương phẩm phụ thuộc vào độ nhớt, mức độ tinh tế, ổn định nhiệt và khả năng tổng hợp của các hợp chất khác (phụ gia) hoặc các vật liệu và dầu tiếp xúc trong quá trình sử dụng

Việc tách các thành phần không mong muốn trong qua 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 các quá trình chính sản xuất dầu nhờn gốc từ dầu mỏ thường:

- Chưng cất không nguyên liệu

- Chiết, tách, trích ly bằng dung môi

- Tách các hydro cacbon rắn

1.Quá trình trích, chiết ly bằng dung môiKhi tiến hành chưng cất không thể nào loại ra hết được những thành phần không mong muốn Chúng có trong dầu nhờn gốc sau 1 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 dừng dung môi ở điều kiện thích hợp các thành phần sẽ chia thành 2 nhóm: nhóm hòa tan tốt trong dung môi tạo thành pha riêng với tên gọi là pha chiết (extract), phần còn lại không hòa tan hoặc tan rất ít vào trong dung môi gọi là Raffinat Sản phẩm có ích có thể nằm trong pha chiết hoặc nằm trong pha Raffinat

2 Quá trình tách sáp:

Sáp dầu mỏ là hỗn hợp parafin mạch thẳng và các hidrocacbon 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 phẩm ngoại trừ khi hàm lượng thấp, hoặc các loại dầu được sử dụng ở điều kiện không phải nhiệt độ thấp

Tách sáp là quá trình quan trọng nhất và khó khăn nhất trong quá trình sản xuất dầu nhờn gốc, có 2 quy trình hiện được sử dụng để tách sáp:

- Làm lạnh để kết tinh sáp và dùng dung môi để hòa tan thành phần đầu

đủ để cho phép lọc nhanh để tách sáp khỏi dầu.

- Dùng cracking chọn lọc để bẻ gãy phân tử parafin thành những sản phẩm nhẹ, phương pháp này còn được gọi là phương pháp tách parafin dùng

3 Làm sạch bằng axit sunfuric và đất sét

Tinh chế axit là 1 trong những tinh chế cổ điển nhất trong công nghiệp dầu mỏ Nói 1 cách sơ lược thì quá trình này gồm 2 giai đoạn khấy trộn dầu với axit sunfuric đậm đặc, tách dầu khỏi cặn bùn axit bằng lắng gạn hoặc ly tâm và cuối cùng tách chất có tính axit tan trong dầu bằng cách dùng axut rữa hoặc dùng 1 loại đât sét thích hợp để xử lý Tuy nhiên trong quá trình này có 1 số nhược điểm do

đó mà nó cần được thay thế bằng các quá trình xử lý Hydro

4 Quá trình tách atphan bằng propan

Thông thường để sản xuất dầu nhờn gốc có thể đưa thẳng các phân đoạn dầu cất nhẹ sang thiết bị chiết tách bằng dung môi, nhưng các phân đoạn dầu cặn ở tháp chứng cất chân không thì lại đòi hỏi phải tách atphan để tách các hợp chất nhựa atphan và các hidrocacbon vòng Nhờ quá trình này mà dầu có

độ nhớt thấp và giảm xu hướng tạo dạng cặn, dạng cốc