công nghệ chế biến dầu nhờn thành phần và tính chất hóa lý của dầu gốc khoáng (tiếp theo)

Dầu gốc: bao gồm dầu gốc khoáng và dầu gốc tổng hợp Nhược điểm của dầu gốc tổng hợp: + Nhược điểm lớn nhất là đòi hỏi công đoạn tổng hợp phức tạp, do đó giá thành cao + Không sản xuất

0933178377

CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU

NHỜN

ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU

Năm 2010

1 Phân loại theo trạng thái của chất bôi trơn: 4 loại (khí, lỏng, mở và rắn)

2 Nguyên lý bôi trơn: độ : 4 chế độ bôi trơn (thuỷ động, màng mỏng, hổn hợp,

thuỷ động đàn hồi)

3 Dầu nhờn là hỗn hợp bao gồm dầu gốc và phụ gia

4 Chức năng cơ bản của dầu nhờn:

- Làm giảm ma sát, giảm cường độ mài mòn của các bề mặt ma sát nhằm đảm bảo cho động cơ, máy móc đạt được công suất tối đa

- Làm sạch

- Làm mát

- Làm kín

- Chức năng bảo vệ bề mặt

5 Dầu gốc: bao gồm dầu gốc khoáng và dầu gốc tổng hợp

Nhược điểm của dầu gốc tổng hợp:

+ Nhược điểm lớn nhất là đòi hỏi công đoạn tổng hợp phức tạp, do đó giá thành cao

+ Không sản xuất được quy mô lớn như dầu gốc khoáng

+ Không có tính năng đa dạng như dầu gốc khoáng vì trong hỗn hợp chỉ có mặt của một số cấu tử thực hiện một số tính năng riêng biệt nào đó mà thôi

=> Chính vì những lí do này nên chủ yếu là sử dụng dầu gốc khoáng để sản xuất dầu nhờn

2.Thành phần và tính chất hoá lý của

dầu gốc khoáng

CÁC TÍNH CHẤT HÓA LÝ CỦA DẦU

THÀNH PHẦN DẦU GỐC KHOÁNG

 Nguyên liệu chính để sản xuất dầu nhờn là phân đoạn

cặn sau chưng cất khí quyển có nhiệt độ sôi từ 300o

THÀNH PHẦN DẦU GỐC KHOÁNG

CÁC TÍNH CHẤT ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN

CỦA DẦU NHỜN

 Tính chất quan trọng nhất của dầu nhờn là độ nhớt và tính chất nhớt

nhiệt của nó (chỉ số độ nhớt) Các tính chất này được quyết định bởi

thành phần của các hợp chất hydrocacbon chứa trong dầu gốc.

 Độ nhớt: Là yếu tố quyết định chế độ bôi trơn: chiều dày màng dầu và

mất mát do ma sát

 Nếu dầu có độ nhớt quá lớn :

• Trở lực tăng

• Mài mòn khi khởi động

• Khả năng lưu thông kém

ĐỘ NHỚT ĐỘNG LỰC HỌC

khả năng bôi trơn của dầu nhờn

 Định luật Newton: Lực ma sát nội tại F sinh ra giữa 2 lớp chất lỏng có sự chuyển động tương đối với nhau sẽ tỷ lệ với diện tích tiếp xúc A của bề mặt chuyển động và gradient tốc độ biến dạng du/dy bởi hệ số µ, chính là độ nhớt động lực học

ĐỘ NHỚT ĐỘNG LỰC HỌC

 Công thức Newton:

ĐỘ NHỚT ĐỘNG HỌC

 Độ nhớt động học: là độ nhớt kỹ thuật của dầu, được xác định bằng tỷ số giữa độ nhớt động lực µ với tỷ trọng ρ của dầu

 Độ nhớt qui ước: đối với loại độ nhớt này thì tuỳ thuộc vào thiết bị sử dụng để đo mà ta có các tên gọi và các kết quả khác nhau như độ nhớt Engler (oE), độ nhớt Saybolt (SSU),

độ nhớt Redwood

Thiết bị đo độ nhớt Saybolt 1 Where centistokes are greater than 50

C - hằng số hiệu chuẩn của nhớt kế, (mm 2 /s)/s,

t 1,2 - thời gian chảy, s.

1 Pa.s = 10 P hay 1mPa.s = 1 cP

ASTM: American Society for Testing and Materials

CÁCH TÍNH ĐỘ NHỚT ĐỘNG LỰC

HỌC THEO ASTM D-445

NHỚT KẾ MAO QUẢN

CHỈ SỐ ĐỘ NHỚT

 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

+ Dầu nhờn được coi là dầu bôi trơn tốt khi độ nhớt của nó it

thay đổi theo nhiệt độ => ta nói rằng dầu đố có chỉ số độ nhớt cao

+ Ngược lại, nếu chỉ số độ nhớt thay đổi nhiều theo nhiệt độ

=> có nghĩa là dầu có chỉ số độ nhớt thấp

 Xác định VI: so sánh sự thay đổi độ nhớt của dầu theo

nhiệt độ với sự thay đổi độ nhớt của 2 loại dầu chuẩn

 Quy ước:

Dầu gốc Parafin có độ nhớt ít thay đổi theo nhiệt độ, VI = 100 (H)Dầu gốc Naphten có độ nhớt thay đổi nhiều theo nhiệt độ,VI= 0 (L)

U L VI







1 – Nếu độ nhớt động học của dầu ở 100ºC nhỏ hơn 2mm²/giây (cSt)=>

3 - Nếu độ nhớt động học ở 100ºC lớn hơn 70 mm²/giây (cSt), hãy tính giá trị L và H như sau:

Y - độ nhớt động học ở 100ºC của dầu có chỉ số độ nhớt đang cần tính toán, mm²/giây (cSt).

21667

.148353

.111684

Từ Bảng (bằng cách nội suy) L = 119.94

Từ Bảng (bằng cách nội suy) H = 69.48

Điền vào công thức 3 và làm tròn đến số chẵn gần nhất:

43.92100

)]

48.6994

.119/(

)30.7394

.119



VI

43 92



VI

CÁCH TÍNH CHỈ SỐ ĐỘ NHỚT THEO ASTM D2270

B - Dầu có Chỉ số độ nhớt cao hơn hoặc bằng 100

B - Dầu có Chỉ số độ nhớt cao hơn hoặc bằng 100

100]

00715

0/)1)log

 anti N

VI

,log/

)log

1 – Nếu độ nhớt động học của dầu ở 100ºC nhỏ hơn 2mm²/giây (cSt)=> không xác định được chỉ số độ nhớt

2 – Nếu độ nhớt động học của dầu ở 100ºC nhỏ hơn hoặc bằng 70 mm²/giây (cSt) Chọn từ Bảng 1 các giá trị tương ứng H Nếu giá trị đo được không thấy ghi,

nhưng nằm trong khoảng của Bảng 1, có thế lấy được bằng cách nội suy của

.111684

THÍ DỤ VỀ CÁCH TÍNH CHỈ SỐ ĐỘ

NHỚT

Thí dụ về Cách tính- Số đo độ nhớt động học ở 40ºC của dầu có

chỉ số độ nhớt đang cần tính = 22.83 mm²/giây (cSt); độ nhớt động học ở 100ºC của dầu có chỉ số độ nhớt đang cần tính = 5.05 mm²/giây (cSt):

Từ Bảng 1 (bằng cách nội suy) H = 28.97

Điền vào Công thức 8 (giải logarithms):

Điền vào công thức 7 và làm tròn đến số chẵn gần nhất:

14708

0 ] 05 5 log / ) 83 22 log 97

28



N

37 156 100

] 00715

0 / ) 1 40307

1 [(

100 ]

00715

0 / ) 1 ) 14708

0 log [((

156



VI

ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐỐI VỚI

ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐỐI VỚI

ĐỘ NHỚT ĐỘNG HỌC

Sự thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ: Độ nhớt giảm nhanh khi tăng nhiệt độ

– Ex: loại dầu khoáng parafin, độ nhớt giảm 6 lần khi tăng T từ 40 lên 100 o C

– Sự giảm độ nhớt khi nhiệt độ tăng phụ thuộc vào cấu trúc hóa học của dầu

ĐỘ NHỚT VÀ CHỈ SỐ ĐỘ NHỚT CỦA

MỘT SỐ HỢP CHẤT

ẢNH HƯỞNG CỦA ÁP SUẤT ĐỐI VỚI

ĐỘ NHỚT

Độ nhớt của các phân đoạn dầu mỏ tăng theo độ tăng của áp suất và nó phụ thuộc vào thành phần của phân đoạn đó.

1 Nguyên liệu chính để sản xuất dầu nhờn là phân đoạn cặn sau chưng

cất khí quyển có nhiệt độ sôi từ 300 o C-650 o C

2 Tính chất quan trọng nhất của dầu nhờn là độ nhớt và tính chất nhớt

nhiệt của nó (chỉ số độ nhớt) Các tính chất này được quyết định bởi thành phần của các hợp chất hydrocacbon chứa trong dầu gốc.

3 Độ nhớt có thể biểu diễn dưới 3 dạng: (ASTM 445)

1 Độ nhớt động lực học (dynamic viscosity)

2 Độ nhớt động học (kinematic viscosity)

3 Độ nhớt qui ước

4 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(ASTM 2270)

5 Độ nhớt giảm nhanh khi tăng nhiệt độ

6 Độ nhớt của các phân đoạn dầu mỏ tăng theo độ tăng của áp suất và nó

phụ thuộc vào thành phần của phân đoạn đó.

CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU

NHỜN

DAY 3

TÍNH CHẤT CÁC CẤU TỬ TRONG DẦU

– Điểm chảy >>> Nhiệt độ môi trường

Ex: Điểm chảy C19H40: 36,6oC; C25H52: 53,5oC

=>Khi nghiên cứu các tính chất sử dụng của phân đoạn dầu

nhờn thì người ta thấy các hợp chất n-parafin với phân tử lượng lớn thường là parafin rắn (hay còn gọi là sáp), chúng

chúng phải giảm tới mức cần thiết, đặc biệt với các dầu bôi trơn làm việc ở nhiệt độ âm

TÍNH CHẤT CÁC CẤU TỬ TRONG DẦU

KHOÁNG

Paraffin phân nhánh:

– Chiều dài và độ phân nhánh của mạch

hydrocacbon càng lớn, độ nhớt sẽ tăng lên

– VI thấp hơn so với n-paraffin

– Điểm chảy giảm khi mức độ phân nhánh tăng

=> Các iso-parafin lại là thành phần rất tốt trong dầu nhờn vì chúng có độ nhớt thích hợp và tính chất nhớt nhiệt rất tốt.

TÍNH CHẤT CÁC CẤU TỬ TRONG DẦU

KHOÁNG

 Naphten và hydrocacbon thơm đơn vòng:

Với cùng số nguyên tử cacbon:

– Các hydrocacbon thơm và naphten có độ nhớt cao hơn

paraffin

– VI thấp hơn n–paraffin

– Điểm chảy thấp hơn n–paraffin

Ex: điểm chảy C6H5CH3:-94,99oC; C6H6 : 5,53oC

=> Các hợp chất Napthen và hydrocacbon thơm một vòng có

nhánh iso-parafin dài vừa có độ nhớt đảm bảo mà còn có

bôi trơn, cho phép chế tạo được dầu nhờn chất lượng cao

TÍNH CHẤT CÁC CẤU TỬ TRONG DẦU

– Các hydrocacbon hỗn hợp giữa thơm và napthen có độ nhớt cao nhất

=> Các hợp chất Napthen và hydrocacbon thơm nhiều vòng hoặc lai hợp

giữa chúng thường có độ nhớt rất cao, song chỉ số độ nhớt lại rất thấp Mặc khác các hợp chất này có xu hướng tạo nhựa mạnh, làm giảm

nhanh chóng tính năng sử dụng của dầu nhờn Vì vậy các hợp chất này

là những cấu tử không phải là cần thiết cho dầu gốc để chế tạo dầu

nhờn chất lượng cao

TÍNH CHẤT CÁC CẤU TỬ TRONG DẦU

KHOÁNG

 Hợp chất chứa nguyên tố oxy, nitơ, lưu huỳnh

cũng chiếm phần lớn trong phân đoạn dầu nhờn

+ Tạo màu sẫm cho sản phẩm

+ Làm giảm độ ổn định oxy hoá của sản phẩm

+ Làm giảm độ chống ăn mòn của dầu nhờn

=> Vì thế trong quá trình sản xuất dầu nhờn người

ta phải áp dụng các biện pháp khác nhau để loại chúng ra khỏi dầu gốc

TÍNH CHẤT CÁC CẤU TỬ TRONG DẦU

KHOÁNG

THÀNH PHẦN KHI CHƯNG CẤT

THÀNH PHẦN CỦA PHÂN ĐOẠN CẤT

Loại bỏ các cấu tử

không thích hợp

Phần bị loại bỏ

PHƯƠNG PHÁP HOÁ HỌC

 Phương pháp hoá học: sử dụng dung môi thích hợp (kiềm, axit, chất hấp phụ) nhằm loại bỏ những hợp chất có hại

 Phương pháp hoá học đối với quá trình sản xuất dầu gốc

khoáng: Được áp dụng từ năm 1900 tại Nga bao gồm:

1 Làm sạch bằng axit sunfuric

2 Trung hoà kiềm hoặc là cho hấp phụ bằng đất sét

=>Yêu cầu về chất lượng sản phẩm cũng như về sản lượng ngày càng cao và lớn hơn đặc ra yêu cầu một phương pháp tốt hơn hiệu quả cao hơn so với phương pháp hoá học này

thích hợp

=> đây là phương pháp được sử dụng áp dụng phổ biến

nhất

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT DẦU

GỐC

Trích ly, chiết bằng dung môi Tách asphan

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT DẦU

NHỜN

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT DẦU NHỜN

GỐC

Công nghệ chung để sản xuất dầu nhờn gốc từ dầu mỏ bao gồm các quá trình sau:

 Chưng cất chân không nguyên liệu cặn mazut;

 Quá trình tách asphan bằng dung môi propan

(thường được áp dụng để sản xuất dầu nhờn có độ nhớt cao từ nguyên liệu cặn gudron)

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH

CHƯNG CẤT

 Quá trình chưng cất là quá trình vật lý phân chia

dung dịch thành các thành phần gọi là các phân đoạn

 Quá trình được thực hiện bằng các biện pháp khác

nhau để nhằm tách các phần theo nhiệt độ sôi của các cấu tử trong dung dịch đó mà không làm phân huỷ chúng

 Phần nhẹ là distillat có nhiệt độ sôi thấp, chứa các

chất dễ sôi, còn phần nặng là cặn chưng cất ( reduce )

PHÂN LOẠI CÁC QUÁ TRÌNH CHƯNG

CẤT

1. Chưng cất đơn giản

3. Chưng cất chân không và chưng

cất nhờ cấu tử bay hơi.

Tuỳ theo biện pháp tiến hành chưng cất mà người ta phân chia quá trình chưng cất thành các loại:

CHƯNG CẤT ĐƠN GIẢN

 Chưng cất bay hơi dần dần: Chủ yếu dùng trong phòng

thí nghiệm để xác định đường cong chưng cất Engher

Thiết bị (2) đốt nóng liên tục hỗn hợp chất lỏng trong bình chưng (1) từ nhiệt độ thấp tới nhiệt độ sôi cuối khi liên tục tách hơi sản phẩm và ngưng tụ hơi bay ra trong thiết

bị ngưng tụ (3) và thu được sản phẩm lỏng trong bể chứa (4)

CHƯNG CẤT ĐƠN GIẢN

 Chưng cất bay hơi một lần: Cho phép nhận được phần

chưng cất lớn hơn so với bay hơi một lần

Hỗn hợp chất lỏng được cho liên tục vào thiết bị đun sôi (2), ở đây hỗn hợp được đun nóng đến nhiệt độ xác định và áp suất P cho trước Pha lỏng – hơi được tạo thành và đạt đến trạng thái cân bằng, ở điều kiện đó lại được cho vào thiết bị phân chia một lần trong thiết bị đoạn nhiệt (1) Pha hơi qua thiết bị ngưng tụ (3) rồi vào bể chứa (4), từ đó ta nhận được phần cất Phía dưới thiết bị (1)

là pha lỏng được tách ra liên tục và ta nhận được phần cặn

CHƯNG CẤT ĐƠN GIẢN

 Chưng cất bay hơi nhiều lần: Cho phép quá trình tách các phân đoạn theo mong muốn

CHƯNG CẤT PHỨC TẠP

 Chưng cất có hồi lưu: Để nâng cao khả năng phân chia hỗn hợp lỏng, người ta tiến hành cho hồi lưu một phần sản phẩm đỉnh Nhờ sự tiếp xúc thêm một lần giữa pha lỏng (hồi lưu) và pha hơi trong tháp được làm giàu thêm cấu tử nhẹ nhờ đó mà độ phân chia cao hơn.

CHƯNG CẤT PHỨC TẠP

nhiều lần giữa pha lỏng và hơi nhờ vào các đĩa hay đệm

Chưng cất sẽ có độ phân chia cao hơn nếu kết hợp với hồi lưu

CHƯNG CẤT CHÂN KHÔNG VÀ

CHƯNG CẤT VỚI HƠI NƯỚC

 Hỗn hợp các cấu tử của dầu thô thường không bền, dễ bị phân huỷ khi tăng nhiệt độ

Ex: các hợp chất chứa lưu huỳnh, các hợp chất cao phân tử như nhựa, các hợp chất parafin

 Đối với các phân đoạn có nhiệt độ sôi cao, người ta cần tránh

sự phân huỷ chúng (giảm độ nhớt, độ bền oxy hoá…) bằng

cách hạn chế nhiệt độ chưng cất

+ 320o - 340oC với dầu có nhiều lưu huỳnh,

+ 400o - 420oC với dầu không có hay có chứa rất ít lưu huỳnh => Nếu nhiệt độ sôi cao hơn nhiệt độ phân huỷ chúng ta dùng chưng cất chân không hay chưng cất hơi nước để tránh

phân huỷ nhiệt.

 Khi có hơi nước trong tháp chưng cất làm cho áp suất riêng phần hydrocacbon và nhiệt độ sôi của chúng

giảm, kết quả chúng chuyển sang thể hơi và cùng bay lên với hơi nước

 Khấy trộn mạnh chất lỏng, tạo khả năng bay hơi các thành phần sôi thấp

 Tạo bề mặt bay hơi lớn hơn khi tạo các bong bóng hơi nước trong bay hơi hydrocacbon

=> Tác nhân bay hơi được sử dụng rộng rãi phổ biến nhất trong công nghiệp

ẢNH HƯỞNG CỦA HƠI NƯỚC

NGUYÊN TẮC LÀM VIỆC CỦA THÁP

CHƯNG CẤT

1 Điều chỉnh áp suất trong tháp sẽ làm thay đổi điểm sôi của chất lỏng

2 Nếu áp suất riêng tăng lên chất lỏng sôi ở nhiệt độ cao hơn Nếu áp suất tăng cao quá lượng chất lỏng trong tháp sẽ nhiều và như vậy sẽ dẫn đến hiện tượng “sặc tháp”, làm giảm hiệu suất phân tách, phân chia

3 Nếu các điều kiện trong tháp cố định thì sản phẩm đỉnh, sản phẩm cạnh sườn và sản phẩm đáy trở nên nhẹ hơn nếu áp suất trong tháp tăng lên

4 Nếu nhiệt độ đáy tháp quá lớn thì sản phẩm đáy chứa nhiều phần nhẹ hơn

5 Nếu nhiệt cấp liệu vào đáy tháp thấp, lượng hơi trên các khay chứa đĩa sẽ nhỏ như vậy phần lỏng

sẽ nhiều và chúng chảy xuống phía dưới vào bộ phận chưng sẽ càng nhiều

6 Với sơ đồ chưng cất có sử dụng thiết bị Reboile, nếu nhiệt độ của Reboile quá thấp sẽ không tách hết phần nhẹ trong cặn và làm tăng lượng cặn

7 Nếu nhiệt độ đỉnh quá cao sản phẩm đỉnh sẽ quá nặng và có nhiều sản phẩm hơn so với thiết kế và ngược lại nếu nhiệt độ đỉnh quá thấp sản phẩm đỉnh sẽ quá nhẹ và có ít sản phẩm hơn

8 Nhiệt độ cần thiết để tách phân đoạn dầu thô nặng sẽ cao hơn so với tách dầu thô nhẹ

9 Chú ý nhất là nhiệt độ đỉnh tháp tránh nhiệt độ cao quá do làm lạnh không đủ (ví dụ do mất nước làm lạnh) dẫn đến thay đổi chế độ hồi lưu, ảnh hưởng nhiều đến chất lượng sản phẩm.

CHƯNG CẤT NGUYÊN LIỆU MAZUT

TRONG CHÂN KHÔNG

 Chưng cất dầu trong công nghiệp hoạt động liên tục ở nhiệt độ không quá 370oC - nhiệt độ hydrocarbon bắt đầu phân hủy - cracking

 Sau khi chưng cất dầu ở nhiệt độ 350-370oC, để chưng cất tiếp phần dầu cặn mazut còn lại cần chọn điều kiện để loại trừ hoàn toàn khả năng cracking và tạo điều kiện để thu được nhiều

phần cất nhất

=> Phương pháp phổ biến nhất để tách các phân đoạn ra khỏi mazut là chưng cất trong chân không Chân không hạ nhiệt độ sôi của hydrocarbon và cho phép lấy được distilat

có nhiệt độ sôi 500 o C ở nhiệt độ 400 ÷ 420 o C

ĐẶC ĐIỂM CHƯNG CẤT NGUYÊN LIỆU MAZUT TRONG THÁP CHÂN KHÔNG

Trong tháp chân không cần tạo điều kiện để cất được nhiều nhất và phân huỷ ít nhất:

1 Cần sử dụng thiết bị tạo chân không để có được

áp suất chân không thấp nhất trong hệ.

2 Giảm thời gian lưu của mazut trong lò nung và

giảm trở lực.

3 Kết hợp sử dụng chân không và hơi nước khi

chưng cất sẽ giúp cho phép đảm bảo hiệu quả tách sâu hơn phân đoạn dầu nhờn (có thể đến 550-600oC)

PHÂN LOẠI SƠ ĐỒ CHƯNG CẤT CHÂN

KHÔNG NGUYÊN LIỆU MAZUT

Sơ đồ chưng cất chân không cặn Mazut được chia

2 Nhóm dầu nhờn : thu được các phân đoạn dầu

nhờn, với độ phân chia nghiêm ngặt hơn Sau khi chế biến sẽ thu được các dầu nhờn gốc khác nhau

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CHƯNG CẤT

CHÂN KHÔNG NGUYÊN LIỆU MAZUT

Trong các nhà máy chưng cất chân không nguyên liệu mazut để sản xuất dầu nhờn có hai loại sơ đồ công nghệ:

2 Chưng cất bay hơi trong hai tháp chân không nối tiếp nhau:

nhờn rộng, tháp thứ hai có chân không thấp hơn, phân đoạn dầu

nhờn được phân chia thành các phân đoạn hẹp hơn

2.2 Tháp thứ nhất thu distilat nhẹ hơn và semigudron, trong tháp thứ hai thu được các distillat nặng hơn và gudron