Nghiên cứu tái sinh dầu nhờn bằng phương pháp chiết tách và hấp phụ

Trang 1

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu

cũng như làm việc của chúng em sau này.

Do điều kiện về thời gian và hiểu biết có phần hạn chế nên khi thực hiện đồ

án tốt nghiệp này sẽ không tránh khỏi những sai sót Em kính mong các thầy cô giáo, các bạn đồng nghiệp đóng góp ý kiến để bài đồ án được hoàn chỉnh hơn Cuối cùng em xin kính chúc thầy sức khỏe để dìu dắt nhiều thế hệ sinh viên hơn nữa.

TP.HCM, tháng 6 năm 2012 Sinh viên: Nguyễn Văn Ngát

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NGUYỄN VĂN NGÁT

NGHIÊN CỨU TÁI SINH DẦU NHỜN BẰNG PHƯƠNG PHÁP

CHIẾT TÁCH VÀ HẤP PHỤ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Nghành CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC

Người hướng dẫn

TS HUỲNH QUYỀN

BÀ RỊA – VŨNG TÀU, NĂM 2012

Trang 2

Đứng trước vấn đề ô nhiễm môi trường do dầu nhớt thải thải ra và dầu nhờn thải làmột nguồn tài nguyên quý nếu bỏ đi sẽ rất lãng phí như vậy thì việc tái sinh dầu nhờnnhất thiết là cần phải được nghiên cứu sao cho phù hợp với tình hình cụ thể của nước

ta và được áp dụng nhanh chóng vào trong thực tế để không những tiết kiệm đượcđáng kể nguồn nguyên liệu, tiết kiệm kinh tế mà còn góp phần giải quyết nạn ô nhiễmmôi trường, một vấn đề bức xúc của thế kỷ 21

Hiện nay, trên thế giới có nhiều phương pháp và công nghệ tái sinh dầu nhờn khácnhau dựa trên các thiết bị phức tạp như : xử lý bằng hóa chất, chưng cất chân không,trích ly và hydro hóa làm sạch Tất cả những phương pháp tái sinh dầu nhờn hiện đạiđều cho ra dầu nhờn hoàn toàn có thể thay thế dầu nhờn gốc ban đầu Tuy nhiên nó đòihỏi phải có chi phí xây dựng dây chuyền tái sinh lớn, kỹ thuật cao và công nghệ phứctạp

Từ trước đến nay, việc tái sinh dầu nhờn ở Việt Nam vẫn được thực hiện bằng cácphương pháp đơn giản và cũng chưa có một quy mô hoàn chỉnh cho việc tái sinh dầunhờn Đứng trước tình hình đó, với đề tài tốt nghiệp này em tiến hành nghiên cứuphương pháp tái sinh dầu nhờn thải với công nghệ đơn giản, rẻ tiền và góp phần hạnchế ô nhiễm môi trường do dầu nhờn thải gây ra đồng thời đem lại hiệu quả kinh tếcao phù hợp với tình hình đất nước ta hiện nay

Trang 3

Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn tới thầy TS Huỳnh Quyền – Ngườitrực tiếp giao đề tài và tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian thí nghiệm tại trungtâm Cảm ơn thầy đã tạo điều kiện thuận lợi cho em được học hỏi và tìm hiểu để có thểhoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Trong thời gian vừa qua, mặc dù đó là quãng thời gian không dài nhưng vô cùngquý báu, giúp cho chúng em nắm bắt và hiểu rõ thêm rất nhiều về những kiến thức đãhọc, mở mang thêm về những kiến thức đã học, mở mang thêm về những điều chưabiết, sự giống nhau và khác nhau giữa lý thuyết và thực tiễn Đây chính là bài học kinhnghiệm bổ ích và cần thiết cho con đường học tập cũng như làm việc của chúng em

sau này

Do điều kiện về thời gian và hiểu biết có phần hạn chế nên khi thực hiện đồ án tốtnghiệp này sẽ không tránh khỏi những sai sót Em kính mong các thầy cô giáo, các bạnđồng nghiệp đóng góp ý kiến để bài đồ án được hoàn chỉnh hơn Cuối cùng em xin

kính chúc thầy sức khỏe để dìu dắt nhiều thế hệ sinh viên hơn nữa

TP.HCM, tháng 6 năm 2012Sinh viên: Nguyễn Văn Ngát

Trang 4

LỜI MỞ ĐẦU

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ DẦU NHỜN 1

1.1 Lịch sử hình thành và phát triển dầu nhờn 1

1.2 Tầm quan trọng và chức năng của dầu nhờn 1

1.2.1 Tầm quan trọng 1

1.2.2 Chức năng 2

1.3 Các tính chất của dầu nhờn 3

1.3.1 Tính bôi trơn 3

1.3.2 Một số tính chất khác của dầu nhờn đối với động cơ 4

1.4 Phân loại dầu nhờn 4

1.4.1 Dầu động cơ 5

1.4.1.1 Giới thiệu chung 5

1.4.1.2 Các tính chất đặc trưng của dầu động cơ 5

1.4.1.3 Các phép thử tính năng 8

1.4.1.4 Những hiện tượng đặc trưng xảy ra trong dầu nhờn trong động cơ 9

1.4.2 Dầu nhờn công nghiệp 13

1.4.2.1 Nhóm dầu công nghiệp thông dụng 13

1.4.2.2 Dầu công nghiệp đặc biệt 14

1.5 Phương pháp sản xuất dầu nhờn 14

1.5.1 Đặc tính của nguyên liệu sản xuất dầu nhờn 15

1.5.1.1 Đặc tính của mazut 15

1.5.1.2 Đặc tính của cặn Gudron 16

1.5.2 Hệ thống sản xuất dầu nhờn chung 17

1.5.2.1 Quá trình chưng chân không mazut 19

1.5.2.2 Chiết bằng dung môi 20

1.5.2.3 Quá trình khử asphan trong phần cặn Gudron 20

1.5.2.4 Quá trình tách sáp 21

1.5.2.5 Làm sạch bằng Hydro 22

Trang 5

1.6.1 Dầu gốc 22

1.6.2 Phụ gia 23

1.6.2.1 Khái niệm 23

1.6.2.2 Lịch sử phát triển phụ gia 23

1.6.2.3 Chức năng 24

1.6.2.4 Các chất phụ gia 24

CHƯƠNG II CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA DẦU THẢI 35

2.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ dầu nhờn trong nước 35

2.2 Sự biến chất của dầu nhờn khi động cơ vận hành 37

2.2.1 Loãng dầu nhờn 38

2.2.2 Dầu nhờn chứa nước 38

2.2.3 Dầu nhờn bị oxi hóa 39

2.2.4 Độ axit của dầu nhờn 39

2.3 Mục đích của việc tái chế dầu nhờn 40

2.3.1 Ảnh hưởng của dầu nhờn đến hệ sinh thái 40

2.3.2 Mục đích của việc tái sinh dầu nhờn 41

CHƯƠNG III PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ DẦU NHỜN PHẾ THẢI 42

3.1 Phương pháp khử chất bẩn trong dầu nhờn bằng cách đun nóng và lọc 42

3.2 Phương pháp dùng axit và bazơ để khử tạp chất trong dầu 44

3.3 Phương pháp tái sinh dầu rửa máy 48

3.4 Phương pháp tái sinh dầu bằng đất tẩy 48

3.5 Xử lý bằng dung môi 50

CHƯƠNG IV THỰC NGHIỆM 52

4.1 Đặc tính dầu nhờn động cơ thải 52

4.1.1 Chuẩn bị các mẫu thử nghiệm 52

4.1.2 Các thông số khảo sát 53

4.2 Xử lý dầu nhờn thải 56

4.2.1 Các dụng cụ và hóa chất thí nghiệm 56

4.2.2 Quy trình tiến hành thí nghiệm 57

4.2.3 Quá trình tiến hành và kết quả thu được 60

CHƯƠNG V KẾT LUẬN 67

PHỤ LỤC 68

Trang 6

Trang 7

Bảng 2.1 Một số công ty sản xuất dầu nhờn có công suất lớn 35

Bảng 2.2 Tình hình tiêu thụ dầu nhờn động cơ tại Việt Nam 36

Bảng 2.3 Thống kê số lượng dầu nhờn động cơ thải trung bình mỗi tháng 37

Bảng 4.1 Địa điểm lấy mẫu dầu nhờn thải 52

Bảng 4.2 Các tính chất chủ yếu của các mẫu dầu nhờn thải 54

Bảng 4.3 Các tính chất chủ yếu của các mẫu dầu nhờn thải (tt) 55

Bảng 4.4 Các tính chất của dầu nhờn thải hỗn hợp 56

Bảng 4.5 Danh mục dụng cụ thiết bị cần thiết cho nghiên cứu 57

Bảng 4.6 Danh mục hóa chất dùng cho nghiên cứu 57

Bảng 4.7 Xác định tỉ lệ dung môi Iso Propyl Alcohol và Ethanol 60

Bảng 4.8 Một số chỉ tiêu của mẫu dầu nhờn đã được tái sinh 64

Trang 8

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống sản xuất dầu nhờn 18

Hình 2.1 Biểu đồ tăng trưởng lượng dầu nhờn tiêu thụ qua các năm 37

Hình 3.1 Sơ đồ phương pháp đun nóng và lọc phương pháp 1 42

Hình 3.2 Sơ đồ phương pháp đun nóng và lọc phương pháp 2 44

Hình 3.3 Sơ đồ phương pháp axit và bazơ 46

Hình 3.4 Sơ đồ phương pháp tái sinh dầu nhờn bằng đất tẩy 50

Hình 4.1 Sơ đồ tái sinh dầu nhờn bằng phương pháp dùng dung môi chiết tách 58

Hình 4.2 Đồ thị biểu diễn hàm lượng cặn, nhựa theo tỉ lệ dung môi Ethanol & Isopropanol 61

Hình 4.3 Đồ thị biểu diễn khả năng hòa tan nhớt theo tỉ lệ dung môi Ethanol & Isopropanol 61

Hình 4.4 Biểu đồ UV-VIS của nhớt thải sau khi được hấp phụ 63

Hình 4.5 Biểu đồ so sánh một số tiêu chuẩn về dầu nhờn sau khi tái sinh 65

Hình 4.6 Biểu đồ so sánh một số tiêu chuẩn của dầu nhờn sau khi tái sinh (tt) 65

Trang 9

CHỨNG CHỈ CHẤT LƯỢNG

CERTIFICATE OF QUALITY

Date of report: 24 June 2012 Position of Sampling

Tên khách hàng

Customer's name

quả

Flash point by COC

Water content

Nước và tạp chất bằng ly tâm ASTM D 96/94 % vol

Water and Sediment by Centrifuge

Total base number

Total acid number

Trang 10

Insolubles in Pentane- Toluene

Conradson Carbon Residue

Kết luận: Kết quả trên phù hợp với tiêu chuẩn Trưởng phòng thí nghiệm

Concluction Above test result meet specfication limits Chief of laboratory

 Phòng thử nghiệm thực hiện lấy mẫu theo QĐ- 15- 12A lần 01 (20/12/04)

 Biểu mẫu được ban hành theo QĐ-09- Vilas 022 lần 02 (01/11/07)

Trang 11

CERTIFICATE OF QUALITY

Date of report: 24 June 2012 Position of Sampling

Tên khách hàng

Customer's name

quả

Water content

6,86

Total base number

Total acid number

Trang 12

Trang 13

CERTIFICATE OF QUALITYNgày báo cáo: 13/05/2008 Vị trí lấy mẫu: TL- 08- 2340DG

Date of report: 13 May 2008 Position of Sampling

Tên sản phẩm: BASE OIL SN 150 Nguồn gốc mẫu: Nhập tàu "ORAPIN 2"

Product name Sample source

Tên khách hàng: Nhà máy dầu nhờn Nhà Bè

Customer's name

quả

Water content

12,2

Total base number

Total acid number

Trang 14

Trang 15

CLEVELAND( Theo phương pháp ASTM D 92- 98/IP 36- 84[89])

I MỤC ĐÍCH VÀ PHẠM VI

- Điểm chớp cháy có thể chỉ rõ sự có mặt của các chất dễ bay hơi hoặc có thể bắtcháy trong một chất tương đối khó bay hơi hoặc không bắt cháy ví dụ thông thườngđiểm chớp cháy của dầu động cơ có thể chỉ ra hàm lượng nhiên liệu bị lẫn

II TÀI LIỆU THAM KHẢO

 Tiêu chuẩn ASTM:

Bản dịch phương pháp xác định điểm chớp cháy cốc hở Cleverland ASTM

đã sai khác

- Châm ngọn lửa thử và điều chỉnh nó có đường kính từ 3,2- 4,8mm

- Khi một điểm chớp cháy được phát hiện trong lần đầu tiên đưa ngọn lửa kiểm traqua, kết quả loại bỏ và kiểm tra mẫu khác Mẫu mới sẽ được bắt đầu kiểm tra từ nhiệt

độ thấp hơn nhiệt độ phát hiện được của lần thí nghiệm trước ít nhất là 280C

- Để xác định điểm bắt cháy, tiếp tục đốt nóng sao cho nhiệt độ của mẫu tăng vớitốc độ 5-60C/ph Tiếp tục sử dụng ngọn lửa kiểm tra sau khoảng 20C cho đến khi dầucháy bùng lên và tiếp tục cháy ít nhất trong 5 giây Ghi lại nhiệt độ tại điểm đó như làđiểm bắt cháy của dầu đã được quan sát

V TÍNH TOÁN VÀ BÁO CÁO

Nếu không có các yêu cầu cụ thể coi áp suất khí quyển tại điều kiện bình thường là760mmHg do đó không cần tính toán hiệu chỉnh

Trang 16

( Theo tiêu chuẩn ASTM D664- 95/IP 177- 96 )

II.QUI TRÌNH XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ AXIT

2.1. Cân một lượng mẫu theo bảng 1 vào trong cốc chuẩn độ 100ml rồi thêm vào

đó 60ml dung môi chuẩn độ Chuẩn bị các điện cực Đặt cốc chuẩn độ vào giá rồi điềuchỉnh sao cho các điện cực ngập chừng một nửa rồi mở máy khuấy Khuấy trong lúcchuẩn đọ với độ khuấy đủ mạnh nhưng không bắn tóe và không khuấy trộn không khívào trong dung dịch Điều chỉnh đồng hồ sao cho nó đọc ở phần trên của thanhmilivon

Bảng 1 Lượng chất thử nghiệmChỉ số axit Khối lượng, g Độ chính xác của phép cân, g

- Tiến hành chuẩn độ tự động và ghi đường cong thế hoặc đường cong đạm hàmtùy trường hợp

- Dùng dung dịch rượu KOH 0,1mol/l chuẩn độ cho đến khi thế không đổi, ví dụthay đổi dưới 50mV/ 0,1ml ( điểm cuối tự động) hoặc tới khi thế chỉ ra là dung dịchkiềm hơn dung dịch đệm kiềm không nước mới cuẩn bị ( điểm cuối được chọn)

- Khi chuẩn độ xong, tráng điện cực bằng đầu buret bằng dung môi chuẩn độ sau

đó bằng izo- propanol, cuối cùng bằng nước cất Nhúng các điện cực trong nước ítnhất 5 phút trước khi dùng lại để phục hồi lớp gel nước của điện cực thủy tinh Nếu

Trang 17

dùng

2.3. Mẫu trắng

Chuẩn mẫu trắng từ 60ml dung môi chuẩn độ đối với quá trình chuẩn độ giống nhưchuẩn độ màu

III TÍNH TOÁN VÀ BÁO CÁO

3.1.Chuẩn độ tự động: Đánh dấu điểm cuối trên đường cong thu được

3.2.Phương pháp tính toán: Được áp dụng cho cả phương pháp chuẩn độ bằng tay

và phương pháp chuẩn độ tự động

Tính chỉ số axit như sau:

Chỉ số axit, mgKOH/g = (A-B)×M×56,1/WTrong đó:

A: Thể tích dung dịch rượu KOH đã dùng để chuẩn mẫu tới điểm cuối định phânxác định bằng điểm uốn đường cong chuẩn độ có giá trị đọc gần với giá trị dungdịch đệm kiềm hoặc nếu khó xác định hoặc không có điểm uốn thì xác định nhờ giátrị đọc của dung dịch đệm kiềm không nước, ml

B: Thể tích dung dich rượu KOH đã dùng để chuẩn mẫu trắng, ml

M: Độ chuẩn của dung dịch KOH, mol/l

W: Khối lượng mẫu, g

3.3.Báo cáo kết quả chỉ số axit như sau:

Chỉ số axit ( Phương pháp D664) = ( Kết quả)

Trang 18

SUỐT VÀ ĐỤC ( TÍNH ĐỘ NHỚT ĐỘNG LỰC)( Theo phương pháp ASTM D 445-97/ IP 71-95)

I MỤC ĐÍCH VÀ PHẠM VI

Quy trình này hướng dẫn xác định độ nhớt động học , v, của các sản phẩm dầu mỏ

lỏng trong suốt và đục tại các phòng thử nghiệm thuộc công ty CP Hóa Dầu

Petrolimex

- Độ nhớt động học được xác định bằng cách đo thời gian để một lượng chất lỏngdưới tác dụng của trọng lượng chảy qua nhớt kế mao quản thủy tinh đã được chuẩntrước

- Độ nhớt động lực, η, thu được bằng cách nhân độ nhớt động học đo được với tỷtrọng, ρ, của chất lỏng

II QUY TRÌNH THỬ NGHIỆM

2.1 Quy trình chung xác định độ nhớt động học

- Giữ cho bình ở nhiệt độ kiểm tra trong giới hạn cho phép

- Chọn nhớt kế đã chuẩn sẵn kho và sạch có phạm vi phù hợp với độ nhớt độngước tính ( nó có thể có mao quản rộng hơn đối với chất lỏng có độ nhớt cao và maoquản hẹp hơn với chất lỏng có độ nhớt thấp) Thời gian chảy nên không dưới 200 giâyhoặc đối với thời gian chảy lớn hơn được lưu ý trong tiêu chuẩn kĩ thuật D 466

2.2 Quy trình đối với chất lỏng trong suốt

2.2.1 Nạp chất lỏng vào trong nhớt kế bằng cách nào đó tùy theo kiểu của dụng cụ.Nếu mẫu chứa vật rắn thì lọc qua lưới lọc (74μm)

- Để nhớt kế đã nạp chất lỏng đứng yên trong bình lâu đủ mức để đạt đến nhiệt

độ kiểm tra Một bình đo thường dùng đặt nhiều nhớt kế Không bao giờ được thêmbớt nhớt kế khi đang đo thời gian chảy của một nhớt kế khác

- Đối với độ nhớt động học cao cần 30 phút là đủ

- Tùy thuộc vào kiểu nhớt kế mà điều chỉnh thể tích mẫu sau khi mẫu đã đạtcân bằng nhiệt độ

2.2.2 Sử dụng cách hút ( nếu mẫu chứa thành phần không bay hơi) hoặc bơm đểđiều chỉnh mức trên của mẫu kiểm nghiệm đến vị trí trong nhánh mao quản của dụng

cụ khoảng 7mm ở phía trước của ở trên vạch mức thứ nhất để đo thời gian Đối vớimẫu chảy tự do, đo theo giấy chính xác đến 0,1s, thời gian yêu cầu để mặt khum chấtlỏng chảy từ vạch dấu thứ nhất đến vạch dấu thứ hai Nếu thời gian chảy này ít hơn giátrị thời gian tối thiểu đã qui định thì chọn nhớt kế khác có đường kính mao quản nhỏhơn rồi tiến hành đo lại Lặp lại qui trình như được miêu tả trong 2.2.2 để đo thời gianchay theo giây Ghi lại kết quả

Nếu hai lần đo nằm trong phạm vi cho phép thì lấy giá trị trung bình để tính độ nhớtđộng học để kết luận Nếu các số đo không phù hợp với nhau thì xác định lại sau khi

đã rửa sạch, sấy khô các nhớt kế và lọc mẫu Ghi lại kết quả

2.2.3 Tính độ nhớt động lực, η, từ độ nhớt động học, v, và tỷ trọng , ρ, bằng cách

sử dụng đẳng thức sau:

η = v ×ρ×103

Ở đây :

Trang 19

ρ: Tỷ trọng, kg/m3ở cùng một nhiệt độ dùng để đo thời gian chảy t

v: Độ nhớt động học, mm 2 /s

Trang 20

[1] C.Kajdas Dầu mỡ bôi trơn NXB Khoa học kỹ thuật, 1993.

[2] Đinh Thị Ngọ Hóa học dầu mỏ và khí NXB Khoa học kỹ thuật, 2001.

[3] Kiều Đình Kiểm Các sản phẩm dầu mỏ và hóa dầu NXB Khoa học kỹ

thuật.

[4] Lê Văn Hiếu Công nghệ chế biến dầu mỏ NXB Khoa học kỹ thuật, 2000 [5] Dầu thải: Tiêu chuẩn Việt Nam Bộ Vật Tư, 1984.

[6] I.Kh.Khizghilop Bảo quản phẩm chất xăng dầu trong quá trình tồn chứa và

vận chuyển Tổng Công Ty Xăn Dầu, 1975.

[7] Iu.Ph Deinea Phương pháp tái sinh dầu bôi trơn Trung tâm thông tin

[10] Nguyên liệu dùng cho xe máy Công nhân kỹ thuật, 1977.

[11] Nghiên cứu quy hoạch lọc hóa dầu Trung tâm nghiên cứu phát triển chế

biến dầu khí, 1998.

[12] Viện hóa học công nghiệp Phân loại xăng dầu mỡ Trung tâm phụ gia dầu

mỏ, 2000.

[13] Thông tin trên Internet của Hamad et al, 2005.

[14] Thông tin trên Internet của Elbashir et al, 2002.

Trang 21

1.1 Lịch sử hình thành và phát triển dầu nhờn

Ngay từ thời xa xưa kỹ thuật và các chất bôi trơn đã trở thành những yếu tố không thể tách rời nhau Màng dầu mỏng được bôi trơn lên bề mặt làm việc đã tạo ra khả năng hoạt động nhịp nhàng và lâu bền cho các cơ cấu do con người chế tạo ra

Không có chất bôi trơn thì con người không có được những thành tựu và những sáng tạo kỳ diệu của nền kỹ thuật như ngày nay

Lịch sử không lưu lại được một cách đầy đủ tên tuổi của các bậc thiên tài trong quá khứ- những người đầu tiên đã phát hiện ra rằng:

“Khi các bề mặt được bôi trơn so với không được bôi trơn thì tính trợt sẽ dễ dàng hơn và bề mặt ít nóng hơn khi làm việc”

Có rất nhiều chất liệu dùng để bôi trơn như mỡ nước, mỡ động vật, dầu thảo mộc và các sản phẩm dầu mỡ tổng hợp, các chất rắn, kim loại nóng chảy và thậm chí cả không khí nữa

Thập niên 60-70 của thế kỷ 19 người ta chỉ dùng các nguồn dầu thảo mộc để bôi trơn Nhưng khi nghành chế tạo máy đã phát triển thì nguồn dầu thảo mộc không đủ về số lượng cũng như hạn chế về chủng loại dầu nhờn Trong khi đó số lượng cặn mazut, phần còn lại được coi như sản phẩm đã bỏ đi sau khi khai thác dầu hỏa ( chiếm tới 70-90%) tại các nhà máy chế luyện dầu mỏ, ngày càng lớn buộc con người phải nghiên cứu để sử dụng lại vào những mục đích có lợi

Nhà bác học Nga nổi tiếng D.l.Mendeleep chính là một trong những người chú ý đầu tiên đến vấn đề mazut để chế ra dầu nhờn Dưới sự lãnh đạo của ông, ở nhà máy Conxtantinop đã xây dựng một cơ sở sản xuất dầu nhờn từ dầu mỏ và bắt đầu nghiên cứu một cách có hệ thống tính chất của chúng

Trang 22

Những công trình cơ sở của L.G.Gurvich và K.V.Klarichkop đã tác động mạnh mẽ đến sự phát triển sản xuất dầu nhờn và tăng chất lượng dầu nhờn từ dầu mỏ Từ đó đến nay các nhà nghiên cứu đã không ngừng cải tiến và hoàn thiện các phương pháp sản xuất dầu nhờn

1.2 Tầm quan trọng và chức năng của dầu nhờn

1.2.1 Tầm quan trọng

Dầu nhờn có vai trò quan trọng để duy trì hoạt động và tuổi thọ của động cơ, thiết

bị cơ khí, máy móc công nghiệp… Hiện nay ở nước ta có trên 10 triệu công cụ máy móc liên quan đến bôi trơn bằng dầu mỡ Do chính sách đổi mới của Nhà Nước, tốc độ đầu tư ngày càng tăng, số lượng máy móc và chủng loại ngày càng lớn, vấn đề quan trọng là phải

sử dụng các trang thiết bị ( nhất là trong lĩnh vực kinh tế quan trọng như giao thông vận tải, năng lượng, cơ khí công nghiệp…) có hiệu quả cao nhất Vì thế cung cấp, sử dụng dầu bôi trơn thích hợp và kĩ thuật bôi trơn hợp lý sẽ góp phần khai thác tốt các động cơ, thiết bị trong nền kinh tế Hiện tại trong nhiều nghành kinh tế, thời gian sử dụng máy móc chỉ đạt khoảng 30%

Ngày trước, khi các nhà khoa học tìm ra dầu bôi trơn để giải quyết vấn đề ma sát trong các thiết bị máy móc thì có lẽ chính họ cũng không thể tưởng tượng được phát minh của mình đã đóng góp trong nền kinh tế những lợi ích to lớn như thế nào Cho đến nay và còn có lẽ còn rất lâu nữa, sự hao mòn máy móc, mà chủ yếu do mài mòn ma sát vẫn sẽ là vấn đề sống còn đối với các nhà sản xuất động cơ cũng như đối với người sử dụng Không chỉ ở nước ta, mà ngay cả những nước phát triển, tổn thất do ma sát, mài mòn hay

do sử dụng dầu bôi trơn và kĩ thuật bôi trơn không hợp lí đã chiếm vài phần trăm trong tổng thu nhập quốc dân Điển hình như ở CHLB Đức, con số lên tới 23- 40 tỉ DM hay tại Canada là khoảng 5 tỉ đô la Canada, còn ở nước ta theo đánh giá của các chuyên gia cơ khí, thiệt hại và các chi phí bảo dưỡng cỡ vài trăm triệu USD

Qua đó cho ta thấy việc sử dụng dầu nhờn hợp lí và hiệu quả sẽ góp phần to lớn trong việc nâng cao tuổi thọ thiết bị, tăng hiệu suất làm việc của động cơ

Trang 23

1.2.2 Chức năng

Dầu nhờn có một tầm quan trọng rất lớn đối với các loại máy móc, nó có chức năng bôi trơn, chống 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 số các chức năng kể trên thì chức năng bôi trơn là quan trọng nhất

Sử dụng dầu nhờn làm chất lỏng bôi trơn giữa các bề mặt tiếp xúc của các chi tiết máy móc nhằm mục đích giảm mài mòn, giảm ma sát nhờ vậy mà giảm được tiêu hao năng lượng để thắng được lực ma sát sinh ra khi các chi tiết máy chuyển động Nếu chọn đúng dầu bôi trơn thì hệ số ma sát giảm từ 100 đến 1000 lần so với ma sát khô

Khi tra dầu vào giữa hai bề mặt tiếp xúc, chúng bám vào bề mặt tiếp xúc một lớp màng đủ mỏng để tách riêng hai bề mặt không cho chúng tiếp xúc trực tiếp lên nhau Khi hai bề mặt này chuyển động chỉ có lớp phân tử dầu chuyển động trượt lên nhau mà thôi Chúng cũng tạo ra một ma sát chống lại lực tác dụng đó gọi là ma sát nội Lực ma sát này thường rất nhỏ và không đáng kể so với lực ma sát sinh ra khi hai bề mặt kim loại khô tiếp xúc với nhau lúc chuyển động

Đại lượng đặc trưng cho ma sát nội của dầu nhờn là độ nhớt Khi độ nhớt của dầu nhờn lớn thì ma sát nội tại lớn và ngược lại Như vậy để thực hiện tốt nhiệm vụ bôi trơn của dầu nhờn cho phù hợp với từng loại máy thì phải dùng các loại dầu nhờn có độ nhớt thích hợp theo tiêu chuẩn qui định

Năng lượng hao tổn để thắng lực ma sát trong các điểm tựa, ổ bi trục, nó biến thành nhiệt năng làm nóng các bộ phận và bề mặt tiếp xúc Lượng nhiệt lớn hay nhỏ phù 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 và máy móc làm việc mất chính xác Khi có dầu tra vào đó nó

sẽ làm giảm rất nhiều các lượng nhiệt sinh ra ở các điểm đó Bởi vậy dầu nhờn không chỉ làm nhiệm vụ bôi trơn mà nó còn làm nhiệm vụ tản nhiệt, để tránh các hiện tượng quá nhiệt cục bộ trong máy mà dễ xảy ra hỏng máy Để thực hiện nhiệm vụ này người ta thường cho dầu nhờn lưu động qua các ổ bi rồi mang nhiệt phân tán ra ngoài Dầu nhờn

Trang 24

còn có nhiệm vụ chống ăn mòn bề mặt kim loại, làm sạch bề mặt kim loại, làm kín các khe hở đảm bảo máy hoạt động ổn định nhất

1.3 Các tính chất của dầu nhờn

1.3.1 Tính bôi trơn

Khi dầu đã được đặt vào giữa hai bề mặt tiếp xúc, chúng sẽ chảy loang và bám chắc vào bề mặt tạo nên một màng dầu rất mỏng đủ sức tách riêng hai bề mặt không cho tiếp xúc với nhau Khi hai bề mặt này chuyển động, chỉ có lớp phân tử trong dầu tiếp xúc trượt lên nhau tạo nên ma sát chống lại lực tác dụng gọi là ma sát nội ( ma sát lỏng) của dầu nhờn Nhờ thế làm giảm ma sát của các chi tiết hoạt động trong động cơ máy móc

Đặc trưng cho ma sát nội là độ nhớt, vì vậy việc nghiên cứu chất lượng của dầu phải bắt nguồn từ độ nhớt

Độ nhớt là số đo khả năng chống lại sự chảy của dầu nhờn, được xác định bằng tỉ

số giữa ứng suất trượt và tốc độ trượt

Ứng suất trượt là lực trượt trên một đơn vị diện tích vuông góc với phương thẳng đứng (Pa)

Tốc độ trượt là sự chênh lệch tốc độ trên một đơn vị khoảng cách theo phương thẳng đứng (gy)

Để thực hiện nhiệm vụ bôi trơn, dầu nhờn phải có độ nhớt thích 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

Bôi trơn là một tính chất rất quan trọng của dầu nhờn và chính việc sử dụng loại dầu nhờn có tính chất bôi trơn cao là thích hợp nhất Tính chất bôi trơn chỉ thể hiện khi có

sự bôi trơn phân giới và bôi trơn nửa lỏng

 Bôi trơn phân giới biểu hiện lớp dầu vô cùng mỏng nằm trong các vùng tác động của các lực lên phân tử của bề mặt kim loại

Trang 25

 Bôi trơn nửa lỏng là quá trình bôi trơn khi lớp dầu giữa các chi tiết làm việc

có phần nào bị phá vỡ và do đó tại những chỗ tiếp xúc của các chi tiết sinh ra ma sát phân giới hoặc ma sát khô

Các loại dầu có tính bôi trơn cao có khả năng chống mài mòn, chống xước tốt và được sử dụng cho các máy có tải trong lớn hơn

1.3.2 Một số tính chất khác của dầu nhờn đối với động cơ

- Tính oxi hóa của dầu nhờn trong động cơ

- Khả năng tạo muội than trong động cơ

- Hiện tượng đóng lớp sơn trong động cơ

- Hiện tượng tạo cặn trong động cơ

- Tính chất ăn mòn của dầu nhờn trong động cơ

- Nhiệt độ đông đặc, tính lưu động…

1.4 Phân loại dầu nhờn

Theo ý nghĩa sử dụng, dầu nhờn có 4 loại chính, đó là:

1.4.1 Dầu động cơ

1.4.1.1 Giới thiệu chung

Trang 26

Dầu 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 sản xuất trên thế giới Ở Việt Nam hiện nay dầu động cơ chiếm khoảng 40% lượng dầu bôi trơn Tại các nước đang phát triển khác tình hình cũng tương tự

Có vô số loại động cơ, từ những loại nhỏ như động cơ xe máy hay động cơ bé xíu trong các thiết bị hiện đại, tới những động cơ khổng lồ trong máy tàu thủy hoặc các thiết

bị công nghiệp Sự đa dạng về kích cỡ động cơ và dạng sử dụng chúng dẫn đến các yêu cầu bôi trơn rất khác nhau Điều này phản ánh trong các tính chất lí hóa lẫn tính năng sử dụng của các loại dầu động cơ Hầu hết dầu gốc khoáng và phần lớn phụ gia bôi trơn được sử dụng để sản xuất dầu động cơ Tùy thuộc vào lĩnh vực sử dụng, dầu động cơ chứa từ 5-20% phụ gia Các phụ gia quan trọng nhất cho dầu động cơ gồm các chất chống oxi hóa, phụ gia phân tán- tẩy rửa, phụ gia chống gỉ và chống ăn mòn cho dầu một mùa và phụ gia tăng chỉ số độ nhớt đối với dầu bốn mùa

Cho dù mỗi động cơ cần loại dầu với các tính chất lí- hóa và tính năng sử dụng riêng

để đáp ứng các vấn đề bôi trơn khác nhau, một số yếu tố ảnh hưởng tới việc bôi trơn vẫn

là chung cho mọi động cơ đó là : bôi trơn, làm mát, làm kín, làm sạch bên trong Mức độ đạt được các chức năng này tới đâu tùy thuộc vào từng loại dầu được lựa chọn phù hợp với đặc tính thiết kế ban đầu, nhiên liệu và điều kiện vận hành của động cơ

1.4.1.2 Các tính chất đặc trưng của dầu động cơ

Thông thường, người ta chia độ nhớt ra làm hai loại:

Trang 27

- Thay đổi độ nhớt tạm thời do tính chất dòng chảy không Newton

- Sự mất độ nhớt vĩnh viễn do các phân tử polymer trong phụ gia cải thiện chỉ số

độ nhớt bị bẻ gãy thành phân tử nhỏ hơn

Ngoài ra, còn có các nguyên nhân khác làm thay đổi độ nhớt được trình bày trong bảng sau:

b 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 có chỉ số độ nhớt thấp thì độ nhớt của thay đổi nhiều theo nhiệt độ, dầu có chỉ số độ nhớt cao thì độ nhớt ít thay đổi theo nhiệt độ

Trong quá trình sử dụng dầu, có biểu hiện thay đổi độ nhớt là do lẫn các sản phẩm khác Đôi khi chỉ số độ nhớt tăng là do quá trình oxi hóa của dầu, chỉ số độ nhớt có thể giảm do bị bẻ gãy hoặc phá vỡ cấu trúc phân tử các phụ gia polymer trong dầu

Đối với dầu bốn mùa thì chỉ số độ nhớt rất cần thiết vì dầu có chỉ số độ nhớt cao sẽ

ít gây sự cản nhớt khi khởi động máy ở nhiệt độ thấp Ngoài ra, màng dầu dày hơn làm tăng khả năng làm kín, chống ăn mòn tốt hơn, tiêu hao dầu ít…trong phạm vi nhiệt độ làm việc rộng Tuy nhiên, đối với điều kiện ở Việt Nam chỉ sử dụng dầu một mùa, do đó chỉ số độ nhớt không phải điều bắt buộc song yêu cầu chỉ số độ nhớt từ 95 trở lên Chỉ số

độ nhớt được xác định bằng ASTM D2270

c Trị số axit và kiềm

Trang 28

Trị số axit và trị số kiềm liên quan tới trị số trung hòa, dùng để xác định độ axit và

độ kiềm của dầu bôi trơn

Độ axit thường được biểu thị qua trị số axit tổng (TAN) cho biết số mg KOH cần thiết để trung hòa tất cả các hợp chất mang tính axit có mặt trong 1g mẫu

Độ kiềm được biểu thị bằng trị số kiềm tổng (TBN) nó cho biết lượng axit HCl hay axit percloric (HClO4) được chuyển sang lượng KOH tương đương ( tính bằng mg) để trung hòa hết các hợp chất mang tính kiềm trong 1mg mẫu

Trị số axit tổng (TAN) của dầu đang sử dụng mà cụ thể là sự biến thiên của TAN trong quá trình sử dụng Lúc đầu giá trị TAN thay đổi rất ít do sự có mặt của ZnDDP (kẽm diankyldithiophotphat) Trong giai đoạn trực tiếp, trị số TAN trở nên tương đối ổn định gần như không thay đổi, sau một thời gian dài trị số TAN bắt đầu tăng và từ đó nó phản ánh đúng sự mất dần của chất chống oxi hóa cũng như dầu bị oxi hóa làm tăng độ axit tăng Bên cạnh đó, trị số TBN cũng đánh giá chất lượng phụ gia kiềm dùng để trung hòa các sản phẩm mang tính axit sinh ra trong quá trình sử dụng còn ở mức độ như thế nào, do đó TBN cũng là một đại lượng để đánh giá tuổi thọ của dầu

d Điểm chớp cháy và bắt lửa (xác định theo ASTM D92,D93)

Nhiệt độ chớp cháy của dầu là nhiệt độ thấp tại áp suất khí quyển 1 atm (101,25 KPa) mẫu được đun nóng đến bốc hơi với không khí một hỗn hợp đủ để lóe cháy khi có ngọn lửa đưa vào

Nhiệt độ bắt lửa của dầu là nhiệt độ thấp nhất mà tại đó lượng hơi sản phẩm trên bề mặt có khả năng duy trì ngọn lửa trong thời gian là 5 giây

Điểm chớp cháy và bắt lửa của dầu thay đổi theo độ nhớt Dầu có độ nhớt cao sẽ có điểm chớp cháy và bắt lửa cao hơn Ngoài ra, điểm chớp cháy và bắt lửa của dầu phụ thuộc vào loại dầu thô Dầu Napthen thường có điểm chớp cháy và bắt lửa thấp hơn dầu Parafin cùng độ nhớt Đối với dầu đang sử dụng mà có điểm chớp cháy thấp hơn so với giá trị nó cần có thì đó là biểu hiện có lẫn nhiên liệu dầu

e Hàm lượng tro và tro sunfat ( xác định theo ASTM D482)

Trang 29

Hàm lượng tro là lượng cặn không cháy hay các khoáng chất còn lại sau khi đốt cháy dầu Các chất tạo nên tro có thể là các chất bẩn, cặn gỉ, các sản phẩm của sự mài mòn hay các hợp chất kim loại tan được trong nước và dầu Thực tế một lượng nhỏ các hợp chất tạo nên tro có mặt trong dầu có thể là thông tin cho phép chúng ta đánh giá dầu bôi trơn có thích hợp cho mục đích đã định hay không

Hàm lượng tro sunfat là phần cặn còn lại sau khi than hóa mẫu, sau đó phần cặn được xử lý bằng H2SO4 và nung nóng đến khối lượng không đổi Hàm lượng tro sunfat cần được xác định với dầu có chứa phụ gia

f Hàm lượng nước ( xác định theo ASTM D95 và D1744 )

Hàm lượng nước của dầu là lượng nước được tính bằng phần trăm theo trọng lượng thể tích hay theo ppm

Nước có mặt trong dầu bôi trơn không những đẩy nhanh sự ăn mòn và sự oxi hóa

mà còn gây nên hiện tượng nhũ tương, trong một số trường hợp nước còn làm thủy phân một số loại phụ gia, tạo nên những bùn mềm xốp

g Hàm lượng kim loại ( xác định theo ASTM D4268-26)

Hầu hết các loại bôi trơn được pha chế với các phụ gia có chứa kim loại, chúng có tác dụng như chất tẩy rửa, các tác nhân chống ăn mòn, các chất ức chế oxy hóa…các phụ gia này có thể chứa các kim loại như: Ca, Mg, Ba và Zn Ngoài ra trong dầu đã sử dụng còn chứa các sản phẩm của quá trình mài mòn Lượng kim loại mài mòn thay đổi rất khác nhau giữa các loại động cơ và chịu ảnh hưởng rất lớn theo tình trạng làm việc của động

cơ Mỗi giá trị thành phần kim loại bị mài mòn sẽ xác định một trạng thái kĩ thuật, từ đó

có thể dự đoán về tình trạng kỹ thuật của động cơ và yêu cầu công tác bảo dưỡng

1.4.1.3 Các phép thử tính năng

Để đáp ứng yêu cầu bôi trơn nhiều loại máy móc khác nhau, các chất bôi trơn cần phải không những có một phổ rộng về các thuộc tính vật lí và hóa học, mà còn phải trải qua các phép thử tính năng Nhóm thử nghiệm đóng vai trò quan trọng, giúp cho việc sản xuất ra những sản phẩm đồng nhất

Trang 30

a Tính chống mài mòn và chịu áp cao

Một trong những tính năng chính của dầu bôi trơn là giảm độ mài mòn cơ học của các

bộ phận máy tiếp xúc cọ sát vào nhau Khả năng này liên quan đến sức chịu tải của dầu bôi trơn, nó ngăn cách các chi tiết máy cọ sát vào nhau, nên giảm được mài mòn và tránh hiện tượng kẹt máy Mặt khác, sức chịu tải liên quan đến khả năng bôi trơn và có thể coi

là áp suất hay tải trọng mà chất bôi trơn có thể chịu được trong những điều kiện đã cho

mà không làm hỏng các chi tiết máy

Thuộc tính chống mài mòn của dầu bôi trơn được thử nghiệm bằng máy bốn bi theo ASTM D1472, tính chịu áp theo ASTM D1783

b Độ ăn mòn tấm đồng

Nhiều loại dầu nhờn tiếp xúc với đồng hoặc hợp kim đồng trong suốt thời gian làm việc của chúng Vì vậy điều cần thiết là sản phẩm dầu đó phải không được ăn mòn đồng

Ăn mòn đồng được xác định theo ASTM D130 ở những nhiệt độ khác nhau trên 1000C

và trong khoảng thời gian khác nhau, tùy thuộc vào từng loại dầu sao cho thích hợp với điều kiện làm việc của dầu đó

c Độ tạo bọt

Bọt được tạo thành do dầu bị khuấy trộn cơ học và không khí đã đi vào dòng chảy của dầu Bọt có thể dẫn đến hỏng hóc các hệ thống cơ học Ngoài ra, bọt trong dầu sẽ làm giảm hiệu suất bôi trơn của dầu ( bôi trơn không đều) Nếu bọt hình thành một lượng lớn, bọt sẽ tràn ra ngoài bình chứa dầu

Độ tạo bọt được xác định theo ASTM D892 Kết quả này không tương ứng nếu dầu lẫn các chất khác như: hơi nước, các cặn gỉ rất mịn vì các chất đó có khả năng tạo bọt cho dầu

1.4.1.4 Những hiện tượng đặc trưng xảy ra trong dầu nhờn trong động cơ

a Tính oxi hóa của dầu nhờn trong động cơ

Trang 31

Trong điều kiện khí quyển thông thường thì dầu nhờn có thể được giữ được chất lượng không thay đổi trong khoảng 5 năm Nhưng khi bị đun nóng thì dầu bị oxi hóa, nhiệt độ càng cao thì oxi hóa càng nhanh và càng mạnh Trong động cơ, dầu luôn luôn phải tiếp xúc với oxi không khí Nhất là xảy ra trong điều kiện nhiệt độ cao và có nhiều kim loại khác nhau nên dầu bị oxi hóa tương đối nhanh hơn Trong quá trình oxi hóa, oxi khi tham gia phản ứng với các phân tử dầu sẽ phá vỡ chúng và tạo ra các sản phẩm hoàn toàn mới như axit, nhựa, asphalten…

Các sản phẩm oxi hóa xuất hiện sẽ làm cho dầu đổi màu và thay đổi tính chất hóa lí như: dầu có màu tối hơn, độ nhớt và độ axit tăng lên, trong dầu xuất hiện các chất rắn ở dạng nhũ, tăng cường ăn mòn các ổ đỡ hợp kim Pb/Cu

Hiện tượng oxi hóa của dầu là nguyên nhân chính làm bẩn các chi tiết động cơ và hệ thống bôi trơn do các lớp cặn chứa cacbon

Các loại dầu khác nhau bị oxi hóa khác nhau, một số nhanh hơn, một số chậm hơn

Khả năng giữ được tính chất không thay đổi trong những điều kiện bất lợi gọi là độ bền oxi hóa hay độ ổn định Độ bền oxi hóa càng cao thì dầu càng ít bị xu hướng oxi hóa Nói chung, nhiệt độ càng cao thì dầu càng phải tăng độ bền oxi hóa lên Những yếu tố khác cũng đòi hỏi độ ổn định oxi hóa là:

 Lượng dầu chứa được trong cacte ít

 Thời gian hay dầu lâu

 Công suất ra của động cơ rất cao (tức là công suất trên một đơn vị xylanh lớn)

b Khả năng tạo muội than trong động cơ

Trong buồng đốt động cơ, nhiệt độ 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) và không đủ oxi 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

Trang 32

Nhiệt độ bề mặt buồng đốt và tại đầu piston ở các động cơ khác nhau thay đổi trong khoảng từ 250- 4000C Việc tạo muội trên các chi tiết động cơ bắt đầu từ việc hình thành lớp màng keo trên các chi tiết đó

Dầu đi qua vòng găng và 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 hóa, oxi hóa và cuối cùng dầu bị 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

sẽ bị các sản phẩm cháy của nhiên liệu và dầu làm bẩn Do tác dụng của nhiệt độ cao và oxi không khí nó biến thành các chất nhựa rồi 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 xilanh cùng với không khí

Trong khi động cơ làm việc thì 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 dẵn 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

Việc tạo muội than 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 lại, làm tăng tỉ lệ 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 cháy bình thường của nhiên liệu trong chế hòa khí động cơ, các hạt muôi bị đốt cháy bám lên buồng đốt sẽ có thể là nguyên nhân làm nhiên liệu cháy sớm

 Khi có muội trên các chi tiết buồng đốt sẽ hạn chế lượng hỗn hợp nhiên liệu đi vào động cơ làm giảm công suất động cơ

 Muội đóng ở đế xupap sẽ làm xupap khó đóng, làm cháy xupap

Trang 33

 Muội ở bugi đánh lửa sẽ làm cho 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 chức năng lắng đọng khác nhau trên các chi tiết động cơ cũng như hệ thống bôi trơn

Như vậy, muội than có ý nghĩa rất quan trọng đối với chất lượng dầu nhờn Dầu có chất lượng cao thì không tạo muội hoặc ít tạo muội

c Sự tạo lớp sơn trong động cơ

Khi động cơ đốt trong hoạt động thì ở vùng găng và thân piston, ở thân giá trong piston

và thanh truyền đọng lại một chất chứa cacbon ở dạng lớp mỏng, bám chắc, có bề mặt phẳng và thường lấp lánh được gọi là sơn (hoặc sơn đọng) với nhiều màu khác nhau từ vàng, nâu sang nâu đen

Sơn gồm cacbon (81- 85%), hydro (7- 9%) và oxi (6-10%) So với chất lắng đọng chứa cacbon khác trên các chi tiết thì sơn là chất có khối lượng nhỏ nhất song lại nguy hiểm nhất đối với động cơ

Hiện tượng đóng lớp sơn trên các chi tiết động cơ xảy ra do ba nguyên nhân chủ yếu sau đây:

 Do hiện tượng oxi hóa lớp dầu mỏng trên bề mặt chi tiết có nhiệt độ cao

 Do các sản phẩm oxi hóa và cháy không hết đọng lên bề mặt các chi tiết

 Các sản phẩm oxi hóa dầu và nhiên liệu trong khi đi từ buồng đốt xuống đáy cacte dầu sẽ ngưng đọng lại

Hiện tượng tạo sơn cũng có thể hình thành do quá trình rò khí từ buồng đốt vào đáy dầu Đó là do các sản phẩm oxi hóa cũng như các sản phẩm cháy không hết của dầu và nhiên liệu có lẫn trong khí sẽ đọng lại trên các chi tiết động cơ và biến thành sơn

Hiện tượng tạo sơn phụ thuộc rất nhiều vào bề dày của lớp dầu trên bề mặt bị đốt nóng Lớp dầu càng mỏng thì dầu càng có khả năng biến thành sơn nhanh Điều quyết định rất

Trang 34

nhiều đến quá trình tạo sơn còn là kim loại mà lớp dầu bị đốt trong đó, ví dụ trên bề mặt thép thì tạo sơn nhanh hơn bề mặt nhôm

Mặt khác, chất lượng dầu cũng ảnh hưởng đến quá trình tạo sơn trong động cơ Dầu càng nhẹ thì biến thành sơn càng nhanh song lượng sơn tạo ra lại ít hơn so với dầu nặng (có độ nhớt cao) Ngược lại, tuy dầu nặng biến thành sơn chậm song lượng tạo ra thì nhiều hơn

Sơn là một chất rất nguy hiểm đối với động cơ, nó là nguyên nhân gây cháy vòng găng,

nó dẫn nhiệt kém nên làm các chi tiết bị quá nóng Ví dụ như khi sơn bám vào bề mặt piston làm piston giảm khả năng tỏa nhiệt do đó nhiệt độ piston tăng lên, dễ gây hỏng piston Do đó, các biện pháp hay dùng các dung môi rửa như benzene, axeton… hoặc đốt

ở nhiệt độ cao khoảng 500-6000C

d Hiện tượng tạo cặn trong động cơ

Trong quá trình động cơ làm việc, dầu luôn bị bẩn do nhiều sản phẩm khác nhau tích tụ lại trong dầu như: nước, nhiên liệu, các hạt muội than, bụi, các hạt do mài mòn, các sản phẩm oxi hóa, xà phòng kim loại…

Sự pha trộn của dầu bị bẩn nói trên trong điều kiện nhất định sẽ dẫn tới tạo thành một chất dính sền sệt tách từ dầu ra và lắng xuống đáy cacte dầu, ở hộp xupap, trong ống dẫn dầu, trong hệ thống bôi trơn và các bầu lọc

Thành phần của cặn thường phụ thuộc vào điều kiện sinh ra nó Thường cặn gồm: 50- 70% dầu và 5- 15% nước, còn lại là nhiên liệu, sản phẩm oxi hóa và các hạt rắn

Một trong những hiện tượng tạo cặn là nước lọt vào dầu Do vậy, tất cả các hiện tượng làm cho nước lọt vào dầu đều thúc đẩy hiện tượng tạo cặn trong động cơ, làm cho cặn ngày càng nhiều hơn Ngoài ra, còn có nhiều ảnh hưởng dẫn đến quá trình tạo cặn:

 Ảnh hưởng của việc thông gió cacte dầu

 Ảnh hưởng của nhiệt độ dầu

 Ảnh hưởng của chất lượng nhiên liệu

Trang 35

 Ảnh hưởng của chế độ làm việc của động cơ

 Ảnh hưởng của chất lượng dầu

Hiện tượng tạo cặn trong động cơ có thể làm cho động cơ có thể làm cho động cơ hoạt động mất bình thường và cặn làm hỏng động cơ do các nguyên nhân sau:

 Làm tắc các rãnh dầu, đường dầu và các bầu lọc Vì vậy, quá trình bôi trơn không đảm bảo, xảy ra tình trạng nóng chảy bạc lót, ổ đỡ, kẹt ổ trục khuỷu và có thể gây ra nhiều sự cố khác như: nếu bầu lọc bị tắc thì dầu bẩn chưa kịp lọc sẽ đi vào các chi tiết làm việc, do đó làm tăng độ mài mòn các chi tiết và còn có nguy cơ làm cháy vòng găng

 Dầu mới bị giảm phẩm chất ngay khi mới cho vào động cơ

 Cặn có thể quánh và rắn lại, thậm chí không thể rửa sạch bằng phương pháp hóa học

1.4.2 Dầu nhờn công nghiệp

Dầu nhờn bôi trơn công nghiệp (gọi tắt là dầu công nghiệp) bao gồm các loại dầu nhờn được sử dụng để bôi trơn các máy móc, thiết bị công nghiệp

Tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng mà dầu bôi trơn công nghiệp được sản xuất, chế biến có phụ gia hay không có phụ gia và những tính chất lý hóa khác nhau

Phạm vi sử dụng của dầu công nghiệp rất rộng ( tối thiểu cũng có đến vài trăm sản phẩm khác nhau) Vì vậy, về tổng thể nếu dựa vào công dụng chính ta có thể chia ra làm hai nhóm lớn:

 Nhóm dầu công nghiệp thông dụng

 Nhóm dầu công nghiệp đặc biệt

1.4.2.1 Nhóm dầu công nghiệp thông dụng

Nhóm dầu công nghiệp thông dụng là dầu dùng cho các cơ cấu hoạt động của máy móc thiết bị ở điều kiện tải trọng thấp và nhiệt độ thấp, không có yêu cầu đặc biệt về chất

Trang 36

lượng Đó là những loại dầu dùng cho các cơ cấu truyền động cái, máy dệt, máy xây dựng, xe tải nâng, thiết bị luyện kim, thiết bị mỏ và thiết bị khác trong nghành công nghiệp nhẹ, công nghiệp nặng, công nghiệp thực phẩm…

Dầu công nghiệp thông dụng không có phụ gia và có thể sử dụng trong bất kì cơ cấu thiết bị nào hoạt động với tải trọng nhẹ

Dầu công nghiệp thông dụng không có những yêu cầu đặc biệt lắm về chất lượng, trừ tính bôi trơn Chính vì vậy, chỉ cần dựa vào độ nhớt ta có thể đánh giá mức độ ổn định, khả năng chống lão hóa của loại dầu này

1.4.2.2 Dầu công nghiệp đặc biệt

Dầu công nghiệp đặc biệt là dầu nhờn chuyên dụng, dùng để bôi trơn từng thiết bị riêng biệt (có thể từng chi tiết, bộ thiết bị, máy móc…)

Dầu nhờn chuyên dụng là dầu nhờn đảm bảo khả năng làm việc của các máy móc thiết bị công nghiệp, các máy gia công kim loại và các thiết bị khác có chế độ hoạt động chuyên dụng

 Ứng dụng

- Dùng cho các máy móc có cơ cấu tốc độ cao ( như máy mài, ổ trục), hệ thống thủy lực của các thiết bị công nghiệp truyền động bánh răng dẫn hướng trượt trong máy cắt gọt kim loại, máy cán thép…

- Dùng cho các cơ cấu có tốc độ nhanh và lớn như trục máy cái có ở trục lăn và ổ trục trượt với tốc độ vòng quay lớn thì phải đảm bảo tiêu hao do ma sát nhỏ và không có hiện tượng cháy ở mặt tiếp xúc Dầu nhờn dùng cho bộ phận này cần có độ ổn định chống oxi hóa và độ nhớt không lớn… giá trị độ nhớt càng thấp, tốc độ quay của trục càng cao

Để tăng độ ổn định chống oxi hóa nên pha chất ức chế oxi hóa vào dầu hoặc chọn lại dầu gốc có thành phần cacbuahydro bền vững với quá trình oxi hóa

Trang 37

Có các loại dầu nhờn chuyên dụng như dầu tuabin, dầu máy nén, dầu cách điện, dầu xylanh, dầu chân không và dầu máy khoan (khoan khí)

Trên thế giới, dầu nhờn công nghiệp chiếm một tỉ trọng khá lớn so với tổng lượng các loại dầu bôi trơn (50- 60%, thậm chí còn hơn thế)

Hiện nay ở Việt Nam dầu bôi trơn công nghiệp chỉ chiếm khoảng 30- 40% Tuy nhiên, tỷ lệ này sẽ tăng dần theo xu hướng phát triển công nghiệp của đất nước, đặc biệt trong giai đoạn công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước

1.5 Phương pháp sản xuất dầu nhờn

1.5.1 Đặc tính của nguyên liệu sản xuất dầu nhờn

Trong nền công nghiệp chế biến dầu mỏ và khí, trước đây nguyên liệu thường dùng chỉ là cặn mazut, 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 thương phẩm Về sau này khi nghành công nghiệp nặng và công nghiệp máy móc phát triển đòi hỏi chủng loại dầu nhờn phải ngày càng phong phú cũng như tiêu chuẩn về số lượng và chất lượng phải ngày càng cao, nên các nhà sản xuất đã nghiên cứu và tận dụng cặn gudron làm nguyên liệu để sản xuất phân đoạn dầu nhờn cặn có độ nhớt cao Như vậy, nguyên liệu chủ yếu sản xuất dầu nhờn là cặn mazut và cặn gudron

1.5.1.1 Đặc tính của mazut

Mazut là phần cặn của quá trình chưng cất ở áp suất khí quyển có nhiệt độ sôi cao hơn 3500C Với mục đích thu các phân đoạn dầu nhờn thì ta đem chưng cất ở điều kiện chân không ta thu được các phân đoạn dầu nhờn chia theo khoảng nhiệt độ sôi khác nhau:

- Phân đoạn dầu nhờn nhẹ (LVGO: Light vacuum Gas oil) 300-4000C

- Phân đoạn dầu nhờn trung bình (MVGO:Medium vacuum Gas oil) 400-4500C

- Phân đoạn dầu nhờn nặng (HVGO: Hight vacuum Gas oil) 4500C-5000C

Trang 38

Các phân đoạn dầu nhờn có nhiệt độ sôi 300-5000C gồm những hydrocacbon có số nguyên tử cacbon trong phân tử từ C21-C35 (hoặc có thể C40), những hydrocacbon trong các phân đoạn này có trọng lượng phân tử lớn có cấu trúc phức tạp Gồm có:

- Các parafin mạch thẳng và nhánh

- Các hydrocacbon no đơn vòng và đa vòng (napthen) có cấu trúc vòng cyclohexan

- Các hợp chất thơm đơn vòng và đa vòng chủ yếu chứa mạch nhánh ankyl

- Các hợp chất lai hợp chứa vòng Napthen, vòng thơm và mạch nhánh ankyl trong cùng một phân tử

Trong phân đoạn dầu nhờn còn chứa các hợp chất cơ kim như V, Ni, Cu, Fe Tuy vậy, các phức chất này có không nhiều trong phân đoạn dầu nhờn mà chủ yếu tập trung trong phân đoạn cặn gudron

Các hợp chất chứa oxi nằm trong phân đoạn dầu nhờn là các axit naphtenic, axit asphantic, axit naphtenic này là loại nhiều vòng naphten, hoặc là nhiều vòng naphten và thơm hỗn hợp Axit asphantic cũng có thể xem như một axit polinaphtenic vì chúng cũng

có cấu trúc nhiều vòng lai hợp Nhưng axit asphantic thường nằm chủ yếu trong cặn gudron

Các chất nhựa có mặt trong phân đoạn dầu nhờn với số lượng đáng kể và tăng rất nhanh về cuối phân đoạn này

1.5.1.2 Đặc tính của cặn Gudron

Cặn Gudron là phần còn lại của quá trình chưng cất chân không , có nhiệt độ sôi trên 5000C Trong phần này tập trung các hydrocacbon có số nguyên tử cacbon trong phân tử từ C41 trở lên, có thể lên đến C50-C60 thậm chí có cả C80 vì thế thành phần phân đoạn này rất phức tạp, có thể chia thành 3 nhóm chính:

 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 thơm và

Trang 39

naphten; đây là hợp chất nhẹ nhất, có tỷ trọng xấp xỉ bằng 1, hòa tan trong xăng, pentan, CS2 nhưng không hòa tan trong cồn Tronng phân đoạn cặn, nhóm dầu chiếm khoảng 45-46%

n- Nhóm chất nhựa (còn gọi là nhóm malten):

Nhóm này ở dạng keo quánh, gồm hai nhóm thành phần, đó là chất trung tính và các chất axit

Các chất trung tính có màu đen hoặc nâu, nhiệt độ hóa mềm nhỏ hơn 1000C, tỷ trọng lớn hơn 1, dễ dàng hòa tan trong xăng, naptha 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 10-15% khối lượng của cặn Gudron

Các chất axit là chất có nhóm –COOH, màu nâu sẫm, tỷ trọng lớn hơn 1, dễ hòa tan trong cloroform và rượu ethylic, chất axit tạo cho nhựa có tính hoạt động bề mặt Khả năng kết dính của bitum phụ thuộc vào hàm lượng chất axit có trong nhựa, nó chỉ chiếm khoảng 1% trong cặn dầu mỏ

 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 hòa tan mạnh trong cacbon disunfua (CS2) Đun ở 3000C không bị nóng chảy mà bị cháy thành tro

Ngoài ba chất chính nói trên, trong cặn Gudron còn có hợp chất cơ kim, kim loại nặng, các chất caben, cacboit rắn, giống như cốc , màu sẫm, không tan trong các dung môi thông thường, chỉ tan trong pyridin

1.5.2 Hệ thống sản xuất dầu nhờn chung

Trang 40

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuHình 1.1 Sơ đồ hệ thống sản xuất dầu nhờn

Tiêu đề	Nghiên cứu tái sinh dầu nhờn bằng phương pháp chiết tách và hấp phụ
Tác giả	Nguyễn Văn Ngát
Người hướng dẫn	TS. Huỳnh Quyền
Trường học	Trường Đại Học Bà Rịa - Vũng Tàu
Chuyên ngành	Công Nghệ Hóa Học
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2012
Thành phố	Bà Rịa - Vũng Tàu

Định dạng
Số trang	99
Dung lượng	2,74 MB