công nghệ tách sáp, công nghệ chế biến dầu nhờn. Mr. S

1.2 Mục đích Mục đích cơ bản nhất của dầu nhờn là sử dụng làm một chất lỏng bôi trơn giữa các bề mặt tiếp xúc giữa của các chi tiết có sự chuyển động tương đối với nhau nhằm làm giảm ma

LỜI MỞ ĐẦU

Chúng ta đang sống trong thời đại khoa học và công nghệ, nền công nghiệp hiện đại đã và đang xâm nhập vào mọi hang cùng, ngõ hẻm trên thế giới và xu hướng quốc

tế hóa nên đời sống kinh tế cũng ngày càng phát triển mạnh mẽ Cùng với đó là sự phát triển của ngành công nghiệp cơ khí, máy móc, đỏi hỏi yêu cầu quan trọng trong quá trình vận hành và bảo dưỡng thiết bị, máy móc Trong đó, dầu nhờn đóng vai trò quan trọng là những sản phẩm mang tích chiến lược Sự tồn tại của chúng có tính quyết định đến sự phát triển về kinh tế của từng quốc gia

Tất cả những đặc điểm nêu trên của thời đại đã đặt ra một nhiệm vụ hết sức to lớn cho các quốc gia là phải xây dựng được một nền công nghiệp dầu mỏ hiện đại, đáp ứng và thỏa mãn các nhu cầu ngày càng tăng của nền kinh tế thế giới

Vì vậy, việc sử dụng vật liệu bôi trơn nói chung, dầu nhờn bôi trơn nói riêng và quy trình bôi trơn phù hợp với thiết bị, sẽ góp phần rất lớn đảm bảo cho máy móc, thiết bị hoạt động ổn định, giảm chi phí bảo dưỡng, nâng cao tuổi thọ sử dụng Trong

đó, việc tách các paraffin (sáp) là một trong những khâu quan trọng nhất vì chúng ảnh hưởng đến chất lượng dầu nhờn thành phẩm Vì thế chúng không được phép có mặt trong dầu nhờn thành phẩm

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ DẦU NHỜN

1.1 Khái niệm

1.1.1 Dầu nhờn

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

Thành phần cơ bản chủa dầu nhờn gồm dầu gốc và phụ gia thích hợp

1.1.2 Dầu gốc

Dầu gốc là dầu không có phụ gia, gồm các hidrocacbon tự nhiên và tổng hợp khác nhau Là nguyên liệu chính để sản xuất dầu nhờn Dầu gốc được chia thành những loại sau:

 Dầu động thực vật là dầu có nguồn gốc từ động thực vật, là ester của rượu hoặc axits béo

 Dầu tổng hợp là dầu được tổng hợp qua các quá trình tổng hợp hóa học

 Dầu gốc khoáng là dầu được sản xuất từ dầu mỏ thông qua các qua trình chế biến mà chủ yếu là từ quá trính chưng cất chân không sản phẩm đáy của tháp chưng cất khí quyển

1.1.3 Phụ gia

Phụ gia là những hợp chất hữu cơ và vô cơ, thậm chí là các nguyên tố được thêm vào các chất bôi trơn để nâng cao tính chất riêng biệt vốn có hoặc bổ xung các tính chất chưa có của dầu gốc nhằm thu được dầu bôi trơn có tính chất tốt hơn thỏa mãn các yêu cầu , tính năng đối với mục đích sử đụng nào đó Thường mỗi loại phụ gia được dùng ở nồng độ từ 0,01 đến 5% Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp một phụ gia

có thể được đưa vào ở khoảng nồng độ giao động từ vài phần triệu đến 10% Phần lớn

các loại dầu bôi trơn cần nhiều loại phụ gia khác nhau để thỏa mãn tất cả các yêu cầu

về tính năng nhằm nâng cao chất lượng dầu bôi trơn

Trong quá trình sử dụng dầu bôi trơn rất dễ bị biến chất làm giảm chất lượng, các phụ gia được sử dụng để ngăn chặn các quá trình vật lý, hóa học xảy ra làm giảm chất lượng dầu bôi trơn Các chức năng chính của phụ gia là:

 Làm tăng độ bền oxy hóa

 Khử hoạt tính xúc tác của kim loại

 Chống ăn mòn, chống gỉ

 Chống sự tạo cặn bám và cặn bùn

 Giữ lại các tạp chất bẩn ở dạng huyền phù

 Tăng chỉ số độ nhớt

 Giảm nhiệt độ đông đặc

 Chống sự tạo bọt

 Ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật

 Làm cho dầu có khả năng bám dính tốt

 Tăng khả năng làm kín

 Làm giảm ma sát

 Làm giảm và ngăn chặn sự mài mòn

 Chống lại sự kẹt làm xước các bề nặt kim loại

1.2 Mục đích

Mục đích cơ bản nhất của dầu nhờn là sử dụng làm một chất lỏng bôi trơn giữa các

bề mặt tiếp xúc giữa của các chi tiết có sự chuyển động tương đối với nhau nhằm làm giảm ma sát, giảm mài mòn, nhờ đó làm giảm tiêu hao năng lượng để thắng lực ma sát sinh ra khi các chi tiết này làm việc, và giảm hư hỏng các bề mặt tiếp xúc do mài mòn,

cọ xát

1.3 Chức năng của dầu nhờn

 Công dụng làm giảm ma sát

Máy móc sẽ mòn ngay khi hoạt động mà không có dầu bôi trơn, khi cho dầu vào máy với một lớp đủ dày, sẽ tạo màng dầu phân tách hai bề mặt vật liệu khi có sự chuyển động, dầu sẽ xen kẽ giữa hai bề mặt, khi chuyển động chỉ có các phần tử dầu trượt lên nhau Do đó máy móc làm việc nhẹ nhàng, giảm mài mòn, giảm công tiêu hao

 Công dụng làm sạch

Khi làm việc, bề mặt ma sát sinh ra hạt kim loại mịn, những hạt rắn này sẽ làm cho

bề mặt bị xước Ngoài ra, có thể có cát, bụi, tạp chất ở ngoài rơi vào bề mặt tiếp xúc và những chất bẩn sinh ra trong quá trình cháy Nhờ dầu nhờn lưu chuyển tuần hoàn qua

bề mặt vật liệu cuốn theo các tạp chất đưa về cacte dầu và được lắng đọng

 Công dụng làm mát

Khi động cơ làm việc, ma sát giữa các bề mặt kim loại làm kim loại nóng lên, một lượng nhiệt đã được sinh ra, cộng thêm lượng nhiệt do quá trình đốt cháy nhiêu lệu Lượng nhiệt sinh ra càng nhiều, kim loại sẽ bị nóng làm cho máy móc dẽ bị hỏng khi đang làm việc Nhờ trạng thái lỏng của dầu chảy qua các bề mặt ma sát đem theo một phần nhiệt truyền ra ngoài

 Chức năng làm kín

Trong động cơ, có nhiều chi tiết chuyển động yêu cầu độ kín cao và chính xác như

xi lanh – pittong, nhờ vào khả năng bám dính và tạo màng dầu nhờn có thể lấp kín các khe hở, bảo đảm quá trình làm việc bình thường cho thiết bị

 Chức năng bảo vệ kim loại

Sự tiếp xúc các chi tiết máy với các tác nhân gây ăn mòn như: Oxy, độ ẩm của không khí, khí thải hay khí cháy từ nhiên liệu đốt trong động cơ hay các lò đốt, môi trường làm việc làm cho bề mặt vật liệu bị oxy hóa hay bị ăn mòn nê dầu nhờn sẽ tạo lớp màng bao phủ bề mặt các chi tiết, ngăn cách sự tiếp xúc với các yếu tố môi trường

1.4 Phân loại

1.4.1 Dầu động cơ

Dầu động cơ là nhóm dầu quan trọng và đươch sử dụng nhiều trong thực tế, chiếm khoảng 60 -70% tổng lượng dầu bôi trơn tiêu thụ hàng năm Các loại dầu động cơ bao gồm dầu cho động cơ xăng và diezen

1.4.2 Dầu công nghiệp

Dầu công nghiệp thì lại phong phú hơn với dầu động cơ Chúng được chia thành những phân nhón nhỏ dựa trên ứng dụng của chúng: dầu chuyển động, dầu thủy lực, dầu máy công cụ, dầu biến thế, dầu cắt kim loại,…

Chương 2 CÔNG NGHỆ TÁCH SÁP

2.1 Quy trình 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 co phép sản xuất dầu gốc chất lượng cao, ngay cả với phân đoạn dầu nhờn của dầu thô chưa thích hợp để sản xuất dầu nhờn Công nghệ sản xuất dầu nhờn gốc từ dầu mỏ gồm các bước sau:

 Chưng cất chân không nguyên liệu cặn mazut

 Chiết tách, trích ly bằng dung môi

 Tách sáp

 Làm sạch bằng hydro hóa

Trong thành phần dầu nhờn chưng cất ra từ dầu mỏ còn có các hidrocacbon rắn, trong đó các loại parafin mạch thẳng, dài là loại sáp rắn, chúng đề có tính chất là dễ đông đặc ở dạnh rắn khi nhiệt độ thấp Vì vậy chúng phải được tách lọc trong quá trình sản xuất dầu nhờn, hàm lượng của chúng trong dầu bôi trơn phải phải giảm tới mức tối thiểu

2.2 Quy trình tách sáp

Sáp là một hỗn hợp mà chủ yếu là các parafin phân tử lượng lớn và một lượng nhỏ các hudrocacbon khác có nhiệt độ nóng chảy cao và kém hòa tan vào dầu nhờn có nhiệt độ thấp Vì thế, chúng cần được tách ra khỏi dầu nhờn, ngoại trừ khi các loại dầu được sử dụng ở điều kiện không phải nhiệt độ thấp (điều kiện nhiệt độ phòng, điều kiện khí hậu nhiệt đới) Nhưng trên thực tế, hầu hết các loại dầu gốc khoáng đều phải trải qua quá trình tách parafin

Trong phân đoạn dầu nhờn, nếu có nhiều parafin người ta phải loại bỏ chúng ra vì chúng làm cho dầu nhờn khi sản xuất ra từ phân đoạn này rất dễ bị mất tính linh động

ở nhiệt độ thấp

Tách parafin là một khâu khó khăn và rất quan trọng trong quy trình sản xuất dầu nhờn Có hai quy trình công nghệ đang được sử dụng trong công nghiệp sản xuất dầu nhờn, đó là:

 Quy trình thứ nhất là làm lạnh đến kết tinh sáp và dùng dung môi hòa tan

để tách sáp ra khỏi dầu nhờn

 Quy trình thứ hai là cracking chọn lọc để bẻ gãy parafin để tạo thành những sản phẩm nhẹ, phương pháp này còn được gọi là phương pháp tách parafin dùng xúc tác Tuy nhiên, quá trình tách sáp bằng xúc tác chưa được áp dụng rộng rãi mà mới chỉ ở giai đoạn nghiên cứu và thử nghiệm bán công nghệp

Khi tách parafin cần chú ý, parafin cũng là chỉ số có độ nhớt tốt nên mưc độ tách quá sâu parafin là điều không cần thiết Hơn nữa, chi phí để tách triệt để parafin tốn kém hơn nhiều Do đó trng công nghiệp, người ta chỉ tiến hành tách vừa đủ để đáp ứng nhu cầu cần thiết, rồi sau đó người ta pha thêm phụ gia chống đông đặc cho dầu gốc

2.3 Quá trình tách sáp bằng phương pháp kết tinh

Bằng cách kết tinh có thể sử lý dầu nhờn có sáp, khi tiến hành làm lạnh phân đoạn dầu nhờn, sáp được tách ra do chúng bị kết tinh Quá trình này dựa vào nguyên lý kết tinh parafin rắn bằng cách làm lạnh, sau đó tách riêng phần rắn ra khỏi pha lỏng bằng phương pháp lọc hay ly tâm

Trong các dây chuyền sản xuất, dầu được làm lạnh ở các dàn lạnh, sau đó hỗn hợp đặc chứa dầu và sáp được chuyển qua bộ phận lọc ép áp suất Tại đây, những tinh thể sáp được giữ lại,còn dầu nhờn được chảy qua bộ lọc và được đưa ra ngoài Khi lớp sáp

đủ dày, xả áp và tháo các bánh sáp thô ra

Phương pháp này có những nhược điểm sau:

 Làm việc gián đoạn do phải tháo các lớp sáp ra

 Nhiều khâu phải dùng đến áp suất

 Độ nhớt của dầu tách sáp lớn, gây trở ngại cho quá trình lọc, đặc biệt là các lọa dầu có độ nhớt cao

 Không áp dụng cho các nguyên liệu là dầu cặn vì khả năng tách sáp không triệu để do các vi tinh thể parafin được tạo ra trong quá trình không thể tách ra bằng phương pháp lọc

2.4 Tách sáp bằng dung môi chọn lọc

Để khắc phục những nhược điểm trên, người ta kết hợp việc làm lạnh cùng với sử dụng dung môi đẻ tăng độ linh động của dầu nhờn Do sáp cũng có thể hòa tan vào dung môi, nên phải tiến hành ở nhiệt độ thấp và phải chon dung môi thích hợp Nhờ vậy có thể kết tinh mọi loại sáp và lại dễ tách chúng bằng phương pháp lọc Độ nhớt của hỗn hợp thấp còn cho phép quá trình lọc gián đoạn bằng cách lọc chân không liên tục để có hiệu quả kinh tế cao Các dung môi tách sáp phải thỏa mán yêu cầu:

 Ít hay không hào tan sáp

 Hòa tan tốt trong dầu nhờn ở tại nhiệt độ kết tinh sáp

 Dung môi làm sáp ở dạng tinh thể lớn để dễ tách bằng phương pháp lọc

 Dung môi có nhiệt độ sôi thấp để dễ tách khỏi dầu, sẽ tiết kiệm năng lượng

 Dung môi phải dễ kiếm, dẻ tiền, không gây ăn moàn thiết bị và không độc hại đến môi trường

 Tỷ lệ dung môi/nguyên liệu dầu thấp để giảm chi phí vận hành

Tùy vào loại nguyên liệu khác nhau, người ta còn sử dụng hỗn hợp dung mooisao cho thích hợp với từng loại dầu nhờn Một số loại dung môi thường được sử dụng trong phương pháp này gồm các dung môi chính là các keton, hidrocacbon thơm và các dẫn xuất clo Dùng hỗn hợp hai loại dung môi sẽ cho hiệu quả tốt hơn, phổ biến nhất là dùng dung môi keton – hidrocacbon thơm như hỗn hợp của metyl etyl keton (MEK) với tuluen hay metyl etyl keton (MEK) với metyl izobuty keton (MIBK)

Bảng tính chất của các dung môi dùng để tách sáp

Khối lượng riêng ở

25oC, kg/m3

Hỗn hợp đẳng phí với

nước có:

Sơ đồ công nghề tách dùng dung môi gồm ba giai đoạn:

 Pha trộn dầu nhờn cần tách sáp với dung môi rồi làm lạnh

 Lọc hỗn hợp làm lạnh để tách sáp

 Tái sinh, thu hồi dung môi để sử dụng lại

Sơ đồ tách sáp bằng dung môi chọn lọc

Giải thích sở đồ công nghệ:

Dầu nhờn và dung môi được trộn với nhau theo chế độ công nghệ đã chọn trước ở thiết bị trộn, rồi sau đó qua thiết bị làm lạnh, các tác nhân làm lạnh có thể dùng amoniac, propan, etan hay ethylene

Hỗn hợp lạnh gồm sáp và dung môi được đưa vào bộ phận lọc quay chân không hình trống để lọc tách sáp kết tinh Bộ phận lọc quay chân không là thiết bị hình trụ được bọc bởi một lưới kim loại hoặc lưới bằng chất dẻo Trống quay chậm quanh trục nằm ngang, phần dưới đi qua bể chứa hình trụ to hơn trống lọc, nơi để dầu và sáp dẫn vào Trống lọc được chia thành nhiều ngăn bởi các vách ngăng đi từ tâm trống ra ngoài thành, mỗi ngăn được nối với bộ phận hút chân không nhờ ống nối ở đuôi trống Khi trống quay, những ống này nối với mỗi ngăn nhất định Người ta tạo chân không bên trong ống Khi ngăn nào đó đi qua hốn hợp sáp dầu thì dầu và dung môi thấm qua lớp

áo bọc và lưới rồi vào bên trong theo ống nối ra khỏi trống Sáp bị giữ lại tạo thành lớp bám trên bề mặt vải lọc và bị đưa ra xung quanh do chuyển động quay của trống Lớp sáp này sau đó qua bộ phận rửa bằng dung môi lạnh rồi được đưa qua bộ phận làm khô

và cuối cùng sáp được tách ra bằng cách thổi nhẹ một luồng khí từ trong ống ra phía ngòa, đẩy bánh sáp ra băng chuyền Trong các dây chuyền sản xuất hiện đại, người ta thường dùng lọc hai cấp để tách triệt để sáp và để tránh dầu lẫn vào sáp

Dung môi được thu hồi và tái sinh từ phần sáp và phần lọc rồi lại được đưa trở lại chu trình, dung môi được thu hồi sẽ được đưa vào trống quay để tiếp tục tách sáp Để tái sinh dung môi người ta thường tiến hành chưng cất ở 3 đến 4 tháp chưng

2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách sáp bằng dung môi chọn lọc

 Chất lượng của nguyên liệu

Chất lượng của nguyên liệu sẽ quyết định các yếu tố công nghệ khác và tuân theo một số yêu cấu sau:

Nhiệt độ sôi và độ nhớt của nhiên liệu càng lớn, càng khó tách hàn toàn các parafin rắn, tôc sđộ lọc càng nhỏ và nhiệt độ đông đặc của dầu nhờn đã tách sáp sẽ càng cao Vì thế quá trình tách sáp với dầu cặn sẽ có tốc độ lọc nhỏ hơn và năng suất thiết bị thấp hơn

Độ nhớt và hàm lượng hidrocacbon rắn trong nguyên liệu càng lớn thì càng đòi hỏi phải tăng lượng dung môi pha loãng

Thành phần phân đoạn của nguyên liệu càng hẹp thì tốc độ lọc cũng như hiệu suất dầu nhờn sẽ cao hơn và hàm lượng dầu còn lại trong sáp mền cũng nhỏ hơn

 Thành phần dung môi

Hàm lượng koten trong dung môi koten – hidrocacbon thơm thường được khống chế như sau: Trong hỗn hợp MEK – toluene là 40 đến 60%, còn trong hỗn hợp axeton – toluene là 20 đến 40%, khi sử dụng keton và hỗn hợp MEK và MIBK hàm lượng keton theo tỷ lệ thể tích là 3/1

 Tỷ lệ dung môi/nguyên liệu và chế độ pha loãng

Dầu càng nhớt hàm lượng parafin rắn càng nhiều thì tỷ lệ dung môi cần dùng càng lớn Tỷ lệ thích hợp phải được xác định bằng thực nhiệm Khi tách sáp nguyên liệu cặn, người ta thường pha loãng một lần và cho dung môi vào ngay Còn khi tách sáp là phần dầu cất, người ta chia lượng dung môi ra từ 3 đến 4 lần

Mục đích của việc pha loãng nguyên liệu là để giảm độ nhớt của nguyên liệu để quá trình tách sáp dễ hơn Thông thường để pha loãng nguyên liệu trước cấp lọc thứ nhất, người ta thường dùng dung môi lạnh, còn pha loãng ở cấp lọc thứ hai, người ta coa thể dùng phần rafinat Để rửa sáp, người ta dùng dung môi khô

 Nhiệt độ làm lọc

Nhiệt độ lọc cần phải giữ thấp hơn nhiệt độ đóng rắn của dầu cần tách sáp khoảng

từ 5 đến 10oC để quá trình tách sáp đạt hiệu quả tốt

2.6 Quy trình cracking chọn lọc

Tùy theo mức độ khử parafin mà người ta có thể phân thành quá trình khủ parafin bình thường hay quá trình khử parafin triệt để

Trong quá trình khử parafin bình thường, người ta nhân được sản phẩm có nhiệt

độ đông đặc từ -10 đến -15oC Còn trong trong quá trình tách triệt để (tách sâu), sản phẩm dầu gốc thường có nhiệt độ đông đặc từ -30 oC và thấp hơn Nhiệt độ đông đặc của dầu sau khi tách phụ thuộc vào chế độ tách sáp nhất là oại nhiệt độ

Quy trình cracking chọn lọc còn gọi là quá trình tách parafin xúc tác Quy trình cracking chọn lọc dùng để tách parafin từ dầu có hai loại:

Chỉ dùng một loại xúc tác nhằm hại điểm đông đặc

Dùng hai loại xúc tác vừa hạ điểm đông đặc vừa tăng độ bền oxy hóa của sản phẩm

Cả hai loại này người ta thường dùng xúc tác là zeolite tổng hợp có tính chọn lọc cao Các chất xúc tác này bẻ gãy mạch parafin thẳng và các hidrocacbon có mạch cacbon dài một cách chon lọc Xúc tác zeolit có kích thước mao quản khoảng 6Ao làm