TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIx

THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG TRÍCH LY SẢN XUẤT DẦU NHỜN BẰNG DUNG MÔI FUFUROL

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG TRÍCH LY SẢN XUẤT DẦU NHỜN

BẰNG DUNG MễI FURFUROL

NĂNG SUẤT 450.000 TẤN/NĂM

Giáo viên hướng dẫn:TS Lờ Văn Hiếu

Sinh viên thực hiện: Quỏch Văn Hũa

Lớp : Húa Dầu I – K48

HÀ NỘI 05 /2008

Mặc dự đó cú nhiều cố gắng nhưng do thời gian và kiến thức cú hạn nờn bản đồ ỏn cũn nhiều thiếu sút.

Em rất mong thầy ,cụ giỏo hướng dẫn,gúp ý để quyển đồ ỏn tốt nghiệp của em được hoàn thiện hơn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HềA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

Thiết kế phõn xưởng trớch ly sản xuất dầu nhờn bằng dung mụi furfurol

Năng suất 450.000 tấn/năm

2 Nội dung cỏc phần thuyết minh và tớnh toỏn :

-Tổng quan lý thuyết về dầu nhờn

Ngày giao đề tài : Ngày thỏng năm 2008

Ngày hoàn thành đề tài : Ngày thỏng năm 2008

1.Tinh thần,thái độ của sinh viên trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp

………

………

………

………

………

………

………

2 Chất lượng của đồ án tốt nghiệp ………

………

………

………

………

………

………

3 Đánh giá kết quả Cho điểm của cán bộ hướng dẫn: (Điểm ghi bằng số và chữ) Ngày … tháng … năm 2008 Cán bộ hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên) TS.Lê Văn Hiếu

MỤC LỤC

Tran

MỞ ĐẦU 10

Phần I TỔNG QUAN Lí THUYẾT Chương I THÀNH PHẦN TÍNH CHẤT VÀ CễNG DỤNG CỦA DẦU NHỜN I.1 Mục đích và ý nghĩa của việc sử dụng dầu nhờn 12

I.2.Thành phần hoá học của dầu nhờn 14

I.2.1.Các hợp chất hydrocacbon 14

I.2.2 Các thành phần khác 16

I.3.Các tính chất cơ bản của dầu nhờn 18

I.3.1 Khối lượng riêng và tỷ trọng 18

I.3.2 Độ nhớt của dầu nhờn 19

I.3.3 Chỉ số độ nhớt 20

I.3.4 Điểm đông đặc, màu sắc 24

I.3.5 Nhiệt độ chớp cháy của dầu nhờn 24

I.3.6 Trị số axit ,trị số kiềm ,axit-kiềm tan trong nước 25

I.3.7 Hàm lượng tro và tro sunfat trong dầu bôi trơn 26

I.3.8 Hàm lượng cặn cacbon của dầu nhờn 26

I.3.9 Độ ổn định oxy hoá của dầu bôi trơn 26

I.3.10 Công dụng của dầu bôi trơn 27

I.3.11 Kiểm nghiệm ăn mòn mảnh đồng 28

Chương II

CễNG NGHỆ SẢN XUẤT DẦU NHỜN GỐC

II.1 Thành phần và tính chất của nguyên liệu để sản xuất dầu gốc… 27

II.1.1 Đặc tính của mazut dùng làm nguyêu liệu để 30

II.1.2 Đặc tính của gudron làm nguyên liệu sản xuất 31

II.2 Công nghệ sản xuất dầu nhờn gốc 32

II.2.1 Sơ đồ công nghệ truyền thống sản xuất dầu nhờn 32

II.2.2 Chưng cất chân không nguyên liệu cặn mazut 34

II.2.3 Các quá trình trích ly , chiết tách bằng dung môi 34

II.2.4 Quá trình tách sáp 45

Chương III CễNG NGHỆ SẢN XUẤT DẦU NHỜN GỐC VỚI DUNG MễI

FURFUROL III.1 Mục đích và ý nghĩa của quá trình trích ly 53

III.2 Sơ đồ nguyên tắc của quá trình trích ly lỏng - lỏng. 53

III.3 Dung môi furfurol 57

III.4.Lựa chọn sơ đồ công nghệ và chế độ của quá trình 58

III.4.1 Lựa chọn sơ đồ công nghệ 58

III.4.2 Sơ đồ cụng nghệ trích ly bằng dung môi furfurol 58

III.4.3.Thuyết minh sơ đồ 59

III.4.4 Lựa chọn nguyờn liệu 61

III.4.5.Chế độ công nghệ 62

III.4.6 Các thiết bị chính 64

Phần II TÍNH TOÁN CễNG NGHỆ I.Các số liệu ban đầu 67

II Cân bằng vật chất của thiết bị trích ly 67

II.1 Dòng vào 67

II.2 Dòng ra 68

III Cân bằng nhiệt lượng 69

III.1 Tính Q1 69

III.2 Tính Q2 70

III.3 Tính Q3 71

III.4 Tính Q4 72

III.5 Tính Q5 72

III.6 Tính Q6 73

III.7 Tính Q7 73

Chương II TÍNH TOÁN CƠ KHÍ THIẾT BỊ CHÍNH II.1 Đường kính của tháp trích ly 76

II.2 Chiều cao của tháp trích ly 76

II.3 Đường kính của ống dẫn nguyên liệu vào 80

II.4 Đường kính của ống dẫn furfurol vào tháp 81

II.5 Đường kính của ống dẫn dung dịch rafinat ra khỏi tháp 81

II.6 Đường kính của ống dẫn dung dịch pha chiết 82

II.7 Đường kính của ống tháo cặn 83

Phần III THIẾT KẾ XÂY DỰNG III.1 Xác định địa điểm xây dựng và thiết kế tổng mặt 84

III.1.1 Nhiệm vụ và yêu cầu 84

III.1.2 Cơ sở để xác định địa điểm xây dựng 84

III.1.3 Địa điểm xây dựng 86

III.1.4.Tổng mặt bằng nhà máy lọc dầu 87

III.2 Thiết kế tổng mặt bằng nhà máy 88

III.2.1 Nhiệm vụ và yêu cầu 88

III.2.2 Những giải pháp thiết kế tổng mặt bằng nhà máy 90

III.2.3 Ưu nhược điểm của giải pháp thiết kế tổng mặt bằng nhà máy 92

III.2.4. Đặc điểm của khu Dung Quất -Quảng Ngãi 95

III.3 Mặt bằng phõn xưởng 95

III.3.1 Các hạm mục của phân xưởng 96

III.3.2 Giải pháp kết cấu chịu lực nhà sản xuất cột 98

Phần IV TÍNH TOÁN KINH TẾ IV.1 Mục đớch và ý nghĩa của tớnh toỏn kinh tế 99

IV.2 Nội dung tính toán kinh tế 100

IV.2.1 Xác định chế độ công tác của phân xưởng 100

IV.2.2 Nhu cầu về nguyên liệu, nhiên liệu và năng lượng 100

IV.2.3 Tính chi phí nguyên vật liệu và năng lượng 103

IV.2.4 Tính vốn đầu tư cố định 103

IV.2.5 Nhu cầu về lao động 105

IV.2.6 Quỹ lượng công nhân viên trong phân xưởng 107

IV.2.7 Tính khấu hao 108

IV.2.8 Các chi phí khác 108

IV.2.9 Thu hồi sản phẩm phụ 109

IV.2.10.Tính giá thành sản phẩm 109

Phần V AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ TỰ ĐỘNG HểA V.1 An toàn lao động. 110

V.1.1.Công tác phòng chống cháy nổ 110

V.1.2.Trang bị phòng hộ lao động 112

V.1.3 An toàn điện 113

V.1.3.Yêu cầu đối với vệ sinh môi trường 113

V.2 Bảo vệ môi trường 114

V.2.1.í nghĩa của vấn đề bảo vệ môi trường 114

V.2.2 Bản chất và biện pháp bảo vệ môi trường 115

V.3 Tự động hóa. 117

KẾT LUẬN 121

TÀI LIỆU THAM KHẢO 123

MỞ ĐẦU

Trên thế giới hiện nay dầu nhờn vấn là chất bôi trơn chủ yếu trong cácngành công nghiệp và dân dụng Với vai trò quan trọng của mình, dầu nhờn đãtrở thành một loại vật liệu công nghiệp không thể thiếu Cựng với sự phát triểncủa xã hội các loại máy móc, thiết bị, công cụ được đưa vào ứng dụng trong côngnghiệp và dân dụng ngày càng nhiều dẫn đến mức tiêu thụ dầu mỡ bôi trơn tănglên không ngừng trong những năm qua Theo thống kê, mức tiêu thụ dầu mỡ bôitrơn trên thế giới hiện nay khoảng 40 triệu tấn mỗi năm và ở nước ta tuy mức tiêuthụ dầu mỡ bôi trơn thấp hơn rất nhiều so với các nước phát triển nhưng cũng đạt

ở mức khoảng 100.000 tấn mỗi năm đối với mức tăng trưởng 4 -8 % / năm Đâyquả là một con số không nhỏ Toàn bộ lượng dầu nhờn này hầu như là nhập từnước ngoài dưới dạng thành phần hoặc dưới dạng dầu gốc cùng với các loại phụgia rồi tự pha chế

Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển thì càng nhiều công cụ máy móc mớicàng phát triển Khi đó thì những máy móc này đòi hỏi dầu mỡ bôi trơn ngàycàng tốt chỉ số độ nhớt cao và chỉ số độ nhớt phải ít thay đổi theo nhiệt độ nhất làphải đáp ứng được yêu cầu: Chống mài mòn, bảo vệ kim loại, chống oxyhoá Bên cạnh đó khoa học kỹ thuật máy móc càng phát triển thì đòi hỏi côngnghệ sản xuất dầu nhờn ngày càng hiện đại hơn Bởi vì sử dụng dầu mỡ bôi trơntốt sẽ làm giảm hao phí năng lượng do ma sát gây ra từ 15 đến 20 %

Ở nước ta theo đánh giỏ của các chuyên gia dầu khí, thiệt hại do ma sát màimòn và các chi phí bảo dưỡng hàng năm khoảng vài triệu USD Tổn thất do masát và mài mòn có nhiều nguyên nhân, nhưng do thiếu dầu bôi trơn và sử dụngdầu bôi trơn vớ độ nhớt và phẩm cấp không phù hợp chiếm 30 % Vì vậy sử dụngđầu bôi trơn có chất lượng phù hợp với quy định của chế tạo máy thiết bị , kỹthuật bôi trơn đúng có vai trò lớn để đảm bảo thiết bị làm việc liên tục, ổn định,

giảm chi phí bảo dưỡng nhằm nâng cao tuổi thọ động cơ, hiệu suất sử dụng và độtin cậy của máy móc Tuy nhiên để sản xuất dầu nhờn đảm bảo những yêu cầutrên, cần tách các cấu tử không mong muốn trong sản xuất dầu nhờn được thưchiện nhờ quá trình tách lọc dầu sẽ cho phép sản xuất dầu gốc có chất lượng cao Qua đây ta thấy rằng công nghệ chưng cất chân không để sản xuất dầu nhờngốc từ dầu thô gồm các phân đoan chủ yếu sau:

- Chưng cất chân không từ nguyên liệu cặn mazut

- Chiết tách , trích ly bằng dung môi

- Tách hydrocacbon rắn

- Làm sạch cuối cùng bằng hydro

Quá trình trích ly dầu nhờn bằng dung môi chọn lọc là một quá trìch sử dụngmột dung môi để hoà tan cấu tử cần tách khỏi dầu nhờn mà những chất này làmcho chất lượng dầu nhờn kém đi Đồng thời qua đó ta tách ra những cấu tử có lợicho dầu nhờn Trích ly là một phương pháp làm sạch rất phổ biến hiện nay nhất

là trích ly bằng dung môi chọn lọc để tạo ra loại dầu nhờn tốt cho công nghiệp

Do đó bởi vì nhu cầu sử dụng dầu nhờn ngày càng cao cho nên nhà công nghệphải nghiên cứu và tính toán để nghiên cứu ra thiết bị sản xuất để tạo ra nhữngloại dầu nhờn ngày càng tốt hơn Ở đây ta chỉ nghiên cứu công nghệ sản xuất dầunhờn bằng dung môi chọn lọc furfurol Dung môi này chỉ áp dụng cho nguyênliệu dầu nhờn ít cặn và số lượng hydrocacbon thơm ít khi đó ta thu được dầunhờn với chất lượng cao

Phần I

TỔNG QUAN Lí THUYẾT Chương I

THÀNH PHẦN TÍNH CHẤT VÀ CễNG DỤNG CỦA DẦU

NHỜN

I.1 Mục đích và ý nghĩa của việc sử dụng dầu nhờn [ 4, 5, 6]

Dầu nhờn có tầm quan trọng rất lớn trong việc bôi trơn các chi tiết chuyểnđộng, giảm ma sát, giảm mài mòn và ăn mòn các chi tiết máy, tẩy sạch bề mặttránh tạo thành các lớp cặn bùn, tản nhiệt làm mát và làm khít các bộ phận cần làmkhít

Trong đời sống hàng ngày, chúng ta luôn đối mặt với lực ma sát chúng xuấthiện giữa các bề mặt tiếp xúc của tất cả mọi vật và chống lại sự chuyển động củavật này sang vật khác Mặt khác đối với sự hoạt động của các máy móc , thiết bị ,lực ma sát gây ra cản trở lớn Trên thế giới hiện nay xu thế của xã hội sử dụngmáy móc càng đòi hỏi máy móc phải bền nhưng nguyên nhân gây ra hao mòn cácchi tiết máy móc vẫn là sự mài mòn Không chỉ ở các nước phát triển , tổn thất do

ma sát và mài mòn gây ra chiếm tới vài phần trăm tổng thu nhập quốc dân Ở cộngHoà Liên Bang Đức thiệt hại do ma sát mài mòn các chi tiết máy hàng năm từ 30đến 40 tỷ , trong đó ngành công nghiệp là 8,3 đến 9,4 tỷ , ngành năng lượng là 2,67đến 3,2 tỷ Ngành giao thông vận tải là 17 đến 23 tỷ Ở Canađa tổn thất loại nàyhàng năm lên tới 5 tỷ đô la Canađa Chi phí sữa chữa bảo dưỡng thiết bị tăng

nhanh chiếm 60% chi phí đầu tư ban đầu Ở nước ta theo ước tính của chuyên gia

cơ khí, thiệt hại do ma sát, mai mòn và chi phí bảo dưỡng hàng năm tới vài triệuUSD ,chính vì vậy việc làm giảm tốc độ ma sát luôn là mục tiêu quan trọng của cácnhà sản xuất ra các loại máy móc thiết bị, cũng như những người sử dụngchúng Để thực hiện điều này người ta sử dụng chủ yếu dầu hoặc mỡ bôi trơn Dầunhờn hoặc mỡ bôi trơn làm giam ma sát giữa các bề mặt tiếp xúc bằng cách cách lycác bề mặt này để chống lại sự tiếp xúc trực tiếp giữa hai bề mặt kim loại Khi dầunhờn được đặt giữa hai bề mặt tiếp xúc nên tạo ra một màng dầu rất mỏng đủ sứctách riêng ra hai bề mặt không cho tiếp xúc trực tiếp với nhau Khi hai bề mặt nàychuyển động, chỉ có các lớp phân tử trong lớp dầu giữa hai bề mặt tiếp xúc trượtlên nhau tạo nên một lực ma sát chống lại lực tác dụng gọi là ma sát nội tại của dầunhờn, lực ma sát này nhỏ và không đáng kể so với lực ma sát sinh ra khi hai bề mặttiếp xúc khô với nhau Nếu hai bề mặt này được cách ly hoàn toàn bằng một lớpmàng dầu phù hợp thì hệ số ma sát giảm đi đến 100 đến 1000 lần so với khi chưa

có lớp dầu ngăn cách Dầu nhờn cho động cơ là loại dầu quan trọng nhất trong cácloại dầu bôi trơn ,tính trung bình chúng chiếm khoảng 40% tổng các loại dầu bôitrơn sản xuất trên thế giới Ở Việt Nam dầu nhờn động cơ chiếm 60% dầu nhờnbôi trơn Sự đa dạng của kích cỡ động cơ và đối tượng sử dụng dẫn đến các yêucầu bôi trơn khác nhau Cùng với việc làm giảm ma sát trong chuyển động, dầunhờn còn có một số chức năng khác góp phần cải thiện nhiên liệu , nhược điểm củamáy móc, thiết bị Chức năng của dầu nhờn được trình bày như sau:

- Bôi trơn để làm giảm lực ma sát và cường độ mài mòn, ăn mòn các bề mặttiếp xúc, làm cho máy móc hoạt động êm ,qua đó đảm bảo cho máy móc có côngsuất làm việc tối đa và tuổi thọ động cơ được kéo dài

-Làm sạch , bảo vệ động cơ và các thiết bị bôi trơn, chống lại sự mài mòn,đảm bảo cho máy móc hoat động tốt hơn

- Làm mát động cơ, chống lại sự quá nhiệt của chi tiết

- Làm khít động cơ do dầu nhờn có thể lấp kín được những chỗ hở không thểnào khắc phục đựơc trong qua trình chế tạo và gia công máy móc

- Giảm mức tiêu thụ năng lượng của thiết bị, giảm chi phí bảo dưỡng, sửachữa cũng như thời gian chết do hỏng hóc thiết bị

I.2.Thành phần hoá học của dầu nhờn [4, 5, 6, 8]

Dầu mỏ là thành phần chính để sản xuất dầu nhờn, thành phần chính của nó làhydrocacbon và phi hydrocacbon Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất dầu nhờn làphần cất ở nhiệt độ sôi trên 3500c từ dầu mỏ (Phân đoạn gazoil chân không ) Vìvậy hầu hết các hợp chất có mặt trong phân đoạn này đều có mặt trong thành phầncủa dầu nhờn Trong phân đoạn này, ngoài thành phần chủ yếu là hỗn hợp củanhóm hydrocacbon chữa các nguyên tử ôxy, lưu huỳnh, niken và kim loại (niken,vanadi ) những hợp chất nói trên có những tính chất khác nhau Có những phần cólợi cho dầu nhờn, song cũng có những thành phần có hại cần phải loại bỏ

I.2.1.Các hợp chất hydrocacbon

I.2.1.1 Các hợp chất hydrocacbon naphten và parafin

Các nhóm hydro cacbon này được gọi chung là các nhóm hydrocacbonnaphten-parafin Đây là nhóm hydrocacbon chủ yếu có trong dầu gốc, từ dầu mỏ.Hàm lượng của nhóm này tuỳ thuộc vào bản chất của dầu mỏ và khoảng nhiệt độsôi chiếm từ 41 đến 86 % Nhóm hydro cacbon này có cấu trúc chủ yếu là hydrocacbon vòng naphten (vòng 5-6 cạnh), có kết hợp các nhánh alkyl hoặc izo alkyl và

số nguyên tử cacbon trong phân tử có thể từ 20 đến 70 cấu trúc vòng có thể ở haidạng : cấu trúc không ngưng tụ ( phân tử có thể chứa từ 1-6 vòng), cấu trúc ngưng

tụ ( phân tử có thể chứa từ 2-6 vòng ngưng tụ) Cấu trúc nhánh của các vòngnaphten này cũng rất đa dạng chúng khác nhau bởi một số mạch nhánh ,chiều dàicủa mạch , mức độ phân nhánh của mạch và vị trí thế của mạch trong vòng Thôngthường người ta nhận thấy rằng:

-Phân đoạn nhờn nhẹ có chứa chủ yếu là các dãy đồng đẳng của xyclo hexan,xyclo pentan.

-Phân đoạn nhờn trung bình chủ yếu các vòng naphten có các mạch nhánhalkyl, izo-alkyl với số vòng từ 2-4 vòng

-Phân đoạn nhờn cao phát hiện thấy các hợp chất các vòng ngưng tụ từ 2-4vòng

Ngoài hydro cacbon vòng naphten, trong nhóm này còn có các hydrocacbondạng n-paraphin và izo-paraphin Hàm lượng của chúng không nhiều và mạchcacbon thường chứa không quá 20 nguyên tử cacbon và nếu số nguyên tử cacbonlớn hơn 20 thì paraphin sẽ ở dạng rắn và được tách ra trong qua trình sản xuất dầunhờn

I.2.1.2 Nhóm hydro cacbon thơm và hydrocacbon naphten-thơm

Loại này phổ biến ở trong dầu chúng thường nằm ở phân đoạn có nhiệt độ sôicao Thành phần cấu trúc của nhóm hydrocacbon này có ý nghĩa quan trọng đối vớidầu gốc Một loạt các tính chất sử dụng của dầu nhờn như tính ổn định chống oxyhoá, tính nhớt nhiệt, tính chống bào mòn, tính hấp thụ phụ gia phụ thuộc vào tínhchất và hàm lượng của nhóm hydro cacbon này Tuy nhiên hàm lượng và cấu trúccủa chúng còn tuỳ thuộc vào bản chất dầu gốc và nhiệt độ sôi của các phân đoạn -Phân đoạn nhờn nhẹ (350-4000C) có mặt chủ yếu các hợp chất các dãy đồngđẳng benzen và naphtalen

- Phân đoạn nhờn nặng hơn (400-4500C) phát hiện thấy hydrocacbon thơm 3vòng dạng đơn hoăc kép

- Trong phân đoạn có nhiệt độ sôi cao hơn có chứa các chất thuộc dãy đồngđẳng naphtalen, phenatren, antraxen và một số lượng đáng kể loại hydrocacbon đavòng

Các hydrocacbon thơm ngoài khác nhau về số lượng vòng thơm, còn khác nhaubởi số nguyên tử cacbon ở mạch nhánh và vị trí của nhánh trong nhóm này còn

phát hiện sự có mặt của vòng thơm ngưng tụ đa vòng Một phần của chúng tồn tạingay trong dầu gốc với tỷ lệ tuỳ theo nguồn gốc của dầu mỏ còn một phần đượchình thành trong quá trình chưng cất do phản ứng trùng ngưng , trùng hợp dưới tácdụng của nhiệt Một thành phần nữa trong nhóm hydrocacbon thơm là mộthydrocacbon hỗn hợp naphten-aromat Loại hydrocacbon này làm giảm phẩm chấtcủa dầu nhờn thương phẩm vì chúng có tính nhớt nhiệt kém và rất dễ bị oxy hoátạo ra các chất keo nhựa trong qua trình làm việc của động cơ và máy móc.

I.2.1.3 Nhóm hydrocacbon rắn

Các hydrocacbon rắn có trong nguyên liệu sản xuất dầu nhờn đôi khi lên tới

4050% tuỳ thuộc bản chất của dầu thô Phần lớn các hợp chất này được loạikhỏi dầu bôi trơn nhờ quy trình lọc tách parafin rắn Tuỳ theo kĩ thuật lọc mànhóm hydrocacbon rắn được tách triệt để hay không , nhưng dù sao chúng vẫn còntồn tại trong dầu với hàm lượng rất nhỏ Sự có mặt của nhóm hydrocacbon nàytrong dầu nhờn làm tăng nhiệt độ đông đặc, giảm khả năng sử dụng dầu ở nhiệt độthấp nhưng lại làm tăng tính ổn định của độ nhớt theo nhiệt độ và tính ổn định oxyhoá

Nhóm này có hai loại hydrocacbon rắn là parafin rắn (có thành phần chủ yếu

là các ankan có mạch lớn hơn 20) và xerezin (là hỗn hợp của các hydrocacbonnaphten có mạch nhánh alkyl dạng thẳng hoặc dạng nhánh và một lượng khôngđáng kể hydrocacbon rắn có vòng thơm và alkyl)

Ngoài những thành phần chủ yếu nói trên , trong dầu bôi trơn còn có hợpchất hữu cơ như: lưu huỳnh, nitơ, oxy, tồn tại ở dạng các hợp chất nhựa ,asphanten.Nhìn chung đây là những hợp chất có nhiều thành phần làm giảm chất lượng củadầu bôi trơn , chúng có màu sẫm , dễ bị biến chất , tạo cặn trong dầu khi làm việc

ở nhiệt độ và áp suất cao , chúng được loại khỏi dầu nhờ quá trình tách lọc và làmsạch

I.2.2 Các thành phần khác

Trong phân đoạn dầu nhờn, bên cạnh thành phần hydrocacbon còn có các thànhphần khác như: nhựa asphanten, hợp chất chứa lưu huỳnh, nitơ, oxy

I.2.2.1 Các chất nhựa asphanten

Các chất nhựa-atphanten bao gồm: Chất nhựa trung tính, asphanten,sunfuacacbon, các axit atphantic, cacbon và cacboit Đặc điểm của các hợp chấtnày là có độ nhớt lớn nhưng chỉ số nhớt lại rất thấp Mặt khác các chất nhựa có khảnăng nhuộm màu rất mạnh, nên sự có mặt của chúng trong dầu sẽ làm cho màu củadầu bị tối Trong quá trình bảo quản và sử dụng, khi tiếp xúc với oxy không khí ởnhiệt độ thường hoặc nhiệt độ cao, nhựa đều rất dễ bị oxy hoá tạo nên các sảnphẩm có trọng lượng phân tử lớn hơn tuỳ theo mức độ bị oxy hoá Những chất nàylàm tăng cao độ nhớt và đồng thời tạo cặn không tan đọng lại trong các động cơđốt trong, nếu hàm lượng chất nhựa bị oxy hoá càng mạnh thì chúng càng tạo ranhiều loại cacbon, cacboit, cặn cốc, tạo tàn Vì vậy việc loại bỏ các tạp chất nhựa

ra khỏi phân đoạn dầu nhờn trong quá trình sản xuất là một khâu công nghệ rấtquan trọng

I.2.2.2 Các hợp chất của lưu huỳnh, nitơ, oxy

Những hợp chất chứa S nằm lại trong dầu nhờn chủ yếu là lưu huỳnh dạngsunfua khi được dùng để bôi trơn các động cơ đốt trong sẽ bị cháy tạo thành SO2

và SO3 gây ăn mòn các chi tiết động cơ Những hợp chất chứa oxy, chủ yếu là cáchợp chất axit naphtenic có trong dầu gây ăn mòn các đường ống dẫn dầu, thùngchứa làm bằng các hợp kim của Pb, Cu, Zn, Sn, Fe Những sản phẩm ăn mòn nàylại lắng đọng lại trong dầu, làm bẩn dầu và góp phần tạo cặn đóng ở các chi tiết củađộng cơ

Tóm lại, các hơp chất phi hydrocacbon là những hợp chất có hại làm ảnhhưởng đến chất lượng của dầu gốc Để tăng thời gian sử dụng, cũng như các tính

năng sử dụng của dầu nhờn người ta phải pha thêm vào dầu gốc các phụ gia khácnhau, tùy thuộc vào từng lĩnh vực cụ thể mà nhà sản xuất sẽ thêm vào các phụ giatương ứng Do đó thành phần hoá học của dầu nhờn rất phức tạp Ví dụ theo [3]dầu nhờn động cơ sử dụng phổ biến trên thế giới có công thức tổng quát như sau:

Bảng 1: Công thức hóa học tổng quát của dầu nhờn động cơ

I.3.Các tính chất cơ bản của dầu nhờn [ 4, 5, 6, 8 ]

I.3.1 Khối lượng riêng và tỷ trọng

Khối lượng riêng là khối lượng của một đơn vị thể tích của một chất ở nhiệt

độ tiêu chuẩn , đo bằng gam/cm3 hay kg/m3 Tỷ trọng là tỷ số giữa khối lượng

riêng của một chất đã cho ở nhiệt độ qui định và khối lượng riêng của nước ở nhiệt

độ qui định đó Do vậy tỷ trọng có giá trị đúng bằng khối lượng riêng khi coi trọnglượng của nước ở 40c bằng 1 Trong thế giới tồn tại các hệ thống đo tỷ trọng nhưsau : d420, 15

4

d , 15 , 6

6 , 15

d Trong đó các chỉ số trên d là nhiệt độ của dầu hay sản phẩm

dầu trong lúc thí nghiệm, còn chỉ số dưới là nhiệt độ của nước khi thử nghiệm.Ngoài ra trên thị trường dầu thế giới còn sử dụng độ0API

d -131,5

Khối lượng riêng là một tính chất cơ bản và cùng với những tính chất vật lýkhác nó có đặc trưng cho từng loại phân đoạn dầu mỏ cũng như dùng để đánh giáphần nào chất lượng của dầu thô Đối với dầu bôi trơn, khối lượng riêng ít có ýnghĩa để đánh giá chất lượng Khối lượng riêng của dầu đã qua sử dụng khôngkhác nhau là mấy so với dầu chưa qua sử dụng Tuy nhiên một giá trị bất thườngnào đó của khối lượng riêng cũng có thể giúp ta phán đoán về sự có mặt trong dầumột phần nhiên liệu Sử dụng chủ yếu của khối lượng riêng là dùng để chuyển đổisang thể tích và ngược lại trong lúc pha trộn, vận chuyển, tồn chứa, cung cấp họăcmua bán dầu nhờn

I.3.2 Độ nhớt của dầu nhờn [5 , 6]

Độ nhớt của một số phân đoạn dầu nhờn là một đại lượng vật lý đặc trưng chotrở lực do ma sát nội tại của nó sinh ra khi chuyển động Do vậy độ nhớt có liênquan đến khả năng bôi trơn của dầu nhờn

Để thực hiện nhiệm vụ bôi trơn, dầu nhờn có độ nhớt phù hợp, bám chắc lên bềmặt kim loại và không bị đẩy ra ngoài có nghĩa là ma sát nội tại nhỏ

Khi độ nhớt quá lớn sẽ làm giảm công xuất máy do tiêu hao nhiều công để thắngtrở lực của dầu, khó khởi động máy, nhất là vào mùa đông nhiệt độ môi trườngthấp, giảm khả năng làm mát máy, làm sạch máy do dầu lưu thông kém.

Khi độ nhớt nhỏ, dầu sẽ không tạo được lớp màng bền vững bảo vệ bề mặt cácchi tiết máy nên làm tăng sự ma sát, đưa đến ma sát nửa lỏng nửa khô gây hư hạimáy, giảm công xuất, tác dụng làm kín kém, lượng dầu hao hụt nhiều trong quátrình sử dụng

Độ nhớt của dầu nhờn phụ thuộc chủ yếu vào thành phần hóa học Cáchydrocacbon parafin có độ nhớt thấp hơn so với các loại khác Chiều dài và độphân nhánh của mạch hydrocacbon càng lớn độ nhớt sẻ tăng lên Các hydrocacbonthơm và naphten có độ nhớt cao Đặc biệt số vòng càng nhiều thì độ nhớt càng lớn.Các hydrocacbon hỗn hợp giữa thơm và naphten có độ nhớt cao nhất

Độ nhớt của dầu nhờn thường được tính bằng Paozơ (P) hay centipaozơ(cP) Đốivới độ nhớt động lực được tính bằng stốc (St) hoặc centi stốc (cS t)

I.3.3 Chỉ số độ nhớt [ 1, 2, 4]

Một đặc tính cơ bản nữa của dầu nhờn đó là sự thay đổi của độ nhớt theo nhiệt

độ Thông thường khi nhiệt độ tăng độ nhớt sẽ giảm Dầu nhờn được coi là dầu bôitrơn tốt khi độ nhớt của nó ít thay đổi theo nhiệt độ, ta nói rằng dầu đó có chỉ số độnhớt cao Ngựơc lại nếu độ nhớt thay đổi nhiều theo nhiệt độ, có nghĩa là dầu cóchỉ số độ nhớt thấp Chỉ số độ nhớt (VI) là trị số chuyên dùng để đánh giá sự thayđổi độ nhớt của dầu bôi trơn theo nhiệt độ Quy ước dầu gốc parafin độ nhớt ít thayđổi theo nhiệt độ , VI=100

Họ dầu gốc naphten có độ nhớt thay đổi nhiều theo nhiệt độ VI =0 như vậy chỉ

số độ nhớt có tính quy ước

chỉ số độ nhớt VI được tính như sau:

VI =L H

U L

H: là độ nhớt động học đo ở 400C của một loại dầu có chỉ số độ nhớt bằng100và cùng với độ nhớt động học ở 1000C với dầu mà ta cần đo chỉ số độ nhớt,

mm2/s

Ta thấy rằng:

Nếu U-L >0 thì VI sẽ là số âm, dầu này có tính nhiệt kém

Nếu L>U>H thì VI trong khoảng 0 đến100

Nếu H-U>0 thì VI>100, dầu này có tính nhiệt rất tốt

Hình1: Sự thay đổi độ nhớt của dầu bôi trơn theo nhiệt độ, lý giải về trị số

Nếu độ nhớt động học của dầu ở 1000C nhỏ hơn hoặc bằng 70 (mm2/s) thì giá trịtương ứng của L-H cần phải tra trong ASTM – D2270

Trong đó :

Y: là độ nhớt động học ở 1000c của dầu cần tính chỉ số độ nhớt mm2/s.Ngoài ra có thể xác định chỉ số độ nhớt VI theo toán đồ sau:

200 180 160 100

80 60 40 20

Hình 2: toán đồ để xách định chỉ số độ nhớt VI.

Dựa vào chỉ số độ nhớt , người ta phân dầu nhờn gốc thành các loại như sau:

- Dầu gốc có chỉ số độ nhớt cao HVI

- Dầu gốc có chỉ số độ nhớt trung bình MVI

(LVI) được sản xuất từ họ dầu mỏ naphten Nó được sử dụng khi mà chỉ số ổn địnhoxy hoá không phải là chỉ tiêu chính được chú trọng nhiều Dầu gốc (MVI) đượcsản xuất từ dầu chưng cất naphten-parafin, nhưng không cần tách chiết sâu còndầu gốc (HVI) thường được sản xuất từ họ dầu parafin qua tách chiết sâu bằngdung môi chọn lọc và tách sáp.

I.3.4 Điểm đông đặc, màu sắc [4, 5, 8]

Điểm đông đặc là nhiệt độ thấp nhất mà ở đó dầu bôi trơn không giữ được tínhlinh động và bị đông đặc, ở nhiệt độ nhất định nào đó sẽ đông lại và làm cho động

cơ khó khởi động Khi sản phẩm đem làm lạnh trong những điều kiện nhiệt độ nhấtđịnh, nó bắt đầu vẩn đục do một số cấu tử bắt đầu kết tinh

Màu sắc là một tính chất có ý nghĩa đối với dầu nhờn Dầu có thể có nhiều màusắc khác nhau như : vàng nhạt, vàng thẫm, đỏ

Trong một số trường hợp màu sắc được coi là dấu hiệu để nhận biết sự nhiễmbẩn hoặc oxy hóa sản phẩm, nếu bảo quản dầu không tốt gây ra sự chuyển màu sắcnâu, đen và nó biểu thị chất lượng đã giảm sút

Hầu hết dầu nhờn đều chứa một số lượng sáp không tan và khi dầu được làmlạnh, những sáp này bắt đầu tách ra ở dạng tinh thể đan sen với nhau tạo thành cấutrúc cứng, giữ dầu ở trong các túi rất nhỏ của các cấu trúc đó, khi cấu trúc tinh thểcủa sáp này tạo thành đầy đủ thì dầu không luân chuyển được nữa Để giảm nhiệt

độ đông đặc của dầu người ta dùng phụ gia hạ nhiệt độ đông đặc.Yêu cầu dầu nhờn

có nhiệt độ đông đặc và điểm đục không thấp hơn giới hạn cho phép, chỉ tiêu vàchất lượng này đặc biệt quan trọng đối với loại dầu sử dụng ở vùng giá rét Ở nước

ta yêu cầu nhiệt độ đông đặc của dầu không quá - 90C

I.3.5 Nhiệt độ chớp cháy của dầu nhờn [4, 5, 8]

Đặc trưng cho khả năng an toàn cháy nổ của dầu nhờn là nhiệt độ bắt cháy vàchớp cháy

Nhiệt độ bắt cháy là nhiệt độ thấp nhất mà tại đó hơi dầu thoát ra trên bề mặtdầu, khi có mồi lửa lại gần thì bắt cháy

Nhiệt độ chớp cháy là nhiệt độ thấp nhất mà tại đó lượng hơi thoát ra trên bề mặtdầu có thể bắt cháy, khi mồi lửa lại gần và cháy ít nhất trong thời gian 5 giây Nhiệt độ bắt cháy và chớp cháy của một số loại dầu bôi trơn thường khác nhau từ

5600C, tuỳ thuộc độ nhớt của dầu, độ nhớt càng cao thì độ cách biệt càng lớn Việc nghiên cứu và hiểu biết về nhiệt độ chớp cháy và bắt lửa có ý nghĩa quantrọng trong việc đánh giá phẩm chất dầu nhờn Nhiệt độ chớp cháy và bắt cháythấp là đặc trưng cho tính an toàn của dầu nhờn

I.3.6 Trị số axit ,trị số kiềm ,axit-kiềm tan trong nước [4, 5,8 ]

Trị số axit chính là trị số trung hoà và được dùng để xác định độ axit và độkiềm của dầu bôi trơn

Trị số trung hoà là tên gọi chung cho trị số axit tổng ( TAN )và trị số kiềm tổng( TBN)

Trong dầu nhờn gốc đã qua chế biến vẫn chứa một lượng nhỏ axit như axitnaphtenic , axit oxycacboxylic, sau một thời gian dài sử dụng, hàm lượng các hợpchất này tăng lên do tác dụng oxy hoá của không khí đối với các hợp chất dễ phảnứng trong dầu Ngoài ra cũng có thể có một lượng nhỏ axit hữu cơ nhiễm vào dầunhờn từ các hợp chất chứa lưu huỳnh, tổng nhiên liệu điezen hoặc phụ gia chứa clopha vào xăng Tính axit còn do một số loại phụ gia mang tính axit pha vào dầu Trị số axít tổng (TAN) là chỉ tiêu đánh giá tính axit của dầu , đặc trưng bởi số mgKOH cần thiết để trung hoà toàn bộ lượng axit có trong một (g) dầu

Trị số tan trong nước biểu hiện sự có mặt của axit vô cơ, được phát hiện định tínhtheo sự đổi màu của chất chỉ thị đối với lớp nước tách khỏi dầu nhờn khi làm kiểmnghiệm Quy đinh tuyệt đối không được có axit vô cơ trong dầu

Trị số kiềm tổng (TBN) là lượng axit tính chuyển sang số mg KOH tương ứng,cần thiết để trung hoà lượng kiềm có 1 g mẫu Tính kiềm trong dầu tạo ra bởi các

phụ gia có tính tẩy rửa, phụ gia phân tán , đó là những hợp chất cơ kim nhưphenollat, sunfonat Tính kiềm là chỉ tiêu cần thiết để tiên đoán chất lượng dầu mỏ,nhằm bảo đảm trung hoà các hợp chất axit tạo thành trong quá trình sửdụng ,chống hiện tượng rỉ sét trên bề mặt các chi tiết kim loại Ngoài ra trị số kiềmtổng còn dùng để đánh gía khả năng tẩy rửa của dầu, giữ cho bề mặt kim loạikhông bị cặn bẩn, tránh mài mòn.

I.3.7 Hàm lượng tro và tro sunfat trong dầu bôi trơn [4, 5, 6, 8]

Tro là phần còn lại sau khi đốt cháy được tính bằng (%)khối lượng các thànhphần không thể cháy được nó sinh ra từ phụ gia chứa kim loại, từ chất bẩn và mạtkim loại bị mài mòn

Hàm lượng tro có thể định nghĩa là lượng cặn không cháy hay các khoáng chấtcòn lại sau khi đốt cháy dầu

Tro sunfat là phần cặn còn lại sau khi than hoá mẫu, sau đó phần cặn được xử lýbằng H2 SO4 vànung nóng đến khối lượng không đổi

Độ tro của dầu gốc nói lên mức độ sạch của dầu, thông thường trong dầu gốckhông tro Đối với dầu thương phẩm không phụ gia hoặc có phụ gia không tro ,một lượng nhỏ tro được xác định thấy sẽ phải xem xét lại chất lượng dầu

I.3.8 Hàm lượng cặn cacbon của dầu nhờn

Cặn cacbon là lượng cặn còn lại sau khi cho bay hơi và nhiệt phân dầu nhờntrong những điều kiện nhất định cặn không chỉ chứa hoàn toàn cacbon của dầu Cặn cacbon của dầu bôi trơn là lượng cặn còn lại, được tính bằng phần trăm trọnglượng sau khi dầu trải qua quá trình bay hơi, cracking và cốc hoá trong những điềukiện nhất định

Các loại dầu khoáng thu được từ bất kì loại dầu thô nào đều có lượng cặn tăngtheo độ nhớt cuả chúng Các loại dầu cất luôn có lượng cặn cacbon nhỏ hơn cácloại dầu cặn có cùng độ nhớt Các loại dầu parafin thường có hàm lượng cặncacbon thấp hơn các loại dầu naphten

Có thể coi trong một chừng mực nào đó , cặn cacbon đặc trưng cho xu hướng tạomuội của dầu nhờn trong động cơ đốt trong

I.3.9 Độ ổn định oxy hoá của dầu bôi trơn

Độ ổn định của dầu bôi trơn biểu hiện khả năng cảu dầu chống lại những tácđộng bên ngoài làm thay đổi chất lượng của dầu Dầu có ổn định cao khi thànhphần hoá học và tính chất của nó ít thay đổi Thực tế nếu nhiệt độ không vượt quá30-400 C thì có thể bảo quản dầu từ 5-10 năm mà chất lượng của dầu không thayđổi Sự thay đổi xảy ra trong điều kiện sử dụng ở động cơ Dưới tác động củakhông khí, ở nhiệt độ cao 200-3000Ccó tác dụng xúc tác kim loại, những thànhphần kém ổn định của dầu sẽ tương tác với oxy tạo nên những sản phẩm khác nhau

và tích luỹ trong dầu, làm giảm chất lượng của dầu như tăng trị số axit tổng (TAN)làm tăng hàm lượng nhựa, tạo nhiều chất nhựa bám ở buồng cháy Sự thay đổithành phần sẽ làm thay đổi độ nhớt và làm giảm chỉ số độ nhớt của dầu

I.3.10 Công dụng của dầu bôi trơn [6, 8]

a.Công dụng làm giảm ma sát

Mục đích cơ bản của dầu nhờn là bôi trơn các bề mặt tiếp xúc của các chi tiếtchuyền động nhằm giảm ma sát Máy móc sẽ mòn ngay nếu không có dầu bôi trơn.Nếu chọn đúng dầu bôi trơn thì hệ số ma sát sẽ giảm từ 100-1000 lần so với ma sátkhô Khi cho dầu vào máy với một lớp dầu đủ dày, dầu sẽ xen kẽ giữa hai bề mặt,khi chuyển động, chỉ có các phần tử dầu nhờn trượt lên nhau Do đó máy móc làmviệc nhẹ nhàng, ít bị mài mòn, giảm được công tiêu hao vô ích

b công dụng làm mát

Khi có ma sát thì bề mặt kim loại nóng lên, như vậy một lượng nhiệt đã sinh ra

trong quá trình làm việc, lượng nhiệt lớn hay nhỏ phụ thuộc vào hệ số ma sát , tảitrọng ,tốc độ Tốc độ càng lớn thì lượng nhiệt sinh ra càng nhiều , kim loại sẽ bịnóng làm cho máy móc dễ bị hỏng trong khi làm việc Nhờ trạng thái lỏng, dầu

chảy qua các bề mặt ma sát đem theo một phần nhiệt truyền ra ngoài làm cho máymóc làm việc tốt.

c 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, hang Ngoài ra ,có thể có cát, bụi tạp chất ở ngoài rơi vào

bề mặt ma sát, nhờ dầu nhờn lưu chuyển tuần hoàn qua bề mặt ma sát, cuốn theocác tạp chất đưa về cacte dầu và được lắng lọc

d.Công dụng làm kín

Trong các động cơ , có nhiều chi tiết truyền động cần phải kín và chính xác nhưpittông - xilanh, nhờ khả năng bám dính tạo màng dầu nhờn có thể góp phần làmkín các khe hở , không cho hơi bị rò rỉ, bảo đảm cho máy móc làm việc bìnhthường

e Bảo vệ kim loại

Bề mặt máy móc , động cơ khi làm việc thường tiếp xúc với không khí, hơinước bị thải, làm cho kim loại bị ăn mòn có thể làm thành màng mỏng phủ kín bềmặt kim loại nên ngăn cách được với các yếu tố trên, vì vậy kim loại được bảo vệ

I.3.11 Kiểm nghiệm ăn mòn mảnh đồng

Sự ăn mòn mảnh đồng được định nghĩa như sự oxy hóa trên bề mặt các chitiết , gây tổn thất cho kim loại hay sự tích tụ của các cặn bẩn Ổ trục làm bằng hợpkim đồng , ống lót trục làm bằng đồng thau, các bộ phận chuyển động làm bằngđồng thau phải được bôi trơn các loại dầu không ăn mòn Các loại dầu không quantrọng khác như dầu thuỷ lực, dầu hàng không, dầu biến thế , dầu cắt gọt kim loạicũng cần phải không gây ăn mòn Vì vậy để xem một loại dầu có thích hợp chothiết bị hay không có những kim loại dễ bị ăn mòn hay không , người ta phải tiếnhành phép thử ăn mòn mảnh đồng đôí với sản phẩm dầu mỏ bằng phép kiểmnghiệm độ mờ xỉn của mảnh đồng hay kiểm tra chứng chỉ chất lượng của dầu đểkết luận được các tính chất ưu, nhược điểm của dầu Muốn phân tích được các chỉ

tiêu đó đòi hỏi cần phải có một kiến thức tối thiểu để có thể hiểu được các chỉ tiêu

kĩ thuật đã được thông báo trong chứng chỉ chất lượng, và tính chất của dầu Khikiểm lại những chỉ tiêu ghi trong chứng chỉ với những con số trong tiêu chuẩn cóthể dễ dàng kết luận rằng loại dầu đó có đạt những yêu cầu của tiêu chuẩn này haykhông

Tiêu chuẩn chất lượng là một con số rất quan trọng Mỗi con số đưa ra một tiêuchuẩn không phải là ngẫu nhiên mà do kết hợp kết qủa của nhiều nghiên cứu cácnhà chế tạo động cơ , các nhà hoá học , các nhà công nghệ và các chuyên gia khác

Sử dụng sai tiêu chuẩn sẽ làm cho động cơ trục trặc, rút ngắn tuổi thọ làm việc củađộng cơ thậm chí có thể gây ra sự cố Việc vi phạm tiêu chuẩn dù là rất nhỏ cũngkhông cho phép Vì vậy thường xuyên kiểm tra chất lượng của dầu trước khi sửdụng là nhiệm vụ hàng đầu đối với người sử dụng hay người sản xuất

Chương II

CễNG NGHỆ SẢN XUẤT DẦU NHỜN GỐC

II.1 Thành phần và tính chất của nguyên liệu để sản xuất dầu gốc

Nguyên liệu để sản xuất dầu nhờn trong nền công nghiệp chế biến dầu mỏ và

khí, trước đây người ta thường dùng cặn mazut qua chưng cất chân không ta thuđược các phân đoạn dầu nhờn rồi qua các bước làm sạch tiếp theo mới thu đượcdầu nhờn gốc Về sau này ngành chế tạo máy phát triển ,và công nghiệp nặng pháttriển đòi hỏi chủng loại dầu nhờn ngày càng phong phú và đòi hỏi số lượng cũngnhư chất lượng ngày càng cao, nên các nhà công nghệ đã nghiên cứu và tận dụngphần cặn gudron làm nguyên liệu để sản xuất phân đoạn dầu nhờn cặn có độ nhớtcao Như vậy nguyên liệu chủ yếu để sản xuất dầu nhờn là cặn mazut và cặngudron

Các hợp chất có mặt trong nguyên liệu gồm các loại sau:

-Các hợp chất dị nguyên tố chứa oxy, nitơ,lưu huỳnh.

II.1.1 Đặc tính của mazut dùng làm nguyêu liệu để sản xuất dầu nhờ (thu các phân đoạn dầu nhờn cất) [1, 3 ]

Mazut là phần cặn của quá trình chưng cất ở áp suất thường có nhiệt độ sôi từ

3500C trở lên Trong phân đoạn này có chứa các hợp chất hydrocacbon với sốlượng nguyên tử cacbon từ C21-C35 hoặc có thể lên tới C40 do vậy nhữnghydrocacbon trong phân đoạn này có trọng lượng phân tử lớn và có cấu trúc phứctạp, đặc biệt là dạng hydrocacbon lai hợp tăng lên rất nhiều

Loại hydrocacbon n-parafin, izo-parafin thường có số lượng ít hơn so vớinaphten hay hydrocacbon thơm và dạng lai hợp, ngay cả ở dầu thô họ parafinicđiều này vẫn đúng Các izo-parafin có số lượng ít hơn n-parafin, chúng có đặcđiểm cấu trúc mạch chính dài, ít nhánh phụ và các nhánh chỉ là các nhóm metyl Các hydrocacbon naphten là loại chiếm đa số trong phân đoạn này, số vòngnaphten có thể có từ 1- 4 vòng ( cũng có loại dầu đã phát hiện thấy naphten có sốvòng đến 7 hoặc 9) xung quanh vòng naphten thừơng có nhánh phụ là cáchydrocacbon parafin dài, nhánh phụ thường là mạch alkyl thẳng hoặc nhánh

Các hợp chất thơm ở phân đoạn dầu nhờn thường gặp là loại 1,2 hay 3 vòngthơm, còn lại nhiều vòng thơm ngưng tụ lại tập trung chủ yếu ở phân đoạn gudron.Đại bộ phận các hợp chất thơm ở phân đoạn dầu nhờn là loại lai hợp giữa naphten

và hydrocacbon thơm hay parafin

Hàm lượng các hợp chất của lưu huỳnh, nitơ, oxy tăng mạnh hơn 50% lượnglưu huỳnh có trong dầu mỏ tập trung ở phân đoạn này , gồm các dạng đisunfua,thiophen, sunfua vòng Các chất nitơ thường có dạng đồng đẳng của phyridin,pyrel và cacbozol, các hợp chất oxy ở dạng axit Các kim loại nặng như :V, Ni, Cu,

Pb Các chất nhựa asphanten đều có mặt trong phân đoạn

II.1.2 Đặc tính của gudron làm nguyên liệu sản xuất dầu nhờn có độ nhờn cao

Gudron là phần còn lại của quá trình chưng cất chân không có nhiệt độ sôi trên

5000C, gồm các hydrocacbon có số nguyên tử cacbon lớn hơn C41, dưới hạn cuốicùng có thể đến C80

Thành phần của phân đoạn này rất phức tạp có thể chia thành 3 nhóm chínhsau:

II.1.2.1.Nhóm chất dầu

Bao gồm các hydrocacbon có phân tử lượng lớn tập trung nhiều các chất thơm

có độ ngưng tụ cao, cấu trúc hỗn hợp nhiều vòng giữa thơm và naphten , đây lànhóm chất nhẹ nhất có tỷ trọng xấp xỉ bằng 1, hoà tan trong xăng, n-pentan, CS2

nhưng không hoà tan trong cồn Trong phân đoạn cặn, nhóm dầu chiếm khoảng 46%

II.1.2.2 Nhóm chất nhựa

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

Các chất nhựa trung tính có màu đen hoặc nâu , nhiệt độ hoá mềm nhỏ hơn

1000C , tỷ trọng lớn hơn 1 dễ dàng hoà tan trong xăng , naphten Nhựa trung tínhtạo cho nhựa có tính dẻo và tính kêt dính Hàm lượng của nó ảnh hưởng trực tiếpđến độ kéo dài của nhựa, chiếm khoảng 10-15% khối lượng của cặn gudron

Các chất nhựa axit là chất có nhóm COOH, màu nâu sẫm, tỷ trọng lớn hơn 1

dễ hoà tan trong cloruafom và rượu etylic, chất axit tạo cho nhựa có tính hoạt động

bề mặt nó chiếm khoảng 1% trong cặn dầu mỏ

II.1.2.3 Nhóm asphanten

Nhóm asphanten là nhóm chất rắn màu đen, cấu tạo tinh thể tỷ trọng lớn hơn1,chứa phần lớn các hợp chất dị vòng có khả năng hoà tan mạnh trong cacbonđisunfua(CS2) Đun ở 3000C không bị nóng chảy mà bị cháy thành tro

Hình 3 : Sơ đồ công nghệ sản xuất dầu gốc

Ngoài 3 nhóm chất chính nói trên , trong cặn gudron có các hợp chất cơ kimcủa kim loại nặng, các chất cacben, cacboit rắn giống như cốc, màu sẫm không hoàtan trong các dung môi thông thường chỉ tan trong pyridin

II.2 Công nghệ sản xuất dầu nhờn gốc [1, 3, 4]

II.2.1 Sơ đồ công nghệ truyền thống sản xuất dầu nhờn

Hỡnh3 : Sơ đồ cụng nghệ truyền thống sản xuất dầu nhờn

Dầucất nhẹ Dầu cất trung Dầu cất nặng Cặn gudron

Chiết bằng Dung môi

Tách asphanten bằng propan

Dầu cất nhẹ Dầu cất trung Dầu cất nặng Dầu cặn

Tháp Phân đoạn Chân Không

Lò đốt nóng

Nguyên liệu

Hình 4: Sơ đồ hệ thống chưng cất chân không để sản xuất các phân đoạn dầu nhờn gốc

Việc tách các thành phần không mong muốn trong sản xuất dầu gốc được thựchiện nhờ các quá trình lọc dầu sẽ cho phép sản xuất dầu gốc có chất lượng cao,ngay cả với phân đoạn dầu nhờn của dầu thô chưa thích hợp cho sản xuất dầunhờn ,sơ đồ công nghệ sản xuất dầu nhờn gốc từ dầu mỏ bao gồm các công đoạnsau:

- Chưng chân không nguyên liệu mazut

- Chiết tách, trích ly bằng dung môi

- Tách hydrocacbon rắn( sáp hay prolactrum)

- Làm sạch lần cuối bằng hydro hoá

II.2.2 Chưng cất chân không nguyên liệu cặn mazut [1,3 ]

Để nhận các phân đoạn dầu cất , các quá trình đầu tiên nhằm sản xuất dầu nhờn

là quá trình chưng chân không ma zut để nhận các phân đoạn dầu nhờn cất và cặngudron Mục đích của quá trình là nhằm làm phân chia hoàn thiện các phân đoạndầu nhờn có giới hạn sôi và tách triệt để các chất nhựa và asphanten ra khỏi phầndầu nhờn cất

II.2.3 Các quá trình trích ly , chiết tách bằng dung môI [1,3]

Mục đích của quá trình trích ly là chiết tách các cấu tử không mong muốn chứatrong các phân đoạn dầu nhờn mà bằng chưng cất không thể loại bỏ được Các cấu

tử này thường làm cho dầu nhờn sau một thời gian bảo quản hay sử dụng bị biếnđổi màu sắc tăng độ nhớt ,xuất hiện các hợp chất có tính axit không tan trong dầu,tạo thành cặn nhựa và cặn bùn trong dầu

Nguyên lý của quá trình tách bằng dung môi và dựa vào tớnh chất chất hoàtan chọn lọc của dung môi được sử dụng Khi trộn dung môi với nguyờn liệu ởđiều kiện thích hợp, các cấu tử trong nguyên liệu sẽ được phân thành hai nhóm: Nhóm các cấu tử hoà tan tốt vào dung môi tạo thành pha riêng với tên gọi làpha chiết ( extract), còn phần không hoà tan hay hoà tan rất ít vào dung môi gọi làrafinat Sản phẩm có ích nằm trong pha chiết (extract) hay pha rafinat tuỳ theodung môi sử dụng Nhưng trong thực thế người ta quen gọi pha chứa sản phẩm làpha rafinat còn pha cần phải loại đi là pha extract Dựa vào bản chất của dung môi

mà người ta chia thành dung môi có cực và dung môi không có cực hay dung môihỗn hợp, nhưng dù là loại nào, dung môi được chọn phải thoả mãn các yêu cầusau:

-Phải có tính hoà tan chọn lọc, tức là phải có khả năng phân tách thành hainhóm cấu tử là nhóm có lợi và nhóm không có lợi cho dầu gốc Tính chất này đượcgọi là độ chọn lọc của dung môi

-Phải bền về hoá học, không phản ứng với cấu tử của nguyên liệu, không gây

Dung môi tuần hoàn

Tháp tách

Cột tách dung môi rafinat

Cột tách dung môi trong phần chiết

Rafinat và dung môi

Dung môi

Phần Rafinat

Phần chiết+dung môi

Hình 5:Sơ đồ chung quá trình tách chiết bằng dung môi

Nguyên liệu

phân tách

II.2.3.1 Quá trình khử asphan trong phần cặn gudron[ 1, 3]

a Mục đích và ý nghĩa của quá trình

Trong gudron có thể chứa các cấu tử không có lợi cho dầu gốc nếu đưa trực tiếpvào trích ly sẽ không cho đạt chất lượng hiệu qủa mong muốn, chính vì thế người

ta thường tiến hành khử asphan trước Trong quá trình sản xuất dầu nhờn, phổ biến

là dùng propan lỏng để khử chất nhựa asphan trong phân đoạn gudron

Mục đích của quá trình này là ngoài việc tách các hợp chất nhựa asphan còn chophép tách các hợp chất thơm đa vòng để làm giảm độ nhớt, chỉ số khúc xạ, độ cốchoá và nhận được dầu nhờn nặng có độ nhờn cao cho dầu gốc

b Cơ sở lý thuyết của quá trình

Cơ sở lý thuyết của của quá trình là các hợp chất nhựa, asphan chiếm phần chủyếu trong cặn gudron, chúng là các hợp chất có khả năng hoà tan kém trong dung

môi không cực Nhờ tính chất này, người ta chọn dung môi parafin để tách chúng.Dung môi tạo điều kiện cho quá trình đông tụ các chất nhựa -asphan và hoà tanchọn lọc hydrocacbon.Trong dung môi pharafinic, khả năng hoà tan các hợp chấthydrocacbon có thể sắp xếp theo thứ tự giảm dần sau:

Naphaten, parafin>Hydrocacbon thơm một vòng > Hydrocacbon thơm đavòng

Do vậy, trong quá trình khử asphan, đồng thời xảy ra hai quá trình là đông tụ,lắng các chất nhựa asphan và trích ly các hợp chất hydrocacbon Nếu tăng dầntrọng lượng phân tử của dung môi không cực sẽ làm tăng khả năng hoà tan củadung môi và như vậy sẽ làm giảm độ chọn lọc Chính vì thế mà trong thực tế,propan lỏng là dung môi thích hợp của quá trình này

c Sơ đồ công nghệ tách propan lỏng[1]

Hỡnh 6: Sơ đồ tách asphan bằng propan lỏng

1 Bình chứa propan; 2 Thiết bị bay hơi; 3 Máy nén

4 Cột khử dung môi ở rafinat; 5 Lò đốt nóng;

6 Tách dung môi khỏi rafinat; 7 Thiết bị lắng tách;

8 Cột tách dung môi khỏi Asphan; 9 Cột tách dung môi khỏi asphan;

10 Cột trích ly

I propan; II Nguyên liệu; III Hơi nước; IV Rafinat;

V Asphan; VI Chất lỏng ngưng tụ

II.2.3.2 Các quá trình trích ly bằng dung môi chọn lọc [1,3]

a.Công dụng

Các quá trình này có nhiệm vụ tách các hydrocacbon thơm đa vòng, các chấtnhựa asphan bằng các dung môi có cực nhằm cải thiện thành phần hoá học của dầunhờn Các quá trình này được xem như là các quá trình làm sạch chọn lọc của dầunhờn

b.Cơ sở lý thuyết

Các hợp chất nhựa và hydrocacbon thơm đa vòng là các hợp chất có hại, khôngmong muốn có trong dầu nhờn Sự có mặt cuả chúng không những làm cho chấtlượng dầu kém đi, chỉ số độ nhớt thấp mà chúng còn làm cho màu dầu rất xấu Cáchợp chất này bằng phương pháp chưng cất không thể loại bỏ được Làm sạch dựavào tính chất hoà tan chọn lọc của dung môi có cực, cho phép sản xuất ra dầu gốcchất lượng cao từ bất cứ dầu thô nào Vai trò quan trọng trong quá trình làm sạchchọn lọc là độ chọn lọc và khả năng hoà tan của dung môi

Độ chọn lọc là khả năng phân tách rõ ràng các cấu tử nguyên liệu vào rafinatbao gồm các hợp chất có ích izo-parafin, naphten lai hợp parafin-naphten và cáchợp chất thơm một vòng, còn phần trích ly chỉ có các cấu tử có hại như là các hợpchất đa vòng, nhựa asphan và một lượng rất nhỏ các hợp chất có lợi.

Khả năng hoà tan của dung môi là đại lượng được thể hiện bằng lượng dungmôi cần thiết để hoà tan một lượng xác định các cấu tử của nguyên liệu, hay nóicách khác là trong điều kiện để nhận rafinat có chất lượng xác định, lượng dungmôi cần thiết càng ít để nhận được cùng một lượng rafinat chất lượng tương đươngthì khả năng hoà tan của dung môi càng lớn Về nguyên lý độ chọn lọc và khả nănghoà tan là hai đại lượng ngược nhau, tăng chỉ tiêu này sẽ dẫn tới giảm chỉ tiêu kia

Độ hoà tan của hydrocacbon trong dung môi có cực không chỉ phụ thuộc vàocác cấu trúc hydrocacbon mà còn phụ thuộc vào nhiệt độ và thường tuân theo quyluật sau:

- Khi tăng số vòng trong phân tử hydrocacbon thì độ hoà tan tăng

- Khi tăng chiều dài mạch ankyl độ hoà tan giảm xuống

- Độ hoà tan giảm khi tăng số nguyên tử cacbon trong nguyên tử naphten

- Độ hoà tan của hydrocacbon thơm sẽ lớn hơn naphten khi có cùng số nguyên

tử cacbon trong vòng

-Hydrocacbon lai hợp naphten-thơm cú độ hũa tan cao hơn so với cỏc naphten

cú cấu trỳc tương tự

-Hydrocacbon farafin có độ hoà tan nhỏ nhất

Các ưu điểm khi làm sạch dầu nhờn bằng dung môi chọn lọc :

+ Không tác dụng hoá học với nguyên liệu, tránh được mất mát các cấu tử cầnthiết

+ Dung môi có khả năng tái sinh lại được nên chi phí dung môi ít hơn, dẫn đếnlàm tăng hiệu quả kinh tế của quá trình

+ Quá trình được tiến hành trên thiết bị một cách liên tục, nên công suất lớn