Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu chế tạo xúc tác hydro hóa và quá trình hydro hóa dầu nhờn thải để nhận dầu gốc chất lượng cao

Luận văn tiến hành xử lý dầu nhờn phế thải ở Việt Nam để nhận dầu gốc chất lượng cao, vừa nhận thêm sản phẩm nhưng đồng thời còn giải quyết triệt để vấn đề ô nhiễm môi trường. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

5 danh mục ký hiệu, chữ viết tắt luận văn BET : Brunauer Emmett Teller (Tên riêng) XRD: X-Ray diffraction Nhiễu xạ tia X TPD: Temperature Programmed Desorption Khư hÊp phơ theo nhiƯt ®é TPR: Temperature Programmed Reduction Khử theo chương trình nhiệt độ danh mục bảng luận văn Trang Bảng 2.1: Số liệu để điều chế xúc tác Ni/-Al2O3(16%, 20%, 24%) 44 Bảng 2.2: Số liệu để điều chế xúc tác Co/-Al2O3(16%, 20%, 24%) 45 Bảng 2.3: Số liệu để điều chÕ Ni-Mo/γ-Al2O3(Ni 2%,3%,5% : Mo 20%) 46 B¶ng 2.4: Sè liệu để điều chế Co-Mo/-Al2O3(Co 2%,3%,5%: Mo 20%) 47 Bảng 3.1 : Kết đo tỷ trọng dầu thải sau hấp phụ 59 Bảng 3.2: Mật độ quang phân đoạn sau chưng chân không 59 Bảng 3.3: Mật độ quang sản phẩm nhiệt độ phản ứng khác xúc tác Ni/-Al2O3 (16%) 64 Bảng 3.4: Mật độ quang sản phẩm nhiệt độ phản ứng khác xúc tác Ni/-Al2O3 (20%) 64 Bảng 3.5: Mật độ quang sản phẩm nhiệt độ phản ứng khác xúc tác Ni/-Al2O3 (24%) 64 Bảng 3.6: Mật độ quang sản phẩm nhận với xúc tác Ni/-Al2O3 nồng độ khác nhau, nhiệt độ phản ứng 400oC 65 Bảng 3.7: Mật độ quang sản phẩm nhận với xúc tác Co/-Al2O3 nồng độ khác nhau, nhiệt độ phản ứng 400oC 65 Bảng 3.8: Mật độ quang với Ni/-Al2O3(20%) theo thời gian phản ứng 66 Bảng 3.9: Kết đốt cốc thu xúc tác Ni/-Al2O3 (20%) 67 Bảng 3.10: Kết ®èi víi xóc t¸c Ni-Mo/γ-Al2O3 ë c¸c nång ®é kh¸c 68 Bảng 3.11: Kết xúc tác Co-Mo/-Al2O3 nồng độ khác 69 Bảng 3.12: Kết đo độ nhớt động học số độ nhớt 70 Bảng 3.13: Kết xác định điểm anilin 70 Bảng 3.14: Kết xác định số Iốt 71 danh mục Hình vẽ, đồ thị luận văn Trang Hình 1.1: Sơ đồ khối trình kti rulube 34 Hình 1.2: Công nghệ Berc/Niper đơn giản (usa) 35 Hình 1.3: Sơ đồ phân huỷ nhiệt Hydroxyt nhôm 40 Hình 2.1: Sơ đồ phản ứng thực thiết bị MAT 5000 58 Hình 2.2: Hệ thống thiết bị Microactivity Test MAT 5000 58 Hình 3.1: Phổ Rơnghen -Al2O3 nung boehmit 60 Hình 3.2: Giản đồ hấp phụ nhả hấp phụ -Al2O3 61 Hình 3.3: Đồ thị phân bố lỗ xốp -Al2O3 62 Hình 3.4: Giản đồ xác TPR mẫu Ni/-Al2O3(20%) 62 Hình 3.5: Độ phân tán kim loại Ni chất mang -Al2O3 63 Mở đầu Trên giới nay, dầu nhờn chất bôi trơn chủ yếu ngành công nghiệp dân dụng Với vai trò quan trọng mình, dầu nhờn đà trở thành loại vật liệu công nghiệp thiếu Cùng với phát triển xà hội, loại máy móc, thiết bị, công cụ đưa vào ứng dụng công nghiệp dân dụng ngày nhiều dẫn đến mức tiêu thụ dầu bôi trơn tăng lên không ngừng năm qua Toàn lượng dầu nhờn phải nhập từ nước dạng thành phẩm dạng dầu gốc với loại phụ gia tự pha chế Trong toàn dầu thải (dầu sau sử dụng) thải trực tiếp môi trường Đó lÃng phí lớn dầu thải nguồn nguyên liệu sử dụng công nghiệp gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Nếu lượng dầu thải tái sinh cho phép tiết kiệm đáng kể nguồn nguyên liệu mà giải nạn ô nhiễm môi trường, vấn đề xúc nước phát triển Do vậy, việc nghiên cứu để đưa phương pháp nâng cao chất lượng dầu nhờn phù hợp với ®iỊu kiƯn ViƯt Nam hiƯn lµ mét vÊn ®Ị đáng quan tâm Hiện giới có nhiều công nghệ tái sinh dầu khác dựa thiết bị phức tạp, xử lý hoá chất, chưng cất chân không, trích lyTất phương pháp tái sinh dầu nhờn thải đại cho sản phẩm dầu gốc hoàn toàn thay dầu gốc khoáng ban đầu Tuy nhiên đòi hỏi vốn đầu tư xây dựng dây chuyền tái sinh lớn, kỹ thuật cao, công nghệ phức tạp Từ trước đến nay, việc tái sinh dầu thải nước ta thực phương pháp đơn giản Do đặc điểm phương pháp việc chưa hoàn chỉnh công nghệ nên hiệu tái sinh thấp, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Vì vậy, cần tìm biện pháp tối ưu phù hợp với điều kiện kinh tế, môi trường đồng thời thu hiệu tái sinh cao Đây mục đích ý nghĩa đề tài này, tiến hành chọn nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu chế tạo xúc tác hydro hoá trình hydro hoá dầu nhờn thải để nhận dầu gốc chất lượng cao Quá trình hydro hoá xúc tác hydro hoá trình công nghệ Lọc - Hoá dầu Quá trình nghiên cứu đề cập đến vấn đề xúc tác dị thể Làm nâng cao chất lượng sản phẩm dầu bôi trơn nhiệm vụ có ý nghĩa thực tiễn to lớn, máy móc cải tiến cần dầu nhờn có chất lượng cao có phương pháp xử lý hydro đạt yêu cầu Mục đích đề tài tiến hành xử lý dầu nhờn phế thải Việt Nam để nhận dầu gốc chất lượng cao, vừa nhận thêm sản phẩm đồng thời giải triệt để vấn ®Ị « nhiƠm m«i tr­êng nh­ ®· ®Ị cËp ë Mặc dù đà có nhiều cố gắng trình viết luận văn, song luận văn không tránh khỏi thiếu sót Tôi mong nhận đóng góp nhiệt tình thầy cô, bạn bè đồng nghiệp 10 Chương tổng quan lý thut 1.1 Mơc ®Ých, ý nghÜa cđa viƯc sư dụng dầu nhờn: Trong đời sống ngày công nghiệp, phải đối mặt với lực gọi lực ma sát Chúng xuất bề mặt tiếp xúc tất vật chống lại chuyển động vật so với vật khác Đặc biệt hoạt động máy móc, thiết bị, lực ma sát gây cản trở lớn Hiện nay, nhiều ngành kinh tÕ, thêi gian sư dơng m¸y mãc chØ mức 30% nguyên nhân chủ yếu gây hao mòn chi tiết máy móc mài mòn Không nước phát triển mà nước công nghiệp phát triển, tổn thất ma sát mài mòn gây chiếm tới chục phần trăm tổng thu nhập quốc dân Chính việc làm giảm tác động lực ma sát mục tiêu quan trọng nhà sản xuất loại máy móc thiết bị người sử dụng chúng Để thực điều này, người ta chủ yếu sử dụng dầu mỡ bôi trơn Dầu nhờn làm giảm lực ma sát bề mặt tiếp xúc cách cách ly bề mặt để chống lại tiếp xúc trực tiếp hai bề mặt kim loại Khi dầu nhờn đặt hai bề mặt tiếp xúc, chúng bám vào bề mặt, tạo màng dầu mỏng, đủ sức tách riêng bề mặt không cho tiếp xúc trực tiếp với nhau.[20] Cùng với việc làm giảm ma sát chuyển động, dầu nhờn có số chức khác góp phần cải thiện nhiều nhược điểm máy móc thiết bị Chức dầu nhờn kể sau: - Bôi trơn để làm giảm lực ma sát cường độ mài mòn, ăn mòn bề mặt tiếp xúc, làm máy móc hoạt động êm, qua đảm bảo cho máy móc có công suất làm việc tối đa 11 - Làm sạch, bảo vệ động chi tiết bôi trơn chống lại mài mòn, đảm bảo tuổi thọ sử dụng máy móc - Làm mát động cơ, chống lại nhiệt chi tiết - Làm kín động dầu nhờn lấp kín chỗ hở khắc phục trình gia công, chế tạo máy móc - Giảm mức tiêu thụ lượng thiết bị, giảm chi phí bảo dưỡng sữa chữa thời gian chết hỏng hóc thiết bị 1.2 Các tính chất sử dụng dầu nhờn:[12] Mục đích việc sử dụng dầu nhờn làm giảm lực ma sát bề mặt tiếp xúc với cách tạo lớp màng dầu mỏng phân cách hai bề mặt không cho chúng cọ sát trực tiếp với Để đảm bảo đáp ứng yêu cầu dầu nhờn phải có số tính chất định gọi tính chất sử dụng dầu bôi trơn 1.2.1 Tính chất làm nhờn, giảm ma sát: Đặc trưng cho ma sát nội dầu nhờn độ nhớt Dầu nhờn phải có độ nhớt phù hợp với mục đích sử dụng Sử dụng dầu có độ nhớt không thích hợp gây nên tác hại sau:[19] Nếu độ nhớt lớn: + Trở lực ma sát nội tăng, động phải tiêu tốn lượng lớn để trì hoạt động bình thường làm cho công suất động bị giảm + Độ nhớt cao làm cho động khởi động khó khăn, dầu khó lưu thông vào bề mặt ma sát khó phủ kín nhanh bề mặt ma sát tạo nên tượng ma sát bán khô, gây mài mòn nhanh chóng + Dầu có độ nhớt lớn lưu chuyển đường ống khó khăn khả làm mát Nếu độ nhớt nhỏ: 12 + Dầu có độ nhớt nhỏ dễ bị đẩy khỏi bề mặt ma sát không chịu tải trọng, dễ dẫn đến ma sát giới hạn, gây mài mòn + Độ nhớt nhỏ làm cho khả bám dính khả che kín Đặc biệt bề mặt ma sát đà bị dơ, mòn, dầu không lấp đầy khe hở dẫn đến bị dò lọt khí cháy, nhiên liệu + Tăng lượng tiêu hao dầu nhờn khả bay cao 1.2.2 Tính lưu động:[12] Dầu động hoạt động môi trường nhiệt độ thấp phải có khả lưu động để dễ dàng từ thùng chứa sang cacte động chảy vào bơm dầu động hoạt động Trong trường hợp này, nhiệt độ đông đặc dầu tiêu tin cậy cho biết dầu có vào bơm dầu hay không mà dầu cần phải thử nghiệm trực tiếp thiết bị mô khởi động nguội thiết bị thử nhiệt độ giới hạn bơm 1.2.3 Tính phân tán, tẩy rửa: Trong trình làm việc, loại cặn học sinh mối nguy hiểm thiết bị máy móc đặc biệt động đốt Chúng bụi, muội than mạt kim loại Các cặn học bám bề mặt bề mặt cần bôi trơn làm tăng ma sát bề mặt, gây tượng mài mòn mạnh Không thế, lượng nhiệt ma sát gây lớn gây nhiệt cục làm động hoạt động thiếu xác, hiệu suất động giảm mạnh Để chống tượng này, dầu nhờn phải có khả kéo chất cặn khỏi bề mặt bôi trơn giữ chúng trạng thái lơ lửng, không cho chúng lắng trở lại Vì dầu nhờn thường thêm vào phụ gia phân tán tẩy rửa Các phụ gia tẩy rửa có chức giữ cho bên động phụ gia phân tán giữ cặn cứng cacte dạng keo vẩn, ngăn không cho chúng kết tụ tạo thành cặn vecni, cặn bùn Ngoài ra, đa số chất tẩy rửa số chất phân tán có khả trung hoà sản 13 phẩm axit trình cháy nhiên liệu dầu bị oxy hoá nhờ giảm khả tạo cặn Do chưa có phương pháp đo xác độ tẩy rửa phân tán dầu động nên thông thường chúng đánh giá dựa vào kết thực nghiệm tính chất dầu, qua xem chúng phù hợp với loại hình sử dụng động cơ.[12] 1.2.4 Tính ổn định chống oxy hoá: Tính chất đáng quan tâm sản phẩm oxy hoá dầu động sinh chất tạo cặn, tăng cường ăn mòn ổ đỡ kim loại, làm tăng độ nhớt Hơn nữa, điều kiện làm việc động tạo điều kiện cho trình oxy hoá xảy Do khả chống oxy hoá yêu cầu quan trọng dầu bôi trơn động đốt Khả chống oxy hoá dầu nhờn thường tăng cường cách cho thêm vào dầu loại phụ gia chống oxy hoá.[19] 1.2.5 Khả chống gỉ, ăn mòn: Dầu động phải có khả sau: - Ngăn ngừa tượng gỉ ăn mòn nước ngưng tụ sản phẩm cháy nhiệt độ thấp chế độ hoạt động không liên tục gây - Chống lại ăn mòn sản phẩm có tính axit trình cháy gây - Bảo vệ ổ đỡ hợp kim đồng - chì khỏi ăn mòn sản phẩm oxy hoá dầu gây Chỉ cần có yếu tố gây ăn mòn động Do loại dầu phải pha chế đảm bảo tốt tính chống ăn mòn.[12] 1.3 Thành phần hoá học dầu nhờn:[7,13,17] 14 Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất dầu nhờn phần cất có nhiệt độ sôi 350oC từ dầu mỏ Vì hầu hết hợp chất có mặt phân đoạn có mặt thành phần dầu nhờn Trong phân đoạn này, thành phần chủ yếu hỗn hợp nhóm hydrocacbon khác nhau, có hợp chất chứa dị nguyên tố mà chủ yếu hợp chất chứa nguyên tử oxy, lưu huỳnh, nitơ vài kim loại (niken, vanađi) Những hợp chất nói có tính chất khác Có thành phần có lợi cho dầu nhờn song có thành phần có hại cần loại bỏ 1.3.1 Các hợp chất hydrocacbon: a) Các hợp chất hydrocacbon naphten parafin:[7] Các hydrocacbon gọi chung nhóm hydrocacbon naphten-parafin Đây nhóm hydrocacbon chủ yếu có dầu gốc dầu mỏ Hàm lượng nhóm tuỳ thuộc vào chất dầu mỏ khoảng nhiệt độ sôi, nhóm hydrocacbon có cấu trúc chủ yếu hợp chất hydrocacbon vòng naphten (vòng cạnh, cạnh), có kết hợp nhánh alkyl iso alkyl số nguyên tử cacbon phân tử từ 20 ữ70 Cấu trúc vòng hai dạng: cấu trúc không ngưng tụ cấu trúc ngưng tụ Thông thường người ta nhận thấy rằng: + Phân đoạn nhớt nhẹ chứa chủ yếu dÃy đồng đẳng xyclohexan, xyclopenten + Phân đoạn nhớt trung bình chứa chủ yếu vòng naphten có mạch nhánh alkyl, iso alkyl với số vòng từ ữ vòng + Phân đoạn nhớt cao phát hợp chất chứa vòng ngưng tụ với số vòng từ ữ vòng Ngoài hydrocacbon vòng naphten, nhóm có hydrocacbon dạng n-parafin iso-parafin 75 24 Gates B.C., Katzer J R and Schuit G C.A (1979), Chemistry of Catalytic Processes, New York 25 George Wills J (1980), Lubrication Fundamentals, Mobil Oil Corporation, New York 26 Hobson G D (1984), Modren Petroleum Technology, New York 27 Inomata M (1998), Manufacturing Processes of Highly Products and Handbook of High Puification Technology, Fuji Technosystem, Japan 28 Kasztelan S (1996), Hydrotreating technology for pollution control Catalysts, Catalysis, and Processes, New York 29 Mortier R M., Orszulik S T (1992), Chemistry and technology of lubricants, New York 30 Nelson W L (1958), Petroleum rafinery engineering, New York 31 Okamoto Y., Tomioka H., Imanaka T and teranishi S (1980), Proc 7th Int Congr Catal., Elsevier, Amsterdam 32 Portefaix J L., Cattenot M., Dalmon J A and Mauchausse C (1989), Advances in Hydrotreating Catalysis, Amsterdam 33 Robert W.Miller (1993), Lubricants and Their Applications, IneUnited States of America 34 Topsoe H., Clausen B S and Massoth F E (1996), Hydrotreating Catalysis, Springer-Verlag, Berlin 35 Van Veer J A R., Colijn H A., Hendriks P A J M , and Van Welsenes A J (1993), Fuel Processing Technology, London 36 Wachs I E., Deo G., Kim D S., Vuurnam M A (1992), Proc 10th Int Congr Catal., Elsevier, Amsterdam 37 Zuidema H H (1959), The performance of lubricating oils, Reinhold Publishing Corporation New York 76 phô lôc 77 78 79 80 81 82 phô lôc 83 84 85 86 phô lôc 87 88 giáo dục đào tạo trường đại học bách khoa hµ néi - luận văn thạc sĩ khoa học Nghiên cứu chế tạo xúc tác hydro hoá trình hydro hoá dầu nhờn thải để nhận dầu gốc chất lượng cao Chuyên ngành: Công nghệ Hữu - Hoá dầu Mà số: Bùi hồng hạnh Người hướng dẫn khoa học: TS lê văn hiếu Hà Nội 2005 89