1. Nguyên liệu sản xuất dầu nhờn.
Dầu nhờn ngày nay có nguồn gốc chủ yếu từ dầu mỏ. Vì vậy dầu mỏ là một dạng nguyên liệu chủ yếu để sản xuất dầu nhờn.
Trong thực tế dầu gốc khoáng ( dầu gốc từ dầu mỏ) là hỗn hợp của các phân tử đa vòng có đính mạch nhánh parafin. Việc phân loại dầu gốc khoáng thành dầu gốc parafin, naphten tuỳ thuộc vào loại hydrocacbon nào chiếm … u thế. Do bất cứ dầu khoáng bôi trơn nào cũng là hỗn hợp của nhiều loại phân tử khác nhau, nên bất cứ trong thí nghiệm nào cũng đều đánh giá chất lợng trung bình dựa theo cấu trúc trung bình trong thành phần dầu nhằm phân bịêt loại dầu. Các số liệu trong bảng cho ta thấy thành phần cấu trúc của các phân tử trung bình của hỗn hợp phân đoạn dầu nhờn. % Cacbon ở mạch parafin %Cp = 53,5 % Cacbon ở vòng thơm %Ca = 20,0 % Cacbon ở naphten %Cn = 26,7 % Cacbon ở các vòng %Cr = 46,7 Tổng số vòng Rt = 3 Vòng thơm Ra = 1 Vòng naphten Rn = 2
Ngoài các thành hydricacbon chủ yếu trên thành phần phi hydrocacbua cũng có ảnh hởng lớn đến chất lợng dầu nhờn nh:
- Hợp chất chứa lu huỳnh (S): chỉ cho phép có 0,3 – 0,5% nếu lớn hơn 2 – 5% sẽ ảnh hởng đến nhiệt độ sôi của dầu. Ngoài ra còn có S tự do sẽ bị biến thành khó H2S hoặc khi gặp hơi nớc hay khí lạnh sẽ tạo ra axit H2S gây ăn mòn thiết bị động cơ.
- Hợp chất chứa oxy (O2) : nếu hàm lợng lớn sẽ làm cho dầu lắng và kết tủa dạng keo nhựa đen nằm dới đáy các thùng chứa, làm giảm khả năng đốt cháy của nhiên liệu, tạo ra các chất axit hữu cơ và vô cơ ăn mòn thiết bị.
- Hợp chất chứa nitơ (N): làm ảnh hởng tới tỷ trọng và hàm lợng keo. Thờng khống chế để N nhỏ hơn hoặc bằng 0,2% vì nếu có mặt N nhiều quá sẽ gây hiện tợng tạo nhiều muội than trong quá trình đốt.
- Các chất nhựa atphan: các hợp chất nhựa này có độ nhớt lớn, mặt khác có chỉ số độ nhớt rất thấp. Trong quá trình sử dụng bảo quản tiếp xúc với oxy không khí
rất dễ bị oxy hoá, tạo nên các chất có trọng lợng phân tử lớn hơn. Những chất này tạo cặn trong dầu khi sử dụng và dễ tạo chất ăn mòn máy móc.
- Hợp chất cơ kim: có tác hại nh atphan làm nóng chảy khi làm việc, khi đốt cháy có nhiều muội than.
2. Sản xuất,chế biến dầu gốc.
Để chế biến các sản phẩm từ dầu mỏ, từ dầu thô trớc tiên cần phải qua công nghệ lọc, tách nớc, muối và cặn thô ( gọi là desalination) sau đó mới đợc tách ra theo từng phân đoạn có khoảng nhiệt độ sôi nhất định và khác nhau.
Tuỳ theo yêu cầu đặt ra về cấu trúc của các hydrocacbon, ngời ta có thể sử dụng các giải pháp công nghệ khác nhau nh cracking, refoming, ankyl hoá, thơm hoá, đồng phân hoá, polyme hoá, hydro hoá, nhiệt phân hay cốc hoá...
Có thể tham khảo sơ đồ chng cất chân không để sản xuất ra các công đoạn dầu nhờn nh sau: Cột cất chân không Nguyên liệu (cặn rộng)
Lò nung nguyên liệu
Phân đoạn Gasoil
1. Dầu cọc sợi nhẹ
2. Dầu cọc sợi nặng3. Phân đoạn dầu nhờn nhẹ 3. Phân đoạn dầu nhờn nhẹ 4. Phân đoạn dầu nhờn nặng
Cặn hẹp ( Bitum)
Chiều tăng độ nhớt
Nguyên liệu để sản xuất dầu nhờn đợc lấy chủ yếu từ phân đoạn gasoil nặng hay còn gọi là phân đoạn dầu nhờn. Phân đoạn dầu nhờn có nhiệt độ sôi từ 350 – 5000 C , bao gồm những hydrocacbon có số nguyên tử cacbon trong phân tử từ 21 đến 35 ( C21 – C35 ). Trong phân đoạn này parafin thẳng và nhánh ít hơn so với loại naphten, vòng thơm hoặc hỗn hợp. Naphten có số vòng từ 1 đến 5 và hỗn hợp của nó với hydrocacbon thơm. Ngoài ra còn chứa các hợp chất của S, N và nhựa. Các parafin , đặc biệt là loại mạch thẳng có chỉ số độ nhớt cao ( độ nhớt ít thay đổi theo nhiệt độ ), mạch càng dài chỉ số độ nhớt càng cao. Ngợc lại các hydrocacbon thơm hay naphten nhiều vòng có nhánh phụ ngắn thờng có chỉ số độ nhớt rất thấp.
Các chất nhựa có độ nhớt cao nhng lại có chỉ số độ nhớt thấp, mặt khác sẽ bị nhuộm màu,oxy hoá rất mạnh tạo asphanten hoặc các boxyt làm cho độ nhớt của dầu tăng,đồng thời lại tạo cặn không tan làm tăng tính mài mòn. Các hợp chất của S, O, N cũng bị cháy và tạo cặn bẩn ăn mòn. Vì vậy dầu thu đợc trực tiêp từ dầu mỏ thờng cha đạt yêu cầu sử dụng ngay, và để dễ dàng phân biệt với cho giai đoạn chế biến dầu nhờn tiếp theo ngời ta gọi dầu này là dầu khoáng.
Để có đợc dầu nhờn đáp ứng đợc các yêu cầu sử dụng phải nghiên cứu để tiến hành loại bỏ các thành phần không có lợi nh nhựa, các hợp chất của S, O, N, các naphten, các hydrocacbon thơm hoặc hỗn hợp của chúng. Ví dụ nh parafin có chỉ số độ nhớt cao nhng lại làm cho dầu mất hẳn tính linh động nên cũng cần loại bớt...Tuy nhiên công việc này rất phức tạp và tốn kém,nó chỉ thực hiện trong một chừng mực nhất định. Vì vậy để tăng cờng phẩm chất cho dầu nhờn thành phẩm buộc phải cho thêm phụ gia – những chất cải thiện tốt hơn các tính chất sử dụng của dầu nhờn.
Khi cho phụ gia vào dầu gốc với những tỷ lệ nhất định sẽ tạo ra dàu thành phẩm gọi là dầu nhờn.
Nh vậy dầu nhờn thành phẩm có đạt đợc phẩm chất cao hay thấp, có đảm bảo chỉ tiêu chất lợng hay không là phụ thuộc rất lớn vào công nghệ tinh chế dầu gốc và các phụ gia.
3. Công nghệ sản xuất dầu gốc kinh điển.
a.Giai đoạn 1:
Chng cất chân không để tách lấy các phân đoạn riêng biệt dựa vào độ nhớt và nhiệt độ sôi.
Mục đích là điều chỉnh độ nhớt và khoảng nhiệt độ cháy của dầu gốc. Tại đây dầu khoáng đợc tách thành các phần cất có độ nhớt khác nhau nh phân đoạn dầu nhờn nhẹ, phân đoạn dầu nhờn nặng và phần cặn ( bitum). Tất cả các dầu bôi trơn chng cất đợc phản ánh thành phần hóa học của loại dầu mỏ đem sử dụng.
b.Giai đoạn2:
Việc tách bằng chng cất dựa trên sự khác nhau về nhiệt độ sôi mà không loại hoá học nh parafin, aromat và naphten do quá trình này cha loại bỏ hết cấu tử không mong muốn. Vì vậy sau quá trình này là quá trình chiết tách bằng dung môi để loại bỏ các cấu tử không mong muốn với mục đích là cải thiện độ chống lão hoá và đặc tính nhiệt nhớt của dầu gốc. Những dung môi này có sự lựa chọn vì chúng dựa vào khả năng phân tách hai nhóm cấu tử khac nhau về thành phần hoá học Những dung môi chọn lọc phổ biến nhất là furfurol, phenol, nitrobenzen, và N – metyl – 2 pyroliđon (NMP). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
c. Giai đoạn 3:
Là giai đoạn tách parafin hay loại bỏ sáp ( sáp là hỗn hợp parafin mạch thẳng và các hydrocacbon khác ở nhiệt độ nóng chảy cao và hoà tan kém trong dầu ở
nhiệt độ thấp). Mục đích là loại bỏ chúng trong dầu gốc, đây là khâu quan trọng và khó khăn nhất.
Có hai quy trình chính:
- Quy trình 1: làm lạnh để kết tinh sáp và dung môi nhằm hoà tan phần dầu để đa vào phần lọc nhanh, tách sáp ra khỏi dầu. Nhiệt độ đông đặc của dầu sau khi tách sáp phụ thuộc vào chế độ tách sáp, nhất là nhiệt độ và loại dung môi đợc sử dụng. Cần biết rằng tách parafin để đạt đợc nhiệt độ đông đặc cực thấp là không cần thiết vì cách sản xuất này không gây ra sự hao hụt lớn. Hơn nữa parafin có độ nhớt ít thay đổi theo nhiệt độ. Vì vậy ngời ta chỉ tách một phần parafin nhằm đáp ứng nhu cầu mà thôi.
- Quy trình 2: quá trình cracking chọn lọc để bẻ gãy các phân tử parafin tạo ra những sản phẩm có mạch parafin nhỏ còn gọi là tách parafin bằng xúc tác. Nguyên liệu đợc dùng là rafinat.
d. Giai đoạn làm sạch bằng hydro.
Đây là quá trình sử lý hiện đại thay thế cho quá trình xử lý và làm sạch dầu bằng axit sunfuric và đất sét trớc kia do những hạn chế nhất định. Mục đích của quá trình này là loại bỏ các hợp chất hữu cơ chứa N ảnh hởng rất lớn đến màu sắc và độ bền màu của dầu gốc. Trong quá trình làm sạch nguyên liệu tiếp xúc với hydro trong điều kiện xúc tác và nhiệt độ, áp suất cao thông thờng từ 10 – 12 mPa và 300 – 3750 C. Đa số sử dụng xúc tác molipden – coban ( Mo – Co) với tỷ lệ thay đổi tuỳ thuộc vào mức độ cần tẩy màu. Nguyên liệu đàu chứa các hợp chất N và S chuyển hoá từng phần thành NH3 và hydrosunfit, còn các hydrocacbon thơm một phần bị chuyển hoá thành naphten.
e. Quá trình tách atphan và propan.
Thông thờng để sản xuất dầu gốc có thể đa thẳng các phân đoạn dầu nhẹ sang các thiết bị chiết tách bằng dung môi, nhng các phân đoạn dầu cặn ở tháp chng cất chân không đòi hỏi phải tách atphan để loại trừ nhựa trớc khi qua khâu chiết tách. Nhờ đó dầu thu đợc có độ nhớt thấp, giảm xu hớng tạo cặn dạng cốc.
Bình thờng propan đợc dùng làm dung môi tách atphan ( cũng có thể dùng etan hay butan). Propan có tính chất đặc biệt là từ 40 – 600 C nó hoà tan parafin rất tốt, khả năng này giảm khi nhiệt độ tăng và khi nhiệt độ tăng tới hạn của propan ( 96,80 C) thì tất cả các hydrocacbon đều không tan. Trong khoảng từ 40 - 96,80 C các hợp chất atphan có phân tử lợng cao hầu nh không tan trong propan.
Quá trình tách bằng cất các phân đoạn chủ yếu dựa vào trọng lợng phân tử , còn chiết bằng dung môi thì dựa vào chủng loại phân tử.
Quá trình tách atphan nhằm ở vị trí trung gian giữa hai quá trình này.
Sau khi qua các công đoạn trên dầu gốc đợc pha với một số phụ gia hoá học,mỗi loại đóng góp phần đặc tính riêng của mình để tạo thành sản phẩm chung hoàn chỉnh.
Quy trình pha chế này sẽ quyết định chất lợng của dầu nhờn cũng là những công thức riêng quyết định tính cạnh tranh của sản phẩm. Trong quá trình này dầu gốc và phụ gia đợc đem trộn với nhau vào một bể chứa có cánh khuấy liên tục, đợc gia nhiệt từ 40 – 600 C trong thời gian 2 giờ. Nếu tăng nhiệt độ lên quá nhiệt độ tới hạn vào khoảng 800 C sẽ làm cho phụ gia của dầu bị biến mất đặc tính và làm cho dầu bị biến đổi màu.Điều quan trong hơn cả là nó sẽ làm giảm độ nhớt của dầu, tăng khả năng tạo cặn, nhựa và trong quá trình sử dụng dầu có màu sạm hơn. Trong quy trình này phải khuấy đều dầu gốc và phụ gia, nếu khuấy quá nhẹ sẽ làm cho phân tử dầu gốc và phụ gia khó mà kết hợp đợc với nhau, nếu khuấy quá mạnh sẽ gây ra hiện tợng sủi bọt trong hỗn hợp đầu, điều này sẽ làm tăng khả năng oxy hoá của dầu và làm giảm đáng kể chất lợng của dầu. Vì vậy quy trình pha chế phải có sự quản lý, kiểm tra nghiêm ngặt.
Phụ gia để pha chế dầu bôI trơn phải có các tính chất chung nhất định để có thể đ- ợc đa vào dầu gốc một cách hiệu qủa. Những tính chất chung đó là:
-tan trong dầu gốc. -ổn định hoá học. -không độc hại. -có tính tơng hợp. -độ bay hơi thấp. -hoạt tính có thể khống chế đợc. -tính linh hoạt. Loại dầu bôi trơn Phụ gia Dầu động
cơ Chất cải thiện chỉ số độ nhớt, chất ức chế oxy hoá,chất tẩy rửa, phụ gia phân tán, chất ức chế ăn mòn, chất ức chế gỉ, phụ gia chống mài mòn, phụ gia biến tính giảm ma sát, chất hạ điểm đông, chất ức chế tạo bọt. Dầu thuỷ
lực Chất cải thiện chỉ số độ nhớt, chất ức chế oxy hoá, chất ức chế ăn mòn/ gỉ, phụ gia chống mài mòn, chất hạ điểm đông, chất ức chế tạo bọt. Dầu bánh
răng Chất ức chế oxy hoá, phụ gia cực áp, chất ức chế ăn mòn/ gỉ, phụ gia chống mài mòn, phụ gia biến tính giảm ma sát, chất ức chế tạo bọt. Dầu công
cụ
Chất ức chế oxy hoá, chất ức chế ăn mòn/ gỉ, phụ gia biến tính giảm ma sát, chất hạ điểm đông, chất ức chế tạo bọt.
Dầu tuabin