Các mẫu nhờn thải được lấy từ 6 cây xăng trên địa bàn TP.HCM chủ yếu là nhớt xe
máy.
Thời gian từ 20/3/2012 đến 5/4/2012
Mỗi địa điểm đặt một can 10l
Cách thức lấy nhớt thải cần thực hiện nghiêm túc theo các quy định sau: Mỗi can chứa mẫu phải dán ghi rõ ngày tháng, địa điểm lấy mẫu. Chỉ lấy mẫu nhớt thải từ các xe máy hai bánh (4 thì) đời mới.
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
Công nghệ kĩ thuật hóa học Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm 62
Nhớt thải được lấy trực tiếp từ xe máy, qua can chứa mẫu sạch và đổ ngay vào can chứa mẫu để tránh lẫn nước, bụi bặm...
Sau mỗi đợt lấy nhớt thải các can chứa phải được đậy kín.
Bảng 4.1. Địa điểm lấy mẫu dầu nhờn thải
STT Mẫu
số
Tên trạm xăng Địa chỉ Đơn vị Chủng loại
1 Mẫu 1 Cửa hàng số 1 Góc Lý Thái Tổ-
Lê Hồng Phong
Q.10
Comeco Esso
2 Mẫu 2 Cửa hàng số 12 572, Hùng Vương
Q.06
Comeco Esso/Mobile
3 Mẫu 3 Cửa hàng xăng dầu số 1 136, Hai Bà Trưng
Q.01
Petrolimex PLC
4 Mẫu 4 Cửa hàng xăng dầu và gas số
18
Góc Nguyễn Biểu- Trần Hưng Đạo
Q.05
Petrolimex PLC
5 Mẫu 5 Trạm kinh doanh xăng
Nguyễn Oanh
A22 Nguyễn Oanh
Q. Gò Vấp
Sai Gon Petro
Castrol
6 Mẫu 6 Điểm kinh doanh xăng dầu Bến xe vận tải An
Lạc, Bình Chánh
SFC Shell/Castrol
Mẫu 0 là mẫu dầu nhờn chưa sử dụng (nhớt mới), ở đây chúng tôi chọn loại Esso 4T
MOTORCYCLE OIL. 4.1.2. Các thông số khảo sát
Với dụng cụ thí nghiệm, điều kiện thí nghiệm cũng như yêu cầu đặt ra, chúng tôi tiến
hành khảo sát một số thông số đặc trưng sau:
Màu: Là yếu tố đầu tiên có thể nhận biết được bằng mắt thường, sự thay đổi màu của dầu có thể là do lẫn các tạp chất do nhiên liệu cháy, bị cracking, cốc hóa...
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
Công nghệ kĩ thuật hóa học Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm 63
Độ màu được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D1298
Độ nhớt: Độ nhớt là tính chất quan trọng của dầu nhờn động cơ trong quá trình sử
dụng, do độ nhớt liên quan trực tiếp đến hiệu quả bôi trơn, sự thay đổi độ nhớt có thể dẫn
tới bôi trơn không tốt làm cho máy móc bị trục trặc khi vận hành có thể dẫn đến hư hỏng động cơ. Sự tăng độ nhớt là do kết quả của sự oxi hóa, khi dầu bị oxi hóa, các hợp chất
không tan sinh ra làm cho dầu bị đặc lại, độ nhớt giảm thường là do nhiên liệu lẫn vào.
Độ nhớt được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D2270
Trị số kiềm tổng: Chỉ số kiềm tổng thường giảm do sau một thời gian sử dụng dầu
bị oxi hóa làm sinh ra các acid, chính các acid này làm giảm chỉ tiêu kiềm tổng.
Trị số kiềm tổng được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D2896
Nhiệt độ chớp cháy cốc hở: Dùng để xác nhận sự lọt nhiên liệu, mức độ dầu bị
cracking hay bị oxi hóa. Mọi loại nhiên liệu dùng cho động cơ khi lọt vào dầu đều làm hạ
nhiệt độ chớp cháy
Nhiệt độ chớp cháy cốc hở được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D92
Điểm đông đặc: Sự thay đổi điểm đông đặc là do có lẫn nhiên liệu hay sự phân hủy
các phụ gia, cấu trúc hóa học của dầu.
Điểm đông đặc được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D97
Hàm lượng nước: Nước là một chất bôi trơn kém, làm tăng khả năng gỉ sét, thoái
hóa dầu và tạo thành cặn lắng.
Hàm lượng nước được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D95 Hàm lượng tạp chất
Hàm lượng tro
Cặn carbon conradson
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
Công nghệ kĩ thuật hóa học Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm 64
STT Tên chỉ tiêu PP thử Mẫu 0 Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3
1 Độ màu ASTM
D1500
3,5 Đen Đen Đen
2 Khối lượng riêng 150C ASTM D1298 0,900 0,8923 0,8887 0,894 3 Độ nhớt động học ở 1000C (cSt) ASTM D445 16,5 12,71 10,92 11,25 4 Chỉ số độ nhớt ASTM D2270 102 115 92 94 5 Chỉ số kiềm tổng ASTM D2896 8,78 6,17 5,23 6,08 6 Điểm đông đặc (0C) ASTM D97 -18 -17 -20,5 -19 7 Hàm lượng nước (%kl) ASTM D95 <0,05 0,052 0 0,047 8 Hàm lượng tạp chất (%kl) ASTM D473 0,01 0,02 0,04 0,03 9 Điểm chớp cháy cốc hở (0C) ASTM D92 232 215 207 212 10 Hàm lượng tro (%kl) ASTM D482 0,124 0,392 0,468 0,612 11 Cặn carbon Conradson (%kl) ASTM D189 0,372 1,126 0,967 1,372
Bảng 4.3. Các tính chất chủ yếu của các mẫu dầu nhờn thải (tt)
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
Công nghệ kĩ thuật hóa học Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm 65
1 Độ màu ASTM D1500 Đen Đen Đen
2 Khối lượng riêng 150C ASTM D1298 0,8836 0,8857 0,9038 3 Độ nhớt động học ở 1000C (cSt) ASTM D445 10,62 11,78 10,87 4 Chỉ số độ nhớt ASTM D2270 96 93 95 5 Chỉ số kiềm tổng ASTM D2896 4,89 4,71 5,87 6 Điểm đông đặc (0C) ASTM D97 -18,5 -18 -16 7 Hàm lượng nước (%kl) ASTM D95 0 0,064 0,024 8 Hàm lượng tạp chất (%) ASTM D473 0,02 0,01 0,02 9 Điểm chớp cháy cốc hở (0C) ASTM D92 220 202 218
10 Hàm lượng tro (%kl) ASTM D482 0,423 0,335 0,513 11 Cặn carbon
Conradson (%kl)
ASTM D189 1,272 0,871 1,317
Nhận xét:
Các mẫu thử nghiệm đều có màu đen, màu đen này cho chúng ta thấy sản phẩm đã
bị oxi hóa, bị phân hủy và lượng muội than đã lẫn vào trong dầu khá nhiều. Đó là dấu
hiệu của sự lão hóa.
Điểm chớp cháy của mẫu đa số đều giảm là do các hợp chất đều bị phá hủy tạo sản
phẩm nhẹ và do sự lẫn các loại nhiên liệu trong quá trình hoạt động.
Độ nhớt của các mẫu dầu đều thay đổi và nhỏ hơn so với ban đầu, sự thay đổi này phù thuộc vào mức độ oxi hóa dầu và mức độ phân hủy cấu trúc của dầu. Đồng thời cũng
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
Công nghệ kĩ thuật hóa học Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm 66
Chỉ số kiềm tổng của các mẫu đều giảm là do lượng acid sinh ra trong quá trình hoạt động đã trung hòa dần các tác nhân kiềm có trong dầu.
Hàm lượng tro, tạp chất, cặn đều tăng cho thấy các polymer, nhựa đã hình thành trong quá trình sử dụng.
Hàm lượng nước, điểm đông đặc nói chung thay đổi không đáng kể.
Các thông số đặc trưng của 6 mẫu nhớt thải không khác nhau nhiều . Do đó ta chọn phương án phối trộn các mẫu nhớt này với nhau để làm mẫu nghiệm chung.
Thể tích mẫu: 10 lít
Tổng cộng: 6.10 lít = 60 lít
Bảng 4.4. Các tính chất của dầu nhờn thải hỗn hợp
STT Tên chỉ tiêu PP thử Dầu nhờn thải
1 Độ màu ASTM D1500 Đen
2 Khối lượng riêng 150C (kg/l) ASTM D1298 0,8875 3 Độ nhớt động học ở 1000C (cSt) ASTM D445 11 4 Chỉ số độ nhớt ASTM D2270 94 5 Chỉ số kiềm tổng ASTM D2896 5,27 6 Điểm chớp cháy cốc hở (0C) ASTM D92 202 7 Điểm đông đặc (0C) ASTM D97 -17,5 8 Hàm lượng nước (%kl) ASTM D95 0,025 9 Hàm lượng tạp chất (%kl) ASTM D473 0,02 10 Hàm lượng tro (%kl) ASTM D482 0,46 11 Cặn carbon Conradson (%kl) ASTM D189 1,2 4.2.Xử lý dầu nhờn thải
4.2.1.Các dụng cụ và hóa chất thí nghiệm
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
Công nghệ kĩ thuật hóa học Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm 67
STT Tên dụng cụ, thiết bị Mục đích
1 Máy hút chân không Hút chân không để lọc
2 Lọc + giấy lọc Loại bỏ tạp chất
3 Bình cầu 3 cổ Chứa nhớt để chưng
4 Ống sinh hàn Làm ngưng tụ sản phẩm
5 Bếp điện Gia nhiệt
6 Ống đong, Erlen Chứa sản phẩm chưng và
chứa nhớt
7 Tủ sấy Sấy chất hấp phụ
8 Máy đo UV-VIS Xác định độ màu 9 Nhiệt kế Đo nhiệt độ
Bảng 4.6. Danh mục hóa chất dùng cho nghiên cứu
STT Tên hóa chất Mục đích
1 Isopropyl alcohol 99,7% Hòa tan
2 Ethanol 99,5% Hòa tan
3 ZSM- 5 Hấp phụ 4 Bentonite thô Hấp phụ 5 Zeolite Hấp phụ 6 Bentonite hoạt hóa Hấp phụ 7 Than hoạt tính Hấp phụ 4.2.2. Quy trình tiến hành thí nghiệm
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
Công nghệ kĩ thuật hóa học Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm 68 230-2500C Phần nhẹ 4dm: 1dn Cặn 95-1000C IPA+E 61 61% Lọc chân không Phần nặng Lắng T= 90' Nhớt thải Chưng cất
Dd dung môi+ Dầu
nhờn Dầu tái sinh 1 Hấp phụ Lọc IPA+ E Chất hấp phụ Chưng cất loại IPA + E Dầu tái sinh 2
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
Công nghệ kĩ thuật hóa học Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm 69
Hình 4.1. Sơ đồ tái sinh dầu nhờn bằng phương pháp dùng dung môi chiết tách
Nhớt thải sau khi phân tích tính chất đem chưng cất phần nhẹ:
Cân nhớt thải cho vào bình chưng, lắp hệ thống chưng cất khí quyển. Tiến hành chưng ở 230- 2500C trong khoảng 90 phút ta thu phần nhẹ ở ống đong, phần nặng còn lại ở bình
chưng.
Chiết tách bằng dung môi IPA+ E ( hỗn hợp isopropyl alcohol và ethanol ):
Pha dung môi IPA+ E vào dầu thải ( phần nặng sau chưng ) trong bercher. Sau đó
khuấy mạnh 2 phút, đổ vào bình chiết để lắng hỗn hợp trong 90 phút ta thấy hỗn hợp tách
pha.
Lọc chân không:
Đem hỗn hợp chiết đi lọc chân không bằng phễu lọc. Đặt giấy lọc vào phễu đổ hỗn
hợp chiết vào phễu lọc. Bật máy hút chân không, tiến hành lọc. Phần cặn đen bỏ đi, dung
dịch thu được có màu đỏ đục.
Chưng cất thu hồi dung môi:
Dung dịch sau khi lọc cho vào bình chưng. Do nhiệt độ sôi của hỗn hợp IPA+ E <
840C nên tiến hành chưng ở nhiệt độ 96-1000C cho tới khi thu hồi hết dung môi ( nhiệt độ
tại đầu ra của hơi dung môi =Tmt). Ta thu hồi dung môi để tái sử dụng và sản phẩm dầu
nhờn có màu đỏ sẫm.
Hấp phụ:
Cho dầu nhờn thu được vào berche, cho chất hấp phụ vào dầu nhờn, để lắng tự nhiên trong vòng 24h.
Hỗn hợp xệt sau hấp phụ đem lọc hút chân không bằng phễu sứ có giấy lọc thu được
dầu nhờn sạch màu vàng. 4.2.3. Kết quả và bàn luận
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
Công nghệ kĩ thuật hóa học Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm 70
Chưng cất phần nhẹ: Giai đoạn này nhằm mục đích loại bỏ các phân đoạn nhẹ trước phân đoạn dầu nhờn. Sau khi tiến hành chưng ở nhiệt độ trong khoảng 230- 2500C ta thu
được: Phần nhẹ với hiệu suất H= 33,6/492 = 6,83% và sản phẩm với hiệu suất
H= 456,6/492 = 92,8%.
Xác định tỉ lệ hỗn hợp dung môi IPA & E:
Sau khi tiến hành các thí nghiệm và phân tích ta có kết quả về các tỉ lệ hỗn hợp dung
môi Iso Propyl Alcohol và Ethanol như sau:
Bảng 4.7. Xác định tỉ lệ dung môi Iso Propyl Alcohol và Ethanol
Tỉ lệ dung môi ( E: I) Hàm lượng cặn, nhựa (%kl) Hiệu suất (%)
Ethanol 4,026 79 1:2 4,211 79 1:3 4,616 80 1:4 5,827 81 1:5 7,556 84 1:6 9,036 86 1:7 9,404 87 Isopropanol 11,653 92
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
Công nghệ kĩ thuật hóa học Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm 71
Hình 4.2. Đồ thị biểu diễn hàm lượng cặn, nhựa theo tỉ lệ dung môi Ethanol & Isopropanol
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
Công nghệ kĩ thuật hóa học Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm 72
Nhận xét:
Từ các bảng và đồ thị trên ta thấy tại các tỉ lệ 1:5, 1:6, 1:7, chỉ dùng Isopropanol hiệu
suất hòa tan cao nhưng hàm lượng cặn, nhựa cao không tốt cho quá trình hấp phụ và tiêu tốn nhiều dung môi Isopropanol. Mặt khác tại các tỉ lệ 1:2, 1:3 và chỉ dùng dung môi Ethanol mặc dù có hàm lượng cặn, nhựa thấp nhưng lại cho hiệu suất hòa tan thấp. Vì vậy, ta chọn tỉ lệ 1:4 để tiến hành hòa tan nhớt thải.
Qua thực nghiệm, ta nhận thấy tại các tỉ lệ 1:2, 1:3, 1:4 và chỉ dùng Ethanol sản phẩm thu được có màu sáng. Như vậy sản phẩm đạt chất lượng tốt.
Chiết bằng dung môi IPA& E:
Sau khi chiết tách bằng dung môi IPA& E ta loại bỏ được cặn, nhựa kim loại ra khỏi
dầu nhờn và thu được sản phẩm hỗn hợp dung môi IPA& E cùng với dầu nền.
Lọc chân không
Hiệu suất thu hồi dầu nhờn: H= 49,05/60 = 81,75%
Hiệu suất thu hồi hỗn hợp dung môi IPA& E: H= 222,4/240 = 92,67%
Hấp phụ
Sau khi qua giai đoạn lọc chân không ta tiến hành hấp phụ màu của sản phẩm dầu
nhờn với các chất hấp phụ là Zeolite, ZSM-5, Than hoạt tính, Bentonite thô, Bentonite hoạt hóa bằng axit. Sau khi sản phẩm dầu được ta thu được các sản phẩm có màu sáng
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
Công nghệ kĩ thuật hóa học Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm 73
Hình 4.4. Biểu đồ UV-VIS của nhớt thải sau khi được hấp phụ
Nhận xét:
Dựa vào đồ thị ta thấy kết quả hấp phụ màu của mẫu nhớt sau khi hấp phụ bằng
Zeolite thấp nhất trong các mẫu và kết quả hấp phụ gần mẫu dầu gốc, xa mẫu dầu thải chưa xử lý nhất. Vậy Zeolite là chất hấp phụ màu tốt nhất, ta sử dụng Zeolite để hấp phụ.
Lấy mẫu dầu nhờn được hấp phụ bằng Zeolite đem đi phân tích ta được kết quả như
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
Công nghệ kĩ thuật hóa học Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm 74
Bảng 4.8. Một số chỉ tiêu của mẫu dầu nhờn đã được tái sinh
STT Tên chỉ tiêu Dầu nhờn thải Dầu nhờn tái sinh Esso 4T SN150 1 Độ màu Đen 4,2 3,5 0,5
2 Khối lượng riêng 150C (kg/l) 0,8875 0,8652 0,900 0,8553 3 Độ nhớt động học ở 400C (cSt) 63,8 38,82 107 30,74 4 Độ nhớt động học ở 1000C (cSt) 11 6,85 16,5 5,334 5 Chỉ số độ nhớt 94 98 102 106 6 Chỉ số kiềm tổng 5,27 6,86 8,78 12,2 7 Điểm chớp cháy cốc hở (0C) 202 227 232 216 8 Điểm đông đặc (0C) -17,5 -19 -18 -22 9 Hàm lượng nước (%kl) 0,025 <0,05 10 Hàm lượng tạp chất (%kl) 0,02 0,01 11 Hàm lượng tro (%kl) 0,46 0,124 12 Cặn carbon Conradson (%kl) 1,2 0,372
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
Công nghệ kĩ thuật hóa học Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm 75
Hình 4.5. Biểu đồ so sánh một số tiêu chuẩn về dầu nhờn sau khi tái sinh
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
Công nghệ kĩ thuật hóa học Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm 76
Nhận xét: Từ các bảng so sánh trên ta có kết luận như sau:
+ Về độ nhớt động học và chỉ số độ nhớt: Qua xử lý ta đã khử đi được lượng nhiên liệu nhẹ làm giảm độ nhớt trong dầu nhờn thải và loại bỏ đi 1 lượng lớn các tạp chất có độ
nhớt cao. Chính vì thế làm cho chỉ số độ nhớt sau khi tái sinh tăng lên đáng kể. Đồng thời vào đó việc chưng cất đã loại bỏ hết các nhiên liệu nhẹ lẫn trong dầu nhờn làm cho chỉ số
chớp cháy của dầu nhờn tăng lên.
+ Về chỉ số kiềm tổng, điểm đông đặc, khối lượng riêng: Việc xử lý đã làm giảm một