1.4.4.1. Các phương pháp vật lý
Nhìn chung, thì tái sinh dầu nhờn thải bằng phương pháp vật lý chỉ áp dụng với những dầu có độ oxy hóa chưa sâu, đặc biệt là dầu nhờn động cơ có phụ gia phân tán tấy rửa thì phương pháp vật lý không thể xử lý được. Các phương pháp vật lý gồm:
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
Lắng: Các hạt kim loại, asphanten, nước nằm trong dầu sẽ tự lắng xuống khi dầu ở trạng thái tĩnh. Việc lắng dựa vào nguyên lý ngưng lắng các hạt dưới tác dụng của trọng lực. Sự ngưng lắng sẽ tốt hơn ở nhiệt độ cao bởi vì ở điều kiện nhiệt độ cao thì độ nhớt giảm xuống, tạo điều kiện cho các hạt lắng nhanh hơn. Nhiệt độ lắng tốt nhất là 80 - 90oC. Nếu để dầu tự lắng ở điều kiện nhiệt độ thường thì thời gian lắng sẽ lâu hơn và hiệu quả thấp hơn. Quá trình lắng chỉ áp dụng cho lọc sơ bộ.
Ly tâm: Là quá trình đông tụ thông dụng để tách các tạp chất cơ học, nước ra khỏi dầu. Phương pháp này còn được áp dụng để rửa dầu bằng cách cho thêm nước vào dầu để các hợp chất có khả năng tan trong nước tách khỏi khối dầu, rồi sau đó ly tâm để tách hết các chất cần tách ra.
Lọc: Được sử dụng để tách sơ bộ hoặc tái sinh các loại dầu biến chất không sâu. Lọc chỉ tách ra được các tạp chất cơ học không tan trong dầu.
Chưng cất: Là phương pháp tái sinh dầu nhờn khá phổ biến trên thế giới. Nó có ưu điểm là tách loại được hoàn toàn nước, nhiên liệu, tạp chất cơ học có lẫn trong dầu. Tuy nhiên, nó phải luôn đi kèm với các phương pháp làm sạch khác như hấp phụ, làm sạch bằng hydro, trích ly bằng dung môi chọn lọc do nó không tách hết được các cấu tử tối màu.
1.4.4.2. Các phương pháp hóa lý
Đông tụ
Đông tụ là phương pháp chủ yếu để tăng cường tính chất lọc cho những dầu thải không lọc. Bản chất của phương pháp đông tụ là sự tập hợp những hạt keo, tạo ra những chất keo tụ lắng xuống. Có thể tiến hành đông tụ bằng tác động cơ học, bằng nhiệt, bằng dòng điện hoặc bằng chất đông tụ.
Chất đông tụ có thể là chất điện ly, chất hoạt động bề mặt hoặc các chế phẩm tẩy rửa tổng hợp. Những chất đông tụ điển hình là H2SO4, Na2CO3, Na2SiO3, Na3PO4. Chất đông tụ hoạt động bề mặt là loại ion hoặc không ion. Tốt hơn cả là những chất hoạt động bề mặt anion gốc sulfonat mà phổ biến hơn cả là loại sulfonol RSO3Na trong đó R là gốc cacbon từ 12 đến 18 nguyên tử cacbon. Chất đông tụ có khả năng làm mất điện tích của các hạt keo làm chúng ngừng tương tác nhau và dính lại với nhau tạo thành hạt lớn lắng xuống đáy.
Qua nghiên cứu, người ta đã xác định được rằng dùng chất hoạt động bề mặt điện ly để đông tụ các tạp chất phân tán mịn trong dầu thải không lọc là có hiệu quả nhất.
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
Dầu động cơ phế thải, do tác dụng của phân tán tẩy rửa của phụ gia sẽ chứa nhiều tạp chất phân tán mịn tạo thành những huyền phù bền vững trong dầu. Tái sinh loại dầu nhờn này đòi hỏi phải qua đông tụ sơ bộ các tạp chất. Do thành phần dầu nhờn thải luôn luôn thay đổi nên cần phải có một loạt các chất hoạt động bề mặt khác nhau về hiệu quả động tụ và giá thành để tăng tính kinh tế.
Các hạt keo trong dầu nhờn thải mang điện tích, chúng không ngừng tương tác nhau và phân tán đều trong toàn bộ thể tích dầu. Khi có mặt của chất đông tụ, các hạt keo trung hòa điện tích ngừng tương tác nhau và khi đó bắt đầu dính lại với nhau. Kết quả là các hạt lớn dần và lắng xuống đáy. Như vậy, quá trình đông tụ thực chất là làm giảm mối liên kết của các hạt với môi trường phân tán xung quanh nó. Quá trình đông tụ chỉ xảy ra khi đảm bảo đủ điều kiện nhiệt độ, thời gian xử lý, lượng và nồng độ chất đông tụ cũng như sự tiếp xúc của chúng tốt với dầu nhờn thải.
Ảnh hưởng của nhiệt độ tới sự đông tụ liên quan chủ yếu đến độ nhớt của dầu nhờn thải. Khi độ nhớt giảm thì chất động tụ dễ dàng tiếp xúc với dầu nhờn thải, vì vậy mà nên thực hiện quá trình ở điều kiện nhiệt độ cao. Song, không nên thực hiện ở nhiệt độ cao quá 100oC vì ở nhiệt độ này dầu sẽ sôi và bắn ra ngoài. Tốt nhất là nên để nhiệt độ từ 80 - 90oC.
Quá trình đông tụ không xảy ra tức thời, muốn đông tụ hoàn toàn phải có thời gian nhất định. Trong điều kiện các yếu tố khác bảo đảm (tiếp xúc tốt, nồng độ chất đông tụ đủ, nhiệt độ đủ cao...) thì thời gian để đông tụ xảy ra hoàn toàn là từ 20 - 30 phút.
Đông tụ thường được tiến hành trong bể lắng đáy hình nón được trang bị những thiết bị đun nóng và khuấy trộn.
Hấp phụ
Hấp phụ là quá trình tập trung các chất bẩn trên bề chất hấp phụ. Chất hấp phụ có khả năng hấp phụ trên bề mặt của mình một lượng lớn các chất asphalt, axit, ete và các sản phẩm oxy hóa khác trong dầu nhờn thải. Hiệu quả hấp phụ phụ thuộc chủ yếu vào bản chất và trị số bề mặt chất hấp phụ. Đặc tính của chất hấp phụ có ý nghĩa rất quan trọng đến hiệu quả hấp phụ. Ví dụ, silicagel hấp thụ tốt nhựa asphalt còn oxit nhôm lại hấp phụ tốt axit hữu cơ phân tử thấp. Để tăng khả năng hấp phụ thì cần phải hoạt hóa chúng.
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
Trong tái sinh dầu nhờn thải, người ta dùng chất hấp phụ phổ biến nhất là đất sét tẩy màu rồi đến silicagel, oxit nhôm... Về nguyên tắc, chất hấp phụ càng được nghiền nhỏ thì khả năng hấp phụ càng lớn, tuy nhiên nó lại gây cản trở cho việc lọc sau hấp phụ.
Trong tái sinh dầu nhờn thải bằng chất hấp phụ, nhiệt độ và thời gian xử lý có ý nghĩa quan trọng. Khi tăng nhiệt độ thì hiệu quả hấp thụ giảm do chuyển động nhiệt của các phân tử được hấp phụ tăng lên do đó khó giữ được trên bề mặt chất hấp phụ. Ớ nhiệt độ thấp, do độ nhớt của các phân tử dầu nhờn thải cao cho nên các phân tử dầu khuếch tán quá chậm đối với bề mặt chất hấp phụ. Thường thì dầu nhờn thải được làm sạch khi cường độ khuấy trộn cao 1000 - 1400 vòng/ phút, trong khoảng thời gian là 30 phút. Lượng chất hấp thụ phụ thuộc vào độ hoạt động của chất hấp phụ và độ nhiễm bẩn của dầu nhờn thải.
Phương pháp làm sạch dầu nhờn thải bằng hấp phụ là phương pháp tiếp xúc được sử dụng phổ biến vì công nghệ đơn giản, dễ thực hiện và hiệu quả cao.
1.4.4.3. Các phương pháp hóa học
Làm sạch bằng axit sunfuric
Làm sạch bằng axit sunfuric là một phương pháp hóa học đồng thời cũng là phương pháp hóa lý. Bởi vì, axit sunfuric ngoài tác dụng làm sạch các chất có hại nó còn lại là một dung môi tốt cho nhiều hợp chất đồng thời còn là một chất đông tụ rất tốt cho dầu nhờn. Tất cả các chất có hại (trừ axit hữu cơ) được tách ra khỏi dầu nhờn thải cùng với gudron axit (cặn nhớt nặng do phần lớn asphanten hòa tan trong axit H2SO4 cùng với cacben và cacboic axit những sản phẩm của quá trình oxy hóa dầu nhờn).
Làm sạch bằng kiềm
Phương pháp làm sạch bằng kiềm là giai đoạn cuối cùng sau khi làm sạch bằng axit sunfuric, là giai đoạn đầu của việc làm sạch bằng kiềm, đất sét hay cũng có thể sử dụng phương pháp này một cách độc lập trong quá trình tái sinh dầu nhờn thải.
Những chất kiềm được sử dụng làm sạch phổ biến nhất là Na2CO3, NaOH hoặc là Na3PO4. Khi xử lý dầu sơ bộ bằng axit sunfuric thì những chất còn lại trong dầu nhờn được trung hòa tạo thành các axit sunfonaftenic, các ete axit. Trường hợp dùng phương pháp kiềm độc lập để tái sinh dầu nhờn thì kiềm chỉ tác dụng với các axit hữu cơ tạo thành những muối natri (xà phòng), chúng hòa tan tốt trong nước.
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
Những cặn kiềm lắng xuống nước và được tách ra trong quá trình lắng dầu. Xà phòng còn lại trong dầu ở trạng thái lơ lửng được tác ra bằng phương pháp rửa nước nóng.
Trong quá trình xử lý dầu nhờn bằng kiềm có thể xảy ra sự thủy phân xà phòng tạo ra nhũ gây trở ngại cho quá trình làm sạch. Nồng độ kiềm và nhiệt độ xử lý ảnh hưởng đến hai hiện tượng này. Tăng nồng độ kiềm thì sự thủy phân của xà phòng giảm nhưng dầu lại dễ dàng tạo nhũ. Nhiệt độ tăng thì khả năng thủy phân tăng nhưng khả năng hòa tan của xà phòng trong nước cũng tăng. Do phá nhũ rất khó cho nên trong thực tế người ta tiến hành xử lý ở điều kiện nhiệt độ cao và nồng độ axit thấp.