Trong những năm qua, nhu cầu sử dụng nhiên liệu, dầu nhờn khoảng 3 triệu tấn/năm. Hàng năm sự tăng trưởng từ 4 - 8%. Song, so với các nước Đông Nam Á, nhu cầu tiêu dùng ở nước ta là mức thấp, khoảng 0,04 tấn/năm/đầu người. Ở Singapore là 6,0 tấn/năm/đầu người; Nam Triêu Tiên là 0,81 tấn/năm/đầu người; Thái Lan 0,3 tấn/năm/đầu người. Dầu bôi trơn chỉ chiếm khoảng 3% nhiên liệu nhưng nó có vai trò rất quan trọng để duy trì sự hoạt động và tuối thọ của máy móc. Trên thế giới, hàng năm sản xuất và sử dụng khoảng 40 triệu tấn dầu mỡ bôi trơn, ước khoảng 30 tỷ đô la Mỹ. Ở nước ta nhu cầu dầu bôi trơn, khoảng 100.000 tấn/năm, dầu động cơ chiếm khoảng 60 - 70% còn lại là dầu công nghiệp và các loại dầu khác. Nhu cầu sử dụng ở miền Bắc khoảng 42%, miền Trung 13%, miền Nam là 45%, nhu cầu tăng trưởng hàng năm khoảng 3 - 7%.
Trong hai năm 2011 – 2012, theo thống kê thực tế sử dụng dầu bôi trơn ở mức 90.000 tấn (thấp hơn so với tính toán nhu cầu 15 - 20%), mặc dù số lượng xe máy tăng nhanh hơn trước. Đây là một biểu hiện đáng mừng để nói lên việc cung cấp và sử dụng dầu bôi trơn gần đây có hiệu quả tốt.
cấp. Những năm gần đây do chính sách mở cửa của Nhà nước, đã có nhiều Công ty cung cấp xăng dầu (BP, Shell, Castrol, Total, Agip, Elf, một số công ty của Singapo, Đài Loan, Nhật Bản...). Hiện nay, có công ty dầu của Mỹ (Mobil, Caltex...) và một số nước khác. Trong nước, ngoài Petrolimex, công ty cung cấp xăng dầu lớn nhất của nước ta, còn hàng chục công ty khác mua sản phẩm về bán.
Được sự quan tâm của nhà nước, do vậy một số trung tâm chuyên ngành kỹ thuật về dầu bôi trơn đã được xây dựng. Thông qua sự tài trợ của chương trình phát triển Liên Hợp Quốc (UNDP) đã xây dựng Trung tâm nghiên cứu và phát triển các sản phảm dầu mỡ và dầu mỡ tại Viện hoá học công nghiệp, Trung tâm đã có trạng thiết bị hiện đại, đạt trình độ quốc tế, có đội ngũ được đào tạo, có năng lực đe nghiên cứu pha chế thử nghiệm, kiểm tra thử nghiệm các loại dầu mỡ bôi trơn sử dụng ở nước ta. Trung tâm phụ gia dầu mỏ cùng với Petrolimex và Vidamo là những đơn vị ở nước ta có xưởng pha chế dầu nhờn. Đây chính là cơ sở để hình thành ngành công nghiệp pha chế dầu nhờn đầu tiên ở nước ta.
Từng bưóc xây dựng ngành kĩ thuật Việt Nam
Bên cạnh chủ trương mở cửa để các công ty nước ngoài đầu tư và cung cấp sản phẩm ở nước ta, chúng ta từng bước xây dựng ngành công nghiệp lọc dầu nói chung và dầu mỡ bôi trơn nói riêng. Hiện nay, chúng ta đã có đội ngũ cán bộ, cơ sở vật chất, trang thiết bị cần thiết đế nghiên cứu, pha chế, sản xuất, phân phối dầu mỡ bôi trơn đáp ứng nhu cầu xã hội.
Những kết quả nghiên cứu, pha chế các loại dầu, mỡ bảo quản đạt chất lượng tương đương với các hãng dầu lớn của thế giới ở Trung tâm phụ gia dầu mỏ và ở một số cơ sở khác, chứng tỏ chứng ta có đủ điều kiện để tự sản xuất một số chủng loại dầu mỡ cung cấp cho các ngành. Nhiều chủng loại dầu động cơ (cấp SD, SE, SF và CC, CD, CE) và dầu công nghiệp do Trung tâm phát triển phụ gia và sản phẩm dầu mỏ pha chế đã được sử dụng ở một số ngành cơ khí, giao thông vận tải, năng lượng, hoá chất. Chúng ta có khả năng thiết kế, xây dựng các xưởng pha chế dầu với công suất từ 5 - 20 tấn/năm. Các cơ sở đã có sẵn ở trong nước (Petrolimex, Trung tâm phụ gia dầu mỏ, Vidamo) cũng có the pha chế được 10 - 20 tấn/năm, trên cơ sở nhập dầu gốc và phụ gia nước ngoài khi chúng ta chưa sản xuất được nguyên liệu. Công ty liên doanh Castrol Sài Gòn Petro đã có xưởng pha chế công suất 25 tấn/năm tại thành phố Hồ Chí Minh.
Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn về dòng sản phẩm này, chúng tôi tiến hành nghiên cứu sản xuất dầu máy nén khí piston. Dầu này được pha chế từ dầu khoáng tinh chế, dầu thực vật cùng hệ phụ gia thích hợp gồm phụ gia ức chế ăn mòn, phụ gia tạo nhũ, phụ gia chống khuẩn, phụ gia cực áp EP và được sử dụng ở dạng nhũ trong nước. Dầu có khả năng bôi trơn và làm mát tuyệt vời trong điều kiện khắc nghiệt, ngăn ngừa sự mài mòn, ăn mòn thiết bị. Sau khi gia công, dầu tạo thành một lớp rất mỏng trên bề mặt ống thép bảo vệ tránh ăn mòn thép trong điều kiện bảo quản và sử dụng sau đó. Dầu nghiên cứu có thể sử dụng cả trong điều kiện nước cứng hay nước lợ, nhờ đó khắc phục được nhược điểm của một số loại dầu không bền, gây tách nhũ làm ảnh hưởng đến sản xuất, gây tiêu hao dầu. Vì vậy có thể sử dụng ở mọi vùng miền, phù hợp với các điều kiện kinh tế - kỹ thuật của nước ta.
1.3. PHỤ GIA CHỨC NĂNG CHO DẦU MÁY NÉN KHÍ
Phụ gia là những hợp chất hữu cơ, cơ kim và vô cơ, thậm chí là các nguyên tố thêm vào chất bôi trơn. Thông thường phụ gia được dùng cho vào dầu bôi trơn có thành phần chiếm từ 0,01 đến 5% kl. Tuy nhiên trong một số trường hợp phụ gia có thể được cho vào với nồng độ cao hơn nhưng đấy chỉ là một số trường hợp đặc biệt.
Hiện nay phần lớn các loại dầu nhờn bán trên thị trường đều có phụ gia để thỏa mãn các yêu cầu tính năng kỹ thuật của dầu bôi trơn. Trong một số trường hợp phụ gia đơn lẻ được pha thẳng vào dầu gốc, trong một số trường hợp khác phụ gia lại được đóng gói (được gọi là phụ gia đóng gói- gồm nhiều phụ gia khác nhau) sau đó sẽ được pha vào dầu gốc. Một số phụ gia nâng cao phẩm chất có sẵn của dầu gốc một số khác lại tạo ra những tính chất mới cần thiết cho dầu. Các loại phụ gia khác nhau có thể tương hỗ nhau hoặc đối kháng nhau. Những tương tác này do hầu hết các phụ gia đều là các hóa chất hoạt động vì thế chúng có tác dụng qua lại ngay trong phụ gia đóng gói hoặc trong dầu và tạo ra những hợp chất mới.
Như vậy việc tổ hợp phụ gia đòi hỏi sự khảo sát kỹ lưỡng các tác dụng tương hỗ qua lại với nhau cũng như cơ chế hoạt động của chúng. Khảo sát để khắc phục những hiệu ứng không mong muốn của phụ gia và việc tổ hợp các phụ gia phải được điều chỉnh để đạt được tính năng tối ưu của phụ gia trong dầu bôi trơn.
Dầu gốc ảnh hưởng đến phụ gia qua hai tính năng chính là tính năng hòa tan và tính năng tương hợp. Chẳng hạn Hydrocacbon tổng hợp ít hòa tan phụ gia nhưng lại ngược lại với dầu khoáng. Do vậy Hydrocacbon tổng hợp có thể pha lẫn với dầu khoáng để đạt được sự kết hợp tối ưu giữa tính hòa tan và tính tương hợp của phụ gia.
Phụ gia chủ yếu được sử dụng để đảm nhiệm một chức năng nhất định, nhưng có nhiều loại phụ gia đa chức. Đối với dầu máy khí nén những chức năng quan trọng của phụ gia là:
Làm tăng độ bền oxy hóa (phụ gia ức chế oxy hóa). Chống tạo bọt hay còn gọi phụ gia chống tạo bọt. Phụ gia chống gỉ với hàm lượng nhỏ
Ngoài ra còn sử dụng chất chống sự kẹt xước các bề mặt kim loại hay còn gọi là phụ gia cực áp.
1.3.1. Phụ gia ức chế oxy hóa
Quá trình oxy hóa là một khía cạnh hóa học quan trọng của sự bôi trơn khi mà oxy không khí có thể tác dụng với các hợp phần của dầu bôi trơn ở những điều kiện vận hành khác nhau. Hầu hết các hợp phần của dầu bôi trơn đều tác dụng với oxy nhưng nhanh chậm khác nhau. Các phản ứng đó đều là phản ứng không mong muốn vì chúng dẫn đến sự biến chất của dầu bôi trơn nó sinh ra những sản phẩm không tan trong dầu và tạo cặn. Một số hợp chất oxy hóa là những hợp chất phân cực hoạt động ví dụ như axit làm tăng nhanh quá trình gỉ và ăn mòn. Khả năng bền oxy hóa của các hợp chất này tăng dần theo thứ tự sau:
Hợp chất không no < hợp chất dị nguyên tố < hợp chất thơm < Napthen < Parafin.
Cùng với các naphthol thì các dẫn xuất thế ở một, hai hay ba vị trí của phenol, các phenol có hai, ba hay nhiều nhân thơm cũng được dùng làm chất ức chế oxy hóa; trong số này thì các polyankylphenol có rất nhiều ưu điểm. Một số chất điển hình là:
Hiệu quả tác dụng của các chất chứa nhóm thế này đã thể hiện vai trò của mật độ điện tử và sự án ngữ không gian ở nguyên tử oxy của nhóm OH: tăng số nhóm thế ankyl và các nhóm cho điện tử ở vị trí octo và para làm tăng hiệu quả tác dụng; sự xuất hiện nhóm nhận điện tử giảm hiệu quả ức chế. Các ankyl ở vị trí octo có nhánh ở vị trí alpha hay việc tăng số C của ankyl đến C4 ở vị trí para có tác dụng tốt. Thường dùng kết hợp các dẫn xuất của phenol với các chất ức chế oxy hóa khác (như amin, disunfua, polydisunfua) vì hỗn hợp của các chất phân hủy peroxyt và các chất nhận gốc có tác dụng tương hỗ cho nhau do đó chỉ cần dùng với nồng độ nhỏ.
Ngoài ra còn có phụ gia 2,6-ditertbutylparacresol (đi từ paracresol với isobuten, xúc tác H2SO4) rất thích hợp cho dầu tuabin, máy biến thế và dầu thủy lực và chất này chỉ dùng ở nhiệt độ thấp do nó bị bay hơi mạnh ở nhiệt độ trên 1000oC. ở nhiệt độ trên 1000oC, việc dùng bi- hay triphenol, este của axit 3-(3,5- ditertbutyl- 4- hydroxy- phenyl)- propionic và 2,6- ditertbutyl- 4- (dimetylaminometyl)-phenol cho hiệu quả tốt hơn. Sản phẩm của phản ứng giữa ankylthiohydroquynon với butylamin cũng cho tác dụng tốt.
Các amin tan trong dầu như diphenylamin, phenyl-a-naphtylamin, p,p’- tetrametyl diaminodiphenylmetan được dùng làm chất ức chế oxy hóa từ lâu cho dầu tuabin được tinh chế sâu. Các chất ức chế chứa nitơ này đặc biệt thích hợp ở nhiệt độ dưới 120oC nhưng đôi khi có thể dùng ở nhiệt độ trên 150oC. Hiệu quả của chúng phụ thuộc chủ yếu vào mức độ tinh chế dầu. Một số công thức amin sử dụng cho dầu tuốcbin:
Ankylated diphenylamin
N-phenyl-1-naphtylamin (PANA)
Polymeric
1.3.2. Phụ gia chống tạo bọt
Bọt được tạo thành do sự khuấy trộn mạnh với không khí hòa tan và phân tán trong dầu. Quá trình tạo bọt chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như nhiệt độ, bản chất của dầu thô, độ nhớt của dầu.... Sự tạo bọt ảnh hưởng xấu đến tính bôi trơn của dầu nhờn, thất thoát dầu, tăng độ nhớt của dầu, ngăn cản sự lưu thông của dầu và sự tạo bọt mạnh sẽ làm tăng sự oxy hóa của dầu. Độ bền bọt phụ thuộc vào độ bền của màng dầu bao quanh bọt khí. Vì vậy dầu có chứa một vài chất hoạt động bề mặt như phụ gia chống oxy hóa, phụ gia tẩy rửa.. có khuynh hướng tạo bọt mạnh hơn so với dầu sạch.
Các phụ gia chống tạo bọt thường sử dụng là các silicon lỏng đặc biệt là Polymethylsiloxanes có công thức:
Polymetylsiloxan
Xyclic Polydimetylsiloxan
Hiện nay phụ gia được nhập khẩu thường là các phụ gia đóng gói. Các hãng dầu lớn trên thế giới đều có sản xuất phụ gia cho dầu bôi trơn, nhưng uy tín nhất hiện nay vẫn là phụ gia của hãng Lubrizol của Mỹ. Lubrizol 888 (Lz 888) là phụ gia đóng gói có khả năng chống tạo bọt cho dầu bôi trơn, theo khuyến cáo của nhà sản xuất Lz 888 có hiệu lực khi bổ sung với hàm lượng từ 1-10 ppm.
1.3.3. Phụ gia chống gỉ
Các chất chống gỉ điển hình được sử dụng cho dầu máy nén trong thực tế như axit succinic và các dẫn xuất. Các chất này có độ ổn định trong các điều kiện bình thường. Trong công nghiệp axit loại này và các dẫn xuất của chúng có một số ứng dụng lớn như làm dung môi và chất bôi trơn phân hủy sinh học, trong kỹ thuật chất dẻo, keo, sơn tĩnh điện, chất chống ăn mòn, chổng gỉ,.... Trong dầu máy nén người
ta thường bổ sung khoảng 0 – 0.1% các axit này như một chất ức chế gỉ.
Phụ gia chống gỉ được lựa chọn có tên thương mại là ADX 200 của hãng Adibis đã được đăng ký theo tiêu chuẩn của BP Chemicals (Additives) Australia Pty. Limited. Phụ gia này trên cơ sở succinmide là phụ gia không tro phù hợp để sử dụng cho dầu máy nén. ADX 200 phân tán trong dầu mà không tạo cặn, sự pha trộn với số lượng lớn ở nhiệt độ không vượt quá 65oC.
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM 2.1 THỰC NGHIỆM
2.1.1 Nội dung nghiên cứu
Khảo sát, lựa chọn chất nền là dầu khoáng, dầu gốc tổng hợp. Nghiên cứu lựa chọn phụ gia cho dầu máy nén khí piston. Thiết lập đơn pha chế cho dàu máy nén khí piston.
Phân tích các chỉ tiêu hóa lý, tính năng sử dụng.
2.1.2 Thử nghiệm
2.1.2.1 Lựa chọn dầu gốc
Dầu gốc dùng pha chế dầu máy nén có rất nhiều loại với độ nhớt khác nhau có nguồn gốc là dầu khoáng hoặc dầu tổng hợp như dầu gốc polyalphaolefin (PAO), dầu gốc tổng hợp dieste… Tùy thuộc quá trình chưng cất và chế biến có thể nhận được trên 20 loại dầu gốc với độ nhớt khác nhau. Để làm nguyên liệu pha chế dầu máy nén, dầu gốc sử dụng phải đáp ứng các yêu cầu về độ nhớt, nhiệt độ chớp cháy, độ ổn định oxy hóa…
Nhằm lựa chọn dầu gốc đảm bảo chất lượng, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của dầu máy nén, chúng tôi đã tiến hành khảo sát, phân tích đánh giá các mẫu dầu gốc được pha chế từ hai loại dầu SN – 150, SN – 500. Kết quả thu được mẫu dầu với cấp độ nhớt ký hiệu là BO1. Cách thức pha chế của mẫu dầu gốc đưa ra trong Bảng 2.1
Bảng 2.1: Các thông số kỹ thuật của mẫu dầu gốc
Mẫu Thành phần
(%)
SN 500 SN 150
BO1 20 80
2.1.2.2 Lựa chọn phụ gia cho dầu máy nén piston
Hiện nay phụ gia cho dầu máy nén hoàn toàn được nhập khẩu dưới dạng phụ gia đóng gói. Các hãng dầu lớn trên thế giới đều có sản xuất phụ gia cho dầu bôi
trơn. Các phụ gia lựa chọn bao gồm phụ gia IONOL và phụ gia SPS.
2.1.2.3 Pha chế dầu máy nén
Đơn pha chế:
Bảng 2.2: Đơn pha chế cho dầu máy khí nén
Dầu máy nén khí dùng để nén khí
Dầu gốc BO1 96%
Phụ gia IONOL 3%
Phụ gia SPS 1%
Quy trình pha chế dầu máy nén khí:
Thêm phụ gia SPS:
Lấy 1ml dung dịch SPS bằng xi lanh, cho từ từ SPS vào BO1, dùng đũa thủy tinh khuấy đều cho đến khi SPS hòa lẫn vào BO1.
Thêm phụ gia IONOL:
Cho từ từ lượng IONOL vào dung dịch BO1, cho lên bếp khuấy đều và gia nhiệt ở nhiệt độ ban đầu là 50oC sau đó tăng nhiệt độ dần dần và đến 150oC thì dừng gia nhiệt và tắt bếp, lúc này IONOL đã hòa tan vào dung dịch. Sau để để nguội rồi ta tiến hành đo lại độ nhớt của BO1 sau khi thêm phụ gia để xem sự ảnh hưởng của phụ gia
2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ
2.2.1 Các phương pháp phân tích các chỉ tiêu hóa lý
Các chỉ tiêu hóa lý được sử dụng trong đề tài này là tiến hành phân tích theo các phương pháp tiêu chuẩn liệt kê dưới đây:
Bảng 2.3: Các phương pháp phân tích chỉ tiêu hóa lý
TT Tên chỉ tiêu Đơn vị Phương pháp
1 Độ nhớt ở 40 °C mm2 ASTM D 445
2 Độ nhớt ở 100 °C mm2 ASTM D 445
3 Chỉ số độ nhớt VI - ASTM D 2270