NGHIÊN CỨU TÁI SINH DẦU NHỜN THẢI CỦA CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ ĐỂ PHỐI TRỘN VỚI DẦU ĐỐT FO

8/9/2019 NGHIÊN CỨU TÁI SINH DẦU NHỜN THẢI CỦA CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ ĐỂ PHỐI TRỘN VỚI DẦU ĐỐT FO

http://slidepdf.com/reader/full/nghien-cuu-tai-sinh-dau-nhon-thai-cua-cac-loai-dong-co-de 1/86

T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀUKHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰ C PHẨM

NGUYỄN MINH HUY

NGHIÊN CỨ U TÁI SINH DẦU NHỜ N THẢI CỦA CÁCLOẠI ĐỘNG CƠ ĐỂ PHỐI TRỘN VỚ I DẦU ĐỐT FO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC

Người hướ ng dẫnThS. NGUYỄN TRẦN THANH

PGS.TS NGUYỄN VĂN THÔNG

BÀ R ỊA – VŨNG TÀU, NĂM 2012

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON



T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u

TRƯỜNG ĐH BÀ RỊA- VŨNG TÀU

KHOA HÓA HỌC VÀ CNTP

CỘ NG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập- Tự do- Hạnh phúc

*o0o*

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Minh Huy MSSV: 0852010068

Ngày, tháng, năm sinh: 10/02/1989 Nơi sinh: Nghệ An

Ngành: Công nghệ kỹ thuật hóa học

I. TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứ u tái sinh d ầu nhờ n thải các loại động cơ để phố i trộ n

vớ i d ầu đố t FO

II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Tìm hiểu về các công trình nghiên cứu tái chế dầu nhờ n thải trước đây.

Khảo sát các thông số ảnh hưởng đến quá trình tái sinh dầu thải để lựachon các thông số tối ưu.

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN: 05/02/2012

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 27/07/2012

V. HỌ TÊN CÁN BỘ HƯỚ NG DẪ N: ThS. Nguyễn Trần Thanh

PGS TS. Nguyễn Văn Thông

CÁN BỘ HƯỚ NG DẪN Bà Rịa – Vũng tàu, Ngày 02 tháng 08 năm 2012

SINH VIÊN THỰ C HIỆN

TRƯỞ NG BỘ MÔN TRƯỞ NG KHOA





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u

Đồ án t ố t nghiệp Đại học - Khóa III - Năm 2012 Trường Đ H Bà Rịa - V ũng T àu

Ngành Công nghệ k ỹ thuật Hóa học Khoa Hóa học và Công nghệ thự c phẩ m

MỞ ĐẦU

Hiện nay, chúng ta đang sống trong thời đại của khoa học và công nghệ, vớ i

nền công nghiệ p hiện đại ngày càng phát triển, các loại phương tiện, máy móc,

thiết bị ngày càng nhiều hơn. Điều đó đòi hỏi lượ ng d ầu nhờ n sản xuất phải đáp

ứng đượ c nhu cầu sử d ụng trên. Mỗi năm, trên toàn thế giớ i sử d ụng gần 40 triệu

tấn d ầu nhờn, trong đó có 60% là dầu nhờn động cơ. Con số đó ở Việt Nam là

khoảng 110000 tấn d ầu bôi trơn mỗi năm vớ i nhiều chủng loại khác nhau, trong đó,

d ầu động cơ chiếm trên 50%. Hầu như, toàn bộ lượ ng d ầu nhờ n sau khi sử d ụng bị

thải tr ực tiếp ra ngoài môi trường. Đây quả thật là một sự lãng phí r ất lớ n về mặt

kinh tế, bở i vì, d ầu nhờ n thải hoàn toàn có thể là một nguồn nguyên tốt cho việc tái

sử d ụng lại. Hơn thế nữa, việc thải d ầu nhờ n tr ực tiếp ra ngoài môi trườ ng lại gây

nên sự ô nhiễm môi trườ ng r ất lớ n, ảnh hưởng đến cuộc sống của con ngườ i và sinh

vật. Vì thế, việc nghiên cứu tái sinh d ầu nhờ n thải là vấn đề vô cùng quan tr ọng đối

vớ i tất cả chúng ta.

Trên thế giớ i đã có nhiều phương pháp và công nghệ tái sinh d ầu nhờ n khác

nhau d ựa trên các thiết bị phức tạp như: xử lý bằng hóa chất, chưng cất chân

không, trích ly và hydro hóa làm sạch. Mặc dù, những phương pháp tái sinh dầu

nhờ n hiện đại đều cho ra d ầu nhờ n hoàn toàn có thể thay thế d ầu nhờ n gốc ban đầu

nhưng nó đòi hỏi phải có chi phí xây d ựng dây chuyền tái sinh lớ n, k ỹ thuật cao vàcông nghệ phức tạp nên không đượ c áp dung r ộng rãi đối vớ i nhiều quốc gia.

Ở Việt Nam, từ trướ c tớ i nay, việc tái sinh d ầu nhờ n vẫn đươc thực hiện

bằng các phương pháp đơn giản và cũng chưa có một quy mô hoàn chỉnh cho việc

tái sinh d ầu nhờ n nên hiệu quả chưa cao. Song, cũng có một vài phát minh mớ i

trong việc tái chế d ầu, cùng với đó là sự xuất hiện của một số xưở ng tái chế d ầu

quy mô nhỏ. Nền kinh tế nước ta đang trong thờ i k ỳ phát triển, các phương tiện

giao thông như: xe máy, ô tô và một số loại động cơ, máy móc khác đang ngày

càng đượ c sử d ụng phổ biến hơn nên nhu cầu về d ầu nhờ n và d ầu bôi trơn ngày

càng cao. Vì vậy, vớ i đề tài tốt nghiệ p này, tôi tiến hành nghiên cứu phương pháp

tái sinh d ầu nhờ n thải bằng phương pháp axit- bazơ. Tôi hy vọng vớ i những gì đã

nghiên cứu được trong đề tài này có thể đượ c áp d ụng để góp phần đem lại hiệu

quả kinh tế cho đất nướ c ta hiện nay, đồng thờ i hạn chế ô nhiễm môi trườ ng.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



LỜ I CẢM ƠN

Trong lời đầu tiên của đồ án tốt nghiệ p, em xin gửi lờ i cảm ơn sâu sắc

nhất đến ThS Nguyễn Tr ần Thanh và PGS.TS Nguyễn Văn Thông, những ngườ i

đã tận tình hướ ng d ẫn và chỉ bảo cho em về kiến thức chuyên môn trong suốt

quá trình nghiên cứu đề tài này.

Em cũng xin gửi lờ i cảm ơn đến lãnh đạo Khoa Hóa học và Công nghệ

Thực phẩm đã tạo mọi điều kiên tốt nhất về d ụng cụ và phòng thí nghiệm để em

thực hiện đề tài. Cũng qua đây, em muốn gửi lờ i cảm ơn bở i những ý kiến đóng

góp và giải thích của một số thầy cô trong Khoa về những vấn đề khó giải thích

mà em gặ p trong thờ i gian làm nghiên cứu.

Cuối cùng, em muốn gửi lờ i cảm ơn đến gia đình, bạn bè, những ngườ i

luôn luôn ở bên và động viên tinh thần cho em, tiếp thêm cho em động lực để em

vượ t qua những khó khăn trong học tậ p và trong cuộc sống.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



MỤC LỤC

Trang

_Toc73438799Chương 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ DẦU NHỜ N........... 1

1.1. GIỚ I THIỆU CHUNG VỀ DẦU NHỜ N ....................................................... 1

1.1.1. Mục đích và ý ngh ĩa của việc sử dung d ầu nhờ n ..................................... 1

1.1.2. Chức năng của d ầu nhờ n ......................................................................... 2

1.1.3. Các tính chất sử d ụng của d ầu nhờ n ...................................................... 4

1.1.4. Các chỉ tiêu chất lượ ng của d ầu nhờn và cách xác định các chỉ tiêu đó.... 8

1.2. TÍNH NĂNG SỬ DỤNG VÀ CÁC PHÉP THỬ TÍNH NĂNG CỦA DẦU

NHỜ N .............................. ......................... ............................................ ............... 25

1.2.1. Tính năng sử d ụng của d ầu nhờ n.......................................................... 25

1.2.2. Các phép thử tính năng của d ầu nhờ n................................................... 26

1.3. TÍNH CHẤT HÓA HỌC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM SẠCH DẦU

NHỜ N GỐC................................................................. ........................................ 30

1.3.1. Thành phần hóa học của d ầu nhờ n ....................................................... 30

1.3.2. Đặc tính nguyên liệu dùng để sản xuất d ầu nhờ n.................................. 35

1.3.3. Sơ đồ hệ thống sản xuất d ầu nhờ n chung:............................................. 36

1.3.4. Phụ gia và pha chế phụ gia cho d ầu nhờ n............................................. 40

_Toc738442011.4. LÝ THUYẾT VỀ DẦU NHỜ N THẢI VÀ PHƯƠNG PHÁP

TÁI SINH..................................................................... ........................................ 44

1.4.1. Giớ i thiệu chung ................................................................................... 44

1.4.2. Nguyên nhân làm thay đổi tính chất của dâu nhờ n ................................ 45

1.4.3. Bản chất của quá trình tái sinh d ầu nhờ n thải ........................................ 49

1.4.4. Các phương pháp tái sinh dầu nhờ n thải................................................ 49

1.4.5. Đánh giá các phương pháp tái sinh dầu nhờ n thải.................................. 53

1.4.6. Các phát minh mớ i trong l ĩnh vực tái sinh d ầu nhờ n thải....................... 53

1.4.7. Tình hình tái sinh d ầu nhờ n thải ở Việt Nam......................................... 55Chương II: THỰ C NGHIỆM ............................................................................. 56

2.1. MỤC ĐÍCH VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠ NG PHÁP................ 56

2.1.1. Mục đích ............................. ................................................................. 56

2.1.2. Cơ sở của phương pháp........................................................................ 57

2.2. QUÁ TRÌNH THÍ NGHIỆM ....................................................................... 59

2.2.1. Nguyên liệu, hóa chất và d ụng cụ.......................................................... 59





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



2.2.2. Lựa chọn phương pháp tái sinh ............................................................. 60

2.2.3. Qúa trình tiến hành................................................................. ............... 60

2.3. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT SẢN PHẨM......................... 62

_Toc738442012.3.1. Xác định độ nhớ t theo ASTM-D.446 ............................. 62

2.3.2. Xác định nhiệt độ chớ p cháy cốc hở theo ASTM-D.93 ......................... 63

2.4.3. Xác định tr ị số axit theo phương pháp ASTM-D.664 ............................ 63

2.4.4. Xác định hàm lượ ng cặn Conradson theo ASTM-D.189 ....................... 64

2.4.5. Xác định hàm lượ ng tạ p chất cơ học ASTM-D.473............................... 64

2.4.6. Xác định hàm lượng lưu huỳnh ASTM-D.4294..................................... 65

2.4.5. Xác định hàm lượng nướ c theo ASTM-D.95......................................... 64

_Toc73844235Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................... 66

_Toc738442353.1. KẾT QUẢ KHẢO SÁT ĐIỀU KIÊN TÁI SINH ................. 66

3.1.1. Nồng độ axit ......................................................................................... 66

_Toc734387993.1.2. Tỷ lệ axit/d ầu................................................................. 67

3.1.3. Nhiệt độ xử lý axit ................................................................................ 68

3.1.4. Thờ i gian khuấy.................................................................................... 68

3.1.5. Lượ ng NaOH........................................................................................ 68

3.1.6. Nhiệt độ xử lý bằng kiềm...................................................................... 69

3.2. KẾT QUẢ ĐO CHẤT LƯỢ NG SẢN PHẨM.............................................. 70

3.3. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢ NG SẢN PHẨM TÁI SINH ................................ 72 3.3.1. Độ nhớ t................................................................................................. 72

3.3.2. Nhiệt độ chớ p cháy cốc hở .................................................................... 72

3.3.4. Hàm lượ ng tạ p chất cơ học.................................................................... 73

3.3.5. Hàm lượ ng cặn Conradson............................ ........................................ 73

3.3.6. Đánh giá chung ..................................................................................... 74

KẾT LUẬN.................................................................. ........................................ 75

PHỤ LỤC..................................................................... ........................................ 76TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 76





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH

Bảng Tên bảng Trang

1.1 Những giá tr ị L-H ứng với độ nhớt động học ở 1000C 15

1.2 Chỉ số độ nhớ t của iso-Parafin C21-24 [5, 1] 31

1.3Thành phần Naphten và iso-Parafin trong phân đoạn d ầu nhờ n

đã loại n-Parafin và thơm của d ầu họ trung gian [6]32

1.4 Thành phần hydrocacbon trong d ầu nhờ n [10] 34

1.5Tỷ lệ, thành phần của d ầu gốc và các loại phụ gia trong d ầu

nhờn thương phẩm. 43

3.1

Ảnh hưở ng của tỷ lệ axit/d ầu đến quá trình xử lý d ầu thải

bằng axit 66

3.2 Ảnh hưở ng của nhiệt độ đến quá trình xử lý d ầu thải bằng axit 67

3.3Ảnh hưở ng của thờ i gian khuấy đến quá trình xử lý d ầu thải

bằng axit68

3.4 Ảnh hưở ng của lượng NaOH 40% đến quá trình trung hòa axit 68

3.5 Ảnh hưở ng của nhiệt độ đến quá trình xử lý d ầu bằng kiềm 69

3.6 Thông số thu đượ c của các mẫu d ầu động cơ xe ô tô 70

3.7 Thông số thu đượ c của các mẫu d ầu động cơ xe máy 71

3.8 Chỉ tiêu chất lượ ng của nhiên liệu đốt lò 6239-2002 71

Sơ đồ Tên sơ đồ Trang

2.1 Các giai đoạn sản xuất d ầu nhờ n 37

2.2 Quy trình tái sinh d ầu nhờ n thải 62

Hình Tên hình Trang

1.1Sự thay đổi độ nhớ t của d ầu bôi trơn theo nhiệt độ, lý giải về

tr ị số độ nhớ t (VI) 15

1.2 Thành phần của phân đoạn cất chân không 33

2.1 Bộ thiết bị khử nướ c trong d ầu nhờ n 60

2.2 Bộ thiết bị xử lý d ầu bằng axit 60





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



2.3 Bộ thiết bị lắng cặn và xà phòng sau khi trung hòa axit 61

2.4 Bộ thiết bị r ửa và lắng nướ c khi r ửa d ầu bằng NaOH 61

3.1 Ảnh hưở ng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất thu d ầu tái

sinh69

3.2 Biểu đồ so sánh độ nhớt động học ở 400C của các loại d ầu 72

3.3 Biểu đồ so sánh nhiệt độ chớ p cháy cốc hở các loại d ầu 72

3.4 Biểu đồ so sánh hàm lượ ng tạ p chất cơ học các loại d ầu 73

3.5 Biểu đồ so sánh hàm lượ ng cặn Conradson các loại d ầu 73





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

ASTM : American Society for Testing and Materials

TBN : Total Base Number

TAN : Total Acid Number

KL : Khối lượ ng

USD : United States Dollar

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

VI : Viscosity index

PE : Pressure energy

SI : The International System of Units





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u

Đồ án t ố t nghiệp Đại học - Khóa III - Năm 2012 Trường ĐH Bà Rịa - V ũng T àu

Ngành Công nghệ k ỹ thuật Hóa học 1 Khoa Hóa học và Công nghệ thự c phẩ m

Chương 1

TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ DẦU NHỜN

1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DẦU NHỜN

1.1.1. Mục đích và ý ngh ĩa của việc sử dụng dầu nhờn [4, 6]

Dầu nhờn có tầm quan trọng rất lớn trong việc bôi trơn các chi tiết chuyển

động, giảm ma sát, giảm mài mòn và ăn mòn các chi tiết máy, tẩy sạch bề mặt tránh

tạo thành các lớp cặn bùn, tản nhiệt làm mát và làm khít các bộ phận cần làm kín.

Thật vậy, tất cả các bộ phận máy móc lớn hay nhỏ dù có tinh chế kỹ đến thế

nào thì những bề mặt của chúng vẫn không khỏi không có những chổ gồ ghề rất nhỏ

mà mắt thường không nhìn thấy được. Khi hai bề mặt phẳng chuyển động thì những

chỗ lồi, lõm vô cùng bé đó cũng sẽ ngăn cản nhau, tạo ra một lực cản gọi là lực ma

sát, chính lực này đã làm cho các bộ phận máy móc bị nóng lên, và khi nhiệt độ lênquá cao làm cho các mặt tinh chế chảy dính lên trên các mặt của vật bị cọ xát. Do

đó, lực ma sát tăng lên và làm cho các bộ phận máy móc bị hư hỏng. Và có lực ma

sát thì làm cho các chi tiết máy móc bị mài mòn dẫn đến độ chính xác của máy móc

giảm sút, đồng thời ảnh hưởng đến cả tính chính xác của công việc và năng suất của

máy móc đồng thời lại tiêu hao năng lượng (vì muốn vận hành được máy móc cần

phải có năng lượng nhưng do có ma sát nên một phần năng lượng bị tiêu hao vào

việc chống lại lực ma sát). Như vậy, lực ma sát trong những trường hợp này lànhững lực ma sát có hại. Muốn giảm bớt lực ma sát này và hậu quả của nó thì nhất

thiết phải có dầu mỏ bôi trơn. Khi ta tra dầu mỡ bôi trơn vào các bề mặt chi tiết th ì

các phân tử sẽ phân phối vào các chỗ lồi lõm của mặt phẳng cọ xát, làm cho sự ma

sát giữa các phân tử sẽ hơn rất nhiều lần lực ma sát giữa hai mặt phẳng của bề mặt

chi tiết [6].

Trong đời sống hằng ngày cũng như trong công nghiệp, vấn đề ma sát luôn

luôn được chúng ta đối mặt. Bởi vì, trong thực tế có nhiều ngành kinh tế chỉ sử

dụng máy móc chỉ ở mức là 30% nhưng vẫn có hao mòn máy móc. Nguyên nhân

chủ yếu gây ra hao mòn cho các chi tiết máy móc là do lực ma sát. Không chỉ với

những nước đang phát triển như nước ta mà ngay cả những nước phát triển, tổn thất

do ma sát và do mài mòn gây ra chiếm tới vài phần trăm tổng thu nhập quốc dân.

Chẳng hạn như là [4]:





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



- CHLB Đức: Thiệt hại do mài mòn và do ma sát các chi tiết hàng năm từ 32 -

40 tỷ DM. Trong đó ngành công nghiệp là 8,3 - 9,4 tỷ, ngành năng lượng là 2,67-

3,2 tỷ, ngành giao thông vận tải là 17 - 23 tỷ.

- Canada: Tổn thất hàng năm do ma sát là lên đến hơn 5 tỷ USD Canada. Chi

chí sửa chữa và bảo dưỡng thiết bị tăng nhanh, chiếm 46% so với chi phí đầu tư ban

đầu. Riêng trong ngành lâm nghiệp, chi phí sửa chữa gấp 3,5 chi phí ban đầu đầu tư.

- Việt Nam: Theo ước tính của các chuyên gia cơ khí thiệt hại do ma sát, mài

mòn và chi phí bảo dưỡng hàng năm lên vài triệu USD.

Chính vì vậy, việc làm giảm tác động của lực ma sát luôn là mục tiêu quan

tr ọng của các nhà sản xuất máy móc, thiết bị cũng như người sử dụng chúng. Để

thực hiện điều này người ta đã dùng dầu bôi trơn. Khi hai mặt phẳng của chi tiết

chuyển động thì chúng được cách ly hoàn toàn bằng một lớp màng dầu, nếu sử dụng

loại dầu nhờn phù hợp với các điều kiện làm việc của máy móc thì hệ số ma sát sẽ

giảm đi 100 - 1000 lần so với khi chưa có lớp dầu ngăn cản.

1.1.2. Chức năng của dầu nhờn [3]

Khi cho dầu nhờn vào động cơ ta nhận thấy rằng động cơ hoạt động êm hơn,

máy ít nóng hơn, lâu mài mòn hơn, vậy dầu nhờn có chức năng như thế nào? Chức

năng dầu nhờn như sau:

1.1.2.1. Làm giảm ma sát, chống mài mòn và chống xước

Đây là mục đích chính của dầu nhờn, bởi v ì, khi máy móc làm việc thì các bộ phận máy móc có các bề mặt chi tiết cọ sát nhau sinh ra sức cản làm cho máy

móc hư mòn. Với sự có mặt của dầu nhờn thì hai bề mặt tiếp xúc nhau được tách ra

chỉ còn ma sát nội tại của dầu nhờn, ma sát này nhỏ hơn rất nhiều so với ma sát giữa

hai bề mặt tiếp xúc của chỉ tiết máy. Do đó, ma sát giảm đi đáng k ể, dẫn đến độ mài

mòn giảm và các bề mặt tiếp xúc được bảo vệ khỏi bị xước. Như vậy, dầu nhờn

trong động cơ có tác dụng làm cho máy trơn giảm đi sự cọ sát, giảm bớt sự m ài

mòn, bị xước của máy giúp máy hoạt động êm hơn và đảm bảo cho máy móc làmviệc có công suất tối đa.

1.1.2.2. Tác dụng làm mát máy

Một tác dụng quan trọng nữa của dầu nhờn là làm mát máy và chống lại sự

quá nhiệt ở các chi tiết. Khi động cơ làm việc thì nhiên liệu cháy và sinh nhiệt, một

phần nhiệt năng sinh ra thì biến thành công, một phần nhiệt năng còn lại cần phải

đưa ra ngoài, hơn nữa ở bề mặt cọ xát giữa hai chi tiết vẫn sinh ra nhiệt, những phần





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



nhiệt này cần phải đưa ra ngoài để tránh sự hư hỏng máy móc. Người ta dùng dầu

nhờn ngoài tác dụng bôi trơn giảm ma sát thì dầu nhờn phải thu hút nhiệt năng và

truyền ra nước làm nguội.

Dầu nhờn đổ vào trong máy luôn luôn đưa vào tất cả các bộ phận của máy

móc và lưu động tuần hoàn trong máy. Cho nên khi độ nhớt của dầu nhờn mà còn

nhỏ thì dầu lưu động tr ên bề mặt chi tiết càng nhanh và nhiệt năng truyền ra càng

nhiều. Trong điều kiện nhiệt độ giống nhau thì dầu nhờn có độ dính cao, thì tính lưu

động kém hơn và nhiệt năng truyền ra tương đối ít. Và ngược lại dầu nhờn có độ

dính thấp có thể tản nhiệt tương đối nhanh.

1.1.2.3 Tác dụng làm kín, khít

Cho dù cố gắng đến mấy thì người ta cũng không thể nào khắc phục những

chỗ hở trong quá tr ình gia công và dù cố gắng đến mấy thì con người vẫn không thể

nào làm được cho bề mặt kim loại hoàn toàn nhẵn, và r ồi khi hoạt động thì các bề

mặt chi tiết cũng không thể nhẵn được mãi. Chính những chỗ hở này đã gây nên

hiện tượng xì hơi ở buồng nổ của động cơ. Và ta hình dung r ằng nếu trong xylanh

không có dầu nhờn thì hơi thừa sẽ từ buồng nổ qua các khe hở nhỏ đưa vào trong

cacte. Khi ta cho dầu nhờn vào thì dầu nhờn sẽ lắp đầy k hít những khe hở nhỏ thành

màng dầu có tác dụng ngăn hơi thừa không đi qua được và đảm bảo được công suất

cho động cơ.

Dầu nhờn có độ bám dính cao thì tính năng làm kín sát càng cao. 1.1.2.4. Tác dụng tẩy rửa

Khi động cơ làm việc, do sự tiếp xúc của hai bề mặt kim loại sinh ra các hạt

mịn kim loại đồng thời khi máy móc hoạt động th ì luôn luôn hút không khí vào, bụi

cát cũng theo không khí mà vào động cơ, kh i hỗn hợp đốt cháy sẽ hình thành mụi

than, bản thân dầu nhờn ở những nơi có nhiệt độ cao sẽ sinh ra hiện tượng bốc hơi,

tách ly tạo thành hydrocacbua như keo... Những chất sinh ra này luôn luôn loại bỏ

khỏi bề mặt cọ xát. Công việc này sẽ do dầu nhờn đảm nhiệm. Nhờ vào tr ạng tháichảy lỏng dầu được lưu chuyển qua các bề mặt chi tiết và cuốn theo các tạp chất có

hại nêu trên và đưa cào cacte dầu, rồi từ cacte đưa vào bầu lọc, dầu nhờn qua bầu

lọc được biến thành dầu sạch còn các chất cặn bẩn thì ở lại trong bầu lọc.

1.1.2.5. Bảo vệ bề mặt kim loại

Bề mặt chi tiết, máy móc khi làm việc thường tiếp xúc với oxy, hơi nước làm

cho kim loại bị ăn mòn. Nhờ dầu nhờn tạo thành màng mỏng phủ kín lên bề mặt





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



kim loại nên ngăn cách được kim loại với tác nhân gây ăn mòn, nhờ vậy mà bảo vệ

bề mặt kim loại khỏi bị ăn mòn. Dầu nhờn còn được dùng để bảo quản dụng cụ kim

loại trong bảo quản và vận chuyển để chống han rỉ.

Với những chức năng ưu việt vừa nêu trên thì dầu nhờn ngày càng khẳng

định r õ vai trò vô cùng quan tr ọng của mình trong sự phát triển của ngành công

nghiệp tr ên thế giới.

1.1.3. Các tính chất sử dụng của dầu nhờn

Để dầu nhờn có được những chức năng vừa nêu trên thì dầu nhờn cần phải

có những tính chất sau:

1.1.3.1. Tính chất bôi trơn làm giảm ma sát [6, 17]

Khi một vật chuyển động lên một vật khác thì xuất hiện lực ma sát. Chính

lực ma sát này cản trở chuyển động của các chi tiết đó. Để giảm đi sự cản trở n ày

người ta dùng dầu nhờn có tính bôi trơn tốt, tức là khả năng chảy loãng ra trên bề

mặt các chi tiết. Tính chất phức tạp này gọi là tính chất bôi trơn của dầu nhờn [6].

Theo nguyên lý bôi trơn [6], thì khi dầu được đặt vào giữa hai bề mặt tiếp

xúc nhau, chúng sẽ chảy loãng và bám chắc vào bề mặt tạo nên một màng dầu rất

mỏng đủ sức tách riêng hai bề mặt tiếp xúc nhau. Khi hai bề mặt này chuyển động

chỉ có các phân tử trong lớp dầu tiếp xúc trượt lên nhau tạo nên ma sát chống lại lực

tác dụng gọi là lực ma sát nội (hay ma sát lỏng của dầu nhờn). Nhờ thế l àm giảm

ma sát của các chi tiết hoạt động trong động cơ máy móc. Đặc trưng cho ma sát nội là độ nhớt, vì vậy, việc nghiên cứu đến tính chất sử

dụng dầu nhờn phải bắt đầu từ độ nhớt và đây cũng là yêu cầu cơ bản nhất đối với

dầu nhờn .

Độ nhớt của dầu nhờn, đặc biệt là dầu nhờn động cơ là rất quan trọng ở nhiều

khía cạnh. Nó có ảnh hưởng đến độ kín khít, tiêu hao công ma sát, khả năng chống

mài mòn, và khả năng tạo cặn. Vì vậy, trong các động cơ chuyển động khứ hồi, độ

nhớt của dầu có tác động chính đến lượng tiêu hao nhiên liệu, khả năng tiết kiệmdầu, và hoạt động chung của cả động cơ.

Khi sử dụng dầu nhờn, thì cần phải chọn loại dầu nhờn có độ nhớt thích hợp

với môi trường sử dụng. Khi sử dụng dầu nhờn có độ nhớt không phù hợp sẽ gây ra

những tác hại như sau:

Nếu độ nhớt quá lớn:





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



- Tr ở lực do ma sát nội tăng, động cơ phải tiêu tốn năng lượng lớn để duy

trì hoạt động bình thường làm cho công suất của động cơ bị giảm.

-

Độ nhớt cao làm cho động cơ khởi động khó khăn, dầu khó lưu thông vào

các bề mặt ma sát tạo ma sát bán khô, gây mài mòn nhanh chóng.

- Dầu có độ nhớt lớn lưu chuyển trong đường ống khó khăn và khả năng

làm mát kém.

Nếu độ nhớt quá bé:

- Dầu có độ nhớt nhỏ dễ bị đẩy ra khỏi bề mặt ma sát do không chịu được

tải trọng, dễ dẫn đến ma sát giới hạn, gây mài mòn.

- Dầu có độ nhớt nhỏ làm cho khả năng bám dính kém, không có khả năng

che kín. Đặc biệt đối với những bề mặt ma sát đã dơ, mòn, dầu không lấp

được các khe hở dẫn đến bị dò lọt khí cháy, nhiên liệu.

Tăng lượng tiêu hao dầu nhờn do khả năng bay hơi cao.

1.1.3.2. Tính lưu động

Dầu nhờn, khi họat động trong môi trường nhiệt độ thấp th ì nhất thiết phải có

được tính lưu động phù hợp để dầu nhờn có thể di chuyển từ nơi này sang nơi khác,

chẳng hạn như dầu nhờn động cơ thì duy chuyển từ thùng chứa sang cacte và chảy

ngay được vào bơm khi động cơ khởi động. Trong trường hợp này, nhiệt độ đông

đặc của dầu nhờn không phải là một chỉ tiêu tin cậy để biết được liệu dầu có thể

chảy được vào bơm dầu hay không mà cần phải tiến hành thử nghiệm trực tiếp tr êncác thiết bị mô phỏng sự khởi động nguội và thiết bị thử nhiệt độ giới hạn của bơm.

Tuy nhiên, trong điều kiện khí hậu Việt Nam th ì tính chất này không quan tr ọng

lắm.

1.1.3.3. Tính ổn định chống oxy hóa

Tính chất này r ất đáng được lưu tâm vì các sản phẩm dầu nhờn do bị oxy hóa

nên sinh ra các chất tạo cặn, tăng cường ăn mòn các ổ đỡ kim loại, hợp kim Pb/Cu.

Hơn nữa, các sản phẩm của quá tr ình oxy hóa xuất hiện làm cho dầu nhờn thay đổimàu và thay đổi một số tính chất hóa lý của dầu nhờn như: không khí sẽ làm khuấy

tr ộn dầu trong cacte (đối với dầu nhờn động cơ), chỉ số axit tăng lên, độ nhớt tăng

lên, màu của dầu nhờn tối đi, trong dầu nhờn xuất hiện các chất lắng ở dạng nhủ

v.v... Đây là nguyên nhân chính làm cho các chi tiết máy móc, động cơ và hệ thống

bôi trơn bị bẩn do các lớp cặn cacbon.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



Khi động cơ làm việc ở nhiệt độ cao là điều kiện cho quá tr ình oxy hóa xảy

ra mạnh. Ngoài ra, còn một vài yếu tố khác cũng làm cho dầu nhờn bị oxy hóa là:

-

Lượng dầu chứa được trong cacte ít.

- Thời gian thay dầu lâu.

- Công suất ra của động cơ rất cao...

Do vậy, khả năng chống oxy hóa là một yêu cầu quan trọng đối với dầu

nhờn, đặc biệt là dầu nhờn động cơ đốt trong. Khả năng chống oxy hóa của dầu

nhờn thường được tăng cường bằng cách cho thêm vào dầu các loại phụ gia chống

oxy hóa.

1.1.3.4. Tính phân tán, tẩy rửa

Trong quá trình làm việc, các loại cặn cơ học sinh ra luôn là mối hiểm họa

đối với các thiết bị các thiết bị máy móc đặc biệt là các động cơ đốt trong, chúng là

bụi, muội than, và các mạt kim loại. Các cặn này có thể bám tr ên bề mặt cần bôi

trơn làm tăng ma sát giữa các bề mặt và là nguyên nhân gây nên hiện tượng mài

mòn mạnh. Không những thế, mà lượng nhiệt do ma sát gây ra có thể gây quá nhiệt

cục bộ dẫn đến động cơ hoạt động thiếu chính xác, hiệu suất cũng giảm.

Để chống lại những hiện tượng vừa nêu trên thì người ta cho vào dầu nhờn

các chất phụ gia tẩy rửa và phân tán phù hợp. Các phụ gia này ngăn ngừa khả năng

tạo cặn và duy trì hoạt động của động cơ.

Các phụ gia tẩy rửa có chức năng giữ cho bên trong động cơ được sạch sẽ,còn các phụ gia phân tán giữ cho các cặn cứng ở dạng keo, ngăn không cho chúng

tạo thành cặn vecni, cặn lắc hay cặn bùn. Hơn nữa, các phụ gia này còn có khả năng

trung hòa, có tr ị số kiềm tổng (TBN) đạt từ 50 - 70, để trung hòa các sản phẩm axit

trong quá trình cháy nhiên liệu.

1.1.3.5 Khả năng chống gỉ và ăn mòn

Dầu nhờn nói chung và dầu nhờn động cơ nói riêng thì cần phải có một số

khả năng sau đây: -

Ngăn ngừa hiện tượng gỉ và ăn mòn, do nước ngưng tụ và các sản phẩm

cháy ở nhiệt độ thấp cũng như chế độ hoạt động không liên tục gây ra.

- Chống lại mài mòn do các sản phẩm axit trong quá trình cháy gây ra.

- Bảo vệ các ổ đỡ hợp kim đồng - chì khỏi sự ăn mòn do các sản phẩm oxy

hóa dầu gây ra.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



Chỉ cần thiếu một trong các yếu tố tr ên cũng gây ra sự ăn mòn trong các chi

tiết máy móc động cơ, thiết bị. Do đó, các loại dầu nhờn cần phải được pha chế bảo

đảm tốt mọi tính năng chống mài mòn, ăn mòn. Đặc biệt trong các trường hợp dầu

nhờn động cơ xăng, khả năng chống ăn mòn, nhất là ăn mòn ổ đồng, chì và chống

gỉ do nước ngưng tụ và các sản phẩm không cháy được hoặc không cháy hết trong

nhiên liệu gây ra là hết sức quan trọng. Dầu sử dụng cho động cơ điezel phải có khả

năng chống lại sự ăn mòn các ổ đỡ hợp kim do các a xít và các sản phẩm cháy gây

ra. Trong trường hợp này thì các chức năng chống ăn mòn gắn liền với độ kiềm các

phụ gia tẩy rửa.

1.1.3.6. Khả năng chống lại sự tạo muội than, tạo cặn

Trong buồng đốt của động cơ, nhiệt độ tăng lên r ất cao và mọi hợp chất hữu

cơ đều có thể rất dễ bị cháy, nhưng thường thì động cơ không đủ thời gian (quá

trình xảy ra trong khoảng thời gian 1% giây) và không đủ oxy để cháy ho àn toàn

nhiên liệu và dầu lọt vào buồng đốt luôn có điều kiện tạo thành mồ hóng, các hạt

cốc, các sản phẩm chưa cháy hết.

Việc tạo thành muội than tr ên các chi tiết động cơ bắt đầu từ việc hình thành

lớp màng keo trên các chi tiết đó. Trong động cơ khi làm việc thì những phân tử dầu

mới, mồ hóng và các hạt cốc không ngừng rơi vào màng keo. Sự thay đổi đáng kể

do màng dầu bị các sản phẩm cháy làm bẩn dẫn đến tạo thành lớp than rắn tr ên bề

mặt kim loại gọi là muội than. Bề dày của lớp muội than không ngừng tăng lên và chỉ tăng lên đến một độ

dày nhất định vì khi bề dày lớp muội than tăng thì mép trên của nó sẽ gần vùng

nhiệt độ cao hơn và do bị nóng nhiều hơn, những phân tử dầu mới sẽ gây ra sự thay

đổi cũng nhiều hơn và cũng không có khả năng bám chắc tr ên bề mặt muội. Đến

một lúc nào đó lớp muội không tăng lên được nửa và sẽ xuất hiện thế cân bằng cho

tới khi do một số nguyên nhân nào đó mà vùng nhiệt độ cao hoặc sẽ không tiến đến

gần sát bề mặt lớp muội hoặc không tách ra xa bề mặt đó. Việc tạo muội trong buồng đốt làm giảm hoạt động lâu bền của động cơ, tăng

chi phí sử dụng do những nguyên nhân sau:

- Nhiệt độ các chi tiết phủ muội than tăng lên và khi lượng muội than tăng

lên thì thể tích buồng đốt bị thu hẹp, làm tăng tỷ lệ nén của động cơ, khả năng trao

đổi nhiệt kém đi sẽ tạo điều kiện xảy ra cháy kích nổ.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



- Khi có muội than tr ên các chi tiết buồng đốt sẽ hạn chế lượng hổn hợp

nhiên liệu đi vào động cơ làm giảm công suất động cơ.

-

Muội than có thể phá vỡ quá tr ình đốt cháy bình thường nhiên liệu trong

bộ chế hòa khí động cơ, các hạt muối bị đốt cháy đỏ lên buồng đốt sẽ có thể là

nguyên nhân làm nguyên liệu cháy sớm.

-

Muội đóng ở đế supap sẽ làm supap khó đóng, làm cháy supap.

- Muội than ở bugi đánh lửa sẽ làm cho nó không đánh lửa được.

- Các hạt muội than từ buồng đốt rơi xuống đáy cacte dầu sẽ làm nóng

vòng găng, tăng độ mài mòn các chi tiết làm việc và các chất lắng đọng khác nhau

trên các chi tiết động cơ cũng như trong hệ thống bôi trơn.

Như vậy, muội than rất có ý nghĩa quan trọng đối với dầu nhờn, chúng gây ra

r ất nhiều tác hại. Khi dầu nhờn có chất lượng tốt thì trong quá trình sử dụng sẽ

không có hoặc ít có muội than hình thành trên bề mặt các chi tiết. Do đó, dầu nhờn

cần phải có tính chống lại sự tạo thành muội than.

Ngoài sự tạo muội than của dầu nhờn thì chúng còn có khả năng tạo cặn.

Việc tạo cặn của dầu nhờn cũng gây ra rất nhiều tác hại cho động cơ như là: làm tắc

các rãnh dầu, đường dầu và các bầu lọc, làm cho các dầu mới bị giảm phẩm chất,

cặn có thể quánh và r ắn lại đến mức không thể dùng phương pháp cơ học để làm

sạch... do vậy dầu nhờn phải có tính chống lại sự tạo cặn.

1.1.4. Các chỉ tiêu chất lượng của dầu nhờn và cách xác định chỉ tiêu đó 1.1.4.1. Trị số axit và kiềm

Tr ị số axit và kiềm có liên quan đến tới trị số trung hòa, dùng để xác định độ

axit và độ kiềm của dầu nhờn (trị số trung hòa là tên gọi chung cho trị số axit tổng

và tr ị số kiềm tổng).

Chỉ số kiềm mạnh (TBN): là lượng axit đã được tính chuyển ra số mg

KOH tương ứng, cần thiết để trung hòa lượng kiềm có trong 1g mẫu và được xác

định theo phương pháp ASTM-D.2896 .

Chỉ số axit mạnh (TAN): là số mg KOH cần thiết để trung hòa lượng

axit có trong 1g mẫu và được xác định theo phương pháp ASTM-D.664 [6].

Các chất mang tính axit có mặt trong dầu nhờn là: axit vô cơ, axit hữu cơ,

este, keo, nhựa và các chất phụ gia... Các chất mang tính kiềm có mặt trong dầu

nhờn là: các phụ gia tẩy rửa, muối kim loại...





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



Sự có mặt của axit trong dầu nhờn gây ra những tác hại như sau: khi có

nhiệt độ cao thì chúng gây ăn mòn các chi tiết kim loại của máy móc, động cơ và

ống dẫn, làm giảm tính ổn định chống oxy hóa của dầu. Ngoài ra, chúng còn là

những chất có hại cho chất lượng của dầu. Chính v ì thế mà cần phải xác định hàm

lượng axit có trong dầu nhờn để tránh trường hợp hàm lượng của chúng quá giới

hạn cho phép có trong dầu nhờn .

Có 3 phương pháp dùng để xác định trị số trung hòa, đó là [17]:

- Phương pháp I: ASTM-D.974 (xác định trị số axit và kiềm bằng phương

pháp chuẩn độ có dùng chất chỉ thị màu) đây là phương pháp chủ yếu thích

hợp với các loại dầu màu sáng.

- Phương pháp II: ASTM-D.664 (xác định trị số axit của các sản phẩm dầu

mỏ bằng phương pháp chuẩn độ điện thế) phương pháp này được dùng cho

các sản phẩm tối màu.

- Phương pháp III: ASTM-D.2896 (xác định trị số kiềm của các sản phẩm

dầu mỏ bằng phương pháp chuẩn độ điện thế dùng axit Percloric) phương

pháp này được dùng để xác định các hợp chất kiềm có trong các sản phẩm

dầu mỏ.

Những phương pháp ASTM-D.664 và phương pháp ASTM-D.974 là thích

hợp cho việc xác định chỉ số kiềm tổng TBN và chỉ số axit mạnh TAN.

Phép xác định chỉ số axit và kiềm bằng phương pháp chuẩn độ dùng chỉ thịmàu là phép xác định các hợp chất axit hay kiềm có trong dầu bôi trơn với điều kiện

là loại dầu bôi trơn này tan hoàn toàn hoặc gần như tan hoàn toàn trong dung môi

Toluen và alcol izo-propylic. Nó dùng để xác định lượng kiềm hay axit cần thiết để

trung hòa các thành phần axit hay kiềm có trong bất k ì loại dầu mỡ mới hay loại đã

dùng r ồi, trừ dầu động cơ đặc biệt là dầu điezel.

Hiện nay, có rất nhiều loại phụ gia sử dụng nhằm nâng cao phẩm chất dầu

bôi trơn và tùy thuộc vào thành phần của phụ gia mà dầu cho vào có tính axit haykiềm. Trong một số trường hợp có cả axit yếu và kiềm yếu, khi tan vào trong dầu

chúng không tác dụng với nhau mà chúng tác dụng với cả hai loại axit mạnh và

kiềm mạnh dùng để chuẩn độ cho cả hai trị số là axit và kiềm. Cũng có những loại

phụ gia khác có khả năng tham gia phản ứng trao đổi ion với kiềm, cho n ên trong

quá trình trung hòa làm sai lệch các giá trị của phép xác định. Những hiệu ứng của

phụ gia đã che lấp mất sự thay đổi độ axit của dầu có chứa chất phụ gia.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



R ất nhiều phụ gia hiện đang sử dụng cho dầu động cơ có chứa các hợp chất

kiềm nhằm trung hòa các sản phẩm axit của quá trình cháy, lượng tiêu tốn ở thành

phần kiềm này là một chỉ số về tuổi thọ sử dụng của dầu. Phép đo độ kiềm liên quan

đến TBN hiện đang được áp dụng cho hầu hết động cơ, đặc biệt là động cơ điezel.

Chỉ số axit tổng của dầu nhờn thải là một đại lượng đánh giá mức độ biến

chất của dầu do quá tr ình oxy hóa. Đối với hầu hết các loại dầu bôi trơn thì chỉ số

TAN ban đầu tương đối nhỏ và tăng dần trong quá tr ình sử dụng, điều đó phản ánh

đúng sự mất dần chất chống oxy hóa. Tuy nhiên không nên sử dụng chỉ số trung

hòa như là một tiêu chuẩn duy nhất để xác định độ hư hỏng của dầu do quá tr ình oxi

hóa, bởi vì những chỉ tiêu khác như là độ nhớt, hàm lượng tro và tạp chất cơ học

v.v... phải được xem xét một cách thích đáng.

Trong dầu có hàm lượng lưu huỳnh S cao thì dầu đó phải có TBN càng cao,

thông thường thì TBN = 20%S . Trong khi sử dụng nếu như TBN thay đổi khoảng

50% thì thay dầu mới và tr ị TAN thay đổi khoảng 1% thì thay đổi dầu mới [21].

1.1.4.2. Độ nhớt

Nhìn chung, mọi người đều công nhận rằng độ nhớt là một tính chất quan

tr ọng và cơ bản đối với các loại dầu bôi trơn. Độ nhớt là ma sát nội tại trong lòng

chất lỏng cản trở sự chảy của chất lỏng, được sinh ra bởi áp lực cơ học giữa các hạt

cấu tạo nên chất lỏng.

Độ nhớt là một yếu tố quan trọng quyết định trong việc tạo thành màng dầu bôi trơn ở hai điều kiện thủy động (màng dày) và bôi trơn thủy động đàn hồi (màng

mỏng). Thêm vào đó độ nhớt còn có thể xác định khả năng khởi động động cơ dể

dàng ở điều kiện lạnh và khả năng chịu được sự sinh nhiệt trong ổ bi, bánh răng,

xylanh, nó cũng đánh giá khả năng làm kín khít của dầu cũng như mức độ tiêu hao

và thất thoát [21].

Riêng đối với dầu nhờn động cơ, đặc biệt là động cơ ô tô th ì độ nhớt cũng là

yếu tố ảnh hưởng đến sự dễ dàng khởi động và tốc độ trục khuỷu. Nếu dùng dầu cóđộ nhớt không phù hợp, chẳng hạn như là độ nhớt quá cao so với yêu cầu thì sẽ gây

ra sức cản lớn khi nhiệt độ xung quanh thấp làm giảm tốc độ động cơ và đó làm

tăng lượng nhiên liệu tiêu hao k ể cả ngay sau khi động cơ đã khởi động, ngược lại

khi sử dụng loại dầu nhờn có độ nhớt thấp hơn so với độ nhớt yêu cầu thì dẫn đến

chống mài mòn và tăng lượng tiêu hao dầu [7]. Như vậy, đối với mỗi chi tiết máy





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



điều cơ bản đầu tiên là phải dùng đầu có độ nhớt thích hợp với những điều kiện vận

hành máy móc khác nhau.

Khi sử dụng các phương tiện tải trọng nặng thì sử dụng loại dầu bôi trơn có

độ nhớt cao. Ngược lại, những phương tiện nhẹ, tốc độ cao th ì dùng dầu có độ nhớt

thấp. Độ nhớt cũng là một chỉ tiêu quan tr ọng trong việc theo dõi dầu trong suốt quá

trình sử dụng. Nếu biểu hiện độ nhớt tăng lên thì là dấu hiệu của dầu bị oxi hóa còn

nếu là độ nhớt giảm thì có thể là do nguyên liệu lẫn vào hoặc là do các tạp chất khác

lẫn vào [17].

Thông thường sử dụng 3 loại độ nhớt sau: độ nhớt động học, độ nhớt động

lực, độ nhớt quy ước [15].

Độ nhớt động lực (kí hiệu là hoặc là ): là lực cản tác động lên chất lỏng

khi có hai lớp chất lỏng chuyển động tương đối nhau trong khoảng cách 1cm, diện

tích 1cm2, dưới tác động của một lực là 1din, vận tốc chuyển động 1cm/giây [18].

Đơn vị độ nhớt động lực thông thường là Pa.s.

Theo Newton: Độ nhớt động lực là chính là số đo khả năng chống lại sự

chảy của dầu nhờn được xác định bằng tỷ số giữa ứng xuất trượt và tốc độ trượt S

theo phương tr ình như sau:

s

Trong đó:

Ứng suất trượt là lực trượt tr ên một đơn vị diện tích vuông góc với

phương thẳng đứng (Pa).

Tốc độ trượt S là sự chênh lệch tốc độ tr ên một đơn vị khoảng cách theo

phương thẳng đứng (Oy).

Theo hệ đơn vị SI : Độ nhớt được định nghĩa là lực tiếp tuyến tr ên một đơn

vị diện tích (N/m2) cần dùng trong quá trình chuyển động tương đối (m/s) giữa hai

mặt phẳng nằm ngang được ngăn cách nhau bởi một lớp dầu dày 1mm, đó được gọi

là độ nhớt động lực, tính bằng Pascal giây (Pas).Theo hệ đơn vị CG S: Độ nhớt động lực lại tính bằng poazơ P (dyn.s/cm2)

1Pas = 10P và 1P =1g/1cm.s

Công thức tính độ nhớt động lực như sau:

t

Trong đó:





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



- : mật độ dầu ở cùng nhiệt độ đo trong thời gian chảy t, g/cm3

- t : thời gian chảy, s

- : độ nhớt động lực tính bằng cP hay mPas.

Độ nhớt động học (kí hiệu là )

Là tỷ số giữa độ nhớt động lực và mật độ của chất lỏng. Nó là số đo lực cảnchảy của một chất lỏng dưới tác dụng của trọng lực [20].

Nguyên tắc xác định độ nhớt động học là đo thời gian (tính bằng giây) của

một thể tích xác định của chất lỏng chảy qua mao quản của nhớt kế chuẩn, dưới tác

dụng của trọng lực ở nhiệt độ xác định. Độ nhớt động học là tích số giữa hằng số

nhớt kế và thời gian chảy của dầu. Hằng số nhớt kế thu được bằng cách chuẩn trực

tiếp với các chất chuẩn đã biết trước độ nhớt hoặc từng bậc với nước cất. Nước cất

có độ nhớt chuẩn ở 0oC là 1,79 cP và ở 20oC là 1,002 cP [20].

Trong hệ số đơn vị SI: Độ nhớt động học được tính bằng m2/s hay mm2/s

(1mm2/s = 1cSt).

Trong hệ CGS: Độ nhớt động học biểu thị bằng St = cm2/s nhưng trong

thực tế thường dùng đơn vị là centistock (cSt) :

1 cSt = 0,01 St = 1 mm2/s

Độ nhớt động học tính theo công thức sau:

tC

Trong đó:

- là độ nhớt động học, tính bằng cSt hay mm2/s.

- C là hằng số của nhớt kế, mm2/s2.

- t là thời gian chảy, s.

Độ nhớt quy ước

Độ nhớt quy ước là tỷ số giữa thời gian chảy qua nhớt kế (tính bằng giây)

của 200ml sản phẩm dầu cần thử nghiệm ở nhiệt độ cần thiết, và thời gian chảy của

200ml nước cất ở 20oC. Giá tr ị của tỷ số này biểu thị thành độ nhớt quy ước Engle(oE). Nhớt kế Engle được dùng để đo độ nhớt qui ước.

Nguyên tắc: dựa trên cơ sở so sánh thời gian chảy của 200ml chất lỏng cần

xác định với thời gian chảy của 200ml nước cất ở 20oC qua nhớt kế Engle.

Giữa độ nhớt quy ước và độ nhớt động học có mối quan hệ thực nghiệm, nó

được biểu thị bởi công thức gần đúng như sau:





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



- Nếu độ nhớt động học từ 1 đến 120 mm2/s thì:

E

31,6E31,7

o

ot

- Nếu độ nhớt động học >120 mm2/s thì:

E4,7 o

t

hayt

o 0135,0E

Chú ý: Công thức tr ên có thể dùng để tính chuyển độ nhớt động học thành độ

nhớt quy ước dùng trong thực tế. Việc tính chuyển ngược lại thì không nên do việc

xác định độ nhớt quy ước không chính xác và chủ yếu là độ nhớt quy ước là không

phản ánh tính chất vật lý của chất lỏng.

Nhiều phương pháp và thiết bị được dùng để đo độ nhớt, nhưng quan trọng

nhất vẫn là những dụng cụ mao quản, mà trong mao quản đó thời gian chảy của dầu

tỷ lệ với độ nhớt động học. Nhiều hình dạng mao quản khác đã được sử dụng, các

chỉ tiêu k ỹ thuật và các qui trình sử dụng của tất cả các loại nhớt kế động học mao

quản làm bằng thủy tinh được dẫn ra ở ASTM-D.446.

Có những phương pháp xác định độ nhớt như sau [6, 17]:

-

ASTM-D.445: dùng để xác định độ nhớt động học của các chất lỏng có

màu trong suốt và mờ đục, hay các sản phẩm dầu mỏ lỏng, đặc biệt là dầu bôi trơn,

thường đo ở nhiệt độ 40 và 100oC.

- ASTM-D.1532: dùng để xác định độ nhớt của những chất lỏng bôi trơn

hàng không ở nhiệt độ thấp và số % chuyển đổi độ nhớt sau khoảng thời gian là 3h

và 72h mẫu được đặt ở nhiệt độ thấp.

- ASTM-D.2893: đo độ nhớt ở nhiệt độ thấp của các chất bôi trơn hay

dùng cho ôtô, dùng nhớt kế quay Brookfield.

- Đồ thị sự phụ thuộc độ nhớt động học vào nhiệt độ được dẫn ra trong tiêu

chuẩn D-341 (các độ nhớt - nhiệt độ dùng cho các sản phẩm dầu lỏng) là những

phương tiện thuận lợi để xác định chính xác độ nhớt động học của một loại dầu

khoáng hay hydrocacbon lỏng ở bất kỳ nhiệt độ nào nằm trong vùng giới hạn đãcho. Các đồ thị của sự phụ thuộc độ nhớt động học vào nhiệt độ sẽ được thiết lậ p

khi ta biết độ nhớt động học ở hai nhiệt độ khác nhau.

- ASTM-D.2162: hướng dẫn dùng những nhớt kế mẫu và dầu có độ nhớt

chuẩn để kiểm tra các nhớt kế đo hàng ngày.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



- Thông thường người ta xác định độ nhớt của dầu nhờn ở nhiệt độ là 40 và

100oC thì người ta có thể đánh giá được là loại dầu nhờn đó là tốt hay xấu, có còn

được sử dụng được hay không. Người ta còn dùng độ nhớt để phân loại dầu bôi trơn

nói chung và dầu nhờn động cơ nói riêng.

1.1.4.3. Chỉ số độ nhớt [6, 7, 15, 17]

Một đặc tính cơ bản nữa của dầu nhờn đó là sự thay đổi của độ nhớt theo

nhiệt độ. Thông thường khi nhiệt độ tăng độ nhớt sẽ giảm. Dầu nhờn được coi là

dầu bôi trơn tốt khi độ nhớt của nó ít thay đổi theo nhiệt độ, ta nói rằng dầu đó có

chỉ số độ nhớt cao. Ngược lại nếu độ nhớt thay đổi nhiều theo nhiệt độ, có nghĩa là

dầu có chỉ số độ nhớt thấp. Chỉ số độ nhớt (VI) là tr ị số chuyên dùng để đánh giá sự

thay đổi độ nhớt của dầu bôi trơn theo nhiệt độ.

Quy ước dầu gốc parafin độ nhớt ít thay đổi theo nhiệt độ, VI=100. Họ dầu

gốc naphten có độ nhớt thay đổi nhiều theo nhiệt độ VI =0. Như vậy, chỉ số độ nhớt

có tính quy ước. Chỉ số độ nhớt VI được tính như sau:

VI = H L

U L

100

Trong đó:

U: là độ nhớt động học ở 40oC của dầu có chỉ số độ nhớt cần phải

tính, mm2/s.

L: là độ nhớt động học ở 40o

C của một dầu có chỉ số độ nhớt bằng 0và cùng với độ nhớt động học ở 100oC với dầu cần tính chỉ số độ nhớt,

mm2/s.

H: là độ nhớt động học đo ở 40oC của một loại dầu có chỉ số độ nhớt

bằng 100 và cùng với độ nhớt động học ở 100oC với dầu mà ta cần đo chỉ số

độ nhớt, mm2/s.

Ta thấy rằng:

-

Nếu U – L > 0 thì VI < 0, dầu này có tính nhiệt kém. - Nếu L > U > H thì 0 < VI < 100.

- Nếu H – U > 0 thì VI > 100, dầu này có tính nhiệt rất tốt.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



Hình1.1 Sự thay đổi độ nhớt của dầu bôi trơn theo nhiệt độ, lý giải về

trị số độ nhớt (VI)

Bảng 1.1 Những giá trị L-H ứng với độ nhớt động học ở 100oC

Nếu độ nhớt động học ở 100oC lớn hơn 70 mm2/s thì giá tr ị L-H được tính

như sau:

L=0,8353Y2+14,57Y-216

H=0,1684Y2+11,85Y-97

Trong đó:

Y: là độ nhớt động học ở 100oC của dầu cần tính chỉ số độ nhớt mm2/s.

Dựa vào chỉ số độ nhớt, người ta phân dầu nhờn gốc thành các loại như sau:

- Dầu gốc có chỉ số độ nhớt cao HVI

Độ nhớt động học ở 100oC mm2 /s Giá trị L Giá trị H

2,0 7,994 6,394

2,1 8,64 6,894

5,0 40,23 28,49

5,1 41,99 29,49

15,0 296,5 149,7

15,1 300,0 151,2

20,0 493,2 229,5

20,2 501,5 233

70,0 490,5 1,558





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



- Dầu gốc có chỉ số độ nhớt trung b ình MVI

- Dầu gốc có chỉ số độ nhớt thấp LVI

Hiện nay cũng chưa có quy định r õ ràng về chỉ số độ nhớt của các loại dầu

gốc nói tr ên. Trong thực tế chấp nhận là chỉ số độ nhớt (VI) của dầu nhờn cao hơn

85 thì được gọi là dầu có chỉ số độ nhớt cao. Nếu chỉ số độ nhớt thấp hơn 30 thì dầu

đó xếp vào loại dầu có chỉ số độ nhớt thấp, còn dầu (MVI) nằm giữa hai giữa hai

giới hạn đó thì có chỉ số độ nhớt trung bình. Nhưng trong chế biến dầu, từ công

nghệ hydrocracking có thể tạo ra dầu gốc có chỉ số độ nhớt cao (>140). Các loại dầu

này được xếp vào loại có chỉ số độ nhớt cao (VHVI) hay siêu cao(XHVI). Dầu

(LVI) được sản xuất từ họ dầu mỏ naphten. Nó được tính khi m à chỉ số ổn định oxy

hoá không phải là chỉ tiêu chính được chú trọng nhiều. Dầu gốc (MVI) được sản

xuất từ dầu chưng cất naphten- parafin, nhưng không cần tách chiết sâu. Còn dầu

gốc (HVI) thường được sản xuất từ họ dầu parafin qua tách chiết sâu bằng dung môi

chọn lọc và tách sáp.

1.1.4.4. Màu sắc [6, 17]

Sự khác nhau về màu sắc của dầu bôi trơn có nguồn gốc từ sự khác nhau về

dầu thô dùng chế biến r a nó, về khoảng nhiệt độ sôi, về phương pháp và mức độ

làm sạch trong quá tr ình tinh luyện, về hàm lượng và bản chất của phụ gia pha vào

trong dầu.

Màu dầu rất khác nhau: từ trong suốt đến màu sẫm hoặc màu đen kịt. Ngườita nhận thấy rằng dầu bị tối màu dần trong quá tr ình sử dụng là dấu hiệu của sự

nhiễm bẩn hay sự bắt đầu của quá tr ình oxy hóa. Sự sẫm màu của dầu k èm theo sự

thay đổi không lớn chỉ số trung hòa và độ nhớt thường là dấu hiệu của sự nhiễm bẩn

các chất lạ. Các tạp chất có màu có thể làm thay đổi màu dầu một cách r õ r ệt, nhưng

không ảnh hưởng đến các thuộc tính khác. Ví dụ như màu dầu ít có ý nghĩa đối với

dầu động cơ. Rất nhiều các dầu mới có pha phụ gia tối màu và thông thường trong

quá trình sử dụng thì dầu của động cơ tối màu r ất nhanh. Nói chung, các phương pháp so màu đều dựa trên cơ sở so sánh bằng mắt

thường, lượng ánh sáng truyền qua một bề dày xác định của một loại dầu với lượng

ánh sáng truyền qua của một trong số các dãy kính màu. Theo ASTM-D.1500 (màu

của các sản phẩm dầu mỏ) thì phương pháp thử là phương pháp xác định bằng mắt

màu của các loại dầu bôi trơn và một số lượng lớn các sản phẩm dầu mỏ khác, các

loại sáp cũng nằm trong số đó.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



Người ta dùng một nguồn ánh sáng tiêu chuẩn, còn mẫu thì được đặt trong

buồng thử rồi so sánh màu với các đĩa thủy tinh, màu có giá tr ị từ 0,5 đến 8,0.

Phép xác định màu của các sản phẩm dầu mỏ được sử dụng chủ yếu cho các

mục đích kiểm tra trong quá tr ình sản xuất và đối với người tiêu dùng thì màu dầu

cũng là một chỉ tiêu chất lượng quan trọng, vì người ta nhìn thấy được. Ví dụ, trong

quá trình chế biến dầu gốc, màu sắc của dầu là dấu hiệu hướng dẫn cho người tinh

luyện biết rằng quá tr ình hoạt động sản xuất có tốt không. Tuy nhiên, thuộc tính này

ít có ý ngh ĩa vì chúng không nói lên ðýợc chất lýợng của dầu, trừ các trýờng hợp

dầu trắng trong y học và công nghiệp, vì chúng thường dùng để pha chế hay được

dùng làm các sản phẩm mà độ bẩn hay màu bẩn là không được ưa chuộng.

1.1.4.5. Khối lượng riêng và tỷ trọng [17]

Khối lượng riêng là khối lượng của một đơn vị thể tích của một chất ở nhiệt

độ tiêu chuẩn. Tỷ trọng là tỉ số giữa khối lượ ng riêng của một chất lỏng đã đo ở

nhiệt độ qui định với khối lượng riêng của nước ở cùng điều kiện nhiệt độ đó. Như

vậy, nếu khối lượng riêng của nước là bằng 1 thì tỷ tr ọng của dầu và khối lượng

riêng của dầu là bằng nhau ở nhiệt độ quy định đó. Trọng lượng 0API là một hàm

đặc biệt của trọng lượng riêng chúng liên quan với nhau theo phương tr ình:

Như vậy giá trị API sẽ tăng khi trọng lượng của dầu thay đổi theo nhiệt độ vàđược xác định ở nhiệt độ nhất định, sau đó đưa về nhiệt độ chuẩn.

Có các phương pháp xác định khối lượng riêng và tỷ trọng như sau:

- Tiêu chuẩn ASTM-D.1250 cung cấp những bảng cho phép tính chuyển

khối lượng riêng và tỷ trọng đo được ở bất kỳ nhiệt độ nhiệt độ nào trong khoảng từ

-17,8oC (oF) đến 160oC (500oF) về nhiệt độ tiêu chuẩn ở 15,6oC (60oF).

- Phương pháp đo ASTM-D.941 (khối lượng riêng và tỷ trọng của chất

lỏng đo bằng Pycnomet Lipkin có hai capila) dùng cho các phép đo khối lượngriêng của chất lỏng bôi trơn bất kỳ có độ nhớt nhỏ hơn 15 mm/s ở 12 oC.

- Phương pháp ASTM-D.1298 thường dùng trong phòng thí nghiệm.

Người ta sử dụng một tỷ trọng kế bằng thủy tinh để xác định khối lượng riêng, tỷ

tr ọng, hay trọng lượng API của tất cả các sản phẩm dạng lỏng.

Phép xác định khối lượng riêng khá nhanh và dễ dàng vì các sản phẩm của

phân đoạn dầu thô nhất định thì chúng có khoảng nhiệt độ sôi và độ nhớt nhất định

141.5 API =

Tr ọng lượng riêng 60/60oF- 131.5





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



cho nên chúng có khối lượng riêng trong một khoảng xác định. Ta biết rằng với các

loại dầu nhờn gốc khác nhau thì có khối lượng riêng khác nhau ở cùng điều kiện

nhiệt độ như nhau. Ví dụ như các loại dầu gốc parafin có khối lượng riêng nhỏ hơn

các loại dầu gốc có chứa thành phần naphten và aromat. Chính vì vậy, người ta sử

dụng khối lượng riêng trong việc nhận biết các loại dầu nếu ta biết được khoảng

nhiệt độ chưng và độ nhớt của dầu.

Phép đo khối lượng riêng k ết hợp với các phép đo khác cho phép nhận biết

thành phần hydrocacbon có trong dầu nhờn gốc, như thành phần parafin, naphten và

aromat.

Khối lượng riêng của một chất bôi trơn ít có ý ngh ĩa trong vịêc đánh giá

chất lượng. Khối lượng riêng của dầu đã sử dụng cũng gần bằng khối lượng riêng

của dầu mới. Một giá trị khối lượng riêng bất thường cho thấy rằng dầu bị lẫn các

sản phẩm khác hay một dung môi hay một chất khí. Chẳng hạn, sự thay đổi khối

lượng riêng của dầu động cơ có thể là do dầu bị nhiễm chất bẩn hoặc có lẫn nhiên

liệu vào. Tuy nhiên, khối lượng riêng và tỷ trọng được dùng chủ yếu là để xác lập

các chỉ tiêu về trọng lượng và thể tích trong vận chuyển, tồn chứa và mua bán. Như

vậy, ứng dụng chủ yếu của khối lượng riêng là để chuyển đổi trọng lượng sang thể

tích hay từ thể tích sang trọng lượng.

1.1.4.6. Điểm chớp cháy và bắt lửa [2, 6, 17, 20, 21]

Điểm chớp cháy của dầu được định nghĩa là nhiệt độ thấp nhất mà tại ápsuất khí quyển là 101,3 kPa, mẫu được nung nóng. Khi có ngọn lửa thì sẽ chớp cháy

và lan truyền tức thì trên bề mặt mẫu.

Nhiệt độ thấp nhất mà ở đó mẫu tiếp tục cháy trong 5 giây được gọi là điểm

bắt lửa.

Điểm bắt lửa và điểm chớp cháy của dầu mới thay đổi theo độ nhớt. Dầu có

độ nhớt cao thì sẽ có điểm chớp cháy và bắt lửa cao hơn. Thông thường độ bắt cháy

phụ thuộc vào loại dầu thô. Dầu naphten thường có điểm chớp cháy và bắt lửa caohơn dầu parafin có cùng độ nhớt. Quy luật chung là đối với các hợp chất như nhau

thì có điểm chớp cháy và bắt lửa tăng khi mà tr ọng lượng phân tử tăng.

Mặc dù điểm chớp cháy và bắt lửa của dầu là một đặc trưng sơ bộ về bản

chất cháy của nó nhưng chúng chỉ là một trong những yếu tố gây ra hỏa hoạn của

dầu. Để xác định điểm chớp cháy và bắt lửa của dầu bôi trơn người ta thường dùng

ASTM-D.92 (xác định điểm chớp cháy và bắt lửa cốc hở) và ASTM-D.93 (xác định





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



điểm chớp cháy và bắt lửa cốc hở). Phương pháp này còn được dùng để xác định độ

nhiễm bẩn của dầu bôi trơn bởi những lượng nhỏ các chất dể bay hơi. Trong trường

hợp dầu động cơ điezel có sự giảm đáng kể của điễm chớp cháy, có thể xác nhận

một cách định tính rằng: việc hòa tan các nhiên liệu vào dầu đã làm giảm đáng kể

độ nhớt của dầu. Để xác định sự hòa tan nhiên liệu vào trong dầu nhờn của động cơ

xăng ta có thể dùng phương pháp ASTM-D.322.

Đối với người sử dụng, trong những trường hợp nhất định, việc xác định

điểm chớp cháy và bắt lửa là hết sức cần thiết với công tác phòng chống cháy nổ.

Tuy nhiên, đó là một trong những tính chất cần lưu ý, khi đánh giá toàn bộ nguy cơ

gây nổ của vật tư. Hơn nữa, khi cần làm việc ở nhiệt độ cao mà ta lại sử dụng dầu

có điểm chớp cháy thấp, nghĩa là dễ bay hơi gây ra tiêu hao lớn. Dầu mới th ì có

điểm chớp cháy và bắt lửa thấp hơn giá trị mà nó cần phải có thì đó là dấu hiệu của

dầu có độ nhớt thấp, có phân đọan dầu nhẹ, dung môi dễ bay hơi và xảy ra quá tr ình

cracking dầu do làm việc ở nhiệt độ cao. Nhưng nếu dầu mới lại có điểm chớp cháy

và bắt lửa cao hơn mức bình thườ ng báo hiệu cho sự pha trộn cho dầu có độ nhớt

cao hơn.

1.1.4.7. Điểm anilin [2, 6, 15, 17, 20, 21]

Một hỗn hợp gồm hai thành phần là hỗn hợp hydrocacbon và anilin không

tan trong nhau chia thành hai lớp, khi tăng nhiệt độ lên thì hỗn hợp thành đồng nhất

(tan hoàn toàn). Khi làm nguội từ từ đến một nhiệt độ xác định nào đó thì hỗn hợplại bắt đầu phân lớp, biểu hiện bằng hiện tượng đục lên của dung dịch. Nhiệt độ ứng

với thời điểm xuất hiện hiện tượng đục này được gọi là điểm anilin [20].

Điểm anilin thường được sử dụng để xác định hàm lượng aromat, naphten và

parafin có trong hổn hợp [15]. Tuy nhiên, nó cũng có nhiều ý nghĩa thực tiễn khác

như việc xác định chỉ ra hiệu ứng hòa tan của dầu vào các chất hữu cơ, mà các chất

này làm kín trong hệ thống thủy lực, các chất cách điện v.v... Nói chung, dầu có

điểm anilin càng thấp thì càng làm tr ương nở các vật liệu làm kín.Điểm anilin được xác định theo phương pháp ASTM-D.661 bằng cách trộn

lẫn các thể tích tương đương của dầu, anilin và n-heptan, gia nhiệt cho đến khi hỗn

hợp tan trong đồng thể sau đó làm lạnh từ từ, nhiệt độ mà tại đó hỗn hợp tách thành

hai pha chính là điểm anilin.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



1.1.4.8. Cặn cacbon [2, 6, 17, 20, 21]

Cặn cacbon được tạo ra khi cho bay hơi và nhiệt phân một sản phẩm dầu mỏ.

Cặn này không phải là cặn cacbnon hoàn toàn mà nó là một loại cốc và còn bị biến

đổi của quá tr ình nhiệt phân. Cặn cacbon chính là sản phẩm cháy trong điều kiện

thiếu không khí.

Phương pháp xác định cặn cacbon được sử dụng chủ yếu cho các loại dầu

gốc dùng vào việc sản xuất dầu nhờn động cơ và một vài loại dầu xylanh nặng.

Dầu nhờn được tinh chế nghiêm ngặt thì hàm lượng cacbon càng giảm. Vì

vậy, hàm lượng cặn cacbon còn dùng để đánh giá mức độ tinh luyện của dầu và nó

cũng giúp cho việc lựa chọn các loại dầu nhờn cho những mục tiêu thích hợp khác

nhau. Nếu chúng ta sử dụng dầu nhờn có hàm lượng cặn cacbon lớn có thể sẽ gây

mài mòn và làm tắc nghẽn kim phun, tắc nghẽn hệ thống. Lượng cặn cacbon trong

dầu nhờn động cơ mà cao thì nó có thể gây ra hiện tượng kích nổ hay làm tắc kim

phun trong động cơ điezel hay có thể làm giảm thể tích của buồng đốt do nó bám

dính vào thành xylanh xupap. Các phụ gia có mặt trong dầu nhờn cũng góp phần

làm ảnh hưởng đến hàm lượng cặn.

Có hai phương pháp xác định hàm lượng cặn cacbon, thứ nhất là phương

pháp ASTM-D.524 (xác định hàm lượng cặn cacbon của các sản phẩm dầu mỏ theo

Ramsbottom) mẫu được nung nóng ở nhiệt độ nhất định trong một quả cầu thủy tinh

có lỗ nhỏ để cho các thành phần bay hơi bốc hết đi. Phần cặn nặng trong bóng thủytinh tiếp tục cracking hóa và cốc hóa. Phần còn lại đem cân và xác định hàm lượng

cặn cacbon theo Ramsbottom. Phương pháp thứ hai là ASTM-D.189. Hai phương

pháp này chỉ khác nhau ở dụng cụ tiến hành là chính còn về nguyên tắc là đun nóng

để thực hiện quá tr ình cracking và cốc hóa rồi cân lượng cặn còn lại.

1.1.4.9. Hàm lượng tro và tro sunfat [2, 6, 17, 20, 21]

Hàm lượng tro được định nghĩa là lượng cặn không cháy hay các khoáng

chất còn lại sau khi đốt cháy một mẫu dầu nhờn. Một lượng nhỏ các tạp chất có mặttrong thành phần tro có thể là thông tin cho phép xem xét liệu sản phẩm dầu nhờn

đó có thích hợp để sử dụng cho mục đích đã định hay không.

Thành phần chính của tro là: những oxit kim loại của Ca, Mg, Al, Fe, V, Ni,

Na, và oxit silic do các muối thủy phân tạo thành [20].

Tro sunfat là hàm lượng cặn còn lại sau khi than hóa mẫu, sau đó phần cặn

được xử lý bằng axit sunfuric và đun nóng đến khối lượng không đổi. Ngày nay,





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



nhiều nhà sản xuất đã đưa giới hạn cực đại của hàm lượng tro sunfat vào bản đặc

tính k ỹ thuật của một số loại dầu nhờn động cơ. Hàm lượng tro sunfat trong dầu

nhờn động cơ khoảng từ 0,8 đến1,5% còn hàm lượng tro sunfat của phụ gia đóng

gói cho động cơ xăng là từ 7 đến 13% và cho dầu động cơ điezel là trên 17% [17].

Việc xác định hàm lượng tro giúp ta đánh giá được lượng phụ gia đưa vào

trong dầu bởi vì hàm lượng tro sunfat là tro của các loại phụ gia mà ta cho vào dầu

nhờn để làm tăng tính năng sử dụng của dầu nhờn. Với hàm lượng tro lớn hơn quy

định thì có thể nói rằng dầu bị nhiễm tạp chất, hoặc do sản phẩm của quá tr ình mài

mòn hoặc do các kim loại tan trong dầu và các loại tạp chất khác. Nếu dầu nhờn thải

có hàm lượng tro quá lớn th ì khi thải ra ngoài môi trường sẽ gây ô nhiễm môi

trường.

Có hai phương pháp xác định hàm lượng tro:

-

Phương pháp ASTM-D.482 dùng để xác định hàm lượng tro của các loại

dầu nhờn không có chứa phụ gia tạo tro (dầu tuabin và nhiều loại tuần hoàn

có độ nhớt cao) hoặc là có chứa phụ gia không tạo tro (dầu máy nén, dầu

bánh răng, dầu động cơ khí).

- Phương pháp ASTM-D.874 dành riêng cho các loại dầu có chứa các phụ

gia tạo tro. Phương pháp này không nên dùng cho các dầu nhờn gốc cũng

như các loại dầu nhờn không có phụ gia.

1.1.4.10. Hàm lượng lưu huỳnh [6, 17, 20, 21] Lưu huỳnh có thể có sẵn trong dầu khoáng hoặc dầu gốc hay là trong các phụ

gia. Nó có thể hoạt động hóa học hay ở dạng tương đối trơ ở dạng liên k ết với các

hợp chất hữu cơ. Dạng lưu huỳnh hoạt động gây ăn mòn, đặc biệt đối với đồng và

các hợp chất chứa đồng. Ngược lại, một ít hàm lượng lưu huỳnh ở dạng trơ th ì có

tác dụng tốt, bởi vì nó làm tăng khả năng bám dính tr ên bề mặt vật liệu bôi trơn.

- ASTM-D.129 (phương pháp dùng bom) được áp dụng để xác định tổng

hàm lượng trong mọi loại dầu bôi trơn với điều kiện hàm lượng lưu huỳnh ít nhất phải bằng 1%. Nguyên tắc của quá trình là bật tia lửa điện để đốt cháy một lượng

nhỏ mẫu trong môi trường oxy hóa ở áp suất cao. Sản phẩm cháy thu hồi, lưu huỳnh

ở dạng kết tủa với BaSO4 và được đem cân.

- ASTM-D.1266 (phương pháp đèn) dùng để xác định hàm lượng lưu huỳnh

tổng cộng có nồng độ từ 0,01 đến 0,4% trong các sản phẩm dầu. Để xác định





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



hàm lượng lưu huỳnh có trong dầu bôi trơn hay các sản phẩm dầu mỏ có hàm

lượng lưu huỳnh cao không thể đốt trực tiếp mà dùng phương pháp pha trộn.

-

ASTM-D.1552 (phương pháp nhiệt độ cao) xác định tổng hàm lượng lưu

huỳnh có trong dầu bôi trơn, có hàm lượng lưu huỳnh lớn hơn 0,06%.

Hậu quả không mong muốn của lưu huỳnh là gây ăn mòn, chẳng hạn như là

ăn mòn tấm đồng. Tuy nhiên, do những biểu hiện cực áp có lợi nên trong nhiều

trường lưu huỳnh có mặt trong dầu bôi trơn ở dạng phụ gia thường kết hợp với các

nguyên tố khác, như phụ gia chịu áp, chống mài mòn, chống oxy hóa, chống ăn

mòn.

1.1.4.11. Chỉ số khúc xạ [17]

Chỉ số khúc xạ là tỷ số của tốc độ một sóng ánh sáng trong không khí so với

tốc độ sóng ánh sáng đó trong dầu ở điều kiện nhất định. Do chỉ số khúc xạ phụ

thuộc vào thành phần của dầu nhờn cho nên phép đo này rất hiệu dụng trong việc

kiểm tra tính đồng nhất của dầu gốc cũng như các dầu bôi trơn khác. Đối với phân

đoạn hydrocacbon hay các loại dầu có phân tử lượng tương đương th ì chỉ số khúc

xạ sẽ tăng từ các hợp chất parafin, naphten, rồi đến aromat.

1.1.4.12. Hàm lượng nước [2, 6, 17, 20, 21]

Hàm lượng nước có trong dầu nhờn là lượng nước được tính bằng % theo

tr ọng lượng thể tích hay theo ppm. Hàm lượng nước trong dầu nhờn là một đặc

trưng quan trọng đối các loại dầu: dầu thủy lực, dầu ôtô, dầu bánh răng côngnghiệp, dầu tuabin, dầu xylanh, dầu công nghiệp, đặc biệt là nó r ất quan trọng đối

với dầu biến thế. Nước có trong dầu biến thế sẽ làm giảm điện áp đánh thủng gây

nguy hiểm cho máy biến thế.

Nước có trong dầu không những đẩy nhanh sự ăn mòn và sự oxy hóa mà nó

còn tạo nhũ tương. Trong một vài trường hợp thì nước thủy phân các phụ gia tạo

nên bùn mềm và xốp. Có thể loại nước trong dầu nhờn bằng phương pháp lọc, ly

tâm, chưng cất chân không. 1.1.4.13. Sức căng bề mặt [17]

Sức căng bề mặt được định nghĩa là lực bên trong tác dụng lên bề mặt chất

lỏng do sức hút của các phân tử nằm dưới bề mặt. Phương pháp tiêu chuẩn ASTM-

D.971 đo sức căng bề mặt bằng cách xác định lực cần thiết để nhất một vòng dây

bạch kim ra khỏi bề mặt chất lỏng có sức căng bề mặt lớn hơn, nghĩa là hướng lên

từ mặt phân chia nước - dầu.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



Sức căng bề mặt của dầu nhờn ít có ý nghĩa so với việc dùng nó để kiểm tra

chất lượng của dầu. Tuy nhiên, phương pháp rất có ích trong việc đánh giá chất

lượng của dầu nhờn đã sử dụng. Thông qua sức căng bề mặt có thể dự đoán khả

năng bền oxy hóa của dầu nhờn.

1.1.4.14. Điểm đông đặc

Điểm đông đặc là nhiệt độ thấp nhất mà ở đó dầu bôi trơn được giữ tính

linh động ở điều kiện đã cho. Để xác định điểm đông đặc theo phương pháp ASTM-

D.97, trước tiên dầu được đun nóng để đảm bảo các cấu tử trong dầu tan hoàn toàn,

sau đó làm lạnh theo tốc độ quy định, cứ 3oC lại kiểm tra tính linh động của dầu

một lần. Nhiệt độ đông đặc của dầu được xác định bằng cách lấy nhiệt độ là tại đó

dầu không linh động nghĩa là khi ta nghiên bình đựng nó, rồi cộng thêm 3oC.

Hầu hết dầu nhờn đều chứa một số sáp không tan và khi làm lạnh dầu thì

những sáp này bắt đầu tách r a ở dạng tinh thể đang cài vào nhau tạo thành một cấu

trúc cứng, giữ dầu trong túi rất nhỏ của cấu trúc đó làm cho dầu mất tính linh động.

Để giảm nhiệt độ đông đặc của dầu thì người ta sử dụng phụ gia hạ nhiệt độ đông

đặc.

1.1.4.15. Hàm lượng clo

Hàm lượ ng clo là tất cả lượng clo có mặt trong mẫu. Khi tiến hành xác định

hàm lượng clo có mặt trong mẫu có thể đánh giá độ nhiễm bẩn của dầu nhờn thải

hoặc xác định lượng phụ gia của dầu nhờn. Nếu dầu nhờn có chứa các hợp chất halogen làm sai số khi xác định hàm

lượng clo. Có hai phương pháp xác định hàm lượng clo: phương phá p dùng bom

ASTM-D.808 xác định clo bằng trọng lượng chuẩn và phương pháp ASTM-D.1317

xác định clo bằng thể tích. Cả hai phương pháp này đều có thể áp dụng cho dầu

nhờn mới hay dầu nhờn đã sử dụng cũng như dùng cho các loại mỡ.

1.1.4.16. Sự pha tạp nhiên liệu

Việc lẫn nhiên liệu vào dầu nhờn động cơ làm cho độ nhớt của dầu nhờngiảm xuống, tăng khả năng mài mòn, làm giảm nhiệt độ chớp cháy làm giảm tỷ

tr ọng... Sự pha tạp chất quá mức của nhiên liệu vào dầu còn có thể do trục trặc trong

quá trình vận hành máy.

Người ta xác định lượng nhiên liệu xăng lẫn vào trong dầu nhờn động cơ

theo phương pháp chưng cất ASTM-D.322 hoặc phương pháp sắc ký ASTM-





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



D.3525. Và xác định hàm lượng nhiên liệu dầu điezel lẫn vào trong dầu nhờn động

cơ theo phương pháp ASTM-D.3524.

1.1.4.17. Cặn không tan

Cặn không tan trong dầu nhờn là các chất bẩn, mạt kim loại do bị mài mòn,

đất cát bụi, muội nhiên liệu và các sản phẩm oxy hóa. Các cặn muội có mặt trong

dầu nhờn động cơ làm tăng độ đặc của dầu và tạo ra các cặn bùn làm tắc các r ãnh

dầu, bầu lọc dẫn tới tình tr ạng nóng chảy bạc lót ổ đỡ, kẹt trục khuỷu . Cặn không

tan làm cho dầu mới giảm phẩm chất ngay khi vừa cho vào. Cặn bẩn lâu ngày sẽ

quánh lại và đóng rắn đến mức k hông thể dùng các phương pháp cơ học để làm

sạch được. Theo phương pháp ASTM-D.893 có hai cách xác định hàm lượng cặn

không tan là phương pháp ly tâm và phương pháp dùng chất đông tụ.

1.1.4.18. Chỉ số kết tủa

Lượng chất kết tủa hay cặn (tính bằng cm) được tách ra từ hỗn hợp theo thể

tích là 10% dầu và 90% naphtalen bằng cách quay li tâm ở những điều kiện nhất

định được gọi là chỉ số kết tủa.

Thông thường dầu mỏ được tinh chế tốt th ì không có tạp chất không tan

trong naphtalen còn loại dầu được tinh chế một phần hay dầu đen thường chứa các

hợp chất không tan trong naphtalen. Những hơp chất này làm giảm chất lượng của

dầu vì chúng kém bền nhiệt, kém bền oxy hóa.

Phương pháp ASTM-D.91 chỉ xác định tổng các chất rắn hay các chất khôngtan trong dầu để nhận biết thành phần cần phải tách rồi mới tiến hành phân tích.

1.1.4.19. Chỉ số xà phòng hóa

Chỉ số xà phòng hóa biểu thị hàm lượng kiềm tác dụng với 1g dầu khi đun

nóng theo một cách nhất định. Chỉ số xà phòng hóa cho biết lượng các chất béo có

trong dầu nhờn.

Các loại dầu khoáng có thể chứa các phụ gia, như các chất béo, có thể phản

ứng với kiềm để tạo thành các xà phòng kim loại. Dầu động cơ đã sử dụng có thểchứa các axit tự do, ete và chúng có thể chuyển thành xà phòng kim loại khi đun

nóng. Theo phương pháp ASTM-D.129 thì chỉ số xà phòng hóa được xác định là số

miligam KOH tiêu tốn cho 1g dầu trong điều kiện nhất định.

1.1.4.20. Độ bền oxy hóa

Độ bền oxy hóa của dầu nhờn là khả năng chống lại sự oxy hóa dầu khi dầu

tiếp xúc với không khí ở nhiệt độ cao, áp suất cao.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



Quá trình oxy hóa dầu nhờn làm sinh ra các sản phẩm có hại như là axit, cặn,

nhựa... làm tăng độ nhớt, tăng khả năng ăn mòn và làm giảm tuổi thọ của dầu. Vì

thế, khả năng chống oxy hóa cao là một yêu cầu quan trọng đối vớ i các loại dầu, đặc

biệt là tuabin, dầu biến thế vì chúng làm việc trong thời gian rất lâu mới thay dầu.

Hầu hết, các hợp phần của dầu nhờn đều tác dụng nhanh hay chậm với ox y

và quá trình oxy hóa chủ yếu là quá trình làm biến chất dầu động cơ và dầu máy

nén. Nếu dầu nhờn có độ bền oxy hóa thấp thì thường xuyên phải thay dầu nên chi

phí chạy máy tăng lên.

1.2. TÍNH NĂNG SỬ DỤNG VÀ PHÉP THỬ TÍNH NĂNG CỦA DẦU NHỜN

1.2.1. Tính năng sử dụng của dầu nhờn

Dầu nhờn dùng cho các trang máy móc thiết bị, động cơ hiện đại thì cần phải

có đầy đủ những tính năng sử dụng sau đây [13]:

-

Đảm bảo cho máy móc khi làm việc thì hư mòn r ất ít.

- Không cho các phụ tinh chế biến bằng kim loại màu và bằng hợp kim bị

ăn mòn.

- Không hình thành chất sơn và không sinh ra hiện tượng kết dính với

pittông.

- Bùn dầu thì có tính chất phải rất ít.

- Dầu nhờn ở trong hệ thống phải lưu động dễ dàng, tức là phải đảm bảo

điều kịên mở máy dễ dàng.- Trên các phụ tùng hình thành than tích r ất nhỏ.

Nếu sử dụng dầu nhờn, chỉ không thể bảo đảm được 1 trong những tính chất

nêu trên thì không thể gọi là dầu nhờn tốt được và khi sử dụng loại dầu như vậy thì

không thể mang lại hiệu quả kinh tế cao.

Để đáp ứng được nhu cầu bôi trơn của các loại dầu bôi trơn nói chung và

dầu nhờn nói riêng thì các loại dầu này không những cần phải có một phổ r ộng về

các thuộc tính vật lý, hóa học mà còn phải trải qua các phép thử tính năng. 1.2.2. Các phép thử tính năng của dầu nhờn

Mục đích của việc xác định tính năng của dầu nhờn là giúp cho các việc sản

xuất ra các sản phẩm đồng nhất với nhau, dựa vào các phép thử tính năng của dầu

nhờn thì phần nào cũng phản ánh được sự biến đổi của dầu trong quá tr ình sử dụng

và chỉ ra những nguyên nhân làm biến đổi đó. Việc xác định tính năng sử dụng của

dầu nhờn được thực hiện trong phòng thí nghiệm và áp dụng tại Mỹ từ năm 1958.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



Có các phương pháp thử tính năng của dầu nhờn như sau:

1.2.2.1. Các phép thử chống mài mòn

Một trong những chức năng chính của dầu nhờn là làm giảm độ mài mòn cơ

học của các bộ phận máy móc tiếp xúc cọ xát nhau. Sự mài mòn được định nghĩa là

sự mất dần vật liệu không mong muốn do một hay cả hai bề mặt không được bằng

của các chi tiết máy tạo nên khi chúng cọ xát vào nhau. Các điều kiện chạy máy

khác nhau, các loại vật liệu khác nhau, hình dáng bề mặt, cũng như các yếu tố môi

trường cũng ảnh hưởng đến độ mài mòn. Khả năng chống kẹt khi tải trọng tăng cao

của dầu nhờn chịu áp có liên quan chặt chẽ tới giảm sự mài mòn. Khả năng này có

liên quan đến sức chịu tải của dầu, nó ngăn cách các chi tiết máy cọ xát vào nhau,

nên giảm được sự mài mòn và tránh được hiện tượng kẹt máy. Mặt khác, sức chịu

tải có liên quan đến khả năng bôi trơn của các loại dầu nhờn và có thể coi là áp suất

hay tải trọng cực đại mà dầu có thể chịu đựng được trong những điều kiện đã cho

mà không làm hỏng các chi tiết máy.

Thuộc tính chống mài mòn của dầu nhờn thường được thử nghiệm bằng máy

4 bi (ASTM-D.41217 đặc tính chống mài mòn của các chất lỏng bôi trơn). Phương

pháp xác định này có thể xác định tính chống mài mòn của dầu nhờn trong tiếp xúc

trượt ở những điều kiện định trước.

Ngoài ra, còn có hai phương pháp khác xác định khả năng chịu áp đó là:

Thiết bị Timken dùng một vòng thép cứng quay chà xát lên một tấm thép phẳng (ASTM-D.2782 - phép đo tính chịu áp lực của các chất lỏng bôi trơn).

Thiết bị Falex dùng một trục thép quay chà vào hai khôi thép hình chữ V

(ASTM-D.3233 - phép đo tính chịu áp lực của các chất lỏng bôi trơn).

1.2.2.2. Độ ăn mòn tấm đồng

Dầu thô có chứa các hợp chất lưu huỳnh, phần lớn các hợp chất này đã được

loại ra trong quá tr ình sản xuất dầu nhờn gốc. Tuy nhiên, các hợp chất chứa lưu

huỳnh vẫn còn lại trong dầu nhờn gốc, chúng sẽ gây ăn mòn nhiều kim loại khácnhau và độ ăn mòn này không phải lúc nào cũng tỷ lệ với tổng hàm lượng lưu

huỳnh có trong dầu. Hiệu ứng ăn mòn có thể rất khác nhau tùy thuộc vào thành

phần hóa học của dầu nhờn, chúng có thể có là những hợp chất rất hoạt động và

cũng có thể là những hợp chất tương đối trơ.

Sự ăn mòn được định nghĩa như là một sự oxy hóa tr ên bề mặt kim loại gây

nên sự tổn thất kim loại hay sự tích tụ các cặn bẩn. Ổ tr ục làm bằng hợp kim đồng,





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



ống lót trục bằng đồng thau, các bộ phận chuyển động trục vít bằng đồng thau cần

phải dùng loại dầu nhờn không ăn mòn. Chính vì vậy, khi để xem một loại dầu nào

đó có thích hợp cho một thiết bị có những bộ phận kim loại dễ gây ăn m òn hay

không thì người ta tiến hành phép thử ăn mòn tấm đồng (ASTM-D.130). Phương

pháp này cho phép định lượng về mức độ ăn mòn của dầu lên tấm đồng tinh khiết.

Theo phương pháp này thì tấm đồng được đánh bóng và ngâm ngập trong mẫu dầu.

Ngườ i ta gia nhiệt đến một nhiệt độ nhất định và giữ trong một thời gian nhất định,

tùy thuộc vào loại dầu. Khi phép thử kết thúc, tấm đồng được lấy ra, rửa sạch và

đem so với bảng tiêu chuẩn ASTM về ăn mòn tấm đồng. Các điều kiện thử nghiệm

được lựa chọn thích hợp cho việc á p dụng.

1.2.2.3. Tính tạo nhũ

Trong r ất nhiều trường hợp các loại dầu bôi trơn khi làm việc thì có lẫn nước

vào và nếu lượng nước là không nhiều, không hoàn toàn tách ra thì chúng có thể

tạo nhũ tương. Đối với dầu nhờn, đặc biệt là dầu nhờn động cơ thì sự tạo nhũ là

điều có hại bởi vì khi phần nước xúc với các bộ phận bằng sắt của thiết bị thì sẽ làm

han gỉ các bộ phận này, đồng thời nhũ cũng làm oxy hóa và làm giảm khả năng bôi

trơn của dầu nhờn.

Do vậy, cần phải xác định tính năng tạo nhũ của dầu nhờn. Có các phương

pháp xác định như sau:

-

Phương pháp ASTM-D.1401.- Phương pháp ASTM-D.2741.

- Phương pháp ASTM-D.2711.

- Phương pháp IP 19/76.

1.2.2.4. Phép thử độ tạo bọt

Khuynh hướng tạo bọt của dầu là một vấn đề cần xem xét nghiêm túc đối

với các hệ thống bánh răng tốc độ cao, hệ thống bơm thể tích lớn, v à các hệ thống

bôi trơn. Bọt được hình thành do dầu bị khuấy trộn cơ học và không khí đã đi vàodòng chảy của dầu. Nếu dầu chỉ lẫn một ít các chất hoạt động bề mặt hay chống gỉ

đều dễ tạo bọt. Bọt có thể dẫn đến hỏng hóc các hệ thống cơ học. Ngoài việc làm

giảm sự bôi trơn của dầu thì khi hình thành bọt dầu sẽ gây chảy tr àn dầu ra ngoài

thành bình. Do đó hầu hết các loại dầu bôi trơn đều cho thêm các phụ gia chống tạo

bọt.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



Tiêu chuẩn ASTM-D.892 (đặc tính tạo bọt của dầu nhờn) đưa ra những đặc

trưng tạo bọt của dầu mới, tức là dầu chưa bị bẩn. Kết quả thu được sẽ là không

tương ứng nếu như dầu bị lẫn các chất khác như hơi nước ẩm, các cặn bẩn rất mịn

vì những chất này làm tăng khả tạo bọt. Nội dung chủ yếu của phép thử là thổi

không khí qua một mẫu dầu được giữ ở nhiệt độ thấp nhất định và trong một thời

gian nhất định và trong một thời gian nhất định. Người ta đo độ tạo bọt ngay sau khi

ngừng thổi không khí, lượng bọt được đo và số liệu thu được cho ta biết về độ tạo

bọt của dầu. Sau 10 phút thì lượng bọt xẹp bớt, người ta có thể đo thể tích tạo bọt

còn lại và xem như đó là trị số của tính bền bọt.

1.2.2.5. Độ bền oxy hóa

Oxy hóa là một dạng làm hỏng hóa học các sản phẩm dầu mỏ. Độ bền của

oxy hóa dầu nhờn là một đặc trưng quan trọng của dầu. Sự oxy hóa dầu nhờn phụ

thuộc vào nhiệt độ, vào lượng oxy chứa trong dầu và hiệu ứng xúc tác của những

kim loại.

Nếu biết điều kiện làm việc của dầu thì ba điều kiện tr ên có thể được điều

chỉnh để đưa ra phép thử gắn liền với thực tế sử dụng. Tuy nhiên, sự oxy hóa trong

khi sử dụng là một quá tr ình r ất chậm, một phép thử như vậy sẽ tốn nhiều thời gian.

Để rút ngắn thời gian thử nghiệm, nói chung người ta phải tăng nhiệt độ nhằm tăng

tốc quá tr ình oxy hóa.

Một trong những phương pháp thường được sử dụng nhất là ASTM-D.9473(đặc tính oxy hóa của các loại dầu khoáng có chứa các chất ức chế), phương pháp

này có thể áp dụng cho hầu hết các loại dầu bôi trơn, đặc biệt là các dầu bôi trơn có

phụ gia chống oxy hóa. Tuy nhiên, phương pháp này để xác định chủ yếu l à cho dầu

tuabin hơi. Bởi vậy, nó được nó được đặt biệt coi trọng trong việc xác định độ bền

oxy hóa của dầu bôi trơn có lẫn nước.

Một phương pháp khác (ASTM-D.2272- xác định độ bền oxy hóa của các

loại dầu tuabin bằng bơ m quay) là thử độ bền oxy hóa bằng bom quay, sử dụng bơ m có chứa oxy ở áp suất cao để đánh giá độ oxy hóa.

Phương pháp thử ASTM-D.2893 dùng để xác định độ bền oxy hóa của các

loại dầu bôi trơn chịu áp.

Phương pháp ASTM-D.4742 được dùng để đánh giá độ bền oxy hóa của các

loại dầu động cơ cho các động cơ xăng.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



Ngoài ra, còn một số phương pháp như IP 48/49 đưa ra phép đo mức độ

hỏng của dầu bằng cách đo dộ nhớt và hàm lượng cặn cacbon trước và sau khi oxy

hóa. Hai phương pháp khác là IP 328/89 và IP 307/89 chỉ dùng để đáng giá xác định

độ bền oxy hóa của các loại dầu khoáng cách điện mạch thẳng.

Những kết quả của phép đo độ bền oxy hóa là cơ sở để đánh giá tuổi thọ

tương đối của những chất bôi trơn cùng loại.

1.2.2.6. Độ bền nhiệt

Độ bền nhiệt là khả năng của một loại dầu nhờn hay của một loại phụ gia

chống lại sử phân hủy nhiệt khi để lâu ở nhiệt độ cao, sự phân hủy có thể dẫn đến

tăng độ axit, tăng độ nhớt và tăng độ cặn.

Tiêu chuẩn ASTM-D.2160 (độ bền nhiệt của các chất lỏng thủy lực) là phép

xác định độ bền nhiệt của các chất lỏng. Theo phương pháp này dầu được đặt vào

trong bình thủy tinh chân không kín, chịu nhiệt độ từ 260 - 516oC. Như vậy, các sản

phẩm phân hủy bị bay hơi được vẫn luôn tiếp xúc với chất lỏng trong suốt quá tr ình

thử nghiệm. Trong phép thử cải tiến thì mẫu dược cho vào bình thủy tinh sạch, được

hút chân không (để tránh quá tr ình oxy hóa) và đun nóng. Cần nhớ rằng phương

pháp thử này không đo nhiệt độ mà lại đo các phân đoạn bay hơi tạo thành, nó chỉ

cho ta biết phân đoạn chính xảy ra ở một nhiệt độ nhất định trong quá tr ình thử

nghiệm.

Sau quá trình thử nghiệm người ta xác định chỉ số trung hòa và độ nhớt của dầu.

Do mức độ phân hủy của dầu và sự tạo thành khí gây nên áp suất cao ở nhiệt

độ từ 260 - 315oC mà phương pháp thử này không thích hợp đối với các chất lỏng

có nước hay các chất lỏng sinh ra khí ở áp suất cao ở nhiệt độ đã dẫn ra ở tr ên.

Một lượng lớn các phép thử riêng cũng được dùng để đánh giá độ bền nhiệt

của các loại dầu bôi trơn chọn lọc. Thông thường chúng đốt nóng hay cho chảy tuần

hoàn trên bề mặt kim loại đốt nóng. Thường người ta hạn chế việc cho các tấm kimloại tiếp xúc với không khí, do vậy các tấm kim loại khác nhau đóng vai tr ò xúc tác

được ngâm vào trong mẫu dầu.

1.2.2.7. Chống gỉ

Phương pháp ASTM-D.665 (những đặc tính chống gỉ của chất ức chế khi có

mặt nước) được dùng r ộng r ãi để đánh giá khả năng chống gỉ cho các bộ phận bằng

sắt của các loại dầu khoáng có các chất ức chế, đặc biệt l à dầu tuabin hơi khi nước





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



và dầu bị trộn lẫn với nhau. Phương pháp này cũng được dùng cho các loại dầu

khác như dầu thủy lực và dầu bôi trơn tuần hoàn.

Trên đây là một vài phép thử điển hình các tính năng của dầu nhờn động cơ.

1.3. TÍNH CHẤT HÓA HỌC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM SẠCH DẦU

NHỜN GỐC

Để đạt được những chỉ tiêu chất lượng vừa nêu trên cũng như để đảm bảo

được tốt các tính năng sử dụng của dầu nhờn th ì tr ước hết phải lựa chọn nguyên liệu

có những thành phần hóa học như sau:

1.3.1. Thành phần hóa học của dầu nhờn

1.3.1.1. Các hợp chất hydrocacbon

Các hydrocacbon naphten và parafin

Các hydrocac bon này được gọi chung là nhóm hydrocacbon naphten-parafin

là thành phần chủ yếu có trong dầu nhờn gốc. Hàm lượng nhóm này tùy thuộc vào

bản chất của dầu mỏ và khoảng nhiệt độ sôi mà chúng chiếm từ 41-68 % trong

thành phần hóa học của dầu nhờn.

Trong thành phần hóa học của dầu nhờn, hàm lượng n-parafin và iso-parafin

có ít hơn so với các thành phần hydrocacbon khác ngay cả khi đi từ nguồn dầu mỏ

họ parafinic để chế biến dầu nhờn thì điều này vẫn đúng [5]. Các iso-parafin thì lại

có số lượng ít hơn cả n-parafin, chúng có cấu trúc mạch nhánh dài, ít nhánh phụ và

các nhánh hầu như là nhóm metyl [5, 10, 11].Các hợp chất n- parafin thường có khoảng 20 cacbon, những hợp chất n-

parafin có phân tử lượng lớn thường là những Parafin rắn (gọi là sáp), chúng làm

giảm độ linh động của dầu nhờn cho nên cần phải làm giảm tới mức tối thiểu.

Nhưng ngược lại, các iso-parafin lại là những cấu tử tốt cho dầu nhờn vì chúng có

độ nhớt thích hợp và tính nhớt nhiệt rất tốt.

Từ (bảng 1.2) cho ta thấy rằng, nếu mạch càng dài, nhánh phụ ở vị trí đầu

mạch và có nhánh thì chúng có tr ị số nhớt đặc biệt cao và là những cấu tử thích hợpcho dầu nhờn gốc có chất lượng cao.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



Bảng 1.2: Chỉ số độ nhớt của iso-parafin C21-24 [5, 1]

HydrocacbonSố nguyên tử cacbon

trong phân tử Chỉ số độ nhớt

2-metyl-eicozan 21 165

3-metyl- eicozan 21 146



2-metyl-tricozan 24 170

2, 2-dimetyl-docozan 24 163

2, 4- dimetyl-docozan 24 144

2, 4, 6-trimetyl-heiecozan 24 118

Thành phần hydrocacbon naphten trong nhóm hydrocacbon naphten - parafinnày có cấu trúc chủ yếu là các hợp chất vòng naphten, có k ết hợp các các nhánh

alkyl hoặc iso-alkyl và có nguyên tử cacbon trong phân tử có thể từ 20 - 40, hoặc có

khi lên đến 60, số vòng có thể từ 1 đến 5 vòng (cũng có loại dầu đã phát hiện có số

vòng đến 7 hoặc 9) [7]. Cấu trúc có thể ở 2 dạng: cấu trúc không ngưng tụ (phân tử

có thể chứa từ 1 - 6 vòng) và cấu trúc ngưng tụ (phân tử có thể chứa từ 2 - 4 vòng

ngưng tụ). Cấu trúc nhánh của các vòng naphten cũng rất đa dạng, chúng khác nhau

bởi số nhánh, chiều dài mạch, mức độ phân nhánh của mạch và vị trí phân nhánhcủa mạch trong vùng. Qua thực ngiệm ta thấy rằng :

- Phân đoạn nhớt nhẹ có chứa chủ yếu là các dãy đồng đẳng của

xyclohexan và cyclopentan.

- Phân đoạn nhớt trung bình chứa chủ yếu là các vòng naphten có các mạch

nhánh alkyl, iso-alkyl với số vòng từ 2-4 vòng.

- Phân đoạn nhớt nặng chứa các hợp chất vòng ngưng tụ với số vòng từ 2

đến 4 vòng.

Khi nghiên cứu sự phân bố loại hydrocacbon naphten và iso-parafin trong

phân đoạn dầu nhờn, đã loại thành phần n- parafin và hydrocacbon thơm của các loại

dầu mỏ thuộc họ trung gian, đã cho ta thấy naphten chiếm toàn phần lớn trong đó

nhiều nhất là loại 1, 2, 3, 4 và 5 vòng (bảng 1.3).







T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



hình thành trong quá trình chưng cất do phản ứng trùng ngưng, trùng hợp dưới tác

dụng của nhiệt độ. Tuy nhiên, đại bộ phận hợp chất thơm trong dầu nhờn là loại lai

hợp, lai hợp naphten và hydrocacbon thơm hay parafin [7].

Nhìn chung, các hydrocacbon naphten hay hydrocac bon thơm 1 vòng hoặc 2

vòng với mạch nhánh parafin dài khi có cùng nhiệt độ sôi thì độ nhớt của chúng

cũng xấp xỉ nhau. Khi tăng chiều dài mạch nhánh thì độ nhớt tăng lên rõ r ệt và chỉ

số độ nhớt cũng tốt, đặc biệt nhánh alkyl lại phân nhánh. Còn naphten và

hydrocacbon cacbon nhiều vòng hoặc dạng lai hợp naphten-hydrocacbon thơm

thường có độ nhớt rất cao song chỉ số độ nhớt lại rất thấp.

Như vậy, những hợp chất này không phải là những cấu tử cần thiết cho dầu

gốc để chế tạo dầu bôi trơn có chất lượng tốt, mặt khác trong quá tr ình làm việc thì

các hợp chất này có xu hướng tạo nhựa mạnh làm giảm nhanh chóng tính năng sử

dụng của dầu nhờn.

Hình 1.2: Thành phần của phân đoạn cất chân không.

Từ (hình 1.2) cho ta biết những thành phần nào có trong phần cất chân không

từ dầu thô là các cấu tử có lợi và những cấu tử có hại cần phải loại bỏ khi sản xuấtdầu nhờn.

Tóm lại, những hợp chất hydrocacbon có cấu trúc gồm naphten hay

hydrocacbon thơm một vòng có nhánh iso-parafin dài, các hợp chất iso-parafin là

những cấu tử tốt cho dầu nhờn vì chúng không chỉ có độ nhớt đảm bảo mà chúng

còn có chỉ số độ nhớt cao làm cho dầu nhờn có chất lượng tốt.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



Hydrocacbon rắn

Ngoài các hydrocacbon trên thì còn có nhóm hydrocacbon r ắn gồm dãy các

parafin có cấu trúc và phân tử khác nhau, các hydrocacbon naphten chứa từ 1 đến 3

vòng trong phân tử và có mạch nhánh dài có cấu trúc dạng thẳng hoặc iso, các

hydrocacbon thơm có số vòng và số mạch nhánh khác nhau. Các hydrocacbon rắn

được tách ra trong quá tr ình sản xuất dầu nhờn gốc cho nên hàm lượng của chúng

trong dầu nhờn là r ất ít. Có hai loại hydrocacbon rắn:

- Parafin là hổn hợp chủ yếu của các phân tử n-alkan với khối lượng khá

cao (lớn hơn 20 cacbon).

- Xerexin là hổn hợp chủ yếu của hydrocacbon naphten rắn có mạch nhánh

dạng thẳng hoặc dạng iso, trong đó iso là chủ yếu.

Tóm lại, thành phần cụ thể của hydrocacbon trong dầu nhờn như sau:

Bảng 1.4: Thành phần hydrocacbon trong dầu nhờn [10]

Hydrocacbon% thể tích trong

dầu nhờn

n-parafin 13.7

izo-Parafin 8.3

Naphten 1 vòng 18.4

Naphten 2 vòng 9.9

Naphten 3 vòng 16.5

Hydrocacbon thơm 1 vòng + naphten 10.5



Hydrocacbon thơm nhiều vòng ngưng tụ

với các chất Phi hydrocacbon 8.0

1.3.1.2. Các thành phần khác

Ngoài các hydrocacbon có mạt trong dầu nhờn thì còn có các thành phần như

là: nhựa, asphanten, hợp chất phi hydrocacbon .

Các hợp chất nhựa và asphanten

Các chất nhựa và asphanten là những cấu tử không mong muốn của dầu

nhờn. Sự có mặt của chất nhựa và asphanten làm nhuốm màu dầu rất mạnh, dẫn đến

dầu có màu tối. Trong quá tr ình sử dụng và bảo quản dầu nhờn, khi dầu có điều kiện







T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



cặn guđron làm nguyên liệu để sản xuất phân đoạn dầu nhờn cặn có độ nhớt cao.

Như vậy nguyên liệu chủ yếu để sản xuất dầu nhờn là cặn mazut và cặn gudron.

Các hợp chất có mặt trong nguyên liệu gồm các loại sau:

Parafin mạch thẳng và mạch nhánh.

Pydrocacbon naphten đơn vòng hay đa vòng có hoặc không chứa mạch

nhánh ankyl.

Hydrocacbon thơm đơn vòng hay đa vòng có hoặc không chứa mạch

nhánh ankyl.

Các hợp chất lai hợp mà chủ yếu là loại lai hợp giữa naphten và parafin,

giữa naphten và hydrocacbon thơm.

Các hợp chất dị nguyên tố chứa oxy, nitơ, lưu huỳnh.

1.3.3. Sơ đồ hệ thống sản xuất dầu nhờn chung

Để đáp ứng yêu cầu về thành phần của dầu nhờn gốc cần có, thì dầu nhờn

cần được phải sản xuất từ dầu thô qua các quá tr ình chưng cất, chiết bằng dung môi,

dùng dung môi tách sáp và xử lý tinh chế. Việc lựa chọn dầu nhờn gốc để pha chế

thành dầu nhờn thương phẩm phụ thuộc vào độ nhớt, mức độ tinh chế, độ ổn định

nhiệt và khả năng tương hợp của các chất khác (phụ gia) hoặc các vật liệu mà dầu

tiếp xúc trong quá tr ình sử dụng. Thông thường thì dầu nhờn gốc được pha từ dầu

chưng cất và phân đoạn thu được từ dầu chưng cất phần cặn.

Trong mục thành phần hóa học của dầu nhờn ta đã đề cập đến thành phần

mong muốn của dầu nhờn gốc. Chúng bao gồm cả iso-parafin và các phân tử có một

hoặc hai vòng gắn với mạch nhánh parafin. Các hợp chất khác như các hydrocacbon

có cấu trúc vòng naphten, vòng aromat hoặc các dị vòng là những thành phần không

mong muốn (vì chúng có tính nhớt nhiệt kém). Vì vậy mà cần phải tách những cấu

tử này ra trong quá trình lọc dầu.

Việc tách các thành phần không mong muốn trong quá tr ình sản xuất dầu

nhờn gốc nhờ các quá tr ình lọc dầu sẽ cho phép có thể sản xuất dầu gốc có chấtlượng cao, ngay cả với thành phần phân đoạn của dầu thô chưa thích hợp cho mục

đích này.

Sơ đồ công nghệ chung để sản xuất dầu nhờn gốc từ dầu mỏ thường, bao gồm

các công đoạn được chỉ ra ở (hình 1.1), có các quá trình chính như sau:

- Chưng cất chân không nguyên liệu.

- Chiết, tách, trích ly bằng dung môi.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



- Tách các hydrocacbon r ắn (sáp hay petrolactum).

- Làm sạch lần cuối bằng hydro hóa.

Quá trình tách asphanten bằng dung môi propan thường áp dụng để sản xuất

dầu nhờn có độ nhớt cao từ nguyên liệu cặn gudron cũng đượ c xếp vào quá trình

chiết, trích ly bằng dung môi.

Sơ đồ1.1: Các giai đoạn sản xuất dầu nhờn

1.3.3.1. Chưng cất chân không nguyên liệu cặn mazut

Để nhận các phân đoạn dầu cất, các quá tr ình đầu tiên nhằm sản xuất dầu

nhờn là quá trình chưng chân không mazut để nhận các phân đoạn dầu nhờn cất và

cặn gudron. Mục đích của quá tr ình là nhằm làm phân chia hoàn thiện các phânđoạn dầu nhờn có giới hạn sôi và tách triệt để các chất nhựa và asphanten ra khỏi

phần dầu nhờ n cất.

1.3.3.2. Quá trình trích ly chiết bằng dung môi

Khi tiến hành chưng cất, không thể nào loại ra hết được các cấu tử không

mong muốn. Chúng có trong dầu nhờn gốc sau một thời gian bảo quản hay sử dụng

thì bị biến đổi màu sắc, tăng độ nhớt, xuất hiện các hợp chất có tính axit không tan

Phầnchiết

Tách sáp

Làm sạch bằng hyđro

Dầu gốc

Dầu cất nhẹ Dầu cất trung Dầu cặn Dầu cất nặng

Nguyên liệu(phần cặn r ộng)

Dầu cất nhẹ Dầu cất trung Dầu cất nặng Cặn guđron

Chiết bằng dung môi Tách asphan bằng propan

Chưng cất chân không





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



trong dầu tạo thành cặn nhựa hoặc cặn bùn tan trong dầu nhờn. Vì vậy, cần dùng

dung môi để tách tiếp các cấu tử không mong muốn này.

Nguyên lý của quá tr ình tách bằng dung môi là dựa vào tính chất hòa tan

chọn lọc với dung môi được sử dụng. Khi tr ộn dung môi ở điều kiện thích hợp thì

các cấu tử sẽ bị phân thành hai nhóm: nhóm cấu tử hòa tan tốt trong dung môi tạo

thành pha riêng với tên gọi là pha chiết (extract), phần còn lại không hòa tan hoặc

hòa tan r ất ít vào trong dung môi gọi là raffinat. Sản phẩm có ích có thể nằm trong

pha chiết hoặc nằm trong pha chiết hay nằm trong pha r affinat. Nhưng trong thực tế

người ta quen gọi pha chứa sản phẩm là pha raffinat còn pha cần loại đi là pha

extract.

Dựa vào bản chất của dung môi mà ta chia thành dung môi có cực và dung

môi không có cực hay dung môi hỗn hợp. Nhưng dù cho loại nào thì dung môi được

chọn cũng phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Phải có tính hòa tan chọn lọc, tức là phải có khả năng phân tách chúng

thành hai nhóm cấu tử: nhóm có lợi và nhóm không có lợi cho dầu nhờn gốc. Tính

chất này còn gọi là độ chọn lọc của dung môi.

- Phải bền về mặt hóa học, không phản ứng với các cấu tử của nguyên

liệu không gây ăn mòn và dễ sử dụng.

- Có giá thành r ẻ và dễ kiếm.

-

Có nhiệt độ sôi khác xa với các cấu tử cần tách để dễ d àng thu hồi dungmôi, tiết kiệm được năng lượng.

Ba loại dung môi có cực thích hợp cho việc tách hydrocacbon thơm và cặn

nhựa ra khỏi dầu nhờn cất hiện đang được sử dụng phổ biến đó là: phenol, furfurol,

n-metylpirolydon. Còn để tách nhựa asphanten trong phân đoạn guđron người ta

dùng phổ biến là propan lỏng.

1.3.3.3. Quá trình tách sáp

Sáp dầu mỏ là hỗn hợp parafin mạch thẳng và các hydrocacbon khác có nhiệtđộ nóng chảy khá cao và hòa tan kém trong dầu ở nhiệt độ thấp. Vì thế, chúng

không được phép có mặt trong dầu nhờn thành phần, ngoại trừ khi hàm lượng thấp,

hoặc các loại dầu được sử dụng ở điều kiện không phải nhiệt độ thấp, ví dụ như

điều kiện nhiệt độ phòng, hoặc điều kiện khí hậu nhiệt đới. Tr ên thực tế, tr ừ một số

loại dầu gốc tách từ một số loại dầu thô có hàm lượng Parafin thấp, còn tất cả các





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



loại dầu bôi trơn đều phải trải qua tách parafin, nếu không chúng không có độ linh

động hợp lý ở nhiệt độ môi trường.

Tách sáp là một trong những khâu quan trọng nhất và khó khăn nhất trong

quá trình chế biến dầu nhờn gốc. Có hai qui tr ình hiện đang được sử dụng để tách

sáp, đó là:

Qui trình thứ nhất: Làm lạnh để kết tinh sáp và dùng dung môi để hòa tan

thành phần dầu đủ cho phép lọc nhanh để tách sáp khỏi dầu.

Qui trình thứ hai: Dùng cracking chọn lọc để bẻ gãy phân tử parafin tạo

thành những sản phẩm nhẹ. Phương pháp này còn được gọi là tách parafin

dùng xúc tác. Quá trình này còn được gọi là quá trình tách parafin xúc tác.

Tuy nhiên, quá trình tách sáp bằng xúc tác chưa được áp dụng rộng r ãi mà

còn ở giai đoạn nghiên cứu và thử nghiệm bán công nghiệp [13].

1.3.3.4. Làm sạch bằng axit sunfuric và đất sét

Tinh chế bằng axit là một trong những tinh chế cổ điển nhất trong công

nghiệp dầu mỏ. Nói một cách sơ lược thì quá trình này gồm giai đoạn khuấy tr ộn

dầu với axit sunfuric đặc, tách dầu khỏi cặn bùn axit bằng lắng gạn hoặc ly tâm và

cuối cùng tách các có tính axit tan trong dầu bằng cách dùng xút r ửa hoặc dùng một

loại đất sét thích hợp để xử lý.

Việc xử lý axit trong thời gian dài là quá trình tinh chế dầu khoáng quan

tr ọng nhất. Tuy nhiên trong quá trình này có một số nhược điểm do vậy mà nó dầnđược thay thế bằng các quá tr ình xử lý hydro.

1.3.3.5. Quá trình tách asphalt bằng propan

Thông thường, để sản xuất dầu nhờn gốc có thể đưa thẳng các phân đoạn dầu

cất nhẹ sang thiết bị chiết tách bằng dung môi, nhưng các phân đoạn dầu cặn ở tháp

chưng cất chân không thì lại đòi hỏi phải tách asphalt để tách các hợp chất nhựa,

atphan và một số hydrocacbon thơm đa vòng. Nhờ quá tr ình này mà dầu thu được

có độ nhớt thấp và giảm xu hướng tạo dạng cặn, dạng cốc. Bình thường có thể dùngdung môi là propan cho quá trình tách asphalt nhưng cũng có thể dùng etan hay

butan.

1.3.3.6. Làm sạch bằng hydro

Cần phải có khâu xử lý hydro cuối cùng này là do quá trình làm sạch bằng

dầu gốc bằng axit và đất sét có nhiều yếu điểm. Quá tr ình đó rất tốn kém, mức độ

tiêu tốn hóa chất cao và mức độ tiêu tốn chân tay khá lớn. Quá tr ình tinh chế sản





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



phẩm dầu đã tách parafin là cần thiết để loại bỏ các hợp chất hoạt động về mặt hó a

học có ảnh hưởng đến độ màu của dầu gốc.

Ở điểm này cần phải nhấn mạnh rằng việc xử lý cặn axit và đất sét là một

vấn đề rất phức tạp. Các hợp chất chứa nitơ ảnh hưởng đến màu sắc và độ bền màu

của dầu gốc và loại bỏ chúng là yêu cầu chính của quá tr ình tinh chế cuối cùng này.

Sau khi qua các bước xử lý tinh chế thì ta thu được dầu nhờn gốc, tiếp theo ta

tiến hành pha phụ gia vào dầu nhờn gốc ta có đước dầu nhờn thương phẩm.

1.3.4. Phụ gia và pha chế phụ gia cho dầu nhờn

1.3.4.1. Giới thiệu chung

Phụ gia là những hợp chất hữu cơ, cơ kim và vô cơ, thậm chí là các nguyên

tố được thêm vào dầu bôi trơn như dầu mỡ nhờn, chất lỏng chuyên dụng để nâng

cao các tính chất riêng cho các sản phẩm cuối cùng. Thường mỗi loại phụ gia được

dùng ở nồng độ từ 0,01 đến 5%. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, một phụ gia có

thể được đưa vào ở nồng độ dao động từ vài phần triệu đến tr ên 10% [7, 17].

Phần lớn thì gần như các loại dầu nhờn đều cần nhiều loại phụ gia để thoả

mãn các yêu cầu sử dụng. Trong một số trường hợp các phụ gia riêng biệt được pha

thẳng vào dầu gốc. Một số trường hợp khác, hỗn hợp các loại phụ gia được pha trộn

thành phụ gia đóng gói, sau đó mới pha vào dầu nhờn.

Ngày nay, hầu như các chủng loại dầu bôi trơn và chất lỏng bôi trơn đều

chứa ít nhất là một loại phụ gia, một số loại dầu như dầu động cơ, dầu bánh răng…,có chứa nhiều loại phụ gia khác nhau [17].

1.3.4.2. Các chủng loại phụ gia [7]

Phụ gia chủ yếu được sử dụng nhằm cải thiện hay tạo ra những tính chất cần

thiết của dầu nhờn mà gốc không có được. Một phụ gia có thể đảm nhiệm một hoặc

nhiều chức năng khác nhau. Sau đây là một vài chức năng quan trọng của phụ gia:

- Làm tăng độ bền oxy hoá.

-

Chống ăn mòn.-

Chống gỉ.

- Chống tạo cặn bám và cặn bùn.

- Giữ các chất trong dầu ở dạng huyền phù.

- Tăng chỉ số độ nhớt.

- Giảm nhiệt độ đông đặc.

- Chống tạo bọt.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



- Tăng khả năng làm kín.

- Làm giảm ma sát.

-

Chống trầy xước bề mặt.

- Ngăn chặn sự phát triển vi sinh.

- Tăng khả năng bám dính của dầu.

-

Làm giảm và ngăn chặn sự mài mòn.

- Ngăn chặn hiệu ứng xúc tác của kim loại trong quá tr ình oxy hoá và

ăn mòn.

Phụ gia ức chế quá tr ình oxy hoá

Phụ gia này nhằm mục đích làm chậm quá tr ình oxy hóa của dầu (tăng độ

bền oxy hoá), khắc phục hiện tượng cháy vòng găng, giảm bớt hiện tượng ăn mòn

chi tiết tạo cặn. Có hai nhóm phụ gia chống oxy hoá:

-

Phụ gia k ìm hãm 1 quá trình oxy hoá dầu ở một lớp dày ngay trong khối

dầu, nhóm này quan tr ọng nhất là các chất ức chế oxy hóa, đó là các chất có

chứa nhóm phenol hay amin, có thể chứa hai nhóm đồng thời như các phenol

có chứa nitơ hoặc lưu huỳnh, các kẽm di-ankyl và di-thiophotphat, các hợp

chất của photpho, lưu huỳnh..., các chất ức chế này có nồng độ thấp (khoảng

0,005 - 0,5%).

- Phụ gia k ìm hãm quá trình oxy dầu ở lớp mỏng tr ên bề mặt kim loại, đó

là các chất thơm nhiệt, được pha với tỷ lệ 0,5 - 3%, chúng làm chậm quátrình oxy hoá dầu ở lớp mỏng tr ên chi tiết động cơ ở nhiệt độ tương đối cao

(200 - 300oC), ngoài ra, có tác dụng bảo vệ, chống gỉ cho ổ đỡ. Các chất

thơm nhiệt được dùng là các chất hữu cơ chứa photpho, lưu huỳnh, kẽm.

Các loại chất thơm nhiệt dường như là các chất thơm quan trọng nhất vì khi

động cơ ngừng làm việc là lúc dầu ngừng tuần hoàn và khi đó chất thơm tẩy rửa

cũng ngừng hoạt động thì khi đó chất thơm nhiệt lại ngược lại, sẽ hoạt động mạnh

hơn, nó không cho các lớp dầu mỏng tr ên các chi tiết chưa nguội có khả năng biếnthành sạn.

Phụ gia tẩy rửa

Với nồng độ 2 - 10%, các chất tẩy rửa có thể ngăn cản, loại trừ các cặn

không tan trong dầu, cặn sạn, cacbon và các hợp chất chì trên các bộ phận của động

cơ đốt trong. Chúng tác dụng bằng cách hấp thụ lên các hạt không tan, giữ chúng lại

trong dầu nhằm giảm tối thiểu cặn lắng và giữ sạch các chi tiết động cơ.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



Tác nhân quan tr ọng nhất có tính tẩy rửa là các phụ gia có chứa kim loại,

chúng bao gồm: sunphonat, phenolat và salixilat của canxi hoặc magiê được sử

dụng như các chất chứa kim loại.

Phụ gia tăng chỉ số độ nhớt

Phụ gia được sử dụng làm tăng chỉ số độ nhớt là các polyme tan được trong

dầu, nghĩa là chúng làm cho tốc độ thay đổi độ nhớt của dầu theo nhiệt độ giảm đi

(tăng chỉ số độ nhớt) cũng như là để tạo ra các loại dầu mùa đông. Các phụ gia này

chia làm hai nhóm: dạng hydrocacbon và dạng ete.

- Dạng hydrocacbon có các loại: polyisobutylen, copolyme etylen-

propylen, copolyme styren - butadien dehydro hoá, copolyme styren -

isopren.

-

Dạng este gồm: Polymetacrylat, polyacrylat và các copolyme của este

styrenmaleic.

Tuy nhiên, các chất cải thiện chỉ số độ nhớt hiện nay là các polyme của

etylen- propylene và polyizobutylen.

Phụ gia phân tán

Phụ gia này được sử dụng để ngăn ngừa, làm chậm quá trình tạo cặn và lắng

đọng trong điều kiện hoạt động ở nhiệt độ thấp. Các phụ gia phân tán quan trọng

nhất bao gồm:

-

Ankenyl-poly-amin-suxinimit.- Ankyl-hydroxybenzyl-polyamin.

- Este-polyhydroxy-suxinic.

- Poly-aminamit-imidazonlin.

- Polyamin suxinic.

-

Ete photpholat.

Như vậy các chất phân tán được sử dụng đều có chứa các nhóm chức như

amin, imit, amit..., hoặc các nhóm hydroxy-ete nên các polyme như polymetacrylatcũng cho khả năng phân tán. Mặt khác, do chúng có tính nhớt nhiệt nên chúng được

sử dụng như là các phụ gia phân tán nhiều tác dụng.

Phụ gia ức chế ăn mòn

Là phụ gia có chức năng làm giảm tối thiểu việc tạo thành các peoxit hữu cơ,

axit và các thành phần oxy hoá khác làm xuống cấp dầu động cơ, bảo vệ ổ đỡ và

bảo vệ các bề mặt khỏi ăn mòn.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



Chất ức chế rỉ

Nếu động cơ làm việc không có thời gian ngừng lâu th ì dầu nhờn làm chức

năng chống rỉ tương đối tốt vì khi động cơ ngừng trong thời gian ngắn thì dầu nhờn

chưa kị p chảy hết các chi tiết. Nếu động cơ ngừng lâu hoặc bảo quản lâu th ì thành

xylanh, cổ trục khuỷu thì các chi tiết đánh bóng hoặc mài sẽ bị rỉ. Rỉ là sự hình

thành sắt hydroxit Fe(OH)2, là một dạng đặc biệt quan trọng của ăn mòn bề mặt.

Có nhiều hợp chất được dùng để ức chế rỉ như: các axit béo, các amin hữu

cơ, các xà phòng kim loại của axit béo... thường pha vào dầu với tỷ lệ 0,1 - 1%.

Ngoài các chất phụ gia vừa nêu trên thì còn có r ất nhiều các loại phụ gia

khác như là phụ gia chống mài mòn, phụ gia biến tính, giảm ma sát, phụ gia hạ

điểm đông đặc, phụ gia ức chế tạo bọt...

Phụ gia cho dầu bôi trơn là một hợp phần công nghệ chất bôi trơn hiện đại,

đặc biệt là dầu nhờn động cơ. Vấn đề pha chế dầu động cơ là một công việc khó

khăn, phức tạp tốn kém, đòi hỏi nhiều ngành k ỹ thuật tham gia, nó cũng là sức

mạnh cạnh tranh của các công ty dầu nhờn. Vậy thì tỷ lệ phụ gia pha như thế nào

với dầu gốc sẽ tạo ra dầu thành phẩm chất lượng cao, không những làm giảm những

mặt hạn chế của dầu gốc, nâng cao phẩm cấp đối với các chất đã có sẵn của dầu và

tạo cho dầu những tính chất mới cần thiết. Trong thực tế, một vài loại dầu động cơ

có thể chứa hơn 20% phụ gia các loại.

Dưới đây sẽ cho ta thấy thành phần pha chế tổng quát động cơ SAE 30 hoặcSAE 40.

Bảng 1.5: Tỷ lệ, thành phần của dầu gốc và các loại phụ gia

trong dầu nhờn thương phẩm.

Thành phần dầu nhờn thương phẩm % trọng lượng

Dầu gốc 71,5 – 96,2

Chất tẩy rửa 2 – 10

Chất phân tán không tro 1 – 9K ẽm di-ankyl di-thiophotphat 0,5 – 3

Phụ gia chống oxy hoá và chống mài mòn 0,1 – 2

Chất biến tính ma sát 0,1 – 3

Chất hạ điểm đông đặc 0,1 – 1,5

Chất ức chế tạo bọt 2 – 15 ppm





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



1.4. LÝ THUYẾT VỀ DẦU NHỜN THẢI VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁI SINH

1.4.1. Giới thiệu chung về tái sinh dầu nhờn

Qua một thời gian sử dụng dầu nhờn nhất định, dầu nhờn bị oxy hóa và có

nước thâm nhập vào làm cho tính chất lý hóa học của dầu nhờn bị thay đổi như sau

[17]:

-

Trong dầu nhờn có ít dầu nhẹ, do qua một thời gian sử dụng nhất định thì

thành phần nhẹ bị bay hơi hết, dầu nhờn sẽ đặc lại và cũng có thể do nhiên

liệu của động cơ chưa đốt cháy hết có lẫn vào làm cho dầu nhờn bị loãng ra.

- Dầu nhờn bị không khí tác dụng vào và các bộ phận bằng kim loại trong

máy bị oxy hóa làm cho tr ị số axit trong dầu nhờn tăng lên.

- Khi chạy máy cặn bẩn lẫn vào làm cho dầu nhờn có nhiều tạp chất.

Do những nguyên nhân vừa nêu, ta nhận thấy đặc tính của dầu nhờn bị thay

đổi và không thích hợp với yêu cầu sử dụng được nữa. Và nếu qua một thời gian sử

dụng nhất định mà không thay dầu nhờn thì sẽ làm cho máy móc hư hỏng nhanh

chóng. Nhưng nếu dầu nhờn thải tháo ra mà bỏ đi thì có những tác hại như sau:

- Gây ô nhiễm môi trường.

- Lãng phí r ất lớn, nhất là với một nước đang phát triển như nước ta. Bởi

vì, nếu việc thu hồi dầu nhờn sau khi đã sử dụng được thực hiện tốt, có biện

pháp và có qui định khuyến khích thực hiện... thì có thể tái sử dụng dầu nhờn

này đến 50% [17]. Như vậy, nhất thiết là phải có việc thu hồi và tái sinh dầu nhờn thải để tiết

kiệm được đáng kể nguồn nguyên liệu sản xuất dầu nhờn cũng như tiết kiệm cho

nền kinh tế quốc dân, đây là điều rất cần thiết cho nước ta (v ì hiện nay chúng ta vẫn

còn nhập dầu nhờn gốc và các phụ gia pha chế từ nước ngoài về rồi sau đó tự pha

chế thành dầu nhờn thương phẩm). Nếu chúng ta bỏ đi nguồn dầu nhờn thải r ồi mua

dầu nhờn gốc và các phụ gia trong khi dầu nhờn thải có thể tái sử dụng thì đó là

một việc làm không mang lại lợi ích kinh tế. Mặc khác, sự cần thiết phải thu hồi dầunhờn thải và tái sinh chúng còn có liên quan tới hai mục tiêu chính của xã hội hiện

nay, đó là [17]:

- Giữ gìn tài nguyên thiên nhiên.

- Cải thiện môi trường.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



1.4.2. Nguyên nhân làm thay đổi tính chất của dầu nhờn

Các yêu cầu cơ bản đặt ra với tính chất sử dụng của dầu: dầu khoáng cần

phải có tính chất bôi trơn tốt, đảm bảo được bôi trơn lỏng hoàn toàn và độ bền đáng

tin cậy của màng dầu trong mọi ổ ma sát của các cơ cấu máy trong dải vận tốc, nhiệt

độ, cũng như tải trọng lớn. Sự bảo toàn màng dầu tr ên bề mặt là cần thiết để khắc

phục tình tr ạng ma sát bán khô gây mài mòn và phá hủy chi tiết máy. Dầu nhờn

cũng phải bền về mặt hóa học để chống lại sự oxy hóa bởi oxy trong không khí,

trong các điều kiện nhiệt độ cao cũng như không thay đổi tính chất của m ình trong

quá trình vận chuyển và bảo quản.

Một loại dầu nhờn không ổn định sẽ chịu một sự ox y hóa r ất nhanh và tạo ra

các cặn rắn. Những cặn này là nguyên nhân gây ra sự bẩn máy móc, làm cháy cũng

như làm gãy các séc-măng trong động cơ... Trong quá tr ình oxy hóa, dầu sẽ xuất

hiện các hợp chất axit có tính ăn mòn, chúng sẽ rút ngắn thời gian làm việc của dầu

cũng như thời gian làm việc của thiết bị. Dầu không chỉ cần bền về mặt ox y hóa bởi

oxy không khí mà còn phải đảm bảo là không phải bị biến đổi trong quá tr ình hoạt

động dưới áp suất, độ ẩm, nhiệt độ cao. V ì vậy, độ bền hóa học của dầu được xác

định bởi các chỉ tiêu như tính bền oxy hóa, độ cốc hóa, chỉ số axit, chỉ số xà

phòng... Trong quá trình làm việc của các máy móc, thiết bị thì dầu nhờn sẽ tiếp xúc

với các kim loại, chịu tác động của không khí, nhiệt độ xung quanh, áp suất, các

trường điện từ, ánh sáng tự nhiên và một loạt các yếu tố khác. Dưới ảnh hưởng củacác yếu tố này, cùng với thời gian làm biến đổi tính chất của dầu. Đó là sự phân

hủy, sự oxy hóa, polyme hóa, ngưng tụ các hydrocacbon, sự cháy không hoàn toàn,

sự pha loãng của dầu nhiên liệu, sự nhiễm bẩn từ các chất bên ngoài và sự lẫn nước.

Do vậy mà quá trình này mà trong dầu nhờn có tích lũy các chất nhựa, asphanten,

cốc, bồ hóng, các muối khác nhau, các axit cũng như các mạt kim loại, các hạt

khoáng, các chất có dạng sợi, nướ c. Tất cả các chất này làm thay đổi tính chất lý

hóa của dầu và được gọi chung là quá trình lão hóa của dầu nhờn. 1.4.2.1. Sự oxy hóa

Khi làm việc trong các động cơ, máy móc và các thiết bị khác, khi bảo quản

trong kho cũng như khi vận chuyển dầu đều tiếp xúc với oxy của không khí. Sự tiếp

xúc này là nguyên nhân chủ yếu gây nên sự biến đổi về mặt hóa học của dầu, đó gọi

là quá trình oxy hóa.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



Trong quá trình oxy hóa, các tính chất lý hóa học của dầu sẽ bị thay đổi.

Theo qui luật, sự thay đổi này dẫn đến sự giảm sút các chỉ tiêu chất lượng của dầu

nhờn. Nếu sự oxy hóa xảy ra ở mức độ đủ sâu thì có thể phải loại bỏ dầu nhờn khỏi

hệ thống bôi trơn của máy móc và thay dầu nhờn mới.

Khả năng chống lại quá tr ình oxy hóa như tốc độ oxy hóa, mức độ oxy hóa

cũng như đặc trưng của các sản phẩm tạo thành, phụ thuộc vào bản chất của dầu,

nhiệt độ, áp suất không khí, vào bề mặt tiếp xúc của dầu với không khí, vào sự có

mặt của các tạp chất có khả năng xúc tác hoặc ức chế đối với quá tr ình oxy hóa và

vào thời gian làm việc của dầu nhờn.

Người ta đã xác định được rằng, trong tất cả các hydrocacbon có mặt trong

dầu nhờn thì họ hydrocacbon có độ bền oxy hóa cao nhất là các hợp chất

hydrocacbon thơm, sau đó đến hydrocacbon naphten và các hydrocacbon dễ bị oxy

hóa nhất ở nhiệt độ cao là các hydrocacbon parafin. Trong quá trình làm sạch dầu

nhờn, chỉ còn lại một lượng rất nhỏ các hợp chất nhựa và chúng lại là những chất

chống oxy hóa tự nhiên trong dầu.

Quá trình oxy hóa các chất nhựa trong dầu cho ta các sản phẩm không tan

mà tụ lại ở dạng asphanten và cacben. Ở giải nhiệt độ 20 - 30oC thì quá trình oxy

hóa trong dầu xảy ra rất chậm. Cùng với sự tăng nhiệt độ, tốc độ oxy hóa cũng sẽ

tăng lên đáng kể. Ở nhiệt độ 270 - 300oC và cao hơn thì đồng thời với sự bùng nổ

của oxy hóa còn có sự phân hủy nhiệt của các hydrocacbon tạo thành CO2, nước vàcác hợp chất chứa cacbon khác. Sự tăng áp suất của oxy cũng thúc đẩy quá tr ình

oxy hóa. Sự oxy hóa dầu nhờn trong lớp màng mỏng ở môi trưòng khí tr ơ như trong

nitơ xảy ra chậm hơn so với trong môi trường oxy. Diện tích tiếp xúc của dầu với

không khí càng lớn thì càng tạo điều kiện cho oxy khuếch tán vào trong dầu và làm

tăng khả năng phản ứng polyme hóa dưới tác động của oxy tạo ra các sản phẩm

nhựa và asphanten.

Bằng rất nhiều sự quan sát và nghiên cứu người ta đã xác định được rằngmột số kim loại và muối của nó có tác dụng xúc tác đối với quá tr ình oxy hóa dầu.

Các kim loại có vai tr ò xúc tác mạnh nhất là Fe, Cu, Ni, Pb, Mn và Zn. Các kim loại

như Al, Sn không thúc đẩy quá tr ình oxy hóa còn muối của nó thì laị có tác động

kìm hãm quá trình này. Các muối kim loại tạo thành trong quá trình làm việc của

dầu nhờn như muối của axit naphtenic có tác động thúc đẩy sự oxy hóa dầu. Nước





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



cũng có tác dụng thúc đẩy sự oxy hóa vì chúng có khả năng làm tăng hoạt tính cho

các xúc tác nói trên.

Trong giai đoạn đầu tiên thì quá trình oxy hóa xảy ra chậm sau đó cường độ

tăng dần đến một điểm cực đại rồi chậm dần đến lúc không đổi (bằng 0). Trong quá

trình làm việc của dầu nhờn trong động cơ, đồng thời với quá tr ình phân hủy và tạo

ra các sản phẩm oxy hóa đầu tiên như các axit hữu cơ, phenol, rượu, andehyt, các

chất nhựa... còn nảy sinh các quá trình bậc 2 mà người ta gọi là quá trình thứ cấp

chẳng hạn như là quá tr ình polime hóa và ngưng tụ. Sản phẩm của quá tr ình oxi hóa

dầu nhờn sẽ có từ 8 -18% các hợp chất có tính axit, 39 - 57% các chất nhựa, 4 -11%

các hợp chất khác. Quá tr ình oxi hóa và polime hóa có sự oxy hóa sẽ diễn ra theo 2

hướng như sau:

-

Từ các hydrocacbon tạo thành các hydroperoxit sau đó đến các axit chứa

oxy, các extronit, r ồi tạo ra các axit asphantogen. Hướng này tạo thành các sản

phẩm có tính axit.

- Từ hydrocacbon tạo thành hydroperoxit r ồi tạo thành các chất nhựa, các

asphanten, cacben, và cuối cùng là các hợp chất cacboit. Hướng này tạo thành các

sản phẩm có tính trung tính.

Sản phẩm của quá tr ình oxy hóa sâu và ngưng tụ là các axit chứa oxy, axit

asphantogen, các asphanten, các cacben, các hợp chất cacboic. Các chất này, khác

với nhựa và axit, nó không tan trong dầu. Chúng tạo hệ keo hoặc ngưng tụ thànhcặn trong dầu. Dầu trong quá tr ình chịu tác động lâu dài của áng sáng, cùng với sự

xâm nhập của không khí sẽ làm sẫm màu dầu, do lúc này trong dầu tạo ra các chất

nhựa và các chất khác. Trong tối hoặc ngoài ánh sáng phân tán, quá trình oxy hóa

xảy ra với tốc độ chậm hơn khá nhiều.

Một thông số tiêu biểu nhất xem dầu còn có thể sử dụng được hay không là

chỉ số axit, trong đó không chỉ chú ý đến hàm lượng axit mà còn chú ý đến các dạng

axit tạo thành. Các axit có phân tử lượng nhỏ có khả năng ăn mòn r ất lớn nhưng chỉkhi dầu có lẫn một hàm lượng nước nào đó. Trong các dầu không lẫn nước người ta

thấy rằng các axit k ể cả các axit có phân tử lượng nhỏ cũng không gây ra một sự ăn

mòn đáng kể nào. Các sản phẩm keo dính của các quá tr ình oxy hóa tạo thành có thể

k ết tụ trên đường ống dẫn dầu tr ên các van của động cơ, ngăn ngừa sự luân chuyển

cũng như sự bôi trơn của dầu và có thể là nguyên nhân gây hư hỏng máy móc. Như

vậy, xu hướng của dầu đối với việc tạo thành các chất keo tụ ở nhiệt độ thấp như





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



các asphanten, cacben, cacboic cũng như các xà phòng chứa đồng, sắt của các axit

naphtenic và các axit khác có ý ngh ĩa nhỏ hơn việc làm tăng trị số axit của dầu.

Việc tăng khả năng chống oxy hóa của dầu trong giải nhiệt độ trung bình có thể đạt

đuợc nhờ các phụ gia chống oxy hóa.

1.4.2.2. Sự nhiễm bẩn bởi các tạp chất

Các mạt kim loại có lẫn trong dầu do sự mài mòn của các bề mặt kim loại

của các chi tiết. Các tạp chất như là bụi, cát trong không khí rơi vào dầu trong quá

trình sử dụng và tích lũy lại trong dầu. Các tạp chất này gây ra sự mài mòn lớn cho

các bề mặt của chi tiết trong quá tr ình làm việc. Đối với các máy móc, thiết bị làm

việc trong môi trường nhiều bụi thì hàm lượng tạp chất này r ất lớn, thậm chí đến vài

phần trăm.

Trong quá trình làm việc của dầu thì dầu còn bị nhiễm nước, nguyên nhân là

do nước có từ không khí xung quanh, từ các sản phẩm cháy của nhi ên liệu, và do cả

sự không kín của hệ thống làm mát động cơ. Nước nằm trong dầu ở dạng hòa tan

hoặc dạng nhũ tương, tùy thuộc vào từng điều kiện cụ thể mà nó có thể chuyển từ

dạng này sang dạng khác.

Tóm lại, trong quá tr ình dầu làm việc thì dầu luôn luôn bị nhiễm bẩn bởi các

tạp chất cơ học và nước.

1.4.2.3. Sự làm loãng bởi nhiên liệu

Đối với các động cơ đốt trong, dầu nhờn không chỉ có vai tr ò bôi tr ơn, tảnnhiệt mà chúng còn có tác dụng làm kín, khít các khe hở không cho các khí cháy từ

xylanh lọt xuống cacte bằng một lớ p màng dầu mỏng ở thành xylanh. Khi nhiên liệu

được đưa vào xylanh của động cơ thì chúng được tạo thành hạt gồm không khí, hơi

và các giọt dạng sương mù của nhiên liệu. Các hạt nhiên liệu này có thể đọng ở tr ên

thành xylanh và có thể trộn lẫn với dầu nhờn. Ngoài ra, trong giai đoạn đầu của quá

trình làm việc, đặc biệt là khi động cơ khởi động, hơi nhiên liệu có thể ngưng tụ lại

trong bề mặt của xylanh và sẽ chảy xuống pha loãng dầu. Thông thường, dầu nhờn hàng không đã sử dụng thì lượng nhiên liệu có thể

bị lẫn vào là khoảng từ 2 - 3%, còn trong dầu ô tô đã sử dụng thì chứa khoảng 3 -

7%. Như vậy, loại nhiên liệu sử dụng có thành phần cất càng nặng, tức là nhiệt độ

sôi càng cao, thì nó càng bay hơi chậm hơn, ngưng tụ dễ dàng hơn và sự pha loãng

dầu càng mạnh hơn.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



Sự lẫn nhiên liệu vào trong dầu nhờn dẫn đến việc làm giảm nhiệt độ bắt

cháy và độ nhớt của dầu nhờn.

1.4.2.4. Sự phân hủy bởi nhiệt

Khi dầu tiếp xúc với các phân tử nhiệt độ cao của máy móc thì xảy ra sự

phân hủy nhiệt, cracking. Kết quả của quá trình này là tạo ra các sản phẩm nhẹ dễ

bay hơi cùng với các cấu tử nặng. Ngoài ra, dầu còn chịu sự đốt nóng cục bộ khá

lớn. Xu hướng dầu khoáng đối với sự phân hủy nhiệt phụ thuộc trước hết là vào

thành phần hydrocacbon trong nó. Các hydrocacbon trong dầu mà có cấu trúc càng

phức tạp, mạch càng dài thì nó càng dễ dàng bị phân hủy dưới tác dụng của nhiệt độ

cao.

Tốc độ phân hủy của các hydrocacbon tăng lên cùng với sự tăng nhiệt độ và

trong một khoảng nhiệt độ xác định nào đó (ví dụ 400 - 450oC) thì tốc độ phân hủy

của dầu tăng theo định luật Vanhoff. Theo qui luật này khi nhiệt độ tăng lên 10oC

thì tốc độ phân hủy sẽ tăng lên khoảng 2 lần. Một số các kim loại như Cu, Zn làm

giảm một cách đáng kể nhiệt độ phân hủy của hydrocacbon bởi v ì nó thể hiện vai

trò xúc tác trong quá trình này.

1.4.3. Bản chất của quá tr ình tái sinh dầu nhờn thải

Như đã nói, nếu thải dầu phế thải ra ngoài môi trường thì gây ô nhiễm môi

trường rất nặng. Bởi vì, nó chứa rất nhiều chất bẩn độc hại như: nước, nhiên liệu

chưa cháy hết và các sản phẩm oxy hóa dầu, cát, bụi, tạp chất cơ học, các hạt kimloại bị bào mòn của các chi tiết máy rơi vào trong quá tr ình làm việc. Tất cả chúng

lơ lửng trong dầu và làm tính chất lý hóa học của dầu thay đổi.

Tiến hành tái sinh dầu nhờn thực chất là quá trình tách loại bỏ hết những chất

bẩn ra khỏi dầu nhờn thải, phục hồi lại những tính chất ban đầu của dầu nhờn gốc.

Có r ất nhiều phương pháp để tiền hành tái sinh dầu nhờn thải như là: phương pháp

vật lý, phương pháp hóa học, phương pháp lý hóa.

1.4.4. Các phương pháp tái sinh dầu nhờn thải 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:





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



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 tr ình 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, r ồi

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 tr ên 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 k èm 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 dầuthải 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 h ình 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 sulfonolRSO3 Na 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.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



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. K ết quả là các hạt lớn dần và lắng xuống đáy. Như vậy, quá tr ình đông tụ thực

chất là làm giảm mối liên k ết 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 nhớ t 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 tr ình 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 độchất 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 tr ên bề chất hấp phụ. Chất hấp

phụ có khả năng hấ p phụ tr ên 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 tr ị số bề mặt chất hấp phụ. Đặc tính của chất hấp phụ có ý

ngh ĩa r ất 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.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



Trong tái sinh dầu nhờn thải, người ta dùng chất hấp phụ phổ biến nhất là

đất sét tẩy màu r ồi 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 ngh ĩa quan tr ọng. 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 tr ên bề mặt chất

hấp phụ. Ớ nhiệt độ thấp, do độ nhớt của các phân tử dầu nhờn thải cao cho n ên 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 nhờ n 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

r ất tốt cho dầu nhờn. Tất cả các chất có hại (trừ axit hữu cơ) được tách ra khỏi dầunhờn 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 tr ình 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 tr ình tái sinh dầu nhờnthải.

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.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



Những cặn kiềm lắng xuống nước và được tách ra trong quá tr ình lắng dầu. Xà

phòng còn lại tr ong 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 x à

phòng tạo ra nhũ gây trở ngại cho quá tr ình 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 r ất

khó cho nên trong thực tế người ta tiến hành xử lý ở điều kiện nhiệt độ cao và nồng

độ axit thấp.

1.4.5. Đánh giá các phươ ng pháp tái sinh dầu nhờn thải

Nhìn chung, qua các phương pháp vừa nêu trên có thể cho ta thấy rằng

không thể áp dụng riêng r ẽ từng phương pháp nào. Chẳng hạn như khi dùng duy

nhất phương pháp axit sunfuric để tái sinh dầu nhờn thải th ì trong dầu làm sạch vẫn

còn một số chất có hại cần trung hòa và tách chúng ra như axit, hoặc nếu dùng kiềm

thì bắt buộc phải r ửa dầu lần cuối để tách xà phòng tạo thành ra khỏi dầu nhờn hay

nếu dùng chất hấp phụ cần phải lọc để tách chất hấp phụ.

Tóm lại, muốn tăng hiệu quả cho quá trình tái sinh thì ta nên dùng k ết hợp

nhiều phương pháp, tức là dùng phương pháp tái sinh tổ hợp.

Thông thường khi tiến hành xử lý dầu nhờn thải, đầu tiên người ta thườngtách nước và các tạp chất cơ học ra khỏi dầu nhờn bằng các phương pháp đơn giản

như lắng, lọc. Sau đó, sử dụng các phương pháp làm sạch phức tạp hơn.

1.4.6. Các phát minh trong việc tái sinh dầu nhờn

Theo một sáng chế ở Úc, dầu nhờn thải được tái sinh bằng phương pháp đông tụ

bởi tổ hợp của dung môi tổng hợp có chứa nhóm cacbonyl với dung dịch điện ly. Đặc

điểm nổi bật của sáng chế này là nước không cần tách ra khỏi dầu nhờn thải trước khi

xử lý vì nước là thành phần thiết yếu trong quá tr ình đông tụ. Song, việc tổng hợp cácdung môi loại này r ất phức tạp và tốn kém.

Ở Đức, có một phương pháp tái sinh dễ thực hiện hơn. Theo phương pháp

này người ta xử lý sơ bộ dầu nhờn thải bằng dung dịch của hỗn hợp Na 2CO3 hoặc

K 2CO3 với Na2SO4 hoặc K 2SO4 sau đó xử lý tiếp bằng các phương pháp quen biết

như làm sạch bằng axit sunfuric, bằng dung môi hay bằng hydro. Phương pháp này

cho dầu tái sinh khá sạch, phụ gia dễ kiếm song công nghệ cồng kềnh, phức tạp.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



Để tái sinh dầu máy cặn thải, theo phương pháp được đề xuất ở Pháp, người

ta dùng dung dịch kiềm mạnh muối vô cơ có pH 9 mà trước hết là hydroxit và

cacbonat của kim loại nhóm 1 và 2.

Bên cạnh những sáng chế mới được đề xuất này, mỗi nước đều có phương

pháp tái sinh riêng phù hợp với điều kiện cụ thể của từng nước. Dưới đây điểm qua

tình hình tái sinh dầu thải của thế giới trong những năm gần đây:

- Balan: Chủ yếu là tái sinh đầu động cơ. Phương pháp tái sinh dầu ở đây

chủ yếu như sau: dầu thải được khử nước, được xử lý bằng axit rồi bằng kiềm và

cuối cùng được tẩy màu bằng đất sét rồi lọc ép. Có chưng cất chân không trước

hoặc sau khi xử lý.

- Pháp: Người ta dùng propan lỏng để khử cặn bằng cách chiết rồi xử lý

tiếp bằng axit, bằng đất sét rồi chưng cất chân không. Ngoài ra còn dùng chất đông

tụ.

- Italta: Ở đây tiến bộ hơn Pháp, người ta dùng propan lỏng để tách chiết

hai lần nhưng việc xử lý tiếp dầu được thực hiện bằng hyđro và cuối cùng là chưng

cất chân không. Phương pháp này cho hiệu quả cao nhưng chi phí lại rất tốn kém.

- Mỹ: Sử dụng phổ biến là phương pháp Berc. Làm kết tủa cặn bẩn bằng

hỗn hợp chuyên dụng trộn với đầu thải đã được tách nước sau đó chưng cất chân

không cho ra những sản phẩm khác nhau. Phương pháp này đắt, thiết bị phức tạp

khó vận hành.- Hà Lan: Phương pháp được coi là hiện đại nhất hiện nay phương pháp

Recyclon. Theo phương pháp này, người ta phun các hóa chất chuyên dùng vào dầu

thải đã khử nước, sau đó chưng cất phân tử ở điều kiện chân không sâu.

- Liên Xô: Hiện nay việc tái sinh dầu thải được thực hiện chủ yếu bằng cách

ngưng tụ rồi chưng cất chân không và cuối làm sạch bằng hyđro r ồi thêm phụ gia để

được dầu nhờn thành phẩm, còn cặn được dùng làm chất đốt với nhiên liệu.

Nhìn chung, các dây chuyền công nghệ mới gồm hai công đoạn chính: chưngcất dầu thải để khử nước và cacbua hyđro nhẹ, sau đó làm sạch những chất đã cất

bằng hyđro. Trong dây chuyền tái sinh mới sự tẩy rửa bằng hyđro là giai đoạn quyết

định, nó được thực hiện lần lượt trong thiết bị phản ứng bảo vệ rồi trong thiết bị

phản ứng chính cho sự tẩy rửa bằng hyđro.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



1.4.7. Tình hình tái sinh dầu nhờn thải ở Việt Nam

Việc tái sinh dầu nhờn thải ở Việt Nam chủ yếu là do tổng công ty xăng dầu

đảm nhiệm bằng phương pháp axit với một công nghệ quá cũ, chắp vá và không

hoàn chỉnh. Do vậy, hiệu quả tái sinh thấp và gây ô nhiễm môi trường rất nghiêm

tr ọng, đặc biệt là chưa có biện pháp xử lý cặn axit sau tái sinh.

Mặt khác, do quy chế thu mua dầu thải chưa hợp lý mà lượng dầu thải thu

gom được cho tái sinh là không đáng kể so với lượng dầu đ ã đưa vào sử dụng. Hàng

năm ngành xăng dầu tái sinh được từ 1000 đến 1500 tấn dầu thải, một con số thật ít

ỏi so với con số 60000 tấn dầu đưa vào sử dụng. Với thực tế như vậy, việc tái sinh

dầu thải ở nước ta rất tr ì tr ệ.

Trước đây, tổng công ty xăng dầu đưa ra phương pháp tái sinh không axit, sử

dụng chế phẩm CT - 90 để xử lý mọi dầu thải. Qui tr ình gồm hai công đoạn:

-

Xử lý bằng chất đông tụ.

- Lắng đọng.

Phương pháp tái sinh CT - 90 mang lại hiệu quả kinh tế tương đối cao đồng

thời tăng hiệu suất tái sinh. Mặt khác, được nhận được cặn thải làm nhiên liệu đốt lò

(tr ộn với mazut).

Ở TP Hồ Chí Minh, một sinh viên trường Đại học Bách khoa đã nghiên cứu

thành công việc tái sinh dầu nhờn bằng chất hấp phụ màu bentonit cho hiệu quả khá

cao, dầu sau khi được tái sinh có thể được sử dụng như dầu gốc. Tuy nhiên, để bảo vệ môi trường, tiết kiệm nguồn nguyên liệu, tiết kiệm

ngoại tệ, cần phải đẩy mạnh công tác tái sinh hơn nữa. Muốn vậy, chúng ta cần phải

có phương pháp thu gom toàn bộ dầu nhờn thải một cách hợp lý và cần có một

phương pháp tái sinh mới sao cho vừa có hiệu quả, ít ô nhiễm môi trường và phù

hợp với điều kiện hiện tại của đất nước.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



Chương 2

THỰC NGHIỆM

Dầu nhờn phế thải là dầu nhờn sau khi sử dụng được một thời gian nhất định

thì không còn khả năng đáp ứng được các yêu cầu bôi trơn của các thiết bị máy

móc, động cơ và bị thải ra. Trong thành phần dầu nhờn thải có các thành phần gâyra sự giảm chất lượng là:

- Các hợp chất có màu tối, sản phẩm của quá tr ình oxy hóa như các hợp

chất nhựa, axit.

-

Các hạt kim loại sinh ra do mài mòn động cơ .

- Nước bị lẫn vào từ các nguồn khác nhau như hơi ẩm trong không khí, sản

phẩm của quá trình oxy hóa, dầu thải thu gom không đúng qui định...

-

Bụi, cặn từ bên ngoài lẫn vào.-

Nhiên liệu do sự lắng đọng của hỗn hợp làm việc của động cơ trên thành

xylanh và tr ộn lẫn với dầu nhờn.

- Do tác dụng của các của các cấu tử phân tán tẩy rửa của phụ gia sẽ chứa

nhiều tạp chất phân tán mịn tạo thành hệ huyền phù bền vững trong dầu.

Các thành phần này làm cho dầu nhờn có màu tối, độ nhớt thay đổi (có thể

tăng hoặc giảm), chỉ số độ nhớt giảm, nhiệt độ chớp cháy giảm, hàm lương cặn và

nước trong dầu tăng lên.

Muốn tái sinh được loại dầu nhờn này, chúng ta phải tách toàn bộ các chất

trên để đưa dầu về trạng thái ban đầu. Điều này có thể thực hiện bằng nhiều phương

pháp đã nêu ở tr ên tùy thuộc vào dầu thải và điều kiện kinh tế của từng nước. Vì

vậy, tôi chọn phương pháp tái sinh bằng axit sau đó xử lý lại bằng kiềm để đưa ra

thêm giải pháp nhằm tối ưu hóa phương pháp tái sinh hiên nay ở nước ta.

2.1. MỤC ĐÍCH VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP

2.1.1. Mục đích

Tiến hành làm sạch dầu nhờn thải bằng axit sunfuric với mục đích là tách

một phần hay tách toàn phần các hợp chất sau ra khỏi dầu nhờn thải:

- Các hợp chất hydrocacbon không no.

- Các hợp chất chứa lưu huỳnh.

- Các hợp chất chứa nitơ.

- Các hợp chất chứa oxy.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



- Các hợp chất nhựa.

- Các hợp chất asphanten.

-

Các hợp chất k ém ổn định.

Nhờ vậy mà cải thiện được một số tính chất như sau:

- Độ ổn định chống oxy hoá.

-

Lượng cặn cacbon.

- Khả năng phá nhũ.

- Màu và mùi của dầu.

2.1.2. Cơ sở lý thuyết của phương pháp

Làm sạch bằng axit sunfuric là sự kết hợp giữa hai phương pháp hoá lý và

hoá học. Thật vậy, axit sunfuric không chỉ có tác dụng phản ứng với các hợp chất có

hại có trong dầu nhờn thải mà còn là một chất điện ly mạnh để keo tụ.

Về mặt hoá học

Khi cho axit sunfuric vào dầu thải, axit tham gia vào nhiều phản ứng phức

tạp. Thông thường, axit sunfuric không tác dụng với các hợp chất parafin và

naphten nhưng trong sản phẩm phụ của quá tr ình thấy có các hydrocacbon này, vì

chúng k ết hợp với sunfo axit và ete axit tạo nhũ.

Các hydrocacbon thơm bị sunfo hóa, mức độ này tùy thuộc vào cấu trúc

nhánh alkyl đính bên. Các hydrocacbon thơm có mạnh bên dài và có nhiều mạnh

bên thì khó bị sunfo hóa. Các hydr ocacbon lai hợp naphten - thơm bị sunfo hóa khilượng axit nhiều.

Các hydrocacbon không no tác dụng với axit sunfuric tạo thành ete axit, phản

ứng xảy ra ở điều kiện nhiệt độ thấp.

Các ete của axit sunfuric nước tan trong nước và khi trung hòa tạo thànhmuối tương ứng. Khi cho tác dụng với nước hay cho tác dụng với nước kiềm thì ete

của axit sunfuric sẽ bị thủy phân tạo thành rượu tương ứng ở nhiệt độ thường.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



Các ete của axit sunfuric k ết hợp với hydrocacbon không no tạo thành các

polyme. Các hydrocacbon không no k ết hợp với sunfuric ở nhiệt độ 40oC thì tạo

thành các ete trung tính.

Các ete trung tính có thể tạo thành khi đốt nóng hỗn hợp ete axit của axit

sunfuric :

Ete trung tính này là chất lỏng không màu, không hòa tan trong nước nhưng

hòa tan tốt trong dung môi hữu cơ. Chúng dễ hòa tan trong dầu đã làm sạch của quá

trình.

Các hợp chất chứa lưu huỳnh k ết hợp với axit sunfuric, chẳng hạn như là

mecaptan, tạo thành khí SO2 và đisunfua theo phương tr ình sau:

Disunfua RS RS tạo thành dễ hòa tan trong sản phẩm làm sạch. Cho axit

sunfuric đậm đặc tác dụng lên thiophen (C4H4S) và các đồng đẳng của nó tạo thành

axit thiofen-sunfuric. Các đisunfua, sunfua, thiophan chúng không tác dụng với axit





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



sunfuric nhưng chúng lại tan rất tốt trong axit sunfuric, đặc biệt là điều kiện ở nhiệt

độ thấp.

Trong quá trình xử lý dầu thải thì còn tạo ra axit naphtenic. Một phần axit

naphtenic thì bị sunfo hóa, còn một phần thì hòa tan trong axit sunfuric.

Dầu phế thải có thể coi là một dung dịch keo và các chất bẩn có lẫn trong

dầu là những hạt keo, chúng mang điện và luôn luôn chuyển động tương tác lẫn

nhau. Khi cho axit sunfuric với nồng độ đủ lớn vào, vì đây là chất điện ly mạnh cho

nên chúng có tác dụng ép mỏng lớp điện tích kép của hạt keo và hạ thấp hàng rào

năng lượng tạo điều kiện cho các hạt keo va chạm và keo tụ.

Sự keo tụ được nhận biết qua một vài dấu hiệu như có sự thay đổi màu, xuất

hiện hiện tượng vẩn đục, sự bắt đầu kết tủa của pha phân tán...

Để tăng hiệu suất cho quá tr ình keo tụ thường thì tiến hành khuấy trộn mạnh.

Bởi vì ta biết rằng nguyên nhân của sự keo tụ là cân bằng hấp phụ của chất làm bền

bị phá vỡ, các hạt keo bị mất tính ổn định và bị phá vỡ. Cho nên khi khuấy trộn thì

có tác dụng phá vỡ cân bằng hấp phụ.

Quá trình keo tụ còn xảy ra rất tốt ở điều kiện nhiệt độ cao v ì ở điều kiện

nhiệt độ cao thì thì cũng xảy ra sự khử hấp phụ chất làm bền và làm tăng chuyển

động Brown làm cho các hạt keo dễ vượt qua được hàng rào thế năng để keo tụ.

Song ở điều kiện nhiệt độ thấp thì keo tụ cũng xảy ra tốt vì là khi nhiệt độ giảm thì

độ tan của các chất giảm, độ quá bão hoà tăng lên dẫn tới sự keo tụ.2.2. QUÁ TRÌNH THÍ NGHIỆM

2.2.1. Nguyên liệu, hóa chất và dụng cụ

Nguyên liệu

Mẫu dầu dùng để nghiên cứu là dầu thải động cơ xe ô tô và động cơ xe máy

đã được lấy riêng để thuận tiện cho quá tr ình nghiên cứu và so sánh k ết quả.

Hóa chất

-

Dầu thải. -

Axit H2SO4 98%.

- Dung dịch NaOH 40%.

- Qùy chỉ thị.

- Nước cất, nước sôi 1000C.

Dụng cụ chính

- Máy khuấy từ có chức năng gia nhiệt.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



- Cốc thủy tinh 1000ml, 500ml.

- Phễu chiết 500ml.

-

Bếp điện, giá đỡ, đũa thủy tinh.

- Pipet 10ml.

- Nhiệt kế 200oC.

2.2.2. Lựa chọn phương pháp tái sinh

Trong đề tài này, tôi sử dụng phương pháp làm sạch bằng axit và kiềm kết

hợp gia nhiệt, khuấy trộn, lắng để tái chế dầu nhờn thải. Sau đó xác định các tính

chất của dầu tái sinh và so sánh với dầu thải, dầu trước khi sử dụng và dầu đốt (FO).

2.2.3. Qúa trình tiến hành

Khử nước

Lắc đều thiết bị đựng dầu thải sau khi để lâu ngày. Lấy 200ml dầu cho vào

cốc chịu nhiệt 500ml r ồi đun tr ên bếp điện đến nhiệt độ 130oC trong khoảng 30 phút

(Hình 2.1). Sau đó để nguội dầu.

Hình 2.1: Bộ thiết bị khử nước trong dầu nhờn Xử lý bằng axit

Khi dầu nguội đến khoảng 40oC thì đặt cốc chứa dầu lên máy khuấy từ và

dùng pipet hút axit H2SO4 98% r ồi cho từ từ vào k ết hợp với khuấy (Hình 2.2), lưu

ý tốc độ khuấy để dầu không bị bắn ra ngoài. Sau khi khuấy khoảng 40 phút thì cho

dầu vào phễu chiết và để lắng dầu một thời gian (12 giờ) để loại bỏ cặn tạo thành

sau phản ứng.

Hình 2.2: Bộ thiết bị xử lý dầu bằng axit





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



Trung hòa axit

Sau khi loại bỏ cặn thì cho dầu vào cốc 1000ml và đặt lên máy khuấy từ

đồng thời gia nhiệt cho dầu. Khi dầu đủ nóng thì cho từ từ dung dịch NaOH vào để

phản ứng hết với H2SO4 dư cùng với axit hữu cơ có trong dầu và dùng giấy quỳ chỉ

thị để kiểm tra. Khi dầu hết axit thì cho lên phễu chiết và để lắng một thời gian để

loại bỏ phần xà phòng tạo thành sau khi phản ứng (hình 2.3). Xà phòng được tháo

ra trước, sau đó, tháo cặn rồi lọc phần cặn còn dư trong dầu ta sẽ thu được dầu đã

trung hòa.

Hình 2.3: Bộ thiết bị lắng cặn và xà phòng sau khi trung hòa axit

Rửa kiềm

Sau khi loại bỏ xà phòng thì cho dầu lên phễu lắng, sau đó cho từ từ nước

nóng 100oC vào để rửa phần kiềm và xà phòng dư trong dầu với tỷ lệ thể tích

nước/dầu là 50%, đồng thời dùng đũa khuấy khuấy nhẹ để rửa đều dầu rồi để lắng

khoảng 5 phút cho nước chứa kiềm dư lắng xuống (hình 2.4). Dùng giấy quỳ kiểm

tra độ bazơ của nước lắng phía dưới. Cứ như vậy cho tới khi quỳ trung tính th ì dừng

lại, khi đó dầu đã hết kiềm, ta tháo dầu ra cốc.

Hình 2.4: Bộ thiết bị rửa và lắng nước khi rửa dầu bằng NaOH







T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



- : độ nhớt động học (mm2/s).

- C: hằng số của nhớt kế (mm2/s2).

- t: thời gian chảy của mẫu (s).

Ngoài phương pháp trên, với những mẫu dầu tái sinh được, tôi sử dụng thiết

bị đo độ nhớt Kittiwake. Nguyên tắc xác định độ nhớt của thiết bị này là dựa vào

sự chuyển động của viên bi trong môi trường dầu, kết quả được hiện thị tự động

theo nhiệt độ cài đặt ban đầu, các bước tiến hành đo như sau:

- Điền đầy mẫu dầu cần đo độ nhớt vào phần rỗng bên trong thiết bị đo

hình chữ V rồi đậy nắp chặt.

- Cài đặt nhiệt độ cần đo 40oC r ồi cho chạy nhiệt độ.

- Đến khi nhiệt độ ổn định 40oC thì nghiêng thiết bị để viên bi chuyển

động. Khi ổn định thì nghiêng thiết bị trở lại và đọc kết quả hiển thị. Để

k ết quả được chính xác thì ta nên thực hiện như thế nhiều lần để kết quả

độ nhớt ổn định.

2.3.2. Xác định nhiệt độ chớp cháy cốc hở theo ASTM-D.93 [3]

Đổ một lượng dầu theo mức cho phép, đặt vào máy đo độ chớp cháy, nối

máy với bình ga, sau đó chỉnh ngọn lửa có đường kính 3,2 đến 4,8mm và điều chỉnh

nhiệt độ của mẫu sao cho từ 14oC đến 17oC/phút. Khi nhiệt độ của mẫu thấp hơn

điểm chớp lửa dự đoán 56oC giảm tốc độ xuống còn 5 - 6oC/phút, cho đến khi nhiệt

độ dự đoán xuống còn 28oC thì giảm xuống 2oC châm lửa một lần. Cứ thế cho đếnkhi phát hiện và k ết thúc nhiệt độ chớp cháy.

2.3.3. Xác định trị số axit theo phương pháp ASTM-D.664 [3]

Tr ị số axit là số mg KOH dùng để trung hòa hết lượng axit có trong một gam

dầu.

Nguyên tắc chuẩn độ: Hòa tan mẫu thử trong dung môi hỗn hợp, sau đó

chuẩn độ bằng dung dich KOH trong etanol.

Cách thức tiến hành: Cân chính xác một lượng mãu vào bình nón (từ 3 - 5g),thêm vào đó 200ml hỗn hợp ete etylic và một phần etanol rồi lắc mạnh cho tan hết.

Trong trường hợp dầu không tan hết phải vừa đun cách thủy tr ên bếp vừa lắc cho

đến khi tan hoàn toàn, sau đó làm nguội đến 20 oC. Cho vào bình 5 giọt chỉ thị

phenolphthalein và chuẩn độ bằng dung dịch KOH 0,1N cho đến khi xuất hiện màu

hồng nhạt bền trong 30 giây.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



Tr ị số axit được tính theo công thức:m

C V X

..1,56

Trong đó:

- X: Độ axit, mgKOH/mg mẫu.

- V: Số ml dung dịch chuẩn KOH dùng để chuẩn độ, ml.

- C: Nồng độ của dung dịch KOH chuẩn, N.

-

m: Lượng mẫu thử, g.

2.3.4. Xác định hàm lượng cặn Conradson theo ASTM-D.189 [3]

Nguyên tắc của phương pháp là: mẫu được nung nóng ở nhiệt độ nhất định

trong một quả cầu thủy tinh có lỗ nhỏ để cho các thành phần bay hơi hết. Phần cặn

nặng trong cốc sứ tiếp tục cracking và cốc hóa. Phần còn lại đem cân và xác định

hàm lượng cặn cacbon theo Conradson. Các bước được tiến hành như sau:

-

Cân cốc sứ sau khi đã được làm sạch và sấy khô, ghi kết quả m1.

- Cân 5 (g) dầu cần phân tích vào trong cốc sứ đã cân ở tr ên.

- Đặt cốc sứ chứa dầu vào trong bộ thiết bị đốt rồi đậy nắp lại.

-

Tiến hành quá trình đốt mẫu bằng đèn cấp nhiệt đến khi không có khói

bay ra ở phía tr ên bộ thiết bị thì đốt thêm khoáng 30 phút nữa thì dừng lại

và để nguội.

- Khi thiết bị nguội, dùng k ẹp mở nắp và lấy chén sứ ra đặt vào trong bình

hút ẩm, để nguội rồi cân ghi kết quả m2.- Hàm lượng cặn Conradson được tình theo công thức sau:

%1005

% 12

mmKL

2.3.5. Xác định hàm lượng tạp chất cơ học ASTM-D.473 [3]

Quá trình xác định được tiến hành như sau:

- Cân ống lót sứ sau khi đã được làm sạch và khô (m1).

-

Lấy 10g dầu cần đo cho vào ống lót sứ. - Cho ống lót sứ vào bộ trích ly có chứa 100ml xylen, cho nước chảy qua

ống ngưng tụ.

- Tiến hành trích ly đến khi thấy dung môi nhỏ xuống từ ống sứ không có

màu thì tiếp tục trích ly thêm 30 phút.

- Sau khi trích ly xong, sấy khô ống lót sứ ở 115 - 120oC trong 1 giờ. Sau đó

làm nguội trong bình hút ẩm trong 1 giờ rồi đem cân (m2).





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



- Hàm lượng tạp chất cơ học được tính theo công thức:

%10010

% 12

mm

KL

2.3.6. Xác định hàm lượng lưu huỳnh ASTM-D.4294 [3]

Mẫu dầu được đặt trên đường hấp thụ của nguồn tia X-quang. Năng lượng

được hoạt hóa từ nguồn phóng xạ, hoặc từ ống phát tia X-q uang. Độ phóng xạ của

tia X-q uang có đặc tính riêng sẽ được đo, và giá tr ị tích lũy sẽ được so sánh với giá

tr ị của các mẫu chuẩn đã được chuẩn bị trước để ra được nồng độ lưu huỳnh ở %

khối lượng. Kết quả sẽ được hiển thị tr ên màn hình.

2.3.3. Xác định hàm lượng nước theo ASTM-D.95 [3]

Thiết bị kiểm tra nhanh nước trong dầu nhờn, theo tiêu chuẩn ASTM D95 tại

trung tâm k ỹ thuật 3. Quy trình kiểm tra đơn giản, Đọc kết quả ngay trong vòng 10

phút, không cần nhiều kỹ năng phân tích.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



Chương 3

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. KẾT QUẢ KHẢO SÁT ĐIỀU KIỆN TÁI SINH

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá tr ình tái sinh dầu nhờn bằng axit H2SO4 và

NaOH là nhiệt độ, tỷ lệ axit/dầu, hàm lượng kiềm, thời gian khuấy được khảo sát để

xác định điều kiện tối ưu nhất.

3.1.1. Nồng độ axit

Nồng độ axit cũng là một yếu tố quan trọng trong quá tr ình tái sinh dầu

nhờn. Khi nồng độ axit thấp thì axit chỉ khử được một phần các hydrocacbon không

no cũng như các hợp chất khác. Đồng thời khi nồng độ axit thấp thì về lĩnh vực hoá

keo là không đủ để hạ thấp hàng rào năng lượng tạo khả năng keo tụ. Khi tăng nồng

độ axit thì sẽ tăng sự tạo thành axit sunforic. Thông thường, quá tr ình tái sinh dầunhờn bằng axit thì nồng độ axit hợp lý nhất là trong khoảng từ 92 - 98% [7].

Trong nghiên cứu này tôi dùng axit H2SO4 98% để nghiên cứu và cố định

nồng độ axit này là trong suốt quá tr ình nghiên cứu.

3.1.2. Tỷ lệ axit/dầu

Để xác định lượng axit H2SO4 98% đưa vào thích hợp cho quá trình xử lý

dầu, tôi đã khảo sát với các tỷ lệ axit/dầu khác nhau ở nhiệt độ 40oC. Mẫu cố định là

200 ml dầu thải sau khi đã khử nước, thời gian khuấy là 30 phút và thời gian để lắngcho mỗi mẫu dầu là như nhau là 12 giờ. Kết quả thu được ở bảng dưới.

Bảng 3.1: Ảnh hưởng của tỷ lệ a xít/dầu đến quá tr ình xử lý dầu thải bằng a xít

Mẫu Dầu thải,

ml

H2SO4,

% tỷ lệ Nhận xét

1 200 6 Khả năng đông tụ kém, cặn đông tụ ít.

2 200 8 Có đông tụ.

3 200 10 Đông tụ tương đối tốt, dầu có độ trong hơn. 4 200 12 Đông tụ tốt và màu dầu sạch hơn.

5 200 14 Đông tụ tốt nhất, dầu trong nhất.

6 200 16 Khả năng đông tụ giảm.

7 200 18 Đông tụ ít.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



Từ bảng tr ên ta thấy khi tăng lượng axit thì khả năng đông tụ và tách các chất

nhựa, asphalt ra khỏi dầu nhờn tăng lên, nhưng chỉ tăng đến một giá tr ị nhất định thì

khả năng đông tụ lại giảm xuống. Nếu tỷ lệ axit/dầu thấp thì axit không đủ để khử

hết các chất có hại trong dầu nhờn. Ngược lại, axit/dầu cao thì nó không chỉ khử

được khử sạch những chất có hại mà còn khử cả những chất có lợi trong dầu nhờn.

K ết luận: tỷ lệ axit/dầu tối ưu nhất là 14%. Bởi vì, với tỷ lệ này ta thu được

và dầu có màu trong nhất.

3.1.3. Nhiệt độ xử lý axit

Nhiệt độ xử lý vô cùng quan tr ọng trong việc làm sạch dầu nhờn thải bằng

axit sunfuric. Nhiệt độ phụ thuộc vào độ nhớt của dầu nhờn cần làm sạch. Tôi tiến

hành khảo sát các giá trị nhiệt độ với tỷ lệ axit/dầu là 14% và thời gian khuấy là 50

phút cho k ết quả như bảng 3 sau:

Bảng 3.2: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá tr ình xử lý dầu thải bằng axit

Mẫu H2SO4, % tỷ lệ Tphản ứng,oC Nhận xét

1 14 20 Không đông tụ.

2 14 30 Có đông tụ.

3 14 40 Đông tụ tốt, độ màu sáng.

4 14 50 Có đông tụ, màu tối hơn

5 14 60 Khả năng đông tụ giảm

K ết quả bảng tr ên cho ta thấy, với cùng tỷ lệ axit/dầu là 14%, nhưng nếu

nhiệt độ thấp thì khả năng làm sạch dầu nhờn thải rất thấp. Bởi vì, khi tiến hành xử

lý ở điều kiện nhiệt độ thấp thì độ nhớt của dầu lớn đã ngăn cản sự tiếp xúc của dầu

với axit cho nên không làm sạch được, đồng thời sự lắng đọng cặn gudron axit bị

kéo dài thêm dẫn đến giảm khả năng làm sạch dầu nhờn [1]. Khi nhiệt độ tăng lên

thì khả năng làm sạch cũng tăng lên, nhưng cũng chỉ tăng lên đến một giá trị nhiệt

độ nào đó thì khi tăng nhiệt độ không làm cho hiệu suất tăng lên mà lại giảm xuống.

Bởi vì, dầu nhờn thải có độ nhớt cao thì xử lý nhiệt độ càng cao nhưng nếu nhiệt độ

cao quá nhiệt độ tối ưu thì tốc độ phản ứng của H2SO4 với cacbua hydro và nhựa

tăng lên đồng thời độ tan của các hợp chất polyme, guđron axit trong dầu nhờn thải

cũng tăng lên làm cho màu dầu nhờn đã làm sạch bị tối.

K ết luận: từ bảng tr ên ta chọn nhiệt độ tiến hành axit ở 40oC, vì tại nhiệt độ

này dầu đông tụ tốt và có màu sáng nhất.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



3.1.4. Thời gian khuấy

Tiến hành khuấy dầu trong cốc thuỷ tinh loại 1000ml với các thông số: tỷ lệ

axit/dầu là 14%, nhiệt độ là 40oC với các thời gian khuấy khác nhau. Kết quả có

bảng sau đây:

Bảng 3.3: Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến quá trình xử lý dầu bằng axit

Mẫu H2SO4, % tỷ lệ Thời gian khuấy, phút Nhận xét

1 14 30 Đông tụ kém.

2 14 40 Đông tụ tương đối tốt.

3 14 50 Đông tụ tốt, dầu màu sáng.

4 14 60 Có đông tụ, màu tối hơn.

5 14 70 Khả năng đông tụ giảm.

Thời gian tiếp xúc có ảnh hưởng đến quá tr ình xử lý. Khi thời gian xử lýchưa đủ thì axit tiếp xúc chưa hết với dầu thải cho nên hiệu suất thấp. Nhưng thời

gian khuấy nhiều thì tạo nhũ, vì k hi đó các chất cặn bẩn hoà tan vào trong dầu đã

làm sạch và lượng axit dư cũng sẽ tác dụng với dầu nhờn sạch làm cho hiệu suất

làm sạch giảm.

K ết luận: Thời gian khuấy tốt nhất của quá tr ình là 50 phút.

3.1.5. Lượng NaOH

Trong quá trình thí nghiệm, tôi dùng NaOH 40% để trung hòa axit H2SO4 dưvà các axit hữu cơ trong dầu. Để xác định lượng NaOH cho vào phù hợp nhất, khảo

sát với 200 ml sản phẩm dầu đã xử lý bằng axit, ở nhiệt độ 80oC. Sau đó, cho từ từ

NaOH 40% với những lượng khác nhau, k ết hợp với khuấy trong 40 phút và để lắng

8 giờ rồi lọc bỏ cặn bẩn. Kết quả thu được trong bảng sau:

Bảng 3.4: Ảnh hưởng của lượng NaOH 40% đến quá tr ình trung hòa a xít

Mẫu Dầu, ml NaOH, ml Nhận xét

1 200 12 Còn axit, quỳ màu đỏ.

2 200 14 Còn axit, quỳ màu đỏ nhạt.

3 200 16 Còn ít axit, quỳ gần trung tính .

4 200 18 Hết axit, không tạo nhũ, quỳ không đổi màu.

5 200 20 Hết axit, tạo nhũ, quỳ màu xanh.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



Từ kết quả khảo sát ta thấy, lượng NaOH cho vào cần phải vừa đủ, nếu thiếu

thì không thể trung hoà hết lượng axit nhưng nếu cho vào nhiều quá thì sẽ tạo nhũ.

Ngoài ra, kiềm còn là một chất đông tụ tốt nên khi cho kiềm vào thì nó có tác dụng

làm sạch những chất bẩn vẫn còn trong dầu nên khi xử ký trung hoà kiềm ta thấy

dầu có màu sáng hơn rất nhiều. Vì vậy, với lượng NaOH thấp hơn 18ml thì dầu vẫn

còn axit, cao hơn thì xà phòng bị thủy phân tạo nhũ làm cho dầu thay đổi tính chất.

K ết luận: Ta chọn lượng NaOH là 18ml (nồng độ 40%), vì với lượng NaOH

này phản ứng hết axit, dầu không tạo nhũ.

3.1.6. Nhiệt độ xử lý bằng kiềm

Khảo sát ở nhiệt độ khác nhau từ 50 oC đến 100 oC với thời gian khuấy là 40

phút với lượng NaOH là 18ml, sau đó để lắng 8 giờ, k ết quả thu được ở bảng dưới.

Bảng 3.5: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá tr ình xử lý dầu bằng kiềm

Mẫu Nhiệt độ, oC Hiệu suất Nhận xét

1 50 55 Xà phòng tạo thành r ất ít.

2 60 57 Cặn axit và xà phòng tạo thành.

3 70 65 Phản ứng tốt, cặn và xà phòng tạo thành nhiều.

4 80 70 Cặn axit và xà phòng tạo thành nhiều nhất.

5 90 60 Dầu tạo nhũ, cặn axit và xà phòng tạo thành ít.

6 100 20 Dầu vẩn đục, không tạo cặn axit và xà phòng.

Hình 3.1: Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất thu dầu tái sinh

Từ kết quả khảo sát tr ên ta thấy, ở nhiệt độ thấp thě độ nhớt của dầu lớn ngăn

cản sự tiếp xúc của dầu với kiềm , nên phản ứng khó xảy ra. Khi nhiệt độ tăng thì





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



khả năng tạo thành xà phòng tăng, nhưng khả năng hòa tan của xà phòng trong nước

cũng tăng, dẫn đến tạo nhũ, ảnh hưởng đến quá tr ình làm sạch dầu [1]. Theo khảo

sát thì khoảng nhiệt độ từ 50 - 70oC, tuy cặn và xà phòng đã tạo thành nhưng tốc độ

phản ứng còn thấp, dẫn đến cặn có tốc độ lắng chậm hơn, hiệu quả làm sạch dầu

chưa cao, nên quá tr ình lọc cặn sau phản ứng đã làm giảm hiệu suất của dầu và độ

màu của dầu còn còn tối. Với nhiệt độ lớn hơn 90oC, lúc này dầu đã bắt đầu thay

đổi tính chất do nhiệt độ quá cao đã tạo điều kiện cho cặn hòa tan và thủy phân xà

phòng tạo NaOH trở lại nên dầu tạo nhũ. Vì vậy, dầu sau khi để lắng chỉ còn một

lớp dầu ít ở phía tr ên nên hiệu suất thu dầu giảm. Tại nhiệt độ 80oC đã giải quyết tốt

nhất hai vấn đề tr ên, tốc độ lắng cặn và xà phòng nhanh đồng thời cặn chưa hòa tan

tr ở lại vào dầu và xà phòng cũng không bị thủy phân nên dầu được làm sạch tốt

nhất, đạt hiệu suất cao nhất và có màu sáng nhất.

K ết luận: nhiệt độ xử lý bằng kiềm tốt nhất để làm sạch dầu là 80oC.

3.2. KẾT QUẢ ĐO CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM

Sau khi tái sinh, để biết được chất lượng của dầu tái sinh, tôi đ ã tiến hành đo

các thông số kỹ thuật quan trọng của dầu, kết quả thu được ở các bảng dưới đây:

Bảng 3.6: Thông số thu được của các mẫu dầu động cơ xe ô tô

Tính chất xác định Dầu trước khi

sử dụng

Dầu tái

sinhDầu thải

Khối lượng riêng, g/ml 0,897 0,97Độ nhớt động học ở 400C, cSt 104 85,3

Độ nhớt động học ở 1000C, cSt 13-16 11,4 9,5

Nhiệt độ chớp cháy cốc hở , 0C 200 210 193

Trị số axit, mgKOH/g 0,3

Hàm lượng cặn Conradson, %KL 2 12,8

Hàm lượng tạp chất cơ học, %KL 0,3 0,1 1,86

Hàm lượng kim loại, %KL 0 0Hàm lượng nước, % thể tích 0,05 0,1

Hàm lượng Lưu huỳnh, %KL 0,435





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



Bảng 3.7: Thông số thu được của các mẫu dầu động cơ xe máy

Tính chất xác định Dầu trước khi

sử dụng

Dầu tái

sinhDầu thải

Khối lượng riêng, g/ml 0,894 0,896

Độ nhớt động học ở 400C, cSt 13-15 126 99,3

Độ nhớt động học ở 1000C, cSt 13,6 11

Nhiệt độ chớp cháy cốc hở , 0C 200 206 174

Trị số axit, mgKOH/g 0,3

Hàm lượng cặn Conradson, %KL 1,2 7,3

Hàm lượng tạp chất cơ học, %KL 0,17 0,1 1,37

Hàm lượng kim loại, %KL 0 0,1

Hàm lượng nước, % thể tích 0,05 0,1

Bảng 3.8: Chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu đốt lò 6239-2002





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



3.3. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM TÁI SINH [22, 25]

Để đánh giá kết quả cụ thể hơn, tôi lập biểu đồ so sánh một số tính chất của

dầu tái sinh với các tiêu chuẩn của dầu động cơ trước khi sử dụng, dầu FO (theo

bảng 3.8) và với dầu thải ban đầu.

3.3.1. Độ nhớt

Hình 3.2: Biểu đồ so sánh độ nhớt động học ở 400C của các loại dầu

Từ kết quả đo được ta thấy độ nhớt dầu tái sinh động cơ ô tô và độ nhớt dầu

tái sinh động cơ xe máy cao hơn so với độ nhớt dầu thải tương ứng của hai loại

động cơ. Đây là điều khác biệt so với những nghiên cứu trước đây, vì hầu hết đều

cho k ết quả dầu tái sinh có độ nhớt thấp hơn dầu thải [1, 16]. Điều này có thể do

dầu thải khi đem nghiên cứu có lẫn nhiều nước làm cho độ nhớt quá thấp. Tuy

nhiên, độ nhớt dầu tái sinh thấp hơn so với độ nhớt của dầu FO.

3.3.2. Nhiệt độ chớp cháy cốc hở

Hình 3.3: Biểu đồ so sánh nhiệt độ chớp cháy cốc hở các loại dầu

Nhiệt độ chớp cháy cốc hở là một trong những tính chất quan trọng để đánh

giá chất lượng của dầu. Nhiệt độ chớp cháy cao hay thấp phụ thuộc vào hàm lượng

axit, nhựa và cặn trong dầu [1]. K ết quả (Hình 3.3) cho ta thấy, nhiệt độ chớp cháy





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



dầu tái sinh của động cơ xe ô tô và động cơ xe máy cao hơn so với nhiệt độ chớp

cháy của dầu thải của hai loại động cơ này, đồng thời cao hơn nhiệt độ chớp cháy

dầu trước khi sử dụng. Điều đó chứng tỏ, quá trình tái sinh đã loại bỏ gần hết cặn và

các axit hữu cơ có trong dầu thải.

3.3.3. Hàm lượng tạp chất cơ học

Hình 3.4: Biểu đồ so sánh hàm lượng tạp chất cơ học các loại dầu

Hàm lượng tạp chất cơ học trong dầu là do sự mài mòn các bề mặt kim loại

của các chi tiết động cơ và bụi, cát trong không khí rơi vào dầu trong quá tr ình làm

việc [3]. Từ (Hình 3.4) cho thấy, hàm lượng tạp chất cơ học còn lại trong dầu tái

sinh tương đối ít, thấp hơn rất nhiều so với dầu thải của dầu động cơ ô tô và của

động cơ xe máy. Đồng thời dầu tái sinh có hàm lương tạp chất thấp hơn dầu FO và

dầu động cơ trước khi sử dụng.

3.3.4. Hàm lượng cặn Conradson

Hình 3.5: Biểu đồ so sánh hàm lượng cặn Conradson các loại dầu

Từ (Hình 3.5) ta thấy, kết quả thu được rất khả quan. Hàm lượng cặn

Conradson của dầu tái sinh động cơ ô tô và xe máy thấp hơn nhiều so với dầu thải,

đồng thời cũng thấp hơn TCVN đối với dầu FO. Như vậy, các cặn nhớt nặng do

asphalt hòa tan trong axit và những sản phẩm của quá tr ình oxy hóa dầu hầu như đã

được tách ra khỏi dầu thải [1].





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



3.3.6. Đánh giá chung

Như vậy, từ những kết quả tr ên thì dầu tái sinh theo nghiên cứu này có thể

được sử dụng để phôi trộn với dầu FO. Tuy nhiên, để các tính chất của dầu tái sinh

không làm ảnh hưởng đến tính năng sử dụng của dầu FO th ì cần lưu ý đến tỷ lệ phối

tr ộn sao cho thích hợp nhất.

Bên cạnh đó, kết quả tái sinh dầu cũng cho thấy, phương pháp tái sinh này có

những ưu điểm hơn so với những phương pháp axit khác mà trước đây nghiên cứu.

Đó là quy tr ình đơn giản và dễ thực hiện, sản phẩm có hàm lượng tạp chất cơ học và

hàm lượng cặn ít hơn, các tính chất khác cho k ết quả gần tương đương với nhau [1,

17]. Tuy nhiên, phương pháp cũng có những hạn chế nhất định, đó là khả năng tạo

nhũ rất cao, quá tr ình khử nước có thể làm bay hơi thành phần nhẹ, dầu tái sinh có

độ màu chưa được sáng, độ nhớt còn thấp hơn so với dầu FO.

Nhưng cũng phải nói rằng, chất lượng dầu tái sinh còn phụ thuộc vào nguyên

liệu dầu thải đem nghiên cứu ban đầu. Vì vậy, muốn đưa phương pháp vào sản xuất

thì việc thu hồi nguyên liệu dầu thải đóng vai tr ò quan tr ọng trong việc lựa chọn

phương pháp tái sinh, có như vậy chúng ta mới tối ưu hóa được chất lượng dầu tái

sinh. Tuy nhiên, thêm một vấn đề được đặt ra, đó là việc lựa chọn gì giữa chất

lượng dầu tái sinh và hiệu suất tái sinh, vì không phải phương pháp nào cũng cho

chất lượng dầu tốt và hiệu suất cao. Đó là những vấn đề cần được giải quyết, để

trong tương lai, việc tái sinh dầu nhờn thải sẽ được phát triển mạnh hơn với quy môsản xuất lớn hơn, đem lại hiệu quả kinh tế cao hơn. Tôi hy vọng, đề tài sẽ được cải

thiện hơn để tìm cách khống chế sự tạo nhũ, tăng độ sáng của dầu, có thể thực hiện

chưng cất trước và sau khi xử lý để dầu có độ nhớt và nhiệt độ chớp cháy cao hơn,

hay có thể pha thêm các phụ gia để dầu tái sinh có chất lượng cao hơn.

Điều kiện nước ta đang khó khăn, lượng dầu thải ra môi trường rất lớn, việc

tái sinh dầu nhờn chủ yếu hiên nay vẫn là phương pháp axit. Chính vì vây, tôi mong

r ằng trong thời gian tới đây, việc thu gom dầu thải sẽ được thực hiện có quy môhơn, tránh gây lãng phí. Đồng thời các nhà nghiên cứu, sinh viên sẽ tích cực hơn

nữa để tìm ra phương pháp tái sinh dầu thải tốt nhất, từ đó cùng với các xưởng tái

sản xuất quy mô vừa và nhỏ hiện nay sẽ cải tiến, nâng cấp hơn nữa để lĩnh vực tái

sinh dầu thải ngày càng phát triển có quy mô rộng hơn mà vẫn đảm bảo thân thiện

với môi trường.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



KẾT LUẬN

Sau một thời gian tìm tòi, nghiên cứu và tiến hành thí nghiệm nhiều lần về đề

tài tái sinh dầu nhờn bằng phương pháp axit thì tôi có thể đưa ra các thông số công

nghệ như sau:

1.

Khử nước: đun mẫu ở nhiệt độ 130oC để khử nước. 2. Xử lý bằng axit H2SO4

- Nồng độ axit : 98%.

- Tỷ lệ a xít/dầu : 14% .

-

Nhiệt độ xử lý : 40oC.

- Thời gian xử lý : 40 phút.

- Thời gian lắng : 12 giờ .

3.

Trung hòa bằng kiềm: Sau khi xử lý axit xong thì tiến hành trung hòa bằng NaOH. Với 200 ml dầu sau khi xử lý axit thì ta cần phải trung hòa với các

thông số sau:

- Nồng độ NaOH : 40%.

-

Lượng NaOH : 18ml

- Thời gian khuấy : 40 phút.

- Nhiệt độ : 80 oC.

- Thời gian lắng : 8 giờ .

Dầu nhờn thải sau khi tái sinh bằng phương pháp axit k ết hợp với trung hòa

bằng kiềm có chất lượng được cải thiện đáng kể với hiệu suất khoảng 70%, đồng

thời cho phép phối trộn với dầu đốt công nghiệ p. Tuy nhiên, chỉ tiêu độ nhớt là

chưa thỏa mãn yêu cầu của TCVN đối vớ i hầu hết các loại dầu FO. Vì vậy, khi tiến

hành phối trộn cần chú ý đến tỷ lệ phối trộn sao cho các tính chất này đạt yêu cầu.

Nghiên cứu này một lần nữa chứng tỏ công nghệ tái sinh dầu nhớt thải bằng

phương pháp axit đơn giản, dễ thực hiện, phù hợp với điều k iện của Việt Nam hiện

nay. Tuy nhiên, chúng ta cần phải cải thiện công nghệ hơn nữa để dầu tái sinh mang

lại hiệu quả kinh tế cao hơn, đồng thời giảm ô nhiễm môi trường.





T

r

ư

ờn

g

Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u



TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Bùi Huê Cầu (1991). Tái sinh d ầu nhờn phế thải. Nhà xuất bản Bộ

Thương mại và Du lịch, Hà Nội.

2. Đinh Thị Ngọ (2003). Hóa học dầu mỏ và khí . Nhà xuất bản Khoa học

và K ĩ Thuật, Hà Nội.3. Đoàn Thiên Tích (2001). Dầu khí Việt Nam. Nhà xuất bản ĐH Quốc

Gia TP. Hồ Chí Minh, TP Hồ Chí Minh.

4. Đỗ Huy Định (1994). H ội thảo dầu bôi trơn. Lần thứ hai. Hà Nội.

5. Đỗ Huy Định (1998). Tuyển tập báo cáo Hội nghị Hóa học toàn quốc.

Lần thứ ba, Hà Nội.

6. Kiều Đình Kiểm (1999). Các sản phẩm dầu mỏ và hoá d ầu. Nhà xuất

bản Khoa học và K ỹ thuật, Hà Nội.7. Lê Văn Hiếu (2001). Công nghệ chế biến dầu mỏ. Nhà xuất bản Khoa

học và K ỹ thuật, Hà Nội.

8. Minh Trí (1960). Dầu mỡ cho thiết bị các nhà máy. Vụ Kỹ thuật Bộ

Công Nghiệp, Hà Nội.

9. Nguyễn Đức Thọ (1998). Nghiên cứu xử lý dầu nhờn thải để nhận sản

phẩm có giá trị. Luận văn cao học, Hà Nội.

10. Ngyuễn Hữu Phú (1971). Hoá lý . Tập 4. ĐHBK Hà Nội, Hà Nội.

11. Nguyễn Sinh Hoa (1998). Giáo trình hoá keo. NXB Xây Dựng, Hà Nội.

12. Phan Tử Bằng (2002). Công nghệ chế biến dầu và khí . NXB Xây Dựng,

Hà Nội.

13.

Phạm Văn Cối (1970). Chế tạo các loại mỡ, mỡ nhờn, dầu phanh ô tô

và tái sinh các loại dầu nhờn. Nhà xuất bản Giáo Dục, Hà Nội.

14. Tr ần Mạnh Trí (1979). Hóa học dầu mỏ và khí . Trường ĐHBK Hà Nội,

Hà Nội.

15.

Tr ần Mạnh Trí (1996). Dầu khí và d ầu khí ở Việt Nam. Nhà xuất bản

Khoa học và k ỹ thuật, Hà Nội.

16. Võ Thị Liên (1983). Công nghệ chế biến dầu mỏ và khí . Trường ĐHBK

Hà Nội, Hà Nội.

17. C.Kajdas (1993). Dầu mỡ bôi trơn. Nhà xuất bản Khoa học và k ỹ thuật,

Hà Nội.





Đ

H

B

à

R

ị

a

V

ũ

n

g T

à

u


18. S.S Voiutski (1973). Hoá học chất keo (Lê Nguyên Tảo dịch). NXB

Đại Học và Trung Học chuyên nghiệp, Hà Nội.

19.

Trương Hữu Tr ì (2008). Tái sinh d ầu thải động cơ . Trường ĐHBK Đà

Nẵng, Đà Nẵng.

20. Bài thí nghiệm về dầu mỏ. (1999).Trường ĐHSP Quy Nhơ n - Khoa

Công nghệ, Quy Nhơn.

21. Giáo trình Thí nghiệm về Kỹ thuật phân tích dầu mỏ và các sản phẩm

dầu mỏ. Trường ĐHBK Hà Nội, Hà Nội.

22. PETROLIMEX. S ổ tay chỉ tiêu chất lượng dầu mỡ nhờn Petrolimex.

23. Asia-Pacific Fuel-Lubes Market 6, 1997.

24. D.Klamann. Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemical. Vol A15.

Lubrication and Related products.

25.

TCVN 6239:2002, 5 June 2012 ,

<http://kv2.petrolimex.com.vn/nd/linhvuc-kd-

hang_hoa/nhien_lieu_dot_lo_fo/default.aspx>.


Documents

NGHIÊN CỨU TÁI SINH DẦU NHỜN THẢI CỦA CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ ĐỂ PHỐI TRỘN VỚI DẦU ĐỐT FO