Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Phân tích, đánh giá chất lượng dầu bôi trơn động cơ qua quá trình sử dụng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:97

Thêm vào BST

Báo xấu

25
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích xây dựng được qui trình phân tích, đánh giá sơ bộ tính chất nguyên liệu đầu vào cho quá trình cracking xúc tác để sản xuất dầu diezel từ dầu thải của Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam. Mời các bạn tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Phân tích, đánh giá chất lượng dầu bôi trơn động cơ qua quá trình sử dụng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ---------------------------------- PHẠM THỊ THU HOÀI PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG DẦU BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ QUA QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội - Năm 2014
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ---------------------------------- PHẠM THỊ THU HOÀI PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG DẦU BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ QUA QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG Chuyên ngành : Hóa phân tích Mã số:60440118 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: Ngƣời hƣớng dẫn 1: TS ĐINH VĂN KHA Ngƣời hƣớng dẫn 2: PGS. TS. ĐỖ QUANG TRUNG Hà Nội - Năm 2014
LỜI CẢM ƠN Qua Luận văn này, tôi xin cảm ơn TS.Đinh Văn Kha, PGS.TS.Đỗ Quang Trung đã tận tình giúp đỡ để luận văn này đƣợc hoàn thành. Tôi xin cảm ơn tất cả các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn Hóa phân tích và các thầy cô trong Khoa Hóa học – Trƣờng ĐH KHTN – ĐH Quốc gia Hà Nội. Xin chân thành cảm ơn tới các đồng nghiệp tại Trung tâm Phân tích, Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển - Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi hoàn thành Luận văn ! Hà Nội, ngày 20 tháng 12 năm 2014 Học viên Phạm Thị Thu Hoài
MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC BẢNG DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1- TỔNG QUAN ................................................................................................. 2 1.1. Giới thiệu về dầu bôi trơn. ......................................................................................... 2 1.2. Thành phần dầu bôi trơn động cơ .............................................................................. 3 1.2.1. Dầu gốc............................................................................................................... 3 1.2.2. Phụ gia ................................................................................................................ 3 1.3. Dầu bôi trơn thải (dầu thải). ....................................................................................... 7 1.4. Mối nguy hại của dầu thải. ......................................................................................... 8 1.5. Các phƣơng pháp xử lý dầu thải ở Việt Nam ............................................................. 9 1.5.1. Phƣơng pháp tái sinh dầu thải ............................................................................ 9 1.5.2. Phƣơng pháp sản xuất nhiên liệu từ dầu thải.................................................... 11 1.6. Phƣơng pháp cracking xúc tác xử lý dầu thải. ......................................................... 12 1.6.1.Cơ sở lý thuyết của quá trình cracking xúc tác ...................................................... 12 1.6.2. Sản phẩm của quá trình cracking xúc tác .............................................................. 14 1.7. Các chỉ số cơ bản đánh giá chất lƣợng dầu bôi trơn. ............................................... 17 1.7.1. Chỉ số độ nhớt (Viscosity Index – VI). ............................................................ 17 1.7.2. Chỉ số axít tổng (TAN) ..................................................................................... 19 1.7.3. Hàm lƣợng cặn cacbon. .................................................................................... 21 1.7.4. Hàm lƣợng lƣu huỳnh....................................................................................... 22 1.7.5. Hàm lƣợng nƣớc. .............................................................................................. 23 1.7.6. Hàm lƣợng cặn không tan. ............................................................................... 24 1.7.7. Hàm lƣợng chì. ................................................................................................. 24 CHƢƠNG 2 - THỰC NGHIỆM .......................................................................................... 32 2.1. Dụng cụ, hóa chất và thuốc thử. ............................................................................... 32 2.2. Đánh giá tính chất dầu thải....................................................................................... 33 2.2.1. Chỉ số độ nhớt. ................................................................................................. 33 2.2.2. Chỉ số axít tổng (TAN). ................................................................................... 34
2.2.3. Hàm lƣợng cặn cacbon Conradson (CCR) ...................................................... 35 2.2.4. Hàm lƣợng lƣu huỳnh ...................................................................................... 36 2.2.5. Hàm lƣợng nƣớc . ............................................................................................ 36 2.2.6. Hàm lƣợng chì. ................................................................................................ 37 2.3. Quá trình xử lý sơ bộ dầu thải. ................................................................................. 39 CHƢƠNG 3- KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................................... 41 3.1. Kết quả xác định các chỉ số đơn giản trong dầu bôi trơn. ........................................ 41 3.2. Xác định hàm lƣợng chì trong dầu bôi trơn bằng phƣơng pháp trắc quang với thuốc thử đithizon. ................................................................................................................ 42 3.2.1. Chọn bƣớc sóng đo phổ hấp thụ phân tử UV-VIS để đo phức chì-đithizon .... 42 3.2.2. Khảo sát ảnh hƣởng của thể tích dung dịch amoniac 25 % thêm vào trong quá trình chiết đến độ hấp thụ quang của phức chì-đithizon. ............................................ 43 3.2.3. Khảo sát ảnh hƣởng của thể tích dung dịch axit nitric (1:99) dùng để axit hóa dung dịch trong quá trình chiết đến độ hấp thụ quang của phức chì-đithizon. ........... 44 3.2.4. Khảo sát ảnh hƣởng của nguyên tố Fe3+ đến độ hấp thụ quang của phức chì- đithizon ....................................................................................................................... 44 3.2.5. Khảo sát ảnh hƣởng của nguyên tố Cu2+ đến độ hấp thụ quang của phức chì- đithizon ....................................................................................................................... 45 3.2.6. Khảo sát ảnh hƣởng của nguyên tố Zn2+ đến độ hấp thụ quang của phức chì- đithizon ....................................................................................................................... 46 3.2.7. Khảo sát ảnh hƣởng của thể tích dung dịch amoniac kali cyanua thêm vào trong quá trình chiết đến độ hấp thụ quang của phức chì- đithizon. ........................... 47 3.2.8. Đƣờng chuẩn xác định chì. .............................................................................. 48 3.2.9. Đánh giá phƣơng pháp phân tích. ..................................................................... 52 3.3. Quá trình khảo sát, xử lý sơ bộ dầu thải................................................................... 56 3.3.1. Khảo sát các điều kiện xử lý lắng tách sơ bộ dầu thải..................................... 57 3.3.2. Khảo sát điều kiện xử lý đông tụ dầu thải ít lƣu huỳnh ................................... 60 3.3.3. Khảo sát điều kiện xử lý dầu thải nhiều lƣu huỳnh ............................................... 75 KẾT LUẬN ......................................................................................................................... 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 86
DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ nguyên tắc của quá trình cracking xúc tác công nghiệp Hình 1.2: Đồ thị xác định chỉ số độ nhớt Hình 1.3: Cấu tạo lò đốt mẫu trong phƣơng pháp xác định Cặn cacbon Conradson Hình 1.4: Cấu tạo của phức chì- đithizon Hình 3.1: Dạng pic của dung dịch mẫu trắng là đithizon ( màu xanh), 2 ppm ( đỏ) và 8 ppm ( tím) của dung dịch chì-đithizon Hình 3.2 : Sự phụ thuộc của độ hấp thu quang vào thể tích NH4OH 25% thêm vào trong quá trình chiết chì. Hình 3.3: Sự phụ thuộc của độ hấp thu quang vào thể tích dung dịch axit nitric (1:99) dùng để axit hóa dung dịch trong quá trình chiết chì. Hình 3.4: Sự phụ thuộc của độ hấp thu quang của phức chì- đithizon vào nồng độ Sắt trong mẫu thử. Hình 3.5: Sự phụ thuộc của độ hấp thu quang của phức chì- đithizon vào nồng độ đồng trong mẫu thử Hình 3.6: Sự phụ thuộc của độ hấp thu quang của phức chì- đithizon vào nồng độ kẽm trong mẫu thử. Hình 3.7: Sự phụ thuộc của độ hấp thu quang vào thể tích dung dịch amoniac kali cyanua thêm vào trong quá trình chiết chì. Hình 3.8 : Khoảng tuyến tính của chì Hình 3.9: Đƣờng chuẩn xác định chì bằng phép đo phổ UV- VIS với thuốc thử đithizon Hình 3.10: Quy trình xử lý lắng tách sơ bộ dầu thải Hình 3.11: Ảnh hƣởng của thành phần chất đông tụ đến hiệu suất xử lý Hình 3.12: Ảnh hƣởng của thành phần tác nhân đông tụ đến chỉ số cặn cacbon Hình 3.13: Ảnh hƣởng của tỷ lệ tác nhân đông tụ đến hiệu suất xử lý cặn không tan
Hình 3.14: Ảnh hƣởng của tỷ lệ tác nhân đông tụ đến hàm lƣợng cặn cacbon Hình 3.15: Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hiệu suất xử lý cặn không tan Hình 3.16: Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hiệu suất quá trình Hình 3.17: Ảnh hƣởng của thời gian đến hiệu suất xử lý cặn không tan Hình 3.19: Ảnh hƣởng của tốc độ khuấy tới hiệu suất xử lý cặn không tan Hình 3.20: Ảnh hƣởng của tốc độ khuấy tới độ giảm cặn cacbon Hình 3.21: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của tỷ lệ tác nhân kiềm tới hiệu quả xử lý lƣu huỳnh Hình 3.22: Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của nhiệt độ tới hiệu quả quá trình rửa kiềm xử lý lƣu huỳnh Hình 3.23: Ảnh hƣởng của thời gian xử lý tới hiệu quả của quá trình Hình 3.24: Ảnh hƣởng của tốc độ khuấy tới hiệu quả quá trình xử lý
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Ảnh hƣởng của nguyên liệu đến thành phần khí cracking xúc tác Bảng 1.2: Bảng giá trị chỉ số nhớt theo độ nhớt động học Bảng 2.1: Khối lƣợng mẫu thử Bảng 3.1: Giá trị độ hấp thụ quang theo nồng độ chì Bảng 3.2: Giá trị độ hấp thụ quang của 20 mẫu trắng Bảng 3.3: Giá trị LOD, LOQ Bảng 3.4: Sai số của phép đo UV-VIS xác định chì Bảng 3.5: Giá trị độ lặp lại của phép đo Bảng 3.6: Kết quả hiệu suất thu hồi Bảng 3.7: Kết quả phân tích chì bằng hai phƣơng pháp Bảng 3.8 : Bảng so sánh hàm lƣợng chì làm theo 2 phƣơng pháp bằng chuẩn Student Bảng 3.9: Kế t quả phân tić h các tiń h chấ t hóa lý của các mẫu dầ u thải nguyên liệu Bảng 3.10: Ảnh hƣởng của nhiệt độ tới quá trình lắng tách Bảng 3.11: Ảnh hƣởng của thời gian lắng tới quá trình lắng tách Bảng 3.12: Tính chất hóa lý của một số mẫu dầu sau lắng tách sơ bộ Bảng 3.13: Ảnh hƣởng của thành phần hỗn hợp chất đông tụ tới hiệu suất xử lý Bảng 3.14: Ảnh hƣởng của thành phần chất đông tụ đến cặn cacbon Bảng 3.15: Ảnh hƣởng của tỷ lệ tác nhân đông tụ tới hiệu suất xử lý cặn không tan Bảng 3.16: Ảnh hƣởng của tỷ lệ tác nhân tới hàm lƣợng cặn cacbon Bảng 3.17: Ảnh hƣởng của nhiệt độ tới hiệu suất xử lý cặn không tan Bảng 3.18: Ảnh hƣởng của nhiệt độ tới hàm lƣợng cặn cacbon Bảng 3.19: Ảnh hƣởng của thời gian tới hiệu suất xử lý cặn không tan Bảng 3.20: Ảnh hƣởng của thời gian tới hàm lƣợng cặn cacbon
Bảng 3.21: Ảnh hƣởng của tốc độ khuấy tới hiệu quả xử lý cặn không tan Bảng 3.22: Ảnh hƣởng của tốc độ khuấy tới độ giảm cặn cacbon Bảng 3.23: Hàm lƣợng lƣu huỳnh của các mẫu dầu thải trƣớc và sau xử lý đông tụ Bảng 3.24: Tính chất hóa lý của mẫu dầu thải sau đông tụ Bảng 3.25: Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của các loại tác nhân kiềm khác nhau tới hiệu quả xử lý lƣu huỳnh Bảng 3.26: Ảnh hƣởng của hàm lƣợng metanol tới hiệu quả của quá trình Bảng 3.27: Ảnh hƣởng của tỷ lệ tác nhân kiềm tới hiệu quả của quá trình Bảng 3.28: Ảnh hƣởng của nhiệt độ tới hiệu quả quá trình xử lý lƣu huỳnh Bảng 3.29: Ảnh hƣởng của thời gian xử lý khác nhau tới hiệu quả của quá trình xử lý lƣu huỳnh trong dầu thải Bảng 3.30: Ảnh hƣởng của tốc độ khuấy tới hiệu quả xử lý lƣu huỳnh Bảng 3.31: Tính chất hóa lý của các mẫu dầu thải đã xử lý lƣu huỳnh
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Tên viết tắt Tên đầy đủ Ppm: Part per million (phần triệu) EDTA: Ethylenediaminetetraacetic acid ETOO: Eriocrom đen T LOD: Limit of detection (Giới hạn phát hiện) LOQ: Limit of quantitation (Giới hạn định lƣợng) ICP-MS: Inductively coupled plasma mass spectrometry UV-VIS: Ultra violet visible spectrophotometry (tử ngoại khả kiến) Atomic Absorption Spectrophotometric (quang phổ hấp thụ AAS: nguyên tử) AES: Atomic emission spectroscopy (quang phổ phát xạ nguyên tử) Electrothermal atomisation Atomic Absorption ETA-AAS: Spectrophotometric (kỹ thuật nguyên tử hoá không ngọn lửa) Flame- Atomic Absorption Spectrophotometric (kỹ thuật F-AAS: nguyên tử hoá bằng ngọn lửa) Inductively couple plasma –atomic emission spectroscopy ICP-AES: (quang phổ phát xạ nguyên tử plasma ghép đôi cảm ứng)
MỞ ĐẦU Dầu bôi trơn là một loại vật tƣ nguyên liệu không thể thiếu đƣợc đối với bất kỳ ngành sản xuất nào, đặc biệt trong công nghiệp và giao thông vận tải. Hàng năm nƣớc ta phải sử dụng trên 300 ngàn tấn dầu bôi trơn các loại, với nhịp độ phát triển của nền kinh tế thị trƣờng, mức độ tiêu thụ dầu nhờn hàng năm tăng khoảng 10 ÷ 15%. Dầu bôi trơn qua quá trình sử dụng, tính chất cơ lý hóa của chúng bị suy giảm, đến một mức độ nào đó chúng không đáp ứng đƣợc các yêu cầu kỹ thuật, ngƣời ta phải thay bằng dầu mới. Dầu nhờn sau khi sử dụng đƣợc thải loại gọi là dầu thải. Gần đây theo quy định nghị định 115 của thủ tƣớng chính phủ, dầu thải đƣợc xếp vào nhóm các chất thải nguy hại. Dầu bôi trơn đƣợc pha chế từ dầu gốc và phụ gia tùy theo từng ứng dụng khác nhau. Nếu thu đƣợc dầu gốc từ dầu thải sau khi xử lý thì pha phụ gia cần thiết có thể thu đƣợc dầu bôi trơn có các tính chất nhƣ dầu nguyên bản. Tái sinh đã trở thành giải pháp quan trọng ở nhiều nƣớc phát triển để giải quyết vấn đề dầu thải và công nghệ tái sinh hiện nay rất tiên tiến, hiện đại. Từ nhu cầu cấp thiết hiện nay đang đặt ra, đề tài luận văn: “Phân tích, đánh giá chất lượng dầu bôi trơn động cơ qua quá trình sử dụng”, với mục đích xây dựng đƣợc qui trình phân tích, đánh giá sơ bộ tính chất nguyên liệu đầu vào cho quá trình cracking xúc tác để sản xuất dầu diezel từ dầu thải của Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam. 1
CHƢƠNG 1- TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu về dầu bôi trơn. Có 02 loại dầu bôi trơn cơ bản, đó là dầu bôi trơn gốc dầu mỏ và dầu bôi trơn gốc tổng hợp. Mỗi một loại dầu bôi trơn đƣợc sản xuất sẽ thích nghi với điều kiện và mục đích làm việc cụ thể. Và mỗi loại cũng phản ánh khả năng chống oxy hóa cũng nhƣ sự tƣơng thích với các loại máy móc, nhu cầu và môi trƣờng khác nhau. Để tăng tuổi thọ sử dụng của động cơ thì việc thay dầu bôi trơn cho động cơ là điều cần đƣợc chú ý đến. Dầu động cơ ô tô là một sản phẩm bôi trơn có nguồn gốc từ dầu mỏ, mặc dù có các thành phần hydrocacbon gần giống với xăng nhƣng dầu động cơ đƣợc sử dụng với mục đích hoàn toàn khác. Dầu động cơ đƣợc thiết kế với mục đích bảo vệ các bộ phận chuyển động khác nhau của động cơ, trong khi xăng dầu, một sản phẩm khác từ dầu mỏ, đƣợc sản xuất để sản sinh ra nhiệt cung cấp năng lƣợng cho động cơ. Sản phẩm bôi trơn có thể ở dạng lỏng, chẳng hạn nhƣ dầu động cơ và dầu thủy lực, hoặc ở thể rắn hoặc bán rắn nhƣ mỡ hoặc băng teflon, hoặc có thể ở dạng bột chẳng hạn nhƣ than chì khô hoặc disulfide molybdenum tùy thuộc vào mục đích và vị trí sử dụng. Tất cả các sản phẩm bôi trơn sử dụng cho máy móc thiết bị cơ khí đƣợc thiết kế để tạo ra một vài lớp phủ bảo vệ giữa các bộ phận chuyển động của máy móc thiết bị nhằm bảo vệ các bộ phận này khỏi sự ô nhiễm, sự mài mòn do ma sát và quá trình oxy hóa. Các sản phẩm bôi trơn tổng hợp đƣợc sản xuất thông qua một số các quá trình chế biến hóa học giúp cải thiện đáng kể các tính chất của chất bôi trơn nhƣ khả năng kháng oxy hóa, chỉ số độ nhớt… Dầu động cơ tổng hợp đƣợc ƣa chuộng sử dụng hơn so với các dầu động cơ có nguồn gốc từ dầu mỏ. Dầu bôi trơn tổng hợp cũng đƣợc ƣa chuộng sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp mặc dù chi phí sử dụng ban đầu của nó đắt hơn nhiêu so với các loại dầu bôi trơn gốc dầu mỏ, tuy nhiên hiệu quả mà dầu bôi trơn tổng hợp đem lại cũng tƣơng xứng, đáp ứng đƣợc nhu cầu ngày càng cao của các máy móc hiện đại. Nhờ các đặc tính vƣợt trội nên 2
thời gian sử dụng dầu động cơ và dầu máy móc tổng hợp dài hơn từ đó tiết kiệm đƣợc chi phí đáng kể hơn so với dầu gốc dầu mỏ, kéo dài tuổi thọ của máy móc. 1.2. Thành phần dầu bôi trơn động cơ Thành phần cơ bản của dầu bôi trơn là dầu gốc và các phụ gia đƣợc pha trộn để nâng cao chất lƣợng của dầu bôi trơn. 1.2.1. Dầu gốc Dầu gốc là dầu thu đƣợc sau quá trình chế biến, xử lý tổng hợp bằng các quá trình xử lý vật lý và hóa học. Dầu gốc thông thƣờng gồm có hai loại là: - Dầu khoáng - Dầu tổng hợp Dầu gốc đƣợc sản xuất từ dầu mỏ thông qua các quá trình chế biến đƣợc gọi là dầu gốc khoáng và dầu có nguồn gốc từ thực vật đƣợc tổng hợp qua các quá trình tổng hợp hóa học đƣợc gọi là dầu gốc tổng hợp. Nhƣng ngày nay ngƣời ta thƣờng sử dụng dầu khoáng hay dầu tổng hợp là chủ yếu. Với tính chất ƣu việt nhƣ giá thành rẻ, sản phẩm đa dạng và phong phú, dầu khoáng đã chiếm một vị trí quan trọng trong lĩnh vực sản xuất dầu nhờn. Phần lớn dầu gốc đƣợc sử dụng là dầu gốc khoáng thu từ quá trình chƣng cất chân không sản phẩm đáy của tháp chƣng cất khí quyển. Thành phần của dầu gốc khoáng thƣờng chứa các hydrocacbon từ C18 - C40, gồm có: - Parafin mạch thẳng và mạch nhánh. - Naphten có cấu trúc vòng xyclohexan gắn với mạch nhánh parafin. - Aromatic đơn và đa vòng có chứa mạch nhánh ankyl. - Các hợp chất lai hợp trong phân tử có chứa cả ba loại hydrocacbon là parafin, naphten, aromatic. - Các hợp chất hữu cơ trong phân tử có chứa các dị nguyên tố nhƣ O, S, N. Tuy nhiên, trong điều kiện đặc biệt nhƣ trong điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt thì dầu gốc đƣợc thay thế một phần hay hoàn toàn bằng dầu tổng hợp (các hydro, este hữu cơ…). 1.2.2. Phụ gia Phụ gia là các chất hữu cơ, vô cơ hoặc nguyên tố có tác dụng cải thiện một hay nhiều tính chất nhất định của dầu gốc. 3
Phụ gia dùng để pha chế bôi trơn phải đảm bảo một số yêu cầu chung nhƣ: tan đƣợc trong dầu gốc, bền về hóa học, tƣơng hợp với dầu gốc và các loại phụ gia khác, độ bay hơi thấp, hoạt tính kiểm tra đƣợc. Nồng độ các phụ gia nằm trong khoảng 0,01-5%, trong những trƣờng hợp đặc biệt có thể lên tới 10%.Tuy chiếm một tỉ lệ không lớn nhƣng nó đóng vai trò sống còn và quyết định tới chất lƣợng của một loại dầu nhờn thƣơng phẩm. Dầu gốc chứa các phân tử hydrocacbon nặng và có các tính chất hóa lý tƣơng tự nhƣ dầu thành phẩm. Tuy nhiên, ngƣời ta không thể sử dụng ngay loại dầu này bởi tính chất hóa lý của nó chƣa đáp ứng đƣợc nhu cầu bảo vệ động cơ, hoặc sau một thời gian sử dụng nó rất dễ bị biến chất làm giảm phẩm chất chất lƣợng không thực hiên tốt vai trò của mình. Để cải thiện các tính chất đó, ngƣời ta pha thêm các phụ gia. Các chức năng chính của phụ gia là: - Làm tăng độ bền oxi hoá. - Khử hoạt tính xúc tác của kim loại. - Chống ăn mòn. - Chống gỉ. - Chống sự tạo cặn bám và cặn bùn. - Giữ các tạp chất bẩn ở dạng huyền phù. - Tăng chỉ số độ nhớt. - Giảm nhiệt độ đông đặc. - Làm dầu có thể trộn lẫn với nƣớc. - Chống sự tạo bọt. - Ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật. - Làm cho dầu có khả năng bám dính tốt. - Tăng khả năng làm kín. - Làm giảm ma sát. - Làm giảm và ngăn chặn sự mài mòn. - Chống sự kẹt xƣớc các bề mặt kim loại. Đối với dầu động cơ thì có ba loại phụ gia quan trọng nhất là: phụ gia tăng chỉ số độ nhớt, phụ gia chống oxi hóa, phụ gia chống ăn mòn. Phụ gia tăng chỉ số độ nhớt Chỉ số độ nhớt là một tính chất quan trọng của dầu, bởi nó phải phù hợp với điều kiện làm việc ở nhiệt độ cao của động cơ. Và trong điều kiện khởi động, nó phải có độ nhớt vừa phải. Tuy nhiên trong quá trình sử dụng dầu bôi trơn có thể bị 4
oxi hóa hoặc chịu những sự tác động khác nhau mà làm giảm đi tính nhớt nhiệt và khoảng nhiệt độ làm việc của mình. Do đó phụ gia tăng chỉ số độ nhớt giúp cho dầu nhờn có độ nhớt ít phụ thuộc vào nhiệt độ nên sẽ bảo vệ động cơ ở nhiều điều kiện khác nhau và giúp động cơ khới động dễ dàng hơn. Các phụ gia cải thiện chỉ số độ nhớt đƣợc chia thành hai dạng cơ bản: + Dạng hydrocacbon là các copolymeetylenpropylen, polyizobutylen, copolimestyren – butadiene đã hydro hoá... + Dạng este là các polimemetacrylat, polyacrylat và các copolime của este styrenmaleic… Phụ gia chống oxi hóa Các điều kiện xảy ra phản ứng oxi hóa là: nhiệt độ cao, sự có mặt của không khí và kim loại của động cơ. Kim loại này là xúc tác cho phản ứng oxi hóa. Trong quá trình oxi hóa có thể tạo ra các chất sau: hydrocacbon dầu mỏ, andehit, axit hữu cơ, nhựa, vani, sơn, cốc. Lƣợng dầu mất mát do quá trình oxi hóa là nhỏ. Tuy nhiên, các sản phẩm của quá trình oxi hóa làm mất tính đồng nhất của dầu do bùn và các sản phẩm không mong muốn phân tán trong dầu. Đó cũng chính là nguyên nhân tạo cặn và sinh ra các thanh phần ăn mòn động cơ. Vì vậy phụ gia ức chế oxi hóa giúp dầu không bị phân hủy và không oxi hóa dƣới điều kiện khắc nghiệt nhƣ: nhiệt độ cao, áp suất lớn của động cơ. Các chất ức chế quá trình oxi hóa chủ yếu gồm những loại sau: 5
+ Các dẫn xuất của phenol: 2,6 diter butyl paracresol + Amin thơm: thuộc nhóm này chủ yếu là các diankylphenyl amin Diankyl phenylamin + Kẽm diakyldithiophotphat (ZnDDP): Phụ gia chống ăn mòn Trong quá trình hoạt động động cơ sẽ không tránh khỏi sự ăn mòn do nhiều nguyên nhân khác nhau nhƣ tiếp xúc với các tác nhân axit, các hợp chất hoạt động chứa S… Vì vậy, dầu bôi trơn động cơ cần phải pha thêm phụ gia chống ăn mòn. Nó có tác dụng trung hòa các axit sinh ra trong quá trình động cơ hoạt động và bảo vệ các bề mặt kim loại. Một số phụ gia điển hình nhƣ: Benzothiazol 6
Limonen sunfua Ngoài ra, tùy thuộc vào điều kiện vận hành và làm việc của động cơ mà các nhà sản xuất pha thêm những loại phụ gia khác nhau. Còn một số phụ gia cũng rất quan trọng là: - Phụ gia phân tán, tẩy rửa. - Phụ gia hạ nhiệt độ đông đặc. - Phụ gia tribology. - Phụ gia cực áp. 1.3. Dầu bôi trơn thải (dầu thải). Do sự đa dạng về chủng loại dầu bôi trơn và mức độ nhiễm bẩn của dầu khác nhau nên thành phần dầu bôi trơn thải cũng rất khác nhau. Trong quá trình vận hành của động cơ, dầu bị lẫn các tạp chất từ bên ngoài và xảy ra quá trình oxy hóa các thành phần phụ gia trong dầu. Các tạp chất bị lẫn vào trong dầu bao gồm nƣớc, các hạt kim loại do sự mài mòn động cơ, oxit kim loại từ quá trình ăn mòn kim loại, nhiên liệu bị lẫn... Các sản phẩm từ quá trình xuống cấp dầu gồm sản phẩm của quá trình oxy hóa dầu và các phụ gia trong dầu, bùn là hỗn hợp của dầu, nƣớc, bụi, bẩn và các hạt cacbon từ quá trình cháy không hoàn toàn của nhiên liệu…[20] Trong quá trình làm việc của dầu bôi trơn, hàm lƣợng của các cặn không tan và nƣớc trong dầu tăng lên, làm giảm tính chất chịu mài mòn của nó. Nƣớc và các cặn không tan có ảnh hƣởng đến các quá trình xử lý dầu và cracking dầu thải nên cần đƣợc tách loại trong quá trình xử lý sơ bộ. Kết quả nghiên cứu các thành phần của dầu bôi trơn đang sử dụng và dầu thải cho thấy, trong quá trình làm việc của động cơ, hàm lƣợng của các hạt rắn vô cơ nhƣ silic và sắt tăng lên từ 2 – 11 lần và 10 – 100 lần tƣơng ứng so với trong dầu còn mới. Nguy hiểm nhất là sự có mặt của các hạt muội than có kích thƣớc từ 1 – 5 µm đã gây ra quá trình "lão hóa" của dầu và làm giảm các tính năng chủ yếu của dầu. Khi dầu lẫn nhiên liệu, độ nhớt và khả 7
năng bôi trơn của dầu bị giảm, đồng thời lại làm tăng quá trình đóng cặn cứng trên các chi tiết của động cơ. Do thành phần và mức độ nhiễm bẩn khác nhau của dầu thải nên cần phân loại dầu để có quy trình xử lý khác nhau. 1.4. Mối nguy hại của dầu thải. Mặc dù hệ thống luật pháp và quy định về quản lý dầu thải thích hợp đã đƣợc ban hành, song trong quá trình khảo sát sơ bộ thực trạng chung nhận thấy rằng việc thực tế rất nghèo nàn, chắp vá. Ngƣời vận chuyển, thu gom và hầu hết những ngƣời tái sinh dầu không có giấy phép và các văn bản buôn bán, giao dịch dầu thải đều không có. Điều này không có nghĩa là dầu thải đƣợc thải vào môi trƣờng một cách đơn giản. Tính trên tổng lƣợng dầu thải ở Việt Nam thì ƣớc tính có khoảng 50% đƣợc thu hồi hiện nay. Trong đó dầu động cơ là khoảng 60 - 70%, dầu công nghiệp là khoảng 30 - 60%. Dầu thải đƣợc thu gom trên một khu vực địa lý rộng trong đó các khu công nghiệp và các tỉnh thành lớn thì tập trung nhiều hơn. Tuy nhiên việc tái sinh dầu không đƣợc tiến hành theo phƣơng pháp thân thiện với môi trƣờng. Ngoài ra việc còn 50% lƣợng dầu thải (khoảng 150.000 tấn/năm) vẫn chƣa đƣợc tính đến. Lƣợng dầu này có thể đƣợc xử lý theo một số cách song dƣờng nhƣ đƣợc thải loại trực tiếp vào môi trƣờng. Do đó có tác động rất lớn đến môi trƣờng, cụ thể nhƣ sau: - Đối với nguồn đất: do dầu thải chứa các hợp chất chứa axit, các hợp chất dị nguyên tố, nếu thải dầu này ra đất sẽ làm cho vi khuẩn và vi sinh vật trong đất bị chết, các chất axit tác dụng với chất khoáng tạo ra các loại kết tủa. Nhựa trong dầu thải ở trong đất sẽ lâu phân hủy. Do đó, khi đổ dầu thải vào đất, đất sẽ bị biến chất, không còn giá trị sử dụng. - Đối với nguồn nƣớc: Dầu thải nếu thải vào nguồn nƣớc sẽ gây ô nhiễm nguồn nƣớc. Các axít có trong dầu thải sẽ làm chết động thực vật trong nƣớc. Do dầu thải có khối lƣợng riêng thấp hơn nƣớc nên khi lẫn vào nƣớc sẽ nằm trên mặt 8
nƣớc và có thể gây ra hiện tƣợng: tạo nhũ và nhũ đó rất lâu phân huỷ. Vì thế nguồn nƣớc đó sẽ không thể dùng đƣợc. - Đối với động thực vật: Chủ yếu động thực vật lấy nguồn sống từ đất và nƣớc. Khi đất và nƣớc bị ô nhiễm do dầu thải, nguồn cung cấp dinh dƣỡng và thức ăn cho chúng do đó sẽ bị ảnh hƣởng. Điều này tất yếu sẽ làm ảnh hƣởng đến sự sống của cá loài động thực vật. - Đối với con ngƣời: Dầu thải sẽ làm ô nhiễm nguồn không khí tại những nơi thay thế dầu động cơ hay những nơi con ngƣời tiếp xúc trực tiếp với nó. Khí dầu thải tồn tại trong không khí, khi hít khí dầu thải vào ngƣời chúng ta sẽ bị các bệnh về hô hấp, về thần kinh. Các chất độc hại từ dầu thải không còn qua quá trình thẩm thấu vào lòng đất nữa mà tồn tại trực tiếp trên thực phẩm tƣơi sống. Hậu quả đặc biệt nghiêm trọng khi con ngƣời ăn phải những thực phẩm này vì trong dầu thải có chứa nhiều kim loại nặng nhƣ kẽm, chì. Chì có khả năng gây độc cho hệ thần kinh trung ƣơng, hệ thần kinh ngoại biên, gây rối loạn tạo huyết của ngƣời tiếp xúc trực tiếp và khả năng dẫn đến gây ung thƣ là rất lớn. 1.5. Các phƣơng pháp xử lý dầu thải ở Việt Nam Cũng nhƣ trên thế giới, ở Việt Nam từ trƣớc tới nay có 2 hƣớng đi chính trong việc xử lý dầu thải: tái sinh dầu thải để thu dầu nhờn và xử lý thay đổi tính năng sử dụng ban đầu của dầu. 1.5.1. Phương pháp tái sinh dầu thải Quá trình tái sinh dầu thải ở Việt Nam còn nhiều hạn chế, công nghệ lạc hậu, quy mô nhỏ lẻ, chủ yếu thực hiện theo các giai đoạn chính: * Giai đoạn 1. Chƣng cất sơ bộ Dầu thải ban đầu đƣợc xử lý cơ học (lắng, lọc) tách nƣớc và cặn không tan sau đó đƣợc gia nhiệt để tách tiếp nƣớc và các phân đoạn nhẹ. Tiếp đó, dầu đƣợc đƣa vào tháp chƣng cất khí quyển có trang bị hệ thống điều chỉnh nhiệt độ để cất và loại bỏ nƣớc, các phân đoạn nhẹ có nhiệt độ sôi tới 170 oC. Sau đó, dầu đƣợc làm lạnh và chuyển tới thiết bị đông tụ. 9
* Giai đoạn 2. Tách cặn tạp chất bằng chất đông tụ Quá trình đông tụ đóng vai trò quan trọng trong quy trình xử lý dầu thải. Nó có tác dụng tách khỏi dầu các tính chất cơ học cuối cùng còn tồn tại ở dạng rất mịn, khó lắng lọc, đồng thời loại bỏ phần lớn các phụ gia, sản phẩm phân hủy của phụ gia, các sản phẩm oxy hóa, atphanten, nhựa, các hợp chất không bền. Dầu đã tách hydrocacbon nhẹ đƣợc bơm vào thiết bị đông tụ. Gia nhiệt hệ tới 7080oC kết hợp khuấy trộn mạnh 100200 vòng/phút. Cho hỗn hợp chất đông tụ gồm NaOH, Na2CO3, Na3PO4 vào dầu (dùng khoảng 5% khối lƣợng dầu thải). Giữ hệ ở khoảng nhiệt độ trên và tiếp tục khuấy trong vòng 30 phút. Sau đó để lắng tự nhiên từ 810h. Lúc này hệ chia thành hai phần rõ rệt: phần cặn dƣới là dung dịch chất đông tụ dƣ có hòa tan các hợp chất nhựa, asphanten, cặn không tan, các sản phẩm lão hóa; phần lỏng trên là các cấu tử dầu có hòa tan lƣợng nhỏ chất đông tụ và ít nhiều các sản phẩm từ quá trình đông tụ. Gạn bỏ phần cặn, phần còn lại tiếp tục đƣợc khuấy và gia nhiệt đến 80  90oC. Dùng nƣớc nóng để chiết các chất đông tụ và sản phẩm từ chúng. Quá trình rửa đƣợc tiến hành nhiều lần đến khi hệ trở nên trung tính (pH = 7). Việc kiểm tra pH của dầu trƣớc khi đƣa sang tháp chƣng cất chân không là rất quan trọng, nếu dầu dƣ nhiều các chất đông tụ kiềm sẽ gây ăn mòn nghiêm trọng hệ thống chƣng cất chân không sau đó. * Giai đoạn 3. Chƣng cất chân không Mục đích quá trình là tách dầu đã xử lý với chất đông tụ thành các phân đoạn dầu bôi trơn khác nhau, từ đó điều chỉnh độ nhớt và điểm chớp cháy của dầu thành phẩm. Quá trình chƣng cất chân không còn đƣợc dùng nhƣ một giai đoạn làm sạch các phân đoạn dầu bôi trơn nhờ loại bỏ đƣợc phần phụ gia sót còn lại và các sản phẩm từ quá trình xử lý bằng chất đông tụ. Thông thƣờng khi áp dụng quá trình này đối với dầu phế thải, ngƣời ta thƣờng chỉ thu 1-2 phân đoạn cất và phần cặn, không lấy tới 3-4 phân đoạn cất nhƣ 10