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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1- TỔNG QUAN 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 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. 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. 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…). 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 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 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com + 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.