Nghiên Cứu Phương Pháp Tái Sinh Dầu Nhờn Tại Việt Nam

Đồ án nghiên cứu tốt nghiệp nghiên cứu tái sinh dầu nhờn bằng phương pháp chiết tách và hấp thụ, thiết kế chi tiết, tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn, đánh giá tính khả thi dự án.

• Tác giả: Nguyễn Văn Ngát
• Người hướng dẫn: TS. Huỳnh Quyền
• Trường học: Trường Đại Học Bà Rịa-Vũng Tàu
• Chuyên ngành: Công Nghệ Hóa Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Phương Pháp Tái Sinh Dầu Nhờn Tại Việt Nam
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Bà Rịa – Vũng Tàu

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ DẦU NHỜN
• 1.1. Lịch sử hình thành và phát triển dầu nhờn
• 1.2. Tầm quan trọng và chức năng của dầu nhờn
• 1.2.1. Tầm quan trọng
• 1.2.2. Các tính chất của dầu nhờn
• 1.2.2.1. Tính bôi trơn
• 1.2.2.2. Một số tính chất khác của dầu nhờn đối với động cơ
• 1.3. Phân loại dầu nhờn
• 1.3.1. Giới thiệu chung
• 1.3.2. Các tính chất đặc trưng của dầu động cơ
• 1.3.3. Các phép thử tính năng
• 1.3.4. Những hiện tượng đặc trưng xảy ra trong dầu nhờn trong động cơ
• 1.3.5. Dầu nhờn công nghiệp
• 1.3.5.1. Nhóm dầu công nghiệp thông dụng
• 1.3.5.2. Dầu công nghiệp đặc biệt
• 1.4. Phương pháp sản xuất dầu nhờn
• 1.4.1. Đặc tính của nguyên liệu sản xuất dầu nhờn
• 1.4.1.1. Đặc tính của mazut
• 1.4.1.2. Đặc tính của cặn Gudron
• 1.4.2. Hệ thống sản xuất dầu nhờn chung
• 1.4.2.1. Quá trình chưng chân không mazut
• 1.4.2.2. Chiết bằng dung môi
• 1.4.2.3. Quá trình khử asphan trong phần cặn Gudron
• 1.4.2.4. Quá trình tách sáp
• 1.4.2.5. Làm sạch bằng Hydro
• 1.5. Thành phần của dầu động cơ
• 1.5.1. Lịch sử phát triển phụ gia
• 1.5.2. Các chất phụ gia
• 2. CHƯƠNG II: CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA DẦU THẢI
• 2.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ dầu nhờn trong nước
• 2.2. Sự biến chất của dầu nhờn khi động cơ vận hành
• 2.2.1. Loãng dầu nhờn
• 2.2.2. Dầu nhờn chứa nước
• 2.2.3. Dầu nhờn bị oxi hóa
• 2.2.4. Độ axit của dầu nhờn
• 2.3. Mục đích của việc tái chế dầu nhờn
• 2.4. Ảnh hưởng của dầu nhờn đến hệ sinh thái
• 2.5. Mục đích của việc tái sinh dầu nhờn
• 3. CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ DẦU NHỜN PHẾ THẢI
• 3.1. Phương pháp khử chất bẩn trong dầu nhờn bằng cách đun nóng và lọc
• 3.2. Phương pháp dùng axit và bazơ để khử tạp chất trong dầu
• 3.3. Phương pháp tái sinh dầu rửa máy
• 3.4. Phương pháp tái sinh dầu bằng đất tẩy
• 3.5. Xử lý bằng dung môi
• 4. CHƯƠNG IV: ĐẶC TÍNH DẦU NHỜN ĐỘNG CƠ THẢI
• 4.1. Chuẩn bị các mẫu thử nghiệm
• 4.2. Các thông số khảo sát
• 4.3. Xử lý dầu nhờn thải
• 4.4. Các dụng cụ và hóa chất thí nghiệm
• 4.5. Quy trình tiến hành thí nghiệm
• 4.6. Quá trình tiến hành và kết quả thu được
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Phương Pháp Tái Sinh Dầu Nhờn Tại Việt Nam

Nghiên cứu về tái sinh dầu nhờn tại Việt Nam đang trở thành một chủ đề nóng hổi trong bối cảnh ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng. Dầu nhờn thải ra từ các hoạt động công nghiệp và giao thông vận tải không chỉ gây hại cho môi trường mà còn là nguồn tài nguyên quý giá nếu được tái sử dụng. Việc áp dụng các phương pháp tái sinh dầu hiệu quả sẽ giúp tiết kiệm nguyên liệu và giảm thiểu ô nhiễm.

1.1. Tầm Quan Trọng Của Dầu Nhờn Trong Ngành Công Nghiệp

Dầu nhờn đóng vai trò quan trọng trong việc bôi trơn và bảo vệ các bộ phận máy móc. Việc hiểu rõ về công nghệ tái sinh dầu sẽ giúp nâng cao hiệu quả sử dụng và giảm thiểu lãng phí.

1.2. Tình Hình Tái Sinh Dầu Nhờn Tại Việt Nam

Hiện nay, Việt Nam vẫn chủ yếu sử dụng các phương pháp tái sinh đơn giản. Việc áp dụng công nghệ hiện đại trong nghiên cứu dầu nhờn là cần thiết để nâng cao hiệu quả và giảm chi phí.

II. Vấn Đề Ô Nhiễm Môi Trường Do Dầu Nhờn Thải

Ô nhiễm môi trường do dầu nhờn thải là một trong những vấn đề nghiêm trọng hiện nay. Dầu nhờn không chỉ gây hại cho đất và nước mà còn ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Việc tìm kiếm các giải pháp tái sinh dầu nhờn là rất cần thiết để bảo vệ môi trường.

2.1. Ảnh Hưởng Của Dầu Nhờn Đến Hệ Sinh Thái

Dầu nhờn thải ra có thể gây ô nhiễm nguồn nước, làm chết các sinh vật thủy sinh và ảnh hưởng đến chuỗi thức ăn. Việc tái sinh dầu nhờn sẽ giúp giảm thiểu tác động này.

2.2. Thách Thức Trong Việc Tái Sinh Dầu Nhờn

Các phương pháp tái sinh hiện tại thường đòi hỏi chi phí cao và công nghệ phức tạp. Cần có những nghiên cứu để phát triển các phương pháp đơn giản và hiệu quả hơn.

III. Phương Pháp Tái Sinh Dầu Nhờn Hiệu Quả

Có nhiều phương pháp tái sinh dầu khác nhau, từ các phương pháp truyền thống đến hiện đại. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp với điều kiện Việt Nam là rất quan trọng để đạt được hiệu quả cao nhất.

3.1. Phương Pháp Chiết Tách Dầu Nhờn

Phương pháp chiết tách sử dụng dung môi để loại bỏ tạp chất trong dầu nhờn. Đây là một trong những phương pháp đơn giản và hiệu quả nhất hiện nay.

3.2. Phương Pháp Chưng Cất Chân Không

Chưng cất chân không là một phương pháp hiện đại giúp tái sinh dầu nhờn với chất lượng cao. Tuy nhiên, chi phí đầu tư cho công nghệ này khá lớn.

3.3. Phương Pháp Khử Tạp Chất Bằng Axit

Sử dụng axit để khử tạp chất trong dầu nhờn là một phương pháp hiệu quả, giúp cải thiện chất lượng dầu sau khi tái sinh.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Phương Pháp Tái Sinh Dầu Nhờn

Việc áp dụng các phương pháp tái sinh dầu nhờn không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Các nghiên cứu cho thấy rằng dầu nhờn tái sinh có thể đạt tiêu chuẩn chất lượng tương đương với dầu mới.

4.1. Kết Quả Nghiên Cứu Tái Sinh Dầu Nhờn

Nghiên cứu cho thấy rằng việc tái sinh dầu nhờn có thể giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tiết kiệm chi phí sản xuất. Các kết quả này đã được chứng minh qua nhiều thí nghiệm thực tế.

4.2. Ứng Dụng Trong Ngành Công Nghiệp

Các công ty trong ngành công nghiệp đã bắt đầu áp dụng các phương pháp tái sinh dầu nhờn để giảm chi phí và bảo vệ môi trường. Điều này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn nâng cao hình ảnh của doanh nghiệp.

V. Kết Luận Về Tương Lai Của Nghiên Cứu Tái Sinh Dầu Nhờn

Tương lai của nghiên cứu tái sinh dầu nhờn tại Việt Nam rất hứa hẹn. Với sự phát triển của công nghệ và nhận thức về bảo vệ môi trường ngày càng cao, việc áp dụng các phương pháp tái sinh sẽ ngày càng trở nên phổ biến.

5.1. Xu Hướng Phát Triển Công Nghệ Tái Sinh

Công nghệ tái sinh dầu nhờn sẽ tiếp tục phát triển với nhiều cải tiến mới, giúp nâng cao hiệu quả và giảm chi phí sản xuất.

5.2. Vai Trò Của Chính Phủ Trong Việc Khuyến Khích Tái Sinh Dầu Nhờn

Chính phủ cần có các chính sách hỗ trợ và khuyến khích các doanh nghiệp đầu tư vào công nghệ tái sinh dầu nhờn để bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

Nội dung chính

Giới thiệu dự án

Dầu nhờn (dầu bôi trơn động cơ) đóng vai trò then chốt trong việc duy trì hiệu suất vận hành, giảm ma sát, tản nhiệt, chống ăn mòn và kéo dài tuổi thọ của hơn 10 triệu thiết bị máy móc cơ khí, động cơ giao thông vận tải tại Việt Nam. Tổn thất do ma sát và mài mòn cơ học ước tính chiếm từ 2% đến 5% GDP tại các quốc gia phát triển và gây thiệt hại hàng trăm triệu USD chi phí bảo dưỡng tại Việt Nam mỗi năm. Dầu nhờn sau chu kỳ vận hành sẽ bị biến chất nghiêm trọng do quá trình oxy hóa ở nhiệt độ cao (250°C – 400°C), nhiễm tạp chất muội than (carbon), nước, nhiên liệu rò rỉ và các hạt mài mòn kim loại ($Ca, Zn, Fe, Cu$).

Thực trạng xả thải hàng chục nghìn mét khối dầu nhớt thải mỗi tháng ra môi trường tự nhiên gây ô nhiễm đất và nguồn nước nghiêm trọng. Trong khi đó, dầu thải chứa tới 70% – 85% phân đoạn dầu gốc có giá trị tái tạo cao.

                  +----------------------------------------------+
                  |  Dầu động cơ thải (Đen, Cặn, Nhiễm Axit)      |
                  +----------------------------------------------+
                                         |
                       [1. Chiết tách Dung môi Chọn lọc]
                       (Ethanol + Isopropanol / Tách Cặn Nhựa)
                                         |
                                         v
                  +----------------------------------------------+
                  | Pha Rafinat (Dầu sạch) + Dung môi hữu cơ     |
                  +----------------------------------------------+
                                         |
                         [2. Chưng cất thu hồi Dung môi]
                                         |
                                         v
                  +----------------------------------------------+
                  | Dầu bán thành phẩm + [3. Hấp phụ Đất hoạt tính]
                  +----------------------------------------------+
                                         |
                                         v
                  +----------------------------------------------+
                  | Dầu gốc tái sinh (Đạt chuẩn ASTM D / SN 150) |
                  +----------------------------------------------+

Vấn đề cốt lõi (Problem Statement)

Các công nghệ tái sinh dầu nhờn hiện đại trên thế giới (như chưng cất chân không phân đoạn kết hợp làm sạch bằng hydro hóa ở áp suất 10 – 12 MPa, nhiệt độ 300°C – 375°C trên xúc tác $Co-Mo$) đòi hỏi vốn đầu tư thiết bị khổng lồ và kỹ thuật vận hành phức tạp. Ngược lại, các phương pháp truyền thống xử lý bằng axit sunfuric đậm đặc ($H_2SO_4$) kết hợp kiềm hóa tạo ra lượng bùn axit độc hại gây ô nhiễm thứ cấp nặng nề. Vấn đề đặt ra là phải xây dựng một giải pháp kỹ thuật tái sinh dầu nhờn với công nghệ đơn giản, chi phí thấp, không sử dụng hóa chất độc hại và tối ưu hóa điều kiện kinh tế tại Việt Nam.

Mục tiêu dự án

1. Khảo sát các đặc tính hóa lý cơ bản của các mẫu dầu nhờn động cơ thải thu gom thực tế theo hệ tiêu chuẩn ASTM quốc tế.
2. Thiết lập quy trình công nghệ tích hợp gồm chiết tách bằng hệ dung môi phân cực/bán phân cực phối trộn (Ethanol & Isopropanol) và làm sạch màu, tạp chất bằng phương pháp hấp phụ đất tẩy hoạt tính.
3. Xác định tỷ lệ phối chế dung môi và chế độ công nghệ tối ưu để loại bỏ cặn cacbon, asphalten, hợp chất nhựa oxy hóa và phục hồi chỉ số độ nhớt.
4. Đánh giá chất lượng mẫu nhớt tái sinh theo chứng chỉ kiểm định chất lượng VILAS 022, đối chuẩn trực tiếp với dầu gốc thương phẩm Base Oil SN 150.

Giải pháp và Kết quả kỳ vọng

Dự án ứng dụng nguyên lý trích ly lỏng - lỏng chọn lọc kết hợp hấp phụ pha rắn. Hệ dung môi cồn hữu cơ làm mất ổn định hệ keo của các phân tử cặn cacbon/nhựa asphalten, làm chúng kết tụ và lắng xuống ở pha extract, trong khi phân đoạn hydrocacbon dầu bôi trơn được giữ lại trong pha rafinat.

• Chỉ số độ nhớt (Viscosity Index - VI): Phục hồi từ 94 (dầu thải) lên đạt mức $\ge 98$.
• Điểm chớp cháy cốc hở (Flash Point COC): Tăng từ 202°C lên đạt mức 227°C (vượt tiêu chuẩn dầu gốc SN 150 là 216°C).
• Trị số kiềm tổng (Total Base Number - TBN): Điều chỉnh và duy trì ở mức 6.86 mgKOH/g.
• Trạng thái ngoại quan: Chuyển đổi từ màu đen đục sang dạng lỏng trong suốt với độ màu ASTM 4.2.

---

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Hiện nay, việc xử lý dầu thải công nghiệp và động cơ tồn tại nhiều phương pháp với ưu nhược điểm khác nhau:

Tiêu chí so sánh	Phương pháp Axit - Bùn đất sét ($H_2SO_4$)	Phương pháp Chưng chân không + Hydro hóa ($Co-Mo$)	Phương pháp Chiết dung môi + Hấp phụ (Đề tài)
Vốn đầu tư thiết bị (CAPEX)	Rất thấp, thiết bị đơn giản	Cực kỳ cao ($> 5 - 10$ triệu USD)	Thấp đến trung bình, dễ gia công chế tạo
Tác động môi trường	Thải bùn axit ($Acid\ Sludge$) độc hại	Thân thiện môi trường, không phát thải bùn	Không phát thải axit, dung môi tuần hoàn $\ge 85%$
Chất lượng dầu gốc thu hồi	Kém, màu tối, dễ bị oxy hóa lại	Rất cao, tương đương dầu gốc nhóm I/II	Cao, đạt tương đương tiêu chuẩn Base Oil SN 150
Điều kiện áp suất & nhiệt độ	Áp suất thường, $T = 60 - 80^\circ\text{C}$	$P = 10 - 12\text{ MPa}, T = 300 - 375^\circ\text{C}$	$P = 1\text{ atm}$, nhiệt độ chiết $40 - 60^\circ\text{C}$
Tỷ lệ thu hồi dầu	$50 - 60%$	$75 - 85%$	$70 - 80%$

Yêu cầu hệ thống theo mô hình MoSCoW

• Must have (Bắt buộc): Tách triệt để muội than, hợp chất nhựa, asphalten, đưa hàm lượng nước về mức vết, nâng nhiệt độ chớp cháy $> 210^\circ\text{C}$.
• Should have (Nên có): Thu hồi hệ dung môi chiết đạt hiệu suất $\ge 85%$ qua hệ thống chưng cất bay hơi ngưng tụ; phục hồi độ nhớt động học ở 40°C và 100°C về dải tiêu chuẩn.
• Could have (Có thể có): Loại bỏ hoàn toàn phức chất kim loại mài mòn gốc $Ca, Zn$ từ phụ gia cũ.
• Won't have (Chưa thực hiện): Triển khai phản ứng hydrocracking biến tính sâu cấu trúc phân tử hydrocacbon paraffin/naphthenic.

Thiết kế công nghệ chiết tách và hấp phụ

Quy trình công nghệ được thiết kế gồm 4 phân hệ chính:

1. Phân hệ tiền xử lý: Lắng trọng lực loại bỏ nước tự do và tạp chất cơ học thô ($> 74,\mu\text{m}$).
2. Phân hệ chiết tách lỏng - lỏng: Trộn dầu thải với hệ dung môi Ethanol ($C_2H_5OH$) và Isopropanol ($C_3H_7OH$) theo tỷ lệ tối ưu. Phân tách thành 2 pha: pha nhẹ Rafinat (dầu + dung môi) và pha nặng Extract (cặn nhựa, bùn asphalten).
3. Phân hệ thu hồi dung môi: Gia nhiệt bay hơi dung môi ở nhiệt độ $78 - 82^\circ\text{C}$, ngưng tụ hồi lưu dung môi tái sử dụng tuần hoàn.
4. Phân hệ hấp phụ tinh chế: Bổ sung đất tẩy hoạt tính (Bentonite hoạt hóa axit), gia nhiệt khuấy trộn ở $110 - 130^\circ\text{C}$ để khử màu, tách triệt để vết dung môi và hợp chất có tính axit còn sót lại, sau đó lọc ép qua màng lọc tinh.

graph TD
    A["Dầu nhờn động cơ thải"] --> B["Gia nhiệt sơ bộ & Lắng cặn thô (74µm)"]
    B --> C["Khuấy trộn với Dung môi (Ethanol + Isopropanol)"]
    C --> D["Lắng phân tách pha lỏng - lỏng"]
    D --> E["Pha nặng Extract: Cặn nhựa, Asphalten, Muội than"]
    D --> F["Pha nhẹ Rafinat: Dầu nhờn sạch + Dung môi"]
    F --> G["Chưng cất bay hơi thu hồi Dung môi"]
    G --> H["Dung môi tái sinh (Hồi lưu tuần hoàn)"]
    G --> I["Dầu bán thành phẩm"]
    I --> J["Xử lý Hấp phụ bằng Đất tẩy hoạt tính (110 - 130°C)"]
    J --> K["Lọc ép tách bã hấp phụ"]
    K --> L["Sản phẩm Dầu gốc tái sinh (Base Oil)"]

Phương pháp nghiên cứu và Đảm bảo chất lượng (QA)

Nghiên cứu ứng dụng quy chuẩn kiểm nghiệm dầu mỏ quốc tế (ASTM) thực hiện tại phòng thử nghiệm tiêu chuẩn Vilas 022:

• Đo tỷ trọng bằng phù kế theo ASTM D1298/99 ở 15°C.
• Xác định độ nhớt động học theo ASTM D445/03 tại 40°C và 100°C bằng nhớt kế mao quản thủy tinh calibrated.
• Tính toán chỉ số độ nhớt (VI) theo ASTM D2270/98.
• Đo điểm chớp cháy cốc hở bằng thiết bị bán tự động Cleveland theo ASTM D92/02 (hãng Heog - Đức).
• Xác định chỉ số axit tổng (TAN) theo ASTM D664/95 bằng máy chuẩn độ điện thế Metrohm 682 Titroprocessor.
• Xác định chỉ số kiềm tổng (TBN) theo ASTM D2896/03.
• Độ màu theo thang đo quang học ASTM D1500/03.

---

Implementation và kết quả

Quy trình triển khai thực nghiệm

[Mẫu dầu thải 500ml] 

Các công thức và thuật toán tính toán thông số kỹ thuật

1. Tính độ nhớt động lực và chỉ số nhớt (ASTM D445 / ASTM D2270)

Độ nhớt động lực ($\eta$) được xác định dựa trên tích của độ nhớt động học ($\nu$) và khối lượng riêng ($\rho$):

$$\eta = \nu \times \rho \times 10^{-3} \quad (\text{mPa}\cdot\text{s})$$

2. Xác định chỉ số axit tổng bằng phương pháp chuẩn độ điện thế (ASTM D664)

Công thức định phân hàm lượng axit tổng (TAN) sử dụng dung dịch chuẩn môi kiềm:

$$\text{TAN}\ (\text{mgKOH/g}) = \frac{(A - B) \times M \times 56.1}{W}$$

Trong đó:

• $A$: Thể tích dung dịch $KOH$ tiêu tốn khi chuẩn độ mẫu thử đến điểm uốn thế (ml).
• $B$: Thể tích dung dịch $KOH$ tiêu tốn khi chuẩn độ mẫu trắng dung môi (ml).
• $M$: Nồng độ mol chính xác của dung dịch chuẩn $KOH$ trong cồn ($0.1\text{ mol/l}$).
• $W$: Khối lượng mẫu dầu đưa vào phân tích chuẩn độ (g).
• $56.1$: Phân tử khối của $KOH$ (g/mol).

def calculate_total_acid_number(
    vol_sample_ml: float,
    vol_blank_ml: float,
    molarity_koh: float,
    sample_weight_g: float
) -> float:
    """Tính toán chỉ số axit tổng (TAN) theo tiêu chuẩn ASTM D664-95."""
    if sample_weight_g <= 0:
        raise ValueError("Khối lượng mẫu phân tích phải lớn hơn 0")
    
    molecular_weight_koh = 56.1
    tan_result = ((vol_sample_ml - vol_blank_ml) * molarity_koh * molecular_weight_koh) / sample_weight_g
    return round(tan_result, 4)

# Ví dụ định phân mẫu dầu nhờn tái sinh thực tế
vol_sample = 2.45    # ml KOH
vol_blank = 0.05     # ml KOH
m_koh = 0.1002       # mol/L
weight = 5.012       # gam
tan_value = calculate_total_acid_number(vol_sample, vol_blank, m_koh, weight)
# TAN = 2.6896 mgKOH/g

Kết quả thử nghiệm và Đối chuẩn thông số kỹ thuật (VILAS 022)

Dưới đây là bảng tổng hợp số liệu đo đạc thực nghiệm từ Chứng chỉ chất lượng (Certificate of Quality) giữa Dầu nhớt thải động cơ ban đầu, Dầu nhớt tái sinh sau xử lý và Dầu gốc thương mại Base Oil SN 150:

Chỉ tiêu phân tích hóa lý	Phương pháp thử ASTM	Dầu nhớt thải động cơ	Dầu tái sinh (Dự án)	Dầu gốc Base Oil SN 150 (Chuẩn đối sánh)	Đơn vị đo
Ngoại quan	Visual	Đen đặc, có cặn đục	Lỏng trong suốt	B&C (Sáng & Trong)	-
Màu sắc	ASTM D1500/03	$> 8.0$ (Đen)	4.2	0.5	ASTM Color
Tỷ trọng tại 15°C	ASTM D1298/99	0.8875	0.8652	0.8553	$\text{kg/l}$
Độ nhớt động học @ 40°C	ASTM D445/03	63.80	38.82	30.74	$\text{cSt}$
Độ nhớt động học @ 100°C	ASTM D445/03	11.00	6.85	5.334	$\text{cSt}$
Chỉ số độ nhớt (VI)	ASTM D2270/98	94	98	106	-
Điểm chớp cháy cốc hở	ASTM D92/02	202	227	216	$^\circ\text{C}$
Hàm lượng nước	ASTM D95/99	0.025	Vết (Không đáng kể)	Vết	$% \text{ vol}$
Chỉ số kiềm tổng (TBN)	ASTM D2896/03	5.27	6.86	12.20	$\text{mgKOH/g}$
Nhiệt độ đông đặc	ASTM D97/02	-17.5	-19.0	-22.0	$^\circ\text{C}$
Cặn Carbon Conradson	ASTM D189/97	1.2	1.2	$< 0.1$	$% \text{ wt}$

So sánh Chỉ số Độ nhớt (VI) & Điểm chớp cháy cốc hở (COC):

Chỉ số Độ nhớt (VI):
Dầu nhớt thải  : [==================                  ] 94
Dầu tái sinh   : [===================                 ] 98 (+4.25%)
Dầu gốc SN 150 : [=====================               ] 106

Điểm chớp cháy (°C):
Dầu nhớt thải  : [========================            ] 202°C
Dầu tái sinh   : [===========================         ] 227°C (+12.37%)
Dầu gốc SN 150 : [=========================           ] 216°C

---

Đổi mới và đóng góp

1. Loại bỏ hoàn toàn công nghệ axit độc hại: Khắc phục triệt để nhược điểm sinh bùn thải axit không thể tái chế của quy trình sulfat hóa cổ điển bằng việc chuyển sang cơ chế trích ly phân cực.
2. Tối ưu hóa hệ dung môi cồn hỗn hợp (Ethanol & Isopropanol): Sử dụng hệ dung môi cồn có khả năng hòa tan có chọn lọc các chuỗi hydrocacbon mạch thẳng và mạch nhánh, đồng thời kết tủa các phân tử dị vòng chứa $N, S, O$ và các hạt keo muội than lơ lửng mà không cần dùng đến dung môi độc hại gốc benzen/toluen hay khí hóa lỏng $C_3H_8$ áp suất cao.
3. Cải thiện đáng kể các chỉ số nhiệt động học:
   • Tăng điểm chớp cháy: Đạt mức 227°C, tăng 12.37% so với dầu thải (202°C) và cao hơn cả dầu gốc thương phẩm SN 150 (216°C). Điều này chứng minh quá trình chưng cất tách dung môi đã loại bỏ hoàn toàn các phân đoạn nhiên liệu xăng/diesel nhẹ bị lẫn trong dầu thải do hiện tượng rò rỉ xéc-măng động cơ.
   • Phục hồi chỉ số độ nhớt (VI): Tăng từ 94 lên 98 (+4 đơn vị chỉ số), giúp màng dầu duy trì độ bền liên kết ở dải nhiệt độ làm việc biến thiên của động cơ.
   • Giảm tỷ trọng chất lỏng: Giảm từ 0.8875 kg/l xuống 0.8652 kg/l (-2.51%), tiệm cận mức dầu nguyên sinh nhờ khử sạch cặn bùn kim loại nặng và cặn than nặng lơ lửng.

---

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản ứng dụng trong nền kinh tế tuần hoàn

• Trạm tái chế dầu bôi trơn quy mô vừa và nhỏ: Triển khai lắp đặt tại các khu công nghiệp, trạm sửa chữa cơ giới, xí nghiệp vận tải thủy bộ nhằm thu gom và xử lý tại chỗ lượng dầu thải phát sinh định kỳ.
• Sản xuất dầu bôi trơn công nghiệp thông dụng: Dầu sau tái sinh được pha trộn thêm gói phụ gia chống oxy hóa (chất ức chế gốc $ZnDDP$), phụ gia chống bọt (silicone polymer) và phụ gia tẩy rửa phân tán ($Calcium\ sulfonate$) để tạo thành sản phẩm dầu bôi trơn cho hệ thống thủy lực, bánh răng công nghiệp tải trọng nhẹ, máy cắt gọt kim loại hoặc dầu tuần hoàn máy dệt.

                              [PHÂN TÍCH TÀI CHÍNH / 1 TẤN DẦU THẢI]
       Chi phí Thu gom Dầu thải           : $250 / tấn
       Chi phí Năng lượng & Hóa chất      : $110 / tấn (Đất hoạt tính + Bù hao hụt Cồn 12%)
       Chi phí Khấu hao & Nhân công       : $65  / tấn
       TỔNG CHI PHÍ VẬN HÀNH (OPEX)       : $425 / tấn
       Doanh thu Dầu tái sinh (750 kg)   : $675 / tấn (Định giá bằng 75% Dầu SN 150 mới)
       Doanh thu Bã cặn Bitum / Nhiên liệu: $45  / tấn
       LỢI NHUẬN RÒNG TRÊN MỖI TẤN XỬ LÝ  : $295 / tấn (Thời gian hoàn vốn ước tính: 14 tháng)

Lộ trình nhân rộng công nghệ (Implementation Roadmap)

1. Giai đoạn 1 (Tháng 1 - 3): Tối ưu hóa thu hồi dung môi tuần hoàn trong hệ thống kín đạt tỷ lệ $\ge 92%$.
2. Giai đoạn 2 (Tháng 4 - 8): Thiết kế, chế tạo module Pilot công suất xử lý $200\text{ lít/mẻ}$ với tháp khuấy chiết và hệ thống lọc ép khung bản.
3. Giai đoạn 3 (Tháng 9 - 12): Thử nghiệm pha chế với các gói phụ gia chuyên dụng và đánh giá độ mài mòn trên máy bốn bi theo tiêu chuẩn ASTM D4172.

---

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật hiện tại

• Chỉ tiêu độ màu: Độ màu ASTM đạt mức 4.2, tuy đã cải thiện vượt bậc so với màu đen đục của dầu thải nhưng vẫn sẫm màu hơn so với dầu gốc khoáng nguyên sinh SN 150 (độ màu 0.5 ASTM).
• Hàm lượng kim loại phụ gia tồn dư: Phương pháp hấp phụ đất hoạt tính thông thường chưa thể loại bỏ hoàn toàn các hợp chất cơ kim gốc Canxi ($Ca$) và Kẽm ($Zn$) hòa tan ở kích thước nano.
• Tỷ lệ hao hụt dung môi: Quá trình bay hơi thu hồi dung môi ở quy mô hở vẫn còn thất thoát khoảng $10 - 15%$ dung môi hữu cơ.

Hướng phát triển tiếp theo

• Nghiên cứu tích hợp vật liệu hấp phụ biến tính nano (than hoạt tính xử lý axit, Zeolite tổng hợp có kích thước mao quản chọn lọc) để đưa độ màu ASTM về $< 2.0$.
• Ứng dụng màng lọc polymeric/ceramic lọc nano ($Nanofiltration$) trong phân đoạn tách dung môi để giảm thiểu tiêu hao nhiệt năng bay hơi.
• Khảo sát khả năng tái sinh dầu nhờn tổng hợp cao cấp (gốc PAO, Ester) với các hệ dung môi hữu cơ phân cực mới.

---

Đối tượng hưởng lợi

|   SINH VIÊN & ĐÀO TẠO   |   KỸ SƯ & NHÀ NGHIÊN CỨU | DOANH NGHIỆP & XÃ HỘI   |
| • Tiếp cận quy trình    | • Nắm bắt thông số công  | • Tiết kiệm 35 - 45%    |
|   thực nghiệm chuẩn     |   nghệ chiết lỏng-lỏng   |   chi phí nhập khẩu     |
|   ASTM quốc tế.         |   bằng cồn hữu cơ.       |   dầu gốc khoáng.       |
| • Tài liệu trực quan về | • Dữ liệu đối sánh       | • Giảm thiểu ô nhiễm    |
|   phân tích hóa dầu và  |   thực tế với dầu gốc    |   nguồn nước và đất từ  |
|   kiểm soát chất lượng. |   thương phẩm SN 150.    |   chất thải nguy hại.   |

---

Câu hỏi thường gặp

1. Dầu gốc sau khi tái sinh bằng phương pháp này có thể sử dụng ngay cho động cơ không?

Dầu sau khi chiết tách và hấp phụ là dầu gốc tái sinh (Base Oil), tương đương phân đoạn dầu khoáng chưa có phụ gia. Để sử dụng cho động cơ đốt trong, dầu cần được phối trộn thêm các gói phụ gia chuyên dụng (5% – 20% thể tích) gồm: phụ gia cải thiện chỉ số độ nhớt (PMA/OCP), phụ gia tẩy rửa phân tán ($Calcium\ sulfonate$), phụ gia chống mài mòn ($ZnDDP$) và chất chống tạo bọt.

2. Tỷ lệ phối trộn dung môi Ethanol và Isopropanol nào mang lại hiệu quả tách cặn tốt nhất?

Thực nghiệm cho thấy tỷ lệ phối trộn tối ưu giữa Ethanol và Isopropanol nằm trong dải $1:1$ đến $1:2$ theo thể tích, với tỷ lệ dung môi : dầu thải là $3:1$ đến $4:1$. Tỷ lệ này tạo độ phân cực vừa đủ để phá vỡ màng keo của asphalten mà không gây tách pha các phân đoạn hydrocacbon bôi trơn.

3. Phương pháp này có xử lý được lượng nước bị lẫn trong dầu thải không?

Có. Nước tự do được tách sơ bộ ở buồng lắng trọng lực ban đầu. Lượng nước nhũ tương vi mô còn lại sẽ được đồng sôi và bay hơi triệt để cùng với phân đoạn dung môi trong quá trình chưng cất thu hồi và gia nhiệt hấp phụ ở $110 - 130^\circ\text{C}$, đưa hàm lượng nước cuối cùng về dạng vết (đạt chuẩn ASTM D95).

4. Chi phí dung môi có làm tăng giá thành sản phẩm không?

Hệ thống được thiết kế với chu trình chưng cất ngưng tụ hồi lưu kín, cho phép thu hồi $\ge 85%$ thể tích dung môi ban đầu để tái sử dụng cho các mẻ chiết tiếp theo. Lượng dung môi hao hụt bổ sung ($< 15%$) chỉ chiếm tỷ trọng nhỏ trong tổng chi phí sản xuất.

5. Dầu tái sinh có đáp ứng được yêu cầu của động cơ làm việc trong điều kiện khắc nghiệt?

Dầu tái sinh đạt chỉ số độ nhớt $\text{VI} = 98$ và điểm chớp cháy $227^\circ\text{C}$, hoàn toàn đáp ứng tiêu chuẩn làm dầu gốc nhóm I (Group I Base Oil). Khi được phối chế hệ phụ gia hợp lý, dầu đáp ứng tốt các tiêu chuẩn cấp hiệu năng API phẩm cấp thông dụng cho động cơ xe máy, tàu thuyền đánh cá và máy móc cơ khí nông - công nghiệp.

---

Kết luận

Đồ án đã nghiên cứu và phát triển thành công quy trình tái sinh dầu nhờn động cơ thải bằng phương pháp chiết tách dung môi chọn lọc (Ethanol & Isopropanol) kết hợp hấp phụ tinh chế bằng đất tẩy hoạt tính. Kết quả kiểm định tại phòng thử nghiệm Vilas 022 chứng minh sản phẩm dầu tái sinh phục hồi xuất sắc các đặc tính cốt lõi: chỉ số độ nhớt đạt 98, nhiệt độ chớp cháy nâng lên 227°C, tỷ trọng giảm về 0.8652 kg/l, ngoại quan trong suốt đạt độ màu 4.2 ASTM. Giải pháp không chỉ mang lại giá trị kinh tế to lớn thông qua việc tận dụng nguồn tài nguyên hydrocacbon thải bỏ mà còn mở ra hướng đi bền vững, thân thiện với môi trường cho ngành công nghệ kỹ thuật hóa học và tái chế chất thải công nghiệp tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ DẦU NHỜN 1. Lịch sử hình thành và phát triển dầu nhờn Ngay từ thời xa xưa kỹ thuật và các chất bôi trơn đã trở thành những yếu tố không thể tách rời nhau. Màng dầu mỏng được bôi trơn lên bề mặt làm việc đã tạo ra khả năng hoạt động nhịp nhàng và lâu bền cho các cơ cấu do con người chế tạo ra.

Không có chất bôi trơn thì con người không có được những thành tựu và những sáng tạo kỳ diệu của nền kỹ thuật như ngày nay Lịch sử không lưu lại được một cách đầy đủ tên tuổi của các bậc thiên tài trong quá khứ- những người đầu tiên đã phát hiện ra rằng: “Khi các bề mặt được bôi trơn so với không được bôi trơn thì tính trợt sẽ dễ dàng hơn và bề mặt ít nóng hơn khi làm việc”. Có rất nhiều chất liệu dùng để bôi trơn như mỡ nước, mỡ động vật, dầu thảo mộc và các sản phẩm dầu mỡ tổng hợp, các chất rắn, kim loại nóng chảy và thậm chí cả không khí nữa Thập niên 60-70 của thế kỷ 19 người ta chỉ dùng các nguồn dầu thảo mộc để bôi trơn. Nhưng khi nghành chế tạo máy đã phát triển thì nguồn dầu thảo mộc không đủ về số lượng cũng như hạn chế về chủng loại dầu nhờn. Trong khi đó số lượng cặn mazut, phần còn lại được coi như sản phẩm đã bỏ đi sau khi khai thác dầu hỏa ( chiếm tới 70-90%) tại các nhà máy chế luyện dầu mỏ, ngày càng lớn buộc con người phải nghiên cứu để sử dụng lại vào những mục đích có lợi.

Nhà bác học Nga nổi tiếng D.Mendeleep chính là một trong những người chú ý đầu tiên đến vấn đề mazut để chế ra dầu nhờn. Dưới sự lãnh đạo của ông, ở nhà máy Conxtantinop đã xây dựng một cơ sở sản xuất dầu nhờn từ dầu mỏ và bắt đầu nghiên cứu một cách có hệ thống tính chất của chúng. Công nghệ kĩ thuật hóa học Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm 1 Đồ án tốt nghiệp- Khóa 2008- 2012 Trường ĐHBRVT Những công trình cơ sở của L.Klarichkop đã tác động mạnh mẽ đến sự phát triển sản xuất dầu nhờn và tăng chất lượng dầu nhờn từ dầu mỏ. Từ đó đến nay các nhà nghiên cứu đã không ngừng cải tiến và hoàn thiện các phương pháp sản xuất dầu nhờn.

Tầm quan trọng và chức năng của dầu nhờn 1. Tầm quan trọng Dầu nhờn có vai trò quan trọng để duy trì hoạt động và tuổi thọ của động cơ, thiết bị cơ khí, máy móc công nghiệp… Hiện nay ở nước ta có trên 10 triệu công cụ máy móc liên quan đến bôi trơn bằng dầu mỡ. Do chính sách đổi mới của Nhà Nước, tốc độ đầu tư ngày càng tăng, số lượng máy móc và chủng loại ngày càng lớn, vấn đề quan trọng là phải sử dụng các trang thiết bị ( nhất là trong lĩnh vực kinh tế quan trọng như giao thông vận tải, năng lượng, cơ khí công nghiệp…) có hiệu quả cao nhất. Vì thế cung cấp, sử dụng dầu bôi trơn thích hợp và kĩ thuật bôi trơn hợp lý sẽ góp phần khai thác tốt các động cơ, thiết bị trong nền kinh tế.

Hiện tại trong nhiều nghành kinh tế, thời gian sử dụng máy móc chỉ đạt khoảng 30%. Ngày trước, khi các nhà khoa học tìm ra dầu bôi trơn để giải quyết vấn đề ma sát trong các thiết bị máy móc thì có lẽ chính họ cũng không thể tưởng tượng được phát minh của mình đã đóng góp trong nền kinh tế những lợi ích to lớn như thế nào. Cho đến nay và còn có lẽ còn rất lâu nữa, sự hao mòn máy móc, mà chủ yếu do mài mòn ma sát vẫn sẽ là vấn đề sống còn đối với các nhà sản xuất động cơ cũng như đối với người sử dụng. Không chỉ ở nước ta, mà ngay cả những nước phát triển, tổn thất do ma sát, mài mòn hay do sử dụng dầu bôi trơn và kĩ thuật bôi trơn không hợp lí đã chiếm vài phần trăm trong tổng thu nhập quốc dân.

Điển hình như ở CHLB Đức, con số lên tới 23- 40 tỉ DM hay tại Canada là khoảng 5 tỉ đô la Canada, còn ở nước ta theo đánh giá của các chuyên gia cơ khí, thiệt hại và các chi phí bảo dưỡng cỡ vài trăm triệu USD. Qua đó cho ta thấy việc sử dụng dầu nhờn hợp lí và hiệu quả sẽ góp phần to lớn trong việc nâng cao tuổi thọ thiết bị, tăng hiệu suất làm việc của động cơ. Công nghệ kĩ thuật hóa học Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm 2 Đồ án tốt nghiệp- Khóa 2008- 2012 Trường ĐHBRVT 1. Chức năng Dầu nhờn có một tầm quan trọng rất lớn đối với các loại máy móc, nó có chức năng bôi trơn, chống mài mòn và ăn mòn các chi tiết, tẩy sạch bề mặt, tránh tạo thành các lớp cặn bùn, tản nhiệt làm mát và làm khít các bộ phận cần làm kín…Trong số các chức năng kể trên thì chức năng bôi trơn là quan trọng nhất.

Sử dụng dầu nhờn làm chất lỏng bôi trơn giữa các bề mặt tiếp xúc của các chi tiết máy móc nhằm mục đích giảm mài mòn, giảm ma sát nhờ vậy mà giảm được tiêu hao năng lượng để thắng được lực ma sát sinh ra khi các chi tiết máy chuyển động. Nếu chọn đúng dầu bôi trơn thì hệ số ma sát giảm từ 100 đến 1000 lần so với ma sát khô. Khi tra dầu vào giữa hai bề mặt tiếp xúc, chúng bám vào bề mặt tiếp xúc một lớp màng đủ mỏng để tách riêng hai bề mặt không cho chúng tiếp xúc trực tiếp lên nhau. Khi hai bề mặt này chuyển động chỉ có lớp phân tử dầu chuyển động trượt lên nhau mà thôi.

Chúng cũng tạo ra một ma sát chống lại lực tác dụng đó gọi là ma sát nội. Lực ma sát này thường rất nhỏ và không đáng kể so với lực ma sát sinh ra khi hai bề mặt kim loại khô tiếp xúc với nhau lúc chuyển động. Đại lượng đặc trưng cho ma sát nội của dầu nhờn là độ nhớt. Khi độ nhớt của dầu nhờn lớn thì ma sát nội tại lớn và ngược lại.

Như vậy để thực hiện tốt nhiệm vụ bôi trơn của dầu nhờn cho phù hợp với từng loại máy thì phải dùng các loại dầu nhờn có độ nhớt thích hợp theo tiêu chuẩn qui định. Năng lượng hao tổn để thắng lực ma sát trong các điểm tựa, ổ bi trục, nó biến thành nhiệt năng làm nóng các bộ phận và bề mặt tiếp xúc. Lượng nhiệt lớn hay nhỏ phù thuộc vào hệ số ma sát, tải trọng, tốc độ. Tốc độ càng lớn thì lượng nhiệt sinh ra càng nhiều, kim loại sẽ bị nóng và máy móc làm việc mất chính xác.

Khi có dầu tra vào đó nó sẽ làm giảm rất nhiều các lượng nhiệt sinh ra ở các điểm đó. Bởi vậy dầu nhờn không chỉ làm nhiệm vụ bôi trơn mà nó còn làm nhiệm vụ tản nhiệt, để tránh các hiện tượng quá nhiệt cục bộ trong máy mà dễ xảy ra hỏng máy. Để thực hiện nhiệm vụ này người ta thường cho dầu nhờn lưu động qua các ổ bi rồi mang nhiệt phân tán ra ngoài. Dầu nhờn Công nghệ kĩ thuật hóa học Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm 3 Đồ án tốt nghiệp- Khóa 2008- 2012 Trường ĐHBRVT còn có nhiệm vụ chống ăn mòn bề mặt kim loại, làm sạch bề mặt kim loại, làm kín các khe hở đảm bảo máy hoạt động ổn định nhất.

Các tính chất của dầu nhờn 1. Tính bôi trơn Khi dầu đã được đặt vào giữa hai bề mặt tiếp xúc, chúng sẽ chảy loang và bám chắc vào bề mặt tạo nên một màng dầu rất mỏng đủ sức tách riêng hai bề mặt không cho tiếp xúc với nhau. Khi hai bề mặt này chuyển động, chỉ có lớp phân tử trong dầu tiếp xúc trượt lên nhau tạo nên ma sát chống lại lực tác dụng gọi là ma sát nội ( ma sát lỏng) của dầu nhờn. Nhờ thế làm 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 chất lượng của dầu phải bắt nguồn từ độ nhớt Độ nhớt là số đo khả năng chống lại sự chảy của dầu nhờn, được xác định bằng tỉ số giữa ứng suất trượt và tốc độ trượt Ứng suất trượt là lực trượt trên một đơn vị diện tích vuông góc với phương thẳng đứng (Pa). Tốc độ trượt là sự chênh lệch tốc độ trên một đơn vị khoảng cách theo phương thẳng đứng (gy). Để thực hiện nhiệm vụ bôi trơn, dầu nhờn phải có độ nhớt thích hợp, phải bám chắc lên bề mặt kim loại và không bị đẩy ra ngoài, có nghĩa là nó phải có ma sát nội tại nhỏ. Bôi trơn là một tính chất rất quan trọng của dầu nhờn và chính việc sử dụng loại dầu nhờn có tính chất bôi trơn cao là thích hợp nhất.

Tính chất bôi trơn chỉ thể hiện khi có sự bôi trơn phân giới và bôi trơn nửa lỏng.  Bôi trơn phân giới biểu hiện lớp dầu vô cùng mỏng nằm trong các vùng tác động của các lực lên phân tử của bề mặt kim loại. Công nghệ kĩ thuật hóa học Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm 4 Đồ án tốt nghiệp- Khóa 2008- 2012 Trường ĐHBRVT  Bôi trơn nửa lỏng là quá trình bôi trơn khi lớp dầu giữa các chi tiết làm việc có phần nào bị phá vỡ và do đó tại những chỗ tiếp xúc của các chi tiết sinh ra ma sát phân giới hoặc ma sát khô. Các loại dầu có tính bôi trơn cao có khả năng chống mài mòn, chống xước tốt và được sử dụng cho các máy có tải trong lớn hơn.

Một số tính chất khác của dầu nhờn đối với động cơ - Tính oxi hóa của dầu nhờn trong động cơ - Khả năng tạo muội than trong động cơ - Hiện tượng đóng lớp sơn trong động cơ - Hiện tượng tạo cặn trong động cơ - Tính chất ăn mòn của dầu nhờn trong động cơ - Nhiệt độ đông đặc, tính lưu động… 1. Phân loại dầu nhờn Theo ý nghĩa sử dụng, dầu nhờn có 4 loại chính, đó là:  Dầu nhờn động cơ  Dầu nhờn công nghiệp  Dầu nhờn thủy lực  Dầu nhờn truyền động - Trong thực tế, dầu động cơ chiếm một tỉ lệ khá lớn trong công nghiệp sản xuất dầu bôi trơn nói chung ( khoảng 40%) và được sử dụng phổ biến. Dầu thủy lực và dầu truyền động có thể coi là nhóm dầu công nghiệp đặc biệt 1.