Tiểu luận công nghệ chế biến dầu nhờn LỜI MỞ ĐẦU Chúng ta sống thời đại khoa học công nghệ, công nghiệp đại xâm nhập vào hang cùng, ngõ hẻm giới xu hướng quốc tế hóa nên đời sống kinh tế ngày phát triển mạnh mẽ Cùng với phát triển ngành cơng nghiệp khí, máy móc, đỏi hỏi u cầu quan trọng trình vận hành bảo dưỡng thiết bị, máy móc Trong đó, dầu nhờn đóng vai trị quan trọng sản phẩm mang tích chiến lược Sự tồn chúng có tính định đến phát triển kinh tế quốc gia Tất đặc điểm nêu thời đại đặt nhiệm vụ to lớn cho quốc gia phải xây dựng công nghiệp dầu mỏ đại, đáp ứng thỏa mãn nhu cầu ngày tăng kinh tế giới Vì vậy, việc sử dụng vật liệu bơi trơn nói chung, dầu nhờn bơi trơn nói riêng quy trình bơi trơn phù hợp với thiết bị, góp phần lớn đảm bảo cho máy móc, thiết bị hoạt động ổn định, giảm chi phí bảo dưỡng, nâng cao tuổi thọ sử dụng Trong đó, việc tách paraffin (sáp) khâu quan trọng chúng ảnh hưởng đến chất lượng dầu nhờn thành phẩm Vì chúng khơng phép có mặt dầu nhờn thành phẩm Trang Tiểu luận công nghệ chế biến dầu nhờn Chương TỔNG QUAN VỀ DẦU NHỜN 1.1 Khái niệm 1.1.1 Dầu nhờn Dầu nhờn loại dầu dùng để bôi trơn cho động Dầu nhờn hỗn hợp bao gồm dầu gốc phụ gia, hay người ta thường gọi dầu nhờn thương phẩm Phụ gia thêm vào với mục đích giúp cho dầu nhờn thương phẩm có tính chất phù hợp với tiêu đề mà dầu gốc khơng có Thành phần chủa dầu nhờn gồm dầu gốc phụ gia thích hợp 1.1.2 Dầu gốc Dầu gốc dầu khơng có phụ gia, gồm hidrocacbon tự nhiên tổng hợp khác Là nguyên liệu để sản xuất dầu nhờn Dầu gốc chia thành loại sau: − Dầu động thực vật dầu có nguồn gốc từ động thực vật, ester rượu axits béo − Dầu tổng hợp dầu tổng hợp qua q trình tổng hợp hóa học − Dầu gốc khoáng dầu sản xuất từ dầu mỏ thơng qua qua trình chế biến mà chủ yếu từ q trính chưng cất chân khơng sản phẩm đáy tháp chưng cất khí 1.1.3 Phụ gia Phụ gia hợp chất hữu vơ cơ, chí ngun tố thêm vào chất bơi trơn để nâng cao tính chất riêng biệt vốn có bổ xung tính chất chưa có dầu gốc nhằm thu dầu bơi trơn có tính chất tốt thỏa mãn u cầu , tính mục đích sử đụng Thường loại phụ gia dùng nồng độ từ 0,01 đến 5% Tuy nhiên, nhiều trường hợp phụ gia đưa vào khoảng nồng độ giao động từ vài phần triệu đến 10% Phần lớn Trang Tiểu luận công nghệ chế biến dầu nhờn loại dầu bôi trơn cần nhiều loại phụ gia khác để thỏa mãn tất yêu cầu tính nhằm nâng cao chất lượng dầu bơi trơn Trong q trình sử dụng dầu bôi trơn dễ bị biến chất làm giảm chất lượng, phụ gia sử dụng để ngăn chặn q trình vật lý, hóa học xảy làm giảm chất lượng dầu bôi trơn Các chức phụ gia là: − − − − − − − − − − − − − − Làm tăng độ bền oxy hóa Khử hoạt tính xúc tác kim loại Chống ăn mòn, chống gỉ Chống tạo cặn bám cặn bùn Giữ lại tạp chất bẩn dạng huyền phù Tăng số độ nhớt Giảm nhiệt độ đông đặc Chống tạo bọt Ngăn chặn phát triển vi sinh vật Làm cho dầu có khả bám dính tốt Tăng khả làm kín Làm giảm ma sát Làm giảm ngăn chặn mài mòn Chống lại kẹt làm xước bề nặt kim loại 1.2 Mục đích Mục đích dầu nhờn sử dụng làm chất lỏng bôi trơn bề mặt tiếp xúc chi tiết có chuyển động tương nhằm làm giảm ma sát, giảm mài mịn, nhờ làm giảm tiêu hao lượng để thắng lực ma sát sinh chi tiết làm việc, giảm hư hỏng bề mặt tiếp xúc mài mòn, cọ xát 1.3 Chức dầu nhờn − Công dụng làm giảm ma sát Máy móc mịn hoạt động mà khơng có dầu bơi trơn, cho dầu vào máy với lớp đủ dày, tạo màng dầu phân tách hai bề mặt vật liệu có chuyển động, dầu xen kẽ hai bề mặt, chuyển động có phần tử dầu Trang Tiểu luận công nghệ chế biến dầu nhờn trượt lên Do máy móc làm việc nhẹ nhàng, giảm mài mịn, giảm cơng tiêu hao − Cơng dụng làm Khi làm việc, bề mặt ma sát sinh hạt kim loại mịn, hạt rắn làm cho bề mặt bị xước Ngồi ra, có cát, bụi, tạp chất ngồi rơi vào bề mặt tiếp xúc chất bẩn sinh q trình cháy Nhờ dầu nhờn lưu chuyển tuần hồn qua bề mặt vật liệu theo tạp chất đưa cacte dầu lắng đọng − Công dụng làm mát Khi động làm việc, ma sát bề mặt kim loại làm kim loại nóng lên, lượng nhiệt sinh ra, cộng thêm lượng nhiệt trình đốt cháy nhiêu lệu Lượng nhiệt sinh nhiều, kim loại bị nóng làm cho máy móc dẽ bị hỏng làm việc Nhờ trạng thái lỏng dầu chảy qua bề mặt ma sát đem theo phần nhiệt truyền ngồi − Chức làm kín Trong động cơ, có nhiều chi tiết chuyển động u cầu độ kín cao xác xi lanh – pittong, nhờ vào khả bám dính tạo màng dầu nhờn lấp kín khe hở, bảo đảm q trình làm việc bình thường cho thiết bị − Chức bảo vệ kim loại Sự tiếp xúc chi tiết máy với tác nhân gây ăn mòn như: Oxy, độ ẩm khơng khí, khí thải hay khí cháy từ nhiên liệu đốt động hay lị đốt, mơi trường làm việc làm cho bề mặt vật liệu bị oxy hóa hay bị ăn mịn nê dầu nhờn tạo lớp màng bao phủ bề mặt chi tiết, ngăn cách tiếp xúc với yếu tố môi trường 1.4 Phân loại 1.4.1 Dầu động Dầu động nhóm dầu quan trọng đươch sử dụng nhiều thực tế, chiếm khoảng 60 -70% tổng lượng dầu bôi trơn tiêu thụ hàng năm Các loại dầu động bao gồm dầu cho động xăng diezen Trang Tiểu luận công nghệ chế biến dầu nhờn 1.4.2 Dầu công nghiệp Dầu công nghiệp lại phong phú với dầu động Chúng chia thành phân nhón nhỏ dựa ứng dụng chúng: dầu chuyển động, dầu thủy lực, dầu máy công cụ, dầu biến thế, dầu cắt kim loại,… Chương CƠNG NGHỆ TÁCH SÁP 2.1 Quy trình sản xuất dầu gốc Trang Tiểu luận công nghệ chế biến dầu nhờn Việc tách thành phần không mong muốn sản xuất dầu gốc thực nhờ trình lọc dầu co phép sản xuất dầu gốc chất lượng cao, với phân đoạn dầu nhờn dầu thơ chưa thích hợp để sản xuất dầu nhờn Công nghệ sản xuất dầu nhờn gốc từ dầu mỏ gồm bước sau: − − − − Chưng cất chân không nguyên liệu cặn mazut Chiết tách, trích ly dung mơi Tách sáp Làm hydro hóa Trong thành phần dầu nhờn chưng cất từ dầu mỏ cịn có hidrocacbon rắn, loại parafin mạch thẳng, dài loại sáp rắn, chúng đề có tính chất dễ đơng đặc dạnh rắn nhiệt độ thấp Vì chúng phải tách lọc trình sản xuất dầu nhờn, hàm lượng chúng dầu bôi trơn phải phải giảm tới mức tối thiểu 2.2 Quy trình tách sáp Sáp hỗn hợp mà chủ yếu parafin phân tử lượng lớn lượng nhỏ hudrocacbon khác có nhiệt độ nóng chảy cao hịa tan vào dầu nhờn có nhiệt độ thấp Vì thế, chúng cần tách khỏi dầu nhờn, ngoại trừ loại dầu sử dụng điều kiện nhiệt độ thấp (điều kiện nhiệt độ phịng, điều kiện khí hậu nhiệt đới) Nhưng thực tế, hầu hết loại dầu gốc khoáng phải trải qua trình tách parafin Trong phân đoạn dầu nhờn, có nhiều parafin người ta phải loại bỏ chúng chúng làm cho dầu nhờn sản xuất từ phân đoạn dễ bị tính linh động nhiệt độ thấp Tách parafin khâu khó khăn quan trọng quy trình sản xuất dầu nhờn Có hai quy trình cơng nghệ sử dụng cơng nghiệp sản xuất dầu nhờn, là: − Quy trình thứ làm lạnh đến kết tinh sáp dùng dung mơi hịa tan để tách sáp khỏi dầu nhờn − Quy trình thứ hai cracking chọn lọc để bẻ gãy parafin để tạo thành sản phẩm nhẹ, phương pháp gọi phương pháp tách Trang Tiểu luận công nghệ chế biến dầu nhờn parafin dùng xúc tác Tuy nhiên, trình tách sáp xúc tác chưa áp dụng rộng rãi mà giai đoạn nghiên cứu thử nghiệm bán công nghệp Khi tách parafin cần ý, parafin số có độ nhớt tốt nên mưc độ tách sâu parafin điều không cần thiết Hơn nữa, chi phí để tách triệt để parafin tốn nhiều Do trng cơng nghiệp, người ta tiến hành tách vừa đủ để đáp ứng nhu cầu cần thiết, sau người ta pha thêm phụ gia chống đông đặc cho dầu gốc 2.3 Quá trình tách sáp phương pháp kết tinh Bằng cách kết tinh sử lý dầu nhờn có sáp, tiến hành làm lạnh phân đoạn dầu nhờn, sáp tách chúng bị kết tinh Quá trình dựa vào nguyên lý kết tinh parafin rắn cách làm lạnh, sau tách riêng phần rắn khỏi pha lỏng phương pháp lọc hay ly tâm Trong dây chuyền sản xuất, dầu làm lạnh dàn lạnh, sau hỗn hợp đặc chứa dầu sáp chuyển qua phận lọc ép áp suất Tại đây, tinh thể sáp giữ lại,còn dầu nhờn chảy qua lọc đưa Khi lớp sáp đủ dày, xả áp tháo bánh sáp thô Phương pháp có nhược điểm sau: − Làm việc gián đoạn phải tháo lớp sáp − Nhiều khâu phải dùng đến áp suất − Độ nhớt dầu tách sáp lớn, gây trở ngại cho trình lọc, đặc biệt lọa dầu có độ nhớt cao − Không áp dụng cho nguyên liệu dầu cặn khả tách sáp khơng triệu để vi tinh thể parafin tạo q trình khơng thể tách phương pháp lọc 2.4 Tách sáp dung môi chọn lọc Để khắc phục nhược điểm trên, người ta kết hợp việc làm lạnh với sử dụng dung môi đẻ tăng độ linh động dầu nhờn Do sáp hịa tan vào dung mơi, nên phải tiến hành nhiệt độ thấp phải chon dung mơi thích hợp Nhờ kết tinh loại sáp lại dễ tách chúng phương pháp lọc Độ nhớt Trang Tiểu luận công nghệ chế biến dầu nhờn hỗn hợp thấp cịn cho phép q trình lọc gián đoạn cách lọc chân không liên tục để có hiệu kinh tế cao Các dung mơi tách sáp phải thỏa mán yêu cầu: − − − − Ít hay khơng hào tan sáp Hịa tan tốt dầu nhờn nhiệt độ kết tinh sáp Dung môi làm sáp dạng tinh thể lớn để dễ tách phương pháp lọc Dung mơi có nhiệt độ sôi thấp để dễ tách khỏi dầu, tiết kiệm lượng − Dung môi phải dễ kiếm, dẻ tiền, khơng gây ăn mồn thiết bị khơng độc hại đến môi trường − Tỷ lệ dung môi/nguyên liệu dầu thấp để giảm chi phí vận hành Tùy vào loại nguyên liệu khác nhau, người ta sử dụng hỗn hợp dung mooisao cho thích hợp với loại dầu nhờn Một số loại dung môi thường sử dụng phương pháp gồm dung mơi keton, hidrocacbon thơm dẫn xuất clo Dùng hỗn hợp hai loại dung môi cho hiệu tốt hơn, phổ biến dùng dung môi keton – hidrocacbon thơm hỗn hợp metyl etyl keton (MEK) với tuluen hay metyl etyl keton (MEK) với metyl izobuty keton (MIBK) Bảng tính chất dung môi dùng để tách sáp Chỉ tiêu Khối lượng phân tử Khối lượng riêng o 25 C, kg/m3 Nhiệt độ nóng chảy, oC Nhiệt độ nóng sơi, oC Hỗn hợp đẳng phí với nước có: Nhiệt độ sơi, oC Nhiệt độ nóng chảy, oC Axeton 58 788,5 MEK 72 799,7 MIBK 100 Toluen 92 862,3 -95 56 -86 80 -85 117 -95 111 _ -95 73,45 -86 87,9 -85 84,1 -95 Trang Tiểu luận công nghệ chế biến dầu nhờn Sơ đồ công nghề tách dùng dung môi gồm ba giai đoạn: − Pha trộn dầu nhờn cần tách sáp với dung môi làm lạnh − Lọc hỗn hợp làm lạnh để tách sáp − Tái sinh, thu hồi dung môi để sử dụng lại Sơ đồ tách sáp dung mơi chọn lọc Giải thích sở đồ công nghệ: Dầu nhờn dung môi trộn với theo chế độ công nghệ chọn trước thiết bị trộn, sau qua thiết bị làm lạnh, tác nhân làm lạnh dùng amoniac, propan, etan hay ethylene Hỗn hợp lạnh gồm sáp dung môi đưa vào phận lọc quay chân khơng hình trống để lọc tách sáp kết tinh Bộ phận lọc quay chân khơng thiết bị hình trụ bọc lưới kim loại lưới chất dẻo Trống quay chậm quanh trục nằm ngang, phần qua bể chứa hình trụ to trống lọc, nơi để dầu sáp dẫn Trang Tiểu luận công nghệ chế biến dầu nhờn vào Trống lọc chia thành nhiều ngăn vách ngăng từ tâm trống thành, ngăn nối với phận hút chân không nhờ ống nối đuôi trống Khi trống quay, ống nối với ngăn định Người ta tạo chân không bên ống Khi ngăn qua hốn hợp sáp dầu dầu dung mơi thấm qua lớp áo bọc lưới vào bên theo ống nối khỏi trống Sáp bị giữ lại tạo thành lớp bám bề mặt vải lọc bị đưa xung quanh chuyển động quay trống Lớp sáp sau qua phận rửa dung môi lạnh đưa qua phận làm khô cuối sáp tách cách thổi nhẹ luồng khí từ ống phía ngòa, đẩy bánh sáp băng chuyền Trong dây chuyền sản xuất đại, người ta thường dùng lọc hai cấp để tách triệt để sáp để tránh dầu lẫn vào sáp Dung môi thu hồi tái sinh từ phần sáp phần lọc lại đưa trở lại chu trình, dung mơi thu hồi đưa vào trống quay để tiếp tục tách sáp Để tái sinh dung môi người ta thường tiến hành chưng cất đến tháp chưng 2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình tách sáp dung môi chọn lọc − Chất lượng nguyên liệu Chất lượng nguyên liệu định yếu tố công nghệ khác tuân theo số yêu cấu sau: Nhiệt độ sôi độ nhớt nhiên liệu lớn, khó tách hàn tồn parafin rắn, tôc sđộ lọc nhỏ nhiệt độ đông đặc dầu nhờn tách sáp cao Vì trình tách sáp với dầu cặn có tốc độ lọc nhỏ suất thiết bị thấp Độ nhớt hàm lượng hidrocacbon rắn ngun liệu lớn địi hỏi phải tăng lượng dung mơi pha lỗng Thành phần phân đoạn nguyên liệu hẹp tốc độ lọc hiệu suất dầu nhờn cao hàm lượng dầu lại sáp mền nhỏ − Thành phần dung môi Hàm lượng koten dung môi koten – hidrocacbon thơm thường khống chế sau: Trong hỗn hợp MEK – toluene 40 đến 60%, hỗn hợp axeton Trang 10 Tiểu luận công nghệ chế biến dầu nhờn – toluene 20 đến 40%, sử dụng keton hỗn hợp MEK MIBK hàm lượng keton theo tỷ lệ thể tích 3/1 − Tỷ lệ dung mơi/ngun liệu chế độ pha loãng Dầu nhớt hàm lượng parafin rắn nhiều tỷ lệ dung mơi cần dùng lớn Tỷ lệ thích hợp phải xác định thực nhiệm Khi tách sáp nguyên liệu cặn, người ta thường pha loãng lần cho dung mơi vào Cịn tách sáp phần dầu cất, người ta chia lượng dung môi từ đến lần Mục đích việc pha lỗng ngun liệu để giảm độ nhớt nguyên liệu để q trình tách sáp dễ Thơng thường để pha loãng nguyên liệu trước cấp lọc thứ nhất, người ta thường dùng dung mơi lạnh, cịn pha lỗng cấp lọc thứ hai, người ta coa thể dùng phần rafinat Để rửa sáp, người ta dùng dung môi khô − Nhiệt độ làm lọc Nhiệt độ lọc cần phải giữ thấp nhiệt độ đóng rắn dầu cần tách sáp khoảng từ đến 10oC để trình tách sáp đạt hiệu tốt 2.6 Quy trình cracking chọn lọc Tùy theo mức độ khử parafin mà người ta phân thành q trình khủ parafin bình thường hay trình khử parafin triệt để Trong trình khử parafin bình thường, người ta nhân sản phẩm có nhiệt độ đơng đặc từ -10 đến -15 oC Cịn trong q trình tách triệt để (tách sâu), sản phẩm dầu gốc thường có nhiệt độ đơng đặc từ -30 oC thấp Nhiệt độ đông đặc dầu sau tách phụ thuộc vào chế độ tách sáp oại nhiệt độ Quy trình cracking chọn lọc cịn gọi q trình tách parafin xúc tác Quy trình cracking chọn lọc dùng để tách parafin từ dầu có hai loại: Chỉ dùng loại xúc tác nhằm hại điểm đông đặc Dùng hai loại xúc tác vừa hạ điểm đông đặc vừa tăng độ bền oxy hóa sản phẩm Trang 11 Tiểu luận cơng nghệ chế biến dầu nhờn Cả hai loại người ta thường dùng xúc tác zeolite tổng hợp có tính chọn lọc cao Các chất xúc tác bẻ gãy mạch parafin thẳng hidrocacbon có mạch cacbon dài cách chon lọc Xúc tác zeolit có kích thước mao quản khoảng 6A o làm cho trình cracking tăng lên n-parafin, tốc độ cracking giảm nhanh hàm lượng parafin có mạch nhánh tăng 2.7 Quá trình hydrocracking chọn lọc Nhờ trình hydrocracking cho phép sản xuất loại dầu nhờn có nhiệt độ đông đặc thấp số độ nhớt cao Tùy theo điều kiện công nghệ người ta chia hydrocracking thành ba loại sau: − Hydrocracking khe khắt tiến hành áp suất cao từ 200 đến 250 at − Hydrocracking với chế độ khe khắt vừa phải tiến hành áp suất 100 đến 150 at − Hydrocracking điều kiện mềm tiến hành áp suất từ 30 đến 70 at Nguyên liệu cho trình hydrocracking phần dầu nhờn cất, phần dầu nhờn tách nhựa – asphan hỗn hợp chúng Do khả linh động q trình mà người ta sử dụng nguyên liệu có độ nhớt cao Sản phẩm nhận sau hydrocracking dùng để chế tạo dầu gốc Đặc điểm bật dầu gốc nhận phương pháp có màu sắc đẹp có số độ nhớt cao Hiệu suất tính chất dầu gốc nhận băng hydrocracking sau: Chỉ tiêu Hiệu suất, % so với nguyên liệu Độ nhớt 100oC Chỉ số độ nhớt Độ cốc hóa, % Màu sắc Q trình hydrocracking Chế độ khắt khe Chế độ vừa phải 60 41 8,1 5,4 125 133 0,009 0,005 0,5 Khi tiến hành hydrocracking để sản xuất dầu nhờn, người tta làm thay đổi thành phần hóa học cấu trúc nguyên liệu theo hướng tăng hidrocacbon có sơ độ nhớt cao, nhiệt độ đông đặc thấp độ ổn định oxy hóa cao Trang 12 Tiểu luận cơng nghệ chế biến dầu nhờn Những ưu điểm phương pháp so với phương pháp dùng dung môi chọn lọc là: − − − − Hiệu suất dầu tăng Không cần phải có cơng đoạn làm hydro Vốn đầu tư thấp Cho phép sản xuất dầu gốc có nhiệt độ đơng đặc thấp từ ngun liệu có hàm lượng parafin cao Trang 13 ... chúng: dầu chuyển động, dầu thủy lực, dầu máy công cụ, dầu biến thế, dầu cắt kim loại,… Chương CÔNG NGHỆ TÁCH S? ?P 2.1 Quy trình s? ??n xuất dầu gốc Trang Tiểu luận cơng nghệ chế biến dầu nhờn Việc tách. .. muốn s? ??n xuất dầu gốc thực nhờ trình lọc dầu co phép s? ??n xuất dầu gốc chất lượng cao, với phân đoạn dầu nhờn dầu thơ chưa thích hợp để s? ??n xuất dầu nhờn Công nghệ s? ??n xuất dầu nhờn gốc từ dầu. .. Tiểu luận công nghệ chế biến dầu nhờn S? ? đồ công nghề tách dùng dung môi gồm ba giai đoạn: − Pha trộn dầu nhờn cần tách s? ?p với dung môi làm lạnh − Lọc hỗn hợp làm lạnh để tách s? ?p − Tái sinh, thu