NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CHẤT BÔI TRƠN CHO DUNG DỊCH KHOAN DẦU KHÍ TỪ DẦU HẠT CAO SU BẰNG XÚC TÁC DỊ THỂ (BÁO CÁO KẾT QUẢ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC)

u
Tà

a-

Vũ
ng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU

Tên đề tài:

Bà

Rị

BÁO CÁO KẾT QUẢ
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

ĐH

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CHẤT BÔI TRƠN CHO
DUNG DỊCH KHOAN DẦU KHÍ TỪ DẦU HẠT CAO SU
BẰNG XÚC TÁC DỊ THỂ

Tr
ườ

ng

Chủ nhiệm đề tài: VÕ THANH HÀ

Bà Rịa- Vũng Tàu, tháng 7 năm 2012


ĐẶT VẤN ĐỀ

u

Ngành khoan, thăm dò và khai thác dầu khí là một trong những ngành mũi nhọn

Tà

của cả nước nói chung và của tỉnh Bà Rịa- Vũng Tàu nói riêng.

Để q trình khoan, thăm dị và khai thác các mỏ dầu khí ở tầng địa chất phức

tạp trở nên đễ dàng hơn, bên cạnh sử dụng các thiết bị khoan hiện đại thì những hố

Vũ
ng

phẩm trợ giúp cũng khơng kém phần quan trọng. Trong đó một thành phần đóng vai

trị thiết yếu trong hố phẩm là chất bơi trơn cho dung dịch khoan. Chất bôi trơn cho
dung dịch khoan có nhiều loại, nhưng phổ biến vẫn là chất bơi trơn có nguồn gốc từ
dầu thực vật do nó có độ an tồn cao và thân thiện với mơi trường. Tuy nhiên, dầu
thực vật lại dễ bị ơxy hóa trong khơng khí và khả năng bơi trơn rất kém, nên đã hạn
chế rất nhiều khả năng ứng dụng của nó.

a-

Để giải quyết những vấn đề trên, chúng ta cần biến tính nguồn nguyên liệu dầu
thực vật rẻ tiền, dễ kiếm nhằm thu được dầu có tính năng bơi trơn cao, đáp ứng tối đa

Rị

các yêu cầu tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành. Sau khi khảo sát một số loại dầu thực vật
thì chúng tơi nhận thấy dầu hạt cao su (DHCS) có thể đáp ứng tốt những yêu cầu đặt ra
ở trên. Vì thế, trong đề tài này chúng tơi chọn DHCS làm ngun liệu cho q trình

Bà

biến tính.

Việc tổng hợp chất bôi trơn cho dung dịch khoan từ DHCS bằng phương pháp
metanol phân với xúc tác dị thể KOH/γ-Al2 O3 và CaO là một phương pháp mới so với
phương pháp dùng hệ xúc tác đồng thể (KOH) của Trung tâm Ứng dụng và Chuyển

ĐH

giao Cơng nghệ- Viện Dầu khí Việt Nam đã nghiên cứu. Sử dụng xúc tác dị thể đã góp
phần quan trọng nhằm tiết kiệm nguyên liệu và năng lượng, đồng thời làm xanh hóa
các q trình hóa học. Bởi vì, xúc tác dị thể có khả năng tái sử dụng nhiều lần, khả
năng tách ra khỏi hỗn hợp phản ứng dễ dàng nên đã giảm thiểu việc thải ra các chất

ng

gây ơ nhiễm mơi trường.
Q trình nghiên cứu tổng hợp chất bôi trơn được thực hiện qua các bước: Tổng

Tr
ườ

hợp chất xúc tác; ép hạt cao su; biến tính DHCS; đánh giá chất lượng sản phẩm; xác
định thông số tối ưu thông qua việc khảo sát nhằm thu được sản phẩm tốt nhất.

ii


Để hoàn thành đề tài Nghiên cứu Khoa học này xin gửi lời cảm ơn đến:

u

LỜI CẢM ƠN

Tà

Thầy Diệp Khanh và Thầy Nguyễn Trần Thanh đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ trực

tiếp em trong quá trình nghiên cứu để hồn thành đề tài này. Trong q trình làm việc,
em khơng ngừng tiếp thu thêm những kiến thức bổ ích mà còn học được tinh thần làm

Vũ
ng

việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả. Đây là những điều cần thiết
cho em trong quá trình học tập cũng như công tác sau này.

Các thầy cô giáo trong trường Đại học Bà Rịa- Vũng Tàu nói chung và các

Thầy cơ giáo trong Khoa Hố học và Cơng nghệ Thực phẩm nói riêng đã tận tình
giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong 4 năm học vừa qua. Với
vốn kiến thức tiếp thu được trong quá trình học tập khơng chỉ là nền tảng cho q trình

a-

nghiên cứu để hồn thành đề tài Nghiên cứu Khoa học này mà còn là hành trang quý
báu để em bước vào đời một cách vững vàng và tự tin hơn.

Rị

Các Anh chị phịng kỹ thuật- Cơng ty cổ phần CHEMICO Vũng Tàu đã tạo
điều kiện thuận lợi nhất về cơ sở vật chất, cũng như giúp đỡ em về tài liệu và kiến thức
chuyên môn trong thời gian em nghiên cứu và kiểm tra kết quả tại công ty.

Bà

Và cuối cùng, tôi xin gửi lời cám ơn chân thành nhất đến bố mẹ, gia đình và
bạn bè, những người đã giúp đỡ và động viên tôi trong cuộc sống cũng như trong quá

ĐH

trình học tập và làm đề tài Nghiên cứu Khoa học này.

Vũng Tàu, ngày 07 tháng 07 năm 2012

Tr
ườ

ng

SVTH: Võ Thanh Hà

iii


MỤC LỤC
i

u

ĐẶT VẤN ĐỀ

ii

Tà

LỜI CÁM ƠN
MỤC LỤC

iii
vi

Vũ
ng

DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH
KỸ HIỆU CỤM TỪ VIẾT TẮT

vii
ix

CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU...........................................................................................1
1.1. Tình hình cung ứng và sử dụng chất bơi trơn cho dung dịch khoan...................1

a-

1.2. Tổng quan về dung dịch khoan .............................................................................2
1.2.1. Các loại dung dịch khoan ...............................................................................2

Rị

1.2.2. Các chức năng chính của dung dịch khoan .....................................................2
1.3. Tổng quan về dầu thực vật ....................................................................................2

Bà

1.3.1. Giới thiệu về một số dầu thực vật ..................................................................2
1.3.2. Thành phần hoá học của dầu thực vật .............................................................5
1.3.3. Tính chât lý học của dầu thực vật ...................................................................7

ĐH

1.3.4. Tính chất hoá học của dầu thực vật.................................................................8
1.3.4.1. Phản ứng xà phịng hố.........................................................................8
1.3.4.2. Phản ứng thuỷ phân ..............................................................................8
1.3.4.3. Phản ứng ancol phân.............................................................................8

ng

1.3.4.4. Phản ứng khử........................................................................................9
1.3.4.5. Phản ứng làm ôi thiu dầu ......................................................................9

Tr
ườ

1.3.4.2. Phản ứng đồng hoá ...............................................................................9
1.3.4.3. Phản ứng oxy hoá ................................................................................9

1.3.4.4. Phản ứng trùng hợp...............................................................................9

1.4. Sơ lược về cây cao su và dầu cao su ......................................................................9
1.4.1. Sơ lược về cây cao su .....................................................................................9
iiii


1.4.2. Quả và hạt cao su .........................................................................................10

u

1.4.3. Đặc tính của dầu hạt cao su ..........................................................................10

Tà

CHƯƠNG II. LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1. Tổng quan về chất bôi trơn cho dung dịch khoan..............................................13

Vũ

ng

2.1.1. Tình hình nghiên cứu và sử dụng chất bơi trơn tại Việt Nam ........................13
2.1.2. Các phương pháp biến tính tạo chất bơi trơn................................................13

2.1.3. Ngun liệu cho q trình biến tính dầu hạt cao su......................................15
2.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình biến tính...............................................17
2.2. Xúc tác cho q trình biến tính...........................................................................18

a-

2.2.1. Xúc tác KOH/γ-Al2O3 ..................................................................................19
2.2.2. Cơ chế phản ứng của xúc tác KOH/γ-Al2O3.................................................19

Rị

2.2.3. Xúc tác CaO.................................................................................................20
2.2.4. Cơ chế phản ứng của xúc tác CaO ................................................................ 20

Bà

CHƯƠNG III. PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1. Cách điều chế xúc tác...........................................................................................23
3.1.1. Hoá chất và dụng cụ ....................................................................................23
3.1.2. Tổng hợp Boehmite......................................................................................23

ĐH

3.1.3. Điều chế γ- Al2O3 dạng hạt bằng phương pháp nhỏ giọt ............................... 25
3.1.4. Tổng hợp xúc tác KOH/γ-Al2O3 ...................................................................25

3.1.5. Tổng hợp xúc tác CaO..................................................................................26

ng

3.1.6. Phương pháp XRD để phân tích sản phẩm....................................................26

3.2. Q trình biến tính tạo chất bơi trơn..................................................................27

Tr
ườ

3.2.1. u cầu đối với nguyên liệu để chuyển hoá..................................................27
3.2.2. Cách tổng hợp chất bôi trơn bằng xúc tác dị thể ...........................................29
3.2.3. Thiết bị chính trong q trình biến tính........................................................30

3.2.4. Các bước tiến hành.......................................................................................31
3.2.5. Quá trình tách và tinh chế sản phẩm ............................................................. 31
ivi


3.2.6. Đánh giá chỉ tiêu của sản phẩm 08H1-LUB..................................................33

u

3.2.6.1. Các thông số kỹ thuật..........................................................................33

Tà

3.1.6.2. Cách xác định các thông số.................................................................33
CHƯƠNG IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN............................................................ 38

Vũ
ng

4.1. Kết quả tổng hợp xúc tác.....................................................................................38
4.1.1. Đặc tính của γ– Al2O3...................................................................................38
4.1.2. Đặc tính của KOH/γ-Al2O3 ...........................................................................39
4.1.3. Đặc tính của CaO .........................................................................................39
4.2. Biến tính dầu hạt cao su.......................................................................................40

a-

4.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng tời khả năng bôi trơn................40
4.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ metanol/dầu ....................................................42

Rị

4.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ NP-9 ............................................................... 44
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................47

Tr
ườ

ng

ĐH

PHỤ CHƯƠNG

Bà

TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................................................49

vi


u

DANH MỤC BẢNG

Tà

Trang

BẢNG 1.1: Liệt kê một số dầu thực vật trên thế giới .............................................. 3

Vũ
ng

BẢNG 1.2: Các axit béo có trong thành phần các loại dầu ...................................... 6
BẢNG 1.3: Hàm lượng các loại axit béo trong dầu mỡ động thực vật ..................... 7

BẢNG 1.4: Tính chất hố lý của dầu hạt cao su .................................................... 11
BẢNG 1.5: Thành phần axit béo trong dầu hạt cao su ........................................... 11
BẢNG 1.6: Tính chất, độ giảm ma sát của các sản phẩm dầu hạt cao su và axit

béo biến tính trong dung dịch khoan ..................................................................... 14

a-

BẢNG 2.1: Các thông số kỹ thuật của chất bôi trơn .............................................. 31
BẢNG 3.1: Mối quan hệ giữa thời gian phản ứng với khả năng bôi trơn khi

Rị

sử dụng xúc tác CaO ............................................................................................. 39
BẢNG 3.2: Mối quan hệ giữa thời gian phản ứng với khả năng bôi trơn khi
sử dụng xúc tác KOH/γ-Al2O3 .............................................................................. 39

Bà

BẢNG 3.3: Mối quan hệ giữa tỉ lệ mol metanol/dầu tới khả năng bôi trơn khi
sử dụng xúc tác CaO ............................................................................................. 41
BẢNG 3.4: Mối quan hệ giữa tỉ lệ mol metanol/dầu tới khả năng bôi trơn khi
sử dụng xúc tác KOH/γ-Al2O3 .............................................................................. 42

ĐH

BẢNG 3.5: Mối quan hệ giữa tỉ lệ chất NP-9 tới khả năng bơi trơn và lượng
cịn lại trên sàng khi sử dụng xúc tác CaO ............................................................. 43
BẢNG 3.5: Mối quan hệ giữa tỉ lệ chất NP-9 tới khả năng bôi trơn và lượng

Tr
ườ

ng

còn lại trên sàng khi sử dụng xúc tác KOH/γ-Al2O3 .............................................. 43

vii

DANH MỤC HÌNH

Tà

u

Trang

HÌNH 2.1: Sơ đồ điều chế nhơm hydroxit ............................................................ 24
HÌNH 2.2: Thiết bị ép dầu hạt cao su .................................................................... 27

Vũ
ng

HÌNH 2.3: Hạt cao su chưa bóc vỏ ........................................................................ 27
HÌNH 2.4: Hệ thống phản ứng biến tính DHCS .................................................... 30
HÌNH 2.5: Máy EP/lubricity Tester để xác định độ giảm ma sát ........................... 35
HÌNH 3.1: Giản đồ XRD của Beohmite ................................................................ 37
HÌNH 3.2: Giản đồ XRD của γ-Al2O3 được tổng hợp từ Beohmite ....................... 37
HÌNH 3.3: Giản đồ XRD của KOH/γ-Al2O3 ......................................................... 38

a-

HÌNH 3.4: Giản đồ XRD của CaO........................................................................ 38
HÌNH 3.3: Ảnh hưởng của thời gian phản ứng với khả năng bơi trơn khi

Rị

sử dụng xúc tác CaO ............................................................................................. 40
HÌNH 3.4: Ảnh hưởng của thời gian phản ứng với khả năng bơi trơn khi
sử dụng xúc tác KOH/γ-Al2O3 .............................................................................. 40

Bà

HÌNH 3.5: Ảnh hưởng của tỉ lệ mol metanol/dầu tới khả năng bơi trơn khi
sử dụng xúc tác CaO ............................................................................................. 41
HÌNH 3.6: Ảnh hưởng của tỉ lệ mol metanol/dầu tới khả năng bơi trơn khi
sử dụng xúc tác KOH/γ-Al2O3 .............................................................................. 42

ĐH

HÌNH 3.7: Ảnh hưởng tỉ lệ chất NP- 9 tới khả năng bơi trơn và lượng
cịn lại trên sàng khi sử dụng xúc tác CaO ............................................................. 44
HÌNH 3.8: Ảnh hưởng tỉ lệ chất NP- 9 tới khả năng bôi trơn và lượng

Tr
ườ

ng

còn lại trên sàng khi sử dụng xúc tác KOH/γ-Al2O3 .............................................. 44

viii


u

KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

:

Dầu hạt cao su

CBT

:

Chất bôi trơn

XRD

:

X- Ray Diffraction (Nhiễu xạ X– Ray)

BET

:

Xác định diện tích bề mặt

SEM

:

Hiển vi điện tử quét

DG

:

Diglycerit

MG

:

Monoglycerit

TG

:

Triglycerit

FFA

:

Các axit béo tự do

Tr
ườ

ng

ĐH

Bà

Rị

a-

Vũ
ng

Tà

DHCS

ix


Báo cáo kết quả đề tài NCKH cấp Trường – Năm 2012

Trường ĐHBRVT

GIỚI THIỆU

Tà

1.1. Tình hình cung ứng và sử dụng chất bôi trơn cho dung dịch khoan [8]

u

CHƯƠNG I

Dung dịch khoan cần phải có đặc tính và chức năng đáp ứng được yêu cầu kỹ

thuật cho quá trình khoan thăm dị và khai thác. Chất bơi trơn trong dung dịch khoan

Vũ
ng

có tác dụng tăng cường hiệu quả bơi trơn (giảm momen xoắn) và làm mát chng
khoan, nhưng phải ít ảnh hưởng tới tính chất lưu biến của dung dịch khoan và thân
thiện với môi trường.

Chất bôi trơn cho dung dịch khoan được sử dụng nhiều trong hoạt động khoan
tìm kiếm, thăm dị và khai thác dầu khí. Tổng lượng tiêu thụ chất bôi trơn trên thế giới
hàng năm khoảng vài trăm triệu tấn. Ở Việt Nam, chỉ tính riêng vietsovpetro cũng đã

a-

sử dụng đến hàng nghìn tấn mỗi năm. Nếu tính cho tồn bộ các hoạt động khoan tìm
kiếm, thăm dị và khai thác dầu khí ở các cơng ty khác thì nhu cầu chất bơi trơn là rất

Rị

lớn.

Chất bơi trơn cho dung dịch khoan có nhiều loại, nhưng phổ biến vẫn là chất

mơi trường.

Bà

bơi trơn có nguồn gốc từ dầu mỡ động thực vật do có độ an toàn cao và thân thiện với

1.2. Tổng quan về dung dịch khoan

Trong ngành địa kỹ thuật, dung dịch khoan là một lưu chất được sử dụng để
khoan các giếng khoan trong lòng đất. Các dung dịch này thường được sử dụng trên

ĐH

các giàn khoan thăm dò, trong khi khoan các giếng dầu và khí thiên nhiên. Dung dịch
khoan cũng được dùng cho các giếng khoan đơn giản hơn như giếng nước. Có 3 nhóm
dung dịch khoan chính gồm: dung dịch khoan gốc nước, dung dịch khoan gốc dầu và
dung dịch khoan gốc khí.

ng

Các chức năng chính của dung dịch khoan là tạo áp lực thủy tĩnh để chống lại

áp lực chất lưu từ tầng chứa chảy vào giếng khoan, giữ cho choòng khoan mát và sạch

Tr
ườ

trong khi khoan, mang mùn khoan ra khỏi giếng khoan và tránh kẹt cần khoan trong
khi khoan do các vật liệu này gây ra. Dung dịch khoan còn được sử dụng trong các
trường hợp đặc biệt (pha chế tạo ra các tỷ trọng khác nhau) để tránh làm sập thành
giếng khoan và hạn chế ăn mòn dụng cụ khoan.
1.2.1. Các loại dung dịch khoan

Chuyên ngành Hố dầu

1

Khoa Hố học và Cơng nghệ Thực phẩm


Báo cáo kết quả đề tài NCKH cấp Trường – Năm 2012

Trường ĐHBRVT

Có nhiều loại dung dịch khoan được sử dụng. Một số giếng khoan đòi hỏi phải

u

sử dụng các loại dung dịch khác nhau ở những giai đoạn khác nhau trong giếng khoan,

Tà

hoặc một số loại được sử dụng kết hợp với các loại khác. Có nhiều loại dung dịch
khoan khác nhau được liệt kê theo các nhóm sau:
1. Dung dịch khoang dạng khơng khí

Vũ
ng

2. Dung dịch khoan dạng bọt
3. Dung dịch khoan gốc polymer tổng hợp (olefin và este)
4. Dung dịch khoan là nước
5. Dung dịch khoan gốc dầu
1.2.2. Các chức năng chính của dung dịch khoan

1. Rửa lỗ khoan và nâng mùn khoan lên khỏi giếng

a-

2. Giữ mùn khoan lơ lửng khi ngừng tuần hoàn
3. Làm mát và bôi trơn bộ khoan cụ

4. Giữ thành lỗ khoan không bị sập lở, tránh mất nước

Rị

5. Truyền thong tin địa chất lên bề mặt

6. Truyền năng lượng cho turbin khoan

Bà

Ngồi ra cịn có các chức năng khác như:

– Đảm bảo chính xác cho cơng tác đánh giá vỉa
– Kiểm sốt sự ăn mịn của thiết bị
– Hỗ trợ q trình trám xi măng và hồn thiện giếng

ĐH

– Truyền thơng tin địa chất lên mặt đất
– Là môi trường trung gian để truyền tín hiệu điều khiển
– Giảm thiểu tác hại cho môi trường
1.3. Tổng quan về dầu thực vật

ng

1.3. Giới thiệu về một số dầu thực vật
Dầu thực vật là một nguồn nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp và thực

Tr
ườ

phẩm. Từ dầu thực vật, người ta có thể điều chế được rất nhiều sản phẩm khác nhau.
Hiện nay, một lượng lớn dầu thực vật được sử dụng trong thực phẩm, chế biến xà
phòng, chất hoạt động bề mặt và rất nhiều sản phẩm hữu dụng khác. Phần lớn các loại
dầu thực vật được sản xuất từ các loại hạt của các cây tương ứng (trừ một số loại như
dầu dừa, cọ…) bằng cách làm khô, nghiền, nấu và ép cơ học hoặc chiết để tách dầu ra.

Chuyên ngành Hố dầu

2

Khoa Hố học và Cơng nghệ Thực phẩm


Báo cáo kết quả đề tài NCKH cấp Trường – Năm 2012

Trường ĐHBRVT

Sau đó, dầu cần được trải qua một số công đoạn xử lý như lọc tạp chất, xử lý kiềm, …

u

mới có thể sử dụng [4].

Tà

Dầu thực vật rất phong phú (xem bảng 1.1), nhưng phân bố không đều. Các

nước như Mỹ, Nga, Ấn Độ, … có dầu đậu nành, dầu lanh, … Các quốc gia vùng Địa
Trung Hải có nhiều dầu oliu. Các nước vùng nhiệt đới như các quốc gia Đơng Nam Á,

Vũ
ng

Châu Phi có nhiều dầu cọ, dầu dừa, …

Bảng 1.1: Liệt kê một số loại dầu thực vật trên thế giới [12].
Khối lượng
STT

Tên

Loài

riêng

3

D15/15 (g/cm )

Chỉ số xà

phịng hố

Chỉ số Iốt

Bơng (hạt)

Gossypium hirsutum

0,920 - 0,926

189 - 199

100 - 200

2

Cải bẹ (hạt)

Brasica Annuus

0,920 – 0,917

170 – 188

92 – 123

3

Cám

Oryza sativa

4

Cọ (cùi)

Elaeis guineensis

5

Cọ (nhân)

Elaeis guineensis

6

a-

1

180 – 195

91 – 110

0,915

196 – 206

51 – 58

0,918 – 0,925

284 – 250

23 – 37

Cao su ( hạt) Hevea brasillensis

0,923 – 0,924

183 – 190

125 – 145

7

Dừa

Cocos nucifera

0,917 – 0,930

246 – 268

7,5 – 12

8

Đậu nành

Glycinemax (G.soja)

0,922 – 0,928

188 – 195

120 – 140

9

Gai dầu

Caunabis sativa

0,929 – 0,934

190 – 194

145 – 167

Heliauthus Annuus

0,923 – 0,926

186 – 194

120 – 135

Hướng
dương

Bà

10

Rị

0,914 – 0.928

Lạc

Arachis hypogaca

0,194 – 0,926

187 – 207

83 – 105

12

Lai

Aleurites moluccana

0,925 – 0,930

180 – 193

130 – 145

13

Ngô (phôi)

Zea mys

0,921 – 0,928

187 – 193

115 – 125

14

Lanh

Linum usitatissinum

0,930 – 0,938

188 – 195

170 – 204

15

Oliu

Olea europea

0,914 – 0,918

185 – 196

79 – 88

16

Thầu dầu

Ricinus communis

0,957 – 0,967

177 – 185

81 – 90

17

Trẩu

Aleurites montana

0,925 – 0,943

185 – 197

145 – 176

0,916

190 – 195

85 – 90

0,914 – 0,925

187 – 195

103 - 116

Tr
ườ

ng

ĐH

11

18

Sở

Thea sasaqua

19

Vừng

Sesamum indicum

Một số loại dầu thông dụng [7]:
Dầu bông: Bông là loại cây trồng một năm. Trong dầu bơng có sắc tố carotenoit

và đặc biệt là gossypol và các dẫn xuất của nó làm cho dầu bơng có màu đặc biệt (màu
Chun ngành Hố dầu

3

Khoa Hố học và Cơng nghệ Thực phẩm


Báo cáo kết quả đề tài NCKH cấp Trường – Năm 2012

Trường ĐHBRVT

đen hoặc màu sẫm). Hiện nay, người ta dùng phương pháp tinh chế dầu bằng kiềm

u

hoặc bằng axit antranilic có thể tách possipol chuyển thành dầu thực phẩm. Do trong

Tà

dầu bơng có chứa nhiều axit béo no panmitic, nên ở nhiệt độ phịng nó đã ở thể rắn.

Dầu dừa: Dừa là loại cây nhiệt đới được trồng nhiều ở vùng Đông Nam Á, châu

Phi, châu Mỹ Latinh. Ở Việt Nam, dầu được trồng nhiệt ở Thanh Hoá, Phú Khánh…

Vũ
ng

Dừa là cây sinh trưởng lâu năm, thích hợp với khí hậu nóng ẩm. Trong dầu dừa có

chứa nhiều axit béo lauric (44% - 52%), myristic (13 – 19%), panmitic (7,5 – 10,5%)
hàm lượng chất béo khơng no rất ít. Dầu dừa được sử dụng nhiều cho mục đích thực
phẩm và là nguyên liệu tốt để sản xuất tốt dung môi cho thuốc bảo vệ thực vật.

Dầu hướng dương: Hướng dương là loại cây hoa một năm và được trồng nhiều
ở Nga. Dầu hướng dương có mùi vị đặc trưng và có màu từ đỏ đến vàng. Dầu hướng

a-

dương có chứa nhiều protein nên chúng là thực phẩm tốt. Ngoài ra, nó là ngun liệu
tốt để sản xuất dung mơi sinh học.

Dầu đậu nành: Dầu đậu nành có màu vàng sáng, thành phần axit chủ yếu của

Rị

nó là linoleic (50 – 57%), oleic (23 – 29%). Dầu đậu nành được dùng nhiều trong thực
phẩm. Ngoài ra, dầu đậu nành đã tinh luyện được dùng làm nguyên liệu để sản xuất

Bà

margarine. Từ dầu đậu nành có thể tách ra được lexetin dùng làm dược liệu, trong sản
xuất bánh kẹo. Dầu đậu nành còn được dùng để sản xuất sơn, vecni, xà phịng… và
đặc biệt là để sản xuất dung mơi sinh học. Cây đậu nành được trồng phổ biến trên thế

giới, đặc biệt ở vùng đồng bằng nước ta.

ĐH

Dầu thầu dầu: Dầu thầu dầu hay được gọi là dầu ve được lấy từ hạt cây thầu
dầu. Cây thầu dầu được trồng nhiều ở vùng có khí hậu nhiệt đới. Những nước trồng
cây thầu dầu là Braxin, Ấn Độ, Trung Quốc, Nga, Thái Lan. Tại Việt Nam, cây thầu
dầu được trồng nhiều ở Thanh Hoá, Nghệ An. Tuy nhiên, Việt Nam vẫn chủ yếu nhập

ng

thầu dầu từ Trung Quốc. Dầu thầu dầu là loại dầu không khô, chỉ số iot từ 80 – 90, tỷ
trọng lớn, tan trong ankan, không tan trong xăng và dầu hoả. Hơn nữa do độ nhớt cao

Tr
ườ

của dầu thầu dầu so với các loại dầu khác mà dầu thầu dầu được sử dụng làm dầu mỡ
bôi trơn. Dầu thầu dầu là loại dầu cao cấp được dùng trong động cơ máy bay, xe lửa,
và các máy tốc độ cao, trong dầu phanh. Dầu thầu dầu còn được dùng nhiều trong lĩnh
vực như y tế, mỹ phẩm, chất dẻo, làm giấy than, giấy nến, và mực in [4, 7].
Dầu sở: Cây sở là một loại cây lâu năm được trồng nhiều ở vùng nhiêt đới. Ở

nước ta, sở được trồng nhiều ở các tỉnh trung du phía Bắc. Thành phần axit béo của
Chuyên ngành Hoá dầu

4

Khoa Hoá học và Công nghệ Thực phẩm

Báo cáo kết quả đề tài NCKH cấp Trường – Năm 2012

Trường ĐHBRVT

dầu sở bao gồm axit oleic (>60%), axit linoleic (15 – 24%) và axit panmitic(15 –

u

26%). Dầu sở sau khi tách saponin dùng làm dầu thực phẩm rất tốt. Ngồi ra, dầu sở

Tà

cũng có thể làm ngun liệu để sản xuất dung môi sinh học [7].

Dầu lạc: Dầu lạc chứa chủ yếu axit oleic (50 – 60%), linoleic(13 – 33%),

panmitic (6 – 11%). Hàm lượng các axit béo khác không nhiều. Dầu lạc chủ yếu dùng

Vũ
ng

vào các mục đích thực phẩm, làm thức ăn gia súc. Hiện nay, nguồn dầu lạc cũng được
sử dụng làm dung môi sinh học. Cây lạc ở Việt Nam được trồng nhiều trên lưu vực các
sông của đồng bằng Bắc Bộ và Nam Bộ.

Dầu vừng: Cây vừng có từ lâu đời, được trồng nhiều ở các nước Châu Á. Các
axit béo trong dầu vừng chủ yếu là axit oleic (33– 48%), linoleic (37– 48%), panmitc
(7– 8%), stearic (4– 6%).

a-

Dầu ngô: Cây ngô được trồng khắp nơi trên thế giới, nhất là các vùng đất phù
sa. Các axit béo trong dầu ngô thường là axit linoleic (43– 49%), oleic (37– 40%), axit
panmitic và stearic gần bằng 14%.

Rị

Dầu hạt cao su: Dầu hạt cao su được ép từ hạt cây cao su. Trong hạt hàm lượng
dầu chiếm khoảng 40– 60%. Cây cao su được trồng nhiều nơi trên thế giới như Ấn Độ,

Bà

Châu Phi, Nam Mỹ… Ở Việt Nam cây cao su được đưa vào thời Pháp thuộc và trồng
nhiều ở vùng Đông Nam Bộ. Cây cao su sống thích hợp nhất ở những vùng đất đỏ. So
với các loại dầu khác thì dầu hạt cao su ít được sử dụng trong thực tế do hàm lượng
axit béo rất lớn [7]. Vì vậy, nếu sử dụng dầu hạt cao su làm nguyên liệu để sản xuất

ĐH

chất bơi trơn thì hiệu quả kinh tế thu được là cao nhất.
Hàm lượng axit béo của dầu hạt cao su cao hơn các loại dầu khác do trong hạt
cao su có enzym lipaza tác dụng thủy phân glycerit tạo axit béo. Dầu sau khi được xử
lý nhiệt thì chỉ số axit ổn định do khơng cịn enzym lipaza nữa.

ng

1.3.2. Thành phần hoá học của dầu thực vật
Dầu thực vật có thành phần chủ yếu (95%) là hỗn hợp các este của glyxerin với

Tr
ườ

các axit béo cao phân tử, trong đó tính chất của dầu phụ thuộc vào thành phần của các
mạch axit béo cũng như sự phân bố của chúng trong các triglycerit. Mặc dù thành
phần của dầu có sự dao đông nhất định phụ thuộc vào các điều kiện khí hậu ở vùng
trồng hạt dầu nhưng nhìn chung các tính chất cơ bản của dầu tương đối ổn định. Thông
thường các loại dầu thường ở thể lỏng tại điều kiện nhiệt độ thường. Thể lỏng là do
các axit béo ngắn hoặc dây axit béo dài nhưng mang nhiều nối đơi. Ngồi glycerit
Chun ngành Hố dầu

5

Khoa Hố học và Công nghệ Thực phẩm


Báo cáo kết quả đề tài NCKH cấp Trường – Năm 2012

Trường ĐHBRVT

trong dầu còn chứa một lượng nhỏ rất nhiều tạp chất khác nhau: các axit béo tự do,

u

chất màu, protein, hydrocacbon, … [7].

Tà

Công thức tổng quát của triglycerit như sau:
CH2 – OCOR1

CH – OCOR2

Vũ
ng

CH2 – OCOR3

Các axit béo trong các triglycerit và các axit béo tự do tồn tại trong dầu thực vật
thường có dạng mạch thẳng, có số carbon chẵn, từ C6 đến C24 và thường không chứa
nhóm định chức khác trên dây nhưng có thể mang một vài nối đôi C=C, dẫn đến sự
khác biệt về bản chất của các loại dầu. Chỉ có một số ít trường hợp axit có thêm dây
nhánh hoặc chứa nhóm– OH, vịng peroxit, hoặc vịng cyclopentan, …

-

a-

Axit béo có 2 loại: axít béo no và khơng no:

Axit béo no thường gặp là: axit caproic (C6), axit capilic (8), axit capric (C10),
axit miistic (C14), axit paltimic (C6), axit stearic (C8).

Axit béo không no thường gặp là: axit oleic, axit linoleic, axit arachidomic,…

Rị

-

Trong dầu thực vật, axit béo C18 thường chiếm nhiều nhất, trừ một vài trường

Bà

hợp có tỉ lệ axit C12 lớn nhất như: dầu dừa, dầu cọ, … Chính các axit béo quyết định
phần lớn đặc trưng hoá lý của dầu thực vật. Mạch axit béo càng dài, no thì nhiệt độ
nóng chảy của dầu càng cao, áp suất hơi càng kém, do đó ít có mùi. Cùng một chiều
dài mạch cacbon, axit béo có chứa nhiều nối đơi thì nhiệt độ nóng chảy càng thấp

ĐH

(xem bảng 1.2). Phần lớn các axit béo có mạch dài cấu tạo nên triglycerit của dầu thực
vật. Đó chính là ngun nhân dẫn đến dầu thực vật khơng tan trong nước, ít tan trong
rượu có mạch ngắn như Metanol. Thành phần axit béo trong một số loại dầu thực vật
được trình bày trong bảng 1.3.

ng

Bảng 1.2: Các axít béo có trong thành phần các loại dầu [12].

Tr
ườ

Tên thông
dụng
Acid béo no

Công thức cấu tạo

Tonc(oC)

Tỉ trọng

Blau ric

CH3(CH2)10COOH

44

-

Panmitic

CH3(CH2)12COOH

63

0,849

70

0,847

14

0,900

Stearic
CH3(CH2)16COOH
Acid béo khơng no
Oleic
CH3(CH)7CH=CH(CH2)7COOH

Chun ngành Hố dầu

6

Khoa Hố học và Công nghệ Thực phẩm


Trường ĐHBRVT

CH3(CH2)CH=CHCH2CH=(CH2)7COOH

-9.5

0,903

Linolenic

CH3(CH2CH=CH)3(CH2)7COOH
CH3(CH2)5CHCH2CH=CH(CH2)7COOH
OH
CH3(CH2)5CHCH2CH=CH(CH2)7COOH
OH

-11

0,914

-

-

5

Eleostearic
Ricinoleic

u

Linileic

Tà

Báo cáo kết quả đề tài NCKH cấp Trường – Năm 2012

0,954

Vũ
ng

Bảng 1.3: Hàm lượng các loại axit béo có trong dầu mỡ động thực vật [12].
Thành phần axit béo (% khối lượng)
Dầu
Lauric

Myristic Panmitic Stearic Oleic Linoleic Linolenic

0,1

0,1

10,2

3,7

Bông

0,1

0,7

20,1

2,6

Cọ

0,1

1

42,8

4,5

Dừa

46,5

19,2

9,8

Lạc

-

-

11,38

Ngô

-

-

Hạt cải

-

-

Hướng
dương

-

Mỡ bị

0,1

Mỡ lợn

0,1

22,8

53,7

8,6

19,2

55,2

0,6

40,5

10,1

0,2

a-

Nành

6,9

2,2

0

2,39

48,28

31,95

0,93

Rị

3

1,85

25,16

60,6

0,48

3,49

0,85

64,4

22,3

8,23

Bà

11,67

6,08

3,26

16,94

73,73

0

2,8

23,3

19,4

42,4

2,9

0,9

1,4

23,6

14,2

44,2

10,7

0,4

ĐH

-

Ngồi ra, dầu thực vật cịn chứa một lượng nhỏ các tạp chất như:
-

Photpholipit: những hợp chất này còn là Photphalit, chiếm tỉ lệ thấp hơn 3%
như: lexitin, xephalin, …
Sáp: là ester của acid béo có dây Carbon dài thường từ 24C đến 26C với

ng

-

một rượu đơn chức hoặc đa chức.

Tr

ườ

-

-

-

Sterol: một số dầu thực vật chứa 100mg đến 150mg sterol trong 100g dầu
thực vật.
Các chất màu: carotenoit, clorophil,…chính các chất này tạo sắc tố màu cho
dầu từ vàng đến đỏ.
Các chất oxy hố có mục đích bảo vệ dầu như: tocopherol…

1.3.3. Tính chất lý học của dầu thực vật [12]
Chun ngành Hố dầu

7

Khoa Hố học và Cơng nghệ Thực phẩm


Báo cáo kết quả đề tài NCKH cấp Trường – Năm 2012

Trường ĐHBRVT

Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ đơng đặc: Vì các dầu khác nhau có thành phần

u

hố học khác nhau. Do vậy, các loại dầu khác nhau có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ
đó. Nhiệt độ nóng chảy và đông đặc của dầu thực vật từ 10– 14oC.

Tà

đông đặc khác nhau. Các giá trị này không ổn định thường nằm trong một khoảng nào

Tính tan của dầu thực vật: Vì dầu khơng phân cực do vậy chúng tan rất tốt

Vũ
ng

trong dung môi không phân cực, tan rất ít trong rượu và không tan trong nước. Độ tan
của dầu phụ thuộc vào nhiệt độ.

Màu của dầu: Thành phần các hợp chất trong dầu quyết định màu của dầu. Dầu
tinh khiết có màu vàng do carotenoit và các dẫn xuất của nó.

Khối lượng riêng: Khối lượng riêng của dầu thực vật thường nhẹ hơn nước,

riêng càng cao.
1.3.4. Tính chất hố học của dầu thực vật

Rị

1.3.4.1. Phản ứng xà phịng hoá

a-

p

d 20 : 0,907 – 0,971, dầu càng nhiều thành phần hydrocacbon và càng no thì khối lượng

Các triglycerit khi phản ứng với kiềm sẽ tạo thành muối xà phòng (muối của
các axit béo) và glycerin.

CH2 – OH

Bà

CH2 – OCOR1
CH – OCOR2 + 3NaOH
CH2 – OCOR3

R1COONa

CH – OH

+

R2COONa

CH2 – OH

R3COONa

1.3.4.2. Phản ứng thuỷ phân

ĐH

Triglycerit bi thuỷ phân trong nước tạo thành axit béo và glycerin, phản ứng

cần có sự hiện diện của xúc tác (bazơ, axit…)
CH2 – OCOR1
CH – OCOR2

CH2 – OH

Xt

+ 3H2O

CH – OH

+

R2COOH

CH2 – OH

ng

CH2 – OCOR3

R1COOH
R3COOH

1.3.4.3. Phản ứng alcol phân

Tr
ườ

Tương tự phản ứng thuỷ phân, triglycerit khi tác dụng với ancol với sự có mặt

của xúc tác thích hợp sẽ bị thuỷ phân tách thành glycerin và ester của các axit béo với
ancol tham gia.
CH2 – OCOR1

CH2 – OH

CH – OCOR2 + 3ROH

CH – OH

CH2 – OCOR3

Chuyên ngành Hố dầu

CH2 – OH
8

RCOOR1
+

RCOOR2
RCOOR3

Khoa Hố học và Cơng nghệ Thực phẩm


Báo cáo kết quả đề tài NCKH cấp Trường – Năm 2012

Trường ĐHBRVT

1.3.4.4. Phản ứng khử

u

Khi có mặt của xúc tác cromit đồng ở 200– 400 oC dưới áp suất 100 – 200 atm,

Tà

triglycerit bị khử thành rượu. Đây là phản ứng dùng để điều chế rượu béo từ dầu mỡ.
1.3.4.5. Phản ứng làm ơi dầu

Trong q trình tồn trữ, bảo quản dầu có thể bị biến đổi màu sắc, mùi vị. Hiện

Vũ
ng

tượng này gọi là phản ứng làm ôi dầu. Nguyên nhân gây ra do ảnh hưởng của tạp chất

trong dầu, nước, vi sinh vật, men, các muối kim loại, …. Việc tìm các biện pháp chống
sự ơi của dầu hiện nay là một vấn đề quan trọng cần nghiên cứu giải quyết.
1.3.4.6. Phản ứng đồng hoá

Trong điều kiện thích hợp, các axit béo khơng no có trong dầu sẽ thực hiện
phản ứng cộng hợp với một số chất khác. Một trong những phản ứng quan trọng nhất

a-

là phản ứng hydro hoá, phản ứng tiến hành trong điều kiện nhiệt độ 90– 280oC, áp suất

6–10 atm, có mặt xúc tác Ni. Phản ứng này có ý nghĩa thực tế rất quan trọng trong việc
chuyển dầu dạng lỏng sang dạng rắn. Trong những điều kiện thích hợp, dầu có axit

hợp của halogen vào phân tích.

Bà

1.3.4.7. Phản ứng oxy hố

Rị

béo khơng no có thể cộng hợp với halogen. Người ta ứng dụng một số phản ứng cộng

Phản ứng xảy ra tại các nối đôi của axit béo không no. Tuỳ theo bản chất của
chất oxy hoá và điều kiện phản ứng mà tạo thành các sản phẩm oxy hoá khác nhau,
như các peroxide, xeton, axit…

ĐH

1.3.4.8. Phản ứng trùng hợp
Ở điều kiện thích hợp, các nối đơi có thể tham gia phản ứng trùng hợp. Sản
phẩm là các hợp chất cao phân tử.
1.4. Sơ lược về cây sao su và dầu cao su [9]

ng

1.4.1. Sơ lược về cây cao su
Cây cao su là loại cây công nghiệp dài ngày sản xuất mủ cao su phục vụ cho

Tr

ườ

ngành giao thông vận tải và các mặt hàng tiêu dùng thiết yếu khác. Từ cuối thập niên
1970 trở đi, gỗ cao su trở thành nguyên liệu thay thế cho việc khai thác rừng tự nhiên
để sản xuất các sản phẩm đồ gỗ gia dụng. Vì vậy, cây cao su trở thành loại cây nông lâm - cơng nghiệp có giá trị kinh tế cao. Năm 2008, tại Việt Nam cây cao su đã được
công nhận là cây đa mục đích theo quyết định số 2855 QĐ/BNN-KHCN của Bộ Nơng

Chun ngành Hố dầu

9

Khoa Hố học và Công nghệ Thực phẩm


Báo cáo kết quả đề tài NCKH cấp Trường – Năm 2012

Trường ĐHBRVT

nghiệp và Phát triển Nông thôn công bố ngày 17/09/2008. Theo đó, cây cao su có thể

u

sử dụng cho cả mục đích nơng nghiệp lẫn lâm nghiệp.

Tà

Ngồi hai sản phẩm chính là mủ và gỗ cao su cho giá trị kinh tế cao, dầu trích
ly từ hạt cao su cũng là một sản phẩm phụ của ngành cao su. Ngày nay, do sử dụng
ngày càng nhiều các dạng sản phẩm năng lượng từ nguyên liệu hóa thạch làm cho

Vũ
ng

nguồn nguyên liệu này dần cạn kiệt và giá ngày càng cao khiến cho người ta phải tìm
các nguồn năng lượng thay thế. Vì vậy, các loại dầu sinh học chiết xuất từ các lồi
thực vật trong đó có dầu hạt cao su cũng được nghiên cứu ứng dụng.
1.4.2. Quả và hạt cao su

Quả cao su hình trịn hơi dẹt có đường kính 3- 5 cm, quả nang có ba ngăn, mỗi

a-

ngăn chứa một hạt cao su. Sau thời kỳ rụng lá qua đông vào tháng 2, cây cao su hình
thành bộ lá non mới đồng thời trổ hoa đậu quả vào tháng 3 dương lịch hàng năm. Quả
chín và tự rụng khoảng tháng 7- 8.

Rị

Hạt cao su hình trịn hơi dài hoặc hình bầu dục, chiều dài hạt thay đổi từ 2,53,5 cm, trọng lượng hạt 3,5- 6,0 g. Trung bình 1 kg hạt chứa 200- 250 hạt. Vỏ ngồi
của hạt láng và cứng, bên trong có nhân hạt gồm phôi nhũ và lá mầm. Nhân hạt chiếm

Bà

50- 60% trọng lượng hạt, trong đó dầu cao su chiếm tỉ lệ 10- 15% trọng lượng hạt.
Năng suất hạt cao su bình quân hàng năm đạt 150 kg/ha tại Ấn Độ, và tại Việt
Nam, năng suất hạt cao su có thể đạt tới 300- 500 kg/ha. Tại Việt Nam, thời vụ thu
hoạch hạt cao su gồm vụ chính vào tháng 8- 9, vụ thứ hai vào tháng 12. Do thu hoạch

ĐH

thường sử dụng công nhàn rỗi của trẻ em vào mùa nghỉ hè nên phần lớn sản lượng hạt
bị thất thu do khơng có người thu lượm.
Khi mới rụng, hạt có độ ẩm khoảng 36- 38%, để tồn trữ hạt làm nguyên liệu ép
dầu cần phải phơi khô đến khi ẩm độ dưới 15%, đóng vào bao để nơi thống mát,

ng

tránh kiến và chuột làm hư hỏng.
1.4.3. Đặc tính của dầu hạt cao su

Tr
ườ

Kết quả bảng 3 và 4 trình bày một số tính chất hóa lý và thành phần axít béo

của dầu hạt cao su. Các chỉ tiêu hóa lý của dầu cao su cho thấy phù hợp dùng làm
nguyên liệu sản xuất xà phịng. Thành phần axít béo dồi dào trong dầu cao su nhất là
các loại axít béo chưa no cũng thích hợp cho việc sản xuất các chất trải bề mặt hoặc
trong công nghiệp sản xuất sơn.

Chuyên ngành Hố dầu

10

Khoa Hố học và Cơng nghệ Thực phẩm


Báo cáo kết quả đề tài NCKH cấp Trường – Năm 2012

Trường ĐHBRVT

Bảng 1.5: Tính chất hố lý của dầu hạt cao su

Chỉ tiêu

u

(Nguồn: Brushan, 1958)

Chỉ số axit

4 - 40
190 - 195

Chỉ số Iốt

132 - 141

Vũ
ng

Chỉ số xà phịng hố

Tà

Giá trị

Chỉ số hydroxyt

12 - 32

o

Chỉ số khúc xạ(40 C)

1,466 - 1,469

Bảng 1.6:Thành phần axit béo trong dầu hạt cao su
(Nguồn: * Brushan, 1958;** Aigbodion,2005)
Axit béo

Hàm lượng(%)
*

**

Axit palmitic

11

17,5

Axit stearic

12

4,8

Axit oleic

Bà

Axit linoleic

Rị

Axit béo chưa no

a-

Axit béo bão hồ

Axit linolenic

17

25,3

35

37,5

24

14,2

Hiện nay có 2 phương pháp ép DHCS là ép bọng và ép máy [8]:
Ép bọng là phương pháp cũ nhưng cho dầu có chất lượng tốt hơn. Người ta tách

ĐH

vỏ hạt cao su để lấy nhân. Nhân được nghiền cho đến kích cỡ như hạt tấm rồi đem hấp
ở 90oC để phá vỡ màng tế bào. Sau khi hấp nhân được cho vào các bọng cây theo cách
truyền thống hoặc khuôn ép bằng gang rồi ép thủy lực hoặc ép trục vít. Thời gian ép
cho mỗi mẻ là 12- 24 giờ. Dầu ép bọng cho màu sắc sáng trong hơn, ít sáp hơn và còn

ng

giữ được mùi. Sau khi ép dầu cao su có mùi thơm như như dầu dừa nhưng chỉ vài tuần
sau thì khơng cịn mùi vì dầu bị oxy hóa rất nhanh [9].

Tr
ườ

Ép máy được áp dụng cho các cơ sở lớn. Hạt cao su để nguyên vỏ được xay qua

sàng 5 mm rồi đem sấy đến nhiệt độ 70-800C, sau đó được đưa ngay đến máy ép trục
vít. Ép máy cho công suất lớn nhưng dầu bị lẫn nhiều tạp chất như sáp từ vỏ hạt
chuyển vào dầu và tỷ lệ dầu thu hồi thấp vì màng tế bào dầu khơng được phá vỡ trước,
dầu cịn lẫn nhiều trong vỏ hạt.

Chun ngành Hố dầu

11

Khoa Hố học và Cơng nghệ Thực phẩm


Báo cáo kết quả đề tài NCKH cấp Trường – Năm 2012

Trường ĐHBRVT

Để sản xuất chất bôi trơn cho dung dịch khoan, thường chọn cách ép bọng vì ít

u

tạp chất hơn. Dầu cao su mới ép có chỉ số axit khoảng 10 nhưng chỉ một thời gian

Tr
ườ

ng

ĐH

Bà

Rị

a-

Vũ
ng

Tà

khoảng 2 tuần thì chỉ số axit có thể lên đến 50- 60.

Chuyên ngành Hố dầu

12

Khoa Hố học và Cơng nghệ Thực phẩm


Báo cáo kết quả đề tài NCKH cấp Trường – Năm 2012

Trường ĐHBRVT

CHƯƠNG II

u

LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

Tà

2.1. Tổng quan về chất bơi trơn cho dung dịch khoan
2.1.1. Tình hình nghiên cứu và sử dụng chất bôi trơn tại Việt Nam

Chất bôi trơn là các phụ gia gốc dầu mỏ hoặc gốc dầu thực vật, có tác dụng bơi

Vũ
ng

trơn, làm giảm ma sát giữa bộ khoan cụ với dung dịch khoan, ống chống thành giếng
khoan trong quá trình khoan và gia cố thành giếng khoan.

Chất bôi trơn cho dung dịch khoan được sử dụng nhiều trong hoạt động khoan
tìm kiếm, thăm dị và khai thác dầu khí. Tổng lượng tiêu thụ chất bôi trơn trên thế giới

hàng năm khoảng vài trăm triệu tấn. Tính trên tồn bộ các hoạt động khoan tìm kiếm,
thăm dị và khai thác dầu khí ở các cơng ty thì nhu cầu chất bơi trơn là rất lớn [8].

a-

Chất bơi trơn cho dung dịch khoan có nhiều loại, nhưng phổ biến vẫn là chất
bơi trơn có nguồn gốc từ dầu mỡ động thực vật do có độ an toàn cao và thân thiện với

giữa các bề mặt khác nhau.

Rị

mơi trường. Chúng có đặc tính dầu, làm giảm hệ số ma sát nhờ tạo ra một màng bảo vệ

Hiện nay tại Trung tâm Ứng dụng & Chuyển giao Cơng nghệ - Viện Dầu khí

Bà

Việt Nam đã nghiên cứu sản xuất thành công chất bôi trơn từ dầu thực vật phi thực
phẩm cho dung dịch khoan bằng phương pháp metanol phân dầu hạt cao su (DHCS)
trên xúc tác KOH. Sản phẩm sau khi metanol phân DHCS được bổ sung khoảng 2%
phụ gia super-amid sẽ nhận được chất bôi trơn cho dung dịch khoan [8].

ĐH

Một số công ty tại Việt Nam sản xuất chất bôi trơn cho dung dịch khoan từ rất
nhiều nguồn nguyên liệu như: dầu điều, DHCS, dầu jatropha….sau khi thêm các chất
phụ gia nhằm đạt được những tính chất nhằm đạt các thơng số của tiêu chuẩn hiện
hành. Với phương pháp này, sử dụng rất nhiều phụ gia nhưng một số tính chất vẫn

ng

khơng đạt chuẩn như làm cho tính lưu biến của dung dich khoan bị thay đổi.
Việc sử dụng xúc tác dị thể cho quá trình sản xuất chất bơi trơn từ DHCS là yếu

Tr
ườ

tố quan trọng nhằm tăng hiệu quả chuyển hóa, tiết kiệm ngun liệu và làm xanh hóa
các q trình hóa học. Nghĩa là khi sử dụng xúc tác rắn sẽ có khả năng sử dụng nhiều
lần, tách ra khỏi phản ứng dễ dàng và giảm thiểu việc thải ra các chất thải gây ô nhiễm
môi trường [4].
2.1.2. Các phương pháp chuyển hố tạo chất bơi trơn

SVTH: Võ Thanh Hà

13

Khoa Hố học và Công nghệ Thực phẩm


Báo cáo kết quả đề tài NCKH cấp Trường – Năm 2012

Trường ĐHBRVT

Trung tâm Ứng dụng & Chuyển giao Công nghệ - Viện Dầu khí Việt Nam đã

u

nghiên cứu tổng hợp chất bôi trơn từ dầu thực vật phi thực phẩm cho dung dịch khoan

Tà

bằng các phương pháp sau: ancol phân (với metanol, etylenglycol, glycerin); sulfat
hóa; amid hóa…[9].

Khi đưa sản phẩm của các q trình biến tính vào dung dịch khoan để làm chất

Vũ
ng

bôi trơn cho thấy: Phương pháp ancol phân DHCS với metanol tạo ra chất bôi trơn cho

dung dịch khoan là tốt hơn so với các phương pháp biến tính khác. Sản phẩm sau khi
metanol phân DHCS được bổ sung khoảng 2% phụ gia super-amid (sản xuất từ dầu
thực vật) sẽ nhận được chất bôi trơn cho dung dịch khoan. Ancol phân dầu hạt cao su
bằng metanol có xúc tác kiềm (KOH, NaOH, …) gồm các phản ứng sau:

+ 3 CH3OH

CH3COOR1

CHOH

+

CH2OOCR3

CH2OH

CH2OOCR1

CH3COOR2

(1)

Rị

CHOOCR2

CH2OH

a-

CH2OOCR1

CH2OH

+

CH2OOCR3

Bà

CHOOCR2

CH3COOR3

CH3OH

CH OOCR2

+

CH3COOR1

(2)

CH2OOCR3

ĐH

Diglycerit
CH2OOCR1
CHOOCR2

+ 2 CH3OH

ng

CH2OOCR3

Tr
ườ

CHOH

+

CH3COOR2

(3)

CH2OOCR3

CH2OH
+ 3 AOH

CH2OOCR3
RCOOH

CH3COOR1

Monoglycerit

CH2OOCR1
CHOOCR2

CH2OH

CHOH

R1COOA
+

CH2OH
+

AOH

RCOOA

R2COOA

(4)

R3COOA
+

HOH

(5)

Để tạo ra sản phẩm làm chất bôi trơn cho dung dịch khoan cần ưu tiên cho phản

ứng (2) và (3), sản phẩm nhận được là hỗn hợp metyleste + monoglycerit + diglycerit
SVTH: Võ Thanh Hà

14

Khoa Hố học và Cơng nghệ Thực phẩm


Báo cáo kết quả đề tài NCKH cấp Trường – Năm 2012

Trường ĐHBRVT

[8, 17]. Sản phẩm phụ bao gồm: Xà phịng (RCOOK) và glycerin có thể sử dụng vào

u

những mục đích khác. Tỷ lệ mol metanol/DHCS của phản ứng (2) là 2/1, tương tự của

Tà

phản ứng (3) là 1/1. Như vậy, kết hợp của phản ứng (2) và (3) thì tỷ lệ mol sẽ là: 2

mol DHCS sẽ cần 3 mol metanol. Đây là cơ sở lý thuyết để tính tốn ngun liệu và
hóa chất cho sản xuất chất bơi trơn từ dầu hạt cao su. Trong thực tế cần sử dụng lượng

Vũ
ng

Metanol lớn hơn so với lượng tính tốn lý thuyết.

Chất bôi trơn đã được Viện nghiên cứu khoa học & Thiết kế dầu khí biển
(NIPI) - VSP, Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển An tồn & Mơi trường dầu khí
phân tích và đánh giá và cho kết quả được trình bày ở bảng 1.9.

Bảng 1.7: Tính chất, độ giảm ma sát của các sản phẩm DHCS và axit béo
biến tính trong dung dịch khoan [8]

2

Chỉ số
Iot

Chỉ số
Axit

Nhận xét

125-130

35-40

Vết

45-50

Dung dịch bị tao gel

100-110

20-30

50

Dung dịch bị tao gel

a-

DHCS chưa biến
tính
Hỗn hợp axit
béo tự do
(oleic>70%)

Chỉ số
Hydroxyl

Độ
giảm
ma sát,
%

Chỉ số đặc trưng của sản phẩm

130-140

Rị

1

Sản phẩm biến
tính

Bà

T
T

3

DHCS biến tính
với glycerin

100-120

25-30

70-75

60

4

DHCS biến tính
với elylenglycol

110-120

25-30

80-85

65

110-120

20-25

100-110

82

115-120

10

-

65

90-100

25-30

-

75

40- 45

30-35

-

65

35-40

120-130

-

70

6

ng

7

DHCS biến tính
với Metanol
DHCS biến tính
với dietanolamin
Axit béo biến
tính với
dietanolamin
DHCS biến tính
với H2SO4
Axit béo biến
tính với H2SO4

ĐH

5

8

Tr
ườ

9

Tính lưu biến dd bị
thay đổi, xuất hiện
bọt

Tính lưu biến dd bị
thay đổi, xuất hiện
bọt
Tính lưu biến dd ít
ảnh hưởng
Tính lưu biến dd bị
thay đổi, bọt nhiều
Tính lưu biến dd bị
thay đổi, có bọt
Tính lưu biến dd bị
thay đổi
Tính lưu biến dd bị
thay đổi

2.1.3. Ngun liệu cho q trình biến tính tạo chất bơi trơn [8, 9]

Dầu thực vật (dầu béo) có thành phần chính là triglycerit (este của glycerin với

3 axit béo), trong đó triglycerit (TG) chiếm 94-98% trọng lượng có cơng thức và cấu
tạo hóa học như sau:
SVTH: Võ Thanh Hà

15

Khoa Hố học và Cơng nghệ Thực phẩm


Báo cáo kết quả đề tài NCKH cấp Trường – Năm 2012

Trường ĐHBRVT

CH2OH

CHOOCR2

CHOOCR2

CHOH

CH2OOCR2

CH2OOCR2

CH2OOCR2

Triglycerit

Diglycerit

Monoglycerit

u

CH2OH

Tà

CH2OOCR1

Vũ

ng

Trong đó R1, R2, R3 khơng no, có số nguyên tử C trong mạch bằng hoặc khác
nhau. Các gốc axit béo trong dầu thực vật có số chẵn nguyên tử C từ C8-C30. Trên
mạch cấu tạo hydrocacbon của gốc axit béo có thể có nối đơi, nối ba. Riêng dầu thầu
dầu trên mạch hydrocacbon của gốc axit có thêm một nhóm hydroxyl. Ở điều kiện
thường, dầu thực vật có dạng lỏng và sánh khi trong mạch cấu tạo có gốc axit béo

a-

khơng no. Mức độ lỏng, sánh của dầu thực vật phụ thuộc vào mức độ không no của
gốc axit béo. Trọng lượng phân tử dầu thực vật (tùy thuộc vào gốc axit béo có trong
cấu tạo) nằm trong khoảng 850- 890. Tính chất lý - hóa học của dầu thực vật được

Rị

quyết định bởi cấu tạo mạch hydrocacbon của gốc axit béo.

Monoglycerit (MG) và diglycerit (DG) hầu như không tồn tại trong tự nhiên.

Bà

Hỗn hợp mono và diglycerit được sản xuất bằng cách este hóa hoặc rượu phân dầu
thực vật. Chúng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực: Chất tẩy rửa, chất thấm ướt, chất
bôi trơn... Mono-glycerit có thể tách khỏi hỗn hợp bằng chưng cất, thu được sản phẩm
có hàm lượng monoglycerit khoảng 90%.

ĐH

Sau khi khảo sát, phân tích, đánh giá các dầu thực vật và các sản phẩm phụ của

các nhà máy sản xuất dầu ăn trong nước cho thấy:
Dầu cám, DHCS có chỉ số axit cao hơn cả (nằm trong khoảng 20- 60) và hàm
lượng axit béo không no khá lớn (C18:1 chiếm khoảng 20-50%, C18:2 khoảng 30-

ng

40%). Chúng rất thích hợp làm nguyên liệu sản xuất chất bôi trơn cho dung dịch
khoan. Do các nhà máy ép dầu cám phân bố rải rác và hoạt động không đều (theo mùa
vụ) nên sản lượng dầu cám rất thất thường. Mặt khác, giá thành dầu cám tương đối cao

Tr
ườ

do được sử dụng để sản xuất thức ăn cho vật nuôi. Cho nên sử dụng dầu cám để sản
xuất chất bôi trơn sẽ không ổn định và rất ít tính khả thi. Bên cạnh đó, DHCS có sản
lượng khá lớn và là một trong những dầu thực vật có giá thành rẻ. Vì vậy, sử dụng
DHCS làm nguyên liệu để sản xuất chất bôi trơn cho dung dịch khoan là thích hợp
nhất [8].

SVTH: Võ Thanh Hà

16

Khoa Hố học và Cơng nghệ Thực phẩm