Dầu Bôi Trơn Động Cơ Qua Quá Trình Sử Dụng

Dầu Bôi Trơn Động Cơ Qua Quá Trình Sử Dụng

MỤC LỤC

1. GIỚI THIỆU VỀ DẦU BÔI TRƠN ......................................................... 2
2. THÀNH PHẦN DẦU BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ ......................................... 2
2.1. Dầu Gốc ........................................................................................... 2
2.2. Phụ Gia ............................................................................................ 3
3. DẦU BÔI TRƠN THẢI .......................................................................... 6
4. MỐI NGUY HẠI CỦA DẦU THẢI ......................................................... 6
5. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ DẦU THẢI Ở VIỆT NAM...................... 7
5.1. Phương Pháp Tái Sinh Dầu Thải ......................................................... 7
5.2. Phương Pháp Sản Xuất Nhiên Liệu Từ Dầu Thải .................................. 9
6. PHƯƠNG PHÁP CRACKING XÚC TÁC XỬ LÝ DẦU THẢI ............... 9
6.1. Cơ Sở Lý Thuyết Của Quá Trình Cracking Dầu Thải ............................. 9
6.2. Sản Phẩm Của Quá Trình Cracking Dầu Thải ...................................... 11
7. CÁC CHỈ SỐ CƠ BẢN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DẦU BÔI TRƠN... 13
7.1. Chỉ Số Nhớt (Viscosity Index – VI) ....................................................... 13
7.2. Chỉ Số Acid Tổng (TAN)...................................................................... 14
7.3. Hàm Lượng Cặn Cacbon .................................................................... 15
7.4. Hàm Lượng Lưu Huỳnh ...................................................................... 17
7.5. Hàm Lượng Nước .............................................................................. 18
7.6. Hàm Lượng Cặn Không Tan ............................................................... 18
7.7. Hàm Lượng Chì ................................................................................. 18
8. KẾT LUẬN ............................................................................................ 23
9. TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................... 24

1

1

Dầu Bôi Trơn Động Cơ Qua Quá Trình Sử Dụng

1. GIỚI THIỆU VỀ DẦU BÔI TRƠN
Có 02 loại dầu bôi trơn cơ bản, đó là dầu bôi trơn gốc dầu mỏ và dầu bôi trơn
gốc tổng hợp. Mỗi một loại dầu bôi trơn được sản xuất sẽ thích nghi với điều kiện và
mục đích làm việc cụ thể. Và mỗi loại cũng phản ánh khả năng chống oxy hóa cũng
như sự tương thích với các loại máy móc, nhu cầu và môi trường khác nhau.
Để tăng tuổi thọ sử dụng của động cơ thì việc thay dầu bôi trơn cho động cơ là
điều cần được chú ý đến. Dầu động cơ ô tô là một sản phẩm bôi trơn có nguồn gốc từ
dầu mỏ, mặc dù có các thành phần hydrocacbon gần giống với xăng nhưng dầu động
cơ được sử dụng với mục đích hoàn toàn khác. Dầu động cơ được thiết kế với mục
đích bảo vệ các bộ phận chuyển động khác nhau của động cơ, trong khi xăng dầu, một
sản phẩm khác từ dầu mỏ, được sản xuất để sản sinh ra nhiệt cung cấp năng lượng cho
động cơ.

Sản phẩm bôi trơn có thể ở dạng lỏng, chẳng hạn như dầu động cơ và dầu thủy
lực, hoặc ở thể rắn hoặc bán rắn như mỡ hoặc băng teflon, hoặc có thể ở dạng bột
chẳng hạn như than chì khô hoặc disulfide molybdenum tùy thuộc vào mục đích và vị
trí sử dụng. Tất cả các sản phẩm bôi trơn sử dụng cho máy móc thiết bị cơ khí được
thiết kế để tạo ra một vài lớp phủ bảo vệ giữa các bộ phận chuyển động của máy móc
thiết bị nhằm bảo vệ các bộ phận này khỏi sự ô nhiễm, sự mài mòn do ma sát và quá
trình oxy hóa.
Các sản phẩm bôi trơn tổng hợp được sản xuất thông qua một số các quá trình
chế biến hóa học giúp cải thiện đáng kể các tính chất của chất bôi trơn như khả năng
kháng oxy hóa, chỉ số độ nhớt… Dầu động cơ tổng hợp được ưa chuộng sử dụng hơn
so với các dầu động cơ có nguồn gốc từ dầu mỏ. Dầu bôi trơn tổng hợp cũng được ưa
chuộng sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp mặc dù chi phí sử dụng ban đầu
của nó đắt hơn nhiêu so với các loại dầu bôi trơn gốc dầu mỏ, tuy nhiên hiệu quả mà
dầu bôi trơn tổng hợp đem lại cũng tương xứng, đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao

của các máy móc hiện đại. Nhờ các đặc tính vượt trội nên thời gian sử dụng dầu động
cơ và dầu máy móc tổng hợp dài hơn từ đó tiết kiệm được chi phí đáng kể hơn so với
dầu gốc dầu mỏ, kéo dài tuổi thọ của máy móc.
2. THÀNH PHẦN DẦU BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ
Thành phần cơ bản của dầu bôi trơn là dầu gốc và các phụ gia được pha trộn để
nâng cao chất lượng của dầu bôi trơn.
2.1. Dầu Gốc
2

2


Dầu Bôi Trơn Động Cơ Qua Quá Trình Sử Dụng

Dầu gốc là dầu thu được sau quá trình chế biến, xử lý tổng hợp bằng các quá
trình xử lý vật lý và hóa học. Dầu gốc thông thường gồm có hai loại là:
• Dầu khoáng
• Dầu tổng hợp
Dầu gốc được sản xuất từ dầu mỏ thông qua các quá trình chế biến được gọi là
dầu gốc khoáng và dầu có nguồn gốc từ thực vật được tổng hợp qua các quá trình tổng
hợp hóa học được gọi là dầu gốc tổng hợp.
Nhưng ngày nay người ta thường sử dụng dầu khoáng hay dầu tổng hợp là chủ
yếu. Với tính chất ưu việt như giá thành rẻ, sản phẩm đa dạng và phong phú, dầu
khoáng đã chiếm một vị trí quan trọng trong lĩnh vực sản xuất dầu nhờn. Phần lớn dầu
gốc được sử dụng là dầu gốc khoáng thu từ quá trình chưng cất chân không sản phẩm
đáy của tháp chưng cất khí quyển. Thành phần của dầu gốc khoáng thường chứa các
hydrocacbon từ C18 - C40, gồm có:
 Parafin mạch thẳng và mạch nhánh.
 Naphten có cấu trúc vòng xyclohexan gắn với mạch nhánh parafin.
 Aromatic đơn và đa vòng có chứa mạch nhánh ankyl.

 Các hợp chất lai hợp trong phân tử có chứa cả ba loại hydrocacbon là parafin,
naphten, aromatic.
 Các hợp chất hữu cơ trong phân tử có chứa các dị nguyên tố như O, S, N.
 Tuy nhiên, trong điều kiện đặc biệt như trong điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt thì
dầu gốc được thay thế một phần hay hoàn toàn bằng dầu tổng hợp (các hydro,
este hữu cơ…).
2.2. Phụ Gia
Phụ gia là các chất hữu cơ, vô cơ hoặc nguyên tố có tác dụng cải thiện một hay
nhiều tính chất nhất định của dầu gốc.
Phụ gia dùng để pha chế bôi trơn phải đảm bảo một số yêu cầu chung như: tan
được trong dầu gốc, bền về hóa học, tương hợp với dầu gốc và các loại phụ gia khác,
độ bay hơi thấp, hoạt tính kiểm tra được. Nồng độ các phụ gia nằm trong khoảng 0,015%, trong những trường hợp đặc biệt có thể lên tới 10%. Tuy chiếm một tỉ lệ không
lớn nhưng nó đóng vai trò sống còn và quyết định tới chất lượng của một loại dầu
nhờn thương phẩm.
Dầu gốc chứa các phân tử hydrocacbon nặng và có các tính chất hóa lý tương tự
như dầu thành phẩm. Tuy nhiên, người ta không thể sử dụng ngay loại dầu này bởi
tính chất hóa lý của nó chưa đáp ứng được nhu cầu bảo vệ động cơ, hoặc sau một thời
gian sử dụng nó rất dễ bị biến chất làm giảm phẩm chất chất lượng không thực hiên tốt
vai trò của mình. Để cải thiện các tính chất đó, người ta pha thêm các phụ gia. Các
chức năng chính của phụ gia là:
• Làm tăng độ bền oxi hoá.
• Khử hoạt tính xúc tác của kim loại.
• Chống ăn mòn.
• Chống gỉ.
• Chống sự tạo cặn bám và cặn bùn.
• Giữ các tạp chất bẩn ở dạng huyền phù.
• Tăng chỉ số độ nhớt.
3

3

Dầu Bôi Trơn Động Cơ Qua Quá Trình Sử Dụng

• Giảm nhiệt độ đông đặc.
• Làm dầu có thể trộn lẫn với nước.
• Chống sự tạo bọt.
• Ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật.
• Làm cho dầu có khả năng bám dính tốt.
• Tăng khả năng làm kín.
• Làm giảm ma sát.
• Làm giảm và ngăn chặn sự mài mòn.
• Chống sự kẹt xước các bề mặt kim loại.
Đối với dầu động cơ thì có ba loại phụ gia quan trọng nhất là: phụ gia tăng chỉ số độ
nhớt, phụ gia chống oxi hóa, phụ gia chống ăn mòn.
Phụ gia tăng chỉ số độ nhớt
Chỉ số độ nhớt là một tính chất quan trọng của dầu, bởi nó phải phù hợp với
điều kiện làm việc ở nhiệt độ cao của động cơ. Và trong điều kiện khởi động, nó phải
có độ nhớt vừa phải. Tuy nhiên trong quá trình sử dụng dầu bôi trơn có thể bị oxi hóa
hoặc chịu những sự tác động khác nhau mà làm giảm đi tính nhớt nhiệt và khoảng
nhiệt độ làm việc của mình. Do đó phụ gia tăng chỉ số độ nhớt giúp cho dầu nhờn có
độ nhớt ít phụ thuộc vào nhiệt độ nên sẽ bảo vệ động cơ ở nhiều điều kiện khác nhau
và giúp động cơ khới động dễ dàng hơn.
Các phụ gia cải thiện chỉ số độ nhớt được chia thành hai dạng cơ bản:
Dạng hydrocacbon là các copolymeetylenpropylen, polyizobutylen,
copolimestyren – butadiene đã hydro hoá...

Dạng este là các polimemetacrylat, polyacrylat và các copolime của este
styrenmaleic…

Phụ gia chống oxi hóa
Các điều kiện xảy ra phản ứng oxi hóa là: nhiệt độ cao, sự có mặt của không
khí và kim loại của động cơ. Kim loại này là xúc tác cho phản ứng oxi hóa. Trong quá
4

4


Dầu Bôi Trơn Động Cơ Qua Quá Trình Sử Dụng

trình oxi hóa có thể tạo ra các chất sau: hydrocacbon dầu mỏ, andehit, axit hữu cơ,
nhựa, vani, sơn, cốc. Lượng dầu mất mát do quá trình oxi hóa là nhỏ. Tuy nhiên, các
sản phẩm của quá trình oxi hóa làm mất tính đồng nhất của dầu do bùn và các sản
phẩm không mong muốn phân tán trong dầu. Đó cũng chính là nguyên nhân tạo cặn và
sinh ra các thanh phần ăn mòn động cơ.
Vì vậy phụ gia ức chế oxi hóa giúp dầu không bị phân hủy và không oxi hóa
dưới điều kiện khắc nghiệt như: nhiệt độ cao, áp suất lớn của động cơ. Các chất ức chế
quá trình oxi hóa chủ yếu gồm những loại sau:
 Các dẫn xuất của phenol
2,6 diter butyl paracresol

 Amin thơm: thuộc nhóm này chủ yếu là các diankylphenyl amin
Diankyl phenylamin

 Kẽm diakyldithiophotphat (ZnDDP)

Phụ gia chống ăn mòn
Trong quá trình hoạt động động cơ sẽ không tránh khỏi sự ăn mòn do nhiều
nguyên nhân khác nhau như tiếp xúc với các tác nhân axit, các hợp chất hoạt động
chứa S…

Vì vậy, dầu bôi trơn động cơ cần phải pha thêm phụ gia chống ăn mòn. Nó có
tác dụng trung hòa các axit sinh ra trong quá trình động cơ hoạt động và bảo vệ các bề
mặt kim loại.

Một số phụ gia điển hình như:
5

5


Dầu Bôi Trơn Động Cơ Qua Quá Trình Sử Dụng

Benzothiazol

Limonen sunfua

Ngoài ra, tùy thuộc vào điều kiện vận hành và làm việc của động cơ mà các nhà
sản xuất pha thêm những loại phụ gia khác nhau. Còn một số phụ gia cũng rất quan
trọng là:
▪
▪
▪
▪

Phụ gia phân tán, tẩy rửa.
Phụ gia hạ nhiệt độ đông đặc.
Phụ gia tribology.
Phụ gia cực áp.

3. DẦU BÔI TRƠN THẢI

Do sự đa dạng về chủng loại dầu bôi trơn và mức độ nhiễm bẩn của dầu khác
nhau nên thành phần dầu bôi trơn thải cũng rất khác nhau. Trong quá trình vận hành
của động cơ, dầu bị lẫn các tạp chất từ bên ngoài và xảy ra quá trình oxy hóa các thành
phần phụ gia trong dầu. Các tạp chất bị lẫn vào trong dầu bao gồm nước, các hạt kim
loại do sự mài mòn động cơ, oxit kim loại từ quá trình ăn mòn kim loại, nhiên liệu bị
lẫn... Các sản phẩm từ quá trình xuống cấp dầu gồm sản phẩm của quá trình oxy hóa
dầu và các phụ gia trong dầu, bùn là hỗn hợp của dầu, nước, bụi, bẩn và các hạt
cacbon từ quá trình cháy không hoàn toàn của nhiên liệu…
Trong quá trình làm việc của dầu bôi trơn, hàm lượng của các cặn không tan và
nước trong dầu tăng lên, làm giảm tính chất chịu mài mòn của nó. Nước và các cặn
không tan có ảnh hưởng đến các quá trình xử lý dầu và cracking dầu thải nên cần được
tách loại trong quá trình xử lý sơ bộ. Kết quả nghiên cứu các thành phần của dầu bôi
trơn đang sử dụng và dầu thải cho thấy, trong quá trình làm việc của động cơ, hàm
lượng của các hạt rắn vô cơ như silic và sắt tăng lên từ 2 – 11 lần và 10 – 100 lần
tương ứng so với trong dầu còn mới. Nguy hiểm nhất là sự có mặt của các hạt muội
than có kích thước từ 1 – 5 µm đã gây ra quá trình "lão hóa" của dầu và làm giảm các
tính năng chủ yếu của dầu. Khi dầu lẫn nhiên liệu, độ nhớt và khả năng bôi trơn của
dầu bị giảm, đồng thời lại làm tăng quá trình đóng cặn cứng trên các chi tiết của động
cơ. Do thành phần và mức độ nhiễm bẩn khác nhau của dầu thải nên cần phân loại dầu
để có quy trình xử lý khác nhau.
4. MỐI NGUY HẠI CỦA DẦU THẢI
6

6


Dầu Bôi Trơn Động Cơ Qua Quá Trình Sử Dụng

Mặc dù hệ thống luật pháp và quy định về quản lý dầu thải thích hợp đã được
ban hành, song trong quá trình khảo sát sơ bộ thực trạng chung nhận thấy rằng việc

thực tế rất nghèo nàn, chắp vá. Người vận chuyển, thu gom và hầu hết những người tái
sinh dầu không có giấy phép và các văn bản buôn bán, giao dịch dầu thải đều không
có.
Điều này không có nghĩa là dầu thải được thải vào môi trường một cách đơn
giản. Tính trên tổng lượng dầu thải ở Việt Nam thì ước tính có khoảng 50% được thu
hồi hiện nay. Trong đó dầu động cơ là khoảng 60 - 70%, dầu công nghiệp là khoảng
30 - 60%. Dầu thải được thu gom trên một khu vực địa lý rộng trong đó các khu công
nghiệp và các tỉnh thành lớn thì tập trung nhiều hơn.
Tuy nhiên việc tái sinh dầu không được tiến hành theo phương pháp thân thiện
với môi trường. Ngoài ra việc còn 50% lượng dầu thải (khoảng 150.000 tấn/năm) vẫn
chưa được tính đến. Lượng dầu này có thể được xử lý theo một số cách song dường
như được thải loại trực tiếp vào môi trường. Do đó có tác động rất lớn đến môi trường,
cụ thể như sau:
 Đối với nguồn đất: do dầu thải chứa các hợp chất chứa axit, các hợp chất dị
nguyên tố, nếu thải dầu này ra đất sẽ làm cho vi khuẩn và vi sinh vật trong đất bị
chết, các chất axit tác dụng với chất khoáng tạo ra các loại kết tủa. Nhựa trong
dầu thải ở trong đất sẽ lâu phân hủy. Do đó, khi đổ dầu thải vào đất, đất sẽ bị biến
chất, không còn giá trị sử dụng.
 Đối với nguồn nước: Dầu thải nếu thải vào nguồn nước sẽ gây ô nhiễm nguồn
nước. Các axít có trong dầu thải sẽ làm chết động thực vật trong nước. Do dầu
thải có khối lượng riêng thấp hơn nước nên khi lẫn vào nước sẽ nằm trên mặt
nước và có thể gây ra hiện tượng: tạo nhũ và nhũ đó rất lâu phân huỷ. Vì thế
nguồn nước đó sẽ không thể dùng được.
 Đối với động thực vật: Chủ yếu động thực vật lấy nguồn sống từ đất và nước.
Khi đất và nước bị ô nhiễm do dầu thải, nguồn cung cấp dinh dưỡng và thức ăn
cho chúng do đó sẽ bị ảnh hưởng. Điều này tất yếu sẽ làm ảnh hưởng đến sự sống
của cá loài động thực vật.
 Đối với con người: Dầu thải sẽ làm ô nhiễm nguồn không khí tại những nơi thay
thế dầu động cơ hay những nơi con người tiếp xúc trực tiếp với nó. Khí dầu thải
tồn tại trong không khí, khi hít khí dầu thải vào người chúng ta sẽ bị các bệnh về

hô hấp, về thần kinh. Các chất độc hại từ dầu thải không còn qua quá trình thẩm
thấu vào lòng đất nữa mà tồn tại trực tiếp trên thực phẩm tươi sống. Hậu quả đặc
biệt nghiêm trọng khi con người ăn phải những thực phẩm này vì trong dầu thải
có chứa nhiều kim loại nặng như kẽm, chì. Chì có khả năng gây độc cho hệ thần
kinh trung ương, hệ thần kinh ngoại biên, gây rối loạn tạo huyết của người tiếp
xúc trực tiếp và khả năng dẫn đến gây ung thư là rất lớn.
5. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ DẦU THẢI Ở VIỆT NAM
Cũng như trên thế giới, ở Việt Nam từ trước tới nay có 2 hướng đi chính trong
việc xử lý dầu thải: tái sinh dầu thải để thu dầu nhờn và xử lý thay đổi tính năng sử
dụng ban đầu của dầu.
5.1. Phương Pháp Tái Sinh Dầu Thải
7

7


Dầu Bôi Trơn Động Cơ Qua Quá Trình Sử Dụng

Quá trình tái sinh dầu thải ở Việt Nam còn nhiều hạn chế, công nghệ lạc hậu,
quy mô nhỏ lẻ, chủ yếu thực hiện theo các giai đoạn chính:
Giai Đoạn 1. Chưng Cất Sơ Bộ
Dầu thải ban đầu được xử lý cơ học (lắng, lọc) tách nước và cặn không tan sau
đó được gia nhiệt để tách tiếp nước và các phân đoạn nhẹ. Tiếp đó, dầu được đưa vào
tháp chưng cất khí quyển có trang bị hệ thống điều chỉnh nhiệt độ để cất và loại bỏ
nước, các phân đoạn nhẹ có nhiệt độ sôi tới 170oC. Sau đó, dầu được làm lạnh và
chuyển tới thiết bị đông tụ.
Giai đoạn 2. Tách Cặn Tạp Chất Bằng Chất Đông Tụ
Quá trình đông tụ đóng vai trò quan trọng trong quy trình xử lý dầu thải. Nó có
tác dụng tách khỏi dầu các tính chất cơ học cuối cùng còn tồn tại ở dạng rất mịn, khó
lắng lọc, đồng thời loại bỏ phần lớn các phụ gia, sản phẩm phân hủy của phụ gia, các

sản phẩm oxy hóa, atphanten, nhựa, các hợp chất không bền.
Dầu đã tách hydrocacbon nhẹ được bơm vào thiết bị đông tụ. Gia nhiệt hệ tới
70-80oC kết hợp khuấy trộn mạnh 100-200 vòng/phút. Cho hỗn hợp chất đông tụ gồm
NaOH, Na2CO3, Na3PO4 vào dầu (dùng khoảng 5% khối lượng dầu thải). Giữ hệ ở
khoảng nhiệt độ trên và tiếp tục khuấy trong vòng 30 phút. Sau đó để lắng tự nhiên từ
8-10h. Lúc này hệ chia thành hai phần rõ rệt: phần cặn dưới là dung dịch chất đông tụ
dư có hòa tan các hợp chất nhựa, asphanten, cặn không tan, các sản phẩm lão hóa;
phần lỏng trên là các cấu tử dầu có hòa tan lượng nhỏ chất đông tụ và ít nhiều các sản
phẩm từ quá trình đông tụ. Gạn bỏ phần cặn, phần còn lại tiếp tục được khuấy và gia
nhiệt đến 80 - 90oC. Dùng nước nóng để chiết các chất đông tụ và sản phẩm từ chúng.
Quá trình rửa được tiến hành nhiều lần đến khi hệ trở nên trung tính (pH = 7). Việc
kiểm tra pH của dầu trước khi đưa sang tháp chưng cất chân không là rất quan trọng,
nếu dầu dư nhiều các chất đông tụ kiềm sẽ gây ăn mòn nghiêm trọng hệ thống chưng
cất chân không sau đó.
Giai đoạn 3. Chưng Cất Chân Không
Mục đích quá trình là tách dầu đã xử lý với chất đông tụ thành các phân đoạn
dầu bôi trơn khác nhau, từ đó điều chỉnh độ nhớt và điểm chớp cháy của dầu thành
phẩm.
Quá trình chưng cất chân không còn được dùng như một giai đoạn làm sạch các
phân đoạn dầu bôi trơn nhờ loại bỏ được phần phụ gia sót còn lại và các sản phẩm từ
quá trình xử lý bằng chất đông tụ.
Thông thường khi áp dụng quá trình này đối với dầu phế thải, người ta thường
chỉ thu 1-2 phân đoạn cất và phần cặn, không lấy tới 3-4 phân đoạn cất như khi áp
dụng với dầu thô. Sở dĩ như vậy là vì nguyên liệu đem cất là dầu phế thải sau những
xử lý ở trên có thành phần hoá học biến thiên trong khoảng hẹp hơn dầu thô rất nhiều.
Giai đoạn 4. Tẩy Màu Bằng Chất Hấp Phụ
Mục đích của giai đoạn này là cải thiện màu và mùi dầu. Đây là biện pháp xử lý
dầu theo phương pháp hóa lý. Các chất hấp phụ sử dụng có bề mặt riêng rất lớn, cỡ vài
trăm m2/g, có thể dùng silicagel, oxyt nhôm, sét tẩy trắng. Mục đích của quá trình này
là cải thiện màu dầu, tách lần cuối cùng các hợp chất không bền, các hợp chất tạo màu

8

8


Dầu Bôi Trơn Động Cơ Qua Quá Trình Sử Dụng

dầu. Các hợp chất chứa oxy (axit hữu cơ, este, …) là những chất dễ bị hấp phụ, các
hydrocacbon no hầu như không bị hấp phụ.
Các phân đoạn cất từ quá trình chưng cất chân không được gia nhiệt tới
60÷70 C và được khuấy trộn cùng với chất hấp phụ là silicagel, tỷ lệ khối lượng dầu:
silicagel là 100:5. Thời gian tiếp xúc là 45÷60 phút. Để lắng hệ trong vòng 4-5h. Phần
dầu thu được chính là sản phẩm cuối cùng.
o

5.2. Phương Pháp Sản Xuất Nhiên Liệu Từ Dầu Thải
Công ty TNHH Hoàng Đại do Ông Vũ Văn Hòa làm giám đốc - công bố nghiên
cứu thành công công nghệ chế biến rác thải, dầu bôi trơn thải, cao su phế thải, …
thành dầu diezel bằng phương pháp chưng cất ở nhiệt độ cao kết hợp với sử dụng
nhiều loại phụ gia khác nhau. Tuy nhiên, sản phẩm dầu diezel thu được có 3 trong số
11 chỉ tiêu quan trọng được phân tích tại Trung tâm phụ gia và các sản phẩm dầu mỏ
không phù hợp làm nhiên liệu. Đó là hàm lượng cặn cacbon, hàm lượng lưu huỳnh và
hàm lượng nước lớn hơn nhiều lần so với mức độ cho phép. Và đến nay công nghệ
này vẫn chưa được cấp phép.
Một số cơ sở ở Hải Phòng đã tiến hành xử lý dầu thải bằng nhiệt thu nhiên liêu ̣,
tuy nhiên công nghệ chưa phát triển đồng thời nguy hiểm, dễ xảy ra cháy nổ.
Tâp đoàn Văn Đao chuyên thu gom xử lý dầ u thải, tiế n hành xử lý dầ u thải theo
phương pháp nhiêt thu sản phẩm là dầ u diezel cấ p thấ p sử dung trong đố t lò gạch,
chạy máy…
6. PHƯƠNG PHÁP CRACKING XÚC TÁC XỬ LÝ DẦU THẢI

Như đã trình bày, ở nước ta hiện nay chưa có công nghệ hiệu quả nhằm tận thu
nhiên liệu trong dầu thải, xuất phát từ vấn đề trên, nhóm nghiên cứu tiến hành sản xuất
nhiên liệu diezel từ dầu thải theo phương pháp cracking xúc tác.

Hình 1: Sơ đồ nguyên tắc của quá trình cracking xúc tác công nghiệp
6.1. Cơ Sở Lý Thuyết Của Quá Trình Cracking Dầu Thải
Công nghệ cracking xúc tác là một quy trình kỹ thuật nhằm mục đích chế biến
sâu các phân đoạn nặng và trung bình thành các phân đoạn nhẹ, trong đó phản ứng
9

9


Dầu Bôi Trơn Động Cơ Qua Quá Trình Sử Dụng

cracking xảy ra dưới tác dụng của chất xúc tác ở nhiệt độ cao. Ngày nay cracking xúc
tác chủ yếu được thực hiện bằng công nghệ tầng giả sôi (FCC) và công nghệ cracking
xúc tác tầng giả sôi cặn (RFCC).
Cùng với Reforming, Hydrotreating, cracking xúc tác là một quá trình quan
trọng hàng đầu trong việc chế biến sâu dầu mỏ.
Các phản ứng chính xảy ra trong quá trình như sau:
•

Cracking các parafin:
CnH2n+2 → CmH2m + CpH2p+2

•

Cracking các olefin:
CnH2n → CmH2m + CpH2p với n = m + p

•

Các hydrocacbon vòng thơm có mạch nhánh bị cracking mạch nhánh và dealkyl:
ArCnH2n+1 → ArH + CnH2n
ArCnH2n+1 → ArCmH2m-1 + CpH2p+2
Các hydrocacbon thơm không mạch nhánh khó bị cracking vì tính bền vững.

•

Các xycloparafin bị cracking tạo olefin hoặc tạo thành mạch vòng khi có nhánh:
CnH2n → CmH2m + CpH2p
CnH2n → C6H12 + CmH2m + CpH2p
Ngoài ra còn xảy ra một số các phản ứng phụ:

•

Chuyển dịch hydro:
Naphten + Olefin → Aromat + parafin Tiền chất cốc
aromat + olefin → cốc + parafin

•

Isome hóa:
Olefin → Isoolefin

•

Chuyển dịch nhóm alkyl:
C6H4 (CH3)2 + C6H6 → C6H5(CH3) + C6H5(CH3)

•

Phản ứng ngưng tụ:

10

10


Dầu Bôi Trơn Động Cơ Qua Quá Trình Sử Dụng

•

Phản ứng tái phân bố các olefin phân tử lượng thấp:
2 H2C=CHCH2CH3 → H2C=CHCH3 + H2C=CHCH2CH3
Các phản ứng trên chủ yếu là các phản ứng thu nhiệt, thuận lợi ở điều kiện nhiệt độ
cao, các phản ứng chuyển dịch hydro tỏa nhiệt nhẹ. Các phản ứng thu nhiệt mạnh
chiếm ưu thế, các phản ứng phụ như isome hóa, tái phân bố nhóm alkyl… xảy ra ở
mức độ nhỏ.
Trước khi phát hiện ra chất xúc tác cracking, người ta tiến hành cracking các
hydrocacbon theo phương pháp cracking nhiệt, các phản ứng xảy ra theo cơ chế gốc tự
do.
Hiên nay vẫn chưa có sự nhất hoàn toàn về bản chấ t xúc tác cracking nên còn
nhiều ý kiến trong việc giải th ích cơ chế xúc tác trong quá trình cracking. Tuy vậy, sự
giải thích cơ chết hình thành ion cacboni mang điên tích dương (cacbocation) ở giai
đoạn trung gian được thừa nhận nhiều hơn. Các tâm ion cacboni đươc ta ̣o ra khi phân
tử hydrocacbon của nguyên liêu tác dụng với tâm axit của xúc tác. Tâm axit của xúc
tác có 2 loại: tâm Bronsted (H+) và tâm Lewis (L). Tâm Bronsted khi hoat đô ̣ng có́ khả
năng cho proton H+, còn tâm Lewis thi thiếu electron nên có xu hướng nhận thêm điện

tử
6.2. Sản Phẩm Của Quá Trình Cracking Dầu Thải
Quá trình cracking xúc tác thông thường có các sản phẩm chính như sau đây:
6.2.1. Sản Phẩm Khí Của Quá Trình Cracking Xúc Tác
Hiệu suất sản phẩm khí của quá trình cracking xúc tác thường chiếm từ 10 đến
25% và phụ thuộc vào điều kiện cracking. Nếu cracking ở điều kiện cứng (nhiệt độ
cao, tốc độ nạp liệu nhỏ, bội số tuần hoàn xúc tác lớn) thì hiệu suất sẽ lớn. Ngược lại
nếu quá trình thực hiện ở điều kiện mềm thì hiệu suất khí thấp.
Thành phần khí cracking phụ thuộc vào bản chất nguyên liệu, bản chất xúc tác
sử dụng. Nếu nguyên liệu có hàm lượng lưu huỳnh cao thì sản phẩm khí chứa nhiều
H2S. Nếu xúc tác có tính axit cao thì quá trình cracking sâu xảy ra và tạo nhiều khí.
Khi thời gian lưu của nguyên liệu và xúc tác trong vùng phản ứng quá dài thì quá trình
cũng tạo nhiều khí.
Bảng 1: Ảnh hưởng của nguyên liệu đến thành phần khí cracking xúc tác
Cấu tử

Nguyên liệu nhẹ, %

Nguyên liệu nặng, %

H2

0,80

6,65

CH4

3,20

C2H6

2,40

C2H4

0,25

C3H8

11,70

10,85

C3H6

10,75

13,3

11

7,0

11


Dầu Bôi Trơn Động Cơ Qua Quá Trình Sử Dụng

n-C4H10

5,30

8,75

i-C4H10

23,40

19,75

n-C4H8

12,00

11,50

i-C4H8

1,00

3,65

n-C5H12

6,30

i- C5H12

15,70

Amilen

7,20

Tổng

100,00

18,55

100,00

Trong thành phần khí cracking thì khí từ C3÷C5 chiếm khoảng 75 -90%, trong đó hàm
lượng i-C4 chiếm hàm lượng khá lớn. Với mỗi quá trình cracking xúc tác khác nhau thì
thành phần sản phẩm khí thu được cũng khác nhau.
6.2.2. Xăng cracking xúc tác
Đây là sản phẩm chính của quá trình cracking xúc tác. Hiệu suất xăng thu được
thường chiếm khoảng 30÷55% lượng nguyên liệu đem cracking. Hiệu suất xăng và
chất lượng xăng phụ thuộc vào chất lượng nguyên liệu, xúc tác và chế độ công nghệ.
Nếu nguyên liệu có chứa hàm lượng lớn hydrocacbon naphtenic thì cho hiệu suất và
chất lượng xăng cao. Nếu nguyên liệu chứa nhiều paraffin thì cho xăng có trị số octan
thấp. Nguyên liệu chứa hàm lượng lưu huỳnh lớn thì xăng thu được cũng cho hàm
lượng lưu huỳnh cao.
Xăng nhận được từ quá trình cracking xúc tác có tỷ trọng khoảng 0,72÷ 0,77; trị
số octan (RON) khoảng 87÷93. Thành phần hóa học của xăng cracking xúc tác cũng
khác hẳn với xăng cracking nhiệt và xăng chưng cất trực tiếp, xăng cracking xúc tác
có trị số octan cao hơn.
Xăng cracking xúc tác là các cấu tử cơ bản để pha xăng thương phẩm.
6.2.3. Sản phẩm LCO – light cycle oil

LCO là sản phẩm của quá trình cracking xúc tác có giới hạn nhiệt độ sôi
khoảng 220÷350oC. So sánh với nhiên liệu diezel thì có trị số xetan thấp hơn và hàm
lượng lưu huỳnh trong sản phẩm cao hơn. Chất lượng của LCO phụ thuộc vào thành
phần nguyên liệu, chất lượng xúc tác và chế độ công nghệ.
LCO được sử dụng rộng rãi như là một sản phẩm pha trộn vào dầu đốt và nhiên
liệu diezel, nhất là trong mùa đông, giá bán LCO đôi khi cao hơn giá xăng. Do đó, các
nhà máy lọc dầu thường điều chỉnh quá trình cracking xúc tác để thu được các phân
đoạn LCO và xăng một cách hợp lý đáp ứng nhu cầu thị trường và tăng hiệu quả kinh
tế.
Chất lượng của LCO được đánh giá qua trị số xetan và hàm lượng lưu huỳnh.
Căn cứ vào hai chỉ số này, người ta tính toán được lượng LCO được phép pha vào dầu
đốt và diezel để đảm bảo tiêu chuẩn chất lượng đặt ra.
12

12


Dầu Bôi Trơn Động Cơ Qua Quá Trình Sử Dụng

6.2.4. Sản phẩm HCO – heavy cycle oil
HCO là sản phẩm tiếp theo của LCO, của quá trình cracking xúc tác. HCO có
nhiệt độ sôi lớn hơn 350oC, tỷ trọng d420 = 0,890÷0,990.
HCO chứa một lượng lớn tạp chất, trong đó hàm lượng lưu huỳnh cao hơn
trong nguyên liệu đầu khoảng 1,5 lần. HCO chứa nhiều vòng thơm nặng. HCO thường
được sử dụng như dòng hồi lưu của tháp chưng cất nhằm truyền nhiệt cho nguyên liệu
mới hoặc cho bộ phận gia nhiệt của tháp tách C4. HCO có thể được xử lý tiếp trong
công đoạn hydrocracking, hoặc được sử dụng pha với dầu gạn.
6.2.5. Dầu gạn (decant oil)
Dầu gạn là sản phẩm nặng nhất của quá trình cracking xúc tác có nhiệt độ sôi
trên 500oC. Dầ u gan hay còn gọi là dầu sệt, ̣ dầu đáy và dầu cặn.

Dầu gạn là sản phẩm có giá trị kinh tế thấp, nên người ta cố gắng hạn chế hiệu
suất dầu gạn. Hiệu suất dầu gạn phụ thuộc nhiều vào chất lương nguyên liệu cracking
và độ chuyển hóa. Nguyên liệu giàu naphten và aromat có xu hướng tạo nhiều dầu gạn
hơn nguyên liệu giàu paraffin...
7. CÁC CHỈ SỐ CƠ BẢN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DẦU BÔI TRƠN
7.1. Chỉ Số Nhớt (Viscosity Index – VI)
Chỉ số độ nhớt VI của một loại dầu chỉ ra mức độ ảnh hưởng của sự thay đổi
nhiệt độ lên độ nhớt của dầu. Một VI thấp báo hiệu liên hệ sự thay đổi lớn của độ nhớt
với sự thay đổi nhiệt độ, nói một cách khác, dầu trở lên cực kỳ mỏng manh khi ở nhiệt
độ cao và càng trở lên cực kỳ dày khi ở nhiệt độ thấp hay chỉ số độ nhớt cao báo hiệu
một chút sự thay đổi độ nhớt trên một dải nhiệt độ rộng, một quan niệm dầu cho hầu
hết mục đích đó là giữ cho độ nhớt bền suốt trong quá trình thay đổi nhiệt độ.
Ví dụ như: dầu nhờn ô tô, một loại dầu có chỉ số độ nhớt cao chống lại mức độ
quá đặc khi động cơ ở nhiệt độ thấp và bắt đầu loãng đi nhanh chóng và lập tức lưu
thông, nó chống lại việc dầu quá loãng đi khi động cơ nóng lên và như vậy cung cấp
đủ chất nhờn ngăn ngừa ma sát và sự hao dầu. 1.7.1.2. Phương pháp xác định chỉ số
độ nhớt.
Xác định chỉ số độ nhớt (VI) theo hai cách:
Cách 1: dựa trên đồ thị
 Trên thang độ nhớt 400C ta lấy điểm A ứng với giá trị độ nhớt của dầu đo được
ở 400C.
 Trên thang độ nhớt 1000C ta lấy điểm B ứng với giá trị độ nhớt của dầu đo được
ở 1000C.
 Qua 2 điểm A, B ta kẻ một đường thẳng, đường này cắt thang chỉ số
 độ nhớt ở điểm C. Giá trị chỉ số độ nhớt tại C chính là giá trị VI cần tìm.

13

13

Dầu Bôi Trơn Động Cơ Qua Quá Trình Sử Dụng

Hình 2: Đồ thị xác định chỉ số độ nhớt
Cách 2: Từ giá trị độ nhớt ở 400C và 1000C đưa vào bảng ta dễ tìm được giá trị
chỉ số độ nhớt (VI). Phương pháp này dùng làm trọng tài.
Bảng 2: Bảng giá trị chỉ số nhớt theo độ nhớt động học
Độ nhớt động học ở 100 0C, cSt
Chỉ số độ nhớt VI

13,5

14,0

14,5

15,0

Độ nhớt động học ở 40 0C, cSt
95

134,3

141,8

149,3

157,0

96

133,2

140,5

147,9

155,6

97

131,6

139,2

146,5

104,1

98

130,8

138,0

145,1

152,6

99

129,6

136,7

143,7

151,1

100

128,4

135,4

142,3

149,6

7.2. Chỉ Số Acid Tổng (TAN)
7.2.1. Khái niệm
Là lượng kiềm KOH (tính bằng mg) cần thiết để trung hòa hết tất cả các hợp chất
mang tính axit có trong 1g mẫu dầu nhờn.
Đối với hầu hết các loại dầu bôi trơn đều có chỉ số TAN ban đầu tương đối nhỏ và
tăng dần trong quá trính sử dụng. Khi TAN tăng lên sẽ đánh mất tính năng chống oxy
hóa của dầu nhờn và lúc đó dầu lại bị oxy hóa làm cho TAN trong dầu lại tiếp tục tăng
lên và sẽ làm giảm tuổi thọ của dầu.
Chỉ số TAN của dầu đã sử dụng (dầu thải) là một đại lượng đánh giá mức độ biến chất
của dầu do quá trình oxy hóa. Tuy nhiên đó không phải là tiêu chuẩn duy nhất để xác
định sự biến chất của dầu do quá trình oxy hóa mà phải còn phải xem xét đến thông số

khác như: độ nhớt, hàm lượng cặn không tan và cặn.
14

14


Dầu Bôi Trơn Động Cơ Qua Quá Trình Sử Dụng

Lưu ý: Đối với dầu có phụ gia chống mài mòn kẽm Diankyl Dithiophotphat (Zn DDP)
như dầu thủy lực thì có chứa hàm lượng axit ban đầu cao nên giá trị TAN ban đầu
không thể tiên đoán chính xác chất lượng của dầu và trong giai đoạn đầu sử dụng TAN
thay đổi đáng kể và đánh mất đi tính năng chống oxy hóa của dầu.
7.2.2. Phương pháp xác định chỉ số axít tổng (TAN)
Có các phương pháp sau
a. Phương pháp chuẩn độ với chất chỉ thị màu
Hòa tan phần mẫu thử trong một dung môi hỗn hợp (dietyl ete và etanol 95%
hoặc hỗn hợp của etanol và toluen), sau đó chuẩn độ axit béo tự do với dung dịch kali
hydroxit trong etanol với chỉ thị phenonphtalein.
Phương pháp này áp dụng xác định thành phần axit hoặc kiềm có trong sản
phẩm dầu mỏ, các chất bôi trơn tan được hoặc tan gần hết trong hỗn hợp toluen và
rượu izopropylic. Và để xác định axit hoặc kiềm có hằng số phân ly trong nước lớn
hơn 10-9; những axit hoặc kiềm cực yếu có hằng số phân ly nhỏ hơn 10-9 sẽ không ảnh
hưởng đến phép thử. Nhưng nếu hằng số thủy phân của muối lớn hơn 10-9 thì chúng sẽ
gây ảnh hưởng.
Chú thích
 Trong các loại dầu mới và dầu đã sử dụng. Các thành phần được coi là có tính
axit bao gồm cả axit vô cơ và hữu cơ este, hợp chất phenol, lacton, các chất
nhựa; muối của các kim loại nặng và chất phụ gia như các chất tẩy rửa, các chất
ức chế. Tương tự các thành phần được coi là tính kiềm, bao gồm kiềm vô cơ và
hữu cơ, các hợp chất amin, muối của các axit yếu (xà phòng), các muối của

kiềm polyaxit, muối của các kim loại nặng, và các chất phụ gia như các chất tẩy
rửa, các chất ức chế.
 Phương pháp này có thể áp dụng để phát hiện những thay đổi của dầu trong quá
trình sử dụng dưới điều kiện ôxy hóa. Mặc dù phương pháp này được tiến hành
trong điều kiện cân bằng xác định, nhưng cũng không dựa trên tính kiềm hoặc
axit để dự đoán tính năng của dầu trong điều kiện sử dụng. Không có mối tương
quan chung nào giữa trị số axit và kiềm với độ ăn mòn gối đỡ.
 Không áp dụng phương pháp này để xác định trị số axit cho một số loại dầu
như dầu cắt gọt, dầu chống gỉ và dầu có mầu quá thẫm vì không rõ sự chuyển
mầu trong quá trình chuẩn độ.
b. Phương pháp chuẩn độ điện thế
Mẫu được hòa tan trong hỗn hợp tôluen và rượu izo propylic có chứa một ít nước rồi
được chuẩn độ điện thế với dung dịch rượu kali hydroxit. Sử dụng điện cực thủy tinh
làm điện cực chỉ thị và điện cực calomen làm điện cực so sánh. Các số liệu hiển thị
trên máy được vẽ thành đồ thị bằng tay hoặc ghi tự động theo thể tích dung dịch chuẩn
độ tương ứng. Các điểm cuối chỉ được xác định bằng các điểm uốn nhận thấy rõ trên
đường cong chuẩn độ. Nếu các điểm uốn không rõ ràng thì các điểm cuối được lấy
theo số đọc tương ứng trên máy khi đo các dung dịch đệm không nước (axit hoặc
kiềm) mới được chuẩn bị.
Phương pháp này cũng được dùng để phát hiện sự thay đổi tương đối của dầu nhờn
trong quá trình sử dụng dưới điều kiện oxy hóa mà không kể tới màu sắc và các tính
chất khác của dầu đã bị oxi hóa. Mặc dù việc chuẩn độ được tiến hành dưới những
15

15


Dầu Bôi Trơn Động Cơ Qua Quá Trình Sử Dụng

điều kiện cân bằng xác định, phương pháp này không dự kiến để đo độ axit tuyệt đối

dùng để dự đoán tính năng của dầu nhờn trong điều kiện sử dụng.
7.3. Hàm Lượng Cặn Cacbon
7.3.1. Khái niệm
Là % cặn thu được sau khi dầu trải qua một quá trình bay hơi, crackinh và cốc hóa
trong những điều kiện xác định.
Mục đích:
 Đánh giá chất lượng dầu gốc
 Chọn dầu thích hợp cho từng ứng dụng
 Lựa chọn phụ gia
7.3.2. Phương pháp xác định hàm lượng cặn cacbon
a. Cặn cacbon Conradson (CCR)

Hình 3: Cấu tạo lò đốt mẫu trong phương pháp xác định Cặn cacbon
Conradson
•
•
•
•

dùng cho dầu nặng
đựng mẫu trong chén nung bằng sứ
đốt cháy mẫu – nhiệt phân – cốc hóa trong môi trường kín
định lượng phần cặn (% m)

b. Cặn cacbon Ramsbottom.
•

Dùng cho dầu nhẹ

16

16


Dầu Bôi Trơn Động Cơ Qua Quá Trình Sử Dụng

•

Đựng mẫu trong lọ thủy tinh: nhiệt phân mẫu ở 550oC - 20 phút - Định lượng
phần cặn
7.4. Hàm Lượng Lưu Huỳnh

7.4.1. Khái niệm
Lưu huỳnh có sẵn trong dầu gốc hay phụ gia. Nó có thể ở dạng hoạt động hoặc
trơ khi kết hợp với các chất khác.
Lưu huỳnh hoạt động là loại tác dụng được với kim loại đồng ở nhiệt độ cao và
hậu quả không mong muốn của lưu huỳnh là gây ăn mòn đồng. Chính từ lý do đó cho
nên trong dầu biến thế người ta phải yêu cầu dầu không có tính năng ăn mòn bởi
surphure.
Lưu huỳnh tồn tại trong nhiên liệu dưới dạng hợp chất lưu huỳnh và các phân tử
Hydro carbon.
Trong quá trình cháy nổ: S + O2 → SO2 (nhiệt độ cao và dạng khí). SO2 không
cháy nhưng ở nhiệt độ cao lại phản ứng với O2 cho ra SO3 và toả nhiệt
2 SO2 + O2→ 2 SO3 + 62,200 Calors
SO3 + H2O (khí nạp vào buồng đốt, sinh ra sự đốt cháy Hydro trong nhiên liệu) → H2
SO4
Chính axít H2SO4 gây ra sự ăn mòn hóa học và mài mòn của xy lanh và vòng
bạc sec măng nhanh chóng.
7.4.2. Phương pháp xác định hàm lượng lưu huỳnh.
Có các phương pháp sau:

a. Phương pháp phổ huỳnh quang tán xạ tia X
Mẫu được đặt trong chùm tia X và đo cường độ pic của vạch lưu huỳnh K𝛼 tại
bước sóng 5,373 A0. Lấy cường độ pic trừ đi cường độ của nền đo được tại bước sóng
5,190 A0 (hoặc tại 5,437 A0 nếu sử dụng ống Rh). So sánh tốc độ đếm thực với đường
chuẩn đã được chuẩn bị trước để suy ra nồng độ lưu huỳnh theo phần trăm khối lượng.
Phương pháp này có ưu điểm là đo nhanh và chính xác tổng hàm lượng lưu
huỳnh có trong dầu mỏ và sản phẩm dầu mỏ với sự chuẩn bị mẫu tối thiểu. Thời gian
cho một lần phân tích điển hình là từ 1 đến 2 phút trên một mẫu.
b. Phương pháp đốt Wickbold
Đưa mẫu thử lỏng hoặc khí vào ngọn lửa oxy-hydro của đèn hút, và đốt với một lượng
dư oxy đáng kể. Các mẫu rắn hoặc quá nhớt cần được hòa tan trong hỗn hợp toluene
và dầu mỏ nhẹ, sau đó xử lý như mẫu lỏng hoặc có thể được đốt trong một dòng oxy
trong thuyền đốt.
Lưu huỳnh oxit sinh ra được chuyển thành axit sunfuric bằng cách hấp thụ chúng vào
dung dịch hydro peoxit. Tùy thuộc vào hàm lượng lưu huỳnh của mẫu thử, lượng ion
sunfat trong dung dịch hấp thụ được xác định bằng các phương pháp khác nhau như
chuẩn độ hay trọng lượng.
17

17


Dầu Bôi Trơn Động Cơ Qua Quá Trình Sử Dụng

7.5. Hàm Lượng Nước
17.5.1. Khái niệm
Nước trong dầu bôi trơn không những đẩy nhanh sự ăn mòn và oxy hoá mà còn
gây ra hiện tượng nhũ tương. Trong một vài trường hợp nó còn gây ra hiện tượng thủy
phân các phụ gia tạo ra cặn bùn.
Nếu hàm lượng nước trong dầu nhờn công nghiệp không phải ở mức vết/trace

(0.1% wt) thì phải loại chúng bằng phương pháp ly tâm, cất chân không hoặc lọc.
7.5.2. Phương pháp xác định hàm lượng nước
a. Xác định nước bằng chuẩn độ điện lượng Karl Fischer
Bơm một lượng mẫu vào bình chuẩn độ của thiết bị điện lượng Karl Fischer
trong đó có iốt dùng cho phản ứng sinh ra điện lượng tại anốt. Khi tất cả nước được
chuẩn độ, lượng iốt dư được phát hiện bằng detector tại điểm cuối và kết thúc sự
chuẩn độ. Dựa vào phép tính tỷ lượng của phản ứng, cứ 1 mol iốt phản ứng với 1 mol
nước, do vậy lượng nước là tỷ lệ với tổng dòng điện hợp nhất theo định luật Faraday
b. Phương pháp chưng cất
Mẫu được đun hồi lưu với một dung môi không tan trong nước nhưng có khả
năng cất đẳng phí với nước chứa trong mẫu. Dung môi và nước ngưng tụ được tách
pha liên tục trong bẫy lỏng: nước lắng xuống trong phần chia vạch của bẫy và dung
môi quay trở lại bình chưng cất.
7.6. Hàm Lượng Cặn Không Tan
Hàm lượng cặn không tan: là số mg cặn thu được khi đem lọc 100ml dầu.
bao gồm muội, bụi, mảnh kim loại (do mài mòn), sản phẩm oxy hóa và thủy phân...
Mục đích: đánh giá mức độ nhiễm bẩn hoặc mất phẩm chất (nhiệt và
hóa) của dầu
7.7. Hàm Lượng Chì
7.7.1. Khái niệm
Trong dầu bôi trơn đặc biệt là dầu bôi trơn đã qua sử dụng có chứa rất nhiền các
kim loại nặng do quá trình mài mòn động cơ xảy ra như chì, sắt, mangan, đồng, kẽm…
Trong số đó, chì là độc hại nhất do có nhiều tác động xấu đến môi trường cũng như
sức khỏe con người.
Độc tính của chì cụ thể như sau
 Chì tác động lên hệ thống tổng hợp hem của hemoglobin (hem được tổng hợp
từ glycin, sucinyl coenzym A với cofactor là pyridoxal phosphat qua một số
quá trình, sản phẩm kết hợp với sắt để tạo hem). Giai đoạn đầu và cuối của quá
trình tổng hợp diễn ra trong ty thể và các giai đoạn trung gian diễn ra trong tế
bào chất. 5 enzym tham gia xúc tác ở các giai đoạn khác nhau trong quá trình

tổng hợp rất nhạy cảm với chì là delta-aminolevulinic-dehydrotase (ALAD),
hem synthetasa, deltaaminolevulinic synthetase, uroporphyrinogen
decarboxylase và coproporphyrinogen oxydase.
18

18


Dầu Bôi Trơn Động Cơ Qua Quá Trình Sử Dụng

 ALAD bị kìm hãm khi nồng độ chì trong máu cao hơn 10mg/dl. Khi
nồng độ chì trong máu cao hơn 50mg/dl sẽ gây ra nguy cơ mắc triệu
chứng thiếu máu, thiếu sắc tố da, màng hồng cầu kém bền vững.
 Khi nồng độ chì ở ngưỡng 44mg/dl máu tác dụng kìm hãm enzym
pyrimidin-5-nucleosidase và gây ra chứng thiếu máu do thiếu sắt.
 Với nồng độ chì cao hơn 80mg/dl máu xảy ra các bệnh về não do việc gây tổn
thương đến các tiểu động mạch và mao mạch não và phù não, tăng áp suất dịch
não tủy, thoái hóa các nơron thần kinh, biểu hiện lâm sàng: mất điều hòa, vận
động khó khăn, giảm ý thức, ngơ ngác, hôn mê và co giật. Khi phục hồi thường
kèm theo các di chứng như động kinh, sự đần độn và trong một vài trường hợp
bị bệnh thần kinh về thị giác và mù.
 Ở trẻ em, tác động này xảy ra khi nồng độ chì trong máu là 70mg/dl.
Ngoài ra trẻ còn bị triệu chứng hoạt động thái quá (tăng động), thiếu tập
trung và sự giảm nhẹ chỉ số IQ.
 Chì gây ung thư thận thông qua việc thay đổi hình thái và chức năng của các tế
bào ống thận và giảm chức năng vận chuyển năng lượng, tiểu đường, tiểu đạm.
 Chì ảnh hưởng đến chức năng sinh sản, do độc tính của nó với giao tử của con
đực và con cái, gây vô sinh, sảy thai và chết sơ sinh.
 Các hợp chất hữu cơ của chì như tetraetyl, tetrametyl chì dễ xâm nhập vào cơ
thể qua đường hô hấp (khí thải của các động cơ chạy xăng pha chì), xâm nhập

hệ thần kinh, gây ra các bệnh về não.
7.7.2. Phương pháp xác định hàm lượng chì
Hiện nay, có rất nhiều phương pháp khác nhau để xác định chì như phương
pháp phân tích khối lượng, phân tích thể tích, điện hoá, phổ phân tử UV-VIS, phổ phát
xạ nguyên tử (AES), phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa và không ngọn lửa
(F-AAS, ETA-AAS) ... Sau đây là một số phương pháp xác định chì.
a. Phương pháp phân tích khối lượng
Phương pháp phân tích khối lượng là phương pháp cổ điển, độ chính xác có thể
đạt tới 0,1%. Cơ sở của phương pháp là sự kết tủa định lượng của chất phân tích với
một thuốc thử thích hợp.
Chì thường được kết tủa dưới dạng PbSO4, sau đó được sấy ở 7000C đưa kết tủa về
dạng cân (PbSO4) rồi đem cân xác định khối lượng.
Phương pháp này không đòi dụng cụ đắt tiền nhưng quá trình phân tích lâu,
nhiều giai đoạn phức tạp đặc biệt khi phân tích lượng vết các chất. Vì vậy, phương
pháp này không được dùng phổ biến trong thực tế để xác định lượng vết các chất mà
chỉ dùng trong phân tích hàm lượng lớn.
b. Phương pháp phân tích thể tích
Phân tích thể tích là phương pháp phân tích định lượng dựa trên thể tích dung
dịch chuẩn (đã biết chính xác nồng độ) cần dùng để phản ứng vừa đủ với chất cần xác
định có trong dung dịch phân tích.
Đây là phương pháp hóa học dùng để xác định nhanh, đơn giản tuy nhiên không
cho phép xác định lượng vết các nguyên tố. Với chì, có thể dùng các phép chuẩn độ
trực tiếp bằng EDTA hay chuẩn độ ngược bằng Zn2+ hoặc chuẩn độ thay thế với ZnY2,
chỉ thị ETOO.
19

19


Dầu Bôi Trơn Động Cơ Qua Quá Trình Sử Dụng

c. Phương pháp cực phổ
Người ta thay đổi liên tục và tuyến tính điện áp vào 2 cực để khử các ion kim
loại, do mỗi kim loại có thế khử khác nhau. Trong đó người ta dùng điện cực Hg là
điện cực làm việc và một điện cực có thế không đổi làm điện cực so sánh. Đường thu
được là đường phụ thuộc cường độ dòng vào thế áp vào gọi là đường VonAmpe hay
sóng cực phổ. Sóng này có dạng bậc thang và dựa vào chiều cao của sóng có thể định
lượng được ion kim loại cần xác định trong dung dịch.
Vì dòng giới hạn Igh ở các điều kiện xác định tỉ lệ thuận với nồng độ ion trong
dung dịch ghi cực phổ theo phương trình:
I = k.C
Phương pháp này có khá nhiều ưu điểm: Nó cho phép xác định cả chất vô cơ và
hữu cơ với nồng độ 10-5- 10-6M tuỳ thuộc vào cường độ và độ lặp lại của dòng dư. Sai
số của phương pháp thường là 2-3% với nồng độ 10-3-10-4 M, là 5% với nồng độ 105
M (ở điều kiện nhiệt độ không đổi). Tuy nhiên, phương pháp này cũng có những hạn
chế như ảnh hưởng của dòng tụ điện, dòng cực đại, của ôxi hòa tan, bề mặt điện
cực...Để loại trừ ảnh hưởng và làm tăng độ nhạy thì hiện nay đã có các phương pháp
cực phổ hiện đại: cực phổ xung vi phân (DDP), cực phổ sóng vuông (SQWP)... chúng
cho phép xác định nhiều lượng vết các nguyên tố.
Các tác giả Từ Văn Mạc, Trần Thị Sáu đã sử dụng phương pháp cực phổ xung
vi phân xoay chiều để xác định lượng vết các kim loại Cd, Cu, Pb trong bia ở khu vực
Hà Nội cho độ nhạy cao tới 1ppb8.
d. Phương pháp Von-Ampe hoà tan
Về bản chất, phương pháp Von-Ampe hoà tan cũng giống như phương pháp
cực phổ là đều dựa trên độ lớn của cường độ dòng để xác định nồng độ các chất trong
dung dịch.
Nguyên tắc gồm 2 bước:
 Điện phân làm giàu chất cần phân tích lên trên bề mặt điện cực làm việc
trong một khoảng thời gian và ở thế điện cực xác định.
 Hoà tan kết tủa đã được làm giàu bằng cách phân cực ngược, đo và ghi

dòng hoà tan từ điện cực chỉ thị.
Các tác giả Lê Lan Anh, Vũ Đức Lợi…dùng phương pháp Von-Ampehoà tan
trên điện cực màng Hg, giọt Hg treo đã xác dịnh hàm lượng Pb trong tóc, trong nước
tiểu của người nhằm chuẩn đoán lâm sàng.
e. Phương pháp phổ hấp thụ phân tử (UV-VIS)
Nguyên tắc: phương pháp xác dịnh dựa trên việc đo độ hấp thụ ánh sáng của
dung dịch phức có mầu tạo bởi ion cần xác định với một thuốc thử vô cơ hay hữu cơ
trong môi trường thích hợp khi chiếu bởi chùm sáng.
Trong khoảng nồng độ chất phân tích nhất định thì độ hấp thụ quang tỉ lệ thuận
với nồng độ chất phân tích, đây là cơ sở để định lượng chất phân tích:
A =k.C
20

20


Dầu Bôi Trơn Động Cơ Qua Quá Trình Sử Dụng

Phương pháp này xác định nồng độ chất ở khoảng 10-7- 10-5M và là phương
pháp sử dụng khá phổ biến.

Hình 4: Cấu tạo của phức chì- đithizon
Xác định Pb bằng cách chuyển nó về dạng chì-đithizon trong môi trường pH
8,5-9,5:
Pb2++ 2H2Dz (xanh) = Pb(HDz)2(đỏ) + 2H+
Sau đó, chiết phức này vào dung môi hữu cơ CCl4 hoặc CHCl3 rồi đem đo hấp
thụ quang của nó tại λ= và 520 nm. Giới hạn của phương pháp này đối với Pb là 1
ppm.
Phương pháp trắc quang đơn giản, tiện lợi, độ nhạy tương đối cao nên được sử
dụng phổ biến để xác định các kim loại có hàm lượng nhỏ. Tuy nhiên, nhược điểm của

phương pháp này là không chọn lọc, một thuốc thử có thể tạo phức với nhiều ion.
Bằng phương pháp trắc quang, các tác giả Trần Thúc Bình, Trần Tứ Hiếu,
Phạm Luận đã xác định Cu, Ni, Mn, Zn... trong cùng một hỗn hợp theo Phương pháp
Vierod cải tiến bằng Pyridin-azo-naphtol(PAN) với sai số < 4% ở những bước sóng
khác nhau.
Các tác giả B. Jankiewicz, B. Ptaszyński, M. Wieczorek đã xác định Pb trong
mẫu đất ở Allotment Gardens in Lódź bằng phương pháp chắc quang với phức mầu
hồng của chì(II) - dithizonat.
f. Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử (AES)
Khi ở điều kiện thường, nguyên tử không thu và phát năng lượng nhưng nếu bị kích
thích các điện tử hoá trị sẽ nhận năng lượng chuyển nên trạng thái có năng lượng cao
hơn. Trạng thái này không bền, chúng có xu hướng giải phóng năng lượng để trở về
trạng thái ban đầu bền vững dưới dạng các bức xạ. Chính bức xạ này gọi là phổ phát
xạ nguyên tử.
Tác giả Phạm Luận đã ứng dụng phương pháp này để đưa ra quy trình xác định một số
kim loại trong các mẫu nước ngọt với một số kết quả như sau: Giới hạn phát hiện của
Na là 0,05ppm, K và Li là 0,5ppm và Pb là 0,1ppm.
Hiện nay, người ta dùng một số nguồn năng lượng để kích thích phổ AES:
ngọn lửa đèn khí, hồ quang điện, tia lửa điện...đặc biệt nguồn kích thích plasma cao
21

21


Dầu Bôi Trơn Động Cơ Qua Quá Trình Sử Dụng

tần cảm ứng (ICP), tia laze có độ nhạy cao cỡ ng/ml.
Lần đầu tiên, các tác giả Vũ Hoàng Minh, Nguyễn Tiến Lượng, Phạm Luận,
Trần Tứ Hiếu đã áp dụng thành công phương pháp phổ ICP-AES để xác định chính
xác các nguyên tố đất hiếm trong mẫu địa chất Việt Nam.

Nhìn chung phương pháp AES có độ nhạy khá cao, lại tốn ít mẫu, có thể phân
tích đồng thời nhiều nguyên tố trong cùng một mẫu. Vì vậy đây là phương pháp dung
để kiểm tra đánh giá hóa chất, nguyên liệu tinh khiết, phân tích lượng vết ion kim loại
độc hại trong lương thực, thực phẩm. Tuy nhiên phương pháp này chỉ cho biết hàm
lượng tổng kim loại, còn không cho biết trạng thái liên kết của nó trong mẫu, mặt khác
độ chính xác phụ thuộc rất nhiều vào độ chính xác dãy chuẩn nên sai số là không nhỏ.
g. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)
Nguyên tắc:
Phép đo dựa trên sự hấp thụ năng lượng của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi
khi chiếu chùm tia bức xạ qua đám hơi của nguyên tố đó trong môi trường hấp thụ.
Để tiến hành đo thì phải qua các quá trình sau:
 Quá trình hoá hơi và nguyên tử hoá mẫu: chọn các điều kiện và loại trang bị
phù hợp để chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn, dungdịch) thành
trạng thái hơi của nguyên tử tự do.
 Chiếu chùm sáng bức xạ đặc trưng của nguyên tố cần phân tích qua đám hơi
vừa điều chế ở trên. Khi đó, các nguyên tử trong đám hơi sẽ hấp thụ tia bức xạ
và tạo ra phổ AAS.
 Thu phân ly chùm sáng và chọn một vạch phổ hấp thụ của nguyên tố phân tích
để đo cường độ thông qua một hệ thống máy quang phổ.
Phương trình định lượng của phương pháp là:
D = K * Cb
D: Cường độ vạch phổ
K: Hệ số nguyên tử hoá mẫu
C: Nồng độ nguyên tố cần phân tích
b: Hằng số bản chất, phụ thuộc vào bản chất của chất phân tích
Cường độ vạch phổ có thể được đánh giá thông qua chiều cao pic, diện tích pic
hay độ hấp thụ, ….. Trong khoảng nồng độ đủ nhỏ, b=1. Khi đó, sự phụ thuộc của
cường độ vạch phổ vào nồng độ nguyên tố phân tích có dạng tuyến tính, và thông qua
đó ta có thể định lượng chất phân tích một cách dễ dàng.
Trong phép đo phổ AAS có hai kỹ thuật chính là: kỹ thuật nguyên tử hoá bằng

ngọn lửa (F-AAS) và kỹ thuật không ngọn lửa (ETA-AAS). Kỹ thuật ETAAAS cho độ
nhậy rất cao, đồng thời giới hạn phát hiện của các nguyên tố khi sử dụng phương pháp
này rất nhỏ.
Với kỹ thuật F-AAS tác giả 16 đã xây dựng một quy trình hoàn chỉnh để xác
định các kim loại nặng: Cu, Fe, Pb, Cd, Co, Ni…trong các mẫu sữa và soda với hiệu
suất ≥ 95%. Còn tác giả 15 lại xác định lượng vết các kim loại nặng trong nước sau
khi sau khi làm giàu với độ lệch chuẩn tương đối nằm trong khoảng 0,8 – 2,9%, giới
22

22


Dầu Bôi Trơn Động Cơ Qua Quá Trình Sử Dụng

hạn phát hiện từ 0,006 – 0,277 ppm. Cũng như phương pháp AES, phương pháp AAS
cho độ nhậy và độ chọn lọc cao (gần 60 nguyên tố hoá học có thể xác định với độ
nhạy 10-4-10-5%, nếu sử dụng kỹ thuật ETA-AAS thì có thể đạt n.10-7%). Hơn nữa,
phép đo tốn ít nguyên liệu, ít thời gian, lại không cần sử dụng hoá chất tinh khiết cao,
có thể xác định đồng thời hay liên tiếp nhiều nguyên tố trong một mẫu. Kết quả phân
tích ổn định, sai số nhỏ nên được sử dụng phổ biến để xác định các nguyên tố trong
mẫu quặng, đất, đá, nước khoáng, mẫu y học, sinh học. Ngoài ra ở nhiều nước trên thế
giới, phương pháp AAS trở thành phương pháp tiêu chuẩn để định lượng nhiều kim
loại. Tuy nhiên phương pháp phân tích này cũng chỉ cho ta biết thành phần nguyên tố
của chất ở trong mẫu phân tích mà không chỉ ra trạng thái liên kết của nguyên tố ở
trong mẫu.
h. Phương pháp khối phổ plasma cao tần cảm ứng ICP- MS
Khi dẫn mẫu phân tích vào ngọn lửa plasma (ICP), trong điều kiện nhiệt độ cao
của plasma, các chất có trong mẫu khi đó sẽ bị hoá hơi, nguyên tử hoá và ion hoá tạo
thành ion dương có điện tích +1 và các electron tự do. Thu và dẫn dòng ion đó vào
thiết bị phân giải phổ để phân chia chúng theo số khối (m/z) sẽ tạo ra phổ khối của

nguyên tử chất cần phân tích. Sau đó, đánh giá định tính và định lượng phổ thu được.
Kỹ thuật phân tích ICP-MS là một trong những kỹ thuật phân tích hiện đại. Kỹ
thuật này được nghiên cứu và phát triển rất mạnh trong những năm gần đây. Với nhiều
ưu điểm vượt trội của nó, kỹ thuật này được ứng dụng rất rộng rãi trong phân tích rất
nhiều đối tượng khác nhau đặc biệt là trong các lĩnh vực phân tích vết và siêu vết phục
vụ nghiên cứu sản xuất vật liệu bán dẫn, vật liệu hạt nhân, nghiên cứu địa chất và môi
trường...
Tác giả Lord, CJ, (1991), xác định kim loại vi lượng: Li, Al, Ti, V, Mn, Fe, Co,
Ni, Cu, Zn, Sr, Mo, Ag, Cd, Sn, Sb, Ba và Pb trong dầu thô bằng plasma cảm ứng
cùng khối phổ với dạng mẫu vi nhũ tương.
Còn tác giả Botto, R,I, (2002), xác định lượng vết các kim loại: Na, P, Ti, V,
Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Y, Mo, Cd, Sn, Sb, Hg, Pb trong dầu mỏ, các loại hắc ín
naphthas sử dụng bơm trực tiếp ICP-MS.
8. KẾT LUẬN
Qua bài seminar này, chúng ta biết dầu bôi trơn là gì, các loại dầu bôi trơn
và các vấn đề liên quan. Dầu bôi trơn là một loại vật tư nguyên liệu không thể thiếu
được đối với bất kỳ ngành sản xuất nào, đặc biệt trong công nghiệp và giao thông
vận tải. Hàng năm nước ta phải sử dụng trên 300 ngàn tấn dầu bôi trơn các loại,
với nhịp độ phát triển của nền kinh tế thị trường, mức độ tiêu thụ dầu nhờn hàng
năm tăng khoảng 10 ÷ 15%. Dầu bôi trơn qua quá trình sử dụng, tính chất cơ lý
hóa của chúng bị suy giảm, đến một mức độ nào đó chúng không đáp ứng được
các yêu cầu kỹ thuật, người ta phải thay bằng dầu mới. Dầu nhờn sau khi sử dụng

23

23


Dầu Bôi Trơn Động Cơ Qua Quá Trình Sử Dụng

được thải loại gọi là dầu thải. Gần đây theo quy định nghị định 115 của thủ tướng
chính phủ, dầu thải được xếp vào nhóm các chất thải nguy hại.
Dầu bôi trơn được pha chế từ dầu gốc và phụ gia tùy theo từng ứng dụng
khác nhau. Nếu thu được dầu gốc từ dầu thải sau khi xử lý thì pha phụ gia cần thiết
có thể thu được dầu bôi trơn có các tính chất như dầu nguyên bản. Tái sinh đã trở
thành giải pháp quan trọng ở nhiều nước phát triển để giải quyết vấn đề dầu thải
và công nghệ tái sinh hiện nay rất tiên tiến, hiện đại.
9. TÀI LIỆU THAM KHẢO
o TIÊU CHUẨN VIỆT NAM, TCVN 2695 : 2000, Sản phẩm dầu mỏ- Xác định
trị số axit và kiềm- Phương pháp chuẩn độ với chỉ thị màu.
o TIÊU CHUẨN VIỆT NAM, TCVN 6325 : 1997(ASTM D664 – 89), Sản phẩm
dầu mỏ- Xác định trị số axit- Phương pháp chuẩn độ điện thế.
o TIÊU CHUẨN QUỐC GIA, TCVN 6324 :2010 (ASTM D189-06), Sản phẩm
dầu mỏ- Xác định cặn cacbon- Phương pháp Conradson.
o TIÊU CHUẨN QUỐC GIA, TCVN 6018 : 2007 (ASTM D 524 – 04), Sản phẩm
dầu mỏ- Xác định cặn cacbon- Phương pháp Ramsbottom.
o TIÊU CHUẨN QUỐC GIA, TCVN 6701: 2007, Sản phẩm dầu mỏ- Phương
pháp xác định lưu huỳnh bằng phổ Huỳnh quang tán xạ tia X.
o TCVN 6021 : 2008 (ISO 4260 : 1987), Sản phẩm dầu mỏ và hydrocacbon- Xác
đinh hàm lượng lưu huỳnh- Phương pháp đốt Wickbold.
o TIÊU CHUẨN QUỐC GIA, TCVN 9791:2013(ASTM D 4006 – 11), Dầu thô
– Xác định nước bằng phương pháp chưng cất.
o Lê Lan Anh, Vũ Đức Lợi, Ngô Thị Bích Hà(2002), “ Nghiên cứu xác định hàm
lượng Hg, Pb trong nước tiểu và máu”, Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh Học,
Tập 5, số 2.

24

24