Nghiên cứu phương án xử lý và tận dụng dầu nhờn động cơ thải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

#"

NGUYỄN CHÍ ĐỨC

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG ÁN
XỬ LÝ VÀ TẬN DỤNG
DẦU NHỜN ĐỘNG CƠ PHẾ THẢI

Chuyên ngành : KỸ THUẬT HÓA HỌC
Mã số
: 2.10.00

LUẬN ÁN CAO HỌC

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG 10 NĂM 2002


ĐỀ TÀI ĐƯC THỰC HIỆN
Tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
…………………………………..o O o…………………………………

Hướng Dẫn Khoa Học:

PGS. TS. PHAN MINH TÂN
TS. NGUYỄN VĂN PHƯỚC
Chấm Phản Biện:

Cán bộ chấm phản biện 1:
…………….

…………………………………………………..

Cán bộ chấm phản biện 2:
.………..…

……………………………………………………

LUẬN ÁN CAO HỌC được bảo vệ tại
HỘI ĐỒNG LUẬN ÁN CAO HỌC
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Ngày

Tháng 10 Năm 2002


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
------------------------

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh phúc
--------oOo--------

NHIỆM VỤ LUẬN ÁN CAO HỌC
Họ và tên học viên:

Ngày, Tháng, Năm sinh:
Chuyên ngành:

NGUYỄN CHÍ ĐỨC
24/05/1974
KỸ THUẬT HOÁ HỌC

Phái : Nam
Nơi sinh: Sài Gòn

I - TÊN ĐỀ TÀI :
THẢI

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ VÀ TẬN DỤNG DẦU NHỜN ĐỘNG CƠ PHẾ

II - NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
• Tìm hiểu về dầu mỡ nhờn, dầu nhờn động cơ đã qua sử dụng.
• Khả năng gây ô nhiễm và một số phương án xử lý dầu nhờn thải.
• Nghiên cứu đề xuất phương án xử lý và tận dụng dầu nhờn động cơ thải thích hợp với
điều kiện Việt nam ; với các hướng nghiên cứu :
¾ Nhiên liệu,
¾ Nguyên liệu dầu mỡ bôi trơn.
III - NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 17/01/2002
IV - NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 24/09/2002
V - HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

PGS. TS. PHAN MINH TÂN
TS. NGUYỄN VĂN PHƯỚC

VI - HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1: ………………….. …………………………………………………..

VII - HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 2: ………………….. ………………………………………………….
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1

PGS.TS.PHAN MINH TÂN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2

CÁN BỘ NHẬN XÉT 1

TS. NGUYỄN VĂN PHƯỚC …………………………………………………

CÁN BỘ NHẬN XÉT 2

………………………………………………..…

Nội dung và đề cương Luận Án Cao Học đã được thông qua hội đồng chuyên ngành
Ngày
PHÒNG QLKH - SĐH

Tháng

Năm 2002

CHỦ NHIỆM NGÀNH

PGS. TS. MAI HỮU KHIÊM


LỜI CÁM ƠN

Tác giả xin trân trọng cám ơn Thầy hướng dẫn
• PGS. Phan Minh Tân
• TS. Nguyễn Văn Phước
Đã tận tình hướng dẫn, đóng góp ý kiến, truyền đạt nhiều kinh
nghiệm quý báu, tạo mọi điều kiện thuận lợi để luận văn này được
hoàn thành.
Xin chân thành cám ơn tất cả Thầy, Cô giáo của lớp Cao học
Hoá học trường Đại Học Bách Khoa trong suốt quá trình đào tạo đã
trang bị cho tôi những kiến thức cơ bản cần thiết.
Chân thành cám ơn Thầy Cô, các Anh Chị thuộc các phòng ban
chức năng, phòng QLKH – SĐH đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi
hoàn thành khoá học.
Chân thành cám ơn Thầy nhận xét và phản biện đã đóng góp
nhiều ý kiến qúy báu cho bản luận văn này.
Cuối cùng xin cám ơn tất cả bạn bè, đồng nghiệp của Khoa Hoá
và Khoa Môi Trường… đã nhiệt tình ủng hộ và giúp đỡ tôi trong suốt
quá trình học tập và công tác vừa qua.

Tp. Hồ Chí Minh, Ngày 20 Tháng 09 Năm 2002
NGUYỄN CHÍ ĐỨC
LỚP CAO HỌC CNHH – K.08


Tóm tắt :

Hiện nay dầu nhờn là chất bôi trơn chủ yếu trong các ngành công nghiệp và
dân dụng. Số lượng dầu nhờn sử dụng cho mục đích bôi trơn tại Việt Nam rất lớn
khoảng 180.000 tấn /năm.
Dầu nhờn đã qua sử dụng là một loại chế thải độc hại đã được dùng không
đúng mục đích hoặc thải trực tiếp vào môi trường, gây lãng phí và ảnh hưởng nặng

nề đến môi trường sinh thái và đặc biệt là nguồn nước.
Do đó cần phải có biện pháp xử lý dầu nhờn thải một cách thích hợp để
không những không gây tác hại đến môi trường mà còn có thể tận dụng được nguồn
nguyên liệu quý giá này.


Abstract :

Nowadays, lubricant is the most popular lubricating in industrial and civil
activities. The amount of lubricant used in Vietnam, about 180.000 tons/year .
Waste lubricating oil is hazardous waste and the sources of serious
pollutant hadn’t used for right purpose or directly emittant to environment. It
cause waste and environmental pollution especially in soil and water.
Therefore, there is a need to develop an appropriate treatment technology
for waste lubricating oil so that we not only protect the environment but also reuse
this valuable resource


MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC
MỞ
ĐẦU………………………………………………………………………………………………………………………………………….01
Phần I : TỔNG QUAN TÀI LIỆU
I.1 : GIỚI THIỆU VỀ DẦU NHỜN
I.1.1 Quá trình hình thành và phát triển của dầu nhờn …………………………………………….03
I.1.2 Thành phần hoá học và chức năng của dầu nhờn………………………………………….….05
I.1.3 Công nghệ sản xuất dầu nhờn từ dầu gốc…………………………………………………………….20
I.2 : GIỚI THIỆU VỀ MỢ NHỜN
I.2.1 Công dụng của mỡ nhờn……………………………………………………………………………………………..23

I.2.2 Thành phần cấu tạo của mỡ nhờn…………………………………………………………………………….24
I.2.3 Công nghệ sản xuất mỡ nhờn…………………………………………………….………………………………25
I.2.4 Phân loại và đặc tính mỡ nhờn………………………………………………………………………………….28
I.3 : DẦU NHỜN ĐỘNG CƠ PHẾ THẢI
I.3.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ dầu nhờn trong nước……………………………………….32
I.3.2 Đánh giá chất lượng dầu nhờn đã sử dụng……………………………………………………………34
I.3.3 Khả năng gây ô nhiễm và biện pháp quản lý dầu nhờn thải…………………………37
I.4 : XỬ LÝ VÀ TÁI SỬ DỤNG DẦU NHỜN ĐỘNG CƠ PHẾ THẢI
I.4.1 Khả năng sử dụng dầu nhờn thải………………………………………………………………………………43
I.4.1.1

Làm

chất

đốt,

nhiên

liệu………………………………………………………………………………..43
I.4.1.2 Nguyên liệu để sản xuất các sản phẩm có giá trị…………………………..……44
I.4.2 Hướng

làm

nhiên

liệu

lỏng……………………………………………………………………………………….…44

I.4.3 Hướng tái sinh làm dầu mỡ nhờn………………………………………………………………………………45
I.4.3.1 Cơ sở của quá trình tái sinh dầu nhờn thải……………………………………………..45


I.4.3.2 Bản chất của quá trình tái sinh dầu nhờn thải………………………………………46
I.4.3.3 Các phương pháp tái sinh dầu nhờn thải…………………………………………………46
Phần 2 : THỰC NGHIỆM
II.1

Lựa chọn phương án xử lý dầu nhờn động cơ thải……………………………………………49

II.2

Đặc tính dầu nhờn động cơ thải……………………………………………………………………………….51
II.2.1 Chuẩn bị các mẫu thử nghiệm………………………………………………………………………51
II.2.2 Các thông số khảo sát………………………………………………………………………………………52

II.3

Xử

lý

dầu

nhờn

động

cơ

thải

…………..…………………………………………………………………………56
II.3.1 Xử lý dầu nhờn động cơ thải bằng H2SO4 và Shell ATC..........…....56
II.3.2 Xử lý dầu nhờn động cơ thải bằng NaOH, Na2CO3, H2SO4 và
một số hoá chất khác ……………………………………………………………………………………..58
II.3.3 Hoá chất và thiết bị sử dụng……………………………………………………...........…....62
II.4

Tái sử dụng dầu nhờn động cơ thải…….…………………………………………………………………..63
II.4.1 Tái sử dụng dầu nhờn động cơ thải làm nhiên liệu………………………………63
II.4.2 Tái sử dụng dầu nhờn động cơ thải làm dầu động cơ………………………….65
II.4.3 Tái sử dụng dầu nhờn động cơ thải làm mỡ nhờn……… .……………………..67

Phần 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
III.1 Xử lý dầu nhờn động cơ thải………………………………………………………………………………………69
III.2 Tái sử dụng dầu nhờn động cơ thải làm nhiên liệu…………………..………………………83
III.3 Tái sử dụng dầu nhờn động cơ thải làm dầu động cơ…………………………..………….86
III.4 Tái sử dụng dầu nhờn động cơ thải làm mỡ nhờn……… .……………………………………89
Phần 4 : KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO VÀ PHỤ LỤC
Phụ lục 1

: Các phương pháp tiêu chuẩn xác định các thông số chỉ tiêu.

Phụ lục 2

: Kiểm soát ô nhiễm không khí do đốt dầu FO - "Xử lý trước đường
ống" - "Xử lý sau đường ống".

Phụ lục 3

: Giới thiệu một số phương pháp xử lý dầu nhờn ở các nước trên


DANH MỤC CÁC BẢNG THỐNG KÊ
Bảng 1

: Tình hình tiêu thụ dầu nhờn động cơ tại Việt Nam

Bảng 2

: Phân loại mỡ nhờn theo NLGI

Bảng 3

: Một số công ty sản xuất dầu nhờn có công suất lớn

Bảng 4

: Thống kê số lượng dầu nhờn động cơ thải trung bình mỗi
tháng

Bảng 5

: Các nguyên nhân giảm chất lượng dầu nhờn và tác hại

Bảng 6

: Quy định dầu nhờn thải

Bảng 7

: Tiêu thụ nhiên liệu lỏng tại Việt Nam giai đoạn 1997 - 2001

Bảng 8

: Nhiệt trị của một số loại nhiên liệu

Bảng 9

: Địa điểm lấy mẫu dầu nhờn thải

Bảng 10

: Các tính chất chủ yếu của các mẫu dầu nhờn thải

Bảng 11

: Các tính chất của dầu nhờn thải hỗn hợp

Bảng 12

: Đặc tính một số loại hoá chất sử dụng

Bảng 13

: Đặc tính một số loại phụ gia sử dụng

Bảng 14

: Ảnh hưởng của nhiệt độ và hàm lượng hoá chất đến hiệu
quả xử lý dầu nhờn thải

Bảng 15

: Kết quả phân tích dầu chưa sử dụng, dầu nhờn thải và dầu
nhờn thải sau xử lý.

Bảng 16

: Ảnh hưởng của nhiệt độ và hàm lượng kiềm đến hiệu quả
xử lý dầu nhờn thải

Bảng 17

: Ảnh hưởng của nhiệt độ và hàm lượng acid đến hiệu quả
xử lý dầu nhờn thải

Bảng 18

: Ảnh hưởng của nhiệt độ và hàm lượng acid đến hiệu quả
xử lý dầu nhờn thải

Bảng 19
Bảng 20
Bảng 21

: Ảnh hưởng của nhiệt độ và hàm lượng acid đến hiệu quả

xử lý dầu nhờn thải
: Ảnh hưởng của nhiệt độ và hàm lượng Lubrizol ADC Đến
hiệu quả xử lý dầu nhờn thải
: Nhiệt độ và lượng hoá chất tối ưu để xử lý dầu nhờn thải


Bảng 22
Bảng 23
Bảng 24

: kết quả phân tích dầu nhờn thải và dầu nhờn thải đã xử lý
(dầu nhờn tái sinh)
: Kết Quả Phân Tích Của FO Và Dầu Nhờn Thải (DNT)
: Ảnh hưởng của tỷ lệ dầu nhờn thải đến tính chất của hỗn
hợp khi pha trộn với FO

Bảng 25
Baûng 26
Baûng 27
Baûng 28
Baûng 29
Baûng 30
Baûng 31
Baûng 32
Baûng 33
Baûng 34

: Sự biến đổi độ nhớt theo nhiệt độ
: Tính sơ bộ hiệu quả kinh tế việc phối trộn dầu nhờn thải
với FO làm nhiên liệu đốt

: Thành phần của dầu động cơ RWL - HDX50
: Kết quả phân tích dầu động cơ loại HDX50
: Giá Dầu Động Cơ HDX50 Của Một Số Công Ty
: Tính sơ bộ hiệu quả kinh tế việc xử lý dầu nhờn thải làm
dầu động cơ
: Thành phần của mỡ nhờn GREASE - Cα
: Kết quả phân tích mỡ nhờn Canxi
: Giá mỡ nhờn Canxi của một số công ty
: Tính sơ bộ hiệu quả kinh tế việc xử lý dầu nhờn thải làm
mỡ bôi trơn

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ


Hình 1

: Biểu đồ tăng trưởng lượng dầu nhờn tiêu thụ qua các
năm

Hình 2

: Sơ đồ công nghệ pha chế dầu nhờn

Hình 3

: Sơ đồ công nghệ sản xuất mỡ nhờn

Hình 4

: Mô hình quản lý dầu nhờn thải

Hình 5

: Các hướng xử lý dầu nhờn động cơ thải

Hình 6

: Phương án xử lý bằng H2SO4 và Shell ATC

Hình 7

: Phương án xử lý tổ hợp

Hình 8

: Quy trình pha chế dầu nhờn động cơ RWL – HDX50

Hình 9

: Quy trình sản xuất mỡ nhờn Grease Cα


LUẬN ÁN CAO HỌC

XỬ LÝ DẦU NHỜN THẢI

NGUYỄN CHÍ ĐỨC

LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây nhờ sự phát triển vượt bậc của Khoa học Kỹ

thuật, Dầu mỏ không chỉ là nguồn nguyên liệu rất quan trọng trong cán cân cân
bằng năng lượng của thế giới mà đã được chế biến để trở thành nguồn nguyên
liệu hóa học vô cùng phong phú và là trụ cột trong nền công nghiệp sản xuất các
sản phẩm hoá học phục vụ cho đời sống con người.
Đại hội Đảng toàn quốc lần thứ VII đã nêu rõ : "Một trong những ngành
trọng điểm, mũi nhọn cần quan tâm là Công nghiệp Dầu khí, vì nó làm cơ sở cho
việc hoạch định chiến lược phát triển các lónh vực khác của nền kinh tế quốc dân,
phải xây dựng ngành Công nghiệp Dầu khí Việt Nam hoàn chỉnh, đồng bộ…”.
Có thể nói Dầu khí ngày nay đã trở thành tài nguyên thiên nhiên vô giá
mang tính chiến lược cực kỳ quan trọng, nó có thể làm xoay chuyển và làm khởi
xướng nền kinh tế của một đất nước.
Bên cạnh các lợi ích to lớn và có ý nghóa quan trọng đối với nền kinh tế
nước nhà, việc phát triển nhanh chóng Công nghiệp Dầu khí cũng giống như các
ngành công nghiệp khác sẽ đem lại một nguy cơ tiềm tàng về ô nhiễm và suy
thoái môi trường, đe dọa cuộc sống của chính con người chúng ta.
Từ khi có sự liên doanh đầu tư của nước ngoài, ngành Dầu khí nói chung
và ngành Dầu nhờn nói riêng đã ngày càng phát triển. Điển hình là các tập đoàn,
các công ty dầu nhờn trên thế giới đều có mặt ở thị trường Việt Nam : BP Castrol, Exxon - Mobil, Shell, Caltex… đã sản xuất và cung cấp cho thị trường
dầu nhờn động cơ một sản lượng rất lớn khoảng 180.000 tấn /năm.
Dầu nhờn sau khi sử dụng hay "Dầu nhờn phế thải" thuộc nhóm chất thải
nguy hại có khả năng gây ô nhiễm và tác động xấu đến môi trường đất, nước,
không khí cũng như huỷ hoại tài nguyên sinh vật nếu không có biện pháp quản lý
và xử lý tốt.
Hiện nay phần lớn lượng dầu nhờn thải chưa được tận dụng triệt để, đa số
được xử lý bằng phương pháp đốt đơn giản hay thải trực tiếp vào nguồn nước gây
ô nhiễm môi trường. Trong khi đó, dầu nhờn lại có thành phần dầu gốc lớn có khả
năng chiết tách và thu hồi.

Trang 1

LUẬN ÁN CAO HỌC

XỬ LÝ DẦU NHỜN THẢI

NGUYỄN CHÍ ĐỨC

Việc quan tâm nghiên cứu xử lý chất thải công nghiệp nói chung, chất thải
ngành Dầu khí nói riêng, trong đó hướng nghiên cứu tái sử dụng, vừa giảm tải
lượng ô nhiễm, vừa giảm chi phí mang lại nhiều hiệu quả cho nền kinh tế quốc
dân đang là một vấn đề nan giải đối với xã hội.
Với những yêu cầu bức xúc trên, đề tài "Nghiên Cứu Phương Án Xử Lý và
Tận Dụng Dầu Nhờn Động Cơ Phế Thải" được đề nghị nhằm đưa ra các hướng
xử lý dầu nhờn phế thải để giải quyết vấn đề giữ gìn môi trường sinh thái và
đồng thời sử dụng có hiệu quả loại chất thải này.
Đề tài nghiên cứu này là một phần nghiên cứu quan trọng trong tổng thể
các nghiên cứu có liên quan tới công tác bảo vệ môi trường.
Luận án được chia thành 4 phần :
Phần 1 : Tổng Quan Tài Liệu
¾ Trình bày những hiểu biết cơ bản về dầu mỡ nhờn và công nghệ sản
xuất dầu mỡ nhờn.
¾ Trình bày những khái niệm về dầu nhờn động cơ phế thải và các
phương án xử lý – tái sử dụng chúng.
Phần 2 : Thực Nghiệm
Giới thiệu những thí nghiệm, thông số kỹ thuật và phương pháp tiến hành
nghiên cứu xử lý dầu nhờn thải.
Phần 3 : Kết Quả Và Biện Luận
Trình bày những kết quả thí nghiệm thảo luận kết quả đạt được.
Phần 4 : Kết Luận
Do trình độ bản thân còn hạn chế, thời gian hoàn thành luận văn có hạn

nên chắc chắn nội dung và hình thức trình bày của bản luận văn này còn nhiều
thiếu sót, tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp và chỉ bảo của Thầy
Cô cùng các bạn để hiểu rõ hơn nữa những vấn đề mà mình chưa biết đến trong
lónh vực mới mẻ này.

Trang 2


LUẬN ÁN CAO HỌC

XỬ LÝ DẦU NHỜN THẢI

NGUYỄN CHÍ ĐỨC

I.1.1. QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA DẦU NHỜN
[1, 6, 24, 25]
Ngay từ thời kỳ xa xưa (3000 – 2000 năm trước công nguyên), cuộc sống
con người đã bắt đầu có nhu cầu nâng cao về sinh hoạt, chính trong thời kỳ này
đã có nhiều phát kiến có giá trị cho tới ngày nay; trong đó việc chế tạo ra xe có
bánh và các cỗ xe kéo là quan trọng nhất. Đó là những phương tiện đầu tiên đòi
hỏi phải dùng tới các chất bôi trơn.
Như vậy ngay từ thời kỳ xa xưa kỹ thuật và các chất bôi trơn đã trở thành
những yếu tố không thể tách rời nhau. Màng dầu mỏng được bôi lên bề mặt làm
việc đạ tạo ra khả năng hoạt động nhịp nhàng và lâu bền cho các cơ cấu do con
người chế tạo ra. Không có chất bôi trơn thì con người không có được những
thành tựu và những sáng tạo kỳ diệu của nền kỹ thuật như ngày nay.
Cách đây khoảng 100 năm con người vẫn chưa có được những khái niệm
về dầu nhờn. Tất cả các loại máy bấy giờ được bôi trơn bằng mỡ lợn, dầu oliu và
các loại thảo mộc khác.
Khi ngành chế biến dầu mỏ mới ra đời, sản phẩm chủ yếu tại các nhà máy

chế luyện dầu mỏ là dầu hoả, phần còn lại là Mazut (chiếm 70 – 90%) không
được sử dụng và coi như là sản phẩm bỏ đi.
Khi ngành công nghiệp dầu mỏ phát triển người ta đã nghiên cứu chế tạo
ra dầu nhờn đầu tiên từ Mazut (1867) nhưng có chất lượng thấp.
Hiện nay với những tiến bộ khoa học không ngừng, con người đã xây dựng
được những tháp chưng cất chân không hiện đại thay thế cho những nhà máy
chưng cất cũ kỹ, đồng thời cũng nghiên cứu chế tạo ra các loại phụ gia đặc chủng
cho vào dầu nhờn nhằm cải thiện và nâng cao chất lượng của chúng.
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, hầu hết các tập đoàn tư bản
lớn liên quan tới dầu nhờn : BP – Castrol, Exxon – Mobil, Shell, Caltex, Total…
đều có mặt ở hầu hết các nước trên thế giới, họ cũng đã và đang áp dụng rộng rãi
những thành tựu mới nhất của khoa học đưa nền công nghiệp dầu mỏ hàng năm
tăng trưởng không ngừng và ngành sản xuất dầu nhờn cũng không ngừng được
nâng cao về mặt chất lượng cũng như số lượng, sáng tạo thêm nhiều chủng loại
dầu nhờn mới.

Trang 3


XỬ LÝ DẦU NHỜN THẢI

LUẬN ÁN CAO HỌC

NGUYỄN CHÍ ĐỨC

Theo số liệu thống kê của Tổng cục thống kê – Bộ thương mại, số lượng
dầu nhờn động cơ được tiêu thụ trong cả nước trong những năm qua :
Bảng 1: Tình Hình Tiêu Thụ Dầu Nhờn Động Cơ Tại Việt Nam
ĐVT :1000 tấn
Năm

Tiêu thụ

1995
74.8

1996
85.2

1997
98.5

1998
110

1999
113.5

140
120

110

1.000 tấn

121,4

2001
130.2

130,2

98,5

100
80

113,5

2000
121.4

85,2
74,8

60
40
20
0
1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

Năm
Nguồn : Tổng cục thống kê – Bộ thương mại tháng 3/2002
Hình 1: BIỂU ĐỒ TĂNG TRƯỞNG LƯNG DẦU NHỜN TIÊU THỤ QUA
CÁC NĂM

Trang 4


LUẬN ÁN CAO HỌC

XỬ LÝ DẦU NHỜN THẢI

NGUYỄN CHÍ ĐỨC

I.1.2. THÀNH PHẦN HOÁ HỌC VÀ CHỨC NĂNG CỦA DẦU NHỜN
[3, 5, 7, 19, 20]
I.1.2.1. Thành Phần Hoá Học.
Dầu nhờn thương phẩm bao gồm hai hợp phần là dầu gốc và phụ gia. Dầu
gốc được sử dụng nhiều nhất là các phân đoạn dầu khoáng gốc dầu mỏ, được chế
biến theo công nghệ truyền thống; ngoài ra còn có thể dùng một số loại dầu gốc
tổng hợp hay dầu gốc động thực vật.
a/ Thành phần của dầu gốc:
Dầu gốc chế biến từ dầu mỏ có nhiều chủng loại. Tuy vậy chúng được sản
xuất từ quá trình pha trộn trên cơ sở 4 loại nhiên liệu là:
•
•
•
•

Phân đoạn dầu nhẹ
Phân đoạn dầu trung bình
Phân đoạn dầu nặng
Phân đoạn dầu cặn

: sôi trong khoảng 350oC – 400oC
: sôi trong khoảng 400oC – 450oC
: sôi trong khoảng 450oC – 500oC
: sôi trong khoảng >500oC

Từ các phân đoạn này người ta pha chế thành rất nhiều loại dầu nhờn có độ
nhờn khác nhau.
¾ Các hợp phần của hydrocarbon:
™ Các hợp chất naphten và parafin:
Các hợp chất này gọi chung là nhóm hydrocarbon no mạch vòng là nhóm
hợp phần chủ yếu có trong dầu bôi trơn, hàm lượng của chúng có thể đến 40% 80% tùy vào loại dầu mỏ và phạm vi độ sôi.
Nhóm này có cấu trúc chủ yếu là các hydrocarbon vòng naphten (vòng
5cạnh và vòng 6 cạnh), có thể kết hợp với nhánh alkyl hoặc iso alkyl. Số nguyên
tử carbon phân tử có thể từ 20 – 70 nguyên tử. Cấu trúc hữu cơ dạng naphten này
cũng rất phức tạp tuỳ thuộc nguồn gốc và phạm vi độ sôi. Cấu trúc vòng có thể ở
hai dạng: cấu trúc không ngưng tụ (phân tử chứa 1 – 6 vòng) và cấu trúc ngưng tụ
(phân tử chứa 2 – 4 vòng ngưng tụ).

Trang 5


LUẬN ÁN CAO HỌC

XỬ LÝ DẦU NHỜN THẢI

NGUYỄN CHÍ ĐỨC

Cấu trúc nhánh của các vòng naphten này cũng rất đa dạng. Chúng khác
nhau về số mạch nhánh, chiều dài mạch, mức độ phân nhánh của mạch và vị trí
thế của mạch vòng trong. Người ta xác định được số lượng các nhóm –CH3, CH2-, -CH ở mạch nhánh bằng phương pháp quang phổ hồng ngoại, từ đó suy
đoán được số nguyên tử carbon ở nhánh, mức độ tạo nhánh phụ ở mạch nhánh.
Dầu nhờn nhẹ được sản xuất từ phân đoạn chứa chủ yếu là các dãy đồng
đẳng của xyclohexan, xyclopenten, xyclopentan. Phân đoạn dầu nhờn trung bình
chứa chủ yếu các vòng naphten có các mạch nhánh alkyl, iso alkyl với 2, 3, 4
vòng. Còn ở phân đoạn dầu nhờn sôi cao có các loại vòng ngưng tụ từ 2 – 4 vòng.
Loại hydrocarbon này có tính bôi trơn và tính ổn định hoá học tốt, do đó đây là
thành phần quan trọng quyết định chất lượng của dầu bôi trơn.
Ngoài ra nhóm này còn có các hydrocarbon dạng parafin và iso parafin,
nhưng hàm lượng không nhiều. Mạch carbon thường không quá 20 nguyên tử. Vì
nếu quá 20 nguyên tử, carbon parafin sẽ ở dạng rắn, thường phải tách khỏi dầu
nhờn trong quá trình tách lọc parafin.
™ Nhóm hydrocarbon thơm và nhóm hydrocarbon naphten thơm:
Các tính chất sử dụng của dầu nhờn như : tính ổn định chống oxy hoá, tính
bền nhiệt, tính nhờn nhiệt và tính chống bào mòn, độ hấp thụ phụ gia phụ thuộc
chủ yếu vào tính chất và hàm lượng của nhóm hydrocarbon này trong các phân
đoạn nặng của dầu mỏ. Nhóm hydrocarbon thơm có trong tất cả các phân đoạn
của các loại dầu mỏ.
Phân đoạn dầu nhờn nhẹ (350oC – 400oC) chứa chủ yếu các hợp chất đồng
đẳng benzen và naphten. Phân đoạn nặng hơn (400oC – 450oC) có các
hydrocarbon thơm ba vòng dạng đơn hay kép. Trong phân đoạn có nhiệt độ sôi
cao hơn và phần cặn có chứa các chất thuộc dãy đồng đẳng thuộc naphtalen
phenatren, antraxen và các hydrocarbon đa vòng với một lượng đáng kể. Ở phạm
vi độ sôi càng cao số vòng phân tử hydrocarbon càng lớn.
Các hydrocarbon thơm ngoài việc khác nhau về số vòng thơm còn khác

nhau bởi số nguyên tử carbon có ở mạch nhánh. Số nguyên tử carbon có ở mạch
nhánh thường từ 3 – 25 nguyên tử. Tuy nhiên các mạch nhánh của hydrocarbon
thơm trong các phân đoạn dầu nhờn thường rất ngắn so với các mạch nhánh của
các naphten có cùng nhiệt độ sôi tương ứng.

Trang 6


LUẬN ÁN CAO HỌC

XỬ LÝ DẦU NHỜN THẢI

NGUYỄN CHÍ ĐỨC

Ở nhóm này còn có mặt các vòng thơm nguyên tử đa vòng. Một hợp phần
nữa trong nhóm hydrocarbon thơm có cấu tạo hỗn hợp là loại hydrocarbon
naphten thơm. Loại hydrocarbon này là hợp phần làm giảm phẩm chất dầu nhờn
thương phẩm vì dễ bị ôxy hoá tạo các chất keo nhựa trong quá trình làm việc của
dầu nhờn trong động cơ và có tính nhớt nhiệt kém (độ nhớt thay đổi nhiều theo
nhiệt độ).
™ Các hydrocarbon rắn
Trong các phân đoạn dầu nhờn chưng cất từ dầu mỏ còn có các
hydrocarbon rắn phức tạp. Các hydrocarbon rắn có trong nguyên liệu dầu bôi trơn
đôi khi lên đến 40 – 50% tuỳ vào bản chất của dầu thô. Trong thành phần có các
hydrocarbon dãy parafin có cấu trúc và số lượng phân tử khác nhau, có các
hydrocarbon naphten chứa từ 1 – 3 vòng trong phân tử có mạch nhánh dài cấu
trúc dạng thẳng hay iso.
Các hydrocarbon rắn này chia thành parafin (có thành phần chủ yếu là các
alcan có mạch carbon lớn hơn 20) và xerezin. Xerezin là hỗn hợp chủ yếu của
các hydrocarbon naphten rắn có trong mạch thẳng hay iso, trong đó phần lớn là

dạng iso.
Các hydrocarbon rắn này còn được tách lọc ra nhờ công đoạn khử parafin
bằng các phương pháp khác nhau. Công đoạn này có mục đích hạ nhiệt độ động
đặc của dầu nhờn để phù hợp với điều kiện sử dụng. Tuy nhiên hợp phần này vẫn
còn tồn tại trong dầu với hàm lượng nhỏ và sự có mặt của chúng làm tăng nhiệt
độ đông đặc, giảm khả năng sử dụng dầu ở nhiệt độ thấp nhưng làm tăng tính ổn
định của độ nhớt theo nhiệt độ và tính ổn định chống ôxy hoá.
¾ Các hợp phần khác:
™ Các hợp chất cơ lưu huỳnh:
Hàm lượng lưu huỳnh tổng có từ 0.2% đến hơn 3% khối lượng dầu mỏ, tồn
tại ở dạng vô cơ hay hữu cơ. Các hợp chất này tập trung chủ yếu ở phân đoạn
thơm và trong chất nhựa; còn trong phân đoạn naphten – parafin không đáng kể.
Chúng tồn tại chủ yếu ở các dạng: dialkylsulfur, xycloalkyl sulfur, mono,
di, tri, tetra – xyclo sulfur hay thiofen, thiofan. Các dạng này chiếm trên 50%.
Còn khoảng 40% chưa xác định gọi là lưu huỳnh caën.

Trang 7


XỬ LÝ DẦU NHỜN THẢI

LUẬN ÁN CAO HỌC

NGUYỄN CHÍ ĐỨC

Các hợp chất cơ lưu huỳnh có cấu tạo phức tạp, thường ở dạng hợp chất dị
vòng ngưng tụ với vòng thơm và vòng naphten.
Một số hợp chất lưu huỳnh tiêu biểu

S

S

Benzothiophen

Dibenzothiophen

S

S

Thioindan

Naphtothiophen

™ Các chất nhựa – asphalten:
Chủ yếu nằm ở phân đoạn nặng và cặn dầu, thường khoảng 20%, nhưng
cũng có khi lên đến trên 60%.
Bao gồm các thành phần:
• Nhựa trung tính : là các hợp chất hydrocarbon hoà tan hoàn toàn trong
các phân đoạn dầu mỏ, ete. Benzen, chloroform, sulfur carbon, không tan
trong acid và kiềm. Chất lỏng sệt, tỷ trọng bằng 1.
• Asphalten : Chất trung tính không hoà tan trong xăng nhẹ, kết tủa trong
thể tích lớn ete, dầu mỏ, tan tốt trong benzen, chloroform, sulfurcarbon;
rắn, giòn, không chảy mềm, màu nâu sẫm hay đen, tỷ trọng lớn hơn 1.
• Carben và carboit :
- Carben hơi giống asphalten nhưng không tan trong benzen và
các dung môi khác, hoà tan một phần trong pyridin và
sulfidecarbon. Carben thường đi kèm với asphalten.
- Carboit là sản phẩm trùng ngưng liên tiếp của carben, không tan

trong bất cứ dung môi nào.

Trang 8


XỬ LÝ DẦU NHỜN THẢI

LUẬN ÁN CAO HỌC

NGUYỄN CHÍ ĐỨC

Trong sản xuất dầu nhờn các hợp chất nhựa asphalten được loại bỏ trong
quá trình làm sạch bằng dung môi chọn lọc và de-asphalting do chúng làm giảm
tính năng của dầu nhờn như : tạo muội, gây mài mòn, làm giảm hoạt tính phụ gia.
™ Các acid dầu mỏ :
Trong dầu mỏ có một số acid hữu cơ chủ yếu là acid naphtenic, một số ít là
acid carbon với gốc alkyl hoặc anyl trên nhân phenol. Hàm lượng các hợp chất
này không nhiều (khoảng 1%), chúng hoà tan trong kiềm, rượu, cloroform nhưng
tan ít trong xăng, tỉ trọng lớn hơn 1.
Các hợp chất này có nhiều trong dầu mỏ naphtenic, trong dầu mỏ parafinic
có rất ít.
Công thức đơn giản của acid naphtenic

(CH2)n - COOH

(CH2)n - COOH

Hợp chất acid gây ăn mòn, tạo muội trong động cơ nên được tách ra trong công
đoạn làm sạch bằng dung môi và rửa kiềm.
™ Các hợp chất chứa nitơ:

Có hàm lượng không nhiều, thường chiếm khoảng 0.02 – 0.8% khối lượng.
Các hợp chất chứa nitơ của dầu mỏ được chia thành hai nhóm:
• Nhóm hợp chất trung tính :
Nhóm này chiếm đa số, tồn tại trong các phân đoạn nặng, gồm các hợp
chất chứa nitơ, dẫn xuất pyrrol, carbazol hay các amid acid.
• Nhóm hợp chất bazơ :
Tồn tại trong các phân đoạn trung bình và nặng, chủ yếu là dẫn xuất của
các hợp chất dị vòng.

Trang 9


LUẬN ÁN CAO HỌC

XỬ LÝ DẦU NHỜN THẢI

NGUYỄN CHÍ ĐỨC

Tỷ lệ hàm lượng hợp chất nitơ bazơ so với tổng hàm lượng hợp chất nitơ
thường trong khoảng 0.2 – 0.4.
Trong quá trình làm sạch các phần cất dầu nhờn, các hợp chất nitơ gần như
bị tách ra hoàn toàn. Hợp chất nitơ gây đầu độc xúc tác trong quá trình chế biến
thứ cấp và thúc đẩy quá trình tạo nhựa khi bảo quản. Tuy nhiên một số hợp chất
nitơ chủ yếu là các amin lại là phụ gia chống oxy hoá dầu nhờn.
™ Các hợp chất cơ kim:
Đây là các dẫn xuất chứa các kim loại Fe, Cu, Co, Ni, Va… chúng tồn tại
trong các phân đoạn nặng và thường chuyển vào phần cặn nặng hoặc gudron
trong quá trình chưng cất.
Các hợp chất cơ kim gây đầu độc xúc tác, thức đẩy quá trình oxy hoá dầu
nhơn ngay khi ở dạng vết. Ngoài ra sản phẩm cháy của chúng gây mài mòn thiết

bị. Trong quá trình sản xuất dầu nhờn các hợp chất cơ kim bị loại bỏ trong công
đoạn làm sạch bằng dung môi chọn lọc.
b/ Thành Phần Của Dầu Nhờn Tổng Hợp:
Dầu nhờn tổng hợp ra đời do sự đòi hỏi phát triển của công nghiệp động cơ
và các loại thiết bị. Chế độ làm việc của các bề mặt ma sát, các chi tiết máy ngày
càng khắc nghiệt và phức tạp hơn. Trong điều kiện đó dầu nhờn gốc khoáng biểu
hiện những đặc điểm không dễ khắc phục như tính ổn định hoá học, tính ổn định
nhiệt không cao, khả năng làm việc ở những nhiệt độ thấp không tốt, không đáp
ứng đòi hỏi bôi trơn tốt trong phạm vi nhiệt độ rộng… Do đó từ những năm 30 của
thế kỷ 20, người ta đã sử dụng một số hợp chất hữu cơ để bôi trơn, đó là dầu nhờn
tổng hợp.
Nhờ tính ưu việt của dầu tổng hợp là có thể làm việc trong phạm vi nhiệt
độ rộng hơn, trơ về mặt hoá học, ít tiêu hao, tiết kiệm năng lượng, không gây độc
hại… mà dầu nhờn tổng hợp được ứng dụng nhiều trong các lãnh vực khác nhau.
Có 4 nhóm chủ yếu của dầu tổng hợp là các hydrocarbon tổng hợp, este
hữu cơ, este phosphat và các polyglycol.

¾ Nhóm hydrocarbon tổng hợp:

Trang 10


LUẬN ÁN CAO HỌC

XỬ LÝ DẦU NHỜN THẢI

NGUYỄN CHÍ ĐỨC

Sản xuất từ các quá trình polymer hoá các olefin, alkyl hoá các parafin
hay clo - parafin bằng benzen, ngưng tụ-khử clo các dẫn xuất clo – parafin .

thường dùng các chất polysobuten, các oligomer của các olefin, các poly
alkylbenzen.
Hydrocarbon tổng hợp được sản xuất từ các nguyên liệu lấy từ dầu thô.
Chúng có giới hạn sôi hẹp, nhiệt độ đông đặc thấp, độ nhờn ít thay đổi theo nhiệt
độ.
¾ Nhóm các este hữu cơ:
Bao gồm các este diacid và este polyol. Các este diacid được điều chế từ
diacid và rượu chứa một nhóm hydroxyl. Đó là các acid adipic, acid azelic, acid
sebasic và các rượu 2 – etyl hexyl, trimetyl hexyl, isodexyl, tridexyl.
O

O

CH2 - OH

R – O – C – (CH2)n – C – O – R

HO – CH2 – C – CH2 - OH
CH2 - OH

Este diacid

Este polyol

Dầu tổng hợp gốc este diacid có nhiệt độ đông đặc thấp (-50 đến -60oC),
độ bền nhiệt cao và khả năng tẩy rửa tốt. Các estepolyol được điều chế từ
polyglycol và monoacid no (thường các acid có từ 5 – 10C) được lấy từ dầu thực
vật. Nhóm dầu gốc este glycol này có nhiệt độ đông đặc từ -30 đến -70oC, chỉ số
độ nhớt từ 120 đến 160, độ bền nhiệt khá cao.
¾ Nhóm este phosphat:

Nhóm này có đặc tính chịu nhiệt cao hơn vài lần so với dầu khoáng và tính
bôi trơn tốt hơn. Nhiệt độ đông đặc từ -5 đến -20oC.
O
(Ar) – R – O – P – O – R – (Ar)
O – R (Ar)
¾ Nhóm polyalkyl glycol:

Trang 11

R – nhóm alkyl
Ar – nhóm thơm


LUẬN ÁN CAO HỌC

XỬ LÝ DẦU NHỜN THẢI

NGUYỄN CHÍ ĐỨC

Đây là những hợp chất polymer được tổng hợp trên cơ sở các monomer,
chất đơn giản nhất là etylen glycol:
HO – CH2 – CH2 – OH
Có hai loại polyalkyl glycol: loại tan và không tan được trong nước.
Các chất polyalkyl glycol là nhóm chất bôi trơn tốt nhất sử dụng tốt ở nhiệt
độ thấp và cũng đảm bảo bôi trơn tốt ở nhiệt độ cao.
Ngoài 4 nhóm trên còn có các hợp chất chứa halogen, các hợp chất hữu cơ
chứa silic như este silicat, silicon và silan, các nhóm amin thơm, dẫn xuất của
cacbamide, các chất dị vòng chứa Nitơ. Bo, Phospho…
c/ Các Loại Phụ Gia Trong Dầu Nhờn:
Phụ gia là những hợp chất hữu cơ, cơ kim, vô cơ và các nguyên tố hoá học

được thêm vào sản phẩm dầu nhờn với hàm lượng khoảng 0.01 – 5%. Một số
trường hợp có thể hàm lượng phụ gia chiếm từ vài phần triệu đến trên 10% khối
lượng. Có thể sử dụng riêng biệt từng phụ gia tuỳ theo mục đích, nhưng thông
thường sử dụng hỗn hợp các phụ gia.
Phụ gia để pha chế dầu bôi trơn phải đáp ứng được yêu cầu : tan trong dầu
gốc, ổn định hoá học, không độc hại, có tính tương hợp và độ bay hơi thấp.
Tác dụng của phụ gia là nâng cao phẩm chất sẵn có của dầu nhờn và tạo ra
những phẩm chất mới cần thiết cho dầu thương phẩm.
Các loại phụ gia khác nhau có thể hỗ trợ nhau nhờ hiệu ứng tương hỗ;
ngược lại cũng có một số phụ gia có hiệu ứng đối kháng nhau, làm giảm tác dụng
của nhau do sự tương tác của chúng tạo ra những sản phẩm phụ không tan hoặc
có ảnh hưởng xấu đến phẩm chất dầu nhờn.
Do vậy, để khắc phục những quá trình xảy ra không mong muốn khi thêm
phụ gia và đồng thời đạt được hiệu quả tối đa, yêu cầu đặt ra là phải khảo sát cụ
thể đối với từng loại dầu cũng như phụ gia và điều chỉnh các yếu tố tương hỗ giữa
chúng.
¾ Phụ gia chống oxy hoá:

Trang 12


XỬ LÝ DẦU NHỜN THẢI

LUẬN ÁN CAO HỌC

NGUYỄN CHÍ ĐỨC

Phụ gia chống oxy hoá là nhóm chất ức chế oxy hoá, bao gồm hai nhóm
sau:
• Phụ gia ức chế oxy hoá ở nhiệt độ thấp dùng cho dầu turbine, dầu biến thế

và dầu công nghiệp… như : ionol, paraoxydiphenylamin, là những dẫn xuất
của phenol, amin thơm…
• Phụ gia ức chế oxy hoá ở nhiệt độ cao dùng cho dầu nhờn động cơ. Đó là
các chất thơm nhiệt (muối của acid hữu cơ) như kẽm
dialkyldithiophosphat, muối của alkyl salixial…
Các loại chất thơm nhiệt dường như là chất thơm quan trọng nhất vì khi
động cơ ngưng làm việc là lúc dầu ngừng tuần hoàn và khi đó chất thơm tẩy rửa
cũng ngừng hoạt động còn chất thơm nhiệt thì ngược lại, sẽ hoạt động mạnh hơn,
nó không cho lớp dầu mỏng trên các chi tiết chưa nguội có khả năng biến thành
sạn.
CH3
CH3

OH

CH3

C

C

CH3

CH3

H
CH3

2,6 – Di – Tert – Butyl – P – Cresol

R

N

R

Phenyl - α - naphtyl amin

¾ Phụ gia chống gỉ bảo vệ bề mặt kim loại:
Các phụ gia này có tác dụng chống lại ảnh hưởng của acid và hơi ẩm ăn
mòn. Phụ gia tẩy rửa có tính kiềm trung hoà acid và cản trở sự tạo thành của các
sản phẩm oxy hoá.
Phụ gia chống gỉ cao có thể phủ lên bề mặt kim loại một màng polimer
bền chống thấm, đó là hợp chất cơ phospho và lưu huỳnh. Lớp màng này có tính
kỵ nước, có tác dụng chống ẩm không cho nước thấm qua.
Với kim loại đen, dùng nhóm acid béo không no, este, muối của sunfoacid,
petrolatum oxy hoá làm phuï gia.

Trang 13


XỬ LÝ DẦU NHỜN THẢI

LUẬN ÁN CAO HỌC

NGUYỄN CHÍ ĐỨC

Tuỳ loại dầu mà ta dùng phụ gia chống gỉ khác nhau. Đối với dầu turbine,
dầu thuỷ lực, dầu tuần hoàn, dùng các acid alkenylsucxinic, alkylthioacetic… và
các dẫn xuất. Đối với dầu bôi trơn động cơ dùng các sulfonat, aminphosphat, este

ete và dẫn xuất của acig dibasic… đối với dầu bánh răng dùng imidazoin. Dầu bảo
quản dùng phụ gia các amin phosphat, sulfonat trung tính hay kiềm.

O
Alkyl sucxinic

R – CH – C – OH
CH2 –C – OH
O

¾ Phụ gia có tính tẩy rửa và khuếch tán:
Nhóm phụ gia này có tác dụng hạn chế sự tạo cặn của sản phẩm oxy hoá
trên bề mặt kim loại.
Phụ gia tẩy rửa thường là các chất hoạt động bề mặt dễ hấp phụ lên bề mặt
kim loại không cho cặn bẩn tích tụ. Là muối của kim loại kiềm thổ với các chất
hữu cơ có mạch thẳng dài có nhóm – OH, C6H4OH, -COOH. Có 3 loại phụ gia
tẩy rửa : trung tính, kiềm yếu và kiềm mạnh tuỳ vào thành phần kim loại.
Phụ gia khuếch tán có tác dụng ngăn cản các sản phẩm oxy hoá, các cặn
cơ học kết dính lại với nhau; phân tán và giữ ở tráng thái lơ lửng một lượng lớn
cặn cơ học. Đây là các dẫn xuất của benzen có mạch nhánh chứa Nitơ.
SO3R

SO3R

Ca

Ca
OH

SO3R

Canxi sunfonat kiềm

Canxi sunfonat trung tính

¾ Phụ gia chống bào mòn và kẹt máy:
Có tác dụng cải thiện tính bôi trơn của dầu nhờn giúp tránh mài mòn máy.
Chúng là các hợp chất cơ lưu huỳnh, cơ halogen, cơ phospho, dẫn xuất của dieste

Trang 14