Tái sinh dầu nhờn thải bằng phương pháp hóa lý, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường

. 1.5. Các tính chất cơ bản của dầu nhờn 1.5.1. Khối lượng riêng và tỷ trọng Khối lượng riêng là khối lượng của một đơn vị thể tích của một chất ở nhiệt độ tiêu chuẩn, đo bằng gam/cm3 hay kg/m3. Tỷ trọng là một tỷ số giữa khối lượng riêng của một chất đã cho ở nhiệt độ quy định và khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ quy định đó. Do vậy tỷ trọng có giá trị đúng bằng khối lượng riêng khi coi trọng lượng của nước ở 40 C bằng 1. Trong thế giới tồn tại các hệ thống đo tỷ trọng như sau: d4 20 , d4 15 , d15,6 15,6. Trong đó các chỉ số trên d là nhiệt độ của dầu hay sản phẩm dầu trong lúc thí nghiệm, còn chỉ số dưới là nhiệt độ của nước khi thử nghiệm. Khối lượng riêng là một tính chất cơ bản và cùng với những tính chất vật lý khác nó có đặc trưng cho từng loại phân đoạn dầu mỏ cũng như dùng để đánh giá phần nào chất lượng của dầu thô. Đối với dầu bôi trơn, khối lượng riêng ít có ý nghĩa để đánh giá chất lượng. Khối lượng riêng của dầu đã qua sử dụng không khác nhau là mấy so với dầu chưa qua sử dụng. Tuy nhiên một giá trị bất thường nào đó của khối lượng riêng cũng có thể giúp ta phán đoán về sự có mặt trong KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG SV: Phan Hải Phong – MT1701 11 dầu một phần nhiên liệu. Sử dụng chủ yếu của khối lượng riêng là dùng để chuyển đổi sang thể tích và ngược lại trong lúc pha trộn, vận chuyển, tồn chứa, cung cấp họăc mua bán dầu nhờn. [4] 1.5.2. Độ nhớt của dầu nhờn Độ nhớt của một số phân đoạn dầu nhờn là một đại lượng vật lý đặc trưng cho trở lực do ma sát nội tại của nó sinh ra khi chuyển động. Do vậy độ nhớt có liên quan đến khả năng bôi trơn của dầu nhờn. Để thực hiện nhiệm vụ bôi trơn, dầu nhờn có độ nhớt phù hợp, bám chắc lên bề mặt kim loại và không bị đẩy ra ngoài có nghĩa là ma sát nội tại nhỏ. Khi độ nhớt quá lớn sẽ làm giảm công xuất máy do tiêu hao nhiều công để thắng trở lực của dầu, khó khởi động máy, nhất là vào mùa đông nhiệt độ môi trường thấp, giảm khả năng làm mát máy, làm sạch máy do dầu lưu thông kém. Khi độ nhớt nhỏ, dầu sẽ không tạo được lớp màng bền vững bảo vệ bề mặt các chi tiết máy nên làm tăng sự ma sát, đưa đến ma sát nửa lỏng nửa khô gây hư hại máy, giảm công xuất, tác dụng làm kín kém, lượng dầu hao hụt nhiều trong quá trình sử dụng. Độ nhớt của dầu nhờn phụ thuộc chủ yếu vào thành phần hóa học. Các hydrocacbon parafin có độ nhớt thấp hơn so với các loại khác. Chiều dài và độ phân nhánh của mạch hydrocacbon càng lớn độ nhớt sẻ tăng lên. Các hydrocacbon thơm và Naphten có độ nhớt cao. Đặc biệt số vòng càng nhiều thì độ nhớt càng lớn. Các hydrocacbon hỗn hợp giữa thơm và Naphten có độ nhớt cao nhất. Độ nhớt của dầu nhờn thường được tính bằng Paozơ (P) hay centipaozơ (cP). Đối với độ nhớt động lực được tính bằng stốc (st) hoặc centi stốc (cSt). 1.5.3. Chỉ số độ nhớt Một đặc tính cơ bản nữa của dầu nhờn đó là sự thay đổi của độ nhớt theo nhiệt độ. Thông thường khi nhiệt độ tăng độ nhớt sẽ giảm. Dầu nhờn được coi là dầu bôi trơn tốt khi độ nhớt của nó ít thay đổi theo nhiệt độ, ta nói rằng dầu đó có chỉ số độ nhớt cao. Ngược lại nếu độ nhớt thay đổi nhiều theo nhiệt độ, có nghĩa là dầu có chỉ số độ nhớt thấp. Chỉ số độ nhớt (VI) là trị số chuyên dùng để đánh giá sự thay đổi độ nhớt của dầu bôi trơn theo nhiệt độ. Quy ước dầu gốc parafin độ nhớt ít thay đổi theo nhiệt độ, VI=100. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG SV: Phan Hải Phong – MT1701 12 Họ dầu gốc naphten có độ nhớt thay đổi nhiều theo nhiệt độ VI = 0. Như vậy chỉ số độ nhớt có tính quy ước. Chỉ số độ nhớt VI được tính như sau: VI = x 100 Trong đó: U: là độ nhớt động học ở 400 C của dầu có chỉ số độ nhớt cần phải tính, mm 2 /s. L: là độ nhớt động học ở 400 C của một dầu có chỉ số độ nhớt bằng 0 và cùng với độ nhớt động học ở 1000 C với dầu cần tính chỉ số độ nhớt, mm 2 /s H: là độ nhớt động học đo ở 400 C của một loại dầu có chỉ số độ nhớt bằng 100 và cùng với độ nhớt động học ở 1000 C với dầu mà ta cần đo chỉ số độ nhớt, mm2 /s. Ta thấy rằng: Nếu U-L > 0 thì VI sẽ là số âm, dầu này có tính nhiệt kém. Nếu L > U > H thì VI trong khoảng 0 đến 100. Nếu H-U > 0 thì VI > 100, dầu này có tính nhiệt rất tốt. Hình 1.1: Sự thay đổi độ nhớt của dầu bôi trơn theo nhiệt độ, lý giải về trị số độ nhớt (VI) KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG SV: Phan Hải Phong – MT1701 13 Bảng 1.1: Những giá trị L-H ứng với độ nhớt động học ở 100oC Độ nhớt động học ở 1000C mm2/s Giá trị L Giá trị H 2,0 7,994 6,394 2,1 8,64 6,894 5,0 40,23 28,49 5,1 41,99 29,49 15,0 296,5 149,7 15,1 300,0 151,2 20,0 493,2 229,5 20,2 501,5 233 70,0 490,5 1,558 Nếu độ nhờn động học ở 1000 C lớn hơn 70 mm2/s thì giá trị L-H được tính như sau: L=0,8353Y 2 + 14,57Y - 216 H=0,1684Y 2 +11,85Y - 97 Trong đó: Y: là độ nhớt động học ở 1000 C của dầu cần tính chỉ số độ nhớt mm 2/s. Dựa vào chỉ số độ nhớt, người ta phân dầu nhờn gốc thành các loại như sau: - Dầu gốc có chỉ số độ nhớt cao (HVI). - Dầu gốc có chỉ số độ nhớt trung bình (MVI). - Dầu gốc có chỉ số độ nhớt thấp (LVI). Hiện nay cũng chưa có quy định rõ ràng về chỉ số độ nhớt của các loại dầu gốc nói trên. Trong thực tế chấp nhận là chỉ số độ nhớt (VI) của dầu nhờn cao hơn 85 thì được gọi là dầu có chỉ số độ nhớt cao. Nếu chỉ số độ nhớt thấp hơn 30 thì dầu đó xếp vào loại dầu có chỉ số độ nhớt thấp, còn dầu (MVI) nằm giữa hai giữa hai giới hạn đó thì có chỉ số độ nhớt trung bình. Nhưng trong chế biến dầu, từ công nghệ hydro cracking có thể tạo ra dầu gốc có chỉ số độ nhớt KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG SV: Phan Hải Phong – MT1701 14 cao (> 140). Các loại dầu này được xếp vào loại có chỉ số độ nhớt cao (HVI) hay siêu cao (XHVI). Dầu (LVI) được sản xuất từ họ dầu mỏ Naphten. Nó được cracking khi mà chỉ số ổn định oxy hoá không phải là chỉ tiêu chính được chú trọng nhiều. Dầu gốc (MVI) được sản xuất từ dầu chưng cất Naphten – Parafin, nhưng không cần tách chiết sâu. Còn dầu gốc (HVI) thường được sản xuất từ họ dầu Parafin qua tách chiết sâu bằng dung môi chọn lọc và tách sáp. 1.5.4. Điểm đông đặc, màu sắc Điểm đông đặc là nhiệt độ thấp nhất mà ở đó dầu bôi trơn không giữ được tính linh động và bị đông đặc, ở nhiệt độ nhất định nào đó sẽ đông lại và làm cho động cơ khó khởi động. Khi sản phẩm đem làm lạnh trong những điều kiện nhiệt độ nhất định, nó bắt đầu vẩn đục do một số cấu tử bắt đầu kết tinh. Màu sắc là một tính chất có ý nghĩa đối với dầu nhờn. Dầu có thể có nhiều màu sắc khác nhau như: vàng nhạt, vàng thẫm, đỏ. Trong một số trường hợp màu sắc được coi là dấu hiệu để nhận biết sự nhiễm bẩn hoặc oxy hóa sản phẩm, nếu bảo quản dầu không tốt gây ra sự chuyển màu sắc nâu, đen và nó biểu thị chất lượng đã giảm sút. Hầu hết dầu nhờn đều chứa một số lượng sáp không tan và khi dầu được làm lạnh, những sáp này bắt đầu tách ra ở dạng tinh thể đan xen với nhau tạo thành cấu trúc cứng, giữ dầu ở trong các túi rất nhỏ của các cấu trúc đó, khi cấu trúc tinh thể của sáp này tạo thành đầy đủ thì dầu không luân chuyển được nữa. Để giảm nhiệt độ đông đặc của dầu người ta dùng phụ gia hạ nhiệt độ đông đặc. Yêu cầu dầu nhờn có nhiệt độ đông đặc và điểm đục không thấp hơn giới hạn cho phép, chỉ tiêu và chất lượng này đặc biệt quan trọng đối với loại dầu sử dụng ở vùng giá rét. Ở nước ta yêu cầu nhiệt độ đông đặc của dầu không quá - 9 o C. 1.5.5. Nhiệt độ chớp cháy của dầu nhờn Đặc trưng cho khả năng an toàn cháy nổ của dầu nhờn là nhiệt độ bắt cháy và chớp cháy. Nhiệt độ bắt cháy là nhiệt độ thấp nhất mà tại đó hơi dầu thoát ra trên bề mặt dầu, khi có mồi lửa lại gần thì bắt cháy. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG SV: Phan Hải Phong – MT1701 15 Nhiệt độ chớp cháy là nhiệt độ thấp nhất mà tại đó lượng hơi thoát ra trên bề mặt dầu có thể bắt cháy, khi mồi lửa lại gần và cháy ít nhất trong thời gian 5 giây. Nhiệt độ bắt cháy và chớp cháy của một số loại dầu bôi trơn thường khác nhau từ 5÷600 C, tuỳ thuộc độ nhớt của dầu, độ nhớt càng cao thì độ cách biệt càng lớn. Việc nghiên cứu và hiểu biết về nhiệt độ chớp cháy và bắt lửa có ý nghĩa quan trọng việc đánh giá phẩm chất dầu nhờn. Nhiệt độ chớp cháy và bắt cháy thấp là đặc trưng cho tính an toàn của dầu nhờn. 1.5.6. Trị số axit, trị số kiềm, axit-kiềm tan trong nước Trị số axit chính là trị số trung hoà và được dùng để xác định độ axit và độ kiềm của dầu bôi trơn. Trị số trung hoà là tên gọi chung cho trị số axit tổng (TAN)và trị số kiềm tổng (TBN). Trong dầu nhờn gốc đã qua chế biến vẫn chứa một lượng nhỏ axit như axit naphtenic, axit oxy cacbonxilic sau một thời gian dài sử dụng, hàm lượng các hợp chất này tăng lên do tác dụng oxy hoá của không khí đối với các hợp chất dễ phản ứng trong dầu. Ngoài ra cũng có thể có một lượng nhỏ axit hữu cơ nhiễm vào dầu nhờn từ các hợp chất chứa lưu huỳnh, tổng nhiên liệu điezen hoặc phụ gia chứa clo pha vào xăng. Tính axit còn do một số loại phụ gia mang tính axit pha vào dầu. Trị số axít tổng (TAN) là chỉ tiêu đánh giá tính axit của dầu, đặc trưng bởi số mg KOH cần thiết để trung hoà toàn bộ lượng axit có trong một (g) dầu. Trị số tan trong nước biểu hiện sự có mặt của axit vô cơ, được phát hiện định tính theo sự đổi màu của chất chỉ thị đối với lớp nước tách khỏi dầu nhờn khi làm kiểm nghiệm. Quy đinh tuyệt đối không được có axit vô cơ trong dầu. Trị số kiềm tổng (TBN) là lượng axit tính chuyển số mg KOH tương ứng, cần thiết để trung hoà lượng kiềm có 1g mẫu. Tính kiềm trong dầu tạo ra bởi các phụ gia có tính tẩy rửa, phụ gia phân tán, đó là những hợp chất cơ kim như phenollat, sunfonat, Tính kiềm là chỉ tiêu cần thiết để tiên đoán chất lượng KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG SV: Phan Hải Phong – MT1701 16 dầu mỏ, nhằm bảo đảm trung hoà các hợp chất axit tạo thành trong quá trình sử dụng, chống hiện tượng gỉ sét trên bề mặt các chi tiết kim loại. Ngoài ra trị số kiềm tổng còn dùng để đánh gía khả năng tẩy rửa của dầu, giữ cho bề mặt kim loại không bị cặn bẩn, tránh mài mòn. 1.5.7. Hàm lượng tro và tro sunfat trong dầu bôi trơn Tro là phần còn lại sau khi đốt cháy được tính bằng (%) khối lượng các thành phần không thể cháy được nó sinh ra từ phụ gia chứa kim loại, từ chất bẩn và mạt kim loại bị mài mòn. Hàm lượng tro có thể định nghĩa là lượng cặn không cháy hay các khoáng chất còn lại sau khi đốt cháy dầu. Tro sunfat là phần cặn còn lại sau khi than hoá mẫu, sau đó phần cặn được xử lý bằng H2SO4 và nung nóng đến khối lượng không đổi. Độ tro của dầu gốc nói lên mức độ sạch của dầu, thông thường trong dầu gốc không tro. Đối với dầu thương phẩm không phụ gia hoặc có phụ gia không tro, một lượng nhỏ tro được xác định thấy sẽ phải xem xét lại chất lượng dầu. 1.5.8. Hàm lượng cặn cacbon của dầu nhờn Cặn cacbon là lượng cặn còn lại sau khi cho bay hơi và nhiệt phân dầu nhờn trong những điều kiện nhất định cặn không chỉ chứa hoàn toàn cacbon của dầu. Cặn cacbon của dầu bôi trơn là lượng cặn còn lại, được tính bằng phần trăm trọng lượng sau khi dầu trải qua quá trình bay hơi, crackinh và cốc hoá trong những điều kiện nhất định. Các loại dầu khoáng thu được từ bất kì loại dầu thô nào đều có lượng cặn tăng theo độ nhớt cuả chúng. Các loại dầu cất luôn có lượng cặn các bon nhỏ hơn các loại dầu cặn có cùng độ nhớt. Các loại dầu parafin thường có hàm lượng cặn cacbon thấp hơn các loại dầu naphten. Có thể coi trong một chừng mực nào đó, cặn cacbon đặc trưng cho xu hướng tạo muội của dầu nhờn trong động cơ đốt trong. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG SV: Phan Hải Phong – MT1701 17 1.5.9. Độ ổn định oxyhoá của dầu bôi trơn Độ ổn định của dầu bôi trơn biểu hiện khả năng của dầu chống lại những tác động bên ngoài làm thay đổi chất lượng của dầu. Dầu có ổn định cao khi thành phần hoá học và tính chất của nó ít thay đổi. Thực tế nếu nhiệt độ không vượt quá 30 - 400 C thì có thể bảo quản dầu từ 5 - 10 năm mà chất lượng của dầu khôg thay đổi. Sự thay đổi xảy ra trong điều kiện sử dụng ở động cơ. Dưới tác động của không khí, ở nhiệt độ cao 200 - 3000 C có tác dụng xúc tác kim loại, những thành phần kém ổn định của dầu sẽ tương tác với oxy tạo nên những sản phẩm khác nhau và tích luỹ trong dầu, làm giảm chất lượng của dầu như tăng trị số axit tổng (TAN) làm tăng hàm lượng nhựa, tạo nhiều chất nhựa bám ở buồng cháy. Sự thay đổi thành phần sẽ làm thay đổi độ nhớt và làm giảm chỉ số độ nhớt của dầu. 1.6. Tính năng sử dụng dầu nhờn Đây là hề thống chỉ tiêu thứ hai (sau khi phân tích đánh giá các tính chất hóa lý của dầu) được xem xét và đánh giá với dầu bôi trơn. Bởi thử nhiệm trong điều kiện thực tế là biện pháp tốt nhất để đánh giá tính năng của dầu, song lại phải đòi hỏi thời gian và rất tốn kém. Do đó các phép thử nhanh và ít tốn hơn là tiến hành trong phòng thí nghiệm. Các phương pháp này tồn tại được là chúng chỉ ra mối tương quan giữa kết quả thu được trong phòng thí nghiệm với thử nghiệm thực tế. Do đó chúng cho thấy trước mức độ đáng tin cậy về một số tính năng của dầu trong quá trình sử dụng. 1.6.1. Tính làm giảm ma sát Đặc trưng cho ma sát nội của dầu nhờn là độ nhớt, yêu cầu cơ bản đối với dầu nhờn. Dầu nhờn phải có độ nhớt phù hợp với mục đích sử dụng. Nếu sử dụng dầu nhờn có độ nhớt không thích hợp sẽ gây nên những tác hại sau: + Nếu độ nhớt quá lớn: -Trở lực do ma sát nội tăng, động cơ phải tiêu tốn năng lượng lớn để duy trì hoạt động bình thường là cho công suất động cơ giảm. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG SV: Phan Hải Phong – MT1701 18 - Độ nhớt cao làm cho động cơ khởi động khó khăn, dầu khó lưu thông vào bề mặt ma sát và khó phủ kín bề mặt ma sát tương tự hiện tượng ma sát bán khô, gây mài mòn nhanh chóng. - Dầu có độ nhớt lớn lưu chuyển trong đường ống khó khăn dẫn đến khả năng làm mát kém. + Nếu độ nhớt quá nhỏ: - Dầu có độ nhớt quá nhỏ dễ bị đẩy ra khỏi bề mặt ma sat do không chịu được tải trọng, dẫn đến ma sát giới hạn, gây mài mòn. - Độ nhớt quá nhỏ làm cho khả năng bám dính kém, không có khả năng che kín. Đặc biệt với những bề mặt ma sát đã bị mài mòn dầu không lấp đầy được các khe hở dẫn đến rò rỉ khí cháy, nhiên liệu. 1.6.2. Tính chống gỉ và ăn mòn Dầu động cơ phải có một số khả năng sau: - Ngăn ngừa hiện tượng gỉ và ăn mòn, do nước ngưng tụ và các sản phẩm cháy ở nhiệt độ thấp cũng như chế độ hoạt động không liên tục gây ra. - Chống lại sự ăn mòn do các sản phẩm axit trong quá trình cháy gây ra. - Bảo về ổ đỡ hợp kim đồng – chì khỏi sự ăn mòn do các sản phẩm oxy hóa dầu gây ra. Như vậy dầu động cơ phải được pha chế đảm bào tốt mọi tính năng chống ăn mòn. Đặc biệt đối với dầu động cơ cho động cơ xăng, khả năng chống ăn mòn và chống rỉ do nước ngưng tụ và các sản phẩm không cháy được trong nhiên liệu gây ra hết sức quan trọng. Còn dầu cho động cơ diezen phải có khả năng chống lại sự ăn mòn các ổ đỡ hợp kim do các axit và các sản phẩm cháy gây ra, trong trường hợp này chức năng chống ăn mòn gắn liền với độ kiềm của phụ gia tẩy rửa. 1.6.3. Tính lưu động Dầu trong động cơ hoạt động trong môi trường nhiệt độ thấp phải có khả năng lưu động để có thể dễ dàng di chuyển từ thùng chứa sang cacte động cơ và chảy ngay vào bơm dầu khi động cơ khởi động. Trong trường hợp này, nhiệt độ đông đặc của dầu không phải là chỉ tiêu tin cậy cho biết dầu có vào bơm dầu KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG SV: Phan Hải Phong – MT1701 19 được hay không mà dầu cần phải được thử nghiệm trực tiếp trên các thiết bị mô phỏng sự khởi động nguội và thiết bị thử nhiệt độ giới hạn của bơm. 1.6.4. Tính ổn định chống oxy hóa Tính chất này rất đáng lưu ý vì các sản phẩm oxy hóa dầu động cơ sẽ sinh ra cặn tăng cường ăn mòn các ổ đỡ kim loại, làm tăng độ nhớt. Đặc biệt là trong điều kiện làm việc của động cơ dầu rất dễ bị oxy hóa do nhiệt độ cao, không khí thường xuyên khuấy trộn dầu trong cacte, thời gian thay dầu lâu, lượng dầu ít và công suất động cơ lớn cho lên khả năng chống oxy hóa của dầu nhờn được tăng cường bằng cách cho thêm vào dầu các loại phụ gia chống oxy hóa. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG SV: Phan Hải Phong – MT1701 20 CHƢƠNG 2: HIỆN TRẠNG, TÁC HẠI CỦA DẦU NHỚT THẢI VỚI MÔI TRƢỜNG VÀ CON NGƢỜI VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP TÁI SINH DẦU NHỜN THẢI 2.1. Hiện trạng dầu nhớt thải tại Việt Nam Cùng với sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa nước nhà, hàng năm nước ta đưa vào sử dụng hàng triệu động cơ, phương tiện giao thông, thiết bị biến thế, máy công nghiệp, Hàng loạt nhà máy, khu công nghiệp, phân xưởng công nghệ ứng dụng các các quy trình kỹ thuật trong đó có sử dụng một lượng rất lớn dầu nhớt. Dầu nhớt được sử dụng rộng rãi và đa dạng trong rất nhiều động cơ. Hàng năm lượng dầu nhớt sử dụng cho các thiết bị máy móc không ngừng tăng lên và lẽ dĩ nhiên kéo theo một lượng rất lớn dầu nhớt thải. Bộ Công an cho biết, tính đến 30/10/2011 cả nước đã đăng ký 1.868.455 ôtô và 33.754.353 ô tô, xe máy. Theo ước tính của Bộ Thủy sản và các Chi cục Bảo vệ Nguồn lợi thủy sản trong cả nước, tính đến 5/2011, tổng số tàu thuyền của Việt Nam khoảng trên 100.000 chiếc. Riêng trên địa bàn thành phố Đà Nẵng theo thống kê Sở thủy sản hiện có khoảng trên 2000 tàu thuyền với công suất từ trên 90 đến dưới 20 sức ngựa. Riêng trong năm 2011, 23 đơn vị thuộc tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN) đã bán hơn 500.000 lít dầu biến thế (dầu cách điện) có chứa chất PCBs nguy hại ra ngoài thị trường để tái sử dụng. Nếu tính trung bình mỗi năm một động cơ sử dụng khoảng (5-10)l. dầu nhớt thì với một số lượng lớn phương tiện tham gia giao thông như hiện nay (chưa tính đến một số lượng không nhỏ các loại dầu nhớt dùng trong công nghiệp, máy thủy lực, máy biến thế, tuabin,), chúng ta có thể dễ dàng tưởng tượng ra tầm quan trọng của việc sử dụng hợp lý và tiết kiệm dầu nhớt đến mức như thế nào. Một trong những nguồn bổ sung dầu nhớt đáng kể và đem lại hiệu quả kinh tế cao chính là việc tái sinh và đưa vào sử dụng lại một lượng lớn dầu nhớt thải. Tái sinh dầu nhớt thải là một lĩnh vực đem lại hiệu quả kinh tế rất lớn cũng như góp phần đáng kể vào việc bảo vệ môi trường. Theo tính toán, nếu được tái KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG SV: Phan Hải Phong – MT1701 21 sinh và sử dụng một cách hợp lý, mức giá của dầu tái sinh có thể thấp hơn từ 40% đến 70% so với giá trị của dầu nhớt mới trong khi chỉ tiêu chất lượng gần như là tương đương. Nhớt thải được xếp vào loại chất thải nguy hại, khó phân hủy và cần phải được thu gom và tái chế, trong một số trường hợp đặc biệt cần phải tiêu hủy. Tuy nhiên ở Việt Nam hiện nay, Nhà nước chưa có các quy định về tái chế và sử dụng nhớt thải. Phần lớn lượng nhớt thải hiện nay được thu gom và bán cho các cơ sở sản xuất dùng làm chất đốt thay thế dầu đốt. Một phần lượng nhớt thải hiện nay được lén lút đổ ra môi trường làm ô nhiễm nguồn nước và đất. Một phần không nhỏ được các cơ sở tư nhân thu gom và tái chế chui bằng các công nghệ độc hại, ô nhiễm môi trường. Một số lượng nhỏ được thu gom và sơ chế tại các công ty môi trường. Điều đáng báo động hiện nay là một lượng không nhỏ nhớt thải được tái chế và đưa vào sử dụng bởi các cơ sở tư nhân (đặc biệt là nhớt động cơ ô tô, xe máy). Các loại nhớt tái chế này hầu như không được kiểm định bất kỳ chỉ tiêu chất lượng nào. Do sử dụng quy trình tái chế lạc hậu và độc hại nên các loại nhớt tái chế này không đảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng và tất nhiên sẽ gây ra những tác hại lâu dài không mong muốn cho động cơ sử dụng cũng như cho môi trường và sức khỏe cộng đồng. 2.2. Tác hại của dầu nhớt thải với môi trƣờng và con ngƣời 2.2.1. Tác hại với môi trường Hiện dầu nhớt thải là chất nguy hại theo quy định tại Thông tư 12/2011/TT-BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi trường với khả năng gây ô nhiễm rất lớn đối với môi trường tự nhiên. Cụ thể như sau: * Môi trường đất - Làm tăng thành phần kim loại nặng có trong đất. Gây ô nhiễm đất mặt, làm thay đổi hệ vi sinh vật ở lớp đất này. - Cùng với thời gian, dầu nhờn thải sẽ ngấm xuống đất, hòa lẫn vào các mạch nước ngầm và trở nên vô cùng nguy hiểm đối với đời sống của con người. - Các chất độc hại từ dầu nhờn 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 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG SV: Phan Hải Phong – MT1701 22 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. * Môi trường nước - Làm cho nước bị nhiễm kim loại nặng. - Giảm chất lượng nước, ô nhiễm nước. - Dầu nổi trên mặt nước và không tan trong nước. Cho nên nó lan tỏa hết khả năng mà nó có thể lan tràn ra có khi cả một diện tích lớn mặt nước. Dầu nổi lên như thế này làm giảm sự quang hợp của các thực vật dưới nước. Điều này dẫn đến các chuỗi thức ăn trong tự nhiên không được hình thành làm cho các sinh vật bị chết dần đi. * Môi trường không khí Trong dầu có một số thành phần khác gây nên ô nhiễm nhưng có một thành phần góp mặt trong danh sách những chất độc hại là ô nhiễm nhất có lẽ phải kể đến hidrocacbon chỉ chiếm thành phần nhỏ, lưu huỳnh, nitơNhững chất này khi gặp điều kiện lí tưởng như ánh sáng, nhiệt độ sẽ làm cho chúng bốc hơi lên và gây ô nhiễm trầm trọng cho không khí. 2.2.2. Tác hại với con người. Dầu mỡ công nghiệp được sản xuất từ dầu thô. Thành phần của nó khoảng 90% dầu nặng, đó là tổ hợp các chất hydrocarbon thuộc nhóm parafin từ đầu mỏ. Phần còn lại là phụ gia với khoảng 20 loại phụ gia khác nhau. Trong thành phần có cấu trúc đa vòng. Càng chứa nhiều chất đa vòng, dầu nhớt càng được đánh giá cao về chất lượng . Thế nhưng đối với sức khỏe của con người , chất có chứa cacbon được coi là chất có thể gây ra ung thư. Ngoài ra, trong thành phần của dầu nhớt có rất nhiều chất khác gây ảnh hưởng cho sức khỏe như là các dung môi bay hơi lên sẽ gây độc nếu hít phải, đặc biệt là trẻ sơ sinh có sức đề kháng kém. Các chất độc hại có thể xâm nhập qua da, hệ tiêu hóa, và nhanh nhất là qua đường hô hấp, khi vào cơ thể ảnh hưởng đến thần kinh, máu, gan, KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG SV: Phan Hải Phong – MT1701 23 Trong thành phần của dầu mỡ công nghiệp có chứa nhiều chất gây độc khác như các hợp chất có vòng thơm benzene, ethylbenzene, toluene, xylene, Ngoài ra, còn chứa các chất ảnh hưởng đến hệ thần kinh gây đau đầu, chóng mặt, nôn mửa, bất tỉnh thậm chí bị tử vong. Những người tiếp xúc thường xuyên với dầu mỡ công nghiệp, xăng, dầu có khả năng mắc các bệnh về đường hô hấp như mũi, họng, khí quản, phổi Thậm chí có thể gây ung thư, tử vong. 2.3. Bản chất của tái sinh dầu nhờn thải Dầu nhờn (dầu bôi trơn) được sản xuất từ phần có độ nhớt cao của dầu thô. Quy trình chế biến nó rất phức tạp. Sản phẩm của những phân đoạn chưng cất chân không có nhiệt độ sôi >350oC qua các quá trình làm sạch sẽ cho dầu gốc. Từ dầu gốc pha chế thêm các phụ gia khác nhau ta được dầu bôi trơn thành phẩm. Dầu bôi trơn dùng để ngăn cách 2 bề mặt tiếp xúc, có tác dụng giảm ma sát, giảm mài mòn và ăn mòn. Do vậy dầu bôi trơn phải có tính chất nhớt nhiệt, tính chất làm nhờn, khả năng tẩy rửa và chống ăn mòn. Các tính chất này được đặc trưng bằng những chỉ tiêu phẩm chất sau: độ nhớt, chỉ số độ nhớt, nhiệt độ bắt cháy, trị số axit–kiềm, ăn mòn, hàm lượng chất hoá học[5] Trong quá trình sử dụng các chi tiêu phẩm chất của dầu nhờn bị giảm dần. Sau một thời gian sử dụng nhất định (tuỳ thuộc vào mục đính sử dụng), chất lượng của dầu giảm sút nghiêm trọng khiến cho nó không thể tiếp tục làm việc được, cần thay thế dầu mới, dầu thay ra được gọi là dầu phế thải. Dầu phế thải gây ô nhiểm môi trường bởi lẻ trong nó chứa rất nhiều chất bẩn độc hại. Đó là nhiên liệu đốt cháy chưa hết và các sản phẩm oxy hoá dầu sinh ra trong quá trình động cơ làm việc và thu hồi Tất cả chúng bị “treo” lơ lửng trong dầu tạo ra axit, nhựa, cặn bùn khiến cho độ nhớt thay đổi mạnh, nhiệt độ bắt cháy hạ thấp, trị số axit, hàm lượng chất cơ học, hàm lượng nước tăng cao. Tái sinh dầu nhờn thải thực chất là quá trình tách hết những chất bẩn ra khỏi dầu thải, phục hồi lại những tính chất ban đầu. Có nhiều cách để tái chế dầu thải. Đặc tính và mức độ biến chất của dầu thải sẽ quyết định phương pháp tái sinh nó. Vì vậy khi tiến hành tái sinh dầu nhờn thải cặn căn cứ vào loại, mức độ, KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG SV: Phan Hải Phong – MT1701 24 tính chất làm bẩn của dầu cũng như công dụng sau này của dầu tái sinh mà lựa chọn phương pháp tái sinh cho phù hợp, có hiệu quả. 2.4. Các phƣơng pháp tái sinh dầu nhờn thải chủ yếu Các phương pháp vật lý chỉ tái sinh được những dầu thải có mức độ biến chất chưa sâu. Đối với những dầu thải biến chất sâu, đặc biệt dầu động cơ có phụ gia tẩy rửa (dầu thải không lọc) thì các phương pháp này không sử dụng được. Để tái sinh những dầu thải này cần phải dung phương pháp lý hoá, phương pháp hoá học hay tổ hợp nhiều phương pháp khác nhau. 2.4.1. Đông tụ Đông tụ là phương pháp chủ yếu tăng cường tính chất cho những dầu thải không lọc. Bản chất của dòng tụ là tập hợp những hạt keo, tạo ra những chất kết tủa lắng xuống. Có thể gây đông tụ bằng các tác động cơ học, bằng nhiệt, bằng dòng điện, bằng chất đông thụ. Chất đông tụ có thể là chất điện ly, chất hoạt động bề mặt hoặc chế phẩm tẩy rửa tổng hợp. H2SO4, Na2CO3, Na2SiO3, Na3PO4 là những chất đông tụ điện ly điển hình. Chất đông thụ bề mặt có 2 loại: không ion và ion. Tốt hơn cả là những chất điện ly hoạt động bề mặt anion gốc sunfonat mà phổ biến nhất là sunfonol RSO3Na trong đó R là gốc 12 – 18 oC. Chất đông tụ có khả năng làm mất điện tích của các hạt keo làm cho chúng ngừng xô đẩy nhau và dính lại với nhau tạo ra những hạt lớn lắng xuống đáy. Qua nghiên cứu người ta đã xác định được rằng dùng chất hoạt động bề mặt ion để đông tụ các tạp chất phân tán mịn trong dầu thải không lọc là có hiệu quả nhất. 2.4.2. Hấp phụ Hấp phụ là quá trình tập trung các chất bẩn trên bề mặt chất hấp phụ. Chất hấp phụ có khả năng giữ trên bề mặt của mình một lượng lớn các chất tái sinh, axit, este và các sản phẩm oxy hoá khác trong dầu nhờn thải. Hiệu quả hấp phụ phụ thuộc chủ yếu và bản chất và trị số bề mặt chất hấp phụ. Đặc tính của những chất hấp phụ cũng có ý nghĩa quan trọng không kém. Ví dụ: silicagel hấp phụ tốt nhựa, còn oxit nhôm lại hấp phụ tốt axit hữu cơ phân tử thấp. Để tăng khả năng KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG SV: Phan Hải Phong – MT1701 25 hấp phụ của chất hấp phụ phải tạo hoá nó. Trong tái sinh dầu nhờn thải người ta dùng chất hấp phụ phổ biến nhất là sét tẩy màu rồi đến siliscagel , oxit nhôm Về nguyên tắc chất hấp phụ càng nghiền nhỏ thì bề mặt hấp phụ và khả năng hấp phụ của nó càng lớn song lại gây trở ngại lớn cho quá trình lọc sau hấp thụ. 2.4.3. Làm sạch bằng axit sunfuric Làm sạch bằng axit sunfuric là một phương phấp hoá học đồng thời cũng là một phương pháp lý hoá bởi lẽ axit sunfuric ngoài tác dụng làm sạch các chất có hại nó còn là dung môi rất tốt cho nhiều hợp chất và là một chất đông tụ rất tốt cho dầu. Tất cả các chất bẩn được tách ra khỏi dầu thái cùng với grudon axit (cặn nhớt nặng do phần lớn tái sinh hoà tan trong axit cùng với cacbon và cacoit axit - những sản phẩm của quá trình oxy hoá dầu). [6] Trong tái sinh dầu thải bằng axit, tốc độ và tính hoàn toàn của sự lắng đọng các nhựa axit có ý nghĩa rất quan trọng. Để tăng nhanh sự lắng đọng tốt nhất của gudron axit là thuỷ tinh lỏng, sét tẩy màu. Dầu sau khi làm sạch bằng axit cần phải được trung hoà và tách những chất có hại vì trong dầu có chứa axit sunfonic (sản phẩm phản ứng giữa axit sunfuric với dầu). 2.4.4. Làm sạch bằng chất kiềm Những chất kiềm được dùng để làm sạch dầu thải phổ biến nhất là Na2SO3, NaOH hoặc Na3PO4. Kiềm có tác dụng với axit hữu cơ (sản phẩm của sự oxi hoá dầu) tạo ra xà phòng. Vì vậy để lắng và rửa dầu sau khi làm sạch bằng kiềm là việc bắt buộc. Trong quá trình sử lý dầu thải bằng kiềm có thể xảy ra sự thuỷ phân xà phòng được tạo ra và tạo nhũ gây trở ngại cho quá trình làm sạch. Nồng độ kiềm và nhiệt độ xử lý ảnh hưởng đối lập đến 2 hiện tượng này. Vì vậy cần phải chọn điều kiện xử lý sao cho hạn chế được hai quá trình có hại trên. 2.5. Các phát minh mới trong lĩnh vực tái sinh dầu thải Theo một sang chế ở Úc dầu thải được tái sinh bằng phương pháp đông tụ bởi tổ hợp của dung môi có chứa nhóm cacbonyl (C=O) với dung dịch chất điện ly. Đặc điểm nổi bật của sáng chế này là nước không cần tách ra khỏi dầu trước KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG SV: Phan Hải Phong – MT1701 26 khi xử lý vì nước là thành phần thiết yếu trong quá trình đông tụ. Song việc tổng hợp các dung môi loại này là phức tạp và tốn kém. Ở Đức có một phương pháp tái sinh dễ thực hiện hơn. Theo phương pháp này người ta xử lý sơ bộ dầu phế thải bằng dung dịch hỗn hợp của Na2CO3 hoặc K2CO3 với Na2SO4 hoặc K2SO4 sau đó xử lý tiếp bằng phương pháp quen biết như làm sạch bằng H2SO4, bằng dung môi hay bằng hydro. Phương pháp này cho ta dầu thải tái sinh khá sạch, phụ gia dễ kiếm song quá trình công nghệ cồng kềnh phức tạp. Bên cạnh những sang chế mới được đề xuất này, ở mỗi nước có phương pháp tái sinh riêng phù hợp với điều kiện thực tế của đất nước mình, như: Ở Ba Lan chủ yếu tái sinh dầu động cơ bằng phương pháp tái sinh như sau: dầu thải được khử nước, được xử lý bằng axit rồi bằng kiềm và cuối cùng được tẩy màu bằng đất sét rồi lọc ép. Có chưng cất trước hoặc sau xử lý. Ở Pháp người ta dùng propan lỏng để khử cặn bằng cách chiết rồi xử lý tiếp bằng axit, bằng đất sét rồi chưng cất chân không. Ngoài ra người ta còn dùng chất đông tụ. Phương pháp tái sinh dầu ở Ý tiến bộ hơn Pháp. Ở đây cũng dùng propan lỏng để tách chiết 2 lần nhưng việc xử lý tiếp dầu khử cặn được thực hiện bằng hydro và cuối cùng là chưng cất chân không. Phương pháp này cho hiệu quả cao nhưng chi phí rất lớn. Mỹ sử dụng phổ biến là phương pháp Berc. Làm kết tủa cặn bẩn bằng hỗn hợp rượu chuyên dụng trộn với dầu thải đã được tách nước sau đó cho ra những sản phẩm khác nhau. Phương pháp này chi phí đắt, thiết bị khó vận hành. Phương pháp tái sinh được coi là hiện đại nhất hiện nay là phương pháp Recyclon của Hà Lan. Theo phương pháp này, người ta phun các hoá chất chuyên dụng vào dầu thải đã khử nước, sau đó chưng cất phân tử ở chân không cao. Cặn thải được đốt thành tro chống ô nhiễm môi trường. Phương pháp này tạo ra dầu gốc hoàn hảo nhưng rất đắt đỏ. Công nghệ tái sinh của Canada cũng dựa trên cơ sở công nghệ này. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG SV: Phan Hải Phong – MT1701 27 Ở Nga tái sinh dầu thải bằng cách làm sạch bằng hydro rồi thêm phụ gia để được dầu thành phẩm. Cặn dầu được làm chất đốt với nhiên liệu. Nhìn chung, các dây chuyền công nghệ mới gồm 2 công đoạn chính: chưng cất dầu thải để khử nước và cacbuahydro nhẹ, sau đó làm làm sạch những phần đã cất bằng hydro. Trong dây chuyền tái sinh mới tẩy rửa bằng hydro là giai đoạn quyết định, nó thực hiện lần lượt trong thiêt bị phản ứng bảo vệ rồi trong thiết bị phản ứng bảo vệ rồi trong thiết bị phản ứng chính cho sự tẩy rửa bằng hydro. 2.6. Tình hình tái sinh dầu thải ở Việt Nam Việc tái sinh dầu thải ở Việt Nam chủ yếu do tổng công ty xăng dầu đảm nhiệm bằng phương pháp axit với công nghệ lạc hậu. Do vậy hiệu quả tái sinh thấp và gây ô nhiễm môi trường rất nghiêm trọng, đặc biệt chưa có biện pháp xử lý cặn axit sau khi tái sinh. Mặt khác do quy chế thu mua dầu thải chưa hợp lý mà lượng dầu thải thu gom được cho tái sinh là không đáng kể so với lượng dầu đã đưa vào sử dụng. Hàng năm ngành xăng dầu tái sinh được từ 1000 - 1500 tấn dầu thải, một con số rất ít ỏi. Để bảo vệ môi trường, tiết kiệm nguồn nguyên liệu, tiết kiệm ngoại tệ cần phải đẩy mạnh công tác tái sinh. Muốn vậy theo các nhà khoa học phải tổ chức thu gom tốt toàn bộ lượng dầu thải và cần có một phương pháp tái sinh mới sao cho vừa có hiệu quả, ít ô nhiễm môi trường vừa dễ thực hiện trong điều kiện hiện tại của nước nhà. 2.7. Tái sinh dầu thải bằng phƣơng pháp hóa lý Như phần trên đã chỉ rõ, nguồn gốc và đặt tính của dầu thải sẽ quyết định chủ yếu phương pháp tái sinh nó và do đó ảnh hưởng nhiều đến chất lượng tái sinh. Vì vậy việc thu gom dầu thải tuy chỉ là giai đoạn chuẩn bị nhưng hết sức quan trọng. Cần phải thu gom dầu thải theo đúng các nguyên tắc đã nêu trong GOST.21046 -75 và TCVN 3892-94. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG SV: Phan Hải Phong – MT1701 28 Công nghệ tái sinh Xuất phát từ nguồn gốc dầu thải chọn phương pháp đông tụ, làm phương pháp chủ đạo để thực hiện đề tài nguyên cứu của mình. Đông tụ là một phương pháp lý hoá tương đối đơn giản, để thực hiện mà hiệu quả làm sạch lại cao ngay cả đối với dầu thải không lọc Với cơ chế như sau: Có thể coi dầu thải là một dung dịch keo, các chất bẩn treo lơ lửng trong dầu chính là những hạt keo. Các hạt keo mang điện tích, chúng không ngừng xô đẩy nhau và phân tấn đều khắp trong toàn bộ thể tích dầu. Khi có mặt chất điện ly, các hạt keo mất dần điện tích do bi trung hòa bởi các ion ngược chiều của chất điện ly. Sau khi mất điện tích, các hạt keo ngừng xô đẩy nhau và bắt đầu dinh lại với nhau, kết quả là các hạt lớn dần và lắng xuống đáy. Trong khi đó sự có mặt của các chất hoạt động bề mặt làm giảm năng lượng bề mặt của của các hạt đó làm tăng cường sự liên kết giữa các hạt, các hạt lớn dần và sa lắng. Hình 2.1. Công nghệ tái sinh bằng chế phẩm đông tụ So với phương pháp tái sinh bằng axit mà ta vẫn dùng, chúng ta thấy rằng công nghệ tái sinh theo phương pháp này đã được đơn giản đi rất nhiều. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG SV: Phan Hải Phong – MT1701 29 Theo phương pháp axit, quy trình tái sinh diễn ra ít nhất trong 24 - 25 giờ, phải thực hiện qua 5 công đoạn sau: - Khử nhiên liệu và nước: dầu thải sau một thời gian lắng đọng sơ bộ được bơm chuyển vào nồi sơ bộ cần xử lí để khử nhiên liệu và nước bằng cách gia nhiệt có khuấy trộn đến 160 - 1800C trong 2 giờ. Sau xử lí bơm ra bể làm nguội. - Làm sạch bằng axit: khi dầu nguội đến 50 - 600C thì bơm lên phễu xử lí. Khuấy trộn vói 4 - 8% axitsunfurit 96% trong khoản 30 - 40 phút. Để lắng ít nhất 5 giờ. - Trung hòa axit: bơm phần dầu đã tách cặn vào trong nồi trung hòa.Trung hòa dầu axit bằng dung dịch xút NaOH 15% với lượng dùng 0,5 - 1% ở nhiệt độ 80 - 900C trong 20 - 30 phút cho đến khi dầu trung tính là được. - Rửa kiềm: sau trung hòa có thể trong dầu còn có thể chứa kiềm không phản ứng và xuất hiện xà phòng. Cần phải rửa sạch những chất này bằng nước nóng. - Sấy khô: Để làm sạch nước còn lẫn trong dầu cần gia nhiệt có khuấy trộn ở nhiệt độ 110oC-120oC trong khoảng 30 phút. Hình 2.2. Công nghệ tái sinh dầu bằng axit Sunfuric KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG SV: Phan Hải Phong – MT1701 30 - Với quy trình tái sinh như vậy, người công nhân làm việc trong điề kiện làm việc hết sức nguy hiểm và nặng nhọc (tiếp xúc lâu với axit đặc và những sản phẩm độc hại có trong dầu thải, nhiệt độ cao, máy bơm vận hành ồn ào, bơm rót, vận chuyển dầu nóng nhiều..). Để hoàn thiện một mẻ tái sinh phải sử dụng nhiều nồi, phễu đường ống bơm do đó mặt bằng sản xuất phải lớn. Thực tế phải sau 2 - 3 ngày mới hoàn thiện một mẻ tái sinh. - Theo phương pháp được đề xuất, quy trình tái sinh diễn ra trong 11 - 12 giờ chỉ bao gồm hai công đoạn: thực hiện quá trình đông tụ và lắng đọng. Nhiệt độ lắng đọng thấp ( 1000C), hóa chất tái sinh không độc hại. Thiết bị tái sinh đơn giản, dễ gia công chỉ gồm 1 nồi xử lí và 1 phễu lắng đọng tĩnh. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG SV: Phan Hải Phong – MT1701 31 CHƢƠNG 3. THỰC NGHIỆM Tái sinh dầu thải là biện pháp vừa giảm thiểu ô nhiễm môi trường, vừa tận dụng triệt để nguồn nguyên liệu quý giá từ dầu mỏ. Chính vì vậy tái sinh dầu nhờn là một công đoạn cần thiết trong công nghiệp dầu mỏ Bài luận án này sử dụng phương pháp tái sinh dầu nhờn thải bằng chất đông tụ Na2CO3. Đây là phương pháp tái sinh dầu đơn giản, dễ thực hiện, chi phí thấp, phù hợp với điều kiện phòng thí nhiệm. 3.1. Chuẩn bị Các hóa chất sử dụng trong thí nhiệm: - Na2CO3 - Toluen - Nước cất - Dầu thải Các thiết bị sử dụng trong thí nhiệm: - Cân - Máy khuấy gia nhiệt - Cốc thí nghiệm 250ml - Ống đong - Ống nghiệm - Máy đo độ nhớt - Máy hút chân không - Màng lọc - Phễu lọc - Thiết bị xác định hàm lượng nước - Thiết bị xác định chớp cháy cốc hở 3.2. Cách tiến hành thí nghiệm Đông tụ là phương pháp tương đối đơn giản, dễ thực hiện mà hiệu quả làm sạch lại cao ngay cả đối với dầu thải không lọc. Tuy nhiên, cần phải tìm ra được hệ đông tụ có tác dụng đông tụ cao, rẻ, ít độc hại. - Nhiệm vụ của các chất đông tụ là làm cho các chất bẩn, các chất nhựa có thể kết tụ lại với nhau thành những hạt có kích thước lớn hoặc các lớp keo có tỷ trọng lớn hơn dầu và lắng xuống. Qua đó em đã sử dụng chất đông tụ là chất điện ly thông dụng và rẻ tiền là Na2CO3 để tiến hành nghiên cứu được chất đông KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG SV: Phan Hải Phong – MT1701 32 tụ có tác dụng đông tụ mạnh nhưng ít độc hại và ít tốn kém. - Muối Natricacbonat (Na2CO3) với lượng bằng 4% khối lượng đầu, được pha thành dung dịch với các nồng độ khác nhau thay đổi từ 15 - 30%. Dầu thải được cho vào cốc thuỷ tinh, khuấy với tốc độ khoảng 60 - 80 vòng/phút và gia nhiệt đến các nhiệt độ thí nghiệm 600C, 700C, 800C, 900C, 950C. Sau đó cho tác dụng với Na2CO3 ở các nồng độ và nhiệt độ khác nhau, khuấy trong khoảng 45 phút. Để lắng ở 70°C, trong khoảng 12 - 16 giờ. Sau đó gạn lấy dầu ở phần trên. Các bước được tiến hành như sau: - Bước 1: Pha Na2CO3 với nồng độ 15%, 20%, 25%, 30%, 35%. - Bước 2: Pha 100ml dầu thải với Na2CO3 (4%) các nồng độ khác nhau, xuất hiện phân lớp. - Bước 3: Khuấy và gia nhiệt ở nhiệt độ 600C, 700C, 800C, 900C, 950C (khoảng 45 phút). - Bước 4: Lắng ổn nhiệt, lọc trọng lượng (tách cặn). - Bước 5: Dầu tái sinh sẽ chọn mẫu tốn nhất để mang đi đo độ nhớt, nhiệt độ chớp cháy cốc hở, hàm lượng nước. Hình 3.1: Các bước tái sinh dầu nhờn thải Dầu thải Khuấy và gia nhiệt Lắng ổn nhiệt Lọc trọng lượng Dầu sau tái sinh Độ nhớt Nhiệt độ chớp cháy cốc hở Hàm lượng nước fChất đông tụ Tách cặn Độ nhớt động học Nhiệt độ chớp cháy cốc hở Hàm lượng nước KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG SV: Phan Hải Phong – MT1701 33 3.3. Xác định các chỉ tiêu Để đánh giá mức độ biến chất của dầu thải cũng như khả năng phục hồi tính chất của dầu sau tái sinh, dầu được xác định một số chỉ tiêu sau: 3.3.1. Độ nhớt động học Chọn nhớt kế đã được hiệu chuẩn, khô, sạch, phù hợp với loại dầu thải thử nghiệm sao cho thời gian chảy không ít hơn 200s. Làm sạch nhớt kế nhiều lần bằng dung môi hoà tan hoàn toàn được mẫu và dưng môi này lại dễ bay hơi. Nạp mẫu vào nhớt kế và ngâm mẫu vào bình ổn nhiệt ở nhiệt độ 100°C khoảng 15 phút. Dùng áp suất đẩy mẫu cần đo lên quá vạch trên của nhớt kế khoảng 5mm. Tiến hành đo thời gian chảy (giây) của mẫu từ vạch trên của nhớt kế xuống vạch dưới của nhớt kế. Độ nhớt được tính theo công thức: tCv . Trong đó: v: độ nhớt động học (mm2/s) C: hằng số nhớt kế (mm2/s2) t: thời gian chảy của mẫu (s) 3.3.2. Nhiệt độ chớp cháy cốc hở Rót mẫu vào cốc thử nghiệm đến vạch quy định, nhiệt kế đặt thẳng đứng sao cho đáy của bầu thưỷ ngân cách đáy cốc 6mm. Cấp nhiệt với tốc độ tăng nhiệt độ của mẫu từ 14°C - 17°C/phút. Khi nhiệt độ của mẫu thấp hơn điểm chớp lửa dự đoán 56°C thì giảm tốc độ cấp nhiệt xuống còn 5°C - 6°C/phút cho đến khi cách nhiệt độ đoán 28°C thì tiến hành thử nghiệm. Từ nhiệt độ 28°C dưới điểm chớp lửa bắt đầu châm lửa thử và cứ sau khoảng tăng nhiệt độ 2°C thì châm lửa thử một lần. Sử dụng ngọn lửa thử nhẹ nhàng và liên tục theo một đường thẳng. Tâm ngọn lửa thử được dịch chuyển theo bề mặt ngang cao không quá 2mm so với miệng cốc và chỉ chuyển dịch theo một hướng. Thời gian dịch chuyển của ngọn lửa trên mặt cốc mỗi lần là 1 giây. Ghi lại nhiệt độ trên nhiệt kế là nhiệt độ quan sát được khi hỗn hợp hơi KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG SV: Phan Hải Phong – MT1701 34 không khí bắt cháy và cháy liên tục trong thời gian ít nhất 5 giây. Nhiệt độ tương ứng với thời điểm này là nhiệt độ chớp cháy cốc hở. 3.3.3. Hàm lượng nước Đong 100ml hoặc cân 100g mẫu vào cốc có mỏ rồi đổ chúng vào bình cất. Đong 100ml dung môi (Tôluen), dùng lượng dung môi này tráng 3 lần để làm sạch tất cả những phần mẫu còn dính trong cốc có mỏ rồi chuyển hết chúng vào bình cất. Chọn loại ống ngưng phù hợp với hàm lượng nước dự đoán và lắp thiết bị. Cấp nhiệt cho bình cất sao cho tốc độ ngưng tụ 2 - 5 giọt/s. Đun hồi lưu liên tục cho đến khi không còn nước ngưng tụ thêm ở bất kỳ phần nào của thiết bị và thể tích nước trong ống ngưng không thay đổi trong khoảng 5 phút thì kết thúc quá trình ngưng. Tăng nhiệt độ hoặc dùng nước làm lạnh trong ít phút để tăng tốc độ hồi lưu và qua đó kéo hết các vết nước trong ống sinh hàn xuống. Đọc thể tích nước theo thang chia trên ống ngưng, chính là thể tích nước có trong 100ml mẫu. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG SV: Phan Hải Phong – MT1701 35 CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 4.1. Quá trình tái sinh dầu thải bằng chất đông tụ Na2CO3 Muối Natri cacbonnat Na2CO3 là một chất đông tụ điện ly yếu và là muối của bazơ yếu. Khi cho vào dầu nó có tác dụng làm mất điện tích của các hạt keo, tập hợp chúng lại với nhau và lắng xuống. Do nó mang tính bazơ nên Na2CO3 tham gia phản ứng xà phòng hoá với các sản phẩm của quá trình oxi hoá dầu. Làm cho khả năng đông tự và lắng đọng nhanh hơn. 4.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng đông tụ của dầu. 4.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ Na2CO3 đến khả năng đông tụ Để xác định nồng độ Na2CO3 thích hợp trong quá trình đông tụ, tiến hành pha Na2CO3 khoảng 4% khối lượng so với dầu thải, thành các dung dịch ứng với các nồng độ 15%, 20%, 25%, 30% và dùng dung dịch này để đông tụ 200ml dầu thải ở 80°C. Kết quả được cho trong bảng . Bảng 4.1. Ảnh hưởng của nồng độ Na2CO3 đến khả năng đông tụ Mẫu Na2CO3 (%) T đôngtụ ( 0 C) Khả năng đông tụ 1 15 80 Đông tụ kém 2 20 80 Đông tụ kém 3 25 80 Đông tụ trung bình 4 30 80 Đông tụ trung bình 5 35 80 Đông tụ tốt Ta nhận thấy với lượng Na2CO3 khoảng 4% khối lượng so với dầu, ở nồng độ 35% cho khả năng động tụ tốt nhất. Còn ở 15% thì cho khả năng đông tụ kém, nguyên nhân là do nồng độ Na2CO3 thấp, lượng nước trong dung dịch nhiều gây cản trở quá trình đông tụ. 4.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng đông tụ Như đã nói trong phần tổng quan, trong các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng đông tụ thì nhiệt độ xử lý có tính chất quyết định bởi nhiệt độ liên quan trực tiếp đến độ nhớt của dầu thải. Khi nhiệt độ tăng độ nhớt của dầu giảm. Nếu độ nhớt của dầu giảm thì chất đông tụ sẽ tiếp xúc tốt hơn với dầu thải, quá trình đông tụ sẽ xảy ra dễ dàng và nhanh chóng hơn. Vì vậy, nên xử lý dầu ở nhiệt độ cao, nhưng không nên tiến hành ở nhiệt độ lớn hơn 100°C vì ở nhiệt độ này nước lẫn KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG SV: Phan Hải Phong – MT1701 36 trong dầu sẽ sôi và bắn ra ngoài. Kết quả khảo sát tiến hành với Na2CO3 (4% khối lượng) so với dầu, pha ở nồng độ 30% được cho trong bảng: Bảng 4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng đông tụ của Na2CO3 Mẫu Na2CO3 4% (% khối lượng) T đôngtụ ( 0 C) Nhận xét 1 4 60 Đông tụ kém 2 4 70 Đông tụ kém 3 4 80 Đông tụ trung bình 4 4 90 Đông tụ trung bình 5 4 95 Đông tụ tốt Qua bảng kết quả thí nghiệm trên, ta nhận thấy ở các khoảng nhiệt độ khác nhauthì khả năng đông tụ cũng thay đổi, nhiệt độ cao thì khả năng đông tụ tốt hơn so với ở nhiệt độ thấp, cụ thể dầu đông tụ dầu kém ở t0 = 600C, tốt nhất đối với chất đông tụ Na2CO3 là 95 0 C. Tuy nhiên chất bẩn trong dầu vẫn chưa đông tụ hết, cặn mềm khó tách, màu của dầu sau đông tụ có màu đỏ đục. 4.3. Chất lƣợng dầu sau tái sinh Chất lượng tái sinh được đánh giá thông qua việc xác định các chỉ tiêu chất lượng của dầu tái sinh theo các phương pháp trong như sau: - Xác định độ nhớt động học theo GOST 33-82. - Xác định nhiệt độ bắt cháy cốc hở theo GOST 4333-87. - Xác định axit,kiềm tan trong nước theo GOST 6307-60. - Xác đinh trị số axit theo GOST 5985-79. - Xác định trị số kiềm theo GOST11362-65. - Thí nghiệm ăn mòn pinkevic theo GOST20505-75. - Xác định hàm lượng GOST 2477-65. - Xác định hàm lượng tạp chất cơ học theo GOST 6370-83. - Xác định độ tro theo GOST 19932-74. Như chúng ta đã biết, chất lượng dầu tái sinh phụ thuộc chủ yếu vào công nghệ tái sinh lại phụ thuộc chủ yếu vào nguồn gốc và đặc tính của dầu thải. Vì vậy, có thể nói rằng chất lượng dầu tái sinh chịu ảnh hưởng không ít của chất lượng dầu thải. Mức độ biến chất của dầu thải đươc biểu hiện rõ rệt ở chỉ tiêu lí KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG SV: Phan Hải Phong – MT1701 37 hóa cơ bản như độ nhớt, nhiệt độ bắt cháy, trị số axit, hàm lượng nước, hàm lượng tạp chất cơ học. Độ nhớt càng thấp (có trường hợp rất cao), nhiệt độ bắt cháy càng thấp, trị số axit càng thấp, hàm lượng tạp chất càng lớn thì dầu thải biến chất càng sâu. Do đó việc tái sinh càng khó khăn, phức tạp và tốn kém.Dầu thải dựa vào tái sinh phải đạt các yêu cầu kỹ thuật ghi trong TCVN 3892-84, vì vậy trước khi tái sinh cần phải tiến hành xác định những chỉ tiêu cơ bản nào. Trên cơ sở đánh giá mức độ biến chất của dầu thải mà lựa chọn phương pháp tái sinh cho phù hợp có hiệu quả. Do điều kiện thí nghiệm không cho phép, nên em chỉ đánh giá chất lượng của dầu sau khi tái sinh thông qua độ nhớt, nhiệt độ chớp cháy cốc hở, hàm lượng nước và màu sắc của dầu được xác định bằng cảm quang, đó là những chỉ tiêu quan trọng đầu tiên cho việc đánh giá chất lượng của dầu nhờn. Kết quả được thể hiện qua bảng sau: Bảng 4.3. Chất lượng của dầu sau tái sinh Tính chất Dầu thải Dầu sau tái sinh Mầu sắc Đen đục Đỏ sáng Độ nhớt động học (mm2/s) 10,45 8,98 Nhiệt độ chớp cháy cốc hở (0C) 150 210 Hàm lượng nước (ml H2O/100ml dầu) 0,08 0,02 Qua bảng kết quả trên, ta thấy độ nhớt của dầu sau khi tái sinh mặc dù chưa đáp ứng được yêu cầu về độ nhớt so với dầu gốc trung bình, nhưng độ nhớt cũng đã giảm đi so với dầu thải điều đó cho thấy quá trình đông tụ và hấp phụ đã loại bỏ được lượng cặn bẩn lẫn trong dầu. Ngược lại, các chỉ tiêu như màu sắc, nhiệt độ chớp cháy cốc hở, hàm lượng nước là tương đối tốt chứng tỏ độ sạch của dầu sau khi tái sinh đã được cải thiện so với dầu thải. Trong quá trình thực nghiệm, thời gian thí nghiệm hạn chế, dầu thải thu hồi dầu là hỗn hợp các loại dầu đã qua sử dụng. Chất lượng dầu sau khi sử lý bằng chất đông tụ Na2CO3 đã tăng lên đáng kể so với dầu thải ban đầu nhưng chưa tương đương với dầu gốc. Để dầu sau tái sinh có chất lượng như dầu gốc cần phải nghiêm cứu tìm hệ đông tụ (riêng rẽ hoặc kết hợp) đồng thời lựa chọn chất hấp phụ có hiệu quả cao hơn. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG SV: Phan Hải Phong – MT1701 38 KẾT LUẬN Sau một thời gian nghiên cứu tài liệu và được tiến hành làm thí nghiệm đã giúp em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp với đề tài "tái sinh dầu nhờn thải bằng phương pháp hóa lý, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường”. Đây cũng là thử thách và kiểm chứng đầu tiên cho những kiến thức mà em đã tiếp thu được ở trường đại học. Trên cơ sở này em sẽ có được những kinh nghiệm bổ ích để áp dụng vào công việc thực tế sau này. Từ những kết quả thu được em có thể rút ra những kết luận sau: 1. Đã lựa chọn quá trình tái sinh dầu nhờn từ động cơ diezen bằng chất đông tụ Na2CO3. 2. Đã khảo sát ảnh hưởng ảnh hưởng của nồng độ Na2CO3 và nhiệt độ đến khả năng đông tụ của dầu và cho thấy với dung dịch Na2CO3 35% và nhiệt độ 95 o C dầu đông tụ tốt nhất. 3. Đã tiến hành phân tích các chỉ tiêu của đầu thải và dầu sau tái sinh. So sánh các chỉ tiêu cho thấy chất lượng dầu sau tái đã cải thiện đáng kể. Từ kết quả thu được trong bài tiểu luận này sẽ tạo cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo về quá trình tái sinh dầu nhờn thải, góp phần giảm thiểu ô nhiễm phát sinh từ dầu nhờn thải tới môi trường và con người. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG SV: Phan Hải Phong – MT1701 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] C.Kajdas, Dầu mỡ bôi trơn, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội. [2] Lê Văn Hiếu. Công nghệ chế biến dầu mỏ, NXB khoa học và kỷ thuật Hà Nội, 2001. [3] Kiều Đình Kiểm, Các sản phẩm dầu mỏ và hoá dầu, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2000. [4] Vũ Tam Huề - Nguyễn Phương Tùng, Hướng dẫn sử dụng nhiên liệu - dầu - mỡ, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2000 [5] Phạm Văn Côi, Tái sinh tất cả các loại dầu nhờn, NXB Giáo dục, 1970. [6] Bùi Huệ Cầu, Tái sinh dầu nhờn phế thải, Tổng công ty xăng dầu. KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG SV: Phan Hải Phong – MT1701 40 PHỤ LỤC MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG QUÁ TRÌNH LÀM LUẬN ÁN Hình 1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng tái sinh Hình 2. Bảo quản dầu thải vào trong lọ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG SV: Phan Hải Phong – MT1701 41 Hình 3. Lọc dầu thải Hình 4. Đun, khuấy dầu thải KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG SV: Phan Hải Phong – MT1701 42 Hình 5. Ảnh hưởng của nồng độ đến khả năng tái sinh Hình 6. Lọc dầu thải