Dầu Gốc
1/ Giới thiệu:
Dầu nhớt bôi trơn cho động cơ, thiết bị, máy móc vận hành là hỗn hợp giữa dầu gốc và phụ gia. Chất phụ gia được thêm vào với mục đích giúp dầu nhớt có những tính chất phù hợp với yêu cầu sử dụng mà chỉ riêng dầu gốc không đáp ứng được.
2/ Khái niệm và phân loại Dầu Gốc:
- Dầu gốc là dầu thu được sau quá trình chế biến, xử lí tổng hợp bằng các phương pháp vật lí và hóa học. Dầu gốc thông thường có 3 loại: dầu thực vật, dầu gốc khoáng và dầu tổng hợp. Trong đó dầu thực vật chỉ sử dụng trong một vài trường hợp đặc biệt, được dùng phối trộn với dầu gốc khoáng hoặc dầu tổng hợp để đạt được một số tính năng nhất định. Hiện nay, dầu gốc khoáng và dầu tổng hợp được sử dụng trong sản xuất hầu hết các sản phẩm dầu nhớt.
- Dầu gốc khoáng trên thị trường được biết đến với ưu điểm là giá thành rẻ, sản phẩm đa dạng, phong phú, sử dụng trong nhiều lĩnh vực.
- Dầu tổng hợp với giá thành cao hơn nhưng có chất lượng hoàn toàn vượt trội, là nguyên liệu không thể thiếu trong sản xuất dầu nhớt hiện đại, được sử dụng nhiều cho các loại động cơ đời mới để nâng cao hiệu suất hoạt động ưu việt.
3/ Dầu gốc khoáng:
Phân loại theo phương pháp sản xuất
a. Sản xuất từ cặn Mazut:
Là phần cặn còn lại của quá trình chưng cất khí quyển có nhiệt độ sôi cao hơn 350oC. Để sản xuất dầu gốc người ta đem cặn mazut chưng cất chân không theo nhiều phân đoạn nhiệt độ khác nhau.
- Phân đoạn dầu nhẹ ( LVGO ) có nhiệt độ sôi từ 300oC đến 350oC.
- Phân đoạn dầu trung bình (MVGO) có nhiệt độ sôi từ 350oC đến 420oC.
- Phân đoạn dầu nặng (HVGO) có nhiệt độ sôi từ 420oC đến 500oC.
Thành phần của các phân đoạn này gồm những phân tử hydrocarbon có số carbon từ C21 đến 40, có trọng lượng phân tử lớn (1.000-10.000), cấu trúc phức tạp. Bao gồm:
- Các parafin mạch thẳng và mạch nhánh.
- Các hydrocarbon naphten đơn hay đa vòng.
- Các hydrocarbon thơm đơn hay đa vòng.
- Các hợp chất lại hợp chủ yếu là giữa naphten và parafin, giữa naphten và hydrocarbon thơm.
Sản xuất dầu gốc khoáng theo phương pháp Mazut thường chứa các tạp chất phi hydrocacbon như các hợp chất chứa các nguyên tố: oxy, nito, lưu huỳnh trong các quá trình phân đoạn. Có thể có thêm các hợp chất chứa kim loại. Chúng tạo ra màu sẫm và làm giảm độ ổn định oxy hóa của sản phẩm. Ngoài ra, chúng có thể tạo thành các loại axit ăn mòn thiết bị trong quá trình vận hành, hay làm giảm chất lượng thành phẩm dầu nhớt. Đo đó, trong quá trình sản xuất dầu gốc cần giảm thiểu hoặc loại ra các hợp chất nêu trên bằng nhiều biện pháp khác nhau.
b. Sản xuất từ cặn Gudron:
Là phần cặn còn lại sau quá trình chưng cất chân không, có nhiệt độ sôi trên 500oC. Trong đó, tập trung nhiều hợp chất có số nguyên tử cacbon từ C41 trở lên, thậm chí có cả C80, với trọng lượng phân tử lớn và cấu trúc phức tạp. Thành phần của phân đoạn này không được chia theo từng hợp chất riêng biệt mà chia thành 3 nhóm:
- Nhóm chất dầu: bao gồm các hydrocarbon có phân tử lượng lớn, tập trung nhiều các hợp chất thơm có độ ngưng tụ cao, cấu trúc hỗn hợp nhiều vòng giữa hydrocarbon thơm và naphten, đây là nhóm hợp chất nhẹ nhất có tỷ trọng xấp xỉ bằng 1. Nhóm chất này hòa tan được các dung môi nhẹ như parafin và xăng, nhưng người ta không thể tách nó bằng các chất như silicagen hay là than hoạt tính vì đây là những hợp chất không có cực. Nhóm này chiếm 45-46 % trong phân đoạn cặn Gudron.
- Nhóm chất nhựa: hòa tan được trong các dung môi như nhóm dầu, tách ra được bằng các chất như than hoạt tính hay silicagem vì đây là hợp chất có cực. Nhóm chất nhựa gồm 2 thành phần là: các chất trung tính và axit. Các chất trung tính có màu nâu hoặc đen, nhiệt độ hóa mềm nhỏ hơn 100oC, tỷ trọng lớn hơn 1. Chất trung tính giúp nhựa có tính chất dẻo dai và tính kết dính. Hàm lượng của nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ kéo dài của nhựa, chiếm khoảng 10-15 % khối lượng cặn Gudron.
- Nhóm Asphanten: Là nhóm chất rắn màu đen, cấu tạo tinh thể, tỷ trọng lớn hơn 1, chứa hầu hết các hợp chất dị vòng có khả năng hòa tan mạnh trong Carbon Đisunfua (CS2), nhưng không hòa tan trong các dung môi nhẹ như parafin hay xăng, ở 300oC không bị nóng chảy mà cháy thành than.
4/ Dầu tổng hợp:
- Dầu gốc được sản xuất từ dầu gốc khoáng vẫn chiếm ưu thế do giá thành rẻ, công nghệ sản xuất đơn giản. Nhưng ngày nay để đáp ứng yêu cầu cao hơn của dầu nhớt, người ta bắt đầu chú ý đến dầu tổng hợp nhiều hơn.
- Dầu tổng hợp là dầu được tạo ra bằng các phản ứng hóa học từ những hợp chất ban đầu, do đó có những tính chất hóa học được định ra trước. Nó có thể có được những tính chất tốt nhất của dầu khoáng , bên cạnh đó còn bổ sung thêm nhiều tính năng đặc trưng khác như: không cháy, không hòa tan lẫn trong nước, ...
- Ưu điểm nổi bật của dầu tổng hợp là có khoảng nhiệt độ hoạt động rộng từ -55oC đến 320oC, có độ bền nhiệt lớn, có nhiệt độ đông đặc thấp, chỉ số độ nhớt cao, ...Chính vì vậy ngày nay dầu tổng hợp được sử dụng nhiều, đặc biệt trong các loại động cơ đời mới.
Có 2 phương pháp chính để phân loại dầu tổng hợp:
- Phương pháp 1: dựa vào một số tính chất đặc thù như độ nhớt, khối lượng riêng.
- Phương pháp 2: dựa vào bản chất của dầu, theo đó chia dầu tổng hợp thành những loại chính như sau: hydrocarbon tổng hợp, este hữu cơ, poly glycol, và este photphat. Bốn loại hợp chất chính này chiếm trên 40% lượng dầu tổng hợp tiêu thụ trên thực tế.
5/ Phân loại dầu gốc theo tiêu chuẩn API
- Nhóm I: hàm lượng hydrocarbon no <90%, sulfur>0.03%, chỉ số độ nhớt (VI) trong khoảng từ 80 - 120.
- Nhóm II: hàm lượng hydrocarbon no >90%, sulfur<0.03%, chỉ số độ nhớt (VI) trong khoảng từ 80 - 120.
- Nhóm III: hàm lượng hydrocarbon no >90%, sulfur<0.03%, chỉ số độ nhớt (VI) lớn hơn 120
- Nhóm IV: dầu tổng hợp PAO ( Poly Alpha Olefins )
- Nhóm V: các loại dầu gốc còn lại không nằm trong nhóm I, II, III, IV bao gồm: silicone, phosphate ester, polyalkyene glycol ( PAG ), polyolester, biolubes,.
Ester là dầu phổ biến trong nhóm V được dùng nhiều công thức pha trộn để cải thiện tính chất dầu gốc.
