Đề tài Dây chuyền công nghệ pha chế dầu

Dây chuyền công nghệ pha chế dầu LỜI CẢM ƠN! Em xin chân thành cảm ơn thầy - TS. Phan Tử Bằng, người đã hướng dẫn em làm đồ án này. Em xin cảm ơn PGS. TS. Nguyễn Danh Nhi, TS. Nguyễn Thị Bình cùng các thầy, các cô trong bộ môn Lọc hóa dầu, những người đã hết lòng truyền đạt kiến thức cho chóng em trong bốn năm học vừa qua. Em cũng cảm ơn các cán bộ, nhân viên công tác tại Công ty hóa dầu Petrolimex - Chi nhánh Hải Phòng, nhà máy dầu nhờn Thượng Lí về sự giúp đỡ tận tình của họ trong suốt quá trình em thực tập tại đây. Do trình độ bản thân có hạn và do thời gian viết đồ án ngắn, đồ án chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy, các cô và sự góp ý của các bạn đồng nghiệp. MỤC LỤC CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ DẦU BÔI TRƠN 1.Lịch sử hình thành và phát triển. 7 2.Chức năng của dầu bôi trơn. 7 3.Yêu cầu chất lượng dầu bôi trơn. 8 4.Phân loại về dầu bôi trơn. 8 5.Thành phần chủ yếu của dầu bôi trơn 11 5.1.Dầu gốc: 11 5.1.1. Các chủng loại dầu gốc: 11 * Dầu gốc khoáng. 11 * Dầu gốc tổng hợp. 13 5.1.2. Công nghệ sản xuất dầu gốc khoáng: 14 * Quá trình chưng cất chân không. 15 * Quá trình tách nhựa đường bằng propan. 17 * Quá trình chiết bằng dung môi để loại Aromatic. 17 * Quá trình tách sáp. 18 * Quá trình làm sạch bằng hiđro. 20 5.2.Các chất phụ gia: 21 5.2.1.Khái niệm: 21 5.2.2.Các loại chất phụ gia: 22 * Chất ức chế oxi hóa. 22 * Chất khử hoạt tính kim loại. 24 * Chất ức chế ăn mòn. 24 * Chất ức chế gỉ. 25 * Chất phụ gia chịu điều kiện khắc nghiệt. 25 - Các chất tẩy rửa. - Các chất phân tán. * Chất cải thiện chỉ số độ nhớt. 26 * Chất làm giảm nhiệt độ đông đặc. 27 * Những chất tạo nhũ / khử nhũ. 27 * Chất phụ gia chống tạo bọt. 27 * Chất phụ gia diệt khuẩn. 28 * Tác nhân bám dính. 28 * Tác nhân làm kín. 28 * Chất phụ gia Tribology: 28 - Chất phụ gia chống mài mòn. - Chất phụ gia cực áp. - Chất phụ gia biến tính ma sát. 6.Đánh giá chất lượng dầu bôi trơn. 30 6.1. Độ nhớt. 30 6.2.Chỉ số độ nhớt. 30 6.3.Nhiệt độ chớp cháy. 30 6.4.Nhiệt độ đông đặc. 31 6.5.Trị sè axit ( TAN ) và kiềm ( TBN ). 31 6.6.Hàm lượng nước. 31 6.7.Hàm lượng cặn cacbon. 31 6.8.Độ bền oxi hóa. 32 6.9.Các phép thử chống mài mòn và chịu áp cao. 32 6.10.Độ tạo bọt. 32 CHƯƠNG 2 DẦU CÔNG NGHIỆP 1.Giới thiệu chung 35 2.Phân loại dầu công nghiệp: 35 2.1. Phân loại chung: 35 * Nhóm dầu công nghiệp thông dụng. 35 * Nhóm dầu công nghiệp chuyên dụng. 35 2.2. Phân loại theo tiêu chuẩn. 36 * Phân loại theo độ nhớt. 36 * Phân loại theo công dụng và lĩnh vực sử dụng. 36 3. Các loại dầu chuyên dụng. 38 3.1. Dầu truyền động bánh răng. 38 3.1.1. Chức năng. 38 3.1.2. Phân loại. 38 3.1.3. Các chất phụ gia dùng trong dầu truyền động bánh răng. 40 3.1.4. Các sản phẩm do các hãng khác nhau sản xuất. 40 3.2. Dầu máy nén. 42 3.2.1. Chức năng. 42 3.2.2. Phân loại. 42 * Dầu máy nén khí. 43 * Dầu máy nén lạnh. 43 * Dầu cho các bơm chân không. 43 3.2.3. Các chất phụ gia dùng trong dầu máy nén 44 3.2.4. Các loại dầu máy nén do các hãng khác nhau sản xuất 44 3.3. Dầu thuỷ lực. 45 3.3.1. Giới thiệu chung. 45 3.3.2. Yêu cầu đối với dầu thuỷ lực. 47 3.3.3. Phân loại. 50 * Phân loại theo độ nhớt. 50 * Phân loại theo đặc tính và mục đích sử dụng. 50 * Phân loại theo hệ thuỷ lực. 51 3.3.4. Các chất phụ gia dùng trong dầu thuỷ lực. 53 3.3.5. Các loại dầu thuỷ lực do các hãng khác nhau sản xuất. 53 3.4. Dầu cách điện. 54 3.4.1. Giới thiệu chung. 55 3.4.2. Yêu cầu về chất lượng đối với nhóm dầu cách điện. 55 3.4.3. Các loại dầu cách điện do các hãng khác nhau sản xuất. 56 3.5. Dầu tua bin. 56 3.5.1. Mô tả chung. 56 3.5.2. Dầu tua bin công nghiệp. 57 3.5.3. Phân loại chung và ứng dụng. 57 3.5.4. Dầu tua bin do hãng Shell sản xuất. 58 CHƯƠNG 3 DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ PHA CHẾ DẦU CÔNG NGHIỆP 1.Qui trình hình thành một đơn pha chế. 60 1.1.Khảo sát tính chất của dầu gốc. 60 1.2.Khảo sát các chất phụ gia. 60 2.Dây chuyền công nghệ pha chế dầu công nghiệp. 61 2.1.Nhập dầu gốc và các chất phụ gia. 61 2.2.Pha chế dầu gốc với các chất phụ gia. 63 2.3.Đánh giá chất lượng dầu công nghiệp sau khi pha chế. 69 3.Khuấy trộn dầu gốc với chất phụ gia. 69 3.1.Khuấy trộn chất lỏng. 69 3.1.1.Đại cương. 69 3.1.2.Công suất trong thùng trộn. 71 3.1.3.Các loại mái khuấy và dòng trong thùng trộn. 72 3.1.4.Các phương pháp khuấy trộn khác. 73 3.2.Phương pháp khuấy trộn dầu gốc với các chất phụ gia. 74 4. Điều chỉnh lưu lượng dòng nguyên liệu vào và dòng sản phẩm đi ra ở các bể pha chế 3A, 3B, 3C 74 4.1. Điều chỉnh dòng nguyên liệu đi vào các bể pha chế 3A, 3B, 3C. 74 4.2. Điều chỉnh dòng sản phẩm đi ra các bể pha chế 3A, 3B, 3C. 74 5. Qui trình đun nóng dầu. 75 KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ DẦU BÔI TRƠN 1.Lịch sử hình thành và phát triển: Từ thời xa xưa, các thiết bị cơ khí và chất bôi trơn đã trở thành những yếu tố không thể tách rời nhau. Không có chất bôi trơn thì con người không có được những thành tựu rực rỡ và những sáng tạo kì diệu của nền kĩ thuật nh­ ngày nay. Có rất nhiều chất liệu dùng để bôi trơn nh­ mỡ nước, mỡ động vật, dầu thảo mộc và các sản phẩm dầu mỏ tổng hợp... Tuy nhiên, đáng chú ý hơn cả là chất bôi trơn được chế tạo từ dầu mỏ. Cách đây 100 năm, con người, thậm chí, chưa có được khái niệm về dầu bôi trơn. Tất cả các loại máy móc lúc bấy giờ đều được bôi trơn bằng dầu mỡ lợn và sau đó, dùng dầu ô liu. Khi dầu ô liu khan hiếm thì người ta chuyển sang sử dụng các loại dầu thảo mộc khác. Ví dụ, để bôi trơn cọc sợi máy dệt, người ta đã dùng đến dầu cọ. Kỉ nguyên của dầu bôi trơn thực sự bắt đầu khi loài người tìm ra công nghệ chế biến sâu dầu mỏ. Việc bôi trơn đã mở một cánh cửa cho dầu mỏ. Dầu bôi trơn được sử dụng ngày càng nhiều: máy nổ và động cơ đốt trong thuộc mọi loại kích cỡ; tua bin; máy Ðp... đều được bôi trơn bằng dầu hoặc mỡ được chế biến cho phù hợp với yêu cầu sử dụng. Các tính chất điện môi của các loại dầu lấy từ dầu mỏ đã khiến chúng được dùng cả trong các maý biến thế, trong các hộp rơ le hoặc hộp nối tiếp trong các dây cáp ngầm dưới đất. Sản xuất dầu bôi trơn là một lĩnh vực của công nghệ lọc dầu. Các tập đoàn tư bản lớn liên quan đến dầu bôi trơn nh­ BP, Exxon, Total... đã có mặt trên hầu hết các nước và trong mọi lĩnh vực của công nghiệp dầu mỏ. Họ đã và đang ứng dụng những thành tựu mới nhất của khoa học, đưa nền công nghiệp dầu mỏ tăng trưởng không ngừng và sản xuất dầu bôi trơn cũng không ngừng được nâng cao về mặt chất lượng cũng như số lượng, sáng tạo thêm nhiều chủng loại dầu bôi trơn mới. 2. Chức năng của dầu bôi trơn: Bôi trơn là biện pháp làm giảm ma sát và mài mòn đến mức thấp nhất bằng cách tạo ra giữa các bề mặt vật liệu ở đó xảy ra sù ma sát một lớp chất bôi trơn. Lớp chất này tạo ra sự ngăn cách giữa các bề mặt vật liệu một cách nhanh chóng một khi được sử dụng hợp lí. Hầu hết các chất bôi trơn ở dạng lỏng. Dầu bôi trơn có chức năng chủ yếu: Bôi trơn làm giảm ma sát và do đó, làm giảm cường độ mài mòn, ăn mòn của các bề mặt tiếp xúc. Làm sạch và bảo vệ các chi tiết được bôi trơn khỏi các hạt mài mòn nhằm nâng cao tuổi thọ của máy móc. Làm mát động cơ. Làm kín máy. Ngoài các chức năng chủ yếu trên, dầu bôi trơn còn có nhiều chức năng khác nh­: chống gỉ và ăn mòn những bộ phận làm bằng kim loại; giảm tối thiểu cặn... Tuỳ từng chủng loại máy móc và tuỳ điều kiện làm việc, cần lựa chọn dầu bôi trơn thích hợp. 3. Yêu cầu phẩm chất dầu bôi trơn: Dầu bôi trơn-còn gọi là dầu nhờn, dầu nhớt-dùng để bôi trơn các chi tiết chuyển động trượt lên nhau phải có những đặc tính cơ bản sau: Bám dính chắc trên bề mặt dưới dạng một lớp mỏng. Độ nhớt vừa phải, chỉ số độ nhớt thường phải lớn. “Hoà tan” tốt cặn, muội than sinh ra do ma sát, do sự cháy của nhiên liệu. Không ăn mòn máy móc. Bền hoá học, Ýt biến chất khi bảo quản và sử dụng, bền về mặt sinh học. Dẫn nhiệt tốt. 4. Phân loại dầu bôi trơn: Trong lịch sử phát triển đã có nhiều hệ thống phân loại được sử dụng, song mỗi hệ thống đều có những yếu điểm, đều không tổng quát. Hầu hết các hệ thống phân loại đều dựa trên tính chất cơ bản của dầu bôi trơn là độ nhớt và chỉ số độ nhớt. Cách phân loại của SAE, ISO và API được dùng phổ biến. Nói chung, dầu bôi trơn được chia làm hai loại: dầu động cơ và dầu công nghiệp. Đối với dầu động cơ, hầu hết các hệ thống phân loại theo độ nhớt đều dựa vào độ nhớt ở hai nhiệt độ: 100oC và ở một nhiệt độ thấp, thấp hơn 0oC. Theo hệ thống GOST (Nga), nhiệt độ thấp đó là -18oC, còn theo hệ thống SAE thì nhiệt độ thấp đó được tuỳ chọn, tuỳ theo cấp độ nhớt của dầu bôi trơn: Dầu có độ nhớt càng thấp thì nhiệt độ chọn càng thấp. Hiệp hội kĩ sư ô tô Mỹ (SAE) đã đưa ra tiêu chuẩn J300 phân loại cho dầu động cơ theo độ nhớt của dầu ở 100oC và -18oC nh­ ở bảng ( 1.1 ). Bảng ( 1.1 ) Các cấp độ nhớt SAE của dầu động cơ Cấp độ nhớt SAE  Độ nhớt ở 0oC, mPa.s. max  Độ nhớt ở 100oC, mm2/s    Khởi động  Khả năng bơm  Min  Max   0W  3250 ở - 30  30000 ở - 35  3,8  -   5W  3500 ở - 25  30000 ở - 30  3,8  -   10W  3500 ở - 20  30000 ở -25  4,1  -   15W  3500 ở - 15  30000 ở - 20  5,6  -   20W  4500 ở - 10  30000 ở - 15  5,6  -   25W  6000 ở - 5  30000 ở - 10  9,3  -   20    5,6  <9,3   30    9,3  <12,5   40    12,5  <16,3   50    16,3  <21,9   60    21,9  <26,1   Học viện dầu mỏ Mĩ-API (American Petroleum Institue) phân chia dầu động cơ thành hai nhóm chính: nhóm S cho động cơ xăng và nhóm C cho động cơ điezen với đặc tính cho ở bảng ( 1.2 ) và bảng ( 1.3 ). Bảng ( 1.2 ) Phân loại dầu động cơ xăng Kí hiệu  Chất lượng dầu và phạm vi sử dụng   SA  * Dầu không có chất phụ gia. * Dùng cho động cơ xăng dưới điều kiện ôn hoà.   SB  * Dầu có chất chống oxi hoá và chống xây xát. * Dùng cho động cơ xăng, làm việc nhẹ.   SC  * Dầu có tính chất hạn chế kết tủa ở nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao, chống gỉ và chống mài mòn trong động cơ xăng. * Dùng cho các loại xe con và một số loại xe tải trong thời gian 1964-1967.   SD  * Dầu cung cấp tính bảo vệ tốt hơn dầu SC. * Dùng cho các loại động cơ của xe con và một số loại xe tải sản xuất trong thời gian 1968-1970.   SE  * Dầu có tính chất tốt hơn dầu SD về mặt chống kết tủa ở nhiệt độ cao, tính chống oxi hóa, tính chống gỉ và tính chống ăn mòn cho động cơ xăng. * Dùng cho động cơ các xe con và một số xe tải model 1972 và một phần model 1971.   SF  * Dầu có tính ổn định chống oxi hóa được tăng cường và cải thiện tính năng chống mài mòn hơn dầu SE. Nó cũng cho tính bảo vệ chống kết tủa trong động cơ, tính chống gỉ và tính chống đặc ở nhiệt độ cao. * Dùng cho các động cơ xe con và một số xe tải model 1980-1988.   SG  * So với dầu SF có độ ổn định oxi hóa cao hơn, tính chống tạo cặn và tính chống mài mòn. * Cũng có các tính năng của dầu điezen CC và CD. * Dầu cấp này được xem là tiêu biểu cho các loại dầu động cơ xăng của xe con, xe tải, xe du lịch.   Bảng ( 1.3 ) Phân loại dầu động cơ điezen Kí hiệu  Chất lượng dầu và phạm vi sử dụng   CA  * Dùng cho động cơ điezen làm việc nhẹ. * Dầu có tính chất bảo vệ chống ăn mòn và chống kết tủa trên mặt vòng găng các động cơ điezen hút nhiên liệu một cách thông thường khi dùng nhiên liệu với lượng lưu huỳnh không đòi hỏi phải có các yêu cầu đặc biệt về tính chống mài mòn và tính chống kết tủa.   CB  * Dùng cho động cơ điezen làm việc ôn hoà. * Dầu có tính bảo vệ cần thiết chống mài mòn ổ bi và đối với hiện tượng kết tủa ở nhiệt độ cao trong các động cơ điezen hút theo cách thông thường sử dụng nhiên liệu có hàm lương lưu huỳnh cao hơn.   CC  * Dùng cho động cơ xăng và động cơ điezen làm việc từ ôn hoà đến nặng. * Dầu có tính bảo vệ đối với sự hình thành kết tủa ở nhiệt độ cao và sự mài mòn ổ bi trong các động cơ điezen siêu nạp loại nhẹ và cũng có tính chống gỉ, chống ăn mòn, tính chống kết tủa ở nhiệt độ thấp trong các động cơ xăng.   CD  * Dùng cho động cơ điezen làm việc nặng. * Khống chế một cách có hiệu quả sự mài mòn và kết tủa trong các động cơ điezen siêu nạp có tốc độ cao và công suất lớn, sử dụng nhiên liệu có khoảng chất lượng rộng.   CE  * Dùng cho các loại động cơ điezen tua bin tăng áp và siêu nạp làm việc nặng, làm việc cả ở tốc độ thấp, tải trọng cao và tốc độ cao, tải trọng thấp. * Yêu cầu thử nghiệm tương đương với dầu API CD + bổ sung NTC 400 và những điều trong yêu cầu kỹ thuật MACK EO-K/2.   Đối với dầu công nghiệp, người ta có hai cách phân loại: Phân loại dầu công nghiệp theo công dụng. Phân loại dầu công nghiệp theo tiêu chuẩn ISO. (xem chi tiết trong chương 2- phân loại dầu công nghiệp) 5. Thành phần chủ yếu của dầu bôi trơn. Dầu bôi trơn được tạo nên từ hai hợp phần là dầu gốc và chất phụ gia. Dầu gốc là hợp phần chủ yếu của dầu bôi trơn. Chất phụ gia tuy chỉ chiếm từ 0,01 đến 5% nhưng cũng có vai trò khá quan trọng. 5.1. Dầu gốc: 5.1.1. Các chủng loại dầu gốc: Dầu gốc có hai loại: Dầu gốc khoáng. Dầu gốc tổng hợp. * Dầu gốc khoáng: là dầu gốc được chế biến từ dầu mỏ. Do giá thành sản xuất các hỗn hợp hiđrocacbon từ dầu mỏ thấp nên chúng được sử dụng phổ biến hơn cả trong số các loại chất bôi trơn hiện có. Dầu gốc từ dầu khoáng được sản xuất từ dầu mỏ bằng quá trình tinh chế chọn lọc. Bản chất của dầu thô và của quá trình lọc dầu sẽ quyết định tính chất vật lí và hóa học của dầu gốc tạo thành. Các phân đoạn dầu thô thích hợp thu được từ tháp chưng cất chân không được chế biến để cho ra những dầu gốc có khoảng độ nhớt thích hợp. Các phân đoạn dầu bôi trơn có thể bao gồm tất cả các hiđrocacbon, các hợp chất dị nguyên tố có trong dầu mỏ. Do vậy, cần phải giữ lại các hợp chất có lợi và loại bỏ các hợp chất không có lợi. Hiđrocacbon có bản chất parafin, naphten, aromatic nhưng các dầu gốc thường gồm chủ yếu các hiđrocacbon vòng với nhiều nhóm thế có bản chất parafin. Parafin có độ nhớt thấp, nhưng có chỉ số độ nhớt cao và nhiệt độ đông đặc cao. Người ta phân loại dầu gốc theo bản chất hiđrocacbon nh­ ở bảng ( 1.4 ). Bảng ( 1.4 ) Đặc tính vật lí và hóa học của các loại dầu gốc khoáng khác nhau Tính chất/thành phần hóa học  Dầu parafin  Dầu naphten  Dầu aromatic   Độ nhớt ở 40oC, mm2/s  40  40  36   Độ nhớt ở 100oC, mm2/s  6,2  5,0  4,0   Chỉ số độ nhớt  100  0  -185   Tỉ khối d204  0,8628  0,9194  0,9826   Nhiệt độ chớp cháy, oC  229  174  160   Điểm anilin, oC  107  73  17   Nhiệt độ đông đặc, oC  -15  -30  -24   Phân tử lượng  440  330  246   Chỉ sè khúc xạ  1,4755  1,5068  1,5503   Phân tích qua đất sét % hợp chất phân cực % hợp thành phần thơm % thành phần no  0,2 8,5 91,3  3,0 43 54  6,0 80 14   Loại nguyên tử cacbon (phân tích cấu trúc nhóm) %C aromatic %C naphten %C parafin  2 32 66  19 37 44  41 36 23   Ngoài cách phân loại trên, người ta còn phân loại dầu gốc theo bản chất phân đoạn từ đó dầu gốc được sản xuất. Thông thường, độ nhớt của phần chưng cất được sử dụng làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất dầu gốc nằm trong khoảng 11-150 mm2/s ở 40oC, trong khi độ nhớt của các phân đoạn cặn lại khoảng 140-1200 mm2/s ở 100oC. Do vậy, đã xuất hiện cách gọi tên tạo ra sự phân biệt giữa các phân đoạn dầu chưng cất và dầu cặn theo độ nhớt. Các phân đoạn dầu cất trung tính (gồm các dầu gốc nhận được từ quá trình chưng cất chân không, được làm sạch bằng dung môi, có tỉ trọng thấp, độ nhớt thấp) được phân loại theo độ nhớt tiêu chuẩn của chúng ở 100oF theo độ Saybolt ( SUS ). Chúng gồm: SN 150, SN 500, SN 700, ... Trong khi đó, các phân đoạn dầu cặn ( BS ) được phân loại theo độ nhớt Saybolt ( SUS ) ở 210oF. Dựa vào đó, dầu gốc SN 150 là phân đoạn dầu chưng cất có độ nhớt 150 SUS ở 100oF ( 29 mm2/s ở 40oC ) và BS 150 là phân đoạn dầu cặn có độ nhớt 150 SUS ở 210oF ( 30,6 mm2/s ở 100oC ). Người ta cũng phân loại dầu gốc theo chỉ số độ nhớt: Dầu có chỉ số độ nhớt cao ( HVI ); Dầu có chỉ số độ nhớt trung bình ( MVI ); Dầu có chỉ số độ nhớt thấp ( LVI ); Hiện nay, không có qui định và ranh giới chính xác để qui dầu gốc về từng loại trên. Tuy nhiên, dầu có chỉ số độ nhớt lớn hơn 85 thường được coi là HVI, còn nếu chỉ số độ nhớt thấp hơn 30 thì được coi là dầu LVI. Dầu MVI nằm giữa hai khoảng đó ( 30 < MVI < 85). Tuy vậy, công nghệ hydrocracking có thể tạo ra loại dầu gốc có chỉ số độ nhớt cao hơn 140. Các loại dầu này được liệt vào loại có chỉ số độ nhớt rất cao ( VHVI ) hay siêu cao (XHVI). Dầu LVI được sản xuất từ phân đoạn dầu nhờn naphten. Nó được dùng khi mà chỉ số độ nhớt và độ ổn định oxi hóa không chú trọng lắm. Dầu MVI được sản xuất từ cả hai loại MVIN và MVIP. Dầu gốc loại HVI thường được sản xuất từ phần cất parafin qua công đoạn chiết tách bằng dung môi và tách sáp. * Dầu gốc tổng hợp: là dầu gốc tổng hợp được chế biến bằng con đường tổng hợp hóa học từ các chất đơn giản. Ưu điểm cơ bản của các loại dầu tổng hợp là khoảng nhiệt độ làm việc riêng rộng ( từ -55oC đến 320oC ). Dầu tổng hợp có nhiệt độ đông đặc thấp và độ bền cao, do đó thường được dùng cho những mục đích đặc biệt. Bảng (1.5) đưa ra một số ưu điểm giữa dầu bôi trơn tổng hợp so với dầu bôi trơn khoáng.