Hiện nay, dầu thải được xếp vào nhóm chất thải nguy hại và phải quản lý nghiêm ngặt nhưng thực tế thì việc thu gom và xử lý dầu ở nước ta hiện nay vẫn còn nhiều bất cập. Nguyên nhân là do nền kinh tế còn hạn hẹp lại mới bước đầu hoà nhập vào nền kinh tế thế giới, do trình độ dân trí thấp dẫn đến việc nhận thức và việc thực hiện luật môi trường còn chưa tốt. Hệ thống thu gom và xử lý dầu phế thải chưa được thực hiện đồng bộ. Ở nhiều nơi, dầu thải tùy tiện được thải loại ra môi trường hoặc sử dụng sang một số lĩnh vực khác không kinh tế, việc buôn bán dầu thải còn diễn ra tràn lan, trôi nổi các cơ quan quản lý không kiểm soát hết được.
Việc nghiên cứu xây dựng phương án thu gom và tái sinh dầu thải có tính khả thi, phù hợp với điều kiện thực tế ở Việt Nam là nhiệm vụ môi trường quan trọng góp phần quản lý một cách có hiệu quả chất thải nguy hại, giảm thiểu tác động đến môi trường và cuộc sống con người.
Từ trước tới nay, việc nghiên cứu xử lý dầu thải chủ yếu đi theo hướng tái sinh nhưng vẫn giữ nguyên mục đích sử dụng ban đầu của dầu nghĩa là dầu thải được tái sinh và quay trở về làm dầu bôi trơn. Theo đó đã có rất nhiều công nghệ tái sinh được nghiên cứu và ứng dụng thực tế tại các nhà máy có công suất lớn tới 150.000 tấn/năm ở Châu Âu và Mỹ . Điều này không những tránh được ô nhiễm môi trường mà còn có tác dụng bảo tồn nguồn tài nguyên dầu mỏ. Dầu bôi trơn được pha chế từ dầu gốc và phụ gia tùy theo từng ứng dụng khác nhau. Nếu thu được dầu gốc từ dầu thải sau khi xử lý thì pha phụ gia cần thiết thì có thể thu được dầu bôi trơn có các tính chất như dầu nguyên bản. Tái sinh đã trở thành giải pháp quan trọng ở nhiều nước phát triển để giải quyết vấn đề dầu thải và công nghệ tái sinh hiện nay rất tiên tiến, hiện đại.
Ở nước ta có, một số cơ sở nhỏ tái sinh dầu thải để làm dầu gốc cho dầu bôi trơn. Công nghệ chủ yếu được sử dụng là dùng chất đông tụ, chất hấp phụ để loại bỏ các sản phẩm oxy hóa, lão hóa và các tạp chất khác trong dầu thải, trả lại các tính năng ban đầu của dầu gốc, bổ sung phụ gia để pha chế dầu mới. Công nghệ tái sinh dầu thải lạc hậu, gây ô nhiễm môi trường, chủ yếu tạo ra các sản phẩm có chất lượng thấp, mang tính nhỏ lẻ, chưa thực sự quy mô và hiệu quả kinh tế thấp.
Gần đây, do thực trạng ngày càng khó khăn về nguồn nguyên liệu dầu thô trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng (khi mỏ Bạch Hổ đang vào giai đoạn thoái trào [12]), do nhu cầu về nhiên liệu ngày càng cao và do yêu cầu nghiêm ngặt về bảo vệ môi trường, người ta đặc biệt quan tâm đến quá trình cracking dầu nhờn thải thành các sản phẩm nhiên liệu. Trong khi đó nhu cầu về nguyên nhiên liệu phục vụ cho công nghiệp, giao thông vận tải và các lĩnh vực khác của ngành kinh tế đang phát triển mạnh như nước ta ngày càng lớn. Cùng với việc nghiên cứu các nguồn nguyên liệu thay thế dầu mỏ thì việc nghiên cứu để sản xuất nhiên liệu từ dầu thải trở nên cấp bách hơn bao giờ hết.
Các quá trình kinh điển chuyển hóa dầu nhờn thải thành sản phẩm nhẹ và nhiên liệu là quá trình cracking nhiệt. Quá trình thường được tiến hành ở nhiệt độ khoảng 470°C – 540°C, áp suất 20 – 70 atm (atmostpheric) [2]. Mặc dù vậy, công nghệ cracking nhiệt còn gặp nhiều hạn chế, quá trình chuyển hóa ở nhiệt độ cao phức tạp, tạo nhiều olefin nhẹ, sản phẩm xăng của quá trình này chưa đảm bảo chất lượng sử dụng cho động cơ xăng, thường phải xử lý làm sạch bằng hydro hoặc cho qua quá trình reforming xúc tác, isome hóa để nhận được xăng có độ ổn định và trị số octan cao. Đây chính là lý do để nghiên cứu phát triển công nghệ cracking xúc tác dầu nhờn thải.
Đề tài này chủ yếu tập trung vào nghiên cứu “Quá trình crackinh xúc tác dầu nhờn thải sản xuất Diezel”, với hỗn hợp dầu nhờn thải từ các động cơ Diezel đường bộ.
67 trang |
Chia sẻ: ngtr9097 | Lượt xem: 3245 | Lượt tải: 2
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Quá trình crackinh xúc tác dầu nhờn thải sản xuất Diezel, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, dầu thải được xếp vào nhóm chất thải nguy hại và phải quản lý nghiêm ngặt nhưng thực tế thì việc thu gom và xử lý dầu ở nước ta hiện nay vẫn còn nhiều bất cập. Nguyên nhân là do nền kinh tế còn hạn hẹp lại mới bước đầu hoà nhập vào nền kinh tế thế giới, do trình độ dân trí thấp dẫn đến việc nhận thức và việc thực hiện luật môi trường còn chưa tốt. Hệ thống thu gom và xử lý dầu phế thải chưa được thực hiện đồng bộ. Ở nhiều nơi, dầu thải tùy tiện được thải loại ra môi trường hoặc sử dụng sang một số lĩnh vực khác không kinh tế, việc buôn bán dầu thải còn diễn ra tràn lan, trôi nổi các cơ quan quản lý không kiểm soát hết được.
Việc nghiên cứu xây dựng phương án thu gom và tái sinh dầu thải có tính khả thi, phù hợp với điều kiện thực tế ở Việt Nam là nhiệm vụ môi trường quan trọng góp phần quản lý một cách có hiệu quả chất thải nguy hại, giảm thiểu tác động đến môi trường và cuộc sống con người.
Từ trước tới nay, việc nghiên cứu xử lý dầu thải chủ yếu đi theo hướng tái sinh nhưng vẫn giữ nguyên mục đích sử dụng ban đầu của dầu nghĩa là dầu thải được tái sinh và quay trở về làm dầu bôi trơn. Theo đó đã có rất nhiều công nghệ tái sinh được nghiên cứu và ứng dụng thực tế tại các nhà máy có công suất lớn tới 150.000 tấn/năm ở Châu Âu và Mỹ . Điều này không những tránh được ô nhiễm môi trường mà còn có tác dụng bảo tồn nguồn tài nguyên dầu mỏ. Dầu bôi trơn được pha chế từ dầu gốc và phụ gia tùy theo từng ứng dụng khác nhau. Nếu thu được dầu gốc từ dầu thải sau khi xử lý thì pha phụ gia cần thiết thì có thể thu được dầu bôi trơn có các tính chất như dầu nguyên bản. Tái sinh đã trở thành giải pháp quan trọng ở nhiều nước phát triển để giải quyết vấn đề dầu thải và công nghệ tái sinh hiện nay rất tiên tiến, hiện đại.
Ở nước ta có, một số cơ sở nhỏ tái sinh dầu thải để làm dầu gốc cho dầu bôi trơn. Công nghệ chủ yếu được sử dụng là dùng chất đông tụ, chất hấp phụ để loại bỏ các sản phẩm oxy hóa, lão hóa và các tạp chất khác trong dầu thải, trả lại các tính năng ban đầu của dầu gốc, bổ sung phụ gia để pha chế dầu mới. Công nghệ tái sinh dầu thải lạc hậu, gây ô nhiễm môi trường, chủ yếu tạo ra các sản phẩm có chất lượng thấp, mang tính nhỏ lẻ, chưa thực sự quy mô và hiệu quả kinh tế thấp.
Gần đây, do thực trạng ngày càng khó khăn về nguồn nguyên liệu dầu thô trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng (khi mỏ Bạch Hổ đang vào giai đoạn thoái trào [12]), do nhu cầu về nhiên liệu ngày càng cao và do yêu cầu nghiêm ngặt về bảo vệ môi trường, người ta đặc biệt quan tâm đến quá trình cracking dầu nhờn thải thành các sản phẩm nhiên liệu. Trong khi đó nhu cầu về nguyên nhiên liệu phục vụ cho công nghiệp, giao thông vận tải và các lĩnh vực khác của ngành kinh tế đang phát triển mạnh như nước ta ngày càng lớn. Cùng với việc nghiên cứu các nguồn nguyên liệu thay thế dầu mỏ thì việc nghiên cứu để sản xuất nhiên liệu từ dầu thải trở nên cấp bách hơn bao giờ hết.
Các quá trình kinh điển chuyển hóa dầu nhờn thải thành sản phẩm nhẹ và nhiên liệu là quá trình cracking nhiệt. Quá trình thường được tiến hành ở nhiệt độ khoảng 470°C – 540°C, áp suất 20 – 70 atm (atmostpheric) [2]. Mặc dù vậy, công nghệ cracking nhiệt còn gặp nhiều hạn chế, quá trình chuyển hóa ở nhiệt độ cao phức tạp, tạo nhiều olefin nhẹ, sản phẩm xăng của quá trình này chưa đảm bảo chất lượng sử dụng cho động cơ xăng, thường phải xử lý làm sạch bằng hydro hoặc cho qua quá trình reforming xúc tác, isome hóa để nhận được xăng có độ ổn định và trị số octan cao. Đây chính là lý do để nghiên cứu phát triển công nghệ cracking xúc tác dầu nhờn thải.
Đề tài này chủ yếu tập trung vào nghiên cứu “Quá trình crackinh xúc tác dầu nhờn thải sản xuất Diezel”, với hỗn hợp dầu nhờn thải từ các động cơ Diezel đường bộ.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
DẦU ĐỘNG CƠ
Giới thiệu chung
Dầu động cơ là nhóm dầu quan trọng nhất trong các loại dầu bôi trơn. Tính trung bình chúng chiếm khoảng 40% tổng các loại dầu bôi trơn sản xuất trên thế giới. Ở Việt Nam hiện nay, dầu động cơ chiếm khoảng 70% lượng dầu bôi trơn.
Có rất nhiều loại động cơ khác nhau, từ những loại nhỏ như động cơ xe máy hay các loại động cơ bé xíu trong các thiết bị hiện đại, tới những động cơ khổng lồ trong máy tàu thủy hoặc các thiết bị công nghiệp. Sự đa dạng về kích cỡ động cơ và dạng sử dụng chúng dẫn đến các yêu cầu bôi trơn rất khác nhau. Điều này phản ánh trong các tính chất lý – hóa lẫn tính năng sử dụng của các loại dầu động cơ. Từ dó, hàng loạt các sản phẩm được nghiên cứu để dáp ứng mọi yêu cầu. Các loại dầu gốc và nhiều phụ gia thích hợp đã được sử dụng để đạt được các tính năng hóa lý và tính năng sử dụng đề ra. Hầu hết các dầu gốc khoáng [5], [19], [23] và phần lớn phụ gia dầu bôi trơn [5], [19], [23] được sử dụng để sản xuất dầu động cơ. Tùy thuộc vào lĩnh vực sử dụng mà dầu động cơ có thể chứa từ 5 – 20% phụ gia. Các phụ gia quan trọng nhất cho dầu động cơ bao gồm: các chất chống oxy hóa, các chất phân tán – tẩy rửa, phụ gia chống gỉ và chống ăn mòn với dầu một mùa, phụ gia tăng độ nhớt với dầu bốn mùa. Thông thường các phụ gia dùng cho dầu một mùa được gộp trong một gói chung là “gói phụ gia ức chế/ tẩy rửa”. Các phụ gia tăng chỉ số độ nhớt ở một gói khác.
Cho dù mỗi động cơ cần loại dầu với tính chất hóa – lý và tính năng sử dụng riêng để đáp ứng các vấn đề bôi trơn khác nhau, một số yếu tố ảnh hưởng tới việc bôi trơn vẫn là chung cho mọi động cơ. Các yếu tố đó làm các chức năng như sau: bôi trơn, làm mát, làm kín, làm sạch bên trong. Mức độ đạt được các chức năng này tới đâu phụ thuộc vào loại dầu được lựa chọn phù hợp với đặc tính thiết kế ban đầu của động cơ, nhiên liệu sử dụng và điều kiện vận hành. Chất lượng bảo dưỡng động cơ cũng rất quan trọng, nó liên quan tới cả tuổi thọ động cơ và chu kỳ thay dầu.
Hiện nay, có rất nhiều cách phân loại dầu động cơ như phân loại theo độ nhớt, phân loại theo tính năng, được trình bày rất chi tiết ở [5], [10].
Một số sản phẩm dầu bôi trơn động cơ Diezel sử dụng trên thị trường Việt Nam hiên nay
Hiện nay trên thị trường Việt Nam có khá nhiều các sản phẩm dầu mỡ bôi trơn các loại của các hãng khác nhau như PLC, BP, Total… Trong đồ án này em chỉ đề cập đến một số sản phẩm dầu mỡ bôi trơn của hãng PLC Việt Nam [10].
Bảng 1.1. Đặc trưng kỹ thuật của một số loại dầu động cơ diezel
STT
Các chỉ tiêu kỹ thuật
Mức chất lượng đối với các loại
EXTRA 30
EXTRA 40
EXTRA 50
Đ 40
1
Phân cấp chất lượng theo SAE
SAE 30
SAE 40
SAE 50
SAE 40
2
Tỷ trọng ở 150C
0,88 – 0,92
0,88 – 0,92
0,88 – 0,92
0,85–0,95
3
Điểm chớp cháy, 0C, min
200
200
200
180
4
Độ nhớt ở 1000C, cSt
10,0-12,5
13,0-16,3
17,0-21,5
12,5-16,3
5
Chỉ số độ nhớt, min
95
95
95
98
6
Hàm lượng nước, %kl, max
0,05
0,05
0,05
0,05
7
Đặc tính tạo bọt, ml/ml, max
50/0
50/0
50/0
50/0
8
Hàm lượng kim loại, %kl, max
0,07
0,07
0,07
0,07
9
TBN, mgKOH/g, max
11
11
11
7,0
DẦU NHỜN THẢI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁI SINH DẦU NHỜN THẢI HIỆN NAY
Tình hình dầu nhờn thải và phân loại
Tình hình dầu nhờn thải
Dầu nhờn sử dụng trong công nghiệp, nông nghiệp và dân dụng có hai loại chính là dầu nhờn công nghệp và dầu nhờn động cơ. Ngoài ra có một vài loại dầu khác ít phổ biến hơn như dầu biến thế, dầu cắt gọt ... Tất cả các loại dầu nhờn được sử dụng trong các thiết bị máy móc với các công dụng khác nhau, đều có một thời hạn sử dụng nhất định. Thời hạn sử dụng này được các nhà chế tạo dầu nhờn cùng các chuyên gia kỹ thuật về máy móc thiết bị đề ra, và họ cũng đề ra quy trình thay dầu.
Để đảm bảo độ bền của máy móc người sử dụng phải tuân thủ quy trình và thời hạn thay dầu, cũng như sử dụng đúng chủng loại đúng mục đích thì tuổi thọ của máy móc sẽ được kéo dài và có tuổi thọ cao hơn. Vấn đề được đặt ra là tất cả các dầu bôi trơn thải ra sẽ được thu gom, bảo quản và quản lý nó như thế nào?
Hàng năm trên thế giới sản xuất không dưới 50 triệu tấn dầu bôi trơn các loại [2] và cũng khoảng một nữa lượng trên được thải ra môi trường dưới nhiều dạng khác nhau. Chính vì vậy vấn đề tái sinh để tái sử dụng dầu thải, tránh ô nhiễm môi trường đã được chú trọng nghiên cứu. Hơn nữa, việc thu gom xử lý dầu thải còn tiết kiệm nguồn tài nguyên dầu mỏ đang dần cạn kiệt và tăng lợi ích kinh tế.
Thị trường Việt Nam mỗi năm tiêu thụ khoảng 270.000 tấn dầu bôi trơn các loại, những năm gần đây lượng dầu sử dụng mỗi năm sau lại cao hơn năm trước khoảng 10 -15%. Lượng dầu thải ở Việt Nam phân bố như sau:
Phương tiện giao thông (ô tô, xe máy)
Công nghiệp (các công ty lớn dùng nhiều dầu bôi trơn cho các máy móc và giao thông)
Các ngành khác (nông nghiệp, sản xuất nhỏ và các công ty, xí nghiệp nhỏ)
Có rất nhiều loại dầu bôi trơn trên thị trường Việt Nam nhưng nhìn chung theo số lượng thì phân thành các nhóm dầu sau:
Bảng 1.2. Phân bố các loại dầu bôi trơn được sử dụng ở Việt Nam
STT
Loại dầu
% Khối lượng
1
Dầu động cơ
60 – 70
2
Dầu công nghiệp và chất lỏng thủy lực
10 – 15
3
Dầu biến thế
5 – 10
4
Mỡ bôi trơn
10
Điều này càng trở nên cấp thiết vì dầu thải gây ra các vấn đề về môi trường. Một tấn dầu thải có thể làm hỏng 3 ha đất hoặc 10 km2 mặt nước [15], [29]. Dầu thải có thể tồn tại lâu dài trong đất, nước và gây ra những ảnh hưởng thứ cấp nghiêm trọng đất hệ sinh thái và cuối cùng ảnh hưởng đến chuỗi thức ăn. Dầu thải có chứa nhiều các hợp chất độc hại đã tích tụ từ lâu trong quá trình sử dụng chúng như các hợp chất PAH (hydrocacbon đa vòng) và các kim loại nặng. Thực tế là dầu không tan trong nước và nhẹ hơn nước nên chúng nổi trên mặt nước, ngăn sự hòa tan khí và truyền ánh sáng vào nước và do đó làm nước thiếu oxy, ánh sáng và sẽ làm chết các sinh vật trong nước. Chúng cũng có thể gây ra những ảnh hưởng nghiêm trọng đối với các hệ thống thoát nước, có thể làm cho các hệ thống này không hoạt động được.
Phân loại dầu bôi trơn thải
Do tính chất phức tạp của dầu nhờn thải nên người ta thường phân chúng ra làm 3 nhóm như sau:
Nhóm 1: Dầu động cơ thải. Các loại dầu thải trong nhóm này cũng được chia ra làm 3 loại để tiện cho việc tái sinh, hoặc sử dụng vào các kĩnh vực khác.
Loại 1: Gồm tất cả các dầu nhờn động cơ và dầu xe máy thải.
Loại 2: Dầu động cơ và dầu công nghiệp khác.
Loại 3: Dầu truyền động, dầu bánh răng và dầu hộp số.
Nhóm 2: Gồm tất cả các loại dầu công nghiệp, dầu tua bin, dầu máy nén.
Nhóm 3: Dầu dùng cho máy biến thế, máy cắt điện
Các tính chất của dầu thải
Sự mất mát của dầu bôi trơn sẽ ảnh hưởng đến quá trình vận hành của động cơ do sự có mặt của các chất bẩn. Các chất bẩn có thể chia ra:
Chất bẩn bên ngoài
Từ không khí và các hạt cơ học từ động cơ.
Từ không khí: bụi, bẩn, hơi ẩm. Bản thân không khí cũng là chất bẩn, sự có mặt của nó là nguyên nhân gây ra sự tạo bọt trong dầu.
Từ động cơ: các hạt kim loại sinh ra từ việc ăn mòn động cơ, Cacbon do sự cháy không hoàn toàn của nhiên liệu, oxit kim loại, nước, nhiên liệu.
Sản phẩm từ quá trình dầu xuống cấp
Bùn: là hỗn hợp của dầu, nước, bụi, bẩn và các hạt cacbon từ quá trình cháy không hoàn toàn của nhiên liệu. Bùn có thể bám vào động cơ hoặc là phân tán dưới dạng keo trong dầu.
Sơn: là hợp chất rắn hoặc gum, bám lên thành động cơ, là kết quả của các chất bùn tạo thành khi động cơ làm việc ở nhiệt độ cao
Sản phẩm hòa tan trong dầu: là sản phẩm của sự oxi hóa dầu, nó vẫn còn lại trong dầu do không lọc ra ngoài và bám lên thành động cơ. Ở nhiệt độ thấp, cặn bẩn chủ yếu là sản phẩm từ quá trình cháy không hoàn toàn.
Ảnh hưởng của dầu bôi trơn thải đến môi trường [15]
Đối với nguồn đất: do dầu thải chứa các hợp chất chứa axit, các hợp chất dị nguyên tố, nếu thải dầu này ra đất sẽ làm cho vi khuẩn và vi sinh vật trong đất bị chết, các chất axit tác dụng với chất khoáng tạo ra các loại kết tủa. Nhựa trong dầu thải ở trong đất sẽ lâu phân hủy. Do đó, khi đổ dầu thải vào đất, đất sẽ bị biến chất, không còn giá trị sử dụng.
Đối với nguồn nước: Dầu nhờn thải nếu thải vào nguồn nước sẽ gây ô nhiễm nguồn nước. Các axít có trong dầu nhờn thải sẽ làm chết động thực vật trong nước. Do dầu nhờn thải có khối lượng riêng thấp hơn nước nên khi lẫn vào nước sẽ nằm trên mặt nước và có thể gây ra hiện tượng: tạo nhũ và nhũ đó rất lâu phân huỷ. Vì thế nguồn nứơc đó sẽ không thể dùng được.
Đối với động thực vật: Chủ yếu động thực vật lấy nguồn sống từ đất và nước. Khi đất và nước bị ô nhiễm do dầu nhờn thải tất yếu sẽ làm cho động thực vật chết theo.
Đối với con người: Dầu nhờn thải sẽ làm ô nhiễm nguồn không khí tại những nơi thay thế dầu động cơ hay những nơi con người tiếp xúc trực tiếp với nó. Khí dầu thải tồn tại trong không khí, khi hít khí dầu thải vào người chúng ta sẽ bị các bệnh về hô hấp, về thần kinh.
Các phương pháp và công nghệ tái sinh dầu nhờn thải hiện nay
Theo ước tính thì nhu cầu về dầu bôi trơn mỗi năm tăng 15%. Tuy nhiên rất khó để biết chính xác xem bao nhiêu lượng dầu bôi trơn được bán ở Việt Nam mỗi năm và như vậy cũng rất khó dự đoán chính xác cho tương lai. Vì thực tế là các loại dầu bôi trơn rẻ tiền có thể thâm nhập vào thị trường một cách bất hợp pháp và chính phủ không thể thống kê được.
Năm
Tấn/năm
Nhu cầu dầu bôi trơn ở Việt Nam
Hình 1.1 : Dự đoán nhu cầu dầu bôi trơn ở Việt Nam
Nhu cầu tiêu thụ dầu bôi trơn ở nước ta, theo như thống kê ở trên là rất lớn, và vì thế, lượng dầu thải thải ra hàng năm cũng rất lớn. Tuy nhiên, hiện nay việc thu gom dầu thải chưa được tiến hành với quy mô nhỏ lẻ và chưa đồng bộ.
Hiện nay, tính trên tổng lượng dầu thải ở Việt Nam thì ước tính chỉ có khoảng 50% được thu hồi. Trong đó dầu động cơ là khoảng 60 - 70%, dầu công nghiệp là khoảng 30 – 60%. Dầu thải được thu gom trên một khu vực địa lý rộng trong đó các khu công nghiệp và các tỉnh thành lớn thì tập trung nhiều hơn. Điều này không có nghĩa là dầu thải được thải vào môi trường một cách đơn giản và việc tái sinh dầu không được tiến hành theo phương pháp thân thiện với môi trường. Ngoài ra việc còn 50% lượng dầu thải (khoảng 135.000 tấn/năm) vẫn chưa được tính đến. Lượng dầu này có thể được xử lý theo một số cách song dường như được thải loại vào môi trường. Từ thực tế đó có thể thấy được dầu thải nếu không được thu gom và xử lý hợp lý sẽ là nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Và hiện nay có rất nhiều các phương pháp tái sinh dầu trên thế giới cũng như ở Việt Nam chúng ta.
Các công nghệ tái sinh dầu trên thế giới
Xử lý bằng axit – đất sét
Trong quá trình xử lý truyền thống axit – cao lanh, dầu thải ban đầu được đưa vào lọc và loại nước (gia nhiệt và stripping), các mảnh vỡ và các hạt rắn khác. Sau đó, cho vào 92% - 93% axit sunfuaric để loại muối kim loại, axit, các aromatic, asphalten và các tạp chất khác từ dầu và các cặn axit hình thành và lắng xuống.
Sau đó, dầu có tính axit nhẹ được trộn với cao lanh để loại mecaptan và các chất bẩn khác và để cải thiện màu sắc. Cần khoảng 0,4lb cao lanh cho 1 gal dầu. Bước cuối cùng của quá trình là trung hòa và chưng cất. Sản phẩm đỉnh là dầu được tái chế lại còn cao lanh thải được lấy ra ở đáy nhờ thiết bị lọc.
Quá trình xử lý bằng axit – đất sét rất đơn giản trong vấn đề thiết kế và hoạt động, phụ thuộc vào điều kiện hoạt động và thành phần nguyên liệu, quá trình này cho hiệu suất từ 45 – 75%. Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất ở Mỹ. Tuy nhiên, công nghệ này đang dần giảm xuống do giá thành cao và khó khăn trong việc loại bỏ phần lớn cặn axit và cao lanh thải. Cặn axit có các chất bắt cháy, chì, các hydrocacbon chứa kim loại, sunfonat, và các chất gây ung thư. Thực tế, 30 – 50% cặn bùn có thể hòa tan gây phức tạp cho vấn đề loại bỏ. Cặn axit cũng có thể cháy nhưng khó do hàm lượng SOx cao.
Không giống như cặn axit, đất sét thải sinh ra trong quá trình tái sinh là điều không thể tránh khỏi, nó bao gồm các hợp chất phân cực là các chất hữu cơ có oxy và nito. Nó cũng chứa hàm lượng dầu cao từ 20% đến 30%. Cả cặn axit và đất sét thải đều đặt ra vấn đề loại bỏ. Thêm vào đó, quá trình xử lý axit – đất sét chỉ có tác dụng tốt với dầu thải có hàm lượng phụ gia cao.
Vấn đề khác của quá trình xử lý bằng đất sét – axit là mùi thoát ra từ bồn chứa, thiết bị xử lý, hệ thống xử lý nước thải và cặn, dầu. Trong một số phương pháp tinh chế lại, mùi có thể được giảm thiểu bằng cách đậy kín các thùng và thiết bị. Ngoài ra, một số nhà máy còn sử dụng kiềm để xử lý khí thoát ra từ các phân xưởng xử lý. Dòng nước thải chủ yếu được lấy ra từ bước loại nước và ở giai đoạn cuối.
Tuy có những nhược điểm này, quá trình xử lý axit – đất sét sinh ra dầu có chất lượng tốt. Kết quả mô phỏng ở phòng thí nghiệm chỉ ra rằng 70% các kim loại được loại bỏ. Sự giảm này dẫn đến sự giảm của hàm lượng chì và kẽm trong dầu tương ứng là 70% và 77% [15].
Công nghệ tái sinh dầu của Phillip (PROP)
PROP bắt đầu bằng quá trình trộn lẫn dung dịch diamoni photphat với dầu thải được gia nhiệt để làm giảm lượng kim loại trong dầu thải. Qua một loạt các phản ứng xảy ra dưới 300oF và áp suất 20psig hình thành các photphat kim loại sau đó chúng được loại bỏ bằng phương pháp lọc. Trong quá trình phản ứng loại kim loại, nước và các hydrocacbon nhẹ được hình thành và được lấy ra ở đỉnh.
Sau đó, dầu còn lại được gia nhiệt, trộn với H2, chảy qua lớp đất sét và đi qua chất xúc tác niken molyden. Mục đích của một chuỗi các bước là để loại bỏ lưu huỳnh, N2, O2, Cl2 và các hợp chất vô cơ dạng vết và để cải thiện màu của dầu. Dầu được xử lý sau đó được đem đi tách nhanh, làm lạnh và chưng cất để loại bỏ bất kì chất bẩn còn lại nào trong dầu bôi trơn.
Ưu điểm chính của công nghệ PROP là hiệu suất cao (lớn hơn 90%) và khả năng sinh ra dầu bôi trơn có chất lượng cao có hàm lượng kim loại nhỏ hơn 10ppm và hàm lượng lưu huỳnh, nito có thể bỏ qua. Quá trình cũng sinh ra các bã lọc dạng phốt phát trung tính mà có thể được loại bỏ một cách an toàn. Thêm vào đó, nó cũng sinh ra dòng sản phẩm phụ như dòng chứa các hydrocacbon nhẹ và xăng nặng (trong khoảng nhiên liệu diesel) có thể sử dụng làm nhiên liệu.
Hình 1.2 : Công nghệ tái sinh dầu của Phillip.
Nhược điểm của công nghệ PROP là độ phức tạp và giá thành cao. Công nghệ PROP cũng tương đối kém linh động; nó phù hợp với loai dầu cacte động cơ. Nhà máy chỉ có công nghệ này là ở Mexico, 2 nhà máy khác đã được xây dựng ở Canada nhưng đã đóng cửa do khó khăn về tài chính.
Quá trình B.V (Công nghệ KTI)
Quá trình B.V (KTI) gồm có quá trình chưng cất và hydrotreating để loại bỏ hầu hết các chất bẩn trong dầu thải. Tháp chưng cất thứ nhất loại nước và các hydrocacbon nhẹ trong khi tháp chưng cất chân không sinh ra dòng sản phẩm đỉnh được dùng làm phân đoạn của dầu bôi trơn. Dầu còn lại sau đó được trộn với hydro, gia nhiệt, và đi qua thiết bị phản ứng xúc tác để cải thiện màu của dầu và làm giảm mùi của các sản phẩm nhẹ và sản phẩm đỉnh khác. Dầu được hydrotreating cuối cùng được stripping bằng hơi nước hoặc chưng cất phân đoạn thành các phân đoạn dầu bôi trơn phụ thuộc vào sản phẩm và yêu cầu kĩ thuật.
Ưu điểm của công nghệ KTI là dòng sản phẩm phụ không lớn; chất lượng sản phẩm cao; hiệu suất cao (82%), linh động; và khả năng các chấp nhận các vật liệu có hại và PCBs. Nhược điểm chủ yếu là độ nhạy của xúc tác hydrotreating theo loại chất bẩn. Hiện nay, 4 nhà máy sử dụng công nghệ KTI ở Mỹ, Đức, Hy Lạp và Hà Lan. Nhà máy ở Mỹ đặt ở Newark, California và có công suất 10 triệu gal dầu gốc sinh ra hàng năm.
Công nghệ chiết bằng propan
Theo viện dầu mỏ Pháp (IFP), sử dụng propan là chất chọn lọc để chiết loại bỏ phụ gia và tạp chất chứa trong dầu thải. Propan tan được trong dầu gốc sau đó được loại bỏ ở đỉnh của thiết bị chiết, đi ra khỏi đáy thiết bị là các sản phẩm có nhiệt độ sôi cao, các hydrocacbon dạng nhựa đường có màu tối và các hydrocacbon bị oxy hóa và các chất rắn lơ lửng. Sản phẩm đáy được trộn với dầu nhiên liệu và được sử dụng làm nhiên liệu cho nhà máy hoặc loại bỏ; trong khi đó propan được tách ra khỏi dầu và tuần hoàn trở lại.
Đầu tiên, dầu thải được chưng cất để loại nước và các hydrocacbon nhẹ. Sau đó, nó được trộn với propan (trong thiết bị chiết) theo tỉ lệ propan:dầu thải là 15 – 20:1 để tạo ra sản phẩm có chất lượng cao. Hỗn hợp propan – dầu tiếp đó được đưa tới khu vực phân tách để tách propan ra khỏi dầu và tuần