Nghiên cứu Khoa học

Nghiên cứu khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng tới quá trình cracking xúc tác dầu nhờn thải nhằm sản xuất diezen

Posted on by root
06
Th6

Đinh Văn Kha, Nguyễn Ánh Thu Hằng

Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam

Abstract

Executing catalytic cracking to treat waste lubricant to get diesel as main product. There are many factors influence to this process. In this study, investigated some factors are: temperature, time, catalytic content, stir rate. Criteria to access is diesel yield.

I. Đặt vấn đề

Đã có nhiều phương pháp xử lý dầu thải trong và ngoài nước, nhằm tiết kiệm nguồn tài nguyên, giảm thiểu sự tác động của dầu thải tới môi trường và con người. Các phương pháp hiện nay chủ yếu đi theo hướng tái sinh để giữ nguyên mục đích sử dụng ban đầu của dầu. Áp dụng công nghệ cracking xúc tác để nhận được xăng và diezen là một hướng đi mới. Quá trình này tiến hành ở điều kiện nhiệt độ cao với sự có mặt của xúc tác, bẻ gẫy mạch các phân tử có phân tử lượng lớn thành các phần nhỏ hơn nhằm thu được sản phẩm xăng và diezen, góp phần giải quyết vấn đề tiết kiệm nhiên liệu khi mà nguồn dầu mỏ đang dần cạn kiệt [1,2,3].

II. Thực nghiệm

Phản ứng cracking xúc tác dầu nhờn thải được tiến hành theo các bước sau:

Hình 1. Quy trình cracking xúc tác dầu nhờn thải

Dầu nhờn động cơ thải sau khi xử lý, bổ sung xúc tác dạng bột bằng cách khuấy đều trong khoảng 30 phút. Hỗn hợp dầu thải và xúc tác đã khuấy đều được chuyển vào thiết bị cracking. Thiết bị cracking được gia nhiệt có chế độ điều khiển và khống chế bằng rơle tự ngắt. Dưới tác dụng của nhiệt độ, pha lỏng chuyển sang pha hơi, quá trình bẻ mạch diễn ra. Sản phẩm của quá trình đi qua hệ thống làm lạnh bằng sinh hàn với tác nhân làm lạnh là nước, rồi đi vào bình đựng sản phẩm lỏng, phần khí được thu vào bình chứa, hoặc đốt như đốt khí ga dư tránh thải ra môi trường gây ô nhiễm.

Sản phẩm lỏng của quá trình cracking xúc tác được đưa đi chưng cất phân đoạn thu được 3 phân đoạn chính:

–       Phân đoạn trước diezen có nhiệt độ sôi nhỏ hơn 2150C: Có thể sử dụng làm dung môi.

–       Phân đoạn diezen có nhiệt độ sôi 215-3500C

–       Phân đoạn sau diezen có nhiệt độ sôi trên 3500C

Phân đoạn diezen được phân tích các chỉ tiêu hóa lý theo quy định như đối với dầu diezen thương phẩm.

III. Kết quả và thảo luận

III.1 Các chỉ tiêu hóa lý của dầu nhờn thải làm nguyên liệu

Nguyên liệu dầu nhờn thải trước khi tiến hành cracking được xử lý sơ bộ loại nước và các tạp chất cơ học, loại lưu huỳnh [4]. Sau đó phân tích các tính chất hóa lý cơ bản, kết quả được chỉ ra ở bảng sau:

Bảng 1. Một số tính chất hóa lý của dầu nhờn thải nguyên liệu

TT

Chỉ tiêu

Phương pháp thử (ASTM)

Kết quả

1

Cảm quanD 1500

>8

2

Tỷ trọngD 1298

0,894

3

Độ nhớt 40oC, cStD 445

105,22

4

Độ nhớt 100oC, cStD 445

11,98

5

Điểm rót, oCD 97

– 7

6

Điểm chớp cháy, oCD 92

186

7

Cặn cacbon, % klD 189

1,23

8

Chỉ số axit TAN, mg KOH/gD 664

0,43

9

Hàm lượng S, % klD 129

0,57

10

Hàm lượng nước, % klD 95

0,01

11

Tạp chất cơ học, % klD 4055

0,31

Kết quả phân tích cho thấy mẫu dầu thải làm nguyên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp, độ nhớt cao, hàm lượng nước thấp. Đủ điều kiện làm nguyên liệu cho cracking xúc tác.

III.2 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình cracking dầu nhờn thải

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới quá trình cracking, đề tài lựa chọn khảo sát một số yếu tố chính như: nhiệt độ phản ứng, thời gian phản ứng, hàm lượng xúc tác, tốc độ khuấy, hiệu quả của quá trình được đánh giá là hiệu suất diezel.

III.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ

Qua khảo sát sơ bộ thấy rằng quá trình craking xảy ra trong khoảng 2500C÷4400C trong đó phản ứng diễn ra mạnh ở 3900C÷4300C. Tiến hành khảo sát phản ứng ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau trong khoảng  trên. Thu được kết quả như sau:

Bảng 2. Ảnh hưởng của nhiệt độ

Nguyên liệu: 500 ml,Thời gian phản ứng: 60 phút. Hàm lượng xúc tác: 0,3% kl.Tốc độ khuấy: 150 vòng/phút

Lượng sản phẩm

% thể tích

Nhiệt độ, 0C

390

400

410

420

430

Sản phẩm khí

1

2

5

7

13

Sản phẩm lỏng

46

52

64

73

70

Lượng diezen trong sản phẩm lỏng

36

39

45

51

52

Cặn

53

46

32

20

17

Hiệu suất thu diezen, %

16,6

20,3

28,8

37,2

36,4

Qua đồ thị hình 2 thấy rằng hiệu suất thu hồi diezen đạt cực đại ở nhiệt độ khoảng 4200C.

III.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng

Thực nghiệm thấy rằng quá trình tiến hành sau khoảng 30 phút thu được sản phẩm, tiến hành khảo sát các khoảng thời gian khác nhau, kết quả thu được như sau:

Bảng 3. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng

Nguyên liệu: 500 ml.Nhiệt độ phản ứng: 4200C. Hàm lượng xúc tác: 0,3%.Tốc độ khuấy: 150 vòng/phút

Lượng sản phẩm

% thể tích

Thời gian, phút

30

60

90

120

Sản phẩm khí

2

3

5

11

Sản phẩm lỏng

52

73

87

84

Lượng diezen trong sản phẩm lỏng

44

51

69

70

Lượng cặn

46

24

8

5

Hiệu suất thu diezen, %

22,9

37,2

60,0

58,8

Từ kết quả thu được, bước đầu cho thấy thời gian phản ứng 90 phút thu được nhiều diezen nhất.

III.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác

Hàm lượng xúc tác cho phản ứng cracking được khảo sát trong khoảng 0,1-0,5kl, kết quả thu được như dưới đây:

 

Bảng 4. Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác

Nguyên liệu: 500 ml. Nhiệt độ phản ứng: 4200C.

Thời gian phản ứng: 60 phút. Tốc độ khuấy: 150 vòng/phút

Lượng sản phẩm

% thể tích

Hàm lượng xúc tác

% kl

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

Sản phẩm khí

3

3

5

6

10

Sản phẩm lỏng

53

71

86

92

88

Lượng diezen trong sản phẩm lỏng

31

57

59

81

75

Cặn

44

26

9

2

2

Hiệu suất thu diezen, %

16,4

40,5

50,7

74,5

66,0

 

Với kết quả ở bảng 4, hình 4 thấy rằng hàm lượng xúc tác sử dụng hợp lý là 0,4%kl.

III.2.4 Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ khuấy

Khảo sát các tốc độ khuấy khác nhau từ 100 vòng/phút đến 250 vòng/phút, kết quả thu được như sau:

Bảng 5. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy

Nguyên liệu: 500 ml. Nhiệt độ phản ứng: 4200C

Thời gian phản ứng: 90 phút.  Hàm lượng xúc tác: 0,4%

Lượng sản phẩm

% thể tích

Tốc độ khuấy

vòng/phút

100

150

200

250

Sản phẩm khí

4

6

14

26

Sản phẩm lỏng

83

92

85

73

Lượng diezen trong sản phẩm lỏng

65

81

67

61

Cặn

13

2

1

1

Hiệu suất thu diezen, %

53,9

74,5

56,9

44,5

Qua kết quả thấy rằng tốc độ khuấy có ảnh hưởng rất nhiều tới phản ứng, điều này hoàn toàn phù hợp với lý thuyết vì khuấy trộn tạo điều kiện tốt cho xúc tác có khả năng phân tán đều hơn, tăng hiệu quả của quá trình. Tốc độ khuấy 150 vòng/phút cho hiệu suất thu diezen cao nhất.

Sản phẩm diezen sau khi chưng cất được xử lý màu bằng phương pháp hấp phụ trên đất sét hoạt tính, phân tích một số chỉ tiêu hóa lý của sản phẩm diezen thu được, kết quả chỉ ra ở bảng sau:

Bảng 6. Các chỉ tiêu hóa lý của sản phẩm diezen thu được

TT

Chỉ tiêu

Phương pháp thử ASTM

Kết quả

Tiêu chuẩn

1

Màu dầuD 1500

2,5

–

2

Tỷ trọngD 1298

0,8426

Max 0,87

3

Độ nhớt 40oC, cStD 445

4,467

1,8-5,0

4

Điểm rót, oCD 97

-18

Max 9,00

5

Điểm chớp cháy, oCD 92

104

Min 60

6

Hàm lượng S, % klD 129

0,2488

Max 1,00

7

Hàm lượng nước, % klD 95

0,00

Max 0,05

8

Chỉ số xetanD 976

54

Min 45

Nhìn chung, các chỉ tiêu của sản phẩm diezen thu được đạt tiêu chuẩn so với diezen thương phẩm [5].

III. Kết luận

Cracking dầu nhờn thải có sử dụng xúc tác là phương pháp có hiệu quả cao, dầu nhờn thải sau khi cracking xúc tác nhận được các sản phẩm có tính năng sử dụng như làm nhiên liệu, dung môi… Qua các thực nghiệm nghiên cứu, đã rút ra các kết luận sau:

  1. Đã tiến hành khảo sát được một số yếu tố ảnh hưởng tới quá trình cracking dầu nhờn thải. Từ đó tìm ra điều kiện phản ứng tối ưu, cho hiệu suất thu diezen cao nhất: nhiệt độ phản ứng: 4200C; thời gian phản ứng: 90 phút; hàm lượng xúc tác: 0,4% khối lượng nguyên liệu; tốc độ khuấy: 150 vòng/phút.
  2. Xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm diezen thu được và thấy rằng các tính chất này hoàn toàn đáp ứng tiêu chuẩn của nhiên liệu diezen cho động cơ.

IV. Tài liệu tham khảo

1. GS.TS Nguyễn Hữu Phú (2005), Cracking xúc tác, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.

2. Mueller Associated (1989), Waste oil, Reclaiming technology, Utilization and disposal, Noyes data corporation, Park Ridge, New Jersey, USA.

3. TS. Phan Tử Bằng (2002), Giáo trình công nghệ lọc dầu, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội.

4. Đinh Văn Kha, Dương Thị Hằng, Bùi Phạm Nguyệt Hồng(2010), Nghiên cứu phương pháp đông tụ trong xử lý dầu nhờn thải làm nguyên liệu cho quá trình cracking xúc tác sản xuất diezen, Tạp chí Hóa học và Ứng dụng. Số 2.

5. PGS.TS Đinh Thị Ngọ (2008), Hóa học dầu mỏ và khí, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.