KHẢO SÁT MỘT SỐ YẾU TỐ KHI TINH CHẾ PHÂN ĐOẠN DIESEL NHẬN ĐƯỢC TỪ QUÁ TRÌNH CRACKING XÚC TÁC DẦU NHỜN THẢI

THE INVESTIGATION OF SOME FACTORS OF PROCESSING DIESEL FRACTION OBTAINED FROM CATALYTIC CRACKING USED-LUBICANT OIL

Đinh Văn Kha, Nguyễn Hữu Tùng

Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam

Abstract

Cracking xúc tác dầu nhờn thải thu nhiên liệu lỏng là phương pháp hiệu quả và phù hợp với điều kiện Việt Nam. Phân đoạn diesel (nhiệt độ sôi từ 215 ÷ 360^oC) thu được từ quá trình cần được xử lý màu, mùi và ổn định để đáp ứng các tiêu chuẩn quy định hiện hành. Nội dung bài báo này thể hiện các kết quả từ việc nghiên cứu khảo sát, lựa chọn phương pháp và tác nhân xử lý thích hợp để thu được diesel thương phẩm 0,25S theo TCVN 5689:2005 từ sản phẩm lỏng của quá trình cracking xúc tác dầu nhờn thải.

Treatment of waste lubricating oil by catalytic cracking to liquid fuels is an effective method and suitable for economic and technological conditions of Vietnam. The obtained diesel fraction with boiling temperature from 215 to 360^oC needs removing unstable compounds to improve quality (odour and colour). The paper shows the results from treating the liquid products of the catalytic cracking process of used lubricating oils in order to obtain quality of commercial diesel oil 0.25 S according to TCVN 5689:2005.

I. Mở đầu

Dầu nhờn thải được xếp vào nhóm chất thải nguy hại cần được kiểm soát và xử lý để tránh ô nhiễm môi trường. Có nhiều phương pháp được áp dụng trong xử lý dầu nhờn thải, trong đó cracking xúc tác thu nhiên liệu được xem là hiệu quả nhất, phương pháp này phù hợp với tình hình thực tế về nhu cầu nhiên liệu và điều kiện công nghệ ở Việt Nam [1].

Phân đoạn diesel thu được từ quá trình cracking xúc tác dầu nhờn thải có nhiều chỉ tiêu hóa lý tương đương với nhiên liệu diesel thương phẩm [2]. Tuy nhiên, trong thành phẩn sản phẩm này còn chứa một lượng nhất định các hợp chất không bền, dị vòng tạo mùi khó chịu và làm tối màu sản phẩm. Chính vì vậy, cần tiến hành một số bước tinh chế để loại bỏ có hợp chất không mong muốn này để có thể thu được nhiên liệu diesel đạt tiêu chuẩn thương phẩm theo TCVN 5689: 2005.

II. Thực nghiệm

Sản phẩm lỏng từ quá trình cracking xúc tác nghiên cứu được chưng cất phân tách thành các phân đoạn xăng, diesel, FO, trong đó phân đoạn diesel là chủ yếu, chiếm từ 70 -80%. Phân đoạn diesel này sau đó được xử lý ổn định, xử lý màu, mùi để đáp ứng được các tiêu chuẩn thương phẩm. Phương pháp áp dụng là sử dụng các chất hấp phụ để loại bỏ các hợp chất tạo mùi, tạo màu và các chất không bền, dễ bị oxi hóa nhằm ổn định và cải thiện màu của sản phẩm.

Các chất hấp phụ được khảo sát và nghiên cứu là đất sét tẩy trắng có nguồn gốc Malaysia, silicagel và cao lanh đã hoạt hóa bằng axit [3]. Các chất hấp phụ trên có diện tích bề mặt riêng từ 15 - 750 m²/g và đường kính mao quản trung bình từ 15 - 100 A^o thích hợp cho quá trình hấp phụ, tinh chế sản phẩm [4], [5].

2.1. Chưng cất thu phân đoạn diesel

Sản phẩm lỏng từ quá trình cracking xúc tác dầu nhờn thải được chưng cất phân đoạn
bằng hệ chưng cất đơn giản gồm bình chưng, cột ngưng, bếp điện. Các phân đoạn được lấy ra theo khoảng nhiệt độ sôi tương ứng. Thu lấy phân đoạn diesel nằm trong khoảng nhiệt độ sôi từ 215¸360^oC và ghi lại thể tích thu được bằng ống đong để xác định hiệu suất thu hồi.

2.2. Quy trình xử lý hấp phụ

Cho 100 ml phân đoạn diesel vào cốc 250 ml, cân lượng chất hấp phụ tương ứng với tỉ lệ khảo sát vào cốc, gia nhiệt lên 60 - 70ºC và khuấy trên bếp từ trong 15 phút. Sau đó để lắng 30 phút, rồi lọc tách cặn rắn qua phễu lọc (hình 1).

Hình 1. Quy trình xử lý phân đoạn diesel bằng chất hấp phụ

Tiến hành khảo sát lần lượt với các chất hấp phụ là đất sét tẩy trắng Malaysia, silicagel, cao lanh hoạt hóa với các tỉ lệ sử dụng khác nhau. Xác định thể tích diesel thu được, đánh giá màu, mùi và xác định độ nhớt của sản phẩm nhiên liệu diesel sau xử lý để từ đó lựa chọn được chất hấp phụ hiệu quả và hàm lượng sử dụng thích hợp.

III. Kết quả và thảo luận

3.1. Chưng cất sản phẩm lỏng từ quá trình cracking xúc tác thu phân đoạn diesel

Các mẫu được chưng cất phân đoạn thu các sản phẩm theo nhiệt độ sôi tương ứng, tách riêng lấy phân đoạn của diesel trong khoảng nhiệt độ sôi từ 215¸360^oC.

Bảng 1. Hiệu suất thu phân đoạn diesel từ sản phẩm lỏng của quá trình cracking xúc tác dầu thải

Ghi chú: % tt: % thể tích.

Kết quả trong bảng 1 cho thấy hiệu suất thu hồi diesel khá cao và đồng đều, từ 71-76 % tt. Sản phẩm diesel mới chưng cất ra có màu vàng, trong, mùi hắc, sau một thời gian để ngoài không khí thì chuyển dần sang màu đỏ tối. Điều này cho thấy trong sản phẩm có chứa nhiều hợp chất không bền, dễ bị oxi hóa, các hợp chất dị vòng, có mùi..

Các hợp chất tạo màu và mùi đa số là các hợp chất phân cực, chứa các dị tố (chủ yếu là N và S), có khối lượng phân tử lớn vì vậy có thể được tách ra khỏi sản phẩm bằng quá trình sử dụng chất hấp phụ hoặc các dung môi chọn lọc. Qua khảo sát, lựa chọn phương pháp hấp phụ cho hiệu quả cao, đơn giản, dễ thực hiện.

3.2. Xử lý diesel với các chất hấp phụ

Khảo sát khả năng hấp phụ của từng loại chất hấp phụ khác nhau với phân đoạn diesel thu được ở điều kiện nhiệt độ 60 - 70^oC theo quy trình ở hình 2. Kết quả được thể hiện trong bảng 2.

Bảng 2. Kết quả xử lý diesel với các chất hấp phụ khác nhau

Ghi chú: % kl: % khối lượng.

Từ bảng 2 cho thấy việc xử lý diesel bằng đất sét tẩy trắng cho hiệu suất thu hồi cao và ổn định nhất. Độ nhớt của sản phẩm cũng giảm đi đáng kể cho thấy các cấu tử nặng, các hợp chất dị nguyên tố, các chất phân cực đã bị hấp phụ. Màu của sản phẩm được cải thiện, không còn mùi hôi khó chịu và không bị biến màu trong thời gian dài. Khi hàm lượng đất sét tẩy trắng sử dụng là 0,8% kl nguyên liệu thì cho kết quả thu hồi dầu cao nhất, màu, mùi và độ nhớt của sản phẩm ổn định.

Kết quả chụp phổ hồng ngoại IR của phân đoạn diesel sau xử lý bằng đất sét tẩy trắng (hình 2) và của nhiên liệu diesel thương phẩm (hình 3) nhận thấy thành phần của chúng là khá giống nhau. Phổ hồng ngoại được xác định trên máy FTS 600 Biorad của Mỹ tại Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

Hình 2. Phổ IR của phân đoạn diesel sau xử lý                 Hình 3. Phổ IR của nhiên liệu diesel thương phẩm

bằng đất sét tẩy trắng

Do đó, lựa chọn chất hấp phụ là đất sét tẩy trắng với hàm lượng thích hợp là 0,8% khối lượng nguyên liệu. Nhiên liệu diesel sau hấp phụ được xác định các tính chất hóa lý theo TCVN 5689:2005, có đối chứng với diesel thương phẩm [6].

Bảng 3. Tính chất hóa lý của nhiên liệu diesel sau xử lý và diesel thương phẩm

Kết quả phân tích cho thấy nhiên liệu diesel thu được sau khi xử lý hấp phụ có các tính chất hóa lý đạt tiêu chuẩn chất lượng của theo TCVN 5689-2005. So sánh với diesel thương phẩm 0,25S thì có một số chỉ tiêu tính chất được cải thiện hơn, cụ thể hàm lượng lưu huỳnh thấp hơn (0,1582 % kl so với 0,2488% kl của diesel thương phẩm), hàm lượng cặn cacbon cũng thấp hơn (0,1 % kl so với 0,2 % kl) vì vậy nhiên liệu diesel sản xuất có thể tạo ít khói muội hơn diesel thương phẩm loại 0,25S khi đốt cháy; chỉ số xetan của diesel sản xuất cũng cao hơn của diesel thương phẩm; còn các chỉ tiêu tính chất khác là tương đương nhau.

4. Kết luận

Các kết quả nghiên cứu cho thấy, quá trình cracking dầu nhờn thải với xúc tác thích hợp để thu sản phẩm lỏng trong đó phân đoạn diesel có hiệu suất thu hồi là khá cao, trên 70 % tt. Nhiên liệu diesel sau đó được xử lý hấp phụ bằng đất sét tẩy trắng Malaysia cho hiệu quả cao với đặc tính màu và mùi được cải thiện, độ nhớt giảm và có độ ổn định cao vì đã loại bỏ được phần lớn các hợp chất không bền, các hợp chất mang màu. Hàm lượng chất hấp phụ sử dụng 0,8% kl nguyên liệu cho hiệu suất thu diesel cao nhất (trên 99% tt) với chất lượng ổn định, phù hợp với TCVN 5689:2005.

Tài liệu tham khảo

1. Bùi Huê Cầu, 1991, Tái sinh dầu nhờn phế thải, Tổng công ty xăng dầu;
2. Nguyễn Ánh Thu Hằng, Đinh Văn Kha, 4/2010, Nghiên cứu khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng tới quá trình cracking xúc tác dầu nhờn thải nhằm sản xuất diesel, Tạp chí Hóa học Ứng dụng ISSN 0866-7004;
3. Phan Văn Tường, 1980, Đất sét công nghiệp, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội;
4. Nguyễn Hữu Phú, 1998, Hấp phụ và xúc tác trên bề mặt vật liệu vô cơ mao quản, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội;
5. G. Kakali, T. Perraki, S. Tsivilis, E. Badogiannis, 2001, Thermal treatment of kaolin: the effect of mineralogy on the pozzolanic activity, Applied Clay Science 20, trang 73–80.
6. Chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu Diesel (TCVN 5689:2005).