Thành phần dầu nhớt được chế tạo từ những chất nào?

Như bài trước chúng ta đã tìm hiểu : dầu nhớt là gì ? Lịch sử phát triển của chúng như thế nào? Từ đó, chúng ta cũng có những câu trả lời sơ lược về cấu tạo, lịch sử cũng như tiến trình hình thành của loại nhiên liệu quý hiếm này. Tuy nhiên thành phần dầu nhớt là vấn đề rất rộng và khó có thể nói hết trong 1 chủ đề. Ở bài viết hôm nay, Totachi Hà Nội sẽ chia sẻ thêm cho các bạn về câu hỏi:

Thành phần dầu nhớt gồm có gì ?

Thành phần dầu nhớt bao gồm 2 thành phần chính là dầu gốc và phụ gia, từ đó tạo ra dầu nhớt thương phẩm chạy trong các động cơ xe ngày nay. Phụ gia thêm vào với mục đích là giúp cho dầu nhớt thương phẩm có được những tính chất phù hợp với các tiêu chuẩn chung quốc tế, tiêu chuẩn riêng của các hãng xe …. mà dầu gốc không có được. Và giờ, hãy cùng Totachi Hà nội tìm hiểu từng thành phần đó:

Dầu gốc là dầu thu được sau quá trình chế biến, xử lý tổng hợp bằng các quá trình xử lý vật lý và hóa học. Dầu gốc thông thường gồm có ba loại là: dầu thực vật, dầu khoáng và dầu tổng hợp.

a. Dầu thực vật

Là loại thành phần dầu nhớt chỉ dùng trong một số trường hợp đặc biệt. Nó chủ yếu là phối trộn với dầu khoáng hoặc dầu tổng hợp để đạt được một số chức năng nhất định. Nhưng ngày nay người ta thường sử dụng dầu khoáng hay dầu tổng hợp là chủ yếu.

Với tính chất ưu việt như giá thành rẻ, sản phẩm đa dạng và phong phú, dầu khoáng đã chiếm một vị trí quan trọng trong lĩnh vực sản xuất dầu nhớt , nhưng dầu tổng hợp cũng được quan tâm nhiều bởi tính chất ưu việt của nó.

Dầu gốc khoáng
Trước đây, thông thường người ta dùng phân đoạn cặn mazut là thành phần dầu nhớt chính để sản xuất dầu nhớt gốc. Nhưng về sau này khi ngành công nghiệp nặng và chế tạo máy móc phát triển, đòi hỏi lượng dầu nhớt ngày càng cao và chủng loại ngày càng phong phú cũng như tiêu chuẩn về chất lượng ngày càng cao. Từ đây người ta đã nghiên cứu tận dụng phần cặn của quá trình chưng cất chân không có tên gọi là cặn gudron làm thành phần dầu nhớt để sản xuất dầu nhớt gốc có độ nhớt cao. Tóm lại nguyên liệu chính để sản xuất dầu nhớt gốc là cặn mazut và gudron.

Cặn mazut:
Mazut là thành phần dầu nhớt sơ khai ban đầu của quá trình chưng cất khí quyển có nhiệt độ sôi cao hơn 350°C. Phần cặn này có thể đem đi đốt hoặc làm nguyên liệu để sản xuất dầu nhớt gốc. Để sản xuất dầu nhớt gốc người ta đem mazut (vốn là thành phần dầu nhớt chính) chưng cất chân không thu được phân đoạn có nhiệt độ sôi khác nhau:
· Phân đoạn dầu nhớt nhẹ ( LVGO: Light Vacuum Gas Oil ) có nhiệt độ sôi từ 300°C – 350°C.
· Phân đoạn dầu nhớt trung bình ( MVGO: Medium Vacuum Gas Oil ) có nhiệt độ từ 350°C – 420°C.
· Phân đoạn dầu nhớt nặng ( HVGO: Heavy Vacuum Gas Oil ) có nhiệt độ từ 420°C – 500°C.

Thành phần dầu nhớt của các phân đoạn này gồm những phân tử hydrocacbon có số cacbon từ C21-40, những hydrocacbon trong phân đoạn này có trọng lượng phân tử lớn ( 1000 – 10000), cấu trúc phức tạp, bao gồm:

• Các parafin mạch thẳng và mạch nhánh.

• Các hydrocacbon napten đơn hay đa vòng thường có gắn nhánh phụ là các parafin.

• Các hydrocacbon thơm đơn hay đa vòng chủ yếu chứa mạch nhánh ankyl, nhưng chủ yếu là 1 đến 3 vòng.

• Các hợp chất lai hợp mà chủ yếu là lai hợp giữa napten và paraffin, giữa napten và hydrocacbon thơm.

• Các hợp chất phi hydrocacbon như các hợp chất chứa các nguyên tố oxy, nitơ, lưu huỳnh cũng chiếm phần lớn trong phân đoạn dầu nhớt . Các hợp chất chứa kim loại cũng gặp trong phân đoạn này.

Có thể hiểu đây là một trong những thành phần dầu nhớt thuộc dạng sơ khai, được chưng cất khi nền công nghiệp còn lạc hậu.

Cặn gudron:

Cặn gudron là phần cặn còn lại của quá trình chưng cất chân không, có nhiệt độ sôi trên 500°C. Trong phần này tập trung các cấu tử có số nguyên tử cacbon từ C41 trở lên, thậm chí có cả C80, có trọng lượng phân tử lớn, có cấu trúc phức tạp. Đây là là thành phần dầu nhớt ở mức độ tiên tiến hơn, phân làm ba nhóm như sau:

• Nhóm chất dầu:Nhóm chất dầu là thành phần dầu nhớt bao gồm các hydrocacbon có phân tử lượng lớn, tập trung nhiều các hợp chất thơm có độ ngưng tụ cao, cấu trúc hỗn hợp nhiều vòng giữa hydrocacbon thơm và napten, đây là nhóm chất nhẹ nhất có tỷ trọng xấp xỉ bằng 1. Nhóm chất này hòa tan được các dung môi nhẹ như paraffin 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. Trong phân đoạn cặn gudron, nhóm dầu chiếm khoảng 45 – 46%.
• Nhóm chất nhựa:Nhóm nhựa hòa tan được trong các dung môi như nhóm dầu nhưng nó là hợp chất có cực nên có thể tách ra bằng các chất như than hoạt tính hay silicagen. Nhóm chất nhựa là thành phần dầu nhớt gồm hai thành phần là các chất trung tính và axit. Các chất trung tính có màu nâu hoặc đen, nhiệt độ hóa mềm nhỏ hơn 100°C, tỷ trọng lớn hơn 1, dễ dàng hòa tan trong xăng, naphta.

Chất trung tính tạo cho nhựa có tính dẻo dai và tính kết dính. Hàm lượng của thành phần dầu nhớt ảnh hưởng trực tiếp đến độ kéo dài của nhựa, chiếm khoảng 10 – 15% khối lượng cặn gudron. Các chất axit là chất có nhóm-COOH, màu nâu sẫm, tỷ trọng lớn hơn 1, dễ dàng hòa tan trong clorofom và rượu etylic, chất axit tạo cho nhựa có tính hoạt động bề mặt, chiếm 1% trong cặn dầu mỏ.

• Nhóm asphanten:Nhóm asphanten là nhóm chất rắn màu đen, cấu tạo tinh thể, tỷ trọng lớn hơn 1, chứa hầu hết hợp chất dị vòng có khả năng hòa tan mạnh trong cacbon disunfua (CS2), nhưng không hòa tan trong các dung môi nhẹ như parafin hay xăng, ở 300°C không bị nóng chảy mà bị cháy thành tro. Trong quá trình thì nhóm dầu, nhựa, asphanten tồn tại ở trạng thái hệ keo, trong đó nhóm nhựa tan trong dầu tạo thành một dung dịch thật sự, người ta gọi là môi trường phân tán.

Asphanten là thành phần dầu nhớt không tan trong nhóm dầu nên tồn tại ở trạng thái pha phân tán. Ngoài ba nhóm chất trên, trong cặn godron còn tồn tại các hợp chất cơ kim của kim loại nặng, các hợp chất cacbon, cacboit, các hợp chất này không tan trong các dung môi thông thường, chỉ tan trong pyridine.

c. Phụ gia cho dầu nhớt

Dầu nhớt thương phẩm để sử dụng cho mục đích bôi trơn là hỗn hợp của dầu gốc và phụ gia. Do đó, chất lượng của dầu bôi trơn ngoài sự phụ thuộc rất nhiều vào dầu gốc, nó còn phụ thuộc vào phụ gia.

Phụ gia là thành phần dầu nhớt không thể thiếu, bao gồm hợp chất hữu cơ, vô cơ, thậm chí là những nguyên tố hóa học được thêm vào chất bôi trơn, nhằm nâng cao hay mang lại những tính chất mong muốn. Thông thường, hàm lượng phụ gia đưa vào là 0,01 – 5%, trong một số trường hợp phụ gia được dùng từ vài phần triệu cho đến vài phần trăm. Do là những hợp chất hoạt động, vì vậy khi tồn tại trong dầu phụ gia có thể tác dụng với nhau và làm mất chức năng của dầu nhớt.

Ngược lại, chúng cũng có thể tác động tương hỗ với nhau tạo ra một tính chất mới có lợi cho dầu nhớt, do đó việc phối trộn các phụ gia cần phải được nghiên cứu kỹ lưỡng để loại trừ những hiệu ứng đối kháng trong thành phần dầu nhớt, đồng thời nâng cao tính tác động tương hỗ. Sự tác động tương hỗ giữa phụ gia và dầu gốc cũng là một yếu tố cần được quan tâm khi sản xuất dầu nhớt .

Ngày nay, để đạt được các tính năng bôi trơn thì dầu có chứa nhiều phụ gia khác nhau. Chúng có thể được pha riêng lẻ vào dầu nhớt hoặc phối trộn lại với nhau để tạo thành một phụ gia đóng gói rồi mới đưa vào dầu nhớt. Chi tiết về phụ gia, các bạn có thể tham khảo bài viết này: dầu nhớt Totachi có những phụ gia đặc biệt gì?

d. Dầu nhớt tổng hợp

Dầu nhớt  sản xuất từ dầu mỏ vẫn chiếm ưu thế do nó có những ưu điểm như: công nghệ sản xuất dầu đơn giản, giá thành rẻ. Nhưng ngày nay, để đáp ứng yêu cầu cao của dầu nhớt bôi trơn, người ta bắt đầu quan tâm đến dầu nhớt tổng hợp nhiều hơn. Dầu tổng hợp là thành phần dầu nhớt với dầu được tạo ra bằng các phản ứng hóa học từ những hợp chất ban đầu, do đó nó có những tính chất được định ra trước.

Nó có thể có những tính chất tốt nhất của dầu khoáng, bên cạnh nó còn có các tính chất khác đặc trưng như là: không cháy, không hòa tan lẫn trong nước.

Ưu điểm của dầu tổng hợp là có khoảng nhiệt độ hoạt động rộng từ -55°C đến 320°C, có độ bền nhiệt lớn, có nhiệt độ đông đặc thấp, chỉ số độ nhớt cao… Chính những ưu điểm này mà dầu tổng hợp được lựa chọn chính là thành phần dầu nhớt chủ đạo sử dụng nhiều trong các động cơ phản lực. Có hai phương pháp chính để phân loại dầu nhớt tổng hợp:

• Phương pháp 1: dựa vào một số tính chất đặc thù để phân loại như: độ nhớt, khối lượng riêng.

• Phương pháp 2: dựa vào bản chất của chúng.

• Theo phương pháp 2 người ta chia dầu tổng hợp thành những loại chính sau: hydrocacbon tổng hợp, este hữu cơ, poly glycol, và este photphat. Bốn hợp chất chính này là thành phần dầu nhớt chiếm trên 40% lượng dầu tổng hợp tiêu thụ trên thực tế.

Kết luận

Dựa vào hình vẽ nêu trên, ta có thể thấy sự tinh luyện dầu gốc của các hãng gần như là giống nhau. Sự khác nhau ở đây chỉ đến từ công nghệ sản xuất các chất phụ gia kèm theo, vốn là thành phần dầu nhớt mang nét đặc trưng của từng dòng sản phẩm. Phụ gia càng đầy đủ, càng xịn …thì sẽ kéo theo những tính năng vượt trội của dầu nhớt.