61 Chương 3 : ỨNG DỤNG QUÁ TRÌNH KẾT TINH
TRONG CÔNG NGHỆ LỌC DẦU

3.1. TỔNG QUAN
3.1.1. Mục đích của quá trình khử parafin
Khi ra khỏi công đoạn trích ly bằng dung môi, dung dịch lọc (hay chính là dầu gốc
trong tương lai), đã được tách loại hầu hết các hợp chất thơm có trong nó. Do vậy chỉ số độ
nhớt của nó đã được nâng lên đến giá trị yêu cầu.
Dung dịch lọc chủ yếu bao gồm các phân tử: Hợp chất parafin có mạch thẳng, dài, ít
nhiều phân nhánh và các hợp chất naphten. Trong đ
ó, các hợp chất parafin mạch thẳng ít phân
nhánh có khuynh hướng kết tinh ngay ở nhiệt độ thường sẽ cản trở sự chảy của dầu bôi trơn.
Trong khi đó, dầu nhờn cần thoả mãn khả năng lưu biến trong hộp carter ở nhiệt độ thấp (-
20
o
C chẳng hạn). Như vậy, cần phải loại bỏ các phân tử parafin có điểm kết tinh cao trong
hầu hết các loại dầu gốc.
Mục đích của quá trình tách parafin là làm giảm điểm vẩn đục (cloud point) và
điểm chảy (pour point) của dầu gốc nhận được từ quá trình trích ly các hợp chất thơm
bằng cách loại bỏ các phân tử parafin có nhiệt độ kết tinh cao. Để thực hiện điều đó,
phương pháp được sử dụng là kết tinh các phân tử parafin thành dạng rắn bằng cách
làm lạnh, sau đó tách chúng ra khỏi dầu (ở trạng thái l
ỏng) bằng phương pháp lọc. Đây
rõ ràng là lĩnh vực có ưu thế của quá trình kết tinh so với các phương pháp lọc tách vật
lý khác và do đó trong thực tế quá trình này đóng vai trò quan trọng trong việc sản
xuất các loại dầu gốc có chất lượng cao.

3.1.2. Nguyên liệu và sản phẩm

Tỷ lệ của các sản phẩm thu được từ 2 quá trình trên, thông thường là:
dầu khử parafin : 75%; dầu mềm : 13%; parafin : 12%
Sự khác biệt giữa Cire và parafin có thể tóm tắt như sau:
- Parafin là một chất rắn cứng, đại tinh thể (tinh thể có kích lớn) có màu trắng, tuỳ theo
chất lượng mà có thể nóng chảy ở các nhiệt độ khác nhau và luôn lớn hơn 50
o
C.
- Cire là một chất rắn dễ dát mỏng thuộc loại vi tinh thể (tinh thể có kích thước nhỏ) có
màu từ trắng đến vàng sẫm, nóng chảy ở trên 70
o
C. Thường thì các parafin được tạo thành từ
các phân đoạn nhẹ (có độ nhớt ở 100
o
C nhỏ hơn 20 mm
2
/s). Trong khi đó, Cire là sản phẩm từ
các cặn nặng (có độ nhớt ở 100
o
C và khoảng 35 mm
2
/s).
Cire và parafin có rất nhiều ứng dụng thực tế như:
- Tráng lên giấy carton, lên hộp, lên bể chứa ;-Cách nhiệt;-Sản xuất nến;-Làm
chất chống thấm;-Sản xuất keo dán;-Sản xuất xi đánh đồ gỗ .v.v.
Hình 9.1 mô tả các sản phẩm thu được từ quá trình khử parafin. Đường thẳng chéo chia
biểu đồ thành 2 miền. Miền phía trên biểu diễn thành phần và hiệu suất parafin, miền phía
dưới-của dầu khử. Độ nghiêng của đường thẳng phân pha sẽ càng bé khi độ chọn lọc (của
dung môi) càng cao. Trong thực tế, đường cắt phân pha là đường cong chấm chấm, điều đó có
nghĩa là sản phẩm sẽ chứa nhiều tạ
p chất hơn.
* Có rất nhiều dung môi hoặc hỗn hợp dung môi đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật đã
nêu ở trên, trong đó có 1 số quá trình ra đời từ xa xưa nhưng do các nguyên nhân về môi
trường mà hiện không còn được sử dụng nữa như: Hỗn hợp của acéton và benzen, ra đời năm
1927; Hỗn hợp của chlorure-ethylen và benzen, ra đời năm 1930, hiện cả 2 quá trình này
không còn được sử dụng nữa do độc; Propan, ra đời năm 1932, hiện không còn được s
ử dụng
do thiết bị phải làm việc dưới áp suất để propan hóa lỏng.
* Một số loại dung môi còn đang được sử dụng như các hỗn hợp của Methyl-isobutyl-
céton; Tricloro-éhylen; Dichloro-methan và hỗn hợp của methyl-ethyl-céton và toluen (MEK-
Toluen).
Benzen (hiện nay đã không còn được sử dụng do độc tính cao) và toluen là những dung
môi tuyệt vời cho dầu nhờn vì chúng hòa tan rất tốt dầu nhờn (phần naphten và aromatic)
nhưng đồng thời chúng cũng hoà tan khá tốt parafin (ít kết tủ
a được parafin) và do đó chúng ít
được sử dụng như một dung môi riêng rẽ.
Ngược lại, Acéton và Céton bậc cao (methyl-ethyl-céton, methyl-propyl-céton) chúng
không hoà tan tốt đối với dầu nhờn và lại càng không hòa tan parafin nên sẽ kết tủa tốt parafin
(và do đó có tính chọn lựa tốt là không hòa tan parafin). Hơn nũa, mạng lưới tinh thể parafin
kết tủa được nhờ loại dung môi này lại phù hợp tốt cho quá trình lọc vì ít lưu giữ dầu nhờn
trong các ô tinh thể của chúng. Ta gọi chúng là các anti-solvant do khi ở trong hỗ
n hợp với
toluen, chúng có tác dụng làm giảm các đặc tính của dung môi Toluen (là hoà tan parafin).
Các hợp chất này có khả năng hoà tan trung bình nhưng bù lại chúng lại có độ chọn lọc kết
tủa parafin cực kỳ tốt.
Ta nhận thấy rằng hỗn hợp của hai dạng dung môi trên cho phép ta tiến gần đến một
dung môi lý tưởng. Trong thực tế, ta thường dùng nhất là hỗn hợp của methyl-ethyl-céton và
Toluen.
Dung môi methyl-ethyl-céton thường được viết tắt là MEK (Methyl-Ethyl-Keton).

thành trong giai đoạn kết tinh, mà cấu trúc này lại hoàn toàn phụ thuộc vào bản chất (tính chất
vật lý) của nguyên liệu.
Thật vậy, nguyên liệu càng nhớt bao nhiêu thì tinh thể tạo thành càng có dạng vi tinh thể
bấy nhiêu (kích thước rất nhỏ), điều đó sẽ làm cho giai đoạn lọc càng khó khăn. Vì vậy, các
phân đoạn cất nặng, nhớt thu đượ
c ở tháp chưng chân không khi dùng làm nguyên liệu cho
quá trình khử parafin thì hiệu quả kết tinh parafin và năng suất lọc đạt được sẽ thấp hơn so với
khi nguyên liệu là phân đoạn nhẹ.
Các phần cất nhẹ có độ nhớt thấp, lấy ở phía đỉnh tháp chưng chân không, gọi là dầu
“Light Neutral”. Các phần cất nặng có độ nhớt cao hơn, lấy ở phía thấp (dầu DSV), gọi là
“Heavy Neutral”. Còn dầu chân không (dầu DAO) thu được từ quá trình khử
asphalt bằng
dung môi của cặn RSV gọi là “Bright Stock” hoặc “BSS” (Bright Stock Solvent).
Hình 9.3 minh họa điều này bằng việc biểu diễn sự phụ thuộc của vận tốc lọc vào độ
nhớt của nguyên liệu.
Bảng 9.5 liệt kê các điều kiện làm việc của quá trình khử parafin cho một số loại
nguyên liệu đầu khác nhau.

3.2.3. Ảnh hưởng của thành phần dung môi MEK-Toluen
Không chỉ bản chất của dung môi có ảnh h
ưởng đến quá trình kết tinh, khi sử dụng
dung môi hỗn hợp, thành phần các hợp chất tạo nên dung môi cũng đóng vai trò rất quan
trọng. Thật vậy, như đã trình bày trong phần trên, dung môi MEK có khả năng hoà tan nhỏ
đối với dầu nhờn (phần naphten và aromatic) và lại càng không hòa tan parafin nên sẽ kết tủa
tốt parafin (và do đó có tính chọn lựa tốt là không hòa tan parafin). Trong khi đó, Toluen lại
hoà tan tốt dầu nhờn đồng thời cũng hòa tan thêm cả một phần parafin. Vì vậ
y, cần phải tối ưu
hoá tỷ lệ hai dung môi này trong hỗn hợp dung môi để đạt được hiệu qủa cao nhất khi sử dụng
là: hòa tan tốt nhất dầu nhờn và kết tủa tốt nhất parafin.
Bảng 9.6 minh hoạ cho ảnh hưởng của thành phần dung môi khi xử lý cùng một loại

là parafin) ngoài hai pha dầu/dung môi và parafin/dung môi đã có. Sự xuất hiện của pha thứ
ba sẽ gây ra:
- Tụt giảm hiệu suất thu hồi dầu.
- Hạ thấp chỉ số độ nhớt của dầ
u khử (do mất nhiều parafin trong pha dầu kết tủa).
- Nhanh chóng bít kín lưới lọc do sự có mặt của pha dầu kết tủa.
Để xác định nồng độ giới hạn của MEK trong dung môi, ta trộn dầu đã tách parafin với
dung môi hỗn hợp có chứa các tỷ lệ khác nhau của MEK, sau đó làm lạnh chúng, rồi ghi lại
các nhiệt độ tại đó bắt đầu xuất hiện pha thứ ba. Kết quả nhận được khi tiế
n hành thí nghiệm
trên với dầu có độ nhớt ở 100
o
C là 20mm
2
/s và điểm chảy là -6
o
C cho ta đường cong phân
pha trên giản đồ Hình 9.4
Trên giản đồ có xây dựng một đường thẳng tên gọi đường "lọc". Đường thẳng này cho
phép xác định nhiệt độ lọc cần thiết để đạt được sản phẩm có điểm chảy là -6
o
C theo tỷ lệ
MEK có trong dung môi. Đường cong "Phân pha" giới hạn vùng có xuất hiện pha thứ ba. Ví
dụ: đối với hỗn hợp dung môi có chứa 40% MEK, cần phải lọc ở -19
o
C để đạt được sản phẩm
có điểm chảy -6
o
C (chênh lệch nhiệt độ là 13
o


3.2.5. Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi-nguyên liệu
Do tác dụng của hỗn hợp dung môi là hòa tan tốt dầu khử (Toluen) và kết tủa tốt parafin
(MEK), điều đó có nghĩa là dung môi sẽ tách tốt parafin ra kh
ỏi dầu khử. Vì vậy tỷ lệ dung
môi-nguyên liệu càng lớn thì hiệu quả quá trình càng cao như được thể hiện trên Hình 9.10.
Ta thấy khi tỷ lệ dung môi-nguyên liệu càng lớn thì: hiệu suất thu hồi dầu khử càng tăng
(không nhiều lắm); hàm lượng dầu khử bị ngậm bởi parafin giảm rất nhiều; tốc độ lọc tăng
khá nhiều lúc ban đầu, sau đó giảm nhẹ.

3.2.6. Ảnh hưở
ng của tốc độ làm lạnh
66 Tốc độ làm lạnh trong giai đoạn làm lạnh có ảnh hưởng đến kích thước của tinh thể và
do vậy sẽ ảnh hưởng đến giai đoạn lọc tách dầu khử ra khỏi parafin. Thực nghiệm chỉ ra rằng:
* khi tốc độ làm lạnh là quá chậm sẽ gây nên sự hình thành các tinh thể dạng “hình xoắn ốc
nhiều lớp” dễ làm bít tắc không cho dầu khử đi qua lớp tinh thể sắp lớp này; * khi tố
c độ làm
lạnh là quá nhanh sẽ gây nên sự hình thành các tinh thể dạng “hình kim” có kích thước rất
nhỏ, chúng dễ làm bít tắc lưới lọc dẫn đến không cho dầu khử đi qua lưới. Như vậy, một
khoảng giá trị tốc độ làm lạnh thích hợp cần được xác định và nó thường nằm trong khoảng từ
3-5
o
C/phút tùy theo bản chất nguyên liệu.

3.3. SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ KẾT TINH KHỬ PARAFIN
3.3.1. Sơ đồ nguyên lý phân xưởng tách parafin không khử dầu mềm
(Hình 9.16)

cấp dung môi cho các hỗn hợp nguyên liệu.
Ngoài ra, cần phải tính đến cụm thiết bị làm lạnh đảm bảo khả năng làm lạnh cho quá
trình kết tinh.
Bảng 9.8 giới thiệu thông số vận hành của phân xưởng khử dầu mềm để sản xuất
parafin. Qua bảng này ta thấy rõ ảnh hưởng của nhiệ
t độ lọc lên hiệu suất thu hồi cũng như
lên chất lượng sản phẩm parafin nhận được.