Dầu nhờn

Lịch sử hình thành và phát triển của dầu nhờn

Cách đây 150 năm, thậm chí con người vẫn chưa có khái niệm về dầu nhờn. Tất cả các loại máy móc lúc bấy giờ đều được bôi trơn bằng dầu mỡ lợn và sau đó dùng dầu ôliu. Khi dầu ôliu khan hiếm thì người ta chuyển sang sử dụng các loại dầu thảo mộc khác. Ví dụ, để bôi trơn cọc sợi máy dệt người ta sử dụng đến dầu cọ.
Khi ngành chế biến dầu mỏ ra đời, sản phẩm chủ yếu tại các nhà máy chế biến dầu mỏ là dầu hỏa, phần còn lại là mazut ( chiếm 70 – 90 %) không được sử dụng và coi như bỏ đi. Nhưng khi ngành công nghiệp dầu mỏ phát triển thì lượng cặn mazut càng ngày càng lớn, buộc con người phải nghiên cứu để sử dụng nó vào mục đích có lợi. Lúc đầu người ta lấy cặn dầu mỏ pha thêm vào dầu thực vật hoặc mỡ lợn với tỉ lệ thấp để tạo ra dầu bôi trơn, nhưng chỉ ít lâu sau người ta đã biết dùng cặn dầu mỏ để chế tạo ra dầu nhờn.
Năm 1870 ở Creem (Nga), tại nhà máy Xakhanxkiđơ bắt đầu chế tạo được dầu nhờn từ dầu mỏ, nhưng chất lượng thấp. Nhà bác học người Nga nổi tiếng D.I.Mendeleev chính là một trong những người chú ý đầu tiên đến vấn đề dùng mazut  để chế tạo ra dầu nhờn. Năm 1870 – 1871, Ragorzin đã xây dựng một xưởng thí nghiệm dầu nhờn nhỏ, và đến năm 1876 – 1877, Ragorzin xây dựng ở Balakhan nhà máy chế biến dầu nhờn đầu tiên trên thế giới có công suất 100.000 put/năm. Nhà máy này  đã sản xuất được bốn loại dầu nhờn: dầu cọc sợi, dầu máy, dầu trục cho toa xe mùa hè và mùa đông. Các mẫu dầu nhờn của Ragorzin đã được mang đến triển lãm quốc tế Pari năm 1878 và đã gây được nhiều hấp dẫn đối với chuyên gia các nước. Phát huy kết quả đó, năm 1879, Ragorzin cho xây dựng ở Conxtantinôp nhà máy thứ hai chuyên sản xuất dầu nhờn để xuất khẩu. Chính Mendeleep cũng đã làm việc ở các phòng thí nghiệm và những phân xưởng của nhà máy này vào những năm 1880 – 1881. Dưới sự chỉ đạo trực tiếp của ông, nhiều cơ sở khoa học của ngành sản xuất dầu nhờn đã được xây dựng và chỉ trong vòng mấy năm sau đó, ngành chế tạo dầu nhờn đã thực sự phát triển và đánh dấu một bước ngoặt trong lịch sử chế tạo chất bôi trơn.
Các tác phẩm nghiên cứu của nhà bác học Nga nổi tiếng N.P.Petrop đã tạo điều kiện để dầu nhờn được sử dụng rộng rãi hơn. Trong các tác phẩm của mình, ông đã nêu lên khả năng có thể dùng hoàn toàn dầu nhờn thay thế cho dầu thực vật và mỡ động vật, đồng thời nêu lên những nguyên lý bôi trơn. Cùng với những tiến bộ khoa học không ngừng, con người đã xây dựng được những tháp chưng cất chân không hiện đại thay thế cho những nhà máy chưng cất cũ kỹ, đây là bước phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp dầu mỏ.
Chúng ta đang sống trong thời đại khoa học và công nghệ, nền công nghiệp hiện đại đã và đang xâm nhập vào mọi hang cùng, ngõ hẻm trên thế giới và xu hướng quốc tế hóa nên đời sống kinh tế cũng ngày càng phát triển mạnh mẽ. Tất cả những đặc điểm nêu trên của thời đại đã đặt ra một nhiệm vụ hết sức to lớn cho các quốc gia là phải xây dựng được một nền công nghiệp dầu mỏ hiện đại, đáp ứng và thỏa mãn các nhu cầu ngày càng tăng của nền kinh tế thế giới.
Các tập đoàn tư bản lớn liên quan đến dầu nhờn như: Shell, Exxon-Mobil, BP, Chervon, Total, v.v... đã có mặt trên hầu hết các nước trên thế giới. Họ cũng đã và đang áp dụng rộng rãi những thành tựu mới nhất của khoa học, đưa nền công nghiệp dầu mỏ hằng năm tăng trưởng không ngừng và sản xuất dầu nhờn cũng không ngừng được nâng cao về mặt chất lượng cũng như số lượng, sáng tạo thêm nhiều chủng loại dầu nhờn mới.

Thành phần dầu nhờn

Dầu nhờn để bôi trơn cho các động cơ hoạt động vận hành trong thực tế đó là hỗn hợp bao gồm dầu gốc và phụ gia, hay người ta thường gọi là dầu nhờn thương phẩm. Phụ gia thêm vào với mục đích là giúp cho dầu nhờn thương phẩm có được những tính chất phù hợp với chỉ tiêu đề ra mà dầu gốc không có được.

Dầu gốc

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 khoáng, dầu tổng hợp toàn phần và dầu bán tổng hợp. 
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 nhờn. Trong những năm gần đây, Dầu tổng hợp cũng được quan tâm nhiều bởi tính chất ưu việt của nó so với dầu khoáng thông thường. Dầu bán tổng hợp là loại dầu được pha trộn từ Dầu khoáng (70%) và Dầu tổng hợp (30%), dầu bán tổng hợp sẽ là tương lai của ngành công nghiệp chế biến dầu do nó mang những đặc tính vượt trội của Dầu tổng hợp, nhưng giá thành thấp hơn từ 50 - 60%.

Dầu gốc khoáng

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

Phụ gia tẩy rửa

Với nồng độ 2 – 10 %, các chất tẩy rửa có thể ngăn cản, loại trừ các cặn không tan trong dầu, cặn sạn, cacbon và các hợp chất chì trên các bộ phận của động cơ đốt trong. Chúng tác dụng bằng cách hấp thụ lên các hạt không tan, giữ chúng lại trong dầu nhằm giảm tối thiểu cặn lắng và giữ sạch các chi tiết của động cơ. Tác nhân quan trọng nhất có tính tẩy rửa là các phụ gia có chứa kim loại, chúng bao gồm: sunphonat, phenolat, salixylat. Phần lớn sunphonat, phenolat và salixilat của canxi hoặc magiê được sử dụng như các chất tẩy rửa chứa kim loại.

Phụ gia ức chế ăn mòn

Là phụ gia có chức năng làm giảm thiểu việc tạo thành các peoxit hữu cơ, axit và các thành phần ôxy hóa khác làm xuống cấp dầu động cơ, bảo vệ ổ đỡ và các bề mặt khác nhau khỏi ăn mòn. Có thể nói chất ức chế ăn mòn bổ sung trong thực tế có tác dụng như các chất chống ôxy hóa. Các phụ gia này bao gồm: di-thiophotphat kim loại (đặc biệt là kẽm); sunphonat kim loại và kim loại kiềm cao; và các tác nhân hoạt động bề mặt như các axit béo, amin, axit ankylsuxinic, clo hóa parafin…

Phụ gia ức chế gỉ

Nếu như động cơ làm việc không có thời gian ngừng lâu thì dầu nhờn làm chức năng chống gỉ tương đối tốt vì khi động cơ ngừng trong thời gian ngắn thì dầu chưa kịp chảy hết khỏi các chi tiết. Nhưng nếu động cơ ngừng lâu hoặc bảo quản lâu ngày thì xylanh, cổ trục khuỷu và các chi tiết đánh bóng hoặc mài sẽ bị gỉ. Gỉ là sự hình thành sắt hydroxit Fe(OH)₂, là một dạng đặc biệt quan trọng của ăn mòn trên mặt. Có nhiều hợp chất được dùng để ức chế rỉ như: các axit béo, các este của axit napteic và axit béo, các amin hữu cơ, các xà phòng kim loại của axit béo… thường pha vào dầu với tỷ lệ 0,1 – 1%.

Phụ gia chống mài mòn

Mài mòn là sự tổn thất kim loại giữa các bề mặt chuyển động tương đối với nhau. Yếu tố chính gây mài mòn là do sự tiếp xúc giữa kim loại và kim loại (mài mòn dính). Sự có mặt của các hạt mài (mài mòn hạt) gây ra mài mòn là do ăn mòn hay mài mòn hóa học. Để chống lại sự mài mòn, cần thiết phải cho vào các  phụ gia chống mài mòn gồm các nhóm hóa chất có chứa hợp chất phôtpho, hợp chất lưu huỳnh, các dẫn xuất béo có khả năng bám dính trên bề mặt kim loại nhằm giảm bớt sự cọ xát, tỏa nhiệt trong quá trình làm việc. Phụ gia chống mài mòn thường có hàm lượng nhỏ khoảng 0,01%.

Phụ gia biến tính, giảm ma sát

Phụ gia biến tính, giảm ma sát (FM) có chức năng làm tăng độ bền của màng dầu, giữ bề mặt kim loại tách rời nhau, ngăn không cho lớp dầu bị phá hoại trong điều kiện tải trọng lớn và nhiệt độ cao.

Phụ gia biến tính FM làm giảm hệ số ma sát, bảo tồn được năng lượng, tiết kiệm được 2-3% nhiên liệu cho ôtô. Phụ gia FM được sử dụng khi cần tạo ra chuyển động trượt mà không có rung động và khi cần có hệ số ma sát nhỏ nhất.

Phụ gia FM bao gồm nhiều loại hợp chất chứa ôxy, nitơ, lưu huỳnh, molipden, đồng và các nguyên tố khác. Các phhụ gia này làm tăng độ bền của màng dầu chủ yếu do hiện tượng hấp phụ vật lý, nhờ đó làm giảm ma sát. Phụ gia này thường được pha với tỷ lệ 0,1 – 0,3 %.

Phụ gia hạ điểm đông đặc

Ở nhiệt độ thấp thì khả năng lưu động của dầu sẽ giảm, vì vậy cần pha các phụ gia hạ điểm đông đặc nhằm hạ thấp nhiệt độ đông đặc của dầu. Cần cho thêm một ít parafin có lượng O.R.azolin không quá 1%.

Phụ gia ức chế tạo bọt

Bọt do không khí trộn mạnh vào dầu nhờn ảnh hưởng xấu tới tính chất bôi trơn, làm tăng sự ôxy hóa của chúng, làm dầu bị tổn thất, ngăn cản sự lưu thông của dầu trong sự tuần hoàn, gây ra hiện tượng bôi trơn không đầy đủ. Để tránh hoặc giảm sự tạo bọt người ta sử dụng các loại phụ gia chống bọt. Chúng còn được gọi là các chất hủy hoặc phá bọt. Đó là hợp chất silicon và hydro có khả năng làm tan sủi bọt nhưng tỷ lệ này rất nhỏ: 0,001-0,004%. Phụ gia cho dầu nhờn bôi trơn là một hợp phần của công nghệ chất bôi trơn hiện đại, đặc biệt là đối với dầu động cơ.