پایان نامه مهندسی شیمی (طراحی فرایندهای صنایع نفت) بازیابی روغن پایه از روغن مستعمل به روش استخراج با حلال

پایان نامه مقطع کارشناسی

رشته مهندسی شیمی

سال 1384

فصل اول

شناخت، طبقه ‌بندی و کاربرد روغن‌های روانساز

1-1) مقدمه

واژه روغن از دو قسمت «رو» و «غن» تشکیل شده است. «رو» از مصدر رفتن و روان شدن و «غن» به سنگ عصاری گفته می‌شود. این برمی‌گردد به گذشته دور، زمانی که دانه‌های روغنی را در زیر سنگ عصاری (سنگ فشارنده و عصاره‌گیر) که توسط اسب عصاری چرخانده می‌شد، له کرده و آنچه را که از زیر سنگ خارج و جاری می‌شد «روغن» می‌گفتند بنابراین روغن یعنی «روان شده از غن».

                                                                                                          خشک شونده

                                                         الف: روغن ثابتFixed Oils     نیمه خشک شونده                                                                                                                                                      غیر خشک شونده

                        1-روغن‌های طبیعی:      ب: اسانس‌ها: (عصاره‌ گیاهان)                                    انواع روغن                                        ج: روغن‌های معدنی (مهمترین آن روغن حاصل از نفت است )           

                             2- روغن‌های مصنوعی (سنتتیک)

روغن‌های صنعتی:

گر چه بیشتر کاربرد روغن‌های صنعتی، روانسازی قطعات متحرک در ماشین آلات و حفاظت از قطعات در برابر سائیدگی و گرد و خاک و دما می‌باشد. اما چون روغن به عنوان یک ماده شیمیائی دارای خواص مطلوبی از نظر مکانیکی، ترمو دینامیکی و غیره است، در بعضی از کاربردهای صنعتی، روغن وظایفی غیر از روانسازی از خود ایفا می‌نماید. مثلاً قدرت هیدرولیکی روغن، مقاومت دی‌الکتریکی، قدرت انتقال حرارت روغن مهم می‌باشد. در هر یک از این کاربرد‌ها، روغن با شرایط خاصی روبرو است.

دامنه کاربردهای روغن‌های صنعتی بسیار وسیع است و می‌توان آن‌ها را به دو دسته کلی تقسیم بندی نمود:

الف) کاربرد روغن‌های صنعتی برای مصارف صنعتی:

در تاسیسات صنعتی، اجزاء گوناگونی وجود دارد که نیاز به روغن‌کاری دارند، مانند انواع یاتاقان‌ها[1]، دنده‌ها[2]، کوپلینگ‌ها[3]، زنجیرها، سیلندرها[4] و غیره. وظیفه روغن در این اجزاء عمدتاً جلوگیری یا کاهش اصطکاک و سائیدگی است. با توجه به اینکه فاکتورهای گوناگونی در روغن‌کاری هر یک از اجزاء ماشین موثر می‌باشد آشنایی با این فاکتورها در شناخت ویژگی‌های روغن مناسبی که برای هر کاربردی باید استفاده شود بسیار ضروری می‌باشد.

 ب) کاربرد روغن‌های صنعتی برای مصارف خاص:

منظور از کاربردهای اختصاصی کاربردهایی هستند که در آن‌ها روغن باید دارای ویژگی‌های خاصی باشد، تا بتواند وظیفه و یا مجموعه وظایفی را که عهده دار است انجام دهد. مانند روغن‌های بستر که از نظر اصطکاکی باید دارای ویژگی‌های خاصی باشند. در بعضی از کاربردهای اختصاصی مسئله روانکاری اهمیت چندانی نداشته و وظایف دیگری از روغن مد نظر می‌باشد مانند روغن‌های هیدرولیک برای انتقال نیرو، روغن‌های ترانسفورمر برای ایجاد محیطی عایق، روغن‌های انتقال حرارت برای تبادل حرارت و روغن‌های پروسس به عنوان بخشی از مواد اولیه که در فرآیند تولید بعضی محصولات به کار می‌روند. فهرست مهمترین کاربردهای اختصاصی روغن به شرح زیر می‌باشد ]5[.

روغن‌های توربین: توربین‌های گاز، توربین‌های آب، توربین‌های بخار.

روغن‌های کمپرسور: کمپرسورهای هوا، کمپرسورهای گاز.

روغن‌های انتقال حرارت.

روغن‌های فلز کاری: ماشین ابزار، نورد، آبکاری، فرم‌دهی.

روغن‌های برقی: ترانسفورمر، کابل، کلیدهای برقی.

روغن‌های پروسس: پروسس تولید لاستیک، سم کشاورزی، جوهر، پلاستیک، ضد زنگ و روغن‌های سفید.

روغن‌های هیدرولیک: هیدرولیک معمولی، هیدرولیک ضد آتش.

روغن در حین عمل روغن‌کاری در معرض شرایط گوناگونی قرار می‌گیرد که هر یک روی نحوه کار روغن اثر می‌گذارند. در این قسمت ما به بررسی عوامل مختلفی که در روغن تأثیر می‌گذارند می‌پردازیم.

الف) عوامل عمومی:

در بسیاری از سیستم‌ها، گرما، خصوصاً وقتی مقدار آن زیاد باشد، هم دشمن روغن است و هم دشمن ماشین، باید محیط روغن‌کاری را تا آنجایی که مقدور است در دمای پایین نگاه داشت.

در انتخاب روغن همیشه دو موضوع را باید مورد توجه قرار داد، اول اینکه در همان ابتدای کار، روغن انتخاب شده باید دارای خصوصیات مناسب بوده باشد، و دوم اینکه کیفیت آن مطلوب باشد. برای اینکه مشخص شود روغن انتخاب شده از خصوصیات اولیه لازم برخوردار است، باید مسائل خاصی را مورد بررسی قرار داد. مثلاً اینکه باید دید روغن چه قسمت‌ها یا اجزایی را می‌خواهد روغن‌کاری کند (یاتاقان، دنده، بستر و غیره)، این قطعات چه اندازه ای دارند، حرکت آن‌ها چگونه است، فواصل بین قطعات چه وضعی دارند، میزان بار، سرعت، و درجه حرارت چقدر است در این بررسی گرانروی[5] روغن مسئله مهمی است که باید به دقت مورد توجه قرار گیرد. ضمناً باید دید که روغن چه ویژگی‌های خاصی را باید داشته باشد. برای مثال اگر در معرض تغییرات زیاد دما قرار می‌گیرد، شاخص گرانروی[6] روغن اهمیت زیادی خواهد داشت. اگر روغن‌کاری در شرایط سرد انجام می‌شود، نقطه ریزش[7] روغن اهمیت زیادی خواهد داشت.

بعد از اینکه مشخص شد روغن از نظر فاکتورهای عمومی حائز شرایط لازم می‌باشد، باید کیفیت آن مورد بررسی قرار گیرد. ممکن است نوع روغن از نظر فاکتورهای عمومی در یک سطح باشند، اما از نظر کیفیت کاملاً با هم متفاوت باشند برای مثال اگر در ماشینی که نیاز به یک روغن هیدرولیک دارد و در دمای بالا کار می‌کند، روغن پایه[8] ریخته شود، ممکن است برای مدتی کوتاه کار روغن رضایت بخش بوده و اشکالی هم پیش نیاید، ولی رسوبات ناشی از اکسیداسیون روغن به زودی تجمع خواهد داشت. از طرف دیگر اگر از  یک روغن هیدرولیکی که کیفیت آن بالا بوده و حاوی مواد ممانعت کننده از اکسیداسیون باشد استفاده شود، این روغن برای مدت طولانی به طور رضایت بخشی کار خواهد کرد، وقتی صحبت از کیفیت روغن می‌شود، منظور فاکتورهایی است مثل مقاومت روغن در برابر اکسیداسیون، حفاظت قطعات در برابر سائیدگی، قدرت پاک کنندگی روغن، توانایی پراکنده سازی روغن، حفاظت قطعات از زنگ زدگی و خوردگی، جداپذیری از آب، مقاومت در برابر کف و غیره.

ب) سایر عوامل:

عوامل دیگری که باید مورد توجه واقع شود عبارتند از، شرایط ماشین، سازگاری با کلیه مواردی که روغن با آن‌ها در تماس است، شرایط محیط کار روغن، شرایط کار ماشین، روش روغن‌کاری، مدت تعویض روغن، و آثار فیزیولوژیکی روغن .

عوامل تعیین کننده ویژگی‌های روغن‌های صنعتی:

بسیاری از روغن‌ها دارای ویژگی‌های مشترکی هستند، برای مثال می‌توان گفت که خاصیت کاهش اصطکاک، پایداری در مقابل اکسیداسیون و مقاومت در برابر زنگ زدگی در روغن‌های مختلف مشترک است.

در مقایسه روغن‌ها، اگر خصوصیات مشترک را حذف کنیم، آنچه باقی می‌ماند خصوصیاتی است که مختص آن روغن‌ها یا کاربردها بوده، و می‌توان آن‌ها را به پنج گروه تقسیم بندی نمود.

الف) خصوصیات مربوط به سیالیت که عبارتند از:

1) ویسکوزیته.

2) اندیس ویسکوزیته.

3) سیالیت در دمای پائین.

ب) خصوصیات مربوط به کار در دمای بالا که عبارتند از:

1) فراریت روغن.

2) مواد باقی مانده در اثر تبخیر روغن.

3) پایداری حرارتی روغن (در غیاب هوا).

4) پایداری حرارتی روغن (در معرض هوا).

5) مواد باقی‌مانده در اثر تجزیه شدن روغن.

ج) خصوصیات مربوط به اکسیداسیون روغن:

1) عدم اشتعال.

2) مقاومت در برابر اکسیداسیون.

3) آسیب پذیری مواد ممانعت کننده.

4) کیفیت کار موتور.

د) خصوصیات مربوط به هیدرولیز روغن:

1) مقاومت در برابر هیدرولیز شدن به وسیله آب یا بخار.

2) مقاومت در برابر مایعات بازی.

3) مقاومت در برابر اسیدها.

د) خصوصیات مربوط به حلالیت:

1) حلالیت در آب.

2) حلالیت در حلال‌های شیمیایی.

3) حل شدن در مواد نفتی.

برای انتخاب روغن مناسب برای هر کاربردی، لازم است شرایط کاری که روغن در آن قرار می‌گیرد، به دقت مورد بررسی قرار گیرد. شرایط کار روغن در سیستم‌های مختلف به فاکتورهای گوناگونی بستگی دارد. از قبیل طراحی ماشین، شرایط عملیات و کیفیت نگهداری سیستم. مهمترین فاکتورهایی که روی شرایط کار اثر می‌گذارند، عبارتند از: درجه حرارت کار، فشار، فلزاتی که با روغن در تماس هستند. وجود مواد آلوده کننده و نفوذ هوا در روغن‌کاری هر یک از ماشین آلات صنعتی و یا اجزاء آن‌ها که کلیه این موارد باید مورد بررسی قرار گیرد ]5[.

1-2 ) روغن موتور :

یکی از کاربردهای عمده روغن‌های روان کتتده، استفاده از آن‌ها به عنوان روغن موتور است، که در این بخش به نحوه تولید، انواع، کیفیت و طبقه بندی آن‌ها می‌پردازیم.

همان طور که می‌دانیم روغن موتور نوعی روان کننده است که در قسمت‌های مختلف موتورهای احتراق داخلی مصرف می‌شود.

اصولاً وظایف کلی روغن‌های موتور عبارتند از:

1- روانکاری قطعات.

2 خارج کردن حرارت حاصله در موتور.

3- ضربه‌گیری قطعات و جلوگیری از ایجاد صدا.

4- آب‌بندی فواصل بین قطعات و جلوگیری از ایجاد صدا.

5- خارج کردن دوده و سایر مواد خارجی و ذرات ناشی از ساییدگی (Engine Detergency)

6- معلق ساختن ذرات باقی‌مانده فوق.

7- پایداری حرارتی و شیمیایی.

8- جلوگیری از زنگ زدن و تخریب شیمیایی قطعات فلزی.

9- روان کننده مناسب در محدوده دمای عملیاتی.

روغن‌های موتور خودرو که غالباً از روغن‌های روان کننده نفتی و بعضاً روغن‌های سنتتیک در شرایط کار سخت و در هر دو مورد با 10 الی 15% مواد افزودنی (Additives) تشکیل شده‌اند را می‌توان به سه دسته عمده تقسیم نمود:

1- روغن‌های مخصوص موتورهای بنزینی.

2- روغن‌های مخصوص موتورهای دیزلی.

3- روغن‌های مخصوص موتورهای گازسوز.

1-2-1) تولید روغن موتور:

تاسیس صنعت روغن سازی در ایران یک سال قبل از ملی شدن نفت، یعنی در سال 1328 شروع شد. شرکت نفت ایران و انگلیس سابق اولین واحد پالایشگاه تولید روغن را در آبادان تاسیس کرد، که پالایشگاه آبادان با ظرفیت حدود 25 میلیون لیتر در سال راه اندازی شد. در حال حاضر ظرفیت تولید این پالایشگاه در حدود      60-50 میلیون لیتر در سال است.

دومین واحد پالایش روغن، شرکت نفت پارس بود که در سال 1342 با ظرفیت 33 میلیون لیتر در سال راه اندازی شد و در حال حاضر ظرفیت تولید آن در حدود 90 میلیون لیتر در سال است.

واحد روغن سازی پالایشگاه تهران در سال 1353 تاسیس شده که ظرفیت تولید آن 120 میلیون لیتر بود که در حال حاضر دارای ظرفیت تولید 203 میلیون لیتر در سال می‌باشد.

واحد روغن سازی پالایشگاه اصفهان که در سال 1371 مورد بهره‌برداری قرار گرفت دارای ظرفیت تولید 203 میلیون لیتر می‌باشد.

در روش معمول و کنونی تولید روغن‌های روانکار که از سال‌ها پیش متداول بوده، روی برش روغن استخراج شده از نفت خام دو فرآیند عمده تصفیه صورت می‌گیرد. این دو فرآیند عبارتند از:

1- واحد استخراج با حلال[9] (عمدتاً فورفورال)جهت حذف مواد آروماتیکی که غالباً عامل پایین بودن شاخص گرانروی می‌باشند.

2- واحد موم زدایی با حلال[10] به منظور کاهش نقطه ریزش روغن.

محدودیت‌های روش فوق شرکت‌های تولید کننده روغن‌های روانکار را بر آن داشت تا تحقیقات وسیعی را به منظور دستیابی به روش‌های دیگر پالایش روغن آغاز نمایند.

حاصل تحقیقات انجام شده، ابداع روش پالایش با هیدروژن[11] می‌باشد. گرچه این روش قادر نیست محصولی با تمامی مشخصات مورد نیاز صنایع امروز را تولید نماید و در موارد خاصی روغن‌های سنتیتیک همچنان بلامنازع می‌باشند اما با توجه به مزیت‌های زیادی که این روش نسبت به روش استخراج با حلال دارد و همچنین قیمت تمام شده بسیار کمتر آن نسبت به روغن‌های سنتیتیک جایگزینی روش کلاسیک استخراج با حلال با روش فوق الذکر کاملاً توجیه اقتصادی دارد.

در سال 1972 کمپانی شل اولین واحد در اندازه صنعتی را جهت تولید روغن پایه از طریق پالایش با هیدروژن فرانسه به ظرفیت 70000 تن در سال با موفقیت راه اندازی کرد.

تولید این واحد شامل روغن‌های پایه با شاخص گرانروی بالا (HVI) و شاخص گرانروی خیلی بالا (VHVI) بود.

[1] Bearing

[2] Gears

[3] Couplings

[4] Cylinders

[5] Viscosity

[6] Viscosity Index

[7] Pour Point

[8] Base Oil

[9] Solvent Extraction Unit (SE)

[10] Solvent Dewaxing Unit (SD)

[11] Hydrogen Treatment Unit (HT)

مراجع و مآخذ

مراجع

1 . مجتبی شریفی نیاسر ؛ دکتر غلامرضا وکیلی نژاد؛ مهندس مسعود قدمی؛ مقاله پژوهشی ارائه شده در هفتمین کنگره ملی مهندسی شیمی ایران ؛به نقل از نشریه نفت پارس –شماره 16 – سال دوم – آبان 83

2 . ماهنامه تخصصی ،علمی ، آموزشی نفت پارس – شماره 22 –سال دوم – اردیبهشت 84- صفحه16 به نقل از مقاله ال لیوگنر- ترجمه محمود ترکی

3 . مقالات انجمن کنترل آلودگی های آمریکا و پروژه گل سرخ دانشگاه ایالتی آلاباما

4 . پایان نامه کارشناسی ارشد : بررسی اثر قطره سازی برعملکرد برجهای RDC  جهت استخراج آروماتیکها از برشهای نفتی توسط حلال فورفورال- صفحه 20 – 8 : حسین حاجیان بزری

5 .  مجموعه مقالات سمینار شناخت و کاربرد روغنهای روانساز صنعتی، شرکت نفت بهران با همکاری موسسه انتشارات جهاد دانشگاهی ( ماجد ) ، 1373

6 . http:\\www.Interlineresourees.com\Introdu ction.html   

 7 . M. Alves dos Reis and Mo silua jermino, Waste Lubricating Oil Rerefining by Extraction – Flocculation . 1.A scientifitic Basis to Desing Efficient Solvents, Ind. Eng. Chemi. Res,Vol 27 No. 71988.

8 . Richardson, J.F.; Jeronimo, M.S. “ Velocity-voidage Relations for Sedimentation and Fluidization “ .Chem.Eng.Sci.,34,1419-1422,1979.

9. Brownawell , D.; Renar , R. “Rerefining of Used Lubricating Oils”U.S.