M«n häc Nhiªn liÖu dÇu mì BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH BỘ MÔN CƠ KHÍ Ô TÔ KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÀI GIẢNG NHIÊN LIỆU, DẦU MỠ, CHẤT TẨY RỬA (Dành cho sinh viên bậc Đại học) (LƯU[.]
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH BỘ MƠN CƠ KHÍ Ơ TƠ - KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÀI GIẢNG NHIÊN LIỆU, DẦU MỠ, CHẤT TẨY RỬA (Dành cho sinh viên bậc Đại học) (LƯU HÀNH NỘI BỘ) Quảng Ninh, 2020 Khoa Cơ khí Động lực Chƣơng I : KHÁI QUÁT CHUNG VỀ DẦU MỎ 1.1 Vài nét dầu mỏ 1.2 Thành phần hóa học dầu mỏ 1.2.1 Họ An kan 1.2.2 Nhóm xycloankan 1.2.3 Cacbuahiđro thơm (Nhóm Hydrocacbon aromat) .5 1.2.4 Cacbuahiđro không no (Olefin) 1.3 Chƣng cất Dầu mỏ 1.3.1 Chƣng cất khí 1.3.2 Chƣng cất khí quyển-chân khơng .7 1.3.3 Các trình chế biến sâu dầu mỏ .8 1.3.3.1 Các trình chế hóa nhiệt 1.3.3.2 Các quy trình chế hóa nhiệt xúc tác 10 1.3.4 Chế biến dầu mỡ nhờn .12 1.3.5 Chế biến mỡ nhờn 13 Chƣơng II : NHIÊN LIỆU XĂNG VÀ DIESEL 14 2.1 Khái niệm 14 2.2 Nhiên liệu thể khí 15 2.3 Nhiên liệu lỏng 16 2.3.1 Các tính chất lý hóa học nhiên liệu lỏng 16 2.3.2 Phƣơng trình cháy nhiên liệu 17 2.3.3 Nhiệt trị 18 2.3.3.1 Nhiệt trị nhiên liệu 18 2.3.3.2 Nhiệt trị hỗn hợp 19 2.3.4 Nhiệt độ bén lửa nhiệt độ tự bốc cháy 19 2.4 Nhiên liệu xăng 20 2.4.1 Khái niệm 20 2.4.2 Yêu cầu thông số đánh giá chất lƣợng xăng ô tô 20 2.4.2.1 Yêu cầu .20 2.4.2.2 Các thông số đánh giá chất lƣợng xăng ô tô 21 2.4.3 Các tính chất lý hóa xăng 30 2.4.4 Các loại xăng 31 2.5 Nhiên liệu Diesel 32 2.5.1 Khái niệm 32 Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ Trang Khoa Cơ khí Động lực 2.5.2 Yêu cầu thông số đánh giá chất lƣợng nhiên liệu diesel .32 2.5.2.1 Yêu cầu 32 2.5.2.2 Thông số đánh giá chất lƣợng nhiên liệu diesel .33 2.5.3 Tính chất lý hóa nhiên liệu diesel 34 2.5.4 Các loại nhiên liệu diesel 36 Chƣơng DẦU, MỠ BÔI TRƠN- DUNG DỊCH LÀM MÁT 38 3.1 Dầu bôi trơn 38 3.1.1 Khái niệm ma sát bôi trơn .38 3.1.2 Phân loại công dụng yêu cầu chất lƣợng dầu bôi trơn 40 3.1.2.1 Phân loại 40 3.1.2.2 Công dụng 40 3.1.2.3 Yêu cầu 41 3.1.3 Tính chất dầu bơi trơn 41 3.1.3.1 Nhiệt độ đông dặc phƣơng pháp giảm nhiệt độ đông đặc 41 3.1.3.2 Độ nhớt dầu bôi trơn 41 3.1.3.3 Tính ổn định dầu, tính ăn mịn kim loại, tạp chất học dầu bôi trơn 43 3.1.3.4 Tính chất đặc biệt dầu bôi trơn động .44 3.1.4 Dầu bơi trơn dùng Ơ tơ .46 3.1.4.1 Dầu bôi trơn dùng cho động đốt 46 3.1.4.2 Dầu bôi trơn hệ thống truyền động 50 3.1.4.3 Dầu dùng cho hệ thống thủy lực 52 3.2 Mỡ bôi trơn 56 3.2.1 Công dụng yêu cầu .56 3.2.2 Thành phần mỡ 57 3.2.3 Sản xuất mỡ 58 3.2.4 Đánh giá chất lƣợng mỡ bôi trơn 60 3.2.5 Các loại mỡ cách sử dụng 62 3.3 Dung dịch làm mát 67 3.3.1 Công dụng, yêu cầu 67 3.3.2 Thành phần dung dịch làm mát 67 Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ Trang Khoa Cơ khí Động lực Mơn học: NHIÊN LIỆU VÀ CHẤT TẨY RỬA Chương : KHÁI QUÁT CHUNG VỀ DẦU MỎ 1.1 Vài nét dầu mỏ Dầu khí tên gọi tắt dầu mỏ (dầu thơ) hỗn hợp khí thiên nhiên Dầu mỏ thƣờng thể lỏng nhớt, nhƣng có loại dầu nhiệt độ thƣờng đông đặc lại Dầu mỏ có màu sắc thay đổi từ vàng nhạt tới đen sẫm, có ánh huỳnh quang Độ nhớt dầu mỏ thay đổi khoảng rộng, từ tới 100 cst, có trƣờng hợp màu sáng nhẹ giống nhƣ dầu hỏa đặc quánh nhƣ kẹo chìm lơ lửng nƣớc, khối lƣợng riêng dầu mỏ xấp xỉ khoảng 0,78-0,92g/cm3 Thành phần dầu mỏ hợp chất cacbuahiđrơ có hồ tan chất thể khí thể rắn với cacbon chứa nhiều khoảng 83-86%, khoảng 12-14% hyđrô, cịn lại khoảng 1-3% khí lƣu huỳnh, oxy, nitơ Trong dầu mỏ có nhiều loại cacbuahiđro, tính chất loại khác nên sản phẩm dầu mỏ vùng khác không giống Trong dầu mỏ có loại nhƣ sau: + Cacbuahiđro parafin (ankan) có cơng thức phân tử: CnH2n+2 + Cacbuahiđro xyclan (naften) có cơng thức phân tử: CnH2n + Cacbuahiđro thơm (Cacbuahiđro arơmatich): CnH2n-6 + Cacbuahiđro Anken (Ơlephin): CnH2n Nhiên liệu tồn trạng thái rắn, lỏng, khí đƣợc mơ tả nhƣ sơ đồ sau: Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ Trang Khoa Cơ khí Động lực Hình 1.1 Sơ đồ tổng quan loại nhiên liệu sử dụng 1.2 Thành phần hóa học dầu mỏ 1.2.1 Nhóm Ankan: Cơng thức tổng qt: CnH2n+2 Ở điều kiện bình thƣờng họ Ankan có trạng thái: + Thể khí từ CH4- C4H10 + Thể lỏng từ C5H12- C13H28 + Thể rắn từ C14H30- trở lên Họ Ankan có hai dạng cấu tạo hóa học: + Các nguyên tử cacbon liên kết thành mạch thẳng gọi dạng normal (nAnkal) Ví dụ: C4H10 (n-butan): CH3- CH2- CH2- CH3 + Đồng phân tử cacbuahiđrô tiêu chuẩn loại nguyên tử cacbon phân tử đƣợc xếp theo mạch nhánh gọi ta thêm đầu nối iso Ví dụ: CH3 CH3 C-CH2-Ch-CH3 CH3 CH3 Đặc điểm họ Ankan: Ở điều kiện bình thƣờng họ Ankan ổn định nghĩa chúng khơng bị ơxi hố bảo quản nhiệt độ áp suất bình thƣờng Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ Trang Khoa Cơ khí Động lực o o Dƣới tác dụng t cao lớn 500 C cacbuahiđro tiêu chuẩn dễ bị oxi hoá khả phản ứng chúng tăng nhanh có tạo perơxit (R-O-O-R) hiđrơperơxit (R-O-O-H), mầm mống gây tƣợng kích nổ động xăng nhƣng tính chất lại cần cho động dùng nhiên liệu diesel Những cacbuahiđrơ parafen thƣờng có to đơng đặc cao nên nhiên liệu dầu nhờn dùng mùa đơng cần hạn chế loại cacbua 1.2.2 Nhóm Xycloankan: Công thức tổng quát: CnH2n Ở phân tử Hydrocacbon naphten, nguyên tử cacbon liên kết với tạo thành vịng cacbon kín liên kết đơn bền vững, nên có tên Hydrocacbon vịng no Loại chủ yếu vịng cacbon cacbon nên có tên cyclopentan (C5H10) cyclohexan (C6 H12) CH2 H2C CH2 H2C CH2 H2C CH2 H2C CH2 CH2 Xyclopentan CH2 Cyclo hexan Loại cacbua làm cho sản phẩm dầu mỡ có tính ổn định nhiệt ổn định hoá học cao Loại cacbuahiđro xiclan nằm khoảng loại cacbuahiđro farafin cacbuahiđro thơm nên chúng đạt yêu cầu cho nhiên liệu xăng nhiên liệu diesel 1.2.3 Cacbuahiđro thơm (Nhóm Hydrocacbon aromat): Cơng thức tổng quát: CnH2n-6 Phân tử loại có chứa benzen (C6H6), phân tử benzen, nguyên tử cacbon liên kết thành vịng có ba liên kết đơn ba liên kết đôi xếp liên hợp với Trên sở vịng benzen hình thành hydrocacbon thơm khác chủ yếu nguyên tử H gốc Ankyl với độ dài cấu trúc mạch khác CH Bộ mơn:Cơ khí Ô tô CH HC CH HC C HC CH HC CH CH3 CH CH Benzen Metyl Benzen Trang Khoa Cơ khí Động lực Loại có tất loại dầu mỡ nhƣng hàm lƣợng có trị số nhớt, nhiệt độ sôi tỉ trọng cao so với loại parafin xiclo ankan khối lƣợng phân tử Vì chúng khơng nên có nhiên liệu diesel chúng khó oxi hoá làm cho động bị làm việc cứng Ở to thấp độ nhớt cacbuahiđro thơm tăng nhanh nên hạn chế dầu nhờn sử dụng vào mùa đông 1.2.4 Cacbuahiđro không no (Olefin): Công thức tổng quát: CnH2n Cacbuahiđro kkông no nguyên tử cacbon liên kết với tạo nên mạch cacbon hở, liên kết đôi liên kết đơn bền vững Ví dụ: Etylen C2H4 (CH2=CH2) Đặc điểm Những cacbuahiđro khơng no khơng bền chúng dễ bị oxi hố tạo kẹo axit hữu hợp chất khác, cacbuahidro khơng no có xu hƣớng liên kết vài phân tử vào phân tử có khối lƣợng phân tử lớn (gọi nhựa hoá) liên kết phân tử riêng lẻ trở vật liệu ban đầu gọi ngƣng tụ Những cacbuahiđro không no làm giảm tính ổn định nhiều lên sản phẩm dầu mỏ thƣờng loại bỏ cách lọc 1.3 Chưng cất Dầu mỏ Chƣng cất dầu mỏ chế biến trực tiếp dầu mỏ tháp chƣng cất với điều kiện áp suất nhiệt độ khác để tách dầu mỏ thành phân đoạn riêng biệt có phạm vi độ sơi thích hợp Trong q trình chƣng cất khơng xảy biến đổi hóa học thành phần dầu mỏ 1.3.1 Chưng cất khí quyển: Dầu mỏ đƣợc đƣa vào lị ống, dầu đƣợc nấu nóng tới 330 - 3500C, chuyển thành di chuyển lên tháp tinh cất Tháp có cấu tạo đĩa để tăng cƣờng trình trao đổi nhiệt chất hai luồng vật chất thể lỏng thể vận chuyển ngƣợc chiều nhau, nhờ phân chia hỗn hợp dầu mỏ thành phân đoạn có phạm vi sơi khác Tuy nhiên cần lƣu ý rằng, phạm vi độ sôi phân đoạn tƣơng đối, thay đổi, phụ thuộc vào yêu cầu chất lƣợng sản phẩm, vào đặc tính dầu thơ chƣng cất tính tốn cụ thể nhà sản xuất nhằm thu đƣợc hiệu kinh tế cao Những phân đoạn chủ yếu chƣng cất khí là: + Xăng thơ (naphtha) từ 40 đến 2000C Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ Trang Khoa Cơ khí Động lực + Dầu hỏa (kerosine) từ 140 đến 300 C + Phân đoạn diesel (gas oil) từ 230 đến 3500C + Cặn chƣng cất (residue) độ sôi > 3500C Phân đoạn xăng thơ: Cịn gọi xăng chƣng cất, dùng pha chế với loại xăng khác làm xăng thƣơng phẩm Ngồi chƣng cất xăng thơ thành phân đoạn có phạm vi sơi hẹp gọi naphtha nhẹ, naphtha trung bình, naphtha nặng dùng làm nguyên liệu cho trình chế biến sâu Phân đoạn dầu hỏa Có thể tinh chế làm nhiên liệu phản lực Ngồi dùng làm khí đốt hay nguyên liệu cho dây chuyền công nghệ khác Phân đoạn diesel Có thể dùng làm nhiên liệu cho động diesel (DO), đồng thời dùng làm nguyên liệu cho trình chế biến sâu Phân đoạn cặn chưng cất khí Cịn đƣợc gọi cặn mazut (residue) dùng làm nhiên liệu đốt lị (FO), chuyển vào tháp chƣng cất khí - chân không để tách làm phân đoạn nặng có phạm vi độ sơi khác 1.3.2 Chưng cất khí quyển-chân khơng: Cặn chƣng cất khí đƣợc đƣa vào tháp chƣng cất khí - chân khơng Tại mazut đƣợc phân chia thành phân đoạn phần cặn - Phân đoạn nhẹ - Phân đoạn trung bình - Phân đoạn nặng - Phần cặn Ba phân đoạn sử dụng làm nguyên liệu chế biến loại dầu nhờn gốc Phần cặn chƣng cất chân khơng có thề dùng làm ngun liệu tách lọc dầu nhờn cặn hay nguyên liệu sản xuất Bitum, làm nguyên liệu cho công nghệ chế biến sâu Sơ đồ tinh cất khí chân khơng đƣợc trình bày hình 1.2 Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ Trang Khoa Cơ khí Động lực Hình 1.2 Sơ đồ chưng cất dầu mỏ Lò ống Bộ phận làm lạnh Bộ phận trao đổi nhiệt 2,5.Tháp tính cất Bộ phận tách lỏng khí Bơm Cột hóa 1.3.3 Các q trình chế biến sâu dầu mỏ: Quá trình chƣng cất dầu mỏ trình bày chủ yếu dựa vào tính chất vật lý bay ngƣng tụ Trong trình chƣng cất khơng xảy chuyển hóa thành phần hydrocacbon có dầu, hiệu suất chất lƣợng sản phẩm chƣng cất không đáp ứng đƣợc yêu cầu sử dụng Để nâng cao chất lƣợng nhƣ hiệu suất loại sản phẩm có giá trị kinh tế, cần có q trình chế biến sâu Cơng nghệ chế biến sâu (chế biến thứ cấp) dầu mỏ bao gồm số dây chuyền công nghệ chủ yếu q trình chế hóa nhiệt q trình chế biến nhiệt - xúc tác 1.3.3.1 Các trình chế hóa nhiệt: a Cracking nhiệt, visbreaking: Dây chuyền cracking nhiệt nhằm phân hủy phần cặn trình chƣng cất dầu, dƣới tác dụng nhiệt độ cao thích hợp để thu đƣợc sản phẩm sáng Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ Trang Khoa Cơ khí Động lực màu Dây chuyền visbreaking nhằm phân hủy thành phần nhiên liệu đốt lò nhiệt độ cao để giảm độ nhớt tới mức phù hợp Nguyên liệu công nghệ phần cặn chƣng cất: mazut gudron nhƣ phần cặn trình chế biến sâu khác Sản phẩm bao gồm: + Hỗn hợp khí: bao gồm khí hydrocacbon no không no, đƣợc sử dụng làm nhiên liệu nguyên liệu cho hóa dầu + Cracking nhiệt: có chứa tới 25% hydrocacbon khơng no tính ổn định hóa học + Phân đoạn Dầu hỏa – diesel dùng làm nhiên liệu diesel sau làm hydro, dùng làm nhiên liệu đốt lò + Cặn cracking dùng làm nhiên liệu đốt lị có nhiệt độ cháy cao hơn, nhiệt độ đông đặc độ nhớt thấp so với mazut chƣng cất trực tiếp b Cốc hóa: Dây truyền cốc hóa nhằm chế hóa nhiệt phần dầu nặng, cặn dầu để thu đƣợc loại than cốc sản phẩm dầu sáng mầu Nguyên liệu cho cốc hóa gudron, loại gas oil nặng, loại cặn dầu, loại nhựa – asphalten quy trình chế biến khác Sản phẩm thu đƣợc gồm: + Các loại than cốc có nguồn gốc dầu mỏ dùng làm điện cực cho cơng nghệ điện luyện kim + Hỗn hợp khí tƣơng tự khí cracking nhiệt, có hàm lƣợng hydrocacbon khơng no + Xăng cốc hóa có hàm lƣợng hydrocacbon không no tới 60% ổn định, cần qua công đoạn làm hydro để giảm lƣợng hydrocacbon khơng no đó, dùng pha chế xăng loại thƣờng + Phân đoạn dầu hỏa - diesel dùng làm thành phần nhiên liệu diesel, tuốc bin khí, đốt lị dùng làm nguyên liệu cracking xúc tác c Nhiệt phân: Dây truyền nhiệt phân chế hóa nhiệt mơi trƣờng nƣớc với nguyên liệu dầu lỏng (phân đoạn xăng thơ) ngun liệu khí nhƣ etan, propan, butan, hỗn hợp Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ Trang ... học: NHIÊN LIỆU VÀ CHẤT TẨY RỬA Chương : KHÁI QUÁT CHUNG VỀ DẦU MỎ 1.1 Vài nét dầu mỏ Dầu khí tên gọi tắt dầu mỏ (dầu thô) hỗn hợp khí thiên nhiên Dầu mỏ thƣờng thể lỏng nhớt, nhƣng có loại dầu. .. Độ nhớt dầu bôi trơn 41 3.1.3.3 Tính ổn định dầu, tính ăn mịn kim loại, tạp chất học dầu bôi trơn 43 3.1.3.4 Tính chất đặc biệt dầu bơi trơn động .44 3.1.4 Dầu bôi... cầu thông số đánh giá chất lƣợng nhiên liệu diesel .32 2.5.2.1 Yêu cầu 32 2.5.2.2 Thông số đánh giá chất lƣợng nhiên liệu diesel .33 2.5.3 Tính chất lý hóa nhiên liệu diesel