TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ NHỮNG TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ DẦU MỎ
Tính chất vật lý tiêu đánh giá dầu thơ Chương III TÍNH CH T V T LÝ VÀ NHỮNG TIÊU CHU N ĐÁNH GIÁ D U M III.1 Thành ph n c t Như biết dầu mỏ s n phẩm hỗn hợp nhiều hợp chất hydrocacbon có nhiệt độ sôi thay đổi kho ng rộng Thực tế dầu mỏ hay phân đo n dầu mỏ chứa số lượng lớn cấu tử với nhiệt độ sôi thay đổi kho ng rộng Khi nghiên cứu dầu mỏ ngư i ta quan tâm nhiều đến mức độ bay hay tỷ lệ bay nhiêt độ Tính chất bay dầu mỏ hay s n phẩm có ý nghĩa lớn trình b o qu n, vận chuyển trình sử dụng Vì tính chất quan trọng dầu mỏ Thành phần cất khái niệm dùng để biểu diễn phần trăm mẫu bay điều kiện tiến hành thí nghiệm theo nhiệt độ ngược l i nhiệt độ theo phần trăm thu tiến hành chưng cất mẫu Thực tế ngư i ta sử dụng khái niệm sau Nhiệt độ sôi đầu: Là nhiệt độ đọc nhiệt kế vào lúc giọt chất lỏng ngưng tụ ch y từ cuối ống ngưng tụ Nhiệt độ sôi cuối: Là nhiệt độ cao đ t qúa trình chưng cất Nhiệt độ sôi 10% (t10%), t50%, t90%, t95%, Là nhiệt độ đọc nhiệt kế tương ứng thu 10%, 50%, 90%, 95% chất lỏng ngưng tụ ống thu Đư ng cong biểu diễn mối quan hệ phần cất thu đươc nhiệt độ gọi đư ng cong chưng cất Tuỳ theo thiết bị sử dụng tiến hành chưng Tính chất vật lý tiêu đánh giá dầu thô cất mà ta có nhiều lo i đư ng cong khác đư ng cong chưng cất đơn gi n, đư ng cong điểm sơi thực … Khi cần phân tích nhanh thư ng s n phẩm nhẹ dầu mỏ ngư i ta tiến hành chưng cất tiêu chuẩn Engler (hình dưới) đư ng cong thu đư ng cong chưng cất Engler hay đư ng cong chưng cất ASTM D 86 (American Society for Testing and Materials) Cách tiến hành sau: Cho 100 ml mẫu vào bình lắp dụng cụ giống hình vẽ, tiến hành gia nhiệt (tốc độ gia nhiệt ph i tuân theo quy định lo i s n phẩm) ghi l i nhiệt độ theo phần trăm mẫu thu ống đong Trong thiết bị chưng cất Engler chất lỏng mẫu bị đun nóng nên bay qua phận làm l nh để ngưng tụ sau ch y vào ống đong, q trình chưng cất với kh phân chia khơng triệt để Để b o đ m tốt trình phân chia cấu tử ngư i ta sử dụng chưng cất với độ phân chia nghiêm ngặt (thiết bị chưng cất có số đĩa tương đương với 15 đĩa lý thuyết số hồi lưu 5), tiến hành chưng cất theo tiêu chuẩn ASTM D 2892 Đư ng cong thu có độ phân chia lớn nên gọi đư ng cong điểm sôi thực hay thư ng gọi đư ng cong TBP (True Boiling Point) Tính chất vật lý tiêu đánh giá dầu thơ Ngồi hai lo i đư ng cong tuỳ theo mục đích nghiên cứu đặc điểm mẫu mà ngư i ta sử dụng nhiều lo i đư ng cong khác sau: ASTM D 3710 xác định đư ng cong chưng cất xăng nhẹ sắc ký khí; ASTM D 1078 xác định đư ng cong chưng cất chất lỏng hữu bay hơi; ASTM D 1160 xác định đư ng cong chưng cất áp suất chân không phân đo n có nhiệt độ sơi cao III.2 Nhiệt độ sơi trung bình phân đoạn Thành phần chưng cất phân đo n dầu mỏ có liên quan nhiều đến tính chất sử dụng phân đo n, tính chất vật lý trung bình phân đo n độ nhớt, tỷ trọng, trọng lượng phân tử, hệ số đặc trưng, nhiệt cháy, tính chất tới h n l i có liên quan chặt chẽ đến nhiệt độ sơi trung bình phân đo n Nhiệt độ sơi trung bình phân đo n dầu mỏ xác định dựa theo đư ng cong chưng cất Đối với phân đo n dầu mỏ nhiệt độ sơi trung bình xác định từ đư ng cong chưng cất ASTM dầu thơ xác định từ đư ng cong chưng cất TBP đư ng cong chưng cất ASTM hay đư ng chưng cất Engler nhiệt độ ứng với 50% s n phẩm chưng cất xem nhiệt độ sơi trung bình thể tích Nếu sử dụng đư ng cong chưng cất Engler với hệ tọa độ khác: nhiệt độ sôi-phần trăm trọng lượng nhiệt độ sôi-phần trăm mol, nhiệt độ ứng với 50% trọng lượng 50% mol s n phẩm chưng cất, nhiệt độ sơi trung bình trọng lượng, nhiệt độ sơi trung bình phân tử phân đo n Như có nhiều giá trị nhiệt độ sơi trung bình phân đo n dầu mỏ Thực tế không giá trị tất c lo i nhiệt độ sơi trung bình nói thực, ngư i ta cịn đưa khái niệm nhiệt độ trung bình trung gian xem nhiệt độ sơi trung bình phân đo n Tính chất vật lý tiêu đánh giá dầu thô Thực tế ngư i ta thư ng tiến hành chưng cất để thu đư ng cong chưng cất biểu diễn mối quan hệ nhiệt độ sôi thành phần cất theo thể tích ta sẻ có nhiệt độ sơi trung bình theo thể tích, giá trị nhiệt độ sơi trung bình khác xác định từ nhiệt độ sơi trung bình thể tích thơng qua đồ thị độ dốc, độ dốc tính sau: S= t 70 − t10 = oC % t 60 Từ độ dốc thu được, tra đồ thị ta thu giá trị chênh lệch từ ta dễ dàng tính giá trị nhiệt độ trung bình cần tìm Nói chung, tính chất vật lý phân đo n dầu mỏ thư ng có có quan hệ với lo i nhiệt độ sôi trung bình nói trên, thí dụ : nhiệt độ sơi trung bình thể tích có quan hệ đến độ nhớt, nhiệt dung phân đo n, nhiệt độ sôi trung bình phân tử có quan hệ đến hệ số đặc trưng, nhiệt độ tới h n, nhiệt độ sôi trung bình trung gian có quan hệ đến trọng lượng phân tử, tỷ trọng, nhiệt cháy vv… Tính chất vật lý tiêu đánh giá dầu thô III.3 Áp su t b o hoà Áp suất đặc trưng cho tính chất phân tử hướng khỏi bề mặt để chuyển sang pha bề mặt pha lỏng có xu nhiệt độ Đó hàm số nhiệt độ đặc tính pha lỏng Áp suất bảo hồ áp suất mà thể nằm cân với thể lỏng nhiệt độ định Sự sôi hydrocacbon hay phân đo n dầu mỏ x y áp suất với áp suất hệ Vì vậy, áp suất hệ tăng lên, nhiệt độ sôi tăng theo nhằm t o áp suất áp suất hệ Ngược l i, áp suất hệ gi m, nhiệt độ sơi gi m tương ứng Đối với hydrocacbon riêng lẻ, áp suất phụ thuộc vào nhiệt độ áp suất định có nhiệt độ sơi tương ứng Đối với phân đo n dầu mỏ áp suất ngồi phụ thuộc vào nhiệt độ, phụ thuộc vào thành phần hydrocacbon có áp suất riêng phần khác nhau, nghĩa áp suất phân đo n mang tính chất cộng tính thành phần tn theo định luật Raoult: P= ∑P x i i (Pi, xi áp suất riêng phần nồng độ phần mol cấu tử i phân đọan) Để xác định áp suất b o hoà thư ng ngư i ta sử dụng bom Reid nên áp suất b o hoà thư ng gọi áp suất b o hồ Reid (TVR), đo 37,8oC hay 100oF, sơ đồ thiết bị hình vẽ Như vậy, áp suất b o hoà đặc trưng cho phần nhẹ dầu thô phân đo n dầu mỏ Đối với xăng nhiên liệu giá trị có nh hư ng lớn đến kh kh i động động cơ, giá trị lớn động dễ kh i động Nhưng giá trị lớn chúng gây mát vật chất dễ t o tượng nút Tính chất vật lý tiêu đánh giá dầu thô III.4.Tỷ tr ng Tỷ trọng chất tỷ số khối lượng riêng với khối lượng riêng chất chuẩn đo điều kiện xác định (nhiệt độ) (đối với chất lỏng chất chuẩn chọn nước cịn chất khí khơng khí) Thông thư ng tỷ trọng lỏng ký hiệu sau: dt2t1 Trong đó: t1 nhiệt độ tiến hành đo khối lượng riêng mẩu; t2 nhiệt độ tiến hành đo khối lượng riêng nước Thực tế ngư i ta hay sử dụng d204, d15,615,6, số nhiệt độ tính độ C mà tiến hành đo khối lượng riêng d15,615,6 đơi ký hiệu S gọi tỷ trọng chuẩn Ngồi ra, ngư i ta cịn dùng khái niệm khác để biểu diễn tỷ trọng độ API (API: American Petroleum Institute), giá trị xác định thơng qua tỷ trọng chuẩn theo công thức sau : API = 141,5 d 15,615,6 − 131,5 Tỷ trọng có tính chất cộng tính thể tích, có nghĩa tỷ trọng phân đo n dầu mỏ gồm nhiều thành phần, tính dựa theo tỷ trọng nồng độ thể tích cúa chúng theo kiểu trung bình sau: d= d v1 + d v + + d n v n v1 + v + v n Trong : d: tỷ trọng phân đo n có n thành phần d1 dn : tỷ trọng thành phần tương ứng từ 1-n v1 : Thể tích thành phần tương ứng phân đo n Tính chất vật lý tiêu đánh giá dầu thô Tỷ trọng phân đo n dầu mỏ hàm số nhiệt độ mà khơng phụ thuộc vào áp suất nói chung, dù phân đo n có mang đặc tính (parafinic, naphtenic, hay aromatic) thay đổi chúng theo nhiệt độ giống Tuy nhiên, nhiệt độ cao, áp suất bắt đầu có nh hư ng đến tỷ trọng nh hư ng xác định dựa vào hệ số gi n nỡ ω , hàm số phụ thuộc vào nhiệt độ áp suất tới h n phân đo n nó, đồng th i cho thấy tỷ số tỷ trọng hệ số giãn nỡ điều kiện khác không đổi, nghĩa là: d1 d d = = = ω1 ω2 ω Trong đó: d1, ω1 tỷ trọng hệ số gi n n d2, ω2 tỷ trọng hệ số gi n n điều kiện áp suất nhiệt độ p1, t1 điều kiện áp suất nhiệt độ p2, t2 Tỷ trọng dầu mỏ cho biết dầu nặng hay nhẹ, thông qua ước lượng sơ hiệu suất thu s n phẩm trắng lo i dầu mỏ Đối với s n phẩm dầu mỏ ý nghĩa tỷ trọng khác nhiên liệu diesel nhiện liệu cho động ph n lực tỷ liên quan đến kh phun nhiên liệu vào buồng cháy hay nh hư ng đến trình bay cháy nhiên liệu III.5 Độ nhớt Độ nhớt đ i lượng vật lý đặc trưng cho tr lực ma sát nội t i sinh phân tử chúng có chuyển động trượt lên Vì vậy, độ nhớt có liên quan đến kh thực trình bơm, vận chuyển chất lỏng hệ đư ng ống, kh thực trình phun, bay nhiên liệu buồng cháy, đồng th i liên quan đến kh bôi trơn phân đo n sử dụng làm dầu nh n Độ nhớt biểu diễn theo nhiều cách khác nhau: ♦ Độ nhớt tuyệt đối (hay độ nhớt động lực)