Bài giảng nhiên liệu, dầu mỡ, chất tẩy rửa trường đh công nghiệp quảng ninh

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 Khoa Cơ khí Động lực Sản phẩm thu đƣợc chủ yếu hỗn hợp khí có nhiều etylen, propylen làm ngun liệu cho hóa dầu Sản phẩm lỏng xăng nhiệt phân có tính ổn định hóa học sản phẩm có tính sử dụng khác Nhìn chung sản phẩm thu đƣợc từ quy trình chế hóa nhiệt cho sản phẩm lỏng sáng màu có chất lƣợng khơng cao, ngày đƣợc sử dụng phạm vi hẹp đƣợc thay dần công nghệ nhiệt - xúc tác Tuy nhiên số dây chuyền có ý nghĩa quan trọng nhƣ nhiệt phân để thu đƣợc anken nhẹ làm nguyên liệu cho tổng hợp hóa dầu 1.3.3.2 Các quy trình chế hóa nhiệt xúc tác: Các quy trình chế hóa dƣới tác dụng nhiệt đơn cho sản phẩm giá trị, ngƣời ta sáng tạo công nghệ kết hợp sử dụng nhiệt với xúc tác để nâng cao chất lƣợng sản phẩm thu đƣợc Các chất xúc tác đƣợc sử dụng có tính chọn lọc cao, thúc đẩy phản ứng chuyển hóa theo hƣớng tạo thành sản phảm mong muốn a Cracking xúc tác: Dây truyền cracking xúc tác nhằm thu đƣợc sản phẩm sáng mầu nhƣ xăng nhiên liệu diesel nhờ phản ứng phân hủy phân đoạn nặng có tác dụng xúc tác alumino silicat dạng vơ định hình tinh thể zeolit Nguyên liệu đƣợc sử dụng cặn mazut phân đoạn diesel chƣng cất trực tiếp chế biến sâu Sản phẩm thu đƣợc gồm: + Hỗn hợp khí có chứa tới 80 – 90% hydrocacbon no không no C3 C4, đƣợc đem tách lọc thành riêng phân đoạn thích hợp làm ngun liệu hóa dầu + Xăng cracking xúc tác có phạm vi độ sôi từ nhiệt độ sôi đầu tới 1950C, dùng làm hợp phần cho xăng thƣơng phẩm Thành phần nhóm hydrocacbon xăng cracking xúc tác: hydrocacbon thơm 20-30%, hydrocacbon không no 8-15%, hydrocacbon naphten 7-15% hydrocacbon ankan 45-50% Xăng cracking xúc tác có chất lƣợng cao hẳn xăng cracking nhiệt + Phân đoạn gas oil nhẹ (195-2800C) dùng làm hợp phần nhiên liệu diesel tuốc bin khí + Phân đoạn 280-4200C dùng làm nguyên liệu sản xuất cacbon kỹ thuật + Phân đoạn gas oil nặng sơi 4200C dùng làm nhiên liệu đốt lị b Reforming xúc tác: Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ Trang 10 Khoa Cơ khí Động lực Dây truyền Reforming xúc tác nhằm thu đƣợc xăng có chất lƣợng cao, hỗn hợp hydrocacbon thơm khí hydro kỹ thuật nhờ q trình chuyển hóa xúc tác phân đoạn xăng thơ chế biến sâu xúc tác sử dụng hệ đơn kim loại, nhị kim loại đa kim loại, chủ yếu bạch kim (Pt) nên có tên platforming với chất kích hoạt xúc tác dạng axit flo (F) Clo (Cl) Nguyên liệu dùng cho Reforming xúc tác tùy thuộc vào nhu cầu sản phẩm nên khác nhau: + Để sản xuất xăng dùng phân đoạn xăng thô rộng (600C - 1800C) + Để sản xuất hydrocacbon thơm benzen, tuluen, xylen dùng phân đoạn xăng thơ nhẹ có phạm vi sơi tƣơng ứng 62-850C, 85-1050C, 105-1400C + Yêu cầu nguyên liệu hàm lƣợng lƣu huỳnh không 0,0001 0,0005% thể tích hàm lƣợng Nito khơng q 0,0001% Sản phẩm thu đƣợc bao gồm: + Hỗn hợp khí chứa thành phần nhiều metan, etan, propan butan dùng làm nhiên liệu đƣợc tách lọc thành hợp phần thích hợp dùng cho tổng hợp hóa dầu + Reformat hỗn hợp lỏng có thành phần nhóm hydrocacbon thơm 4065%, hydrocacbon ankan 34-60%, cịn nhóm hydrocacbon khơng no 0,5-1,1% Sản phẩm dùng làm hợp phần pha chế xăng thƣơng phẩm, gọi xăng reforming có tính ổn định hóa học tốt Cũng hàm lƣợng hydrocacbon thơm cao nên dùng làm nguyên liệu tách lọc loại hydrocacbon thơm + Khí hydro kỹ thuật có chứa tới 75-85% thể tích khí hydro nguyên chất, đƣợc dùng làm nguồn cung cấp hydro cho quy trình cơng nghệ khác nhƣ làm hydro, hydrocracking, đồng phân hóa… c Hydro cracking: Quy trình hydrocracking nhằm phân hủy nguyên liệu nặng thành sản phẩm dầu sáng mầu, dƣới tác dụng xúc tác mơi trƣờng khí hydro Dƣới ảnh hƣởng khí hydro hợp chất chứa lƣu huỳnh, nitơ, oxy có ngun liệu đƣợc hồn tồn loại bỏ, hợp chất khơng no đƣợc no hóa Do sản phẩm hydrocracking hầu nhƣ sản phẩm sáng mầu có độ tính ổn định hóa học cao, khơng có phần cặn dầu Ngun liệu cho quy trình hydrocracking phong phú, sử dụng từ phần nhẹ xăng thô đến phân đoạn nặng chƣng cất chân không, phân đoạn gas oil quy trình chế biến sâu, loại cặn dầu mazut, gudron Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ Trang 11 Khoa Cơ khí Động lực Hỗn hợp khí chủ yếu khí hydrocacbon no nhƣ propan butan dùng làm nguyên liệu cho tổng hợp hóa dầu sau xử lý tách lọc Naphta hydrocracking có tính ổn định chống oxy hóa tốt, dùng pha chế xăng máy bay Ngƣời ta thƣờng chƣng cất naphta thành hai phân đoạn: Xăng nhẹ (sơi đầu tới 850C) dùng làm ngun liệu cho quy trình reforming Kerosin có tính ổn định tốt dùng làm hợp phần cho nhiên liệu phản lực Gas oil dùng làm hợp phần cho nhiên liệu diesel d Đồng phân hóa: Quy trình đồng phân hóa nhằm thu nhiều loại sản phẩm, có loại xăng đồng phân có chất lƣợng cao Để sản xuất xăng chất lƣợng cao, ngƣời ta dùng nguyên liệu xăng chƣng cất nhẹ (từ độ sôi đầu tới 620C 700C) có nhiều hợp chất hydrocacbon mạch thẳng Nhờ tác dụng chuyển hóa xúc tác hình thành nhiều hydrocacbon mạch nhánh nên tăng thêm chất lƣợng cho trình cháy Xúc tác sử dụng quy trình đồng phân hóa alumino silicat tổng hợp dạng zeolit 1.3.4 Chế biến dầu mỡ nhờn: Dầu mỡ nhờn đƣợc gọi dầu mỡ bôi trơn loại sản phẩm công nghệ chế biến dầu mỏ Dƣới dây giới thiệu sơ đồ nguyên tắc chế biến dầu nhờn theo phƣơng pháp truyền thống a Khử asphalten cặn dầu (gudron): Là quy trình tách chất asphalten - nhựa, hợp chất đa vòng ổn định dễ biến chất, dễ tạo cốc, có độ nhớt thay đổi nhiều theo nhiệt độ, nhằm thu đƣợc phân đoạn sản xuất dầu nhờn cặn, đồng thời dùng làm nguyên liệu cho trình chế biến sâu khác nhƣ cracking xúc tác hydrocracking Dung mơi sử dụng quy trình để thu đƣợc nguyên liệu chế biến dầu nhờn propan lỏng Trong trƣờng hợp cần thu nguyên liệu cho cracking xúc tác hydrocracking, khơng cần khử asphalten triệt để, dùng butan lỏng, pentan xăng nhẹ Khi cặn dầu đƣợc xử lý loại dung môi điều kiện kỹ thuật phù hợp áp suất, nhiệt độ, tỷ lệ dung mơi/ngun liệu… hợp chất cần loại bỏ lóng đọng xuống thành cặn asphalten (dùng để chế biến nhựa đƣờng) Còn hỗn hợp khử asphlten đƣợc chế biến tiếp tục thành dầu nhờn cặn làm nguyên liệu cho cracking xúc tác hydrocracking b Làm phân đoạn nguyên liệu cho dầu nhờn: Nhằm mục đích tách loại khỏi phân đoạn nguyên liệu thành phần xấu có hại cho chất lƣợng dầu nhờn, chất keo nhựa, hợp chất Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ Trang 12 Khoa Cơ khí Động lực hydrocacbon thơm có cấu trúc phức tạp đa vòng để nâng cao chất lƣợng sản phẩm: Giảm khả tạo cốc, tăng tính ổn định độ nhớt nhiệt độ, làm màu sắc dầu sáng Phƣơng pháp làm q trình chiết tách (trích ly) lỏng - lỏng Nguyên lý phƣơng pháp dùng dung môi chọn lọc khơng hịa tan hydrocacbon có ngun liệu, đồng thời có khẳ chiết tách hợp phần cần loại bỏ khỏi nguyên liệu dạng cặn phân lớp với phần sản phẩm Từ tách phần cặn khỏi sản phẩm Nguyên liệu cho q trình làm dung mơi chọn lọc phân đoạn dầu nhờn thu đƣợc từ chƣng cất dƣới áp suất thấp phần cặn dầu khử asphalten Dung môi chọn lọc thƣờng dùng sunfuro, phenol… sản phẩm rafinat nguyên liệu cho công đoạn tách lọc parafin để sản xuất loại dầu nhờn gốc Phần cặn dùng chế biến nhựa đƣờng cacbon kỹ thuật dùng công nghệ sản xuất cao su c Tách lọc parafin rắn: Nhằm loại bỏ khỏi nguyên liệu hợp phần hydrocacbon rắn có nhiệt độ nóng chảy cao để hạ thấp nhiệt độ đông đặc loại sản phẩm dầu nhờn gốc, nâng cao tính sử dụng chúng mơi trƣờng giá lạnh Để tách lọc ngƣời ta dùng công nghệ kết tinh parafin dung môi chọn lọc điều kiện kỹ thuật thích hợp nhƣ tỷ lệ dung môi/nguyên liệu, nhiệt độ kết tinh, tốc độ hạ nhiệt độ… Dung mơi thƣờng dùng hỗn hợp có thành phần thích hợp metyletyl xeton toluen (60%V 40%V), axeton toluen (35%V 65%V)… Sản phẩm thu đƣợc quy trình tách lọc parafin: + Bốn loại dầu khoáng đƣợc làm bổ xung nhờ số công nghệ khác cho bốn loại dầu nhờn gốc phân biệt chủ yếu tỷ trọng độ nhớt, đƣợc dùng để pha chế với với loại phụ gia thích hợp, theo tỷ lệ định, nhằm sản xuất nhãn hiệu dầu thƣơng phẩm khác + Ba loại parafin rắn (tách từ phân đoạn chƣng cất chân không) phân biệt nhiệt độ nóng chảy xêrezin (tách từ cặn gudron) hydro rắn khác thành phần cấu trúc phân tử, đƣợc làm theo yêu cầu cụ thể để thành thƣơng phẩm, đƣợc dùng nhiều đời sống số ngành sản xuất 1.3.5 Chế biến mỡ nhờn: Mỡ nhờn thành phẩm chế biến từ dầu nhờn chất làm đặc thích hợp theo tỷ lệ xác định Tùy theo yêu cầu tính sử dụng loại mỡ, chất Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ Trang 13 Khoa Cơ khí Động lực làm đặc thƣờng dùng loại xà phịng có gốc kim loại khác bentonit (khống sét) Quy trình chế biến mỡ nhờn đơn công đoạn mang tính học vật lý nhƣ: khuấy trộn, nghiền, lọc, hạ nhiệt độ hợp lý… tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình thành khối mỡ trạng thái phân tán vi dị thể đồng nhất, tránh tƣợng không đồng thành phần mỡ Chương : NHIÊN LIỆU XĂNG VÀ DIESEL 2.1 Khái niệm Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ Trang 14 Khoa Cơ khí Động lực Các chất cháy dùng để sản nhiệt đốt cháy chúng gọi nhiên liệu đốt Với loại động ngƣời ta dùng hai loại nhiên liệu sau: Nhiên liệu dùng cho động chế biến hồ khí: nhiên liệu xăng Nhiên liệu dùng cho động diesel: nhiên liệu diesel Đối với nhiên liệu lỏng ngƣời ta xác định nhiệt độ sôi ban đầu, nhiệt độ sôi 10%; 50%; 90% nhiệt độ sơi kết thúc (hay cịn đƣợc gọi nhiệt độ sôi đầu nhiệt độ chƣng cất 10%, chƣng cất 50%, 90% nhiệt độ sôi kết thúc) Vậy thành phần chưng cất nhiên liệu tỉ lệ phần trăm chất chưng cất có nhiệt độ sơi khác để xác định thành phần chƣng cất nhiên liệu ngƣời ta dùng thiết bị chuyên dùng 2.2 Nhiên liệu thể khí Nhiên liệu khí dùng cho động đốt gồm có: khí thiên nhiên (sản phẩm mỏ khí), khí cơng nghiệp (sản phẩm xuất q trình luyện cốc, luyện gang (khí lị cao) tinh luyện dầu mỏ) khí lị ga (khí hóa nhiên liệu thể rắn lị ga) Một nhiên liệu thể khí hỗn hợp học loại khí cháy khí trơ khác Thành phần nhiên liệu thể khí gồm có: CO, CH4, loại hydrocacbon CnHm, CO2, O2,… với tỷ lệ khác Nhìn chung, cơng thức hóa học chất nhiện liệu thể khí có chứa C, O, H viết dƣới dạng CnHmOr (với n = 0~5, m = 0~12, r = 0~2) Ưu điểm - Nhiên liệu khơng khí hòa trộn với đồng so với nhiên liệu lỏng - Phạm vi cháy rộng nên động dễ khởi động Nhược điểm - Cất giữ nhiên liệu khí địi hỏi có chỗ chứa lớn diện tích khơng an tồn a Khí dầu mỏ hóa lỏng LPG (Liquefied Petroleum Gas): Thành phần chủ yếu khí hóa lỏng hỗn hợp propan butan thu đƣợc từ khí đồng hành khai thác dầu mỏ nhà máy lọc dầu, đƣợc chế biến từ dầu mỏ có thành phần hỗn hợp nhƣ sau: - Hơi butan C4H10: 89% - Hơi butylen C4H8: 6% - Hơi iso-pentan C5H12: 2% Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ Trang 15 Khoa Cơ khí Động lực Các loại khí q trình khai thác dầu mỏ chƣng cất dầu thô, ngƣời ta biến thành thể lỏng để lƣu trữ chủ yếu propan butan với theo tỷ lệ khác Tùy theo nhu cầu sử dụng tính làm việc mà thành phần tỷ lệ theo thể tích Propan: Butan khác nhau, chúng 50:50 60:40 hay 70:30… b Khí thiên nhiên NGV (Natural Gas Vehicle): Nhiên liệu khí dùng động đốt đƣợc lấy từ mỏ khí Bất kỳ loại khí thiên nhiên hỗn hợp khí cháy khí trơ khác Thành phần khí thiên nhiên bao gồm: CO, CH4, CnHm, CO2, H2S… Căn vào phƣơng pháp lƣu trữ khí thiên nhiên bao gồm loại: - Khí nén CNG (Compress Natural Gas) - Khí hóa lỏng LNG (Liquefied Petroleum Gas) - Khí hấp thụ ANG (Air Natural Gas) 2.3 Nhiên liệu lỏng 2.3.1 Các tính chất lý hóa học nhiên liệu lỏng: Nhiên liệu lỏng dùng cho động đốt chủ yếu sản phẩm đƣợc tạo từ dầu mỏ loại có nhiệt trị lớn, tro dễ vận chuyển bảo quản Mỗi loại nhiên liệu lỏng kể hỗn hợp nhiều loại hydrocacbon có cấu tạo hóa học khác nhau, cấu tạo gây ảnh hƣởng lớn tính chất lý – hóa bản, đặc biệt tới q trình bay hơi, tạo hịa khí bốc cháy nhiên liệu động Ankal chính, nguyên tử C đƣợc liên kết đơn theo mạch thẳng nên mạch cacbon dễ bị gãy, (dễ gây phản ứng hóa học) làm cho dễ tự cháy (mạch liên kết dài dễ tự cháy), khơng phải thành phần lý tƣởng nhiên liệu dùng cho động xăng đốt cháy cƣỡng bức, nhƣng lại thích hợp với động diesel Với izoAnkal (chất đồng phân ankal) hồn tồn trái ngƣợc, khó bị gãy mạch, tức khó tự cháy Trong ankan tỷ số C/H nhỏ nên khối lƣợng riêng thấp nhiệt trị lớn loại khác, ngồi cấu tạo bão hịa nên tính chất ổn định khó biến chất Nhiên liệu dùng cho động xăng đốt cháy cƣỡng bức, cần có nhiều iso ankan để tránh kích nổ Tính chất lý - hóa học nhiên liệu phụ thuộc vào tỷ lệ thành phần nhóm hydrocacon kể Tùy theo phƣơng pháp hình thành đốt cháy hịa khí chu trình cơng tác mà có yêu cầu khác nhiên liệu ngƣời ta chí nhiên liệu lỏng thành hai nhóm + Nhiên liệu dùng cho động tạo hịa khí bên ngồi, đốt cháy cững Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ Trang 16 Khoa Cơ khí Động lực + Nhiên liệu dùng cho động diesel 2.3.2 Phương trình cháy nhiên liệu: Khái niệm: Cháy phản ứng xảy nhanh kèm theo tỏa nhiệt phát sáng thường q trình oxi hố hỗn hợp nhiên liệu với oxi khơng khí Để bắt đầu phản ứng nhiên liệu oxi cần đƣợc nung nóng tới nhiệt độ bốc cháy nhiên liệu, nhiệt độ bốc cháy khác loại nhiên liệu khác Số lƣợng khơng khí đƣa vào để tạo hỗn hợp cháy đóng vai trị quan trọng q trình cháy lƣợng khơng khí đƣa vào khơng đủ sinh cháy chậm nhiệt độ khơng cao Trong tạo sản phẩm cháy nhƣ CO, NO, HC (hiđrocacbon) muội than… Nếu lƣợng khơng khí đƣa vào lớn q trình cháy mát phần nhiệt để đốt nóng nitơ số lƣợng oxi thừa ảnh hƣởng đến chất lƣợng làm việc động chi phí nhiên liệu Vì lƣợng khơng khí đƣa vào phải phù hợp để đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp nhiên liệu Lƣợng khơng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu phụ thuộc vào thành phần nhiên liệu cụ thể là: Nếu nhiên liệu chứa nhiều ngun tố cháy (C,H) lƣợng khơng khí cần thiết để đốt cháy hồn tồn khối lƣợng đơn vị nhiên liệu lớn, ta thiết lập phƣơng trình cháy dựa vào mối tƣơng quan khối lƣợng nguyên tử để xác định lƣợng oxi cần thiết C +O2 = CO2 (a) 2H2 +O2 = 2H2O (b) Căn vào phƣơng trình a, b ta xác định phƣơng trình cân khối lƣợng phản ứng: 12 kg C + 32 kg O2 = 44 kg CO2 (c) kg H2 + 32 kg O2 = 36 kg H2O (d) Phƣơng trình c, d viết cho C kg cacbon H kg Hidro có dạng: C kg cacbon + 8/3 C kg Oxi = 11/3 C kg cacbonnic (e) H kg hidro + 8H kg Oxi = 9H kg Nƣớc (f) Khối lƣợng ôxi (kg) cần thiết cho hai phản ứng (e) (f) là: 8/3 C + H (g) Trong 1kg nhiên liệu có sẵn O kg ơxi Vì lƣợng Ơxi cần thiết khơng khí Oct để đốt cháy hồn toàn kg nhiên liệu: Oct = 8/3 C + H - O Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ Trang 17 Khoa Cơ khí Động lực Thành phần khối lƣợng Ơxi khơng khí 0,23 cịn thành phần thể tích 0,21 Vậy lƣợng khơng khí cần thiết để đốt cháy hoàn toàn kg nhiên liệu là: L = ( 8/3 C + H - O )/ 0.23 (kg/kg nhiên liệu) Thực tế thực nghiệm xác định đƣợc lƣợng khơng khí thực nạp vào động tính cho kg nhiên liệu L:  = L/L0 : Hệ số dƣ lƣợng khơng khí Trong  < hỗn hợp nhiên liệu giàu  = hồn hợp nhiên liệu tiêu chuẩn  > hồn hợp nhiên liệu nghèo (loãng) 2.3.3 Nhiệt trị: 2.3.3.1 Nhiệt trị nhiên liệu: Nhiệt trị nhiệt lƣợng thu đƣợc đốt cháy kiệt 1kg (hoặc 1m3 tiêu chuẩn) nhiên liệu (điều kiện tiêu chuẩn p =760 mmHg t = 00C) Để xác định nhiệt trị nhiên liệu có hai phƣơng pháp: + Thực nghiệm: Đốt nhiên liệu nhiệt lƣợng kế + Phân tích: Cần biết thành phần hóa học nhiên liệu áp dụng công thức sau: Hu = 8100gC + 24600gH kcal/kg Hoặc áp dụng công thức Menđêlêép: Hu = 8100gC + 30000gH – 2600(gO - gS) – 600(9gH + gW) kcal/kg Trong đó: gC: Lƣợng bon gH: Lƣợng hidro gO: Lƣợng ôxy gS: Lƣợng lƣu huỳnh gW: Lƣợng nƣớc có nhiên liệu Ngƣời ta phân nhiệt trị nhiên liệu tra làm hai loại là: Nhiệt trị cao nhiệt trị thấp Nhiệt trị cao Nhiệt trị cao Qc toàn nhiệt lƣợng thu đƣợc sau đốt cháy kiệt 1kg (hoặc 1m tiêu chuẩn) nhiên liệu, có số nhiệt lƣợng nƣớc đƣợc tạo sản vật cháy ngƣng tụ thành nƣớc nhả ra, sản vật cháy đƣợc làm lạnh tới nhiệt độ trƣớc cháy đƣợc gọi nhiệt ẩn nƣớc Nhiệt trị thấp Bộ mơn:Cơ khí Ơ tơ Trang 18 Khoa Cơ khí Động lực Nhiệt trị thấp nhiệt trị cao trừ nhiệt lƣợng ngƣng đọng nƣớc tạo ra: Trong thực tế, khí xả từ động thải trời nhiệt độ cao, nƣớc khí xả chƣa kịp ngƣng tụ bị thải mất, chu trình cơng tác động khơng thể sử dụng số nhiệt ẩn để sinh cơng Do tính chu trình cơng tác động cơ, ngƣời ta dùng nhiệt trị thấp Qt, nhỏ Qc số nhiệt lƣợng vừa nhiệt ẩn nƣớc đƣợc tạo cháy Mối quan hệ Qc Qt đƣợc xác định theo biểu thức sau: Nhiên liệu lỏng: (nhiệt trị 1kg - Qtk Qck) Qtk = Qck - 2,512.(9h + w), MJ/kg Trong đó: 2,512 MJ/kg - nhiệt ẩn 1kg nƣớc; h - thành phần khối lƣợng H nhiên liệu; w - thành phần khối lƣợng nƣớc nhiên liệu 2.3.3.2 Nhiệt trị hỗn hợp: Mỗi loại nhiên liệu cần số lƣợng khơng khí xác định để cháy, ví dụ cần khoảng 15kg khơng khí để đốt cháy hồn tồn 1kg nhiên liệu xăng, cần 8,6kg khơng khí để đốt cháy hồn tồn 1kg cồn êtylic 950 Bởi nhiệt trị nhiên liệu thực tế thông số quan trọng, mà nhiệt trị hỗn hợp Nhiệt trị hỗn hợp nhiệt trị 1kg nhiên liệu chia cho lƣợng hỗn hợp tạo thành với 1kg nhiên liệu  = Ví dụ: nhiệt trị 1kg hỗn hợp: xăng- khơng khí 645 kcal/kghh nhiệt trị 1kg hỗn hợp: diesel- khơng khí 645 kcal/kghh nhiệt trị 1kg hỗn hợp: cồn êtylic - không khí 670 kcal/kghh 2.3.4 Nhiệt độ bén lửa nhiệt độ tự bốc cháy: a Nhiệt độ bén lửa: Nhiệt độ bén lửa nhiệt độ thấp để hịa khí bén lửa Nhiệt độ bén lửa phản ánh số lƣợng thành phần chƣng cất nhẹ nhiên liệu, đƣợc dùng làm tiêu phịng hỏa nhiên liệu dùng tàu thủy Để tránh cho nhiên liệu bén lửa điều kiện sử dụng, nhiệt độ bén lửa nhiên liệu dùng tàu thủy không đƣợc thấp 650C b Nhiệt độ tự bốc cháy: Nhiệt độ tự bốc cháy nhiệt độ thấp để hịa khí tự bốc cháy mà khơng cần nguồn nhiệt để châm cháy Nhiệt độ tự cháy hịa khí phụ thuộc vào loại nhiên liệu Thơng thƣờng phân tử lƣợng lớn nhiệt độ tự cháy nhỏ ngƣợc lại Bộ mơn:Cơ khí Ơ tô Trang 19 ... 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