BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH Chủ biên ThS Nguyễn Sĩ Sơn Trần Đình Hưởng, Trần Thị Thanh, Nguyễn Văn Hậu ( Tham gia) GIÁO TRÌNH NHIÊN LIỆU, DẦU, MỠ VÀ CHẤT TẨY RỬA DÙNG CHO[.]
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH Chủ biên : ThS Nguyễn Sĩ Sơn Trần Đình Hưởng, Trần Thị Thanh, Nguyễn Văn Hậu ( Tham gia) GIÁO TRÌNH NHIÊN LIỆU, DẦU, MỠ VÀ CHẤT TẨY RỬA DÙNG CHO BẬC CAO ĐẲNG ( LƯU HÀNH NỘI BỘ) Quảng Ninh, năm 2014 LỜI NÓI ĐẦU Một nhiệm vụ quan vận hành, bảo dưỡng sửa chữa tơ, máy móc thiết bị công nghiệp khác phải sử dụng chọn loại vật liệu Ngày với thành tựu khoa học kỹ thuật tiến vượt bậc, ngành hóa dầu chế biến nhiều sản phẩm nhiên liệu dầu mỡ có tính ưu việt Đối với phương tiện ô tô máy kéo việc chọn sử dụng loại vật liệu có vai trị quan trọng nhằm nâng cao độ tin cậy tuổi thọ cho máy móc thiết bị phát huy hết cơng suất thiết kế đảm bảo tính kinh tế hiệu làm việc Giáo trình “ Nhiên liệu, dầu, mỡ chất tẩy rửa ” Được biên soạn tập thể giảng viên thuộc ô tô môn máy thiết bị mỏ Ths Nguyễn Sĩ Sơn làm chủ biên, dùng cho sinh viên Cơ khí tơ làm tài liệu học tập, với mục đích trang bị cho sinh viên kiến thức cần thiết nhiên liệu vật liệu khai thác khác ô tô Máy thiết bị mỏ, giúp sinh viên nắm chất tính chất vật lý, hóa học vật liệu, sở giúp cho kỹ sư tương lai biết cách chọn sử dụng loại vật liệu khai thác nhiệm vụ cụ thể thiết bị Ngoài tài liệu làm tài liệu tham khảo cho cán kỹ thuật xăng dầu sinh viên ngành có khí khác.Giáo trình biên soạn gồm chương: Chương I: Dầu mỏ nhiên liệu Chương II: Xăng, diesel nhiên liệu sinh học Chương III: Dầu bôi trơn dầu truyền động Chương IV: Mỡ bơi trơn Trong q trình biên soạn cố gắng cập nhật thơng tin tính hình phát triển vật liệu xăng, dầu, mỡ vật liệu mới, chắn chưa đầy đủ, đảm bảo tính khoa học gắn liền với phát triển thực tế ngành nên giáo trình cịn thiếu sót, mong bổ sung góp ý kiến bạn đọc để tài liệu hoàn thiện Mọi ý kiến đóng góp xin gửi Bộ mơn Ơ tơ, Khoa Cơ Khí- Động lực, Trường Đại học Cơng Nghiệp Quảng Ninh Nhóm tác giả Biên soạn : ThS Nguyễn Sĩ Sơn Chương : DẦU MỎ VÀ NHIÊN LIỆU 1.1 Dầu mỏ 1.1.1 Nguồn gốc dầu mỏ Dầu khí tên viết tắt dầu mỏ khí tự nhiên hyđrocacbon có nguồn gốc từ xác động, thực vật sau trình phân huỷ chuyển biến với biến đổi địa chất tạo thành Dầu mỏ tồn tự nhiên dạng vỉa dầu, thường dạng lỏng, dạng rắn nhiệt độ thường Trong mỏ dầu có áp suất cao nên có lượng khí bị hồ tan dầu mỏ Khi khai thác, áp suất giảm, khí tách khỏi dầu mỏ gọi khí đồng hành Khí mà thu trực tiếp từ mỏ chứa tồn khí gọi khí tự nhiên Nguồn lượng thu từ dầu khí chiếm 80% nguồn lượng tồn cầu Dự tính nguồn lượng từ dầu khí cịn cung cấp cho vịng vài chục năm Vì nguồn lượng dầu mỏ ngày trở nên vơ q giá Hình 1-1 Cơng nghệ khai thác dầu mỏ Dầu mỏ nhiên liệu quan trọng xã hội đại dùng để sản xuất điện nhiên liệu tất phương tiện giao thông vận tải Hơn nữa, dầu mỏ sử dụng cơng nghiệp hóa dầu để sản xuất chất dẻo (plastic) nhiều sản phẩm khác Vì dầu thường ví "vàng đen" Tùy theo nguồn tính tốn, trữ lượng dầu mỏ giới nằm khoảng từ 1.148 tỉ thùng (barrel) (theo BP Statistical Review 2004) đến 1.260 tỉ thùng (theo Oeldorado 2004 ExonMobil) Trữ lượng dầu mỏ tìm thấy có khả khai thác mang lại hiệu kinh tế với kỹ thuật tăng lên năm gần đạt mức cao vào năm 2003 Người ta dự đoán trữ lượng dầu mỏ đủ dùng cho 50 năm Năm 2003 trữ lượng dầu mỏ nhiều Ả Rập Saudi (262,7 tỉ thùng), Iran (130,7 tỉ thùng) Iraq (115,0 tỉ thùng) Các Tiểu Vương quốc Ả Rập Thống nhất, Kuwait Venezuela Nước khai thác dầu nhiều giới Biên soạn : ThS Nguyễn Sĩ Sơn năm 2003 Ả Rập Saudi (496,8 triệu tấn), Nga (420 triệu tấn), Mỹ (349,4 triệu tấn), Mexico (187,8 triệu tấn) Iran (181,7 triệu tấn) Việt Nam xếp vào nước xuất dầu mỏ từ năm 1991 sản lượng xuất vài ba triệu Đến nay, sản lượng dầu khí khai thác xuất hàng năm Việt Nam đạt vào khoảng 20 triệu tấn/năm Vì tầm quan trọng kinh tế, dầu mỏ lý cho mâu thuẫn trị Tổ chức nước xuất dầu mỏ (OPEC) sử dụng dầu mỏ vũ khí xung đột Trung Đơng tạo khủng hoảng dầu mỏ vào năm 1973 1979 1.1.2 Thành phần hóa học dầu mỏ 1.1.2.1 Thành phần nguyên tố dầu mỏ khí tự nhiên Những nhân tố chủ yếu tạo nên hợp phần dầu mỏ cacbon (C) hyđrô (H2) Hàm lượng cacbon chiếm (83,5÷87)% H2 chiếm (11,5÷14)% khối lượng dầu mỏ Hàm lượng H2 dầu mỏ cao hẳn so với khống vật có nguồn gốc động, thực vật phân huỷ khác, than bùn 5%, than bùn thối 8% Chính hàm lượng H2 cao so với C giải thích nguyên nhân dầu mỏ tồn trạng thái lỏng Cùng với C H2, tất loại dầu mỏ có lưu huỳnh (S), Ơ xy (O2) Nito (N) Tổng hàm lượng S,O2,N vượt (2 ÷ 3)% khối lượng Trong số nguyên tố này, N chiếm phần nhỏ, khoảng (0,001÷0,3)% Hàm lượng O2 khoảng (0,1÷1)%, nhiên có loại dầu nhiều nhựa O2 chiếm tới (2÷3)% Hàm lượng S chiếm phần chủ yếu Ở loại dầu S hàm lượng S chiếm (0,1÷1)% khối lượng (dầu mỏ Việt Nam có S, hàm lượng S nhỏ (0,1)% Loại dầu nhiều S có hàm lượng S từ (1÷3)% kl vượt nửa số dầu mỏ Mêhicô hàm lượng S lên tới (3,65 ÷ 5,3)%, dầu Uzơbekistan (3,2-6,3)% Dầu mỏ S dầu ngọt, có giá trị kinh tế cao, ngược lại dầu mỏ nhiều S dầu chua, giá trị thấp Tồn dầu mỏ với hàm lượng thấp cịn có số ngun tố khác, chủ yếu kim loại Vanadi (V), Niken (Ni), Sắt (Fe), Magiê (Mg), Crôm(Cr), Titan(Ti), Côban(Co), kali(K), Canxi(Ca), natri(Na) phốt pho(P) silic (Si) Hàm lượng nguyên tố nhỏ, tồn số nguyên tố gây khó khăn cho dây chuyền công nghệ chế biến dầu, hợp chất vanadi (V) niken (Ni) đầu độc đa số chủng loại xúc tác hoá dầu Các nguyên tố kim loại thường tồn dạng hợp chất kim, cấu tạo phức tạp có phần cặn dầu 1.1.2.2 Thành phần hoá học dầu mỏ khí tự nhiên Thành phần chủ yếu tạo nên dầu khí hiđrơcacbon Hiđrơcacbon hợp chất hữu cấu tạo hai nguyên tố hoá học H2 C Những phân tử chất hydrocacbon khác số lượng nguyên tử C cách xếp ngun tử C, từ hình thành nên nhóm hydrocacbon với cấu trúc hố học khác có tính chất dị biệt + Nhóm hyđrocacbon parafin (hydrocacbon no hay ankan (- CnH2n+2) Trong n số C mạch phân tử phân tử hydrocacbon parafin, nguyên tử C liên kết với tạo nên mạch cacbon hở, liên kết đơn bền vững, nên có tên hydrocacbon no nhiệt độ áp suất thường hydrocacbon parafin trạng thái khác - Thể khí (khi n=1,2,3,4) khí mêtan (CH4), êtan (C2H6), Prơpan(C3H8), butan(C4H10) Biên soạn : ThS Nguyễn Sĩ Sơn - Thể lỏng (khi n=5-17) hexan(C6Hi4), heptan(C7Hi6), octan (C8H18), nonan(C9H20), đêcan (C10H22), xetan(C16H34) - Thể rắn (khi n=18 trở lên) octadecan(C18H38), nonadecan(C19H40) Cả ba trạng thái nhóm hydrocacbon parafin có dầu mỏ Khi nằm vỉa dầu hydrocacbon khí thể hồ tan dầu thơ Khi khỏi vỉa qúa trình khai thác, áp suất giảm chúng chuyển thành thể khí, khí đồng hành có thành phần khí mêtan, êtan, propan, butan phần chất pentan(C5H12) Trong mỏ khí tự nhiên thành phần khí bao gồm hydrocacbon từ C1 tới C5, nhiều thành phần nhẹ mêtan Các hydrocacbon parafin rắn hoà tan hydrocacbon thể lỏng Như hiểu dầu mỏ thể hỗn hợp hydrocacbon, hydrocacbon khí rắn hồ tan hydrocacbon lỏng Hydrocacbon parafin có hai dạng cấu tạo hố học - Các nguyên tử C liên kết thành mạch thẳng gọi dạng normal (n-parafin hay n-alkan) n-octan (n-C8H18) - Các nguyên tử cacbon liên kết thành mạch nhánh gọi dạng iso (iso-parafin hay iso-alkan) iso-octan (2.2.4-trimetylpentan) Các hydrocacbon parafin có tính ổn định hố học, có khả tham giá phản ứng + Nhóm hyđrocacbon naphten (hyđrocacbon vịng no - C„H2n): Trong n số C mạch phân tử Ở phân tử hydrocacbon naphten, nguyên tử C liên kết với tạo nên vịng C kín liên kết đơn bền vững, nên có tên hydrocacbon vịng no Loại hydrocacbon naphten chủ yếu vòng C vòng 6C có tên cyclo-pentan cyclo-hexan Cyclo-pentan Cyclo-hexan Ngồi tồn nhiều dẫn xuất kết hợp gốc alkyl (ký hiệu R) với vòng no gọi alkyl cyclopentan alkyl cyclohexan Ankyl cyclo –pentan Biên soạn : ThS Nguyễn Sĩ Sơn An ky cyclo - Hexan Các hydrocacbon naphten có tính ổn định hố học tốt Loại hydrocacbon naphten có mạch nhánh alkyl dài có độ nhớt cao + Nhóm hyđrocacbon Aromat (hyđrocacbon thơm CnH2n-6): Trong n số C mạch phân tử Ở nhóm hydrocacbon aromat, có chất benzen với công thức nguyên C6H6 Trong phân tử benzen nguyên tử C liên kết với thành vịng kín có liên kết đơn liên kết đôi Sắp xếp liên hợp với Trên sở vịng benzen hình thành hydrocacbon thơm khác chủ yếu cách nguyên tử H2 gốc alkyl với độ dài cấu trúc mạch khác (C6H6, benzen) (C6H5 - CH3, metyl benzene Các phân tử hydrocacbon thơm ngưng tụ cấu tạo nhiều vịng benzen có mặt dầu mỏ với hàm lượng vài % Các hydrocacbon thơm có khả tham gia phản ứng hố học mạnh, dễ bị ơxy hố biến chất.Ngồi dầu mỏ tồn hydrocacbon lai tạp Trong thành phần chúng có vịng no, vịng thơm nhóm alkyl + Nhóm hyđrocacbon Olefin (hyđrocacbon khơng no CnH2n): Trong n số C mạch phân tử Ở phân tử hydrocacbon olefin, nguyên tử C liên kết với tạo nên mạch C hở liên kết đơn liên kết đôi bền vững Do olefin có hoạt tính cao, ổn định, bền Các olefin có cấu trúc thẳng (normal) nhánh (iso) Các hydrocacbon olefin khơng có mặt dầu thơ khí thiên nhiên, lại tồn với hàm lượng đáng kể sản phẩm chế biến từ dầu mỏ, loại khí, loại xăng nhiên liệu khác thu từ số dây chuyền công nghệ chế biến sâu nhà máy lọc dầu CH3 CH2 - CH2 CH3 - CH = CH2 CH3-C-CH = C-CH3 | (etylen, CH4) (C3H6, Propylen) | CH3 CH3 (C8H16, izo octen) + Những thành phần khác: Trong khí dầu mỏ ngồi hợp phần hydrocacbon cịn có khí khác khí cacbonic (CO2), Nitơ (N2), khí sunfua hiđrơ (H2S) trơ argon (Ar), hêli (He) Biên soạn : ThS Nguyễn Sĩ Sơn Trong dầu có thành phần phức tạp chất nhựa asphalten hợp chất thơm ngưng tụ, có khối lượng phân tử lên tới 1000 đến 2500 cao Nhựa asphanten có tính ổn định hố học kém, dễ bị ơxy hố, dễ làm sản phẩm dầu mỏ biến chất, đổi màu, dễ tạo cốc làm ngộ độc trình chế biến xúc tác trình chế biến dầu Ngồi nhựa asphanten dầu thơ cịn có hợp chất chứa S,N kim loại nặng Đây tạp chất làm giảm chất lượng dầu, gây độc hại cho trình chế biến dùng làm xúc tác, đồng thời gây ăn mòn kim loại ô nhiễm môi trường 1.1.3 Công nghệ chế biến dầu mỏ 1.1.3.1 Chưng cất dầu mỏ Ngành cơng nghiệp chế biến dầu khí phát triển nhanh, sau chiến tranh chế biến lần thứ Theo đánh giá chung tương lai, dầu khí chiếm vị trí quan trọng lĩnh vực lượng nguyên liệu hoá học Dầu mỏ sau khai thác qua khâu xử lý tách nước, tách muối đưa vào nhà máy lọc dầu để chế biến thành sản phẩm đa dạng phong phú Những công đoạn chủ yếu trình lọc dầu là: chưng cất, chuyển hố xúc tác, chuyển hoá nhiệt, tách lọc, nguồn nguyên liệu thích hợp nhằm thu loại sản phẩm cần thiết Chưng cất dầu mỏ chế biến trực tiếp dầu mỏ tháp chưng 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 chưng cất khơng xảy biến đổi hố học thành phần dầu mỏ a Chưng cất khí Dầu mỏ đưa vào lị ống, dầu nấu nóng lên (330÷350)0C, dầu chuyển thành di chuyển lên tháp tinh cất Tháp có cấu tạo đĩa vật liệu nhồi để tăng cường trình trao đổi nhiệt chất hai luồng vật chất thể lỏng thể vận chuyển ngược chiều nhau, nhờ phân chia hỗn hợp dầu mỏ thành phân đoạn có phạm vi độ sơi khác Tuy nhiên cần lưu ý pham vi độ sơi phân đoạn tương đối thay đổi phụ thuộc vào yêu càu chất lượng sản phẩm, vào đặc tính dầu thơ chưng cất tính tốn cụ thể nhà sản xuất nhằm thu hiệu kinh tế cao Những phân đoạn chủ yếu chưng cất khí là: - Xăng thơ (naphta) từ (40 ÷ 200)0C - Dầu hoả (kerosine) từ (140 ÷ 300)0C - Phân đoạn diesel (gas oil) từ (230 ÷50)0C - Cặn chưng cất (residue) lớn 3500C Phân đoạn naphtan gọi xăng chưng cất, dùng pha chế với loại xăng khác dùng làm xăng thương phẩm Ngồi chưng cất xăng thơ thành phân đoạn có độ sơi hẹp naphta nhẹ, naphta trung bình, naphta nặng dùng làm nguyên liệu cho trình chế biến sấu Phân đoạn kerosine (KO) tinh chế dùng làm nhiên liệu phản lực Ngoài dùng kerosin làm khí đốt hay làm ngun liệu cho trình chế biến sâu khác Phân đoạn gas oil dùng làm nhiên liệu cho động điêzen (DO), đồng thời dùng làm nguyên liệu cho trình chế biến sâu Phân đoạn cặn chưng cất khí cịn gọi cặn mazut (residue) dùng làm nhiên liệu đốt lị (FO) chuyển vào tháp chưng cất khí - chân không để tách Biên soạn : ThS Nguyễn Sĩ Sơn thành phân đoạn nặng có phạm vi độ sơi khác b Chưng cất khí - chân khơng Cặn chưng cất khí đưa vào tháp chưng cất kkhí - chân khơng Tại mazut phân chia thành phân đoạn phần cặn: - Phân đoạn nhẹ (light fraction) - Phân đoạn trung bình (midle fraction) - Phân đoạn nặng (heavy fraction) - Phân đoạn cặn (vacuum residue hay gudron) có độ sơi lớn 5000C Ba phân đoạn sử dụng làm nguyên liệu chế biến ba loại dầu nhờn gốc Phân đoạn chưng cất chân khơng dùng làm ngun liệu tách lọc dầu nhờn cặn (bright stock) hay nguyên liệu sản xuất bitum, làm nguyên liệu cho công nghệ chế biến sâu Sơ đồ tinh chất khí chân khơng trình bày sau Hình 1-2 Sơ đồ chưng cất dầu mỏ 1- Lò ống; 5-Tháp tinh cất; 3-Bộ phận làm lạnh; 4-Bộ phận tách lỏng ; 6-Bộ phận trao đổi nhiệt; 7-Bơm; 8- Cột hóa 1.1.3.2 Chế biến dầu mỏ Q trình chưng cất dầu mỏ trình bày chủ yếu dựa vào tính chất vật lý bay ngưng tụ Trong q trình chưng cất khơng xảy thành phần hydrocacbon có dầu, hiệu suất chất lượng sản phẩm chưng cất không đáp ứng yêu cầu sử dụng Để nâng cao chất lượng hiệu suất loại sản phẩm có giá trị kinh tế, cần có q trình chế biến sâu Công nghệ chế biến sâu (chế biến thứ cấp) dầu mỏ bao gồm số dây chuyền cơng nghệ chủ yếu q trình chế biến hố nhiệt q trình chế biến nhiệt xúc tác a Các q trình chế biến hóa nhiệt * Cracking nhiệt Biên soạn : ThS Nguyễn Sĩ Sơn Dây chuyền cracking nhiệt nhằm phân huỷ phần cặn quy trình chưng cất dầu, tác dụng nhiệt độ cao thích hợp để thu sản phẩm sáng màu Dây chuyền visbreaking nhằm phân huỷ thành phần nhiên liệu đốt lò nhiệt độ cao để giảm độ nhớt tới mức phù hợp Nguyên liệu phân đoạn phần cặn chưng cất: mazut gudron phần cặn trình chế biến sâu khác Sản phẩm bao gồm: - Hỗn hợp khí bao gồm hydrocacbon no không no, sử dụng làm nguyên liệu nhiên liệu cho hố dầu - Xăng cracking nhiệt có chứa tới 25% hydrocacbon khơng no, tính ổn định hoá học - Phân đoạn kerosin - gas oil dùng làm nhiên liệu điêzen sau làm hyđrơ, dùng làm nhiên liệu đốt lị - Cặn cracking dùng làm nhiên liệu đốt lị có nhiệt độ cháy cao hơn, nhiệt độ đông đặc độ nhớt thấp so với mazut chưng cất trực tiếp * Cốc hoá Dây chuyền cốc hoá nhằm chế hoá nhiệt phần dầu nặng, cặn dầu để thu loại than cốc sản phẩm dầu sáng màu Ngun liệu cho q trình cốc hố gudron, loại gas oil nặng, loại cặn dầu, loại nhựa - asphanten quy trình chế biến khác Sản phẩm thu gồm: - Các loại than cốc có nguồn gốc dầu mỏ dùng làm điện cực cho công nghệ điện luyện kim - Hỗn hợp khí tương tự khí cracking nhiệt có hàm lượng hydrocacbon khơng no - Xăng cốc hố có hàm lượng hydrocacbon không no tới 60%, ổn định cần qua công đoạn làm hydrocacbon để giảm lượng hydrocacbon khơng no đó, dùng để pha chế loại xăng thường - Phân đoạn kerosin - gas oil dùng làm thành phần nhiên liệu điêzen, tuốc bin khí, đốt lò dùng làm nguyên liệu cracking xúc tác * Nhiệt phân (steam cracking) Dây chuyền steam cracking chế hố nhiệt mơi trường nước ngun liệu dầu lỏng (phân đoạn naphta hay condensat) nguyên liệu khí khí etan, propan, butan hốn hợp Sản phảm thu chủ yếu hỗn hợp khí có nhiều etylen, propylen làm nguyên liệu cho hoá dầu Sản phẩm lỏng xăng nhiệt phân có tính ổn định hố học sản phẩm có tính sử dụng khác Nhìn chung sản phẩm thu từ quy trình chế hố nhiệt cho sản phẩm lỏng sáng màu có chất lượng khơng cao, ngày sử dụng phạm vi hẹp thay dần công nghệ nhiệt - xúc tác Tuy nhiên số dây chuyền có ý nghĩa quan trọng steam cracking để thu olefin nhẹ làm nguyên liệu cho tổng hợp hoá dầu b Các trình chế biến hố nhiệt - xúc tác Các quy trình chế hố tác dụng nhiệt đơn cho sản phẩm giá trị, người ta sáng tạo công nghệ kết hợp nhiệt với xúc tác để nâng cao chất lượng sản phẩm thu Các chất xúc tác sử dụng có tính Biên soạn : ThS Nguyễn Sĩ Sơn chọn lọc cao, thúc đẩy phản ứng dây chuyền hoá theo hướng tạo thành sản phẩm mong muốn * Cracking nhiệt xúc tác Dây chuyền cracking xúc tác nhằm thu sản phẩm dầu sáng màu xăng nhiên liệu diezen nhờ phản ứng phân huỷ phân đoạn nặng tác dụng xúc tác alumino silicat dạng vơ định hình tinh thể zeolit Nguyên liệu sử dụng cặn mazut phân đoạn gas oil chưng cất trực tiếp chế biến sâu Sản phẩm thu gồm: - Hỗn hợp khí có chứa tới 80 - 90% hydrocacbon no không no C3 C4, tách lọc thành thành riêng phân đoạn thích hợp làm ngun liệu hố dầu - Xăng cracking xúc tác có phạm vi độ sôi từ độ sôi đầu tới 1950C, dùng làm hợp phần cho xăng thương phẩm Thành phần nhóm hydrocacbon xăng cracking xúc tác: hydrocacbon thơm (20 ÷ 30)%, hydrocacbon khơng no (8 ÷ 15)%, hydrocacbon naphten(7 ÷ 15)% hydrocacbon parafin (45 ÷ 50)% Xăng cracking xúc tác có chất lượng cao hẳn xăng cracking nhiệt - Phân đoạn gas oil nhẹ (150 ÷ 2800C) dùng làm nhiên liệu hợp phần diesel tuốc bin khí - Phân đoạn (280 ÷ 420)0C dùng làm nguyên liệu sản xuất cacbon kỹ thuật - Phân đoạn gas oil nặng sôi 4200C dùng làm nhiên liệu đốt lò * Reforming xúc tác (platforming) Dây chuyền reforming xúc tác nhằm thu xăng có chất lượng cao, hỗn hợp hydrocacbon thơm hydro kỹ thuật nhờ trình chuyển hố xúc tác phân đoạn naphta chưng cất 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 clo Nguyên liệu dùng cho reforming xúc tác tuỳ thuộc vào nhu cầu sản phẩm nên khác nhau: - Để sản xuất xăng dùng phân đoạn naphta rộng (60,90÷ 180)0C - Để sản xuất hydrocacbon thơm bezen, toluen xylen dùng phân đoạn naphta hẹp có phạm vi độ sơi tương ứng (62 ÷ 85)0C, (85 ÷ 105)0C, (105 ÷140)0C - Yêu cầu nguyên liệu hàm lượng S không (0,0001 - 0,0005)% thể tích hàm lượn N không 0,0001% - Sản phẩm thu bao gồm: + Hỗn hợp khí chứa nhiên liệu metan, etan, propan butan, dùng làm nhiên liệu tách lọc thành hợp phần thích hợp dùng cho tổng hợp hố dầu + Reformat hỗn hợp lỏng có thành phần hydrocacbon thơm (40 ÷ 65)%, hydrocacbon parafin naphten (34 ÷ 60)%, cịn nhóm hydrocacbon khơng no (0,5 ÷ 1,1)% Sản phẩm dùng làm hợp phần pha chế xăng thương phẩm, gọi xăng reforming có tính ổn định hố học tốt Cũng hàm lượng hydrocacbon thơm cao nên dùng làm nguyên liệu tách lọc loại hydrocacbon thơm: bezen, toluen xylen làm nguyên liệu cho hoá dầu + Khí hydro kỹ thuật có chứa tới (75 ÷ 85)% thể tíc khí hydro nguyên chất, dùng làm nguồn cung cấp hydro cho quy trình cơng nghệ khác làm hydro, hydrocracking, đồng phân hoá * Hyđrocracking Quy trình hydrocracking nhằm phân huỷ nguyên liệu nặng thành sản phẩm dầu sáng màu, tác dụng xúc tác mơi trường khí hydro Dưới ảnh Biên soạn : ThS Nguyễn Sĩ Sơn hưởng hydro hợp chất chứa S, N, O2 có nguyên liệu hoàn toàn loại bỏ, hợp chất khơng no no hố Do sản phẩm hydrocracking sản phẩm sáng màu có độ bổn định hố cao, khơng có phần cặn dầu Nguyên liệu cho quy trình hydrocracking phong phú, sử dụng từ phần nhẹ naphta đến phân đoạn nặng chưng cất chân không, phân đoạn gas oil quy trình chế biến sâu, loại cặn dầu mazut, gudron Sản phẩm thu bao gồm: - Hỗn hợp khí chủ yếu khí hydrocacbon no propan butan, dùng làm nguyên liệu cho tổng hợp hoá dầu sau xử lý tách lọc - Naphta hydrocracking có tính ổn định chống oxy hoá tốt, dùng pha chế xăng máy bay Người ta thường chưng cất naphta thành hai phân đoạn: xăng nhẹ (sôi đầu tới 850C) dùng pha chế xăng thương phẩm; phần nặng (85 ÷180)0C 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 diezen * Đồng phân hố Quy trình đồng phân hố nhằm thu nhiều loại sản phẩm, có loại xăng đồng phân có chất lượng cao Để sản xuất xăng có chất lượng cao, người ta dùng nguyên liệu xăng chưng cất nhẹ (từ độ sôi (62 ÷ 70)0C) có nhiều hợp chất hydrocacbon mạch thẳng Nhờ tác dụng chuyển hố xúc tác hình thành nhiều hydrocacbon mạch nhánh nên tăng thêm chất lượng cho trình cháy Xúc tác sử dụng trình cháy alumino silicat tổng hợp dạng zeloit 1.1.3.3 Chế biến khí Cơng nghệ chế biến khí dầu mỏ (khí thiên nhiên, khí đồng hành, khí thu chưng cất dầu trình chế biến khác) phát triển nhanh có nhiều thuận lợi, đỡ phức tạp kỹ thuật lại rẻ tiền so với chế biến phần dầu nặng nhiều tạp chất Ngành công nghiệp đa dạng phong phú Sau xem xét số dây chuyền công nghệ có liên quan tới việc chế biến dầu mỏ thành nhiên liệu, chủ yếu loại xăng a Làm khí Các hỗn hợp khí hydrocacbon trước vào chế biến phải làm cẩn thận nhằm loại bỏcác chất độ cnhư hydro sunfua (H2S), hợp chất mercaptan nhẹ (RHS) Khí cacbonic (CO2) Quy trình làm có nhiều kỹ thuật khác nhau: * Làm hố chất Làm hóa chất nghĩa thực phản ứng hoá học chất cần loại bỏ thể khí hố chất thích hợp thể lỏng thể rắn * Làm phương pháp hấp phụ Các chất khí cần loại bỏ chất hấp phụ thể rắn than hoạt tính, zeoit sau q trình làm tuỳ thuộc kỹ thuật làm loại bỏ (85 ÷ 99)% tạp chất khí lẫn vào hỗn hợp khí hydrocacbon b Làm khơ khí Ngồi việc loại bỏ khí tạp chất trên, yêu cầu hỗn hợp khí phải thật khơ Kỹ thuật làm khơ khí phân thành nhóm - Hấp phụ nước chất hút ẩm thể rắn silicagen, nhơm oxit hoạt tính, zeolit NaA - Hấp phụ nước hút ẩm thể lỏng dietylenglycol, trietylenglycol Biên soạn : ThS Nguyễn Sĩ Sơn 10 - Ngưng tụ nước đóng băng tạo tinh thể nước đá kỹ thuật nén làm lạnh c Chưng cất khí Quy trình chưng cất khí nhằm thu khí hydrocacbon nguyên chất riêng biệt phân đoạn khí có độ cao Ngun liệu đưa vào thiết bị chưng cất khí chia thành hai nhóm: - Nhóm hydrocacbon no bao gồm khí thiên nhiên, khí đồng hành, khí chưng cất dầu thơ áp suất khí quyển, khí reforming xúc tác khí Hyđrơcracking - Nhóm hydrocacbon khơng no bao gồm khí cracking nhiệt, cracking xúc tác, khí lị cốc hố, steam cracking Sản phẩm thu từ thiết bị chưng cất khí đa dạng nguồn ngun liệu khơng thể thiếu cho quy trình sản xuất xăng tổng hợp chế biến hoá dầu Sản phẩm từ thiết bị chưng cất hydrocacbon no: Khí etan dùng làm nguyên liệu steam cracking thu olefin nhẹ etylen, propylen cho tổng hợp hố dầu Khí propan dùng làm nguyên liệu steam cracking, làm LPG, tác nhân làm lạnh Khí butan dùng làm LPG, nguyên liệu sản xuất cao su tổng hợp Tại nước có khí hậu lạnh có pha phần butan vào xăng nhằm tăng áp suất Khí isobutan dùng làm nguyên liệu sản xuất xăng alkylat cao su tổng hợp Khí isopentan dùng làm nguyên liệu chế biến cao su isopren, đồng thời pha vào xăng nhằm tăng khả cháy động Sản phẩm từ thiết bị chưng cất hydrocacbon khơng no: Khí etylen có độ cao làm nguyên liệu cho chế biến hoá dầu Phân đoạn propan - Propylen hỗn hợp khí propan propylen (PPF) dùng làm nguyên liệu chế biến xăng polyme, xăng alkylat chế phẩm hoá dầu khác Phân đoạn butan - butylen hỗn hợp khí butan butylen (BBF) dùng làm nguyên liệu sản xuất xăng polyme xăng alkylat chế phẩm hoá dầu khác d Chế biến khí thành loại xăng Để thu loại xăng có chất lượng cao, ngồi quy trình reforming xúc tác, ta cịn sử dụng cơng nghệ chế biến khác alkyl hố, đồng phân hố, polyme hố - Alkyl hố quy trình thực phản ứng tổng hợp isobutan với phân đoạn PPF BBF tác dụng xúc tác nhằm thu xăng alkylat có chất lượng cao Chất xúc tác sử dụng công nghệ axit sunfuric (H2SO4) (96÷98)%, với kỹ thuật tiến dùng xúc tác axit flohydric (HF) Sản phẩm thu gồm: + Alkylat nhẹ dùng làm hợp phần pha chế xăng có chất lượng cao + Alkylat nặng, sơi (170 ÷ 00)0C dùng làm nhiên liệu diezen + Hỗn hợp khí chủ yếu khí hydrocacbon no dùng làm nhiên liệu e Polyme hố Là quy trình thực phản ứng tổng hợp PPF BBF tác dụng xúc tác nhằm thu xăng polyme nguyên liệu dùng chế biến hoá dầu Xúc tác sử dụng axit ortho phosphoric (H3PO4) chất mang axit sunfuric( 60 – 70)% Khi tiến hành polyme hố theo hướng thu nhiên liệu, có sản phẩm: - Xăng polyme có khả cháy tốt, chứa nhiều hợp chất khơng no nên tính ổn định thấp - Phân đoạn sôi 2050C làm nhiên liệu diezen - Phân đoạn propan - propylen (PPF) hình thành trình chế biến, lại Biên soạn : ThS Nguyễn Sĩ Sơn 11 hồi lưu dùng tiếp làm nguyên liệu 1.2 Nhiên liệu 1.2.1 Giới thiệu chung nhiên liệu 1.2.1.1 Giới thiệu chung - Nhiên liệu vật chất sử dụng để giải phóng lượng cấu trúc vật lý hóa học bị thay đổi Nhiên liệu giải phóng lượng thơng qua q trình hóa học cháy q trình vật lý, ví dụ phản ứng nhiệt hạch, phản ứng phân hạch Tính quan trọng nhiên liệu lượng giải phóng cần thiết giải phóng lượng kiểm sốt để phục vụ mục đích người - Mọi dạng sống Trái đất - từ cấu trúc vi sinh vật động vật người, phụ thuộc sử dụng nhiên liệu nguồn cung cấp lượng Các tế bào thể sống tham gia q trình biến đổi hóa học mà qua lượng thức ăn ánh sáng Mặt trời chuyển hóa thành dạng lượng trì sống Con người sử dụng nhiều cách thức nhằm biến đổi lượng nhiều hình thức thành dạng phù hợp mục đích sử dụng phục vụ sống trình xã hội Ứng dụng giải phóng lượng từ nhiên liệu đa dạng sống đốt cháy khí tự nhiên để đun nấu, kích nổ xăng dầu để chạy động cơ, biến lượng hạt nhân thành điện năng.v v v… - Các dạng nhiên liệu phổ biến dùng dầu, xăng, khí, than đá chất phóng xạ khác 1.2.1.2 Phân loại - Theo trạng thái + Nhiên liệu lỏng gồm: Xăng, dầu + Nhiên liệu thể khí: Khí thiên nhiên, khí cơng nghiệp + Nhiên liệu thể rắn: Than đá (được dùng sau hóa khí) - Theo nguồn gốc + Nhiên liệu có nguồn gốc từ dầu khí: Xăng, diesel khí thiên nhiên + Nhiên liệu có nguồn gốc cơng nghiệp: Khí Hidro, khí lị gas 1.2.2 Tính chất lý hóa nhiên liệu lỏng 1.2.2.1 Trọng lượng riêng, tỉ trọng, khối lượng riêng - Trọng lượng riêng: Là trọng lượng nhiên liệu đơn vị thể tích Đơn vi đo trọng lượng riêng G/cm3 kG/lit - Tỷ trọng: Là tỷ số trọng lượng riêng nhiên liệu 200C với trọng lượng riêng nước 40C Ký hiệu tỷ trọng d20/4 Căn vào tỷ số người ta chia nhiên liệu loại: + Nhiên liệu nhẹ có d20/4 = 0,65 ÷ 0,8 + Nhiên liệu nặng co d20/4 = 0,8÷ 0,95 - Khối lượng riêng: Là khối lượng nhiên liệu đơn vị thể tích, đơn vị tính g/cm3 kg/dm3 Để xác định tỷ trọng nhiên liệu người ta dùng tỷ trọng kế 1.2.2.2 Độ nhớt - Độ nhớt tính định khả lưu động chất lượng hóa sương nhiên liệu, định tính chất cháy động Người ta thường dùng loại độ nhớt sau: + Độ nhớt động lực ( độ nhớt tuyệt đối) : Là lực cắt hai lớp chất lỏng có diện tích 1cm2 cách 1cm chuyển động ngược chiều với vận tốc 1cm/s Độ nhớt Biên soạn : ThS Nguyễn Sĩ Sơn 12 động lực nội ma sát chất lỏng, biểu thị sức cản lớp chất lỏng chuyển động tương Đơn vị đo độ nhớt Poazơ Poazơ =100 xawngti Poazơ + Độ nhớt động lực học (p): Là tỷ số độ nhớt động lực với khối lượng riêng chất lỏng điều kiện P = ɳ/d ɳ: Độ nhớt động lực (poa zơ) d: Khối lượng riêng chất lỏng (g/cm3) p: Độ nhớt động lực học ( Stốc, xăng ti stốc) Stốc = 100 xangti stốc + Độ nhớt tương đối: Là tỷ số thời gian (tính theo giây) 200cm3 nhiên liệu chảy qua nhớt kế với thời gian chảy thể tích nước chảy qua nhớt kế 200C 1.2.2.3 Thành phần chưng cất - Thành phần chưng cất tỷ lệ phần trăm chất chưng cất có nhiệt độ sơi khác Thành phần chưng cất tiêu quan trọng đánh giá phẩm chất nhiên liệu (tính khởi động, tính tăng tốc, tính cháy, công suất - Thiết bị để xác định thành phần chưng cất tháp nhiên liệu Trong trình đun nóng, nhiệt độ nhiên liệu tăng dần Các thành phần nhẹ nhiên liệu bay trước sau tiếp tục thành phần nặng Hơi nhiên liệu đưa qua bình chứa qua ống dẫn đến làm lạnh, ngưng tụ lại hứng vào cốc đo Người ghi lại nhiệt độ ngưng đọng 10% nhiên liệu để vẽ đường cong chưng cất Các nhiệt độ liên quan đến quan đến tính chất khai thác nhiên liệu nhiệt độ chưng cất :10%, 50%, 90% 100%(còn gọi nhiệt độ sôi cuối nhiên liệu) Loại nhiên liệu tốt thường có phạm vi nhiệt chưng cất hẹp + Đối với xăng, phạm vi nhiệt độ chưng cất (40 ÷ 200)% + Đối với nhiên liệu diesel, phạm vi nhiệt độ chưng cất (200 ÷ 300)% 1.2.2.4 Nhiệt độ bốc cháy - Là nhiệt độ đun nóng nhiên liệu, điều kiện định nhiên liệu bốc hơi, hỗn hợp với khơng khí, gặp tia lửa bốc cháy Nhiệt độ bốc cháy đánh giá độ bốc nhiên liệu phản ánh thành phần nhẹ có nhiên liệu - Nhiệt độ bốc cháy thấp nhiên liệu dễ bay hơi, áp suất bão hòa tăng Nhưng bảo quản dễ gây hỏa hoạn Nó cịn dùng làm tiêu phóng hỏa nhiên liệu 1.2.2.5 Nhiệt độ vẩn đục - Cho nhiên liệu vào ống nghiệm làm lạnh đến nhiệt độ mà ta thấy ống nghiệm xuất vẩn đục Nhiệt độ gọi nhiệt độ vẩn đục nhiên liệu - Nhiệt độ vẩn đục đánh giá độ ổn định vật lý nhiên liệu nhiệt độ thấp Căn vào nhiệt độ vẩn đục nhiên liệu để xác định khả dùng nhiên liệu điều kiện nhiệt độ môi trường Thường nhiệt độ mơi trường sử dụng nhiên liệu phải lớn nhiệt độ vẩn đục từ (3 ÷ 5)0C 1.2.2.6 Nhiệt độ đông đặc - Khi làm lạnh nhiên liệu đựng ống nghiệm đến nhiệt độ mà ta nghiêng ống nghiệm góc 45 độ thời gian phút mà bề mặt nhiên liệu khơng bị di động, nhiệt độ gọi nhiệt độ đơng đặc nhiên liệu Biên soạn : ThS Nguyễn Sĩ Sơn 13 - Nhiệt độ đơng đặc có ý nghĩa lớn nhiên liệu lỏng Trong điều kiện nhiệt độ môi trường thấp mà nhiệt độ đơng đặc nhiên liệu cao phải hâm nóng nhiên liệu thùng chứa phải cách nhiệt ống dẫn nhiên liệu đến động Căn vào nhiệt độ đông đặc để xác định nhiệt độ mơi trường sử dụng nhiên liệu Thông thường nhiệt độ môi trường phải cao nhiệt độ đông đặc nhiên liệu từ (10 ÷ 15)0C 1.2.2.7 Tạp chất học Tạp chất học có nhiên liệu gây mịn động cơ, gây tắc đường dẫn nhiên liệu, phá hoại làm việc bình thường hệ thống cung cấp nhiên liệu, hệ thống cung cấp nhiên liệu động diesel Do động cao tốc phải đặc biệt ý khơng dùng nhiên liệu có lẫn tạp chất học Nhưng trình vận chuyển bảo quản nhiên liệu có tạp chất học lẫn nhiên liệu, sử dụng phải dùng lọc 1.2.2.8 Nước Nước có nhiên liệu chúng làm giảm nhiệt trị nhiên liệu Nước có nhiên liệu phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ, độ ẩm mơi trường, thành phần hóa học nhiên liệu Theo quy định nhiên liệu có lẫn nước không vượt 1% 1.2.3 Sản xuất nhiên liệu 1.2.3.1 Sản xuất nhiên liệu từ dầu mỏ Đầu tiên, dầu mỏ sử dụng làm nhiên liệu để sản xuất nước hay đốt nóng lò Nhiên liệu phần lại việc chưng cất đơn giản để sản xuất xăng dầu bôi trơn Việc phát minh động đốt làm thay đổi nhiên liệu xăng động trở nên sản phẩm có nhu cầu lớn tiếp dầu nặng cần thiết cho động điezen Phần cặn dầu nhiên liệu Dầu nhiên liệu có nhiều ưu điểm than thay than vận tải đường biển số ngành công nghiệp Những ưu điểm nhiên liệu so với than sau: - Nhiệt trị cao than, khơng có tro - Dễ lưu kho - Dễ khống chế cháy hơn, tiết kiệm nhân công, cường độ cháy cao - Sạch sử dụng nạp liệu lên tàu Dầu thô tách thành phân đoạn phương pháp chưng cất chọn lọc khí chân khơng Dầu thơ cung cấp ngun liệu đầu cho cơng nghiệp hố dầu cơng nghiệp hoá chất Nhiên liệu sản xuất từ dầu mỏ theo trật tự tăng dần nhiệt độ chưng cất là: xăng máy bay, xăng ôtô, dầu hoả, nhiên liệu động phản lực, dầu điezen (DO), dầu madút (FO) Tỉ lệ nhiên liệu thu từ dầu thô phụ thuộc vào chất dầu Việc tinh luyện làm thay đổi đáng kể hiệu suất tính chất phân đoạn Như biết, dầu mỏ nguồn có chứa tỉ lệ cao hiđrocacbon khí hồ tan khí cần phải tách khỏi dầu mà không làm cấu tử có điểm sơi thấp Việc tách khí thực hiên từ giếng khai thác cách giảm áp đầu giếng thiết bị hình trống lớn Khi khí cịn lại tách hết dầu thơ trở nên an tồn cho q trình Khí “ướt” tách đầu giếng xử lí hấp thụ Biên soạn : ThS Nguyễn Sĩ Sơn 14 hay nén để thu hồi “xăng giếng dầu” Ở giếng có khí xăng thu theo kiểu người ta gọi xăng tự nhiên (natural gasoline) Cách gọi tên dầu thô: Tuỳ thuộc vào chủng loại hiđrocacbon đa số có thành phần dầu thơ: parafin, naphten, aromat, người ta đặt tên dầu thô tương ứng dầu parafin, dầu naphten phân đoạn nhẹ dầu có hiđrocacbon tương ứng chiếm đa số Khi phần nặng dầu thơ có chứa nhiều sản phẩm giống asphalt người ta gọi loại dầu dầu asphalt Bảng 1-1 Thành phần điển hình loại dầu thơ Thành phần Hydrocacbon (% khối lượng) Parafin Naphten Aromat Asphaltene (đa vịng) Dầu thơ Parafin 40 18 10 Dầu thơ Naphten 12 75 10 Dầu thô asphalt 15 20 60 Trong thực tế, tất dầu thô chứa hiđrocacbon ba loại Người ta thấy hiđrocacbon naphten phổ biến (nhưng phần nhẹ) phần cặn hiđrocacbon có chứa mạch nhánh parafin dài hay ngắn chúng che lấp tính chất naphten phân tử Bảng 1-2 Thành phần phân đoạn số loại dầu thô Dầu Parafin Dầu Oklahome Dầu Califonia Phân đoạn (0C) A* N* P* A* N* P* A* N* P* 60 ÷ 95 25 72 21 73 31 65 95 ÷ 122 30 65 28 65 48 46 122 ÷ 150 35 56 12 23 55 11 64 25 150 ÷ 200 14 29 57 16 29 55 17 61 22 200 ÷ 250 18 23 59 17 31 52 25 45 30 250 ÷ 300 17 22 61 17 32 51 29 60 31 Chú thích: A*, N*, P* chữ viết tắt kiểu Hidrocacbon tương ứng Aromat, Naphten, Parafin Cách gọi tên dầu thô khơng tuyệt đối tuỳ theo thành phần ba loại hiđrocacbon người ta đặt tên dầu thô dầu trung gian Tuy nhiên, phân loại dầu thô theo cấu tử giàu dầu thơ khơng hồn chỉnh Lane Garton đưa cách phân loại sử dụng rộng rãi thời gian gần Cách phân loại dầu thô Lane Garton dựa vào phân đoạn dầu thô: - Phân đoạn 1: Từ 250°C ÷ 275°C áp suất chưng cất atm - Phân đoạn 2: Từ 275°C ÷300°C áp suất chưng cất 40 mmHg Phân đoạn (1) gọi phân đoạn chìa khóa Phân đoạn (2) gọi phân đoạn chìa khóa Mỗi phân đoạn phân loại theo kiểu hiđrocacbon parafin, trung gian hay naphten theo tỉ trọng chúng dầu thô phân loại theo chất phân đoạn chìa khóa theo bảng đây: Biên soạn : ThS Nguyễn Sĩ Sơn 15 Bảng 1-3 Phân loại dầu thô theo Lane Garton Loại dầu Tỉ trọng phân đoạn Tỉ trọng phân đoạn Parafin ≤ 0,8251 ≤ 0,8762 Parafin ÷ Trung gian nt 0,934 ÷ 0,8762 Parafin ÷ Naphten nt ≥ 0,934 Trung gian 0,8251 ÷ 0,8602 0,934 ÷ 0,8762 Trung gian ÷ Parafin nt ≤ 0,8762 Trung gian ÷ Naphten nt ≥ 0,934 Naphten ≥ 0,8602 ≥ 0,934 Naphten ÷ parafin nt ≤ 0,8762 Naphten ÷ Trung gian nt 0,934 ÷ 0,8762 Theo cách phân loại này, dầu thô gọi khơng chứa sáp hay có chứa sáp tùy theo điểm đục phân đoạn chìa khóa thấp hay cao −15°C Theo cách phân loại dầu thơ trên, có khoảng 85% dầu thơ giới rơi vào loại đơn giản parafin, trung gian naphten Các dầu thô parafin - naphten trung gian - naphten không thấy tồn Cách phân loại dầu thô Lane Garton cách đổi phân loại dầu thô theo nhóm mà nhiều trường hợp người ta thấy kiểu hiđrocacbon chiếm chủ yếu phân đoạn chiếm chủ yếu phân đoạn khác Vì nghiên cứu chi tiết cần xác định để phân loại dầu thơ xác Vì dầu thơ đo thể tích, nên hệ số dãn nở nhiệt chúng quan trọng Giá trị đại lượng bình thường tăng lên với giảm khối lượng riêng dầu khoảng từ 0,0007 ÷ 0,0010 nhiệt độ tăng 1°C Đối với phân đoạn dầu thay đổi có rộng sau: Bảng 1-4 Sự thay đổi hệ số dãn nở nhiệt phân đoạn dầu Phân loại dầu Sự thay đổi hệ số dãn nở nhiệt Xăng khối lượng riêng < 0,74 (g/ml) 0,00086 Xăng khối lượng riêng > 0,74 (g/ml) 0,00081 Dầu hỏa 0,00072 Dầu gazoin 0,00064 Nhiên liệu diesel 0,00062 Độ nhớt dầu mỏ thay đổi lớn, chí với dầu từ khu vực khai thác Độ nhớt tăng lên với khối lượng riêng Cả hai đại lượng độ nhớt khối lượng riêng cao parafin lỏng cao Người ta nhận thấy rằng: dầu có khối lượng riêng độ nhớt thay đổi rộng Sự tăng nhiệt độ gây nên giảm nhanh độ nhớt tăng vài độ thơng thường gây nên dầu chảy tự Nhiệt dung riêng dầu đại lượng quan trọng cần thiết để đốt nóng dầu nhiên liệu trước sử dụng Nhiệt dung riêng giảm gần tỉ lệ với tăng khối lượng riêng 1.2.3.2 Sản xuất nhiên liệu từ lọc dầu Để nâng cao giá trị dầu thô, thông thường dầu thô phải trải qua số kiểu chưng cất, trình chế biến làm lưu huỳnh trước đem bán thị Biên soạn : ThS Nguyễn Sĩ Sơn 16 trường Bước chưng cất sơ cấp dầu thô sau loại hết chất bẩn, muối nước thành phân đoạn gồm xăng, xăng nhẹ, xăng nặng, dầu gazoin dầu điezen, giai đoạn cất chân không người ta tách dầu bôi trơn từ phần dầu madút Bản thân dầu thô sau loại bỏ bùn, cát, nước lẫn loại nhiên liệu Nhưng thực tế người ta dùng dầu thô làm nhiên liệu mà thường tách dầu thô thành phân đoạn hay loại nhiên liệu thỏa mãn yêu cầu kĩ thuật khác Việc tách phân đoạn dầu thô cách chưng cất chọn lọc nâng cao hiệu nhiên liệu thỏa mãn yêu cầu phức tạp nhà công nghiệp sản xuất loại động xăng, động điezen, động phản lực khác Do giao thông ngày phát triển, nhu cầu xăng loại nhiên liệu khác ngày tăng số lượng lẫn chất lượng nên dầu thô chế biến nhiều phương pháp khác để đáp ứng nhu cầu thị trường như: - Crackinh nhiệt: cung cấp xăng có số octan cao - Crackinh xúc tác: cho xăng (xăng cracking) có chứa hàm lượng olefin thấp so với crackinh nhiệt hàm lượng hiđrocacbon phân nhánh cao số octan có vượt 90 - Crackinh với nước - Hiđrocrackinh - Refominh xúc tác: cho xăng (xăng refominh - refomat) có đặc tính thơm cao, số octan cao - Polime hoá xúc tác: cho xăng có chứa hiđrocacbon phân nhánh - Ankyl hố xúc tác: cho xăng có chứa hiđrocacbon phân nhánh (alkylat) - Đồng phân hóa xúc tác: cho xăng có chứa hiđrocacbon phân nhánh (isomerat) Sau q trình trên, thơng thường sản phẩm dầu trước sử dụng cần phải trải qua giai đoạn làm để loại hết vết lưu huỳnh, nitơ chất bẩn khác Có nhiều cách làm sản phẩm dầu: rửa tác nhân axit (H2SO4) để loại hiđrocacbon olefin, rửa dung dịch đioxit chì NaOH để loại hợp chất sunfua Ngày nay, người ta thường dùng phương pháp hiđro hố xúc tác, hiđro hóa làm sản phẩm dầu Tất trình vừa nói bố trí nhà máy lọc dầu (refinery) 1.2.3.3 Sản xuất nhiên liệu từ bitum (Bituminout Sands) Dầu mỏ hay sản phẩm tự nhiên tương tự tìm thấy cát hay khống sét lớp tương đối gần vỏ Trái Đất gọi cát bitum Có nơi cát bitum lộ thiên gồm dầu asphalt nhớt nước trộn với cát, bùn sét Tỉ lệ dầu/nước = (12÷16) / (3÷15) tính theo phần trăm Việc tách dầu khỏi hỗn hợp cát, bùn sét khó khăn đến người ta tìm phương pháp tách dầu Tất loại dầu tách loại dầu asphalt Tỉ trọng chúng thay đổi từ 1,4 ÷ 1,5 nhiệt trị dầu vào khoảng 9990 kcal/kg Như vậy, dầu thu dầu nặng Khi chưng cất thông thường người ta thu 5% phân đoạn sôi 180°C - Phương pháp tách nước nóng Cát bitum trộn với 10% (theo trọng lượng) nước nóng 85°C Sau làm ngập nước nóng để yên Dầu lên gạn khỏi bể chứa Bằng phương pháp người ta thu hồi 80% dầu Hỗn hợp lên chứa 5% khoáng tự nhiên 30% nước - Phương pháp tách nước lạnh Cát bitum trộn với nước lạnh theo tỉ lệ Biên soạn : ThS Nguyễn Sĩ Sơn 17 1/3 lượng dầu hoả (kerosine) lượng dầu cát có mặt kiềm tác nhân dính ướt Dầu lên, gạn để yên Hiệu suất thu hồi theo phương pháp đạt tới 95% dầu thơ cịn chứa tới 3% khống tự nhiên - Phương pháp chưng cất nóng Người ta thổi cát dầu với khơng khí vào thiết bị tách để cung cấp nhiệt cho trình tách Dầu đốt nóng tách khỏi cát, sét Dầu thu qua phương pháp chưng cất nóng thường có khối lượng riêng khoảng 0,955 g/cm3 có tính chất sau đây: + Hàm lượng nước: 0,2% + Hàm lượng tro: 0,7% + Hàm lượng lưu huỳnh: 4,2% + Cặn cacbon Conradson: 6,0% + Độ nhớt: 157 centistocks 21°C Các phần chưng cất: + 5% 180°C + 10% 230°C + 50% 340°C + 80% 360°C Bằng cách cất trực tiếp, người ta thu 15% naphta, 85% dầu madút Dầu madút dễ bị phá vỡ 350°C 1.2.3.4 Sản xuất nhiên liệu từ dầu nham phiến Dầu có nham phiến đạt trữ lượng lớn giới Trữ lượng lớn dầu nham phiến Liên Xô (trước đây) Mỹ Nham phiến chứa dầu loại đá có mầu nâu tới màu đen Khi phơi nắng có mầu xám tối Nham phiến cứng, giịn giữ ngun dạng chưng cất cấu trúc lớp đá rõ ràng Để tách dầu lấy từ nham phiến, người ta dùng phương pháp chưng cất với nước Lượng nước đưa vào tới 40% Sau nham phiến thô chưng cất tới cốc nồi chưng ống Nồi chưng cốc cuối cho sản phẩm bão hoà bền vững Phép chưng cất cho xăng thơ, dầu khơng chứa sáp, dầu có sáp Sáp thu hồi cách nén cho kết tinh ≈ −10°C Hai sản phẩm không chứa sáp tinh luyện cách xử lí với kiềm axit cất lấy dầu điezel Dầu điezel gồm hầu hết parafin có chất lượng cao, số xetan cao, lại khơng thích hợp cho xăng động số octan thấp (khoảng 58) Sáp tinh luyện, tẩy trắng chế tạo thành nến dùng nhiên liệu 1.2.3.5 Sản xuất dầu từ than đá Khi chưng cất khan (khơng có khơng khí) than đá ta thu dầu than đá Từ dầu than đá thô, cách chưng cất tiếp tục người ta thu nhiên liệu sau: - Các dầu nhẹ, tới 1700C (light oil gồm Benzen Bezene ligroin) - Dầu cacbonic từ (170 ÷ 230)0C gồm: Các axit naphtanic, phenol, naphtalen) - Dầu creosote từ (230 ÷ 270)0C gồm: Các axit naphtenic gọi xăng động - Dầu Anthraxen từ (270 ÷ 320)0C gồm: Anthraxen, phenanthrene Biên soạn : ThS Nguyễn Sĩ Sơn 18 - Hắc ín hay chưng cất xa thu nhựa đường rắn dầu Xăng động phân đoạn cuối dầu creosote thu cách xử lí thứ cấp với hiđro Benzen thu phần từ nhựa than đá Phần lớn thu cách xử lí khí than đá với nước Nhựa than đá chứa hiđrocacbon đa nhân hồ tan benzen Khơng giống dầu có nguồn gốc từ dầu mỏ, dầu than đá có chứa tỉ lệ lớn hợp chất chứa oxi (dưới dạng phenol), nitơ dạng bazơ hữu Các thành phần nguyên tố dầu than đá từ than cách tách nhiên liệu khác cho kết khác Các dầu than đá nhiệt độ thấp khác đáng kể dầu than đá nhiệt độ cao khối lượng riêng thấp hơn, khơng có naphten Bảng 1-5 Thành phần ngun tố dầu than đá theo điều kiện chưng cất Thành phần nguyên tố Nồi cất nằm ngang Nồi cất Cất nhiệt thẳng đứng độ thấp Cácbon 85,9 85,7 83,5 Hidro 6,3 6,3 8,5 Lưu huỳnh 1,2 1,6 0,8 Nito 2,0 1,0 Ơ xy 4,0 5,4 6,2 Những tính chất khác dầu than đá là: - Nhiệt trị thay đổi giới hạn tương đối nhỏ - Hệ số dãn nở thay đổi - Nhiệt dung riêng dầu than đá thay đổi từ (0,30 ÷ 0,4) cal/g.độ 40°C nhiệt dung riêng dầu dầu than đá thay đổi từ (0,3 ÷ 0,3) cal/g.độ (15 ÷ 40)°C 1.2.4 Các loại phụ gia nhiên liệu 1.2.4.1 Phụ gia chất tẩy rửa chất chống đông đặc - Chất tẩy rửa cacbuaratơ đa chức năng, như: + Polioxipropylen este trimetylen điamin naphtenat + Ankylaryl photphat este N-oleiyl-1,3-propilenđiamin + Các muối photphat este amin - Chất tẩy rửa cacbuaratơ: cacbamat, urê lần thế, poliamin.v v v - Chất phụ gia chống đông đặc: hexylen glycol, polihiđroxiancol + amin béo, polihiđroxyancol + N-(phenylsteryl)-1,3-propilenđiamin - Các chất tẩy rửa sở PBSA: + Các hỗn hợp với muối amin axit sunfonic poliete + Các hỗn hợp với glycol ete glycol - Tác nhân tẩy rửa không tro: Ankyl nitroamin, ankyl hđroxylamin - Các tác nhân tẩy rửa hình thành tro: + Este sucxinat - muối kim loại + Este glixerin 1.2.4.2 Phụ gia khống chế phát thải cải thiện cháy - Khống chế phát thải: + 2-Etylhexamat kim loại Biên soạn : ThS Nguyễn Sĩ Sơn 19 ... thiết bị phát huy hết cơng suất thiết kế đảm bảo tính kinh tế hiệu làm việc Giáo trình “ Nhiên liệu, dầu, mỡ chất tẩy rửa ” Được biên soạn tập thể giảng viên thuộc ô tô môn máy thiết bị mỏ Ths... Nhưng trình vận chuyển bảo quản nhiên liệu có tạp chất học lẫn nhiên liệu, sử dụng phải dùng lọc 1.2.2.8 Nước Nước có nhiên liệu chúng làm giảm nhiệt trị nhiên liệu Nước có nhiên liệu phụ thuộc vào... đổi từ (0,3 ÷ 0,3) cal/g.độ (15 ÷ 40)°C 1.2.4 Các loại phụ gia nhiên liệu 1.2.4.1 Phụ gia chất tẩy rửa chất chống đông đặc - Chất tẩy rửa cacbuaratơ đa chức năng, như: + Polioxipropylen este trimetylen