đề tài thiết lập đơn pha chế xăng

đây là tài liệu về thiết lập đơn pha chế xăng, bao gồm: 1: thuật toán để xây dựng chương trình thiết kế đơn pha xăng 2: chương trình matlab để thiết lập đơn pha xăng

Tiểu luận : viết đơn pha chế xăng A) MỞ ĐẦU   !"#$%&'()(*+ !,-./trong đời sống sinh hoạt hàng ngày của con người cũng như hoạt động sản xuất trong công nghiệp. Xăng là nhiên liệu lỏng nhẹ nhất ở điều kiện thường thu được từ việc chế biến dầu mỏ. Nó chủ yếu chứa các hydrocacbon từ C 5 đến C 11 và phụ gia được sử dụn trong các động cơ đốt trong như: ôtô, xe máy, máy bay… Thành phần hóa học của xăng bao gồm các họ hydrocacbon: paraffin, naphtha và aromatic. Bên cạnh đó, trong xăng con luôn có sự có mặt của nước, kim loại và các hợp chất dị nguyên tố. Người ta chủ yếu dựa vào tính chất hóa lý cơ bản của xăng để đánh giá chất lượng của xăng. 0#121 34(!"#1%5&&'"% 6!7*21"%3+5&'82183+ '/921/93+'8421843+' /21/3+&'/21/3+'  21 3+&'62163:;* <=&1!"#>&&'()(4?."8@A B("1"C:'8!&D!"#&EFEC) :G&7!C.87E8(H8IJ %K' :J4+B(+1"C!"# 54$&1  E!L!"#1"C?%":% M1N8L!(&A!"#(:1+ "#&AF5:!(OPQ"!/7R)S. 6%"#1 4T0U0V0WXYHZZ [/\ Tiểu luận : viết đơn pha chế xăng B) TỔNG QUAN VỀ PHA XĂNG 1) Phân loại xăng 0484!]:$:671!C^_"G 7&L+&8&:$1M4E &6 7` • [671B:] ` WB:] "a671"` - bcdP4^ceXfdP - bcdO4^ceXfdO - bcdZ4^ceXfdZ - bcdg4^ceXfdg • [671B:)S` =&A.#14/:1+!.)h !"#!$(5&U8*+!"#:1 :Gi%!]+8!1!"#67` - "a - +41e41hZ+h\P+h\Z+hOP< • [67B:"#A'` fB.'"a:j] "G7 AM4EA4?!:(!,)]%@A E(GY!1!"#67` - ' - 8' • [67/&E(G:!]"C` 04%$ 4+Ej4!]% "#1"C=&E4!"#164BEC-> #:G!$8_"G_:>=&1!7E4!& D!"#&4E8IJE.+$FE=?:':J4+& 674N!"#@A!L!&&%"#1k" 4(!]!(&1%k"81^  FE4&A-K - MEK`!7EK!&D& E!"#4!]7M=Klmml`OPPZ2)n\HmZHo"C :$&*:ApW"CK(="a3 - MEh`ME44!]&E8IJ 1"C"&E8IJ8&ME4F %7+4!]&#18&47& #%L647CL"a:"a=%647 4!"#4!]:671/Eh"` 4T0U0V0WXYHZZ [/O Tiểu luận : viết đơn pha chế xăng Bảng 1^ ?%1/&EhO+n+q Hàm lượng các nguyên tố Euro 2 Euro 3 Euro 4 V"r++1 s/t/+QK+1 ZPP Z \ZP \ ZP \ X+QK+1 H qO nZ c/;+QK+1 H \g \g 2) Trị số Octan (ON) Để đặc trưng cho sự cháy chống kích nổ của xăng, người ta thường dùng đại lượng trị số octan để biểu đạt (xem thêm phần 2.1.8). Về nguyên tắc, trị số octan của xăng càng cao càng tốt, tuy nhiên phải phù hợp với tỷ số nén của động cơ. Xăng có ON từ RON 80  83 (hoặc từ MON 72  76) thường được dùng cho các loại xe có tỷ số nén nhỏ hơn 7:1. Xăng có RON từ 90  92 thường được sử dụng cho các loại xe có tỷ số nén đến 8:1. Xăng có RON lớn hơn 92 là các loại xăng đặc biệt, cao cấp và thường được sử dụng cho các loại xe có tỷ số nén đến 9:1. Xăng có RON > 96 được sử dụng cho các loại xe đua, xe hơi cao cấp, xe đặc nhiệm có tỷ số nén từ 10:1 trở lên. Xu hướng cháy kích nổ của xăng sẽ gia tăng khi loại động cơ đang sử dụng có tỷ số nén, tải trọng, nhiệt độ hỗn hợp, áp suất và nhiệt độ môi trường cao hơn và thời gian điểm hoả sớm hơn. Ngược lại xu hướng cháy kích nổ sẽ được giảm bớt khi gia tăng tốc độ động cơ, chế độ chảy rối của hỗn hợp (nhiên liệu - không khí) và độ ẩm. Vì vậy yêu cầu xăng phải có ON cao hơn mới không xảy ra cháy kích nổ. Trị số octan của xăng phụ thuộc chủ yếu vào bản chất hóa học của xăng. Người ta nhận thấy rằng: các hydrocacbon có phân tử lượng nhỏ như parafin mạch nhánh, các aromat chỉ cháy được sau khi điểm hỏa, còn các n-parafin có khả năng tự bốc cháy ngay cả khi mặt lửa chưa lan truyền tới. Vì vậy, trị số octan của xăng giảm theo thứ tự: aromatic - olefin mạch nhánh - parafin mạch nhánh - naphten có mạch nhánh không no - olefin không phân nhánh - naphten - parafin không phân nhánh. 4T0U0V0WXYHZZ [/n Tiểu luận : viết đơn pha chế xăng Có hai phương pháp xác định ON là RON và MON trên cùng một động cơ. Sự khác biệt về ý nghĩa của hai trị số này là: Điều kiện đo của phương pháp MON rất khắc nghiệt, tốc độ động cơ cao và duy trì trong một thời gian dài, mang tải trọng lớn. Do vậy, thông số này thích hợp đối với các loại xe vận tải đường trường, tốc độ vận hành cao và ổn định. Ngược lại, phương pháp RON vận hành ở điều kiện nhẹ nhàng hơn, không thích hợp với các trường hợp mang tải trọng lớn. RON phù hợp cho các loại xe chạy trong thành phố, thường xuyên thay đổi tốc độ và tải trọng nhẹ. Hiện nay, nhiều nước trên thế giới có xu hướng sử dụng trị số Octan (RON + MON)/2 để đặc trưng cho tính chống kích nổ của xăng, thay vì dùng RON hay MON riêng rẽ. Bởi giá trị này cho pháp đánh giá một cách tương đối hơn cho việc xác định ON của xăng ở các chế độ vận hành khác nhau. Sự khác biệt giữa hai giá trị RON và MON phần nào cũng phản ánh lộ trình hoạt động của động cơ. Hiệu số S = RON - MON còn được gọi là độ nhạy của xăng Xăng có độ nhạy càng bé thì càng thích hợp với những chế độ làm việc khác nhau của động cơ. Mặt khác, ngoài việc đánh giá khả năng cháy chống kích nổ của hydrocacbon trong nhiên liệu theo RON và MON, còn phải đánh giá khả năng cháy chống kích nổ của nhiên liệu bằng phương pháp đo sự thay đổi trị số octan theo chế độ làm việc, tức là theo sự khác nhau về số vòng quay của động cơ, gọi là trị số octan trên đường Road ON. Trị số octan trên đường Road ON được xác định theo công thức: Road ON = RON - = RON - Trong đó: a là hệ số (4,6 - 6,2) phụ thuộc vào tỷ số nén của động cơ. Rõ dàng, nhiên liệu có độ nhạy S càng thấp thì Road ON càng gần với RON. Nếu hai loại hydrocacbon có cùng RON như nhau, nhưng loại nào có độ nhạy càng thấp sẽ có khả năng cháy chống kích nổ càng cao khi làm việc trong các chế độ thay đổi khác nhau. Ví dụ trong phân đoạn reformat chứa nhiều chất thơm: RON là 100, còn MON là 97; trong khi đó đối với thành phần isomerisat chứa chủ yếu là isoparafin có độ nhạy thấp: RON là 89, còn MON là 88. Vì vậy isoparafin có nhiều ưu điểm hơn so với olefin và các aromat. 3) Đặc điểm của các loại xăng gốc 4T0U0V0WXYHZZ [/q Tiểu luận : viết đơn pha chế xăng  =&?%8IJ1/9&4 Wu%v\w Chỉ tiêu Kết quả Mi8 -\Z P = Pg\ 0"#= Z +Q8+ gZPZ M] ]  b c ^c \PO d\ x%C),NbK[+8y PqlpPl 0"#= q +QK1 \ 0"#+ QK mP 0"#/;+QK 1 Z 0"#"r++ 1 Z 0"#B+  \ 4T0U0V0WXYHZZ [/Z Tiểu luận : viết đơn pha chế xăng Xăng reformat thu được của quá trình reforming xúc tác phân đoạn xăng chưng cất nặng. Đây là nguồn nguyên liệu chính để phối trộn tạo xăng có chất lượng cao, chúng có chứa một hàm lượng các hợp chất aromatic cao (khoảng 70% hydrocacbon thơm, 20% parafin, 5% olefin…) nên chỉ số octan của nó cao (RON = 95- 102), có RVP bé, tỷ khối lớn và nhiệt cháy cao. Tuy nhiên đây cũng chính là nhược điểm của xăng reformat so với các xăng gốc khác, do có chứa hàm lượng chất thơm nhiều nên xăng reformat thường tạo nhiều cặn muội và độc hại đối với môi trường và con người. [1] Bảng 2: Thành phần và tính chất lý hóa của reformat nhập khẩu [1] Bản chất của quá trình reforming xúc tác là biến các hydrocacbon no, chủ yếu là C 7 thành ankyl benzen trên cơ sở xúc tác lưỡng chức: chức axit và chức kim loại. + Các thông số cơ bản của quá trình reforming được chỉ ra dưới đây: [1] - Cơ chế chính của quá trình: phản ứng qua 3 giai đoạn: loại H 2 , đóng vòng, loại H 2 theo cơ chế cacbocation. - Nhiệt độ: 450 - 550 0 C - Áp suất: 3 - 35 atm 4T0U0V0WXYHZZ [/l Tiểu luận : viết đơn pha chế xăng - Xúc tác: chất xúc tác lưỡng chức như: Al 2 O 3 /Pt, - Hiệu suất: 80 - 86%  Xăng chưng cất là phân đoạn xăng thu được từ quá trình chưng cất phân đoạn trực tiếp từ dầu mỏ ở áp suất khí quyển. Đây là lượng xăng chủ yếu thu được trong quá trình chế biến dầu mỏ. Tùy thuộc vào bản chất của dầu mỏ, công nghệ chế biến mà xăng chưng cất chiếm từ 20 - 50% tổng các sản phẩm dầu mỏ và từ 50 - 80% các loại xăng gốc. Xăng chưng cất gồm hai loại là xăng nhẹ và xăng nặng hay còn gọi là naphta. Xăng nhẹ (light gasoline) là xăng có nhiệt độ sôi thấp (dưới 80 0 C), áp suất hơi bão hòa cao, thành phần hydrocacbon chủ yếu là C 5 - C 6 . Xăng nặng (heavy gasoline) là xăng có thành phần hydrocacbon chủ yếu từ C 6 - C 11 , tương ứng với nhiệt độ chưng cất phân đoạn từ 60 - 180 0 C. Xăng chưng cất về nguyên tắc không được sử dụng ngay mà cần phải chế biến tiếp để thu được sản phẩm xăng có giá trị và phẩm chất kỹ thuật cao hơn. Vì xăng chưng cất thường có trị số octan thấp, khoảng 68 - 80 không đáp ứng được yêu cầu cơ bản của hầu hết các động cơ đốt trong hiện nay. Các chỉ tiêu hóa lý khác trong xăng chưng cất đều cao hơn tiêu chuẩn như: hàm lượng các hợp chất hydrocacbon no không nhánh hoặc ít nhánh, hàm lượng lưu huỳnh, các hydrocacbon khí bão hòa trong xăng, hàm lượng nhựa…. Thông thường, xăng chưng cất được coi là nguyên liệu cho các quá trình chế biến tiếp theo là isome hóa và reforming. Bảng 3: Các tính chất kỹ thuật của xăng chưng cất Nhà máy lọc dầu Dung Quất[1] 4T0U0V0WXYHZZ [/m Tiểu luận : viết đơn pha chế xăng Một lượng xăng nhẹ khác mà không thể không kể đến đó là sản phẩm của quá trình chế biến khí đồng hành, thường được gọi là condensat. Condensat là sản phẩm lỏng ở nhiệt độ thường được tách ra từ thiết bị tách khí slug catcher, tháp tách, tháp chưng cất ở nhiệt độ thấp trong quá trình chế biến khí. Condensat có thành phần hóa học và tính chất hóa lý tương tự như xăng nhẹ thu được trong quá trình chưng cất dầu mỏ. Nó chủ yếu chứa hydrocacbon no, không nhánh hoặc ít nhánh C 5 - C 6 . Trị số trị số octan thường từ 60 - 70. 3.3) xăng isomesat Xăng isomerisat là xăng thu được từ quá trình isome hóa (đồng phân hóa) phân đoạn xăng chưng cất nhẹ và condensat. Bản chất của quá trình isome hóa là biến các n C 5 - C 6 (chiếm từ 80 - 98%kl xăng nhẹ) thành các iso C 5 - C 6 có trị số octan cao hơn. Xăng isomerisat sau khi tách khí thường có trị số octan từ 83 - 88, khối lượng riêng bé, áp suất hơi bão hòa Reid cao. Xăng isomerisat chiếm khoảng từ 3 - 5% tổng lượng xăng trên thế giới. Các thông số kỹ thuật của quá trình isome hóa như sau: 4T0U0V0WXYHZZ [/g Tiểu luận : viết đơn pha chế xăng - Cơ chế chính quá trình isome hóa: cacbocation - Nhiệt độ: 110 - 180 0 C - Áp suất: 3 - 30 atm - Xúc tác: chất xúc tác lưỡng chức như: Al 2 O 3 /Pt, Zeolit/Pt, ZrO/SO 42- /Pt… - Hiệu suất: > 95% Bảng 4: Các tính chất kỹ thuật của xăng somerisat Nhà máy lọc dầu Dung Quất [1]  !"#$%&$ Xăng crăckat là xăng thu được từ quá trình crăcking nhiệt, crăcking xúc tác, hydrocracking phân đoạn cặn sạch của tháp chưng cất khí quyển, quá trình crăcking giảm độ nhớt, quá trình sản xuất than cốc, cặn chưng cất chân không đã loại nhựa đường … Đây là nguồn cho xăng lớn nhất trong nhà máy lọc dầu. Trị số octan của xăng này khoảng 87- 92 tuỳ theo điều kiện công nghệ. Thành phần hóa học chứa tới 9- 13% hydrocacbon olefine. Sự có mặt của của các olefin này chính là nguyên nhân làm mất tính ổn định của xăng do xăng không bền ôxy hóa. Quá trình crăcking nhiệt xảy ra chủ yếu theo cơ chế gốc hoặc phân hủy bởi 4T0U0V0WXYHZZ [/d Tiểu luận : viết đơn pha chế xăng nhiệt. Sản phẩm của quá trình phức tạp, chứa nhiều olefin và khí hydrocacbon. Mặt khác, quá trình crăcking nhiệt cũng thu được nhiều cốc, hiệu suất phản ứng thấp (<60%)… Chính vì các lý do trên mà quá trình crăcking nhiệt hiện nay không được dùng để sản xuất xăng. [1] Quá trình crăcking xúc tác (lớp xúc tác cố định hoặc tầng sôi) xảy ra theo cơ chế cacbocation trên cơ sở xúc tác axit. So với quá trình crăcking nhiệt, crăcking xúc tác tạo ra nhiều hydrocacbon mạch nhánh hơn, ít hydrocacbon khí và olefin hơn, phản ứng có tính chọn lọc cao, tốc độ lớn hơn… chính vì vậy sản phẩm của quá trình crăcking xúc tác có chất lượng cao hơn nhiều, trị số octan thường lớn hơn 90. Các thông số cơ bản của quá trình crăcking xúc tác được chỉ ra dưới đây: - Cơ chế chính của quá trình: cơ chế cacbocation. - Nhiệt độ: 470 - 550 0 C - Áp suất: 2,5 - 3 atm - Xúc tác: chất xúc tác lưỡng chức như: Zeolit Y Bảng 5: Các tính chất kỹ thuật nguyên liệu RFCC và xăng crăckat Nhà máy lọc dầu Dung Quất[1] =FE 4E .8?4L z . Ms[+ P = nmP { = Z H\lZ P = = Z HOPZ P = oX[| OldZ - - Mi \Z q Pdgn P+m\d Pmnl M %+ P = |s[ ZQ \PQ nPQ ZPQ mPQ dPQ dZQ Oln nmd qnZ qmZ ' ' nZ qn qm lP mO d\ nd ZP ZZ m\ dP \\l 4T0U0V0WXYHZZ [/\P [...]... mềm, thuật toán quy hoạch thực nghiệm… việc thiết lập đơn pha chế trở lên dẽ dàng hơn, nhưng cũng không thể không kể đến Nguyễn Hồng Hải LHDA K-55 Page 33 Tiểu luận : viết đơn pha chế xăng kinh nghiệm của người thiết lập đơn pha chế Người ta thường dựa vào một hoặc nhiều các tính chất hóa lý để làm cơ sở cho việc thiết lập đơn pha chế Trong pha xăng các tính chất thường được sử dụng, có yếu tố quyết... để thiết lập được một đơn pha chế xăng thương phẩm không hề đơn giản Đơn pha chế cần phải đảm bảo 3 yếu tố chính là: các yếu tố kỹ thuật, tính kinh tế và tính linh hoạt của đơn pha chế Đôi khi rất khó để đạt cả ba yếu tố trên nên chỉ cần dung hòa được 3 yếu tố đó đến khả năng có thể chấp nhận được Ngày nay, với sự giúp đỡ của máy tính, các phần mềm, thuật toán quy hoạch thực nghiệm… việc thiết lập đơn. .. của phụ gia MMT người ta không pha một mình nó vào xăng mà có sự phối trộn nó với các loại phụ gia khác nhằm mục đích tăng RON cao nhất Bảng 23 Khả năng tăng RON của hỗn hơp MMT và các hợp chất oxygenat khi pha vào xăng [1] Xăng gốc MMT, MTBE, Nguyễn Hồng Hải LHDA K-55 Etanol, Page 25 RON ∆RON Tiểu luận : viết đơn pha chế xăng Xăng gốc Xăng gốc Xăng gốc Xăng gốc Xăng gốc Xăng gốc mg/l Mn 0 18 18 18 18... K-55 Page 18 Tiểu luận : viết đơn pha chế xăng RON nằm trong khoảng 110-119 nên ETBE cũng được sử dụng như một phụ gia tăng RON cho xăng Thông thường ETBE được pha vào xăng với tỷ lệ 8-17%V Với tỷ lệ này sẽ tăng được 2-5 đơn vị octan sau khi pha trộn tùy thuộc vào RON của xăng gốc được pha Theo TCVN 6776:2005, giới hạn hàm lượng oxy là 2,7% kl nên ETBE có thể được pha vào xăng lên đến 17,4%V Hiện nay... pha phụ gia Plutocen với hàm lượng thấp hơn 30 ppm thì trị số octan của xăng có thể tăng lên 3 đơn vị Khả năng tăng RON khi pha phụ gia plutocen vào các loại xăng khác nhau được trình bày ở bảng 1.28 Bảng 28 Kết quả pha chế phụ gia plutocen vào các loại xăng khác nhau [1] Tỷ lệ pha Plutocen,ppm Nguyễn Hồng Hải LHDA K-55 Trị số octan sau khi pha với các loại xăng khác nhau Page 28 Tiểu luận : viết đơn. .. chỉ tiêu kỹ thuật của xăng, có những chỉ tiêu là các đại lượng cộng tính (là các đại lượng khi pha chế tuân thủ theo quy luật tuyến tính) thì việc tính toán tỷ lệ pha chế tuân theo tỷ lệ thuận như bình thường, các chỉ tiêu tuyến tính cụ thể thường gặp trong pha chế xăng là: hàm lượng lưu huỳnh (% khối lượng); hàm lượng Nguyễn Hồng Hải LHDA K-55 Page 32 Tiểu luận : viết đơn pha chế xăng nước (% thể tích);... và các butan Khi pha trộn với tỷ lệ 5% thì RON của xăng pha trộn tăng khoảng 6-9 đơn vị Xăng gốc có RON càng cao thì hiệu quả tăng RON càng giảm Nguyễn Hồng Hải LHDA K-55 Page 16 Tiểu luận : viết đơn pha chế xăng Oxinol là hỗn hợp của metanol và TBA dùng làm chất cải thiện trị số octan cho xăng với tỷ lệ 1:1 Hỗn hợp theo tỷ lệ này sẽ làm giảm khả năng tách lớp giữa hai pha metanol và xăng, tạo điều kiện... octan cho xăng rất tốt Thông thường MTBE được pha vào xăng với tỷ lệ 5-15%V Với tỉ lệ này trị số octan của xăng tăng được từ 2-5 đơn vị sau khi pha trộn, tương đương với hàm lượng chì từ 0,1-0,15 g/l Theo TCVN 6776:2005, giới hạn hàm lượng oxi là 2,7% nên MTBE có thể pha vào xăng đến 14,87%V Vì vậy, hàm lượng MTBE pha trộn vào xăng thường không quá 15% Khả năng tăng RON của MTBE khi pha vào xăng với... của hỗn hợp pha chế dựa vào công thức: I= (2) Trong đó: xi - phần thể tích hay khối lượng của các hợp phần Hi - Hệ số thực nghiệm Ii - là ON của các hợp phần pha trộn i Hình 5: Sự phụ thuộc Hi vào Ii Đường 1 - xăng isomerisat Đường 2 - xăng reformat Đường 3 - xăng crackat Một cách tương tự, có thể pha xăng dựa vào công thức: Nguyễn Hồng Hải LHDA K-55 Page 35 Tiểu luận : viết đơn pha chế xăng Vt.(ON)t... Vi.(ON)i + ∆RON (2.3) Trong đó: Vt, Vi - là thể tích của xăng thương phẩm và các cấu tử pha xăng, kể cả các phụ gia (ON)t, (ON)I - là trị số octan của xăng thương phẩm và các cấu tử pha xăng, kể cả các phụ gia ∆RON - hiệu ứng tăng RON của xăng gốc với các hợp phần pha xăng và với phụ gia, giữa phụ gia với phụ gia Về nguyên tác có thể xác định đơn pha chế theo các công thức 2.1 -2.3 bằng phương pháp thử . sạch bộ chế hòa khí. 4T0U0V0WXYHZZ [/O Tiểu luận : viết đơn pha chế xăng  Phụ gia chống ăn mòn.  Phụ gia tạo màu… Cơ chế hoạt động của các phụ gia pha xăng chủ yếu theo cơ chế phá. đây cũng có thể được coi là cơ chế tăng trị số octan của các cấu tử pha vào xăng. [1] Giống như các phụ gia pha chế vào các sản phẩm dầu mỏ khác, phụ gia pha chế vào xăng cũng phải đáp ứng được các. Khi pha trộn với tỷ lệ 5% thì RON của xăng pha trộn tăng khoảng 6-9 đơn vị. Xăng gốc có RON càng cao thì hiệu quả tăng RON càng giảm. 4T0U0V0WXYHZZ [/l Tiểu luận : viết đơn pha chế