Nhiên liệu dầu khí - Hoa Hữu Thu Phần 2 potx

13 cách bỏ đi thể tích hơi nước được hình thành sẽ là 9,909 m 3 /kg, hàm lượng CO 2 là 15,45%, hàm lượng SO 2 là 0,25%. Trong sự gần đúng đầu tiên, hàm lượng CO 2 của khói hợp thức được xác định bằng tỉ số thể tích CO 2 với thể tích khói khô hợp thức (α o ), đủ để quyết định sự cháy. Đối với các nhiên liệu khác nhau, α o có các giá trị gần đúng như sau: - Khí thiên nhiên và khí sản xuất : 11 < α o < 12 - Butan và propen thương mại : α o ≥ 14 - Dầu FO (fuel oils) : 15 < α o < 16 - Than : 18 < α o < 20 Trong đại đa số các ứng dụng công nghiệp, sự cháy hoàn toàn được thực hiện với một lượng dư không khí. Sự cháy như thế được gọi là sự cháy oxi hóa, sự cháy khử được thực hiện khi thiếu không khí và được sử dụng trong một số quá trình luyện kim hay gốm sứ. Việc dư không khí phải được giới hạn đến cực tiểu cần thiết cho sự cháy hoàn toàn. Sự dư này thay đổi từ 5 ÷ 10% đối với các thiết bị công nghiệp có công suất lớn dùng khí hay các nhiên liệu lỏng và từ 10 ÷ 50% đối với các thiết bị dùng than. Khi sự cháy là không hoàn toàn thì những chất không bị cháy ở dạng khí sẽ nằm trong khí cháy dưới dạng CO và CH 4 . Sự cháy không hoàn toàn cũng tạo thành những chất không bị cháy dạng rắn như than bám vào thiết bị hoặc bị kéo đi cùng với khói. Người ta nhận thấy rằng việc phân tích các khí cháy cho ta một dữ kiện quan trọng để điều chỉnh sự cháy. Thật vậy, có những mối quan hệ giữa lượng dư không khí và hàm lượng oxi trong khói khô cũng như lượng dư không khí và hàm lượng CO 2 . Nói chung, người ta thấy lượng dư oxi trong khói khô tăng lên nghĩa là lượng dư không khí tăng lên thì lượng CO 2 trong khói giảm đi gần như tuyến tính. Hình 3. Sự biến đổi thành phần khí cháy khi đốt nhiên liệu theo sự thay đổi lượng không khí 1.5.2 Sự cháy của các ankan 14 Sự cháy hợp thức của các ankan xảy ra theo phương trình phản ứng sau: C n H 2n+2 + 3n 1 2 + O 2 → nCO 2 + (n+1)H 2 O Phản ứng này là phát nhiệt. Nó được sử dụng trong các động cơ, nhà máy nhiệt điện dùng nhiên liệu dầu và khí thiên nhiên, các nồi đốt nóng. Nhiệt toả ra khi đốt cháy ankan được xác định theo công thức chung sau đây: Δ o 298,15 H (C n H 2n+2 ) = − (609n + 193) kJ. mol −1 n là số nguyên tử cacbon trong ankan Trong trường hợp đơn giản của metan: CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O với Δ o 298,15 H = − 802,3 kJ.mol −1 Rất khó xác định nhiệt độ cháy hay nhiệt độ ngọn lửa nghĩa là nhiệt độ cực đại mà các khí cháy tỏa ra. Nhiệt độ này càng cao thì sự cháy càng hoàn toàn. Trong trường hợp cháy hoàn toàn, trạng thái cuối cùng là hoàn toàn xác định và việc tính toán nhiệt độ cuối cùng là đơn giản, nếu như ta chấp nhận rằng không có bất kỳ sự trao đổi nhiệt nào hay sự trao đổi công nào được thực hiện với bên ngoài. Nghĩa là nhiệt sinh ra chỉ dùng để đốt nóng các khí bị cháy (hay sự cháy trong chế độ đoạn nhiệt). Vậy ta có: ΔQ = −ΔH o Với nhiên liệu là khí CH 4 ta có: 802303 = (2 o P C (H 2 O) + o P C (CO 2 )) (T − 298)= (2 × 51,103 + 60,35) (T − 298) T = 5233 K = 4960°C Tính toán này đã được đơn giản hóa rất nhiều. Ở đây người ta đã sử dụng các giá trị o P C ở 2000 K của các sản phẩm cháy được cho là độc lập với nhiệt độ T, không để ý đến sự pha loãng bởi các khí trơ và các chất không bị cháy có mặt ở trong khí cháy, nhưng trước hết là không để ý đến hiện tượng phân ly sản phẩm cháy như CO 2 , H 2 O, Thật vậy, phản ứng cháy của metan không tính đến sự phân ly nhiệt của các phân tử này tham gia vào sự cháy, nhưng đối với CO 2 , H 2 O thậm chí ngay ở 2000 K có thể xuất hiện sự phân ly kiểu: CO 2 → CO + 1 2 O 2 ; Δ o 298,15 H = 283 kJ.mol −1 H 2 O → • H + • OH Sự phân ly này sinh ra những phân tử CO và các loại gốc hay nguyên tử như • OH, • O, • H. Sự phân ly này khi trở lên lớn sẽ làm giảm đáng kể nhiệt độ cháy cuối cùng đạt được. Ảnh hưởng này được minh họa trong trường hợp cháy của metan được trình bày dưới đây (các giá trị được tính toán từ thành phần của khí bị cháy theo %). H 2 O O 2 H 2 OH CO CO 2 H O 15 37,2 6,9 6,9 14,4 15,1 11,7 4,6 3,3 Chỉ có 49% nước và CO 2 được hình thành khi sự cháy không bị phân ly. Từ đó rút ra sự giảm đáng kể nhiệt độ đạt được (khoảng 2750°C) trong khi giá trị tính toán được ở trên là 4960°C. Bởi vậy khái niệm về nhiệt trị của một nhiên liệu gắn liền với entanpi phản ứng không đủ để xác định nhiệt độ thực của khí cháy và độ bền vững ngọn lửa. Cần phải chú ý đến thành phần thực của khí cháy và độ bền vững nhiệt của chúng. Ví dụ, xianogen (CN) 2 mà sự cháy của nó dẫn đến những phân tử rất bền vững CO và N 2 theo tỉ lệ 98% so với chỉ 2% gốc cho phép đạt được nhiệt độ khoảng 4000°C. Đây là một trong những nhiệt độ cao nhất mà ta có thể thu được bằng cách đốt cháy. Trong thực tế, qua phân tích các sản phẩm cháy người ta luôn luôn phát hiện thấy CO nghĩa là sự cháy thực tế rất khó đạt được sự cháy hợp thức. 1.5.3 Sự cháy không hoàn toàn Với nhiên liệu là các sản phẩm dầu và khí, công thức tổng quát của phản ứng cháy như sau: C n H m O r + (n + mr 42 − )O 2 → nCO 2 + m 2 H 2 O Như đã nói sự cháy hợp thức trong không khí, khói gồm có CO 2 , H 2 O, N 2 và SO 2 ; còn sự cháy không hợp thức trong khói còn có thành phần CO nghĩa là sản phẩm khói gồm CO 2 , CO, H 2 O, N 2 và SO 2 . Nếu coi các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình cháy nhiên liệu như là các phản ứng của các thành phần nguyên tố của nhiên liệu với oxi thì sự tạo thành CO có thể viết như sau: CO 2 + H 2 cb K Z ZZX YZZZ CO + H 2 O (1) Trong trường hợp ở nhiệt độ cao có thể xảy ra quá trình phân ly: CO 2 → CO + 1 2 O 2 và phản ứng sinh ra nước: H 2 + 1 2 O 2 → H 2 O Như vậy sự cháy không hoàn toàn được quyết định bởi cân bằng (1). Từ cân bằng này ta có hằng số cân bằng: K cb = 2 22 [CO][H O] [CO ][H ] = 22 22 CO H O CO H VV VV ở đây: 2 CO CO V,V là thể tích CO và CO 2 trong một đơn vị thể tích chung của khói. 16 Đặt: 2 [CO] [CO ] = ρ (2) và K cb có thể viết: K cb = ρ 2 2 HO H V V ⇒ 2 2 HO H V V = cb K ρ (3) Nếu gọi C T là lượng cacbon tổng cộng trong một đơn vị thể tích khói, H T là lượng hiđro tổng cộng trong một đơn vị thể tích khói, thì: C T = 2 CO CO VV + H T = 22 HHO VV + Từ (2) ta có: 2 CO CO VV = ρ hay 2 CO CO V V = ρ Vậy C T = 2 CO CO2 VVρ+⇒ 2 CO V = )1( 1 +ρ C T (4) và CO V 1 ρ = ρ + C T (5) Từ (3) có thể rút ra: 2 H cb V (K) ρ = ρ+ H T và 2 cb HO cb K V (K) = ρ+ H T (6) Theo cân bằng vật chất: 2 O V cung cấp = 2 O V tiêu tốn cho sự cháy + 2 O V dư trong khói = (0,5 22 CO CO H O VV 0,5V + + ) + O T (7) Nếu gọi hệ số dư lượng không khí là α và coi oxi chiếm 20% thể tích không khí thì: 2 O V cung cấp = 0,2.α.A A là thể tích không khí tương ứng đưa vào để đốt cháy nhiên liệu một cách hợp thức, nghĩa là α = 1 hay: 0,2.α.A = 2( 1) ρ ρ+ C T + 1 (1) ρ + C T + ch ch K 2( K )ρ+ H T + O T ⇒ 0,2.α.A = 2 2( 1) +ρ ρ+ C T + ch ch K 2( K )ρ+ H T + O T (8) Ta biết rằng sự cháy lý thuyết (α = 1) thì ρ = 0, lúc đó phương trình (8) có dạng: 17 0,2.α.A = C T + 1 2 H T + O T (9) Nếu lấy (9) − (8) ta có: 0,2.A(α − 1) = 2( 1) ρ ρ + C T + ch 2( K ) ρ ρ+ H T hay: 0,4.A(α − 1) = TT ch CH + (1)(K) ⎛⎞ ρ ⎜⎟ ρ+ ρ+ ⎝⎠ (10) Nếu gọi F là thể tích khói khô (đã loại bỏ nước): F = 222 CO CO H N V + V + V + V F = C T + ch (K) ρ ρ+ H T + 0,8.α.A + N T (11) trong đó: N T - nitơ trong nhiên liệu, 0,8.α.A - thể tích nitơ đưa vào từ không khí. Như đã nói ở trên, nếu sự cháy là sự cháy hợp thức thì: ρ = 0 → H.ρ = 0 và α = 1 Khi đó phương trình (11) có dạng: o F = C T + N T + 0,8.A (12) Sự khác giữa cháy lý thuyết và cháy thực là: F – o ch F (K) ρ = ρ+ H T + 0,8 (α − 1).A (13) Mặt khác từ phương trình (10), ta có thể viết: (α − 1).A = TT ch CH + 0,4 ( 1) ( K ) ⎛⎞ ρ − ⎜⎟ ρ+ ρ+ ⎝⎠ Thay biểu thức này vào (13), ta được: F – F o = ch (K) ρ ρ+ H T − TT ch CH 0,8. + 0,4 ( 1) ( K ) ⎛⎞ ρ ⎜⎟ ρ+ ρ+ ⎝⎠ F = TT o ch 2C H F + (1)(K) ⎛⎞ −ρ ⎜⎟ ρ+ ρ+ ⎝⎠ (14) Vậy thành phần về thể tích khói khô sẽ là: %CO 2 = 2 CO V F = T C (1)F ρ+ %CO = CO V F = T C (1)F ρ ρ+ 18 %H 2 = 2 H V F = T cb H (K)F ρ ρ+ %N 2 = 100 – (%CO 2 + %CO + %H 2 ) 1.6 Hiệu ứng phân ly trong ngọn lửa Ở nhiệt độ cao do sự cháy khí xảy ra thì cũng xảy ra sự phân ly của CO 2 và hơi nước. Sự phân ly này có cùng hiệu ứng vì nếu hiđro, CO không bị cháy hoàn toàn thì nhiệt độ ngọn lửa đạt được phải thấp hơn ngọn lửa lý thuyết. Việc hiệu chỉnh đối với các hiệu ứng khuếch tán nhiệt là rất khó khăn, vì thế sự hiệu chỉnh này thường được đơn giản hóa bằng phương pháp đồ thị. Các dữ kiện cần thiết cho việc tính toán là: 1. Thành phần của khí thải không có sự phân ly. 2. Nhiệt bắt nguồn từ nhiệt đốt cháy của nhiên liệu và bất kỳ nhiệt đốt nóng sơ bộ nào đã dùng (được biểu diễn bằng kcal/m 3 khí thải ở 0°C và 760 mmHg). Việc sử dụng đồ thị cho phép có thể tính toán được nhiệt độ ngọn lửa đã được hiệu chỉnh. Đối với bức xạ ngọn lửa, một hiệu chỉnh xa hơn có thể được tiến hành và cho phép bình thường đạt độ sai lệch 10%. Ở nhiệt độ 2000°C, CO 2 phân ly khoảng 6% và hơi nước 1,9% ở áp suất khí quyển. 1.7 Năng suất tỏa nhiệt (NSTN hay nhiệt trị) Một tính chất cơ bản của nhiên liệu là năng suất tỏa nhiệt (hay nhiệt trị) của nó. Cùng với các tính chất khác, nhiệt trị có tầm quan trọng trong việc chế tạo các thiết bị nhiệt có khả năng dễ dàng chuyển hóa nhiên liệu thành công có ích một cách hiệu quả. Nhiệt trị của nhiên liệu là lượng nhiệt được giải phóng ra khi nó cháy hoàn toàn với oxi và ngưng tụ các sản phẩm tới một nhi ệt độ xác định. Các giá trị có thể được biểu thị bằng các đơn vị nhiệt tiêu chuẩn (cal/g, J/g) đối với các nhiên liệu rắn và lỏng. Nhiệt trị của một khí được biểu thị bằng số đơn vị nhiệt được giải phóng khi đốt cháy một đơn vị thể tích khí đó ở áp suất không đổi. Đơn vị nhiệt tiêu chuẩn là kcal/m 3 . Nhiệt trị của một khí được xác định tại một nhiệt độ chuẩn, cả không khí và khí đều được đưa về nhiệt độ chuẩn, sản phẩm cháy cũng được làm lạnh tới nhiệt độ này, quá trình cháy phải xảy ra hoàn toàn, nghĩa là sản phẩm chỉ có CO 2 , SO 2 , H 2 O và N 2 . Nhiệt trị của một nhiên liệu rắn hay lỏng được xác định bình thường ở thể tích không đổi trong một nhiệt lượng kế có khả năng chịu được áp lực tăng lên. Vì các sản phẩm được làm lạnh tới nhiệt độ của nhiệt lượng kế nên giá trị thu được là giá trị thô. 1.7.1 Nhiệt trị tinh và nhiệt trị thô Khi một nhiên liệu có chứa hiđro bị đốt cháy, nước được sinh ra và nếu lượng nước này được ngưng tụ, nó sẽ giải phóng nhiệt ẩn cùng với nhiệt giải phóng khi làm lạnh từ nhiệt độ cháy đến nhiệt độ của nhiệt lượng kế. Vậy tổng nhiệt trị (NSTN thô) của một nhiên liệu là số đơn vị nhiệt được giải phóng ra khi một đơn vị trọ ng lượng của nhiên liệu (hay một đơn vị thể tích nếu nhiên liệu là khí) bị đốt cháy và sản phẩm cháy được đưa về 19 15°C. Trong trường hợp này, hơi nước bản thân nó bị ngưng tụ. Tuy nhiên trong thực tế, nhiều trường hợp nhiệt này được tải bởi nước sinh ra khi H 2 bị cháy hay nước có sẵn trong nhiên liệu không chuyển thành công và nó không góp phần nâng nhiệt độ của ngọn lửa hay phát năng lượng trong động cơ khí. Khi loại trừ tất cả các yếu tố trên thì nhiệt trị thu được gọi là nhiệt trị tinh. Vậy nhiệt trị tinh là số đơn vị nhiệt được giải phóng ra khi một đơn vị trọng lượng của nhiên liệu bị đốt cháy và sản phẩm cháy được ng ưng tụ ở 15°C và hơi nước không bị ngưng tụ. Khi phải so sánh giữa các mẫu than hoặc các mẫu dầu khác nhau thì nhiệt trị tinh cũng không cho thêm nhiều khác biệt, vì than cùng loại hay dầu cùng đặc trưng thường có hàm lượng hiđro rất tương tự nhau nên sự khác nhau khi so sánh giữa nhiệt trị tinh và khi so sánh giữa nhiệt trị thô gần như không đáng kể. 1.7.2 Tính toán nhiệt trị Nói chung, người ta hay dùng nhiệt lượng kế để xác định nhiệt trị của một nhiên liệu. Trong việc tính toán nhiệt trị người ta giả sử rằng: – Giá trị nhiệt của các nguyên tố trong nhiên liệu bằng giá trị nhiệt của nguyên tố đó ở trạng thái tự do. – Không có nhiệt nào khác ngoài giá trị nhiệt này hay nói cách khác là nhiệt không được sử dụng để giải phóng các nguyên tố trong khi cháy với oxi. Khi cacbon bị cháy trong oxi với sự tạo thành CO 2 thì lượng vật chất tham gia vào phản ứng và nhiệt được giải phóng có thể được biểu thị bằng phương trình sau: C + O 2 → CO 2 + 97.644 cal 12g C 32g O 2 44g CO 2 Khi hiđro bị cháy tạo thành nước ở áp suất không đổi, ta có: H 2 + 2 1 O 2 → H 2 O + 69.000 cal 2g H 2 16g O 2 18g nước (dạng lỏng) 18g nước (dạng hơi) + 58.100 cal Vậy 1 g cacbon cho 8137 cal (14646 BTU/pound) và 1 gam hiđro cho 34500 cal (62100 BTU/pound) nếu hơi nước được làm lạnh tới 0°C. Nếu hơi nước được giữ ở 100°C thì nhiệt sinh ra là 29050 cal (52290 BTU/pound). Vậy nhiệt trị thô cho bất kỳ nhiên liệu nào chỉ chứa hai nguyên tố này sẽ được tính theo phương trình sau: NSTN CH = %C 8137 %H 34500 100 ×+× (1) Nếu nhiên liệu có chứa sẵn oxi, lượng nhỏ oxi này sẽ cung cấp cho sự cháy của nhiên liệu và người ta không kể lượng nhiệt này vào nhiệt trị của nhiên liệu. Giả sử rằng lượng oxi có mặt trong nhiên liệu chỉ kết hợp với hiđro. Chúng ta biết rằng trong nước cứ 8 phần trọng lượng oxi kết hợp với một phần hiđro thì lượng hiđro sẽ giảm đi 1/8 so v ới lượng oxi 20 trong nhiên liệu và lượng hiđro này được gọi là lượng hiđro có giá trị, và công thức tính toán trở thành dạng: Nhiệt trị (thô) cho 1 gam = O %C 8137 % H 34500 8 100 ⎛⎞ ×+ −× ⎜⎟ ⎝⎠ (2) Với nhiên liệu là than, công thức tính nhiệt trị (NT) đầy đủ là: NT than = 2 ON1 %C 8137 % H 34500 S 2220 600 H O 8 100 +− ⎛⎞ ×+ − × +×−× ⎜⎟ ⎝⎠ cal (3) Nếu nhiên liệu là hỗn hợp các khí thì nhiệt trị của nhiên liệu là tổng các nhiệt trị của các khí thành phần. Khi nhiên liệu chỉ chứa C và H mà ta áp dụng công thức (1) cho hỗn hợp các khí như CH 4 và CH≡CH thì thấy rằng trong trường hợp của metan, giá trị nhiệt trị tính toán được lại cao hơn nhiều so với các giá trị đo được bằng nhiệt lượng kế, trong khi đó đối với axetilen thì nhiệt trị của nó lại thấp hơn nhiều. Như vậy có một lượng nhiệt cần thiết để phá vỡ metan trong hỗn hợp metan và axetilen trước khi cháy, trong trường hợp này nhiệt đó lấy t ừ sự cháy axetilen. Điều này có thể được giải thích dựa vào nhiệt hình thành của hai khí. Khi metan được hình thành từ các nguyên tố C và H thì nhiệt được giải phóng và vì thế để tách các nguyên tố này ra khỏi metan để chúng có thể tham gia vào phản ứng với oxi trong khi cháy thì cần nhiều nhiệt hơn. Như vậy, những hợp chất mà chúng giải phóng nhiệt khi hình thành được gọi là các hợp chất phát nhiệt (exothermic). Ngược lại, axetilen hấp thụ nhiệt khi hình thành, nhiệt này được gi ải phóng khi phân hủy và cộng với nhiệt sinh ra do sự cháy của các nguyên tố thành phần của nó. Những hợp chất mà sự hình thành của chúng đòi hỏi cung cấp nhiệt được gọi là các chất thu nhiệt. Do đó, về lý thuyết, tất cả công thức để tính toán các nhiệt trị là không chính xác trừ khi nhiệt hình thành của nhiên liệu là rất thấp hay âm. Công thức tính có thể áp dụng rất tốt cho hầu hết các loại than, đơn giản là vì than là nhiên li ệu thu nhiệt rất nhẹ nhàng và đặc trưng thu nhiệt của nó tăng lên với lượng oxi có mặt. Đối với các nhiên liệu khí, do nhiệt hình thành của chúng từ các nguyên tố có thể là dương hay âm rất lớn nên các kết quả tính thường bị sai lệch. Đối với các nhiên liệu khí thì các kết quả tính toán được từ các giá trị của các khí thành phần ở thể tích không đổi là phù hợp tốt với việc xác định bằng phương pháp nhiệ t lượng kế. Một điều quan trọng cần thiết phải biết rằng nhiệt trị của một nhiên liệu là cao hơn khi nó bị đốt cháy ở áp suất không đổi so với khi nó bị đốt cháy ở thể tích không đổi. Ví dụ sản phẩm cuối cùng của sự cháy chiếm một thể tích nhỏ hơn thể tích của các khí ban đầu (ví dụ như hiđro), ở đây hơi n ước chỉ chiếm 2/3 thể tích các khí ban đầu và nước có thể ngưng tụ tiếp dẫn tới thể tích không đáng kể. Việc xác định nhiệt trị của các nhiên liệu rắn và lỏng bằng nhiệt lượng kế bom thu được các kết quả khác nhau không đáng kể, ví dụ với than chỉ vài cal/g. 1.8 Cường độ nhiệt 21 Trong khi bất kì một nhiên liệu nào cũng có khả năng duy trì sự cháy, thì có nhiều thiết bị nhiệt, nhiệt độ đạt được khi nhiên liệu cháy phụ thuộc không những chỉ vào nhiệt trị mà còn vào nhiều điều kiện khác như: - Trọng lượng sản phẩm cháy, - Lượng không khí dư, - Nhiệt dung riêng của chúng, - Nhiệt bị mất đi. Giả sử rằng toàn bộ nhiệt được sử d ụng, không bị mất đi khi nâng nhiệt độ của sản phẩm thì người ta có thể tính toán được nhiệt độ cực đại theo lý thuyết có thể đạt được. Việc biết chính xác sự thay đổi về nhiệt dung riêng của khí theo nhiệt độ là điều mong muốn từ lâu. Chỉ trong những năm gần đây các dữ liệu đủ chính xác về nhiệt dung riêng của các khí ở nhiệt độ cao là có giá trị. Trong thự c tế hiếm khi người ta có thể đạt được cực đại lý thuyết vì sự mất nhiệt không thể tránh khỏi qua bức xạ nhiệt và hấp thụ nhiệt của sản phẩm. Tuy nhiên một số nghiên cứu thực tế đã được tiến hành. Hình ảnh một nhiên liệu đang cháy dưới một thiết bị đun sôi nước và một nhiệt độ ổn định đã đạt đượ c, đó là sự sản xuất nhiệt và sự mất nhiệt đã đạt đến một cân bằng nhất định. Việc tăng tốc độ cháy bằng cách tăng gió sẽ không nâng lượng nhiệt phát ra mà việc sinh nhiệt tăng lên theo tỉ lệ thấp hơn nhiều so với lượng nhiệt bị mất đi, kết quả là một cường độ nhiệt yếu hơn đạt được. Lạ i một lần nữa, việc sử dụng quá nhiều không khí để đốt cháy sẽ hạ thấp nhiệt độ một cách đáng kể do mất nhiệt. Hiệu ứng này có thể được minh họa gần đúng bằng sự đốt cháy hiđro. Khi đốt cháy hiđro bằng một thể tích lý thuyết oxi tinh khiết thì nhiệt độ có thể đạt được theo lý thuyết là 6000°C; nhưng với một lượ ng lý thuyết không khí thì nhiệt độ đạt được là 2300°C. Còn nếu tăng lượng không khí lên 2 lần thì nhiệt độ đạt được chỉ là 1400°C. Trong các lò tái sinh, ở đó nhiệt thoát ra từ sự đốt cháy khí được sử dụng để đốt nóng không khí cần thiết cho sự đốt cháy nhiên liệu. Đây là một biện pháp rất quan trọng để tăng cường độ nhiệt. Ví dụ nhiệt độ đốt cháy lý thuyết của s ự đốt cháy CO bằng 2 lần thể tích không khí và cả khí (CO + không khí) được dùng ở nhiệt độ thường sẽ thấp hơn 1600°C. Nhưng nếu nhiệt độ ban đầu của CO và không khí là 500°C (thông qua sự đốt nóng sơ bộ) thì nhiệt độ đạt được của sự cháy có thể đạt được trên 2000°C theo lý thuyết. Trong kỹ thuật hơi nước, để sắp xếp giá trị nhiệt của nhiên liệu theo nă ng suất hoá hơi của nước từ nhiệt độ 100°C thành hơi nước ở cùng một nhiệt độ người ta dùng năng suất hoá hơi bằng nhiệt trị của nhiên liệu chia cho nhiệt hoá hơi của nước ở áp suất khí quyển là 539,3 cal/g hay gần bằng 971 BTU/pound. Nhiệt hoá hơi của nước (hay nhiệt ẩn của sự hoá hơi nước) giảm đi với sự tăng nhiệt độ hay nói cách khác là áp suất đun sôi cao hơn. Theo Regnault, cho tới 230°C, thì nhiệt hóa hơi bằng 606,5 - 0,695t, ở đây t là nhiệt độ sôi. Đó là tổng của nhiệt hoá hơi và nhiệt cần thiết để nâng nhiệt độ của nước từ đầu vào tới nhiệt sôi của nó. Theo Regnault, nước cung cấp ở 0°C (32°F) thì nhiệt phải cung cấp để nước đạt tới 230°C là bằng 606,5 + 0,305t. Từ các giá trị này thì nhiệt độ của nước vào phải giảm đi. 22 Ví dụ, một máy đun sôi nước làm việc ở áp suất tuyệt đối là 52 kg/cm 2 ; nhiệt độ nước đưa vào nồi là 15,5°C thì ở áp suất này nước sôi ở 170°C. Nhiệt tổng cộng bằng 606,5 + (0,305 × 170) = 658 cal cho một kg nước. Vậy nhiệt cần thiết để chuyển 1 kg nước thành hơi nước trong các điều kiện này sẽ là 658 − 15,5 = 642,5 cal. Nếu than có nhiệt trị là 7500 cal/g (13500 BTU/g) thì công suất hoá hơi lý thuyết sẽ là 7500 /642,5 = 11,8. [...]... phân tử Bảng 9 Thành phần của các phân đoạn của một số loại dầu thô Dầu Grosnưi parafin Dầu Oklahome Dầu California A* N* P* A* N* P* A* N* P* 60 ÷ 95 3 25 72 5 21 73 4 31 65 95 ÷ 122 5 30 65 7 28 65 6 48 46 122 ÷ 150 9 35 56 12 23 55 11 64 25 150 ÷ 20 0 14 29 57 16 29 55 17 61 22 20 0 ÷ 25 0 18 23 59 17 31 52 25 45 30 25 0 ÷ 300 17 22 61 17 32 51 29 40 31 Phân đoạn (°C) A*, N*, P* là các chữ viết tắt của... chưng cất chọn lọc trong khí quyển và chân không Dầu thô cung cấp nguyên liệu đầu cho công nghiệp hoá dầu và công nghiệp hoá chất Nhiên liệu được sản xuất từ dầu mỏ theo trật tự tăng dần về nhiệt độ chưng cất là: xăng máy bay, xăng ôtô, dầu hoả, nhiên liệu động cơ phản lực, dầu điezen (DO), dầu madút (FO) Tỉ lệ các nhiên liệu này thu được từ dầu thô phụ thu c vào bản chất của dầu Việc tinh luyện cũng.. .23 Chương 2 SẢN XUẤT NHIÊN LIỆU 2. 1 Sản xuất nhiên liệu từ dầu mỏ Đầu tiên, dầu mỏ được sử dụng làm nhiên liệu cơ bản để sản xuất hơi nước hay đốt nóng lò Nhiên liệu này là phần còn lại của việc chưng cất đơn giản để sản xuất xăng và dầu bôi trơn Việc phát minh ra động cơ đốt trong đã làm thay đổi nhiên liệu này và xăng động cơ đã trở nên một sản phẩm có nhu cầu lớn và tiếp đó là dầu nặng... Phần cặn là dầu nhiên liệu Dầu nhiên liệu có nhiều ưu điểm hơn than và nó thay thế than trong vận tải đường biển và một số ngành công nghiệp Những ưu điểm của nhiên liệu này so với than như sau: 1 - Nhiệt trị của nó cao hơn than, không có tro 2 - Dễ lưu kho hơn 3 - Dễ khống chế sự cháy hơn, tiết kiệm nhân công, cường độ cháy cao 4 - Sạch sẽ hơn trong khi sử dụng và trong khi nạp liệu lên tàu Dầu thô được... ÷ 0,5 Cách gọi tên dầu thô: Tuỳ thu c vào chủng loại các hiđrocacbon đa số có trong thành phần dầu thô: parafin, naphten, aromat, người ta đặt tên các dầu thô tương ứng là dầu parafin, dầu naphten khi những phân đoạn nhẹ của dầu có những hiđrocacbon tương ứng chiếm đa số 24 Khi những phần nặng nhất của dầu thô có chứa nhiều sản phẩm giống asphalt thì người ta gọi loại dầu đó là dầu asphalt Bảng 8... đã biết, dầu mỏ là nguồn có chứa một tỉ lệ cao hiđrocacbon khí hoà tan (từ 40 ÷ 20 0 thể tích ở điều kiện tiêu chuẩn trong một thể tích dầu lỏng) và khí này cần phải được tách ra khỏi dầu mà không làm mất đi các cấu tử có điểm sôi thấp Việc tách khí đầu tiên được thực hiên ngay từ giếng khai thác bằng cách giảm áp ở đầu giếng trong thiết bị hình trống lớn Khi các khí còn lại được tách hết thì dầu thô... giống asphalt thì người ta gọi loại dầu đó là dầu asphalt Bảng 8 Thành phần điển hình của các loại dầu thô Thành phần của hiđrocacbon khối lượng) các (% Dầu thô parafin Dầu thô naphten Dầu thô asphalt Parafin 40 12 5 Naphten 18 75 15 Aromat 10 10 20 2 3 60 Asphaltene (đa vòng) Trong thực tế, tất cả các dầu thô đều chứa hiđrocacbon của ba loại trên Người ta thấy rằng những hiđrocacbon naphten là phổ... theo Khí “ướt” được tách đầu tiên ở đầu giếng được xử lí bằng hấp thụ hay nén để thu hồi “xăng giếng dầu Ở những giếng chỉ có khí và xăng thu được theo kiểu này người ta gọi là xăng tự nhiên (natural gasoline) Thành phần hoá học của dầu mỏ: Thành phần nguyên tố thay đổi trong phạm vi rất nhỏ, ví dụ: Cacbon 74,5 ÷ 87,1, trung bình là 84,5 Lưu huỳnh 0,1 ÷ 3,5 Hiđro 11,5 ÷ 14,5, trung bình là 12, 5 Nitơ,... hiđrocacbon tương ứng: Aromat, Naphten, Parafin Cách gọi tên các dầu thô ở trên cũng không tuyệt đối vì thế tuỳ theo thành phần của ba loại hiđrocacbon người ta còn đặt tên các dầu thô là dầu trung gian Bảng 8 và 9 trình bày thành phần phần trăm của các loại dầu thô điển hình Tuy nhiên, sự phân loại dầu thô theo cấu tử giàu nhất trong dầu thô như ở trên cũng không hoàn chỉnh Lane và Garton đã đưa ra... sử dụng rộng rãi nhất trong thời gian gần đây Cách phân loại dầu thô của Lane và Garton dựa vào 2 phân đoạn của dầu thô: (a) phân đoạn từ 25 0°C ÷ 27 5°C ở áp suất chưng cất là 1 atm và (b) phân đoạn từ 27 5°C ÷300°C ở áp suất chưng cất là 40 mmHg Phân đoạn (a) được gọi là phân đoạn chìa khóa 1 Phân đoạn (b) được gọi là phân đoạn chìa khóa 2 Mỗi một phân đoạn trên được phân loại theo kiểu hiđrocacbon: . 28 65 6 48 46 122 ÷ 150 9 35 56 12 23 55 11 64 25 150 ÷ 20 0 14 29 57 16 29 55 17 61 22 20 0 ÷ 25 0 18 23 59 17 31 52 25 45 30 25 0 ÷ 300 17 22 61 17 32 51 29 40 31 A*, N*, P* là các chữ viết. một số loại dầu thô Dầu Grosnưi parafin Dầu Oklahome Dầu California Phân đoạn (°C) A* N* P* A* N* P* A* N* P* 60 ÷ 95 3 25 72 5 21 73 4 31 65 95 ÷ 122 5 30 65 7 28 65 6 48 46 122 ÷ 150 9. = 6 42, 5 cal. Nếu than có nhiệt trị là 7500 cal/g (13500 BTU/g) thì công suất hoá hơi lý thuyết sẽ là 7500 /6 42, 5 = 11,8. 23 Chương 2 SẢN XUẤT NHIÊN LIỆU 2. 1 Sản xuất nhiên liệu từ dầu mỏ