Sản phẩm dầu mỏ thương phẩm phần 4 potx

Khi chỉ số IC giảm xuống thì thời gian cảm ứng sẻ tăng lên điều này sẻ ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình cháy trong động cơ, cụ thể là khi nhiên liệu phun vào có chỉ số IC nhỏ sẻ có thời

2.4.1.3 Cải thiện IC bằng phụ gia

Như trong phần đàu chúng ta đã thấy nhiên liệu Diesel thương phẩm được phối trộn từ rất nhiều nguồn với chất lượng rất khác nhau, chẳng hạn như nguồn LCO của quá trình FFC hay gasoil của các quá trình cốc hoá, giảm nhớt chỉ số IC rất thấp Khi đó nếu cần nâng cao chỉ số này thì người ta có thể dùng các phụ gia Phụ gia nhằm nâng cao chỉ số IC có nhiều loại khác nhau nhưng có thể chia thành hai nhóm như sau: Nhóm thứ nhất bao gồm các hợp chất peroxyt

Nhóm thứ hai bao gồm các hợp chất nitrat alkyl

Các hợp chất peroxyt đã được biết đến từ lâu nhưng chung ít được ứng dụng vì đây là các hợp chất rất kém bền và vấn đề giá cả Trong nhóm thứ hai thì hợp chất 2-Etylhecxyl nitrat được sử dụng nhiều nhất

H H H H H H

H C 2 H 5 H H H H

H

NO3

2.4.1.4 Ảnh hưởng của chỉ số IC lên hoạt động của động cơ

Trong thực tế ngày nay các động cơ Diesel có yêu cầu về chỉ số IC vào khoảng 40÷60 tuỳ theo tốc độ của động cơ, với khoảng yêu cầu này thì người ta dễ dàng đạt được trong các nhà máy lọc dầu Tuy nhiên điều quan trọng là phải sử dụng loại nhiên liệu hợp với động cơ theo qui định của nhà chế tạo vì chỉ số này liên quan trực tiếp đến thời gian cảm ứng

Khi chỉ số IC giảm xuống thì thời gian cảm ứng sẻ tăng lên điều này sẻ ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình cháy trong động cơ, cụ thể là khi nhiên liệu phun vào có chỉ số IC nhỏ sẻ có thời gian cảm ứng lớn do đó khi nó có thể tự bắt cháy thì khối lượng nhiên liệu trong buồng cháy lớn nên quá trình cháy có thể xảy ra với tốc độ lớn làm cho áp suất trong buồng cháy tăng cao một cách đột ngột, điều này sẻ tạo ra những

cháy quá lớn thì một phần nhiên liệu có thể không cháy kịp mà bị phân huỷ do đó làm giảm công suất và thải ra nhiều chất gây ô nhiễm môi trường Tuy nhiên sự ảnh hưởng này sẻ ít hơn trong động cơ buồng cháy trước so với động cơ có buồng cháy trực tiếp Ngược lại, khi chỉ số IC quá cao thì thời gian cảm ứng sẻ quá nhỏ điều này có thể dẫn đến quá trình tự bắt cháy quá sớm nên phần nhiên liệu phun vào sau có thể bị phun vào trong khí cháy có nhiệt độ quá cao nên nhiên liệu không đủ thời gian để bay hơi thì đã nhận được một lượng nhiệt quá lớn nên nó bị phân huỷ trước khi cháy, trong trường này công suất của động cơ cũng bị giảm và khói thải ra nhiều chất độc hại cho con người và môi trường

2.4.2 Tỷ trọng

Theo tiêu chuẩn của Việt Nam: ≤ 860 kg/m3

Theo tiêu chuẩn của châu Âu trước 01/01/2000 : 820 ≤ ρ15.515.5 ≤ 860 kg/m3

Theo tiêu chuẩn của châu Âu từ 01/01/2000 : 820 ≤ ρ15.515.5 ≤ 845 kg/m3

Có nhiều phương pháp để xác định tỷ trọng, nhưng thông thường nó được xác định theo 3 phương pháp sau:

Phương pháp dùng picnomet,

Phương pháp dùng phù kế,

Phương pháp dùng cân thuỷ tĩnh

Trong các phương pháp trên thì phương pháp dùng picnomet là phương pháp cần đến ít mẫu nhất và cho độ chính xác cao nhất Như vậy phương pháp này có ý nghĩa lớn khi có ít mẫu và đòi hỏi độ chính xác cao Phương pháp này có thể áp dụng cho các loại mẫu khác nhau Nhược điểm duy nhất của phương pháp này cần nhiều thời gian

Từ nguyên tắc hoạt động của động cơ Diesel ta nhận thấy nhiên liệu trước khi cháy chúng phải trải qua một quá trình biến đổi từ việc bị phân chia thành các hạt sương sau khi qua kim phun cao áp, hoá hơi để trộn lẫn với không khí và biến đổi để tự bốc cháy, các quá trình này đều liên quan trực tiếp đến tỷ trọng của Diesel

Khi khối lượng riêng lớn thì động năng của dòng nhiên liệu lớn, nhiên liệu bị phun

đi xa hơn khi đó không gian trộn lẫn của nhiên liệu với không khí lớn Tuy nhiên, khi nhiên liệu có khối lượng riêng lớn thì thường độ nhớt của nhiên liệu cũng lớn nên khả năng bay hơi tạo với không khí hỗn hợp tự bóc cháy thấp điều này làm cho quá trình cháy của nhiên liệu kém

Nếu như khối lượng riêng lớn quá thì khi phun nhiên liệu có thể va đập vào thành của buồng cháy, điều này sẻ làm loảng màng dầu bôi trơn trên thành của buồng cháy gây ra hiện tượng mài mòn

Ngoài ra khi bị phun vào màng dầu bôi trên thành xylanh thì nhiên liệu sẻ bị hấp thụ trong màng dầu này, sau đó trong giai đoạn thải khí cháy chúng có thể bay hơi theo khí cháy và được đẩy ra ngoài làm tăng hàm lượng các chất độc hại trong khí thải Khi hai loại nhiên liệu có cùng giới hạn sôi thì nhiên liệu nào có khối lượng riêng cao hơn thì sẽ có hàm lượng các hydrocacbon thơm và naphtenic cao hơn, nhiên liệu

có khối lượng riêng thấp sẽ chứa nhiều parafin Tuy nhiên, việc khống chế giá trị tối

đa của khối lượng riêng để tránh đưa vào nhiên liệu các phần nặng gây khó khăn cho quá trình tự bốc cháy, tăng độ giàu của nhiên liệu làm tăng thải ra khói đen, bồ hóng

Qua phân tích trên cho thấy khôi lượng riêng của nhiên liệu sẻ có những ảnh hưởng đến quá trình sử dụng nhiên liệu Diesel qua các thông số sau:

Công suất của động cơ

Tiêu thụ riêng

Hàm lượng CO, HC, Particules trong khói thải

2.4.3 Thành phần cất

Cũng tương tự như nhiên liệu xăng, nhiên liệu Diesel là một hỗn hợp của rất nhiều các hợp chất khác nhau có nhiệt độ sôi thay đổi trong khoảng rộng Thực tế, trong khoảng phân đoạn của nó thì ở nhiệt độ nào cũng có các hydrocacbon tương ứng bay hơi, nhưng điều cần quan tâm ở đây là ở một nhiệt độ nhất định thì cường độ bay hơi của các cấu tử khác nhau là không giống nhau Vì vậy để đặc trưng cho độ bay hơi của nhiên liệu Diesel thì người ta dùng hai khái niệm là Thành phần cất Nhờ khái

niệm này mà ta có thể biết được sự phân bố của các hydrocacbon trong nhiên liệu Diesel

Những khái niệm và định nghĩa được dùng ở đây cũng như đã nêu trong phần nhiên liệu cho động cơ xăng

Thành cất được xác định theo phương pháp thử ASTM-D86

Cũng tương tự như xăng, nhiên liệu diesel cũng cần phải có thành phần cất theo quy định để bảo đảm cho quá trình hoạt động của động cơ bởi độ bay hơi của nhiên liệu sẻ ảnh hưởng trực tiếp quá trình cháy của nó trong buồng cháy, nhưng điều cần phải chú ý ở nhiên liệu Diesel là nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối thay đổi trong khoảng rộng (do nhiên liệu Diesel được phối trộn từ nhiều nguồn có khoảng nhiệt độ rất khác nhau như đã nêu ở trên và cũng tuỳ theo yêu cầu về chất lượng của nó) nên người ta thường không quan tâm nhiều như trong động cơ xăng, thường đối với nhiên liệu Diesel thì người ta quan tâm đến phần trăm chưng cất ở một số nhiệt độ nhất định

Theo tiêu chuẩn Việt Nam thì có hai giá trị như sau:

Điểm cất ở 50% thể tích là 290 oC (E50)

Điểm cất ở 90% thể tích là 350 oC (E90)

Theo tiêu chuẩn Châu Âu thì có ba giá trị sau được quan tâm:

Ở 250oC thành phần cất thu được phải nhỏ hơn 65%

Ở 350oC thành phần cất thu được phải lớn hơn 85%

Ở 370oC thành phần cất thu được phải lớn hơn 95%

Ở Hoa Kỳ thì người ta phân biệt hai loại gasoil đó là gasoil dùng cho phương tiện giao thông vận tải và gasoil dùng cho các máy móc công nghiệp, trong loại thứ nhất thì nhiệt độ ở 90% chưng cất phải nhỏ hơn 288oC, còn loại thứ hai nhiệt độ này mằn trong khoảng 282 oC ÷ 338 oC

Tuy nhiên, những giá trị của nhiệt độ sôi đầu cũng không được quá thấp và nhiệt độ cuối không được quá cao vì điều này sẻ ảnh hưởng xấu đến việc sử dụng trong động cơ Nếu nhiệt độ cuối cao quá tức là trong thành phần của nó chứa nhiều cấu tử nặng làm cho quá trình bay hơi để tạo hỗn hợp tự bóc cháy kém làm tăng quá

trình cháy không hoàn làm giảm công suất của động cơ (thực nghiệm cho thấy công suất của động cơ sẻ giảm đi khoảng 1 ÷ 5%), tạo nhiều chất gây ô nhiễm môi trường, làm loảng màng dầu bôi trơn trong buồng cháy hay làm giảm độ nhớt của dầu trong carter như đã nêu đối với động cơ xăng Ngược lại, khi nhiệt độ sôi đầu nhỏ nó không ảnh hưởng trực tiếp công suất của động cơ, nhưng nếu như nhiệt độ đầu quá nhỏ thì làm tăng độ bay hơi gây mất mát trong quá trình vận chuyển hay bảo quản hay làm giảm độ nhớt của nhiên liệu có thể gây mài mòn kim phun

2.4.4 Điểm chớt cháy

Những khái niệm và định nghĩa đã được nêu trong phần nhiên liệu xăng

Cũng tương tự như trong phần trước, tiêu chuẩn này đặc trưng cho các phần nhẹ

dễ bay hơi trong nhiên liệu, khi phần nhẹ càng nhiều thì khả năng bay hơi càng lớn điều này sẻ gây ra mất mát vật chất và điều quan trọng hơn cả là nó có thể tạo ra hỗn hợp nỗ trong quá trình bảo quản và vận chuyển Vì vậy chỉ tiêu này đặc trưng cho mức

độ an toàn của nhiên liệu Diesel

Nếu như đối với xăng thì ở điều kiện thường độ bay hơi của nó lớn nên tạo hỗn hợp với không khí nằm trên giới hạn nỗ thì ngược lại ở đây nhiên liệu Diesel có độ bay hơi kém, ở điều kiện thường thì nó chỉ tạo được hỗn hợp nằm ở dưới giới hạn dưới của hỗn hợp nổ Tuy nhiên khi nhiên liệu Diesel có lẫn những phần nhẹ thì nó có thể tạo ra những hỗn hợp nổ

2.4.5 Độ nhớt (µ)

Độ nhớt của nhiên liệu là một đại lượng vật lý đặc trưng cho trở lực do ma sát nội tại sinh ra ngay trong lòng chất lỏng khi có sự chuyển động tương đối của các phân

tử với nhau

Độ nhớt có thể được biểu diễn dưới ba dạng chính như sau: độ nhớt động lực (cP), độ nhớt động học (cSt) và độ nhớt quy ước

Độ nhớt động lực hay độ nhớt tuyệt đối là đại lượng biểu diễn lực ma sát nội tại thực sinh ra khi các phân tử chuyển động tương đối với nhau, hai loại độ nhớt còn lại

là những đại lượng chỉ cho biết giá trị tương đối hay gián tiếp

Độ nhớt động lực được rút ra từ phương trình của Newton về chất lỏng chảy trong dòng ở chế độ chảy dòng (phần lớn các chất lỏng đều có thể áp dụng được phương trình này)

Phương trình của Newton được phát biểu như sau: Lực ma sát nội tại sinh ra

giữa hai lớp chất lỏng có sự chuyển động tương đối với nhau sẻ tỷ lệ với diện tích bề mặt của hai lớp chất lỏng, với tốc độ biến dạng (không phải là gradient vận tốc)

Phương trình được biểu diễn như sau:

dz

dv S

F =µ

F là lực tác dụng từ bên ngoài làm hai lớp chất lỏng chuyển động tương đối với nhau và chính bằng lực ma sát sinh ra giưa hai bề mặt

S là diện tích của hai bề mặt

V là vận tốc tương đối giữa hai lớp chất lỏng

Z là khoảng cách giữa hai lớp

µ là độ nhớt động học

Độ nhớt động học có thể biểu theo nhiều đơn vị khác nhau tuỳ theo hệ thống đơn vị sử dụng, nhưng thông thường thì trong lĩnh vực dầu khí nó thường được đo trong hệ CGS, trong hệ thống này thìđơn vị của nó là Poise (P), thực tế thì hay dùng đại lượng ước số của nó là centipoise (cP)

Cũng tương tự như thành phần cất hay tỷ trọng, độ nhớt cũng có những ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của động cơ Thực tế khi độ nhớt quá lớn sẻ làm tăng tổn thất áp suất trong bơm và trong kim phun, làm tăng kích thước của các hạt sương nhiên liệu do đó các tia nhiên liệu sẻ bay xa nên nó có thể và đập vào thành của buồng cháy để gây ra những tác hại như đã nêu trong phần trên

Ngược lại, khi nhiên liệu có độ nhớt quá thấp sẻ làm tăng lưu lượng thoát ra ở bơm nạp liệu, như vậy sẻ làm giảm lưu lượng thể tích thực thoát ra ở kim phun (bơm cao áp) Trong trường hợp này thì kim phun được nâng lên chậm hơn điều này sẻ làm

giảm nhiên liệu cung cấp cho động cơ Với nhiên liệu Diesel có độ nhớt nhỏ quá thì khi phun vào xylanh nó sẽ tạo thành các hạt quá mịn, không thể tới được các vùng xa kim phun có nghĩa là không gian để trộn lẫn giữa nhiên liệu - không khí nhỏ, điều này làm cho quá trình tạo hỗn hợp tự bóc cháy không tốt đồng thời phần được phun vào đầu có thể tự bắt cháy quá sớm nên phần phun vào sau có thể bị phun vào trong khí cháy có nhiệt độ quá cao nên nhiên liệu Diesel không đủ thời gian để bay hơi thì đã nhận được một lượng nhiệt quá lớn nên bị phân huỷ trước khi cháy Như vậy, trong trường này công suất của động cơ cũng bị giảm Ngoài ra, nhiên liệu Diesel còn có tác dụng bôi trơn cho bơm cao áp và các lò xo trong bộ phận bơm nên khi độ nhớt quá nhỏ dễ gây ra sự rít làm mài mòn hệ thống này

2.4.5 Các chỉ tiêu liên quan đến điều kiện làm việc ở nhiệt độ thấp

Như chúng ta đã biết nhiên liệu Diesel thương phẩm được phối trộn từ rất nhiều nguồn khác với thành phần hoá học của nó có thể chứa các hydrocacbon có số nguyên

tử cacbon từ 10 ÷ 35 Muốn đảm bảo khả năng bay hơi tạo hỗn hợp tự bóc cháy trong buồng cháy thì thành phần hoá học của nhiên liệu Diesel phải chứa một hàm lượng nhất định các hydrocacbon Paraffin, nhưng chính các hợp chất sẻ gây ra cho nhiên liệu Diesel những khó khăn khi nhiệt độ của môi trường xuống thấp

Khi nhiệt độ xuống thấp các hydrocacbon n-paraffin có mạch dài sẻ kết tinh, các tinh thể này có dạng hình kim chúng dễ tạo ra các khung tinh thể để chứa những phần còn lại, điều này sẻ làm giảm độ linh động của nhiên liệu Khi nạp liệu cho động

cơ thì nhiên liệu Diesel phải đi qua một hệ thống lọc có một lưới lọc với kích thước khoảng vài micromet Trong trường hợp này các tinh thể paraffin có thể làm bít các lỗ của lưới lọc dẫn đến sai lệch về lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ đồng thời các tinh thể paraffin này còn có thể gây những ảnh hưởng xấu cho bơm nhiên liệu

Qua những phân tích ở trên cho thấy việc cần thiết phải có những tiêu chuẩn để đảm bảo cho nhiên liệu Diesel có khả năng làm việc được ở nhiệt độ thấp

Trong thực tế, để đặc trưng cho khả năng làm việc của nhiên liệu Diesel ở nhiệt

độ thấp người ta dùng ba khái niệm khác nhau, đó là: Nhiệt độ vẫn đục, Điểm đông đặc (điểm chảy), Nhiệt độ lọc tới hạn

Giá trị quy định cho các tiêu chuẩn này phụ thuộc vào từng Quốc gia, từng châu lục và tuỳ thuộc theo mùa khác nhau và cuối cùng là tuỳ theo loại nhiên liệu Diesel 2.4.5.1 Điểm vẫn đục

Điểm vẫn đục là nhiệt độ mà ở đó bắt đầu xuất hiện sự kết tinh của các phân tử paraffin trong hỗn hợp của nó ở điều kiện thí nghiệm

Việc xác định điển vẫn đục được tiến hành theo các tiêu chuẩn ISO 3015 hoặc ASTM D2500, trước đây các kết quả quan sát bằng mắt, ngày này nhiều phòng thí nghiệm đã trang bị các thiết bị bán tự động và kết quả không còn quan sát bằng mắt nữa mà nó được đọc nhờ hai sợi cáp quang

Giá trị của điểm vẫn đục thay đổi tuỳ theo Quốc gia hoặc khu vực nhưng thông thường nó nằm trong khoảng 0 đến -15oC nó cũng có thể lên đến 14oC ở các nước nóng nhưng cũng có thể xuống - 40oC ở các nước quá lạnh

2.4.5.2 Điểm đông đặc hay điểm chảy

Điểm đông đặc là điểm mà giá trị của nó chính bằng giá trị của nhiệt độ cao nhất mà ở đó nhiên liệu Diesel còn có thể chảy lỏng

Giá trị của điểm đông đặc thay đổi tuỳ theo Quốc gia hoặc khu vực, khoảng giao động của nó rất rộng từ + 4oC đến -39oC, nhưng thông thường nó nằm trong khoảng từ - 18oC đến - 30oC

Việc xác định điển đông đặc được tiến hành theo các tiêu chuẩn ISO 3016 hoặc ASTM D97

Trong thực tế thì việc xác định điểm đông đặc cũng tương tự như điểm vẫn đục,

ở đây người ta cho 40 ml nhiên liệu Diesel vào trong ống thuỷ tinh đậy nắp kín có gắn nhiệt kế, trước hết đun nóng hỗn hợp đến 45oC sau đó làm lạnh với tốc độ xác định cho đến nhiệt độ lớn hơn khoảng 9oC so với nhiệt độ điểm chảy dự đoán thì ta bắt đầu thí nghiệm tức là đặt ống nghiệm sang trang thái nằm ngang, nếu nhiên liệu Diesel trong ống nghiệm bị chảy thì tiếp tục làm lạnh xuống thêm 3oC nữa rồi lặp lại thao tác trên cho đến khi nhiên liệu Diesel trong ống nghiệm không chảy khi đặt ông nghiệm nằm ngang trong vòng 5 giây thì ta dùng thí nghiệm Điểm đông đặc bằng giá trị của nhiệt độ khi dừng thí nghiệm cộng thêm 3

2.4.5.3 Nhiệt độ lọc tới hạn

Hai tiêu chuẩn vừa nêu trên nhằm đánh giá độ linh động của nhiên liệu Diesel khi đã có sự kết tinh với một lượng đáng kể tức là lượng tinh thể paraffin có thể đủ để bít phim lọc làm tắt quá trình nạp liệu cho động cơ Tuy nhiên trong thực tế khi nhiệt

độ giảm một mức độ nào đó mà các tinh thể paraffin chưa xuất hiện hoặc xuất hiện chưa nhiều nhưng độ nhớt của nhiên liệu Diesel đã tăng lên một cách đáng kể, khi đó

nó sẻ làm giảm tính linh động của nhiên liệu nên nó có thể làm giảm lưu lượng của nhiên liệu cung cấp cho động cơ, điều này sẻ có những ảnh hưởng xấu đến quá trình hoạt động của nó Vì vậy để đảm bảo cho động cơ Diesel làm việc tốt trong điều kiện này thì người ta đưa ra tiêu chuẩn nhiệt độ lọc tới hạn (TLF)

Nhiệt độ lọc tới hạn là nhiệt độ cao nhất mà ở đó một thể tích xác đinh của nhiên liệu Diesel (20ml) không chảy qua được một hệ thống lọc có kích thước xác định trong khoảng thời gian xác định (60 giây) ở điều kiện thí nghiệm (độ chân không 20mbar)

2.4.6 Hàm lượng lưu huỳnh

Như chúng ta đã biết lưu huỳnh trong dầu thô cũng như trong các sản phẩm của

nó tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau như: Lưu huỳnh dạng nguyên tố, H2S, mercaptan, sulfua, disulfua, dị vòng tuỳ theo dạng tồn tại của nó mà nó có thể gây

ăn mòn trực tiếp hay gián tiếp

Nếu như trong nhiên liệu xăng lưu huỳnh tồn tại chủ yếu dưới dạng mercaptan gây ăng mòn trực tiếp thì trong nhiên liệu Diesel dạng tồn tại này hầu như không còn nữa mà chủ yếu dưới dạng sulfua, disulfua hay dị vòng không có khả năng ăn mòn trực tiếp mà chúng chỉ gây ăn mòn khi bị cháy trong động cơ để tạo ra SO2 sau đó nó

có thể chuyển một phần thành SO3

Phần lớn lượng khí này thoát ra ngoài cùng khí cháy, nhưng có thể một phần nhỏ lọt qua các xecmăng để vào trong carter chứa dầu và khi nhiệt độ trong carter này xuống thấp thì chúng kết hợp với hơi nước để tạo ra các axit tương ứng gây ăn mòn các bề mặt chi tiết khi dầu được bơm trở lại các bề mặt bôi trơn

Trong các động cơ hiện đại ngày nay, nhằm làm giảm hàm lượng các chất gây ô nhiễm cho môi trường trong khói thải thì động cơ được trang bị bộ xúc tác để chuyển các chất độc hại thành các chất không hoặc kém độc hại hơn Khi có mặt các khí SOx trong dòng khí thải nó sẻ làm giảm hoạt tính, ngộ độc xúc tác và ảnh hưởng đến nhiệt

độ làm việc của bộ xác tác Sự ảnh hưởng này được thể hiện trên đồ thị sau:

24 0

% HC được

chuyển hoá

(0C)

20

40

60

20 0

22 0

∆θ = 25 oC

18

0

16

0

0 %S

0,05%

S

0,15%

S

Nhiệt độ khí vào bộ xúc tác Ngoài ra, khi hàm lượng lưu huỳnh tăng thì nó sẻ làm giảm nhiệt cháy của nhiên liệu Diesel vì vậy nó sẻ làm tăng hàm lượng các hydrocacbon chưa cháy, bồ hóng, muội than trong sản vật cháy do đó càng làm mài mòn máy móc Thực nghiệm cho thấy :

-Hàm lượng lưu huỳnh khoảng 0,06% khối lượng nhiên liệu thì lượng muội than sinh ra trên secmăng và piston là 2,1%

-Hàm lượng lưu huỳnh khoảng 0,85% khối lượng nhiên liệu thì lượng muội than sinh ra trên secmăng và piston là 5,8%

-Hàm lượng lưu huỳnh khoảng 2,9% khối lượng nhiên liệu thì lượng muội than sinh ra trên secmăng và piston là 12,2%