NỘI DUNG 1. GIỚI THIỆU VỀ LPG 2. CÁC TÍNH CHẤT CỦA PHỤ GIA NHIÊN LIỆU DẦU KHÍ 3. PHỤ GIA CHO LPG 1. GIỚI THIỆU VỀ LPG a. Định nghĩa về LPG: Liquefied Petroleum Gas là khí thu được từ quá trình chế biến dầu được hóa lỏng. Thành phần hóa học chủ yếu của khí hóa lỏng LPG hỗn hợp gồm Propane C3H8 và Butane C4H10 được nén theo tỷ lệ % Propane %Butane. Trong thực tế, thành phần hỗn hợp các chất có trong khí hóa lỏng LPG không thống nhất. Tùy theo tiêu chuẩn của các nước, của các khu vực mà tỉ lệ thành phần trong LPG khác nhau, có khi tỉ lệ giữa Propane và Butane là 5050 hay 3070 hoặc có thể lên đến 955 như tiêu chuẩn của HD5 của Mỹ. Ngoài ra, tùy thuộc vào phương pháp chế biến mà trong thành phần của nó còn có thể có mặt một lượng nhỏ olefin nhu propylen, butylen. LPG được phát hiện và sử dụng từ những năm đầu thế kỷ 19, đến những năm 50 của thế kỷ 20. Ngày nay, LPG được sử dụng thay thế cho các loại nhiên liệu truyền thống như than, củi điện… Việc sử dụng sản phẩm này mang đến nhiều ưu điểm thiết thực như chất lượng sản phẩm đồng đều, tiện lợi và tiết kiệm.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - VÕ NHƯ HỒNG PHƯỚC TIỂU LUẬN PHỤ GIA CHO LPG Mơn học: Phụ gia sản phẩm dầu khí TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2011 NỘI DUNG GIỚI THIỆU VỀ LPG CÁC TÍNH CHẤT CỦA PHỤ GIA NHIÊN LIỆU DẦU KHÍ PHỤ GIA CHO LPG GIỚI THIỆU VỀ LPG a Định nghĩa LPG: - Liquefied Petroleum Gas khí thu từ q trình chế biến dầu hóa lỏng - Thành phần hóa học chủ yếu khí hóa lỏng LPG hỗn hợp gồm Propane C3H8 Butane C4H10 nén theo tỷ lệ % Propane / %Butane - Trong thực tế, thành phần hỗn hợp chất có khí hóa lỏng LPG không thống Tùy theo tiêu chuẩn nước, khu vực mà tỉ lệ thành phần LPG khác nhau, có tỉ lệ Propane Butane 50/50 hay 30/70 lên đến 95/5 tiêu chuẩn HD-5 Mỹ Ngoài ra, tùy thuộc vào phương pháp chế biến mà thành phần cịn có mặt lượng nhỏ olefin nhu propylen, butylen - LPG phát sử dụng từ năm đầu kỷ 19, đến năm 50 kỷ 20 - Ngày nay, LPG sử dụng thay cho loại nhiên liệu truyền thống than, củi điện… Việc sử dụng sản phẩm mang đến nhiều ưu điểm thiết thực chất lượng sản phẩm đồng đều, tiện lợi tiết kiệm Thành phần %mol PP phân tích CH4 0.00 D2163 C2H6 0.12 D2163 C3H6 0.00 D2163 C3H8 51.46 D2163 C4H8 5.42 D2163 N-C4H10 19.46 D2163 I-C4H10 20.48 D2163 C5H10 1.30 D2163 >C5H10 1.76 D2163 Bảng thành phần chủ yếu LPG b Đặc tính LPG: - Là chất lỏng không màu (trong suốt) - Là chất lỏng không mùi (nhưng tạo mùi để dễ phát có cố rị rỉ) - Là loại chất đốt có nhiệt lượng lớn, nhiệt độ lửa cao (1.890 đến 1.9350C) - Có tỉ trọng nhẹ nước: 0.53 đến 0.58kg/lít - Nhiệt trị thấp: QH = 46MJ/kg (tương đương 11.000 Kcal/kg) - Tỉ số khơng khí/nhiên liệu A/F: 15,5 - Chỉ số Octan: 95÷105 - Tỉ lệ hóa khí lỏng khơng khí tăng thể tích khoảng 250 lần - Nhiệt độ lửa cháy: + Butane : 1900 độ C + Propane: 1935 độ C - LPG hóa lỏng nhiệt độ -30oC, áp suất tuyệt đối nhiên liệu LPG bồn chứa 4,4 bars 15oC, 1,7 bars -15độC 12,5 bars 50oC Tỷ số bén lửa Propane (chỉ số octane từ 104 đến 110) từ 2,4% đến 9,6% khơng khí, nhiệt độ tự bốc cháy 8550F (457độ C) - Sự giãn nở LPG vào khoảng 0,25%/0C, ta phải ln chứa khí LPG khoảng 80% thể tích bồn chứa khối lượng nhiên liệu Ở 15độ C áp suất 1013 mbar: + 1kg LPG trạng thái lỏng chiếm thể tích khoảng 1.5 dm3 dm3 trạng thái lỏng tương đương với thể tích 242 dm3 LPG trạng thái khí + Tính độc hại dễ cháy: LPG khơng độc hại, nhiên khơng nên hít vào với số lượng lớn làm say hay ngạt thở Cũng không nên bước vào nơi có đầy LPG ngồi nguy hiểm tính dễ cháy cịn nghẹt thở thiếu oxy Đặc tính Xăng Diesel LPG Màu, mùi Có Có Khơng Tỷ trọng, kg/lit 0.72-0.77 0.82-0.87 0.54-0.56 Nhiệt trị thấp, MJ/kg 42.9 42.7 46 Hệ số AF 14.4 14.5 15.5 Chỉ số Octan 85 20-40 110-120 Bảng so sánh đặc tính xăng, dầu LPG STT Tên tiêu Mức quy định Phương pháp thử Áp suất 37.8oC , kPa 710-1160 ASTM-D1267 Tỷ trọng 15.6/15.6oC 0.53-0.56 ASTM-D1657 Thành phần Propan, %v Butan, %v Pentan khí nặng hơn, %v 43-63 57-37 Max 2.0 Nhiệt độ bốc 95%v 760mmHg, oC Max 2.2 ASTM-D1837 Nhiệt trị cao, kcal/kg Min 10.98 ASTM-D2598 Hàm lượng lưu huỳnh, ppmm Max 140 ASTM-D2784 Độ ăn mòn đồng Max no.1 ASTM-D1838 Thành phần cặn sau bốc 100ml, %v Max 0.05 ASTM-D2158 H2S Đạt ASTM-D2420 10 Nước tự Khơng có Cảm quan - ASTM-D2163 Bảng tiêu chuẩn LPG Việt Nam c Ứng dụng LPG thương phẩm: Việc ứng dụng LPG thương phẩm phân làm loại sau: - Propan thương phẩm: làm nhiên liệu cho động hoạt động điều kiện khắc nghiệt môi trường (áp suất cao, nhiệt độ thấp) - Propan chuyên dùng: sản phẩm có chất lượng cao sử dụng động đốt địi hỏi có kích nổ cao - Butan thương phẩm: sử dụng làm nhiên liệu cho động đòi hỏi bay thấp - Hỗn hợp propan - butan: sử dụng làm nhiên liệu điều kiện bay trung bình + Sử dụng làm nhiên liệu đốt sinh hoạt + Trong công nghiệp: Các ngành công nghiệp sử dụng LPG làm nhiên liệu đốt lò, nung gốm, thuỷ tinh, sành sứ, hàn cắt kim loại, lò nước công nghiệp dệt nhuộm, chế biến thực phẩm + Trong nông nghiệp: Sử dụng LPG làm nhiên liệu sản xuất thức ăn gia súc, chế biến, sấy nông sản, thực phẩm + Trong giao thông vận tải: Làm nhiên liệu thay cho xăng, diesel + Trong công nghiệp hố dầu: sử dụng LPG q trình tinh chế sản xuất dầu nhờn Ngồi cịn ứng dụng nguyên liệu hoá học để tạo monme để tổng hợp polime trung gian như: Polyetylen, polyvinylclorua, polypropylen, để sản xuất MTBE chất làm tăng số octan thay cho hợp chất chì pha vào xăng + Sử dụng cho nhà máy điện: Dùng LPG để chạy tuốc bin CÁC TÍNH CHẤT CỦA PHỤ GIA NHIÊN LIỆU DẦU KHÍ Các tính chất phụ gia nhiên liệu dầu khí khả chống kích nổ, chống oxi hóa, tăng độ ổn định sản phẩm, làm (cháy hết) Bên cạnh đó, phụ gia phải có tính chất sau để phát huy tác dụng phối trộn với nhiên liệu dầu khí: - Tan tốt nhiên liệu dầu khí Trừ số trường hợp mà phụ gia có tác dụng bề mặt phụ gia chống tạo bọt, phụ gia chống rỉ yêu cầu phụ gia phải tan tốt tính chất đảm bảo khoảng nhiệt độ hoạt động nhiên liệu - Không tan không phản ứng với nước thành phần gốc nước - Màu sắc phải ổn định Nếu phụ gia có màu tối, có cho cảm giác giống nhiên liệu tồn trữ lâu ngày sử dụng tính chất nhiên liệu không đạt - Độ bay phụ gia phải thấp Nếu không nhiệt độ cao bị bay dẫn đến nồng độ hiệu phụ gia giảm xuống - Tính chất phụ gia phải ổn định suốt thời gian tồn chứa, vận chuyển sử dụng Nó phải có khả kháng q trình thủy phân ổn định nhiệt chống lại trình phân hủy hình thành gum - Tính tương thích phụ gia phối trộn chung với nhiên liệu Các phụ gia trộn chung với nhiên liệu phải tương thích với hiệu phụ gia không bị ảnh hưởng phụ gia khác STT Loại phụ gia Liều lượng Antiknock fluid 0-3 ml/gal Antioxidants 2-16 lb/1000bbl Metal deactivators 1-3 lb/1000bbl Corrosion inhibitors 10-50 ppm Anti-icing agents 0.5-1 % Preignition preventers 0.01-0.02 % Upper-cylinder lubricants A few tenths of 1% Dyes and decolorizers A few parts per million Ví dụ loại phụ gia cho Gasoline STT Loại phụ gia Liều lượng (lb/1000 bbl) Antioxidants 2-30 Metal deactivators 1-21 Corrosion inhibitors 1-20 Additive for middle distillates Stabilizers Combustion improvers Corrosion inhibitors 10-150 10-150 10-35 Diesel fuel additives Stabilizer Cetane improver Corrosion inhibitor Combustion odor control 5-75 250-750 10-30 50 Residual fuel additives Sludge dispersant Demulsifier Ash modifier 10-150 25-300 125-6000 Ví dụ loại phụ gia cho nhiên liệu máy bay phản lực PHỤ GIA CHO LPG a Thành phần phụ gia LPG Thành phần phụ gia bao gồm: - Hỗn hợp hydrocacbon: 75-78%v, hỗn hợp stoddard low VOCs - Alkylamine: 5-8%v, N-methyldiethanolamine - Vapor phase inhibitor: 5-8%v, sodium lauryl sulfate amine phosphate - Aromatic hydrocacbon: 1-3%v, high K-B (hợp chất Kari-butyl, Terpines) - Surfactant: 1-3%v, magnesium lauryl sulfate - Hydrophilic molecules: 1-3%v STT Thành phần Tỷ lệ (%v) Hydrocacbon mixture 78 Vapor phase inhibitor Surfactant Alkylamine Hydrophilic molecules Aromatic Ví dụ thành phần phụ gia cho LPG b Phụ gia tạo mùi LPG hỗn hợp butan propan Hỗn hợp tồn chứa vận chuyển thể lỏng, sau hóa áp suất khí điểm sử dụng Để an toàn tồn chứa sử dụng, LPG phải tạo mùi thân LPG không mùi LPG yêu cầu phải chứa chất cảnh báo mùi để phát trường hợp bị rị rỉ mơi trường Ethyl mercaptan, thiophane sulfide, hợp chất mercaptan, sulfide khác thường sử dụng cho mục đích với tỷ lệ khoảng 1.5lb 1000 gal LPG Các phụ gia cảnh báo mùi phải không độc thụ động nhiên nên chứa khoảng 02-0.4 grain (đơn vị trọng lượng 0,0648 gam) lưu huỳnh 100 foot khối LPG Các phụ gia không ngưng tụ áp suất cao nhiệt độ vận hành không tan nước Cuối cùng, phải cháy hồn tồn khơng hình thành tạp chất có hại hay có mùi c Phụ gia chống cáu cặn cho LPG sử dụng làm nhiên liệu cho động đốt Ngồi thành phần propan butan, LPG thương phẩm chứa hydrocacbon nặng hợp chất chứa lưu huỳnh sản phẩm phụ khác đến từ q trình chế biến dầu khí Lượng tạp chất thay đổi tùy thuộc vào thành phần nguyên liệu phương pháp thu hồi LPG sử dụng Các tạp chất nhiên liệu LPG nguyên nhân gây đóng cặn van, converter chế hịa khí (lockoff, converter, carburetor) Tại converter LPG hóa đồng thời nhiệt độ converter bị giảm xuống tương ứng, điều làm cho hydrocacbon nặng có khuynh hướng hóa lỏng bám lên bề mặt converter làm giảm hiệu hoạt động converter cách rõ rệt Các cặn bẩn tích tụ sau thời gian, phải vệ sinh converter thay Sự ngưng tụ hợp chất nặng converter carburetor lâu ngày vấn đề làm giảm hiệu hoạt động thiết bị mà tăng phát thải CO môi trường Hàm lượng CO phát thải khống chế 50ppm theo OSHA Trong nỗ lực nhằm làm giảm hàm lượng phát thải CO nhiên liệu LPG, người ta sử dụng phụ gia thương phẩm CGX-4 Trong CGX viết tắt từ “Carburation Gas Additive” số ám bốn thành phần phụ gia là: tác nhân tạo nhũ, dung mơi hữu có cực, hỗn hợp hợp chất có chức cải thiện q trình cháy chất bơi trơn cho xy lanh (xem US5782936 - Additive compositions for LPG fuel) Bốn thành phần có nguồn gốc từ dầu mỏ không chứa alcol Thành phần phụ gia cho LPG nhằm giảm phát thải CO, cải thiện hiệu sử dụng nhiên liệu, giảm đóng cáu cặn bao gồm thành phần sau (% tính theo thể tích): - Khoảng 97.3 đến 99.4% (thường 97.8-98.5) hỗn hợp hydrocarbon từ dầu mỏ có nhiệt độ sơi 170oC nhiệt độ sôi cuối không lớn 300oC Đó hỗn hợp phần cất trung bình naptha theo tỷ lệ thể tích từ 2:1 đến 10:1 (khoảng thường dùng 4:1 đến 5.5:1) - Khoảng 0.3 đến 1.5% (thường 0.5-1.25) methanol - Khoảng 0.3 đến 1.2% (thường 0.5-1) ethoxylated alkylphenol Phụ gia đưa vào LPG với lượng khoảng 300-2500 ppmv STT Thành phần Tỷ lệ Kerosene 79.68 Mineral Spirits 18.75 Methanol 1.09 Ethoxylated Nonylphenol 0.46 Ethyl mercaptane 0.02 Ví dụ phụ gia cho LPG d Phụ gia làm cho PLG: Tương tự phụ gia chống cáu cặn, phụ gia làm cho LPG phối trộn từ thành phần sau: - Từ 35-99%v thành phần hydrocarbon có nhiệt độ sơi từ khoảng 130oC-200oC - Nhỏ 50% thành phần hydrocarbon có nhiệt độ sơi nhỏ 130oC - Nhỏ 50% thành phần hydrocarbon có nhiệt độ sơi lớn 200oC - Và phụ gia làm Hoặc phối trộn từ thành phần sau: - 50-99%v low aromatic white spirit - 0-50%v light alkylate - 0-50%v light heating oil - 0-5%v light lube based stock - 0.5-3% detergent Hoặc phối trộn từ: - Khoảng 90%v low aromatic white spirit - Khoảng 10%v light heating oil - Khoảng 0.3%v detergent Trong đó: - Stock 3213 ethyl hitec 4961A nhóm phụ gia đa chức có tính làm - Stock 2813 MTT 219 (Dupont DC1-4A) có chức chống ăn mịn cải tính tính nhờn - Stock 6769 phụ gia thụ động hóa kim loại - UOP 3452 phụ gia chống oxi hóa ... DUNG GIỚI THIỆU VỀ LPG CÁC TÍNH CHẤT CỦA PHỤ GIA NHIÊN LIỆU DẦU KHÍ PHỤ GIA CHO LPG GIỚI THIỆU VỀ LPG a Định nghĩa LPG: - Liquefied Petroleum Gas khí thu từ q trình chế biến dầu hóa lỏng - Thành... dụng cho nhà máy điện: Dùng LPG để chạy tuốc bin CÁC TÍNH CHẤT CỦA PHỤ GIA NHIÊN LIỆU DẦU KHÍ Các tính chất phụ gia nhiên liệu dầu khí khả chống kích nổ, chống oxi hóa, tăng độ ổn định sản phẩm, ... đó, phụ gia phải có tính chất sau để phát huy tác dụng phối trộn với nhiên liệu dầu khí: - Tan tốt nhiên liệu dầu khí Trừ số trường hợp mà phụ gia có tác dụng bề mặt phụ gia chống tạo bọt, phụ gia