ôn tập tốt nghiệp môn hóa học dầu mỏ

A. Thành phần hydrocacbon trong dầu mỏ Hydrocacbon parafinic Hydrocacbon naphtenic Hydrocacbon aromatic Hydrocacbon loại hỗn hợp naphten-thơm B. Thành phần phi hydrocacbon Các hợp chất chứa lưu huỳnh Các hợp chất chứa nitơ Các hợp chất chứa oxy Các kim loại nặng Các chất nhựa và asphanten Nước lẫn trong dầu mỏ

ÔN TẬP TỐT NGHIỆP

Giảng viên: TS Lê Thanh Thanh Trình độ: Cao đẳng

Nội dung ôn tập

1.Hóa học dầu mỏ

2 Công nghệ lọc dầu

3 Công nghệ chế biến dầu

1.1 Nguồn gốc dầu mỏ và khí

• Nguồn gốc vô cơ:

• Nguồn gốc hữu cơ:

•

1.2 Thành phần hóa học và phân loại dầu

 có độ nhớt cao và ít thay đổi theo nhiệt độ dầu nhờn có chất lượng cao;

 Có nhiệt cháy cao, có nhiệt độ đông đặc thấp nhiên liệu phản lực có chất lượng cao;

•

1.4 Các tính chất hóa lí đặc trưng

a) Thành phần chưng cất phân đoạn

b) Khối lượng riêng và tỷ trọng

c) Áp suất hơi bão hòa

a Thành phần cất (thành phần chưng cất phân đoạn)

- Khái niệm dùng để biểu diễn phần trăm bay hơi theo nhiệt

độ (hoặc nhiệt độ theo % thu được) khi tiến hành chưng cất mẫu trong thiết bị chuẩn theo những điều kiện xác định

- Nhiệt độ sôi đầu

- Nhiệt độ sôi cuối

- Nhiệt độ phân hủy

- Nhiệt độ sôi 10%, 50%, 90%, 95%

Ý nghĩa của việc xác định thành phần chưng

- Đánh giá thành phần hóa học của xăng;

- Ảnh hưởng đến khả năng khởi động, khả năng tăng tốc và khả năng cháy hoàn toàn trong

buồng cháy.

Ảnh hưởng đến khả năng khởi động của

ra nhiều chất độc hại gây ô nhiễm môi trường

• Nếu quá lớn => xăng khó bay hơi, động cơ khó khởi động nguội

Ảnh hưởng đến khả năng tăng tốc của động

cơ

Yêu cầu đối với nhiên liệu khi động cơ tăng tốc: lượng

nhiên liệu nạp vào phải đủ lớn và bay hơi nhanh để đảm bảo cho quá trình cháy cung cấp nhiệt => khả năng nhanh chóng đạt được tốc độ cần thiết khi mở van tiết lưu và quá trình đốt nóng động cơ

Nhiệt độ cất 50% càng nhỏ thì độ bay hơi càng tốt vì dễ

dàng tăng số vòng quay của động cơ lên mức tối đa trong thời gian ngắn nhất, tạo điều kiện cho quá trình cháy tốt

Ảnh hưởng đến khả năng cháy hết của nhiên

liệu

Nhiệt độ sôi cuối, 90%, 95%

- Nếu những nhiệt độ này quá cao

=> quá trình cháy sẽ không hoàn toàn

Ảnh hưởng:

- Gây ô nhiễm môi trường

- Làm loãng màng dầu bôi trơn

- Gây mài mòn xilanh, piston.

Yêu cầu về khoảng nhiệt độ sôi của các nhiên

liệu khác nhau

1 Đối với xăng động cơ

Tosôi đầu max 35oC Tosôi (10%V) max 70oC Tosôi (50%V) max 140oC Tosôi (90%V) max 190oC Tosôi cuối max 205oC

Yêu cầu về khoảng nhiệt độ sôi của các nhiên

liệu khác nhau

2 Đối với nhiên liệu phản lực

Tosôi đầu max 150oC Tosôi

(10%V)

max 175oC

Tosôi (50%V)

max 225oC

Tosôi (90%V)

max 270oC Tosôi cuối max 280oC

Yêu cầu về khoảng nhiệt độ sôi của các nhiên

liệu khác nhau

3 Đối với nhiên liệu diezel:

Tosôi (50%V)

max 290oC

Tosôi (90%V)

max 370oC

b KHỐI LƯỢNG RIÊNG & TỶ TRỌNG

- Khối lượng riêng là khối lượng của một chất trong một đơn vị

thể tích

Đơn vị: kg/m3 hay g/cm3

- Tỷ trọng là tỉ lệ giữa trọng lượng riêng của sản phẩm dầu ở

nhiệt độ t2 so với nước ở nhiệt độ t1 Đại lượng này không có thứ nguyên

Một số tỷ trọng: ;

- Tỷ trọng của dầu là khối lượng của dầu so với khối lượng của nước ở cùng một thể tích và nhiệt độ xác định

•

Ý NGHĨA CỦA VIỆC XÁC ĐỊNH TỶ TRỌNG

Tỷ trọng –là thông số đặc trưng cho bản chất hóa học, nguồn gốc và chất lượng của dầu thô

Mối liên quan giữa một số tỷ trọng

Sự phụ thuộc của tỷ trọng vào nhiệt độ:

+ – tỷ trọng của sản phẩm dầu ở nhiệt độ t;

+ – tỷ trọng của sản phẩm dầu ở nhiệt độ chuẩn (200C);

+ α – hệ số hiệu chỉnh cho sự thay đổi trọng lượng riêng khi nhiệt độ thay đổi 10C.

•

c ÁP SUẤT HƠI BÃO HÒA

• Áp suất hơi là một đại lượng vật lý đặc trưng cho tính

chất các phân tử trong pha lỏng có xu hướng thoát

khỏi bề mặt của nó để chuyển sang pha hơi ở nhiệt độ nào đó.

• Áp suất hơi bão hòa – áp suất mà tại đó thể hơi cân

bằng với thể lỏng.

Áp suất hơi bão hòa càng lớn thì độ bay hơi của nhiên liệu càng cao.

Tiêu chuẩn TCVN 5690 – 92

Nhiên liệu Áp suất hơi bão hòa (kPa) ở

37,8oC Mogas 83 Max 70

Mogas 92 Max 75

Xăng thường Max 67

Xăng cao cấp Max 67

Xăng đặc biệt Max 74

d ĐỘ NHỚT

- Độ nhớt là đại lượng vật lí, đặc trưng cho trở lực do ma sát nội tại sinh ra giữa các phân tử khi chúng có sự chuyển động trượt lên nhau.

- Nguyên nhân có độ nhớt là do ái lực cơ học giữa các hạt cấu tạo nên chất lỏng.

- Độ nhớt đặc trưng cho sự chảy của dầu khi vận chuyển, sự bôi trơn, sự phun nhiên liệu trong các động cơ, trạng thái của dầu nhờn bôi trơn

- Độ nhớt phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất.

Độ nhớt tuyệt đối (độ nhớt động lực µ hoặc ƞ)

- Đại lượng vật lí, đặc trưng cho trở lực do ma sát nội tại sinh ra giữa các phân tử khi chúng có sự chuyển động trượt lên nhau.

- Độ nhớt động học biểu thị cho các chất lỏng dòng không có gia tốc.

- Xác định: nhớt kế mao quản – chất lỏng chảy qua nhớt kế có đường kính mao quản khác nhau, ghi nhận thời gian chảy của chúng ta có thể xác định được độ nhớt động lực.

Độ nhớt tuyệt đối

(độ nhớt động lực µ hoặc ƞ)

Độ nhớt động học (ʋ)

•

Độ nhớt tương đối

•

Mối liên hệ giữa độ nhớt và thành phần

hydrocacbon

- Alkan có độ nhớt thấp nhất, cycloalkan – cao nhất, aren chiếm vị trí trung gian

- Độ nhớt của n- và isoparafin không khác biệt nhiều

- Tăng số vòng trong phân tử hydrocacbon napten và aromat, cũng như mạch nhánh dài thì độ nhớt sẽ tăng

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt

- Nhiệt độ: khi tăng nhiệt độ, độ nhớt giảm

- Áp suất: khi tăng áp suất, độ nhớt tăng theo

đường parapol.

Chỉ số độ nhớt

** Chỉ số độ nhớt (vis.Ind) – đại lượng đặc trưng cho sự

thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ.

Khi thay đổi nhiệt độ, độ nhớt của dầu bôi trơn thay đổi càng ít

=> chỉ số nhớt càng cao

=> dầu có chất lượng cao.

Chỉ số độ nhớt phụ thuộc thành phần nhóm hydrocacbon Chỉ số độ nhớt cao nhất – parafin; thấp nhất – hydrocacbon đa vòng với mạch nhánh ngắn.

Sự phụ thuộc độ nhớt vào áp suất

Dầu nhờn parafin có độ nhớt ít thay đổi nhất khi tăng áp suất, hydrocacbon naphten và thơm –

thay nhiều nhất.

Dầu nhớt có độ nhớt càng cao, khi tăng áp suất

độ nhớt tăng nhiều hơn dầu nhớt có độ nhớt thấp Nhiệt độ càng cao thì độ nhớt phụ thuộc vào áp suất càng ít.

e Nhiệt độ chớp cháy

Nhiệt độ chớp cháy – nhiệt độ thấp nhất mà tại đó, khi phân đoạn dầu mỏ được

đốt nóng trong điều kiện tiêu chuẩn, hơi hydrocacbon sẽ thoát ra tạo với không khí xung quanh một hỗn hợp mà nếu đưa ngọn lửa đến gần chúng sẽ bùng cháy rồi phụt tắt như một tia chớp.

Ý nghĩa - nhiệt độ chớp cháy đặc trưng cho các phần nhẹ dễ bay hơi trong nhiên

liệu Khi phần nhẹ càng nhiều thì khả năng bay hơi càng lớn

⇒ Gây mất mát vật chất, có thể tạo ra hỗn hợp nỗ trong quá trình bảo quản và vận chuyển

⇒ Nhiệt độ chớp cháy đặc trưng cho mức độ hỏa hoạn của nhiên liệu

⇒ Xác định điều kiện tồn chứa và bảo quản nhiên liệu, xác định hàm lượng các sản phẩm nhẹ có trong phân đoạn.

Điểm chớp lửa cốc hở

Điểm chớp lửa cốc hở là nhiệt độ thấp

nhất của sản phẩm khi bị đốt nóng ở điều

kiện thí nghiệm tạo thành một hỗn hợp

hơi không khí trên bề mặt mẫu và bị

chớp lửa khi đưa ngọn lửa ngang qua

mặt cốc và lập tức lan truyền khắp bề

mặt mẫu.

Phương pháp cốc hở áp dụng đối với các

phân đoạn không bay hơi như dầu nhờn.

Điểm chớp lửa cốc kín

Điểm chớp lửa cốc kín – nhiệt độ thấp

nhất ở điều kiện áp suất không khí, mẫu

nhiên liệu thử nghiệm hầu như bắt cháy

khi ngọn lửa xuất hiện và tự lan truyền

một cách nhanh chóng trên bề mặt của

mẫu

Phương pháp cốc kín áp dụng đối với các

sản phẩm dễ bay hơi như nhiên liệu phản

lực, dầu hỏa dân dụng, diezel

Điểm bắt cháy & nhiệt độ tự bắt cháy

Điểm bắt cháy – nhiệt độ thấp nhất mà tại đó, khi phân đoạn dầu mỏ

được đốt nóng trong điều kiện tiêu chuẩn, hơi hydrocacbon sẽ thoát ra tạo với không khí xung quanh một hỗn hợp mà nếu đưa ngọn lửa đến gần chúng sẽ bắt cháy liên tục trong thời gian ít nhất 5 giây.

** Nếu sản phẩm gia nhiệt đến nhiệt độ cao, sau đó tiếp xúc với không khí thì nó tự bắt cháy

⇒ điểm tự bắt cháy.

Nhiệt độ tự bắt cháy của sản phẩm dầu phụ thuộc thành phần hóa học

và cao nhất ở hydrocacbon thơm và sản phẩm giàu aromat

=> Nguyên nhân gây hỏa hoạn của sản phẩm dầu khi bị rò rỉ trong mối nối, lò nung.

f Nhiệt độ đông đặc, nhiệt độ vẩn đục,

nhiệt độ kết tinh

Điểm vẩn đục – nhiệt độ mà khi sản phẩm đem làm lạnh trong

điều kiện nhất định, nó bắt đầu vẩn đục do một số cấu tử bắt đầu

kết tinh.

Điểm kết tinh – nhiệt độ để sản phẩm bắt đầu kết tinh có thể nhìn

thấy bằng mắt thường

Điểm đông đặc – nhiệt độ cao nhất mà sản phẩm dầu lỏng đem

làm lạnh trong điều kiện nhất định không còn chảy được nữa.

Sự phụ thuộc nhiệt độ đông đặc của dầu

C – Nồng độ parafin rắn trong dầu nhờn, %kl.

Nhiệt độ nóng chảy

Nhiệt độ nóng chảy – nhiệt độ tại đó

sản phẩm dầu chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng.

g Điểm anilin

Điểm anilin – nhiệt độ thấp nhất mà tại đó đồng thể tích

của anilin và sản phẩm dầu mỏ hòa tan hoàn toàn.

Điểm anilin phụ thuộc vào thành phần hydrocacbon.

Hàm lượng hydrocacbon thơm càng lớn

=> điểm anilin càng thấp

Trong cùng một loại hydrocacbon thì khi tăng khối

lượng phân tử => điểm anilin tăng.

Ý nghĩa: xác định hàm lượng hydrocacbon thơm trong các sản phẩm dầu mỏ

1.5 Tính chống kích nổ của xăng

• Trị số octan là đơn vị quy ước, đặc trưng cho khả năng

chống kích nổ của nhiên liệu, được đo bằng phầm trăm thẻ tích của izo-octan (2,2,4-trimetylpentan C8H18 – có trị

số octan là 100) trong hỗn hợp chuẩn với n-heptan C7H16 – có trị số octan là 0), tương đương với khả năng chông kích nổ của nhiên liệu ở điều kiện tiêu chuẩn

(n-Mối liên hệ giữa trị số Octan và thành phần

hydrocacbon

Hydrocacbon thơm > olefin mạch nhánh > parafin nhánh > naphten có nhánh > olefin mạch thẳng > naphten > parafin thẳng > parafin mạch thẳng lớn

Parafin mạch thẳng có khả năng kích nổ cao nhất Parafin mạch nhánh

và aromat có khả năng chống kích nổ cao nhất, còn naphten và olefin chiếm vị trí trung gian

Kết luận: xăng chứa càng nhiều hydrocacbon thơm hoặc izo-parafin

thì trị số octan càng cao.

Tính chống kích nổ của xăng

• Trị số octan 90 có nghĩa là: độ bền kích nổ của xăng tương đương với hỗn hợp chứa 90% isooctan và 10% n-heptan khi được thử nghiệm ở cùng điều kiện trên động cơ một xilanh

• Phương pháp xác định trị số octan: MON, RON

+ Trị số octan xác định theo các phương pháp khác nhau là khác nhau Chênh lệch giữa giá trị trị số octan giũa phương

pháp nghiên cứu và phương pháp động cơ gọi là “độ nhạy

của xăng”.

1.6 Khả năng bắt cháy của nhiên liệu

DO

• Khả năng bắt cháy của nhiên liệu trong động cơ

DO được thể hiện qua trị số xetan và chỉ số diesel (Diesel Index).

• Trị số cetan : là một đơn vị quy ước đặc trưng

cho tính tự bốc cháy của nhiên liệu diezen và được đo bằng % thể tích hàm lượng n-cetane (C16H34) trong hỗn hợp của nó với metyl naptalen có khả năng tự bắt cháy tương đương với nhiên liệu thử nghiệm trong cùng điều kiện chuẩn

6 Khả năng bắt cháy của nhiên liệu DO

Chỉ số cetan của DO bằng 45 nghĩa là:

+ Khả năng tự bắt cháy của nhiên liệu tương đương với hỗn hợp chứa 45% n-cetane và 55% metyl naptalen khi được thử nghiệm ở trong cùng điều kiện chuẩn

• Trị số cetan của parafin > iso-parafin > naphten

> aromat

2 Công nghệ lọc dầu

2.1 Các quá trình chuẩn bị dầu thô

2.2 Chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển

a Tháp chưng cất

b Sơ đồ công nghệ chưng cất

2.3 chưng cất cặn dầu ở áp suất chân không

2.1 Các quá trình chuẩn bị dầu thô

Mục đích:

Đây là quá trình loại các hydrocacbon nhẹ cũng như hydrosunfua để giảm mất mát do bay hơi và tạo điều kiện tốt hơn cho vận chuyển.

a ỔN ĐỊNH DẦU THÔ

ỔN ĐỊNH DẦU THÔ

1 – tháp khai thác; 2, 3, 6 – thiết bị tách khí; 4 – tháp ổn định; 5 – nồi sôi; 7 –

máy nén; 8,9 – van chỉnh; 10 – thiêt bị làm lạnh-ngưng tụ;

I – dầu thô; II - IV – khí; V – xăng nhẹ; VI – dầu ổn định

Sơ đồ công nghệ ổn định dầu với hàm lượng khí hòa tan cao

• Chất rắn không hòa tan: ≤ 1,0-1,5%

b CÁC TẠP CHẤT CHỨA TRONG DẦU THÔ VÀ TÁC HẠI CỦA CHÚNG

Hàm lượng muối, mg/l, ≤ 3-5

Hàm lượng các tạp chất cơ học Không chứa

Yêu cầu đối với hàm lượng các tạp chất trong

dầu thô:

• Nước vỉa,

• Nước giếng khoan.

Nước trong các mỏ dầu tăng lên theo thời gian khai thác Chúng thường hình thành nhũ với dầu.

Nước trong dầu thô

- Nước trong dầu chứa nhiều muối khoáng khác nhau và một số kim loại hòa tan:

 Các cation thường gặp trong nước là Na+, Ca2+, Mg2+ và một lượng Fe2+ và K+ ít hơn

 Các anion thường gặp là Cl- và HCO3-, còn SO42- và SO32- với hàm lượng thấp hơn.

 Ngoài ra trong dầu còn một số oxit kim loại không phân ly như Al2O3, Fe2O3, SiO2.

Thành phần nước trong dầu thô

• Gây khó khăn trong quá trình vận chuyển;

• Tăng năng lượng tiêu hao để bay hơi nước và khí hòa tan;

• Tăng độ nhớt của hệ;

• Tăng khả năng kết tinh ở nhiệt độ thấp.

• Gây ăn mòn các thiết bị, ăn mòn nội ống dẫn dầu.

Tác hại nước trong dầu thô

• Nhiên liệu đốt trong và diezel: giảm nhiệt trị, làm

bẩn buồng đốt và làm tắc vòi phun;

• Nhiên liệu cho động cơ phản lực: ở nhiệt độ thấp,

tinh thể nước đá làm tắc màng lọc nhiên liệu, gây hư hỏng trong quá trình làm việc của động cơ;

• Dầu nhờn: tăng khả năng oxi hóa của dầu, tăng

cường quá trình ăn mòn các chi tiết kim loại tiếp xúc với thiết bị

Ảnh hưởng của nước đối với các sản

phẩm dầu

- Muối trong dầu tồn tại ở dạng hòa tan trong nước hoặc tinh thể (không hòa tan trong nước).

- Khi thủy phân các muối clorua tạo HCl, dễ dàng phản ứng với sắt gây ăn mòn thiết bị.

- Khả năng thủy phân của các muối clorua:

 NaCl không bị thủy phân

 CaCl2 trong điều kiện tương ứng có thể thủy phân đến 10% tạo HCl

 MgCl2 thủy phân 90% và diễn ra ngay cả nhiệt độ thấp.

Muối trong dầu thô

Cơ chế ăn mòn:

MgCl2 + H2O ↔ MgOHCl + HCl MgCl2 + 2H2O ↔ Mg(OH)2 + 2HCl HCl loãng dễ dàng phản ứng với sắt

Đặc biệt khi có mặt H2S sự ăn mòn diễn ra mạnh hơn:

Fe + H2S → FeS + H2 FeS + 2HCl → FeCl2 + H2S FeCl2 chuyển thành dung dịch nước, còn H2S được giải phóng lại tác dụng với sắt.

Muối trong dầu thô

bụi và muối gây ăn mòn đường ống dẫn;

tạo cặn trong các thiết bị chế biến dầu,

tích lũy lại trong sản phẩm dầu làm giảm chất lượng của chúng;

tăng độ tro trong mazut và gudron.

muối trong nước vỉa phủ lên bề mặt thiết bị trao đổi nhiệt => giảm hiệu suất trao đổi nhiệt

và giảm công suất thiết bị.

Tác hại của muối trong dầu thô:

Tác hại:

• Gây khó khăn cho quá trình vận chuyển trong đường ống và quá trình chuẩn bị;

• Gây ăn mòn nội đường ống dẫn dầu;

• Tạo cặn trong các thiết bị → giảm hệ số trao đổi

nhiệt;

• Tăng độ tro trong các sản phẩm cặn (mazut, gudron);

• Góp phần tương tác tạo các nhũ tương bền.

Các tạp chất cơ học

Độ bền của nhũ tương nước – dầu phụ thuộc vào kích

thước hạt và thời gian tách lớp:

1 Phương pháp nhiệt: lọc, lắng

2 Phương pháp hóa học – chất phá nhũ

3 Phương pháp phá nhũ tương dầu bằng điện

trường

Nguyên tắc: tăng kích thước phân tử, tăng sự

chênh lệch khối lượng riêng, giảm độ nhớt của

môi trường.

2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP LOẠI NƯỚC –

MUỐI

• Ứng dụng: nhũ tương mới, không bền, dễ tách lớp dầu và nước (nhờ chúng có trọng lượng riêng khác nhau)

• Nguyên tắc: thiết bị được nung nóng làm tăng

nhanh quá trình phá nhũ do sự hòa tan của màng bảo vệ nhũ tương vào dầu tăng (giảm độ bền của màng nhũ tương), giảm độ nhớt của môi trường và tăng sự chênh lệch khối lượng riêng.

Lắng