Bài giảng các nhiên liệu từ dầu mỏ, khí thiên nhiên

Nhiên liệu dầu khí NXB Đại học quốc gia Hà Nội 2007. Tr 35 – 63. Từ khoá: Các nhiên liệu từ dầu mỏ, khí thiên nhiên. Tài liệu trong Thư viện điện tử ĐH Khoa học Tự nhiên có thể được sử dụng cho mục đích học tập và nghiên cứu cá nhân. Nghiêm cấm mọi hình thức sao chép, in ấn phục vụ các mục đích khác nếu không được sự chấp thuận của nhà xuất bản và tác giả. Mục lục Chương 3 CÁC NHIÊN LIỆU TỪ DẦU MỎ, KHÍ THIÊN NHIÊN 2 3.1 Nhiên liệu lỏng nặng (FO) (dầu madút) 2 3.1.1 Bố trí cung cấp dầu cho lò đốt 2 3.1.2 Phun dầu và lò đốt bằng dầu 3 3.1.3 Yêu cầu kĩ thuật đối với dầu madút (FO) 4 3.2 Xăng động cơ 4 3.2.1 Xăng tự nhiên (natural gasoline - casing - head spirit) 5 3.2.2 Xăng thu được bằng cách cất trực tiếp từ dầu thô 6 3.2.3 Xăng crackinh và xăng refominh 7 3.3 Nhiên liệu điezen (DO) 18 3.4 Nhiên liệu khí 23 Chương 3. Các nhiên liệu từ dầu mỏ, khí thiên nhiên Hoa Hữu Thu 2 Chương 3 CÁC NHIÊN LIỆU TỪ DẦU MỎ, KHÍ THIÊN NHIÊN 3.1 Nhiên liệu lỏng nặng (FO) (dầu madút) Như trên đã trình bày, dầu madút là phân đoạn nặng thu được khi chưng cất dầu thô parafin và asphalt ở áp suất khí quyển và trong chân không. Các dầu FO có điểm sôi cao. Trong kĩ thuật đôi khi người ta còn chia thành dầu FO nhẹ và FO nặng. Vì thế, các đặc trưng hoá học của dầu madút có những thay đổi đáng kể nhưng không phải tất cả các đặc trưng này ảnh hưởng tới việc sử dụng chúng làm nhiên liệu và các kỹ thuật sử dụng để đạt hiệu quả cao. Một trong những tính chất quan trọng nhất của dầu madút là độ nhớt được xác định ở những nhiệt độ quy định, ví dụ ở 20°C và 50°C. Nói chung các từ “nặng” và “nhẹ” được sử dụng để mô tả các nhiên liệu dầu madút có độ nhớt cao và thấp tương ứng. Những dầu cặn có độ nhớt cao (> 7000 giây) thông thường phải trả i qua bước crackinh nhẹ để phá vỡ những phân tử nặng và do đó làm giảm độ nhớt của dầu. Quá trình này cũng gây nên sự thất thoát dầu dưới dạng khí và quá trình được gọi là visbreaking. Tính chất quan trọng thứ hai của dầu madút là điểm chớp cháy. Điểm chớp cháy cực tiểu của tất cả các dầu là 65,5°C (~ 150°F). Tính chất quan trọng thứ 3 của dầu madút là hàm lượ ng nước. Bởi vì các dầu nặng có tỉ trọng gần bằng tỉ trọng của nước nên phải giữ dầu không tiếp xúc với nước trong quá trình sản xuất và bảo quản vì nếu lẫn nước rất khó tách ra khỏi dầu. Tính chất cuối cùng là các dầu không được chứa cặn sa lắng bởi vì các cặn này sẽ tập trung dần dần ở đáy bể chứa. Vì thế, yếu tố c ơ bản trong việc sử dụng các dầu madút là khống chế sự cháy của chúng và chọn lọc cấp dầu cho mục đích sử dụng thích hợp về mặt kĩ thuật như kích thước buồng đốt cháy, bản chất của thiết bị, kiểu cách và kích thước thiết bị đốt, phương pháp phun nhiên liệu. Dĩ nhiên, giá cả cũng là một yếu tố bởi vì việc sử dụng các d ầu có độ nhớt cao cần cung cấp nhiệt cho các ống đốt nóng trong các bể chứa, do đó các trạm tiêu thụ sẽ có giá thành cao. 3.1.1 Bố trí cung cấp dầu cho lò đốt Dầu cấp cho lò đốt trong công nghiệp cần phải khan nghĩa là loại bỏ hết các hạt nước phân tán trong dầu và các hạt rắn trong đó. Nhưng hầu hết các thiết bị cung cấp không thể đáp ứng được yêu cầu này. Khi dầu được cấp bằng cách rót từ các bể chứa thì thông thường phải sử dụng một cặp bể. Ở đây, ta phải đốt nóng bằng hơi nước để t ăng cường việc tách nước và tăng cường độ chảy lỏng của dầu. Sở dĩ người ta phải dùng kỹ thuật đốt nóng vì: Ở nhiệt độ thường, việc tách các hạt nước trong dầu rất chậm do sự khác nhau về khối lượng riêng giữa chúng rất nhỏ và với độ nhớt cao của dầu thì các hạt lơ lửng này vẫn tồn tại không thể loại hết được. Khi đốt nóng dầu có hai thay đổi rõ ràng xảy ra: (1) độ nhớt của dầu bị giảm đi rất nhanh và (2) dầu dãn nở nhiều 3 hơn nước và vì thế sự khác nhau về khối lượng riêng trở nên lớn. Những hệ số dãn nở tương đối của dầu nặng và của nước tương ứng là 0,00070 /độ và 0,000476 /độ, vì thế cần đốt nóng để tách được nước ra khỏi dầu. Dầu có thể được đốt nóng sơ bộ đến trên điểm chớp cháy nhưng phải ở dưới áp suất cao và cơ b ản là phải đạt được độ mềm để dầu có thể chảy hay phun qua các van. Nhiệt độ của dầu phải đồng đều và áp suất phải giữ không đổi. Khi phun không khí hay dầu thì việc cấp dầu có thể thực hiện từ một bể chứa nhiên liệu hay nhiều bể ở độ cao đủ để tạo thành dòng chảy cần thiết. Vì các dầu rất nhớt không thể phun một cách có hiệu qu ả nên việc đốt nóng là cần thiết. Thông thường để đốt nóng người ta dùng một thiết bị đốt nóng bằng hơi nước bố trí ngay trên đường cấp dầu. Trong thực tế nhiệt độ cần thiết để bơm dầu là: 38 ÷ 120°C (100 ÷ 250°F) còn nhiệt độ cần thiết để phun dầu vào lò đốt là: 65,5 ÷ 150°C (150 ÷ 300°F). Ví dụ, dầu có khả năng bơm được ở nhiệt độ 38°C có độ nhớt khác nhau thì nhiệt độ bơm thay đổi như sau: Độ nhớt, ở 38°C (st) Nhiệt độ bơm, °C 200 7,5 600 15,5 1500 27,0 Trong các thiết bị phun bằng áp suất, các thiết bị lọc được trang bị giống hệt nhau ở cả hai phía hút và đẩy của máy bơm dầu. Lưới lọc trong thiết bị lọc của phía hút có kích thước mắt lỗ lớn hơn so với lưới ở phía phun. Thông thường cỡ lưới phụ thuộc vào độ lỏng của dầu được sử dụng. Do kĩ thuật phát triển, ngày nay người ta dùng các thiết bị lọc khác hiệu quả hơn việc dùng lưới lọc như thiết bị lọc dòng chảy (streamline filter) hay thiết bị lọc “Autoclean”. Trong thiết bị lọc Autoclean, dầu đi từ bên ngoài qua nhiều tấm thép mỏng đã được khoan lỗ với khoảng hở rất nhỏ giữa các lỗ. Giữa các tấm thép có nhiều dao bằng thép mỏng được giữ cố định. Khi dầu đi qua thiết bị này các cặn b ẩn bị giữ lại và rơi vào bồn chứa, sau đó bị loại ra ngoài. 3.1.2 Phun dầu và lò đốt bằng dầu Để dầu cháy hoàn toàn thì dầu phải trộn thật đều với không khí. Về mặt lý thuyết, điều này có thể thực hiện khá dễ dàng đối với hơi dầu, song rất khó thực hiện được đối với các dầu nặng. Vì để hoá hơi dầu, phải tăng nhiệt độ, mà tăng nhiệt độ sẽ dẫn đến phá vỡ phân tử dầu và tạo nên cặn cốc trong thiết b ị hoá hơi và thiết bị đốt cháy bằng kim loại. Tuy nhiên, vẫn có thể áp dụng được đối với các dầu có nhiệt độ sôi thấp như dầu hoả, dầu trung gian. Người ta có thể thực hiện được sự hoá hơi bằng cách cho một lượng không khí thích hợp vào thiết bị hoá hơi. Với các dầu nặng hơn (như dầu FO nặng, nhẹ) có thể dùng các máy phun khác nhau để chuyển dầu thành các hạt nhỏ vớ i không khí đưa vào lò đốt. Để tăng diện tích tiếp xúc dầu/không khí người ta dùng thiết bị phun cỡ cực đại từ 1 ÷ 1,5 nghìn lỗ trên một cm 2 . Ngoài ra lò đốt còn có nhiệm vụ: - Nâng nhiên liệu từ một mức thấp hơn lên mức cao hơn. 4 - Đưa vào một phần hay tất cả hỗn hợp nhiên liệu/không khí được trộn đều với một tốc độ sao cho động lượng của nó sẽ kéo theo một lượng không khí phụ cần thiết để có được độ dài ngọn lửa mong muốn. - Giữ tuyến lửa bền vững và ngọn lửa thích hợp với hình dạng của lò. - Hoàn chỉnh sự cháy của những giọt d ầu nhỏ trước khi ngọn lửa bị làm lạnh tới khi khói bốc lên. Nếu lò cho một ngọn lửa nghiêng một góc hẹp, tốc độ cao thì không khí cháy bị hút vào ngọn lửa do tác dụng của thiết bị phun. 3.1.3 Yêu cầu kĩ thuật đối với dầu madút (FO) Đối với các dầu madút, yếu tố quan trọng hàng đầu là nhiệt trị cao, điểm chớp cháy cao, không có vết nước và các hạt rắn. Ngoài những yếu tố này ra, cần phải lựa chọn dầu cho thích hợp với những điều kiện đặc biệt để sử dụng và lưu trữ dầu. Nếu việc tàng trữ phải đốt nóng không có khả năng thực hiện được thì nên chọn d ầu có độ nhớt thấp. Nếu việc đốt nóng có khả năng thực hiện được thì các dầu nặng hơn và rẻ hơn có thể sử dụng được, thêm vào đó kiểu lò cũng có ý nghĩa trong việc chọn lựa. Ví dụ, ở Anh những yêu cầu ở trên được chia thành các cấp độ khác nhau và các cấp độ cũng có thể bị thay đổi. Với các dầu madút dùng cho động cơ đi biển củ a Anh như sau: Cấp độ E F G H Điểm chớp cháy (min), °C 65 65 65 65 Độ nhớt , Redwood I ở 380°C, mm 2 / s(max) 250 450 2500 7000 Hàm lượng nước (max), % 1 1 1,5 1,5 Nhiệt trị, kcal / kg (min) 10120 9990 9990 9990 Trong các yêu cầu kĩ thuật đối với dầu madút thì yếu tố độ nhớt là quan trọng nhất, bởi vì độ nhớt thay đổi rất nhiều theo nhiệt độ. Nếu ở nhiệt độ thấp, độ nhớt lớn thì không thể điều khiển được sự chảy của dầu. Hàm lượng lưu huỳnh và tro không quan trọng lắm trong nhiều ứng dụng, song nếu dùng làm nhiên liệu luyện kim thì hàm lượ ng lưu huỳnh và tro có thể ảnh hưởng tới vật liệu bị đốt nóng, tức là các sản phẩm luyện kim. Một yếu tố quan trọng cuối cùng đó là phải xem xét xem dầu madút đó là dầu chưng cất hay dầu cặn, bởi vì dầu cặn có chứa một tỉ lệ cao asphalt mà dầu chưng cất không có. Những loại dầu này được dùng trong các mục đích khác nhau để không ảnh hưởng tới v ật liệu chịu đốt nóng. 3.2 Xăng động cơ Trước khi nền công nghiệp ôtô phát triển, nhiên liệu thu được chỉ bằng cách chưng cất dầu thô. Phân đoạn naphtha được chưng cất lại cho xăng có khoảng nhiệt độ sôi trong một vùng nhất định. Đó là sản phẩm cuối để đưa vào sử dụng. Việc tinh luyện bằng cách rửa với axit và kiềm 5 nhằm mục đích loại bỏ những lượng nhỏ các olefin và cải thiện màu của xăng. Việc chưng cất trực tiếp dầu thô là bước xử lí đầu tiên dầu thô và phần xăng động cơ được gọi là xăng trực tiếp (Straight run spirit). Xăng này là phân đoạn tương đối không bị biến đổi của dầu thô nguyên thuỷ. Vì nhu cầu của xăng ôtô, máy bay ngày càng tăng nên hiệu suất x ăng, chất lượng xăng cần phải ngày càng được cải thiện. Vì thế, công nghiệp lọc dầu đã đưa vào các quá trình crackinh các phân đoạn dầu nặng, refominh phân đoạn naphtha nặng, polime hoá các olefin nhẹ, ankyl hóa isobutan bằng các olefin Bằng các phương pháp này sản lượng xăng động cơ thu được từ dầu mỏ tăng lên, và chất lượng xăng cũng tăng. Vì những biến đổi hoá học kể trên nên tên gọi các xăng thu được từ công nghiệp lọc hoá dầu khá phức tạp. 3.2.1 Xăng tự nhiên (natural gasoline - casing - head spirit) Xăng tự nhiên hay xăng thu được từ khí giếng dầu. Khí giếng dầu chứa chủ yếu 5 hiđrocacbon parafin (từ C 1 đến C 5 ). Ngoài ra, còn có thêm một lượng nhỏ hiđrocacbon phân nhánh và vòng có điểm sôi rất gần với các hiđrocacbon parafin ở trên (bảng 14). Bảng 14. Những tính chất của các hiđrocabon trong khí giếng dầu Nhiệt độ sôi (°C) Nhiệt độ tới hạn (°C) Áp suất tới hạn (at) Metan − 164 − 95,5 50 Etan − 84 34 50 Propan − 44 97 44 n-Butan + 0,3 - - iso-Butan − 17 n-Pentan 36 197 33 iso-Pentan 30 194 33 n-hexan 69 250 30 Về ý nghĩa thực tế và kinh tế: hai hiđrocacbon đầu tiên không thể ngưng tụ còn các hiđrocacbon khác cao hơn đều có thể thu hồi được. Thông thường chỉ những hiđrocacbon cao hơn propan tạo nên xăng tự nhiên. Có ba phương pháp được sử dụng để thu hồi hiđrocacbon ngưng tụ: 1 - Nén theo các giai đoạn và làm lạnh. 2 - Hấp thụ vào trong dầu sau đó giải hấp thụ lấy hiđrocacbon. 3 - Hấp phụ trên than ho ạt động. Các quá trình (1) và (2) là phổ biến nhất. Quá trình thu hồi được điều khiển để đảm bảo thu hồi hoàn toàn các pentan và tất cả các hiđrocacbon cao hơn. Trong quá trình đó, một tỉ lệ đáng kể butan đã hoà tan vào trong đó và như vậy sản phẩm có một áp suất hơi có thể là quá cao đối với 6 xăng ôtô. Một xăng tự nhiên không chứa butan có áp suất hơi Reid là 1,4 kg/cm 2 ở 38°C; nhưng nếu xăng chứa 25% butan thì áp suất hơi Reid sẽ tăng lên tới 2,3 kg/cm 2 . Trong xăng không có butan thì tỉ lệ các hiđrocacbon được tạo nên như sau: các pentan lớn gấp hai lần hexan, hexan lớn hơn hai lần so với heptan và octan bằng heptan. Công dụng chính của xăng tự nhiên là dùng để sản xuất các xăng theo yêu cầu của thị trường bằng cách trộn xăng tự nhiên với các xăng khác. Vì mục đích này áp suất hơi của xăng hỗn hợp càng cao càng tốt, vì người ta thấy rằng áp suất hơi càng cao thì chỉ số octan càng cao. 3.2.2 Xăng thu được bằng cách cất trực tiếp từ dầu thô Thành phần hoá học của xăng cất trực tiếp đã tinh luyện được nghiên cứu cẩn thận hơn nhiều so với bất kỳ phân đoạn nào của dầu mỏ. Các xăng này gồm các hiđrocacbon parafin, naphten và aromat. Chúng không chứa các olefin hay các dẫn xuất vòng của propan, butan hay heptan. Các dẫn xuất vòng có thể là xiclopentan và xiclohexan, thậm chí có cả benzen và toluen. Tỉ lệ các loại hiđrocacbon thay đổi rất rộng tuỳ theo nguồn dầu (xem bảng 15). Như vậ y, các naphten và parafin là các cấu tử chính. Xăng cất trực tiếp từ dầu parafin rất giàu parafin (~70%); dầu trung gian có hàm lượng parafin tới 50%, còn dầu thô asphalt có hàm lượng parafin khoảng 3% trong xăng cất trực tiếp. Các xăng giầu naphten và aromat không phổ biến. Dầu thô Borneo cho xăng cất trực tiếp giàu hiđrocacbon aromat. Bảng 15. Thành phần của các xăng cất trực tiếp phụ thuộc vào nguồn dầu Thành phần (%) Khối lượng riêng ở 15°C (g/cm 3 ) Điểm kết thúc (°C) Aromat Naphten Parafin Pensylvania 0,732 207 7 18 75 Oklahoma 0,739 177 10 29 61 Texas 0,750 150 33 21 57 Mehico 0,727 200 10 35 55 Romania 0,736 150 12 30 54 Xăng cất trực tiếp thường lấy trong giới hạn từ 40°C ÷ 200°C. Trong khoảng nhiệt độ này những hiđrocacbon cao cũng bay hơi tạo nên thành phần của xăng (bảng 16). Bảng 16. Các hiđrocabon trong xăng cất trực tiếp + Các n-parafin Công thức Nhiệt độ sôi (°C) Khối lượng riêng ở 20°C (g/cm 3 ) Nhiệt dung riêng (cal/g.°C) Nhiệt hoá hơi (cal/g) 7 Pentan C 5 H 12 37 0,63 - 85,5 Hexan C 6 H 14 69 0,66 0,527 70,4 Heptan C 7 H 16 98 0,68 0,507 76,5 Octan C 8 H 18 125 0,78 0,505 71,0 Nonan C 9 H 20 150 0,72 0,503 - + Các naphten Công thức Nhiệt độ sôi (°C) Khối lượng riêng ở 20°C (g/cm 3 ) Nhiệt dung riêng (cal/g.°C) Nhiệt hoá hơi (cal/g) Xiclo-pentan C 5 H 10 49,5 0,754 - - Xiclo-hetan C 6 H 12 81,4 0,779 0,506 87 Xiclo-heptan C 7 H 14 118,0 0,811 - - Xiclo-octan C 8 H 16 150,6 0,839 - - Xiclo-nonan C 9 H 18 172,0 0,770 - - Chúng ta thấy rằng đối với một xăng, tỉ lệ của phần cất càng cao ở một nhiệt độ thấp thì mức độ bay hơi của xăng càng cao. Nhưng xăng cất trực tiếp theo kiểu này bản thân nó chưa thể là xăng thích hợp cho động cơ ôtô vì các đặc trưng sử dụng của xăng chưa thỏa mãn. 3.2.3 Xăng crackinh và xăng refominh 3.2.3.1 Giới thiệu chung Những đặc trưng cơ bản của một xăng ôtô là gì ? Những đặc trưng này gồm hai loại: 1 - Những đặc trưng gắn liền với đường cong chưng cất (xem phụ lục 2); 2 - Những đặc trưng gắn thành phần hoá học của các hiđrocacbon có mặt trong xăng. Để hiểu rõ vấn đề này, chúng ta theo dõi quá trình của xăng từ bình chứa tới khi ra khỏi động cơ đốt trong. Xăng đi tới bộ chế hoà khí qua ống dẫn. Nếu xăng quá dễ bay hơi, nó sẽ hoá hơi một phần dưới tác dụng của nhiệt toả ra từ động cơ và hình thành trong ống dẫn những bọt khí. Bọt khí này làm gián đoạn dòng xăng chảy vào bộ chế hoà khí. Bởi vậy, cần thiết phải điều chỉnh ngay tại nhà máy lọc dầu áp suất h ơi của xăng ở dưới một giới hạn thích hợp mà áp suất này trong mùa đông sẽ cao hơn mùa hè. 8 Xăng tiếp tục đi qua bộ chế hoà khí tạo nên một hỗn hợp với không khí. Người ta dễ dàng nhận thấy rằng dạng của đường cong chưng cất xăng có một ảnh hưởng đáng kể trước hết lên sự chế hoà khí, sau đó lên cách mà hỗn hợp xăng/không khí (kk) sẽ hoạt động trong động cơ. Khi khởi động động cơ, hỗn hợp nhiên liệu và không khí cần ph ải tương đối giầu để có thể bốc cháy mặc dù xăng bị ngưng tụ khá nhiều khi bị tiếp xúc với các ống làm lạnh. Nói chung, người ta chấp nhận nhiệt độ sôi của điểm 10% đặc trưng cho khởi động máy. Nhiệt độ sôi này thường nằm trong khoảng giữa 50°C và 60°C đối với các ôtô và máy bay. Sự làm việc bình thường của động cơ và đặc biệt khi tă ng tốc phụ thuộc vào sự hoá hơi hoàn toàn của toàn bộ nhiên liệu, người ta chấp nhận rằng nhiệt độ sôi của điểm trung bình, điểm 50%, đảm bảo hoạt động này. Đối với các xăng thông thường, nhiệt độ này thường nằm giữa 90 và 110°C. Điểm sôi cuối cùng, cần thiết là xăng không chứa các phân tử nặng khó bay hơi hoàn toàn trong các điều kiện bình thường, nếu không có thể gây nên sự hoà loãng nhanh dầu của cacte. Mặt khác, sự có mặt của các phân tử nặng có thể gây nên những bất tiện khác đối với động cơ khi động cơ quay nhanh bởi vì sự cháy của các phân tử nặng không nhanh bằng các phân tử nhẹ. Với các động cơ 4000 vòng quay hay lớn hơn, động cơ sẽ thải ra muội do xăng cháy không hoàn toàn. Những phép đo chính xác đã chứng minh rằng sự phân bố của hỗn hợ p xăng/không khí càng bất thường trong xilanh khi nhiệt độ của điểm 90% càng cao. Vì tất cả các nguyên nhân này, điểm cuối cùng của đường cong chưng cất nói chung được giữ ở dưới 190°C đối với các xăng cho ôtô. Còn các xăng cho máy bay, điểm cuối cùng của đường cong chưng cất là trước 170°C. Chúng ta thấy rằng việc phân đoạn cẩn thận của xăng là rất quan trọng và các nhà máy lọc hoá dầ u quan tâm đến vấn đề này suốt trong quá trình sản xuất. Ngược lại, người ta thấy rằng 2 xăng có cùng đường cong chưng cất, cùng một nhiệt trị nhưng có thể có sự khác nhau rất lớn về hiệu suất trong một động cơ. Sở dĩ như vậy vì đặc trưng cho xăng còn có khả năng chống kích nổ. Năm 1927, Graham Edgar đã đưa ra thang octan. Đầu cao là iso-octan (2,2,4-trimetylpentan) một chất chậm n ổ nhất trong số 18 đồng phân của octan. Đầu thấp là n-heptan một chất dễ nổ nhất trong 9 đồng phân của heptan và quy định tương ứng cho những hiđrocacbon trên các giá trị 100 và 0. Đó là thang chỉ số octan. Để xác định chỉ số octan của một xăng người ta sử dụng động cơ CFR (Cooperative of Fuel Research). Đó là động cơ có 1 xilanh và tỉ lệ nén có thể thay đổi được. Tỉ lệ nén có thể thay đổi bằng cách đ iều chỉnh sao cho thu được sự nổ của xăng cần xác định chỉ số octan. Như vậy, sự nổ của xăng tuỳ thuộc vào động cơ. Để các phép đo có tính lặp lại thì cần phải giữ các điều kiện đo thật chính xác, đặc biệt là chế độ quay của động cơ, chế độ này sẽ quyết định sự ma sát cũng như thờ i gian tiếp xúc giữa không khí và hiđrocacbon. Tùy theo cách làm việc của động cơ người ta có thể thu được: - Chỉ số octan nghiên cứu F 1 (RON) hay phương pháp F 1 với động cơ quay 600 vòng/phút. 9 - Chỉ số octan môtơ F 2 (MON) hay phương pháp F 2 với động cơ quay 900 vòng/phút. Chỉ số octan môtơ (MON) của một nhiên liệu nói chung thấp hơn chỉ số octan nghiên cứu (RON). Sự khác nhau giữa hai giá trị RON và MON cho ta biết độ nhạy của nhiên liệu được nghiên cứu. Thực tế người ta thấy những kết quả đo theo phương pháp môtơ (MON) là rất thỏa đáng ngay cả đối với xăng có bản chất parafin. Các giá trị MON đặc trưng cho tính chất của nhiên li ệu khi xe đi trên đường vận chuyển dài tốc độ cao. Còn chỉ số RON lại đặc trưng cho tính chất của nhiên liệu khi xe đi trong thành phố ở tốc độ vừa phải và thường xuyên phải tăng tốc. Với xăng máy bay người ta dùng phương pháp F 3 với động cơ có số vòng quay là 1200 v/ph. Còn phương pháp F 4 đặc trưng cho tính chất nhiên liệu dùng khi máy bay cất cánh hay máy bay chiến đấu được xác định với động cơ có số vòng quay 1800 v/ph. Như vậy, chỉ số octan quyết định chất lượng cháy của nhiên liệu và các điều kiện tối ưu được sử dụng, chỉ số octan gắn liền với khái niệm về hiệu suất sử dụng nhiên liệu. Hiệu suất nhiệt động học c ủa một vòng hoạt động của động cơ đốt trong ôtô hay máy bay tăng khi tăng tỉ lệ nén. Nghĩa là tỉ số của thể tích xilanh (ở điểm chết thấp) với thể tích của xilanh ở điểm chết cao càng lớn. Nhưng có một giới hạn trên cho sự tăng tỉ số nén này. Ở trên giới hạn này, hiệu suất sẽ giảm đi và xuất hiện tiếng gõ lách cách củ a kim loại. Khi động cơ hoạt động bình thường (không có tiếng gõ) sự cháy của hỗn hợp không khí - nhiên liệu (kk - nl) (được bắt đầu bằng tia lửa từ bugi) được truyền theo các sóng đồng tâm với tốc độ truyền lửa khoảng vài mét/giây. Tuyến lửa trong khi truyền, nén phần còn lại của kk - nl chưa bị cháy làm tăng nhiệt độ của hỗn hợp. Những điều kiện nhiệt độ và áp suất quá cao này thuận lợi cho sự hình thành các hợp chất peoxit kém bền vững. Khi nồng độ của chúng trong hỗn hợp đạt đến một giá trị thích hợp thì chúng tự phân hủy một cách đột ngột gây nên sự nổ. Sự nổ này được đặc trưng bằng một tốc độ rất lớn sự truyền sóng. Sóng này đập vào nắp xilanh và đầu của pittong gây nên tiếng nổ mạnh. Vậy tiếng gõ lách cách là kết quả củ a sóng cơ học và nhiệt gây ra. Sóng cơ học tác động đến động cơ, song người ta có thể chế tạo được các động cơ không bị ảnh hưởng bởi sóng này. Nhưng hiệu ứng nhiệt lại rất nguy hiểm, cần thiết phải làm lạnh để loại bớt nhiệt toả ra khi nhiên liệu cháy. Nếu không động cơ bị đốt nóng thuận lợi cho quá trình tạo peoxit, tạo muội cacbon bám trên đầu pittong. Mu ội này bị nóng đỏ gây nên sự tự cháy của nhiên liệu mà không cần bugi đánh lửa và động cơ vẫn tiếp tục quay khi ta đã ngắt tiếp xúc. Như vậy, đối với một nhiên liệu đã cho sự nổ gắn liền với việc chế tạo động cơ, hệ số nén, độ rối của dòng kk - nl, dạng của nắp xilanh, chất lượng của bugi. Đối với một độ ng cơ đã cho, sự nổ phụ thuộc vào thành phần nhiên liệu. Các yếu tố trên dẫn tới việc phải sử dụng phương pháp phân loại các nhiên liệu tuỳ theo chất lượng kháng nổ của chúng trong động cơ. Nguyên tắc của việc phân loại các nhiên liệu là so sánh chúng trên cùng một động cơ chuẩn tính chất của mẫu nghiên cứu với tính chất của một hỗn hợp hiđrocacbon tinh khiết lấy làm chu ẩn. Bảng 17. Các đặc trưng của xăng thường và xăng cao cấp ở Pháp Quy định Xăng thường Xăng cao cấp 10 Hỗn hợp các hiđrocacbon có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp Màu Đỏ Vàng sáng Khối lượng riêng (kg/l) ≤ 0,765 ≤ 0,770 Đặc trưng chưng cất: % Thể tích ở 70°C ≥ 10% % Thể tích ở 140°C ≥ 50% % Thể tích ở 195°C ≥ 45% Khoảng cách điểm 5% và điểm 90% > 60°C Điểm cuối cùng ≤ 205°C Cặn (% thể tích) < 2,5 < 3 Áp suất hơi ở 37,8°C: - Từ 15/10 đến 30/4 (mùa đông) ≤ 0,8 at - Từ 1/5 đến 14/10 (mùa hè) ≤ 0,65 at Hàm lượng lưu huỳnh (% khối lượng) < 0,20 < 0,15 Ăn mòn tấm đồng 1b cực đại Hàm lượng gôm hiện hành ≤ 10 mg/cm 3 RON 89 ÷ 92 97 ÷ 99 Hàm lượng chì ≤ 0,40 g/l - Động cơ chuẩn đó là động cơ CFR đã nói ở trên - Hiđrocacbon chuẩn là: n-C 7 H 16 có OC = 0 và iso-C 8 H 18 (2,2,4-trimetylpentan) có OC = 100. Như vậy, một nhiên liệu có chỉ số octan là X, nếu trong động cơ CFR nó gây nên một tiếng gõ tương đương với tiếng gõ quan sát thấy của một hỗn hợp gồm X phần trăm thể tích iso-octan và (100 − x) phần trăm thể tích n-heptan. Ngoài những chất lượng về độ bay hơi và chỉ số octan đã nói ở trên, một nhiên liệu ôtô không được chứa các hợp chất của lưu huỳnh có mùi hôi, các hợ p chất có tính axit ăn mòn thiết bị chứa xăng cũng như động cơ. Xăng phải không được chứa gôm, vì gôm có thể gây nên hiệu quả bít nhanh các lỗ phun và supap. Bảng 17 trình bày các đặc trưng của xăng thường và xăng cao cấp được sử dụng ở Pháp. Trong thời gian gần đây, quy định của xăng cao cấp đã bị thay đổi và chấp nhận sự có mặt của những hợp chấ t hữu cơ chứa oxi như CH 3 OH, C 2 H 5 OH, C 4 H 9 OH hay các ete như MTBE. Nói chung, các hợp chất này có chỉ số octan cao (>100) nhưng chúng có thể gây ăn mòn thiết bị hoặc gây trở ngại cho sự phối trộn nhiên liệu nếu chúng có lẫn hơi nước. Để làm tăng chất lượng của xăng người ta có thể dùng xăng crackinh và xăng refominh. [...]... chính của các nhiên liệu khí là không chứa các chất bẩn vô cơ, hàm lượng nhiên liệu cao, thuận tiện và hiệu quả trong sử dụng, nhưng hệ thống dẫn khí, bảo quản và tàng trữ lại đắt nhất trong tất cả các nhiên liệu Các nhiên liệu khí quan trọng từ dầu mỏ và khí thiên nhiên là: - Khí thiên nhiên (natural gas); - Khí hóa lỏng - LPG (Liquified Petroleum Gas); - Khí từ nhà máy lọc dầu (refinery gas); - Khí được... cháy nhanh của khí phụ thuộc vào tốc độ truyền lửa của nó Các khí giàu có chỉ số Wobbe > 8500 (ví dụ, khí thiên nhiên từ 9000 đến 13000, LPG từ 18000 đến 22000 kcal/Nm3) Người ta có thể phân loại nhiên liệu khí dựa vào chỉ số Wobbe (bảng 25) Thông thường các khí giàu thuộc về nhóm 1, 2; còn các khí nghèo thuộc về nhóm 5, 6, 7 3.4.1.1 Khí thiên nhiên Khí thiên nhiên thường là hỗn hợp của các hiđrocacbon... /cockinh Cặn, dầu nặng Cốc 5 ÷ 10 Refominh xúc tác Naphta nhẹ Aromat, xăng 5 ÷ 10 Ankyl hóa /polime hóa Các khí C4H10 và olefin Xăng 10 ÷ 15 Crackinh xúc tác Olefin C2, C3 cho hóa dầu 15 ÷ 20 Dầu gazoin 3.4.1.4 Khí được sản xuất từ dầu - Khí dầu (Oil Gasification Processes - Oil gas) Khí dầu được sản xuất bằng cách khí hóa các sản phẩm dầu Khí dầu được sử dụng làm nhiên liệu khí hay được sử dụng làm khí tổng... khô, còn khi khí thiên nhiên chứa phần condensat nhiều hơn (> 50 mg/m3), người ta gọi là khí thiên nhiên ướt Phần condensat được thu hồi này chính là xăng tự nhiên và xăng này được sử dụng để trộn với các nhiên liệu khác Việc thu hồi condensat từ khí thiên nhiên được thực hiện bằng cách nén và làm lạnh, hay hấp phụ trên các vật liệu rắn xốp Thành phần điển hình và tính chất của khí thiên nhiên được trình... yếu Khí thiên nhiên tồn tại trong các mỏ khí trong lòng đất, đồng thời cũng tồn tại trong các mỏ dầu, gọi là khí đồng hành Khí đồng hành sau khi lấy từ giếng dầu lên, được xử lí loại bỏ hơi nước và bùn cát phân tán, sau đó được xử lí để thu hồi phần xăng và khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG) Khi khí thiên nhiên chứa rất ít phần condensat (< 5 mg/m3) có thể thu hồi được thì người ta gọi là khí thiên nhiên. .. bày trong bảng 26 Khí thiên nhiên ở một số mỏ chứa nhiều N2, CO2 và một lượng heli có khả năng thu hồi Đôi khi H2S cũng có trong thành phần khí thiên nhiên, người ta có thể thu hồi lưu huỳnh dưới dạng nguyên tố Khí thiên nhiên không có H2S được gọi là khí ngọt Khí thiên nhiên được dùng làm nhiên liệu để nấu nướng, sưởi ấm và đốt nóng công nghiệp Khí thiên nhiên còn được dùng làm nguyên liệu đầu sản xuất... không khí là 1), lượng không khí cháy lý thuyết là 26 Nm3/Nm3 3.4.1.3 Khí từ nhà máy lọc dầu Khi chưng cất dầu thô và thực hiện các quá trình chế biến dầu ở nhà máy lọc dầu người ta thường thu được các khí: - Parafin như metan, etan, propan, butan - Olefin như etilen, propen, buten - Các khí khác như hiđro sunfua, hiđro Thông thường các hiđrocacbon C3 và C4 được tách ra khỏi khí nhà máy lọc dầu bằng cách... hay axetoperoxit 23 Khi thêm các lượng nhỏ từ 1 ÷ 1,5% các chất trên sẽ làm tăng chỉ số xetan lên 23 ÷ 29% Một điều bất tiện là khi thêm các chất làm tăng chỉ số xetan sẽ làm cho động cơ khó khởi động ở điều kiện lạnh, vì thế việc sử dụng các phụ gia loại này không được phổ biến 3.4 Nhiên liệu khí Nhiên liệu khí là các nhiên liệu được đốt cháy ở trạng thái khí trong không khí hay oxi tạo ra nhiệt sử... rộng các nhiên liệu từ các distillat của dầu thô đến các phân đoạn chưng cất dầu than đá và các dầu thực vật 3.3.1 Dầu gazoin Vì là một sản phẩm thu được từ chưng cất nên dầu gazoin thay đổi về thành phần tuỳ theo bản chất của dầu thô nhưng một số tính chất đặc trưng phải được thoả mãn đó là điểm chớp cháy, khoảng nhiệt độ chưng cất (từ 200 ÷ 320°C) Bảng dưới đây minh hoạ một số tính chất của dầu gazoin... dưới dạng các khí LPG Từ hiđro sunfua người ta thu hồi lấy lưu huỳnh nguyên tố để sản xuất axit sunfuric Hiđro và các hiđrocacbon cao hơn được sử dụng làm nguyên liệu sản xuất trong công nghiệp hóa dầu, còn các khí khác không thể thu hồi thì được đốt trong không khí để giảm ô nhiễm Tùy thuộc vào bản chất của dầu thô và phạm vi chế biến các sản phẩm dầu, thành phần các khí từ nhà máy lọc dầu có thể . bằng cách cất trực tiếp từ dầu thô 6 3.2.3 Xăng crackinh và xăng refominh 7 3.3 Nhiên liệu điezen (DO) 18 3.4 Nhiên liệu khí 23 Chương 3. Các nhiên liệu từ dầu mỏ, khí thiên nhiên . Nhiên liệu dầu khí NXB Đại học quốc gia Hà Nội 2007. Tr 35 – 63. Từ khoá: Các nhiên liệu từ dầu mỏ, khí thiên nhiên. Tài liệu trong Thư viện điện tử ĐH Khoa học Tự nhiên có thể. C 7 : - n-heptan: CH 3 -( CH 2 ) 5 -CH 3 có chỉ số octan 0 (theo quy ước). - 2-metylhexan : CH 3 -CH(CH 3 )-CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 có chỉ số octan 45. - 3-metylhexan: CH 3 -CH 2 -CH(CH 3 )-CH 2 -CH 2 -CH 3