Chuong 1b ung dung cac phan doan dau mo nang

Môn: HÓA HỌC VÀ SẢN PHẨM DẦU GS.TS Đinh Thị Ngọ Nội dung chương 1b 1.4 Phân đoạn gasoil nhẹ (Diesel) 1.5 Phân đoạn gasoil nặng (Dầu nhờn) 1.6 Phân đoạn cặn gudron (Cặn dầu mỏ) 1.4 Phân đoạn gasoil nhẹ a.Thành phần hoá học -Phần lớn phân đoạn n-parafin, izo-parafin, hydro-cacbon thơm Ở cuối phân đoạn có n-parafin có nhiệt độ kết tinh cao, chúng thành phần gây tính linh động phân đoạn nhiệt độ thấp Trong gasoil, naphten thơm hai vòng chủ yếu, chất có ba vòng bắt đầu tăng lên hợp chất với cấu trúc hỗn hợp (giữa naphten thơm) -Hàm lượng chất chứa S, N, O tăng nhanh Lưu huỳnh chủ yếu dạng disunfua, dị vòng Các chất chứa oxy (ở dạng axit naphtenic) có nhiều đạt cực đại phân đoạn Ngoài chất dạng phenol dimetylphenol Trong gasoil xuất nhựa, song ít, trọng lượng phân tử nhựa thấp (300 ÷ 400 đ.v C) 1.4 Phân đoạn gasoil nhẹ b.Ứng dụng làm nhiên liệu diesel *Động diesel -Động diesel làm việc theo nguyên tắc kỳ động xăng, khác động xăng chỗ: + Ở động diesel, hỗn hợp nhiên liệu đưa vào xylanh, không khí nén trước có nhiệt độ cao, nhiên liệu tự bốc cháy Động xăng có tỷ số nén thấp so với động diesel (tỷ số nén tỷ số thể tích xylanh piston nằm vị trí điểm chết điểm chết so với phần thể tích chết phần trên) +Với động xăng, tỷ lệ từ 7/1 đến 11/1, động diesel từ 14/1 đến 17/1; động diesel có công suất lớn động xăng tiêu hao lượng nhiên liệu Động diesel Động diesel Động diesel kỳ Mercedes-Benz: Engine OM651 - dòng năm Động diesel 2008 b.Ứng dụng làm nhiên liệu diesel *Nguyên lý làm việc Hành trình động diesel theo chu kỳ: hút, nén, cháy, thải Khi piston từ điểm chết xuống điểm chết dưới, van nạp mở ra, không khí hút vào xylanh; sau van nạp đóng lại; piston lại từ điểm chết lên điểm chất trên, thực trình nén không khí Do bị o nén, áp suất tăng, dẫn đến nhiệt độ tăng, tới 500 đến 700 C Khi piston đến gần điểm chết trên, nhiên liệu phun vào xylanh (nhờ bơm cao áp) dạng sương, gặp không khí nhiệt độ cao tự bốc cháy Khi cháy, áp suất tăng mạnh đẩy piston từ vị trí điểm chết xuống điểm chết thực trình dãn nở sinh công có ích truyền qua hệ thống truyền làm chạy máy Piston sau lại từ điểm chết lên điểm chết để thải sản phẩm cháy qua van thải tiếp tục thực hành trình b.Ứng dụng làm nhiên liệu diesel * Bản chất trình cháy -Nhiên liệu sau phun vào xylanh không tự cháy ngay, mà phải có thời gian để oxy hoá sâu hydrocacbon nhiên liệu, tạo hợp chất chứa oxy trung gian, có khả tự bốc cháy Khoảng thời gian gọi thời gian cảm ứng hay thời gian cháy trễ Thời gian cảm ứng ngắn tốt, lúc nhiên liệu cháy điều hoà -Như vậy, để có thời gian cháy trễ ngắn nhiên liệu phải có nhiều chất n-parafin, cấu tử dễ bị oxy hoá, tức dễ tự bốc cháy Còn izo-parafin hợp chất hydrocacbon thơm khó bị oxy hoá nên thời gian cháy trễ dài, khả tự bốc cháy Có thể xếp thứ tự theo chiều giảm khả oxy hoá (tức tăng thời gian cảm ứng) hydrocacbon sau: • n-parafin < naphten < izo-olefin < hydrocacbon thơm < n-olefin < izo-naphten < izo-parafin b.Ứng dụng làm nhiên liệu diesel *Trị số xetan -Để đặc trưng cho khả tự bốc cháy nhiên liệu diesel, người ta sử dụng đại lượng trị số xetan Trị số xetan đơn vị đo quy ước, đặc trưng cho khả tự bắt lửa nhiên liệu diesel, số nguyên, có giá trị giá trị hỗn hợp chuẩn có khả tự bắt cháy Hỗn hợp chuẩn gồm hai hydrocacbon: n-xetan (C16H34) quy định 100, có khả tự bắt cháy tốt α-metyl naphtalen (C11H10) quy định 0, có khả tự bốc cháy -Các hydrocacbon khác có trị số xetan khác nhau: mạch thẳng dài, trị số xetan cao; ngược lại, hydrocacbon thơm nhiều vòng, trị số xetan thấp b.Ứng dụng làm nhiên liệu diesel *Trị số xetan f.Ứng dụng phân đoạn để sản xuất sản phẩm trắng -Các sản phẩm trắng tên gọi ba loại nhiên liệu là: xăng, kerosen, diesel Đó loại nhiên liệu sử dụng nhiều nhất, quan trọng -Để làm tăng số lượng nhiên liệu này, tiến hành phân huỷ gasoil nặng phương pháp cracking hydrocracking Với cách này, biến cấu tử C21 ÷ C40 thành xăng (C5 ÷ C11), kerosen (C11 ÷ C16), diesel (C16 ÷ C20), vậy, nâng cao hiệu suất sử dụng dầu mỏ 1.5.Phân đoạn cặn gudron 3.5.1.Thành phần hoá học -Gudron phần lại sau phân tách phân đoạn kể trên, có nhiệt độ sôi lớn o 500 C, gồm hydrocacbon có số nguyên tử cacbon lớn C41, giới hạn cuối đến C80 -Thành phần phân đoạn phức tạp Có thể chia thành ba nhóm sau: *Nhóm chất dầu -Nhóm chất dầu bao gồm hydrocacbon có phân tử lượng lớn, tập trung nhiều hợp chất thơm có độ ngưng tụ cao, cấu trúc hỗn hợp nhiều vòng thơm naphten; nhóm hợp chất nhẹ nhất, có tỷ trọng xấp xỉ 1, hoà tan xăng, n-pentan, CS2, , không hoà tan cồn Trong phân đoạn cặn, nhóm dầu chiếm khoảng 45 đến 46% 1.5.Phân đoạn cặn gudron *Nhóm chất nhựa (còn gọi nhóm malten) -Nhóm dạng keo quánh; gồm hai nhóm thành phần, chất trung tính chất axit o Các chất trung tính có màu đen nâu, nhiệt độ hoá nềm nhỏ 100 C, tỷ trọng lớn 1, dễ dàng hoà tan xăng, naphta Nhóm chiếm khoảng 10 đến 15% khối lượng cặn gudron -Các chất axit chất có nhóm −COOH, màu nâu sẫm, tỷ trọng lớn 1, dễ hoà tan cloroform rượu etylic, chất axit tạo cho nhựa có tính hoạt động bề mặt Khả kết dính bitum phụ thuộc vào hàm lượng chất axit có nhựa; chiếm khoảng 1% cặn dầu mỏ 1.5.Phân đoạn cặn gudron Nhóm asphanten -Nhóm asphanten nhóm chất rắn màu đen, cấu tạo tinh thể, tỷ trọng lớn 1, chứa phần lớn hợp chất dị vòng có khả hoà tan mạnh cacbon disunfua (CS2) o Đun 300 C không bị nóng chảy mà bị cháy thành tro -Ngoài ba nhóm chất nói trên, cặn gudron có hợp chất kim kim loại nặng, chất cacben, cacboit rắn, giống cốc, màu sẫm, không tan dung môi thông thường, tan pyridin 1.5.2.Ứng dụng phân đoạn cặn gudron a.Sản xuất bitum *Thành phần hoá học bitum -Bitum hỗn hợp phức tạp nhiều loại chất, hàm lượng nguyên tố thu sau: Cacbon (C) 80 ÷ 87% Hydro (H) 10 ÷ 15% Lưu huỳnh (S) ÷ 8% Nitơ (N) 0,5 ÷ 2% Oxy (O) ÷ 5% -Trong nguyên tố kể trên, hàm lượng cacbon hydro chiếm tỷ lệ tương đối lớn Qua thấy nhóm dầu phận chủ yếu để tạo thành bitum 1.5.2.Ứng dụng phân đoạn cặn gudron a.Sản xuất bitum -Các chất asphanten định tính rắn bitum, có nghĩa muốn bitum rắn phải có hàm lượng asphanten cao -Các chất nhựa định tính dẻo khả gắn kết (tính xi măng hoá) bitum -Các chất dầu làm tăng khả chịu đựng sương gió, nắng mưa bitum -Một loại bitum tốt, chịu thời tiết tốt, có độ bền cao phải có thành phần sau: 25% nhựa, 15 đến 18% asphanten, 52 đến 54% dầu Tỷ lệ asphanten nhựa khoảng 0,5 đến 0,6 Tỷ lệ nhựa asphanten so với dầu từ 0,8 đến 0,9 1.5.2.Ứng dụng phân đoạn cặn gudron a.Sản xuất bitum -Cặn dầu mỏ chứa nhiều parafin rắn nguyên liệu xấu sản xuất bitum Bitum có độ bền thấp, tính gắn kết có nhiều hydrocacbon không phân cực Ngược lại, cặn dầu mỏ loại aromatic naphten - aromatic nguyên liệu tốt để sản xuất bitum -Các bitum có chất lượng chưa tốt biến tính để thu chất lượng cao cách oxy hoá o với O2 không khí 170 đến 260 C Trong trình oxy hoá, số phần dầu chuyển sang nhựa, nhựa chuyển thành asphanten, thay đổi thành phần loại bitum không tốt 1.5.2.Ứng dụng phân đoạn cặn gudron Một số tính chất đặc trưng bitum −Độ xuyên kim: đại lượng đặc trưng cho độ quánh bitum, tính milimét o chiều sâu lún xuống kim đặt tải trọng 100g thời gian giây 25 C Độ lún kim nhỏ, bitum quánh −Độ dãn dài: đại lượng đặc trưng cho tính dẻo bitum; tính centimét o kéo căng mẫu có tiết diện quy định 25 C với tốc độ kéo cm/ph Độ kéo dài lớn tính dẻo bitum cao −Tính ổn định nhiệt (thể qua nhiệt độ chảy mềm) Khi nhiệt độ thay đổi, tính cứng, tính dẻo bitum thay đổi theo Nếu thay đổi nhỏ tính ổn định nhiệt bitum cao Xác định độ xuyên kim Xác định độ dãn dài Xác định độ chảy mềm 1.5.2.Ứng dụng phân đoạn cặn gudron Ứng dụng phân đoạn cặn làm nhiên liệu đốt lò -Có thể sử dụng trực tiếp phân đoạn cặn dầu mỏ làm nhiên liệu đốt lò Nhiệt nhiên liệu vào khoảng 9000-10.000 kcal/kg Tỷ lệ C H thấp, nhiệt dầu cao -Nếu nhiên liệu có hàm lượng kim loại nặng lớn (điển hình V, Ni), cháy tạo hợp kim với sắt có nhiệt độ nóng chảy thấp( ví dụ vanadat sắt), dẫn đến thủng lò  Hàm lượng kim loại thấp tốt ( cỡ vài ppm) 1.5.2.Ứng dụng phân đoạn cặn gudron Một số hình ảnh lò đốt công nghiệp Lò đốt sử dụng nhiên liệu FO Kết thúc Chương 1b GS.TS Đinh Thị Ngọ [...]... 1.5.Phân đoạn cặn gudron 3 Nhóm asphanten -Nhóm asphanten là nhóm chất rắn màu đen, cấu tạo tinh thể, tỷ trọng lớn hơn 1, chứa phần lớn các hợp chất dị vòng có khả năng hoà tan mạnh trong cacbon disunfua (CS2) o Đun ở 300 C không bị nóng chảy mà bị cháy thành tro -Ngoài ba nhóm chất chính nói trên, trong cặn gudron còn có các hợp chất cơ kim của kim loại nặng, các chất cacben, cacboit rắn, giống như cốc,... đã phân tách các phân đoạn kể trên, có nhiệt độ sôi lớn o hơn 500 C, gồm các hydrocacbon có số nguyên tử cacbon lớn hơn C41, giới hạn cuối cùng có thể đến C80 -Thành phần của phân đoạn này rất phức tạp Có thể chia thành ba nhóm chính sau: *Nhóm chất dầu -Nhóm chất dầu bao gồm các hydrocacbon có phân tử lượng lớn, tập trung nhiều các hợp chất thơm có độ ngưng tụ cao, cấu trúc hỗn hợp nhiều vòng giữa... tại nhỏ -Độ nhớt của dầu nhờn phụ thuộc chủ yếu vào thành phần hoá học -Các hydrocacbon parafinic có độ nhớt thấp hơn so với các loại khác Chiều dài và độ phân nhánh của mạch hydrocacbon càng lớn, độ nhớt sẽ tăng lên -Các hydrocacbon thơm và naphten có độ nhớt cao Đặc biệt, số vòng càng nhiều thì độ nhớt càng lớn Các hydrocacbon hỗn hợp giữa thơm và naphten có độ nhớt cao nhất d.Các đặc trưng cơ bản... không tan trong các dung môi thông thường, chỉ tan trong pyridin 1.5.2.Ứng dụng của phân đoạn cặn gudron a.Sản xuất bitum *Thành phần hoá học của bitum -Bitum là hỗn hợp phức tạp của nhiều loại chất, trong đó hàm lượng các nguyên tố thu được như sau: Cacbon (C) 80 ÷ 87% Hydro (H) 10 ÷ 15% Lưu huỳnh (S) 2 ÷ 8% Nitơ (N) 0,5 ÷ 2% Oxy (O) 1 ÷ 5% -Trong các nguyên tố kể trên, hàm lượng cacbon và hydro chiếm... lượng các hợp chất của S, N, O tăng mạnh: hơn 50% lượng lưu huỳnh có trong dầu mỏ tập trung ở phân đoạn này, gồm các dạng như disunfua, thiophen, sunfua vòng Các chất nitơ thường ở dạng đồng đẳng của pyridin, pyrol và cacbazol Các hợp chất oxy ở dạng axit Các kim loại nặng như V, Ni, Cu, Pb, ; các chất nhựa, asphanten đều có mặt trong phân đoạn 1.5.Phân đoạn gasoil nặng 1.5.Phân đoạn gasoil nặng b.Ứng... -Các chất asphanten quyết định tính rắn của bitum, có nghĩa là muốn bitum càng rắn thì phải có hàm lượng asphanten càng cao -Các chất nhựa quyết định tính dẻo và khả năng gắn kết (tính xi măng hoá) của bitum -Các chất dầu làm tăng khả năng chịu đựng sương gió, nắng mưa của bitum -Một loại bitum tốt, chịu thời tiết tốt, có độ bền cao thì phải có thành phần như sau: 25% nhựa, 15 đến 18% asphanten, 52... tử lượng quá lớn để tránh sự kết tinh − Các hydrocacbon naphtenic hoặc thơm ít vòng, có nhánh phụ dài; các cấu tử này là nguyên liệu lý tưởng để sản xuất dầu nhờn gốc, vì chúng vừa cho độ nhớt cao (tính chất của các vòng naphten, vòng thơm); vừa cho chỉ số độ nhớt cao (tính chất của nhánh phụ - parafin) *Những phân đoạn dầu nhờn của họ naphtenic hoặc trung gian giữa naphteno - aromatic không thể sản... một số thành phần nhiên liệu trước khi cháy, ở nhiệt độ cao trong xylanh bị thiếu oxy nên phân huỷ thành cacbon tự do, tạo thành muội, theo phản ứng: CxHy •  xC + y/2 H2 Nếu trị số xetan thấp sẽ xảy ra quá trình cháy kích nổ b.Ứng dụng làm nhiên liệu diesel *Ảnh hưởng của các hợp chất phi hydrocacbon • Các chất chứa S làm cho chất lượng nhiên liệu xấu đi, vì khi cháy tạo ra SO2, SO3 gây ăn mòn mạnh;... phân đoạn cặn, nhóm dầu chiếm khoảng 45 đến 46% 1.5.Phân đoạn cặn gudron *Nhóm chất nhựa (còn gọi là nhóm malten) -Nhóm này ở dạng keo quánh; gồm hai nhóm thành phần, đó là các chất trung tính và các chất axit o Các chất trung tính có màu đen hoặc nâu, nhiệt độ hoá nềm nhỏ hơn 100 C, tỷ trọng lớn hơn 1, dễ dàng hoà tan trong xăng, naphta Nhóm này chiếm khoảng 10 đến 15% khối lượng của cặn gudron -Các... đựng sương gió, nắng mưa của bitum -Một loại bitum tốt, chịu thời tiết tốt, có độ bền cao thì phải có thành phần như sau: 25% nhựa, 15 đến 18% asphanten, 52 đến 54% dầu Tỷ lệ asphanten và nhựa khoảng 0,5 đến 0,6 Tỷ lệ nhựa và asphanten so với dầu từ 0,8 đến 0,9