Đánh giá tác động của một số phụ gia độ dẫn điện đến chất lượng của nhiên liệu phản lực jet a 1

đại học bách khoa hà nội luận văn thạc sĩ B GIO DC V O TO TRNG I HC BCH KHOA H NI - PHAN TRUNG HIU NH GI TC NG CA MT S PH GIA N CHT LNG CA NHIấN LIU PHN LC JET A-1 CHUYấN NGNH : K THUT HểA HC LUN VN THC S K THUT NGI HNG DN : PGS.TS PHM THANH HUYN H Ni 2011 đại học bách khoa hà nội luận văn thạc sĩ Trang Mục lục Lời cảm ơn Lời mở đầu Phần I tổng quan 1.1 Giới thiệu chung nhiên liệu hàng không 1.2 Thành phần hoá học nhiên liệu phản lực 1.2.1 Thành phần hoá học, ảnh hởng thành phần hoá học đến trình cháy nhiên liệu động phản lực 1.2.2 Thành phần phụ gia 1.3 Phụ gia cho nhiên liệu phản lực 1.3.1 Phụ gia ức chế đóng băng cho nhiên liệu phản lực 10 1.3.2 Phụ gia chống oxy hoá 13 1.3.3 Phụ gia chống tĩnh điện 14 1.3.3.1 Tác hại tĩnh điện 14 1.3.3.2 Cơ chế tích điện nhiên liệu bồn kim loại 15 1.3.3.3 Cơ chế tích điện bồn chứa vật liệu phi kim 16 1.3.3.4 Thành phần phụ gia chống tĩnh điện 17 1.3.4 Một số loại phụ gia khác cho nhiên liệu phản lực 18 1.4 Bảo quản nhiên liệu qúa trình vận chuyển tồn chứa 19 1.4.1 Các tiêu chuẩn liên quan đến vận chuyển tồn chứa nhiên liệu 19 1.4.2 Chống bay hao hụt 19 1.4.3 Chống biến chất nhiên liệu 20 đại học bách khoa hà nội luận văn thạc sĩ 1.5 Các phơng pháp kiểm tra chất lợng nhiên liệu phản lực 20 1.5.1 Xác định màu Saybolt 20 1.5.2 Xác định thành phần cất áp suất khí 21 1.5.3 Xác định điểm chớp cháy cốc kín thiết bị thử có kích thớc 22 nhỏ 1.5.4 Xác định điểm băng 22 1.5.5 Xác định khối lợng riêng 23 1.5.6 Xác định độ ăn mòn đồng phép thử đồng 23 1.5.7 Xác định hàm lợng nhựa phơng pháp bay 24 1.5.8 Xác định trị số tách nớc máy đo loại xách tay 24 1.5.9 Xác định độ dẫn điện 25 Phần II Thực nghiệm phơng pháp nghiên cứu 27 2.1 Chuẩn bị mẫu 27 2.2 Các phơng pháp phân tích tiêu chất lợng nhiên liệu 29 2.2.1 Xác định màu Saybolt 29 2.2.2 Xác định thành phần cất áp suất khí 29 2.2.3 Xác định điểm chớp cháy cốc kín thiết bị thử có kích thớc 30 nhỏ 2.2.4 Xác định điểm băng 31 2.2.5 Xác định khối lợng riêng 32 2.2.6 Xác định độ ăn mòn đồng phép thử đồng 33 2.2.7 Xác định hàm lợng nhựa phơng pháp bay 35 2.2.8 Xác định trị số tách nớc máy đo loại xách tay 37 đại học bách khoa hà nội luận văn thạc sĩ 2.2.9 Xác định độ dẫn điện 40 2.2.10 Xác định điểm anilin 40 Phần III Kết thảo luận 42 3.1 Đánh giá chất lợng số loại nhiên liệu phản lực 42 3.2 ảnh hởng phụ gia chống tĩnh điện tới chất lợng nhiên liệu 48 Jet A-1 3.2.1 ảnh hởng nhiệt độ tới độ dẫn điện nhiên liệu Jet A-1 49 3.2.2 ảnh hởng hàm lợng phụ gia chống tĩnh điện Stadis 450 tới 57 độ dẫn điện nhiên liệu Jet A-1 3.2.3 ảnh hởng thời gian tới độ dẫn điện nhiên liệu Jet A-1 59 3.2.4 ảnh hởng phụ gia chống tĩnh điện Stadis 450 tới chất lợng 60 nhiên liệu Jet A-1 3.3 ảnh hởng việc pha phụ gia ức chế đóng băng tới chất lợng 64 nhiên liệu Jet A-1 3.3.1 ảnh hởng hàm lợng phụ gia ức chế đóng băng tới điểm 64 băng nhiên liệu Jet A-1 3.3.2 Sự thay đổi điểm băng nhiên liệu theo thời gian bảo quản 70 mẫu 3.3.3 ảnh hởng phụ gia ức chế đóng băng tới chất lợng nhiên 75 liệu Jet A-1 3.4 ảnh hởng hỗn hợp phụ gia tới chất lợng nhiên liệu Jet A-1 78 Kết luận 83 Tài liệu tham khảo 84 đại học bách khoa hà nội luận văn thạc sĩ Lời cảm ơn Sau gần năm nghiên cứu tìm hiểu tài liệu chuyên môn với hớng dẫn tận tình cô giáo PGS.TS Phạm Thanh Huyền em hoàn thành luận văn với đề tài "Nghiên cứu ảnh hởng phụ gia đến chất lợng nhiên liệu phản lực Jet A-1 Để có đợc kiến thức trang luận văn nỗ lực thân, em xin đợc gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Cô giáo PGS.TS Phạm Thanh Huyền ngời trực tiếp hớng dẫn, cung cấp cho em kiến thức để em có viết hoàn chỉnh nhiên liệu phản lực Em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy cô giáo Viện Kỹ thuật Hoá học trang bị cho em kiến thức cần thiết hoá dầu suốt trình học tập trờng Xin đợc cảm ơn đồng nghiệp công tác Phòng Thử nghiệm XN Xăng dầu Hàng không Miền Bắc cung cấp tài liệu, kinh nghiệm chuyên môn giúp hoàn thành luận văn Luận văn hoàn thành nhng kiến thức thân hạn chế thời gian nghiên cứu có hạn nên em cha thể sâu tìm hiểu hết vấn đề Và trình thực không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đợc góp ý Thầy Cô giáo để luận văn hoàn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn! Ngày 14 tháng 10 năm 2011 Học viên Phan Trung Hiếu đại học bách khoa hà nội luận văn thạc sĩ Lời mở đầu Trong tiến trình phát triển chung nhân loại, dầu mỏ đợc ngời biết đến từ lâu Thế kỷ 18 dầu mỏ đợc sử dụng làm nhiên liệu đốt cháy, thắp sáng Sang kỷ 19 dầu mỏ đợc coi nguyên liệu cho phơng tiện giao thông cho kinh tế quốc dân Đến dầu mỏ trở thành nguồn lợng quan trọng cho quốc gia giới Theo xu chung thời đại, loại động cồng kềnh đợc thay loại động gọn nhẹ với công suất lớn Một phơng tiện bảo vệ an ninh quốc phòng, vận chuyển hàng hoá thông thơng quốc tế có hiệu cao ngành hàng không Trong động phản lực tỏ có tính u việt đợc sử dụng rộng rãi Vì việc nghiên cứu sản xuất nâng cao chất lợng nhiên liệu dùng cho động phản lực trở thành nhiệm vụ ngành công nghiệp xăng dầu Để nâng cao chất lợng nhiên liệu phản lực, bên cạnh phơng pháp nh: tuyển nguồn nguyên liệu tốt có thành phần phù hợp với yêu cầu nhiên liệu phản lực, mở rộng phạm vi cất sau tiến hành pha trộn nhiều phân đoạn sản phẩm, cải tiến công nghệ chế biến phơng pháp pha phụ gia vào nhiên liệu phản lực đóng vai trò quan trọng Việt Nam nhà máy lọc dầu Số Dung Quất vào hoạt động cung cấp nhiên liệu Jet A-1 cho thị trờng Vì việc nghiên cứu chất lợng sản phẩm nh khả sử dụng phụ gia nhiên liệu Jet A-1 góp phần sử dụng hiệu nguồn nhiên liệu Trong phạm vi luận văn này, em xin tập trung nghiên cứu nhiên liệu phản lực với đề tài Đánh giá tác động số phụ gia đến chất lợng nhiên liệu phản lực Jet A-1 đại học bách khoa hà nội luận văn thạc sĩ Mục tiêu luận văn là: - Đánh giá chất lợng số loại nhiên liệu Jet A-1 sử dụng công ty xăng dầu Hàng không kerosen nhà máy lọc dầu Dung Quất - Nghiêu cứu ảnh hởng phụ gia tăng độ dẫn điện Stadis 450 tới chất lợng nhiên liệu Jet A-1, ảnh hởng thông số nh hàm lợng phụ gia, nhiệt độ, thời gianđến tiêu độ dẫn điện nhiên liệu Jet A-1 - Nghiêu cứu ảnh hởng phụ gia ức chế đóng băng tới chất lợng nhiên liệu Jet A-1, ảnh hởng thông số nh hàm lợng phụ gia, thời gianđến tiêu điểm băng nhiên liệu Jet A-1 - Nghiên cứu tác động hỗn hợp phụ gia tăng độ dẫn điện phụ gia ức chế đóng băng tới chất lợng nhiên liệu Jet A-1, nh ảnh hởng thông số tới chất lợng nhiên liệu Jet A-1 pha hỗn hợp phụ gia đại học bách khoa hà nội luận văn thạc sĩ Phần I: Tổng quan 1.1 Giới thiệu chung nhiên liệu hàng không [1] Trong dầu mỏ, phân đoạn dầu hoả đợc chia làm loại: Dầu hoả dân dụng chủ yếu dùng để thắp đèn; dầu hoả dùng cho mục đích kỹ thuật thờng chất dung môi; v dầu hoả động dùng cho loại động máy kéo, động cánh quạt máy bay cho động máy bay phản lực Dựa vào nguyên lý hoạt động động máy bay nhà sản xuất đa loại nhiên liệu hàng không chủ yếu là: - Nhiên liệu dùng cho máy bay cánh quạt hay gọi xăng máy bay (sử dụng cho động đốt Aviation Gasoline) - Nhiên liệu dùng cho máy bay phản lực (Sử dụng cho động tuabin phản lực Jet fuel) * Xăng máy bay dùng cho máy bay động nổ kiểu piston Xăng máy bay đòi hỏi có trị số octan cao, yêu cầu thành phần cất nghiêm ngặt Về công nghệ chế tạo, xăng máy bay đạt đến đỉnh cao phát triển vào năm 1939 1945 Chỉ đến động tuabin khí đời với tính u việt hạn chế phát triển động piston lĩnh vực Máy bay cánh quạt đợc sử dụng cho mục đích khảo sát thăm dò địa chất, du lịch quân Xăng máy bay sản phẩm đợc chng cất trực tiếp từ dầu mỏ sản phẩm cracking xúc tác, đợc bổ sung thêm sản phẩm thành phần phụ gia khác nhằm nâng cao trị số octan nh sản phẩm alkylat, sản phẩm isomer hóa, iso octan kỹ thuật chất chống oxy hoá Xăng máy bay phải có tính chất lý hoá tính sử dụng nhằm đảm bảo cho động làm việc bình thờng chế độ hoạt động Các tính chất là: - Tính chống kích nổ cần thiết hỗn hợp giàu hỗn hợp nghèo - Có thành phần phân đoạn tối u đại học bách khoa hà nội luận văn thạc sĩ - Có nhiệt độ kết tinh thấp - Hàm lợng nhựa hợp chất lu huỳnh nhỏ - Nhiệt cháy cao - Có tính ổn định trình tồn chứa * Nhiên liệu phản lực đợc dùng cho động hoạt động theo nguyên lý phản lực Động đòi hỏi nhiên liệu tiêu thụ phải có đặc tính khác biệt so với xăng nhiên liệu phản lực phải có đặc tính cháy tốt, nhiệt lợng cao Luận văn sâu vào nghiên cứu tìm đặc tính u việt nhiên liệu phản lực phục vụ cho động phản lực 1.2 Thành phần hoá học nhiên liệu phản lực [1] 1.2.1 Thành phần hydrocacbon ảnh hởng thành phần hydrocacbon đến trình cháy nhiên liệu động phản lực Nhiên liệu dùng cho động phản lực đợc chế tạo từ phân đoạn kerosen từ hỗn hợp phân đoạn kerosen với phân đoạn xăng Yêu cầu nhiên liệu phản lực dễ cháy điều kiện áp suất nhiệt độ nào, cháy điều hoà, không bị tắt dòng không khí có tốc độ xoáy lớn Vì thành phần nhiên liệu cần có nhiều parafinic mạch thẳng Để đảm bảo có nhiệt trị cao, nhiên liệu không đợc chứa nhiều aromatic mà chủ yếu parafin naphten Nhng để an toàn cho máy bay hoạt động độ cao lớn, nhiệt độ thấp cần hạn chế hydrocacbon parafinic dễ bị kết tinh cần tăng cờng thành phần naphtenic nhiều vòng Cần ý đến khả tạo cặn, tạo cốc nhiên liệu ảnh hởng xấu đến tính hoạt động động (làm tắc vòi phun), khả đợc xếp theo chiều giảm dần nh sau: Aromatic > monoolefin > isoparafin, naphten > nparafin Để đánh giá khả tạo cặn, tạo cốc nhiên liệu thờng dùng tiêu chiều cao lửa không khói Chiều cao lửa không khói chiều cao tối đa đại học bách khoa hà nội luận văn thạc sĩ lửa khói tính mm đốt nhiên liệu đèn dầu tiêu chuẩn Chiều cao lủa không khói cao, chứng tỏ nhiên liệu cháy hoàn toàn Những thành phần phi hydrocacbon chứa nhiên liệu có ảnh hởng xấu đến tính chất sử dụng nhiên liệu, cần khống chế hàm lợng tạp chất khác có nhiên liệu phản lực theo tiêu chuẩn quốc tế ban hành 1.2.2 Thành phần phụ gia Trong nhiên liệu phản lực thành phần hydrocacbon ngời ta bổ sung thêm chất phụ gia Phụ gia cho nhiên liệu phản lực vấn đề quan trọng Các phụ gia thờng dùng là: phụ gia chống oxi hoá, phụ gia chống ăn mòn, chống đóng băng, chống tĩnh điện, chống vi khuẩn khử hoạt tính kim loại, phụ gia chống tạo khói, chống kích nổ, phụ gia cải thiện tính bôi trơn Tùy vào chất lợng loại nhiên liệu phản lực mà một vài loại phụ gia đợc sử dụng Ví dụ, để pha phụ gia chống oxy hóa, nhiên liệu phản lực cần quan tâm đến tỉ lệ phần trăm thể tích (từ 0% dến 100%V) hợp phần qua trình chế biến hydro Từ có định pha hay không pha thêm phụ gia chống oxy hóa Nếu nhiên liệu phản lực cha qua trình xử lý hydro không thiết phải pha thêm phụ gia chống oxy hoá Nếu nhiên liệu qua trình xử lý hydro thiết phải pha phụ gia chống oxy hoá Lợng phụ gia thêm vào đợc tính toán dựa tỉ lệ phần trăm thể tích hợp phần qua trình xử lý hydro có nhiên liệu 1.3 Phụ gia cho nhiên liệu phản lực Phụ gia hóa chất tan nhiên liệu, đợc thêm vào nhiên liệu với lợng nhỏ (cỡ ppm) nhằm làm tăng cờng trì tính chất quan trọng nhiên liệu Phụ gia thành phần thiếu nhiên liệu bay nào, khác chủ yếu nhiên liệu dùng cho quân đội dân dụng phụ gia, hàm lợng chúng đại học bách khoa hà nội luận văn thạc sĩ Thời gian (ngày) Mẫu 14a Mẫu 14b Mẫu 14c Mẫu 14d Mẫu 14e Mẫu 14f -53.5 -56.5 -60.5 -61.5 -64.0 -66.5 -53.5 -56.5 -60.0 -61.5 -64.0 -66.5 14 -53.5 -56.5 -60.5 -61.5 -64.0 -66.5 21 -53.5 -56.5 -60.5 -61.5 -64.0 -66.5 28 -53.5 -56.5 -60.5 -61.5 -64.0 -66.5 30 -53.5 -56.5 -60.5 -61.5 -64.0 -66.5 Hình 15: Sự thay đổi giá trị điểm băng mẫu 14a-14f thời gian bảo quản mẫu Bảng 25 hình 16 kết xác định thay đổi điểm băng mẫu 15a-15f có chứa hàm lợng điểm băng khác thời gian tháng bảo quản mẫu Bảng 25 Sự biến đổi điểm băng mẫu nhiên liệu 15a-15f theo thời gian bảo quản mẫu 72 đại học bách khoa hà nội Thời luận văn thạc sĩ Mẫu 15a Mẫu 15b -54.5 -56.0 -61.5 -63.5 -65.0 -67.5 -55.0 -56.0 -61.0 -63.0 -65.0 -67.0 -55.5 -56.5 -61.5 -63.5 -65.0 -68.0 -55.5 -56.5 -61.5 -63.5 -65.0 -68.0 -55.5 -56.5 -62.0 -63.5 -65.0 -68.0 -55.5 -56.5 -61.5 -63.5 -65.0 -68.0 -55.5 -56.5 -61.0 -63.5 -65.0 -68.0 14 -55.5 -56.5 -61.5 -63.5 -65.0 -68.0 21 -55.5 -56.5 -61.5 -63.5 -65.0 -68.0 28 -55.5 -56.5 -61.5 -63.5 -65.0 -68.0 30 -55.5 -56.5 -61.5 -63.5 -65.0 -68.0 gian(ngày) Mẫu 15c Mẫu 15d Mẫu 15e Mẫu 15f Hình 16: Sự thay đổi giá trị điểm băng mẫu 15a-15f thời gian bảo quản mẫu 73 đại học bách khoa hà nội luận văn thạc sĩ Nh biết, nớc tồn nhiên liệu phản lực dạng khác nhau: hòa tan nhiên liệu, dạng tự dạng nhũ tơng dầu-nớc Nớc hòa tan tồn hầu hết loại nhiên liệu, hàm lợng nớc hòa tan tăng hàm lợng hydrocacbon thơm tăng nhiệt độ tăng Thông thờng nhiên liệu kerosene thờng chứa 40 80 ppm nớc hòa tan 21oC Nếu nhiệt độ nhiên liệu tăng, lợng nớc hòa tan cao Ngợc lại, nhiệt độ nhiên liệu giảm, nớc hòa tan nhiên tách dới dạng nớc tự Nớc hòa tan thờng không gây nguy hiểm cho động cơ, nhiên nớc tự nhũ tơng dầu nớc nguy tiềm tàng cho nhiên liệu cần đợc loại bỏ Thông thờng, nhiên liệu hấp thụ nớc từ không khí, lợng nớc hấp thụ phụ thuộc vào độ ẩm tơng đối không khí Nhiên liệu tiếp xúc với không khí có độ ẩm tơng đối 50% chứa nửa lợng nớc so với nhiên liệu bão hòa nớc nhiệt độ Nh tồn cân nhiên liệu với nớc tự không khí ẩm Phần nhiên liệu gần với bề mặt tiếp xúc với không khí đạt cân nhanh chóng Qua bảng 23, 24, 25 đồ thị hình 14, 15, 16 ta thấy, thời gian đầu pha phụ gia hạ điểm băng (7 ngày mẫu 13, ngày mẫu 14, ngày mẫu 15), điểm băng mẫu không ổn định Điều bảo quản, khoảng không phía thiết bị tồn chứa có hàm ẩm định, lợng ẩm bị hấp thụ vào nhiên liệu làm điểm băng không ổn định, phụ gia di-EGME tác dụng với nớc tự có lẫn nhiên liệu lắng xuống đáy thiết bị nên phân bố phụ gia không đồng gây tợng Điểm băng ban đầu mẫu thấp thời gian ổn định mẫu ngắn Sau tiếp tục kéo dài thời gian bảo quản, điểm băng mẫu nhiên liệu Jet A-1 pha phụ gia ức chế đóng băng thay đổi không đáng kể Điều thiết bị tồn chứa thùng kín, nên môi trờng thiết bị bảo quản ổn định, hàm ẩm phía khoảng không thiết bị chứa cân nên ẩm không bị hấp thụ thêm nữa, giá trị điểm băng không thay đổi 74 đại học bách khoa hà nội luận văn thạc sĩ Tuy nhiên thể tích nhiên liệu lớn, bề mặt tiếp xúc với không khí nhỏ, khuấy trộn lâu tạo cân nhiên liệu nớc Trên thực tế, nhiên liệu chứa tank chứa lớn khó đạt đợc cân với nớc, nhiệt độ môi trờng độ ẩm tơng đối thay đổi liên tục, nên điểm băng đo đợc không ổn định 3.3.3.ảnh hởng phụ gia ức chế đóng băng tới chất lợng nhiên liệu Jet A-1 Ngoài giá trị điểm băng, tiêu chất lợng khác nhiên liệu nh độ dẫn điện, chớp cháy, hàm lợng nhựa, tỷ trọng, tách nớc, ăn mòn đồng đợc xác định Kết nghiên cứu ảnh hởng phụ gia ức chế đóng băng tới chất lợng nhiên liệu đợc đa bảng 26, 27 28 Bảng 26 ảnh hởng phụ gia ức chế đóng băng đến chất lợng nhiên liệu mẫu 13 Chỉ tiêu Độ dẫn điện, Mẫu 13a Mẫu 13b Mẫu 13c Mẫu 13d Mẫu13e Mẫu 13f 215 217 214 212 124 215 40.5 41.0 41.0 40.5 41.0 41.0