Thông tin tài liệu
WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM LỜI CẢM ƠN Đồ án tốt nghiệp là những gì đúc kết lại sau một quá trình học tập, nghiên cứu của sinh viên dưới sự hướng dẫn của các quý thầy cô. Sau ba tháng làm việc, em đã hoàn thành đề tài. Thành quả đạt được hôm nay là do sự nỗ lực của bản thân dưới sự hướng dẫn giúp đỡ động viên tận tâm của quý thầy cô, của bố mẹ cũng như các anh chị em và bạn bè Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Trường Đại học MỏĐịa chất Hà Nội đã truyền đạt kiến thức cơ bản và giúp đỡ chúng em trong những năm học vừa qua, đặc biệt là các thầy cô trong Khoa Dầu khí và bộ môn LọcHóa dầu. Trên hết em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến cô TS. Nguyễn Thị Linh đã hướng dẫn đề tài và tận tình giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp này Em xin trân trọng gửi đến quý thầy cô, gia đình và bạn bè của em lời cảm ơn và những lời chúc tốt đẹp nhất Trong quá trình thực hiện, do nhiều nguyên nhân khác nhau nên những thiếu sót là điều khó tránh khỏi. Em rất mong sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô giáo và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 15 tháng 11 năm 2014 Sinh viên thực hiện Nguyễn Công Thắng WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i DANH LỤC BẢNG BIỂU iv DANH LỤC HÌNH VẼ v LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ DẦU MỎ 1.1 Giới thiệu tổng quan về dầu mỏ 1.1.1 Tổng quan dầu mỏ 1.1.2 Thành phần của dầu mỏ 1.1.3 Các sản phẩm dầu mỏ 16 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ XĂNG VÀ DẦU DIESEL (DO) 2.1 Giới thiệu chung về nhiên liệu cho động cơ xăng 20 20 2.1.1 Giới thiệu chung về động cơ xăng 20 2.1.2 Giới thiệu chung về xăng 21 2.1.2.1 Thành phần của xăng 21 2.1.2.2 Một số yêu cầu chất lượng của xăng thương phẩm 23 2.1.2.3 Một số chỉ tiêu chất lượng của xăng thương phẩm 23 2.2 Nhiên liệu diesel 33 2.2.1 Giới thiệu về động cơ diesel 33 2.2.2. Đặc điểm của quá trình cháy của nhiên liệu trong động cơ Diesel 35 2.2.3 Giới thiệu chung về nhiên liệu diesel 35 2.2.4 Thành phần hoá học của nhiên liệu Diesel 36 2.2.5 Các chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu Diesel 39 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM CHƯƠNG 3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CỦA SẢN PHẨM XĂNG VÀ DẦU DIESEL (DO) 46 3.1 Các phương pháp đánh giá chất lượng của xăng và dầu diesel DO 46 3.2 Phương pháp đánh giá các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm 55 3.2.1 Sản phẩm xăng thương phẩm 55 3.2.2 Phương pháp đánh giá các chỉ tiêu chất lượng của dầu diesel DO 60 KẾT LUẬN 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM DANH LỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các hydrocacbon riêng lẻ đã xác định được trong các loại dầu mỏ Bảng 1.2 Tính chất của một số nparafin trong dầu mỏ 10 Bảng 2.1 Quy định áp suất hơi bão hòa của một số nước 24 Bảng 2.2 Áp suất hơi bão hòa của một số loại xăng 25 Bảng 2.3: Quy định độ bay hơi của xăng vào mùa hè và mùa đông 26 Bảng 2.4: Tương quan giữa tỷ số nén của động cơ và trị số octan 28 Bảng 2.5 Quy định về độ bay hơi của xăng không chi ở châu Âu 30 Bảng 2.6 Benzen trong khí thải động cơ xăng phụ thuộc vào hàm lượng aromatic 32 Bảng 2.7 Tiêu chuẩn Việt Nam về xăng ô tô không chì 33 Bảng 3.1 Lượng mẫu chất lỏng đốt trực tiếp 48 Bảng 3.2 Lượng mẫu chất lỏng đã trộn 49 Bảng 3.3 Lượng mẫu thử dựa trên hàm lượng nước dự kiến 51 Bảng 3.5 Đánh giá mức độ ăn mòn tấm đồng 67 Bảng 3.6 Hàm lượng tro dự kiến 68 DANH LỤC HÌNH VẼ WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM Hình 1.1 Sơ đồ các quá trình sản xuất và san phẩm của quá trình lọc dầu 17 Hình 2.1 Cấu tạo bên trong của một động cơ xăng tiêu biểu 20 Hình 2.2 Tỷ lệ của các nguồn phối trộn xăng thương phẩm ở Mỹ (trước năm 2000) 22 Hình 2.3 Tỷ lệ của các nguồn phối trộn xăng thương phẩm ở Tây Âu (trước năm 2000) 22 Hình 3.1 Sơ đồ minh họa thiết bị đèn đã lắp ráp 48 Hinh 3.3 Thiết bị xác định nhiệt độ chớp cháy cốc kín 54 Bảng 3.4 Các thông số cơ bản của thiết bị cốc kín 54 Hình 3.2 Thiết bị đo áp suất 55 Hình 3.4 Máy đo trị số octan theo phương pháp ASTM D2699 58 Hình 3.5 Cụm thiết bị đo trị số xêtan 62 Hình 3.5 Trình tự đo mẫu và các nhiên liệu chuẩn so sánh 63 Hình 3.6: Thiết bị xác định nhiệt độ đông đặc 67 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM LỜI MỞ ĐẦU Từ khi được phát hiện đến nay, dầu mỏ và khí đã và đang là nguồn nguyên liệu vô cùng quý giá của mỗi Quốc gia nói chung và toàn nhân loại nói riêng. Ngày nay sản phẩm của dầu mỏ và khí đang có mặt trong hầu hết các lĩnh vực đời sống sinh hoạt hàng ngày của con người cũng như công nghiệp Dưới gốc độ năng lượng thì dầu mỏ là nguồn năng lượng quan trọng nhất của mọi Quốc gia trên thế giới. Theo số liệu thống kê thì có khoảng 65 đến 70% năng lượng được sử dụng đi từ dầu mỏ và khí, chỉ có khoảng 20 đến 22% từ than, 5 đến 6% từ năng lượng nước và 8 đến 12% từ năng lượng hạt nhân. Về gốc độ nguyên liệu thì ta có thể hình dung với một lượng nhỏ khoảng 5% dầu mỏ và khí được sử dụng làm nguyên liệu cho ngành công nghiệp hoá dầu đã có thể cung cấp được trên 90% nguyên liệu cho ngành công nghiệp hoá chất. Thực tế, từ dầu mỏ người ta có thể sản xuất cao su, chất dẻo, sợi tổng hợp, các chất hoạt động bề mặt, hợp chất trung gian, phân bón … Ngoài những mục đích trên thì các sản phẩm phi năng lượng của dầu mỏ như dầu nhờn, mỡ, nhựa đường … cũng đóng vai trò hết sức quan trọng trong sự phát triển của công nghiệp. Sản phẩm năng lượng là một trong những sản phẩm quan trọng của công nghiệp chế biến dầu mỏ và ngày nay đã thực sự trở thành một sản phẩm quen thuộc với con người. Đặc biệt là xăng và dầu DO. Tuy nhiên, không phải ai cũng có thể hiểu biết được thật đầy đủ về xăng động cơ, cũng như dầu DO, bao gồm cả bàn chất hóa học, phẩm cấp chất lượng. Cũng như các vấn đề liên quan như: Vì sao ô nhiễm môi trường do khí thải động cơ ngày càng gia tăng, vì sao sự hao tổn công suất, tuổi thọ động cơ càng nhanh. Tất cả các điều này đang đòi hỏi các nhà khoa học phải nghiên cứu tìm ra các biện pháp nhằm góp phần giải quyết các vấn đề còn tồn tại trong lĩnh vực sản xuất và sử dụng nhiên liệu. Xuất phát từ những vấn đề trên nên em đã chọn đề tài: “Tìm hiểu một số phương pháp đánh giá chất lượng sản phẩm của xăng và dầu DO” cho đồ án tốt nghiệp của em. Việc tìm hiểu đề tài này không những giúp chúng ta có cái nhìn tổng quát về những tính chất, thông số cần có của sản phẩm xăng và dầu DO, mà còn giúp chúng ta biết được ý nghĩa của các thông số này đối với chất lượng của xăng và dầu DO. CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ DẦU MỎ 1.1 Giới thiệu tổng quan về dầu mỏ WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM 1.1.1 Tổng quan dầu mỏ Dầu mỏ là tên gọi tắt của dầu thô, nó là hỗn hợp của những hợp chất hữu cơ tự nhiên, chứa chủ yếu hai nguyên tố chính là cacbon (C) và hydro (H). Ngoài ra còn có một lượng nhỏ nitơ (N), oxy (O), lưu huỳnh (S) và các nguyên tố kim loại khác như (Ni, V, …). Dầu mỏ có nhiều loại, từ lỏng đến đặc quánh, màu sắc thay đổi từ vàng nhạt đến đen sẫm, có ánh huỳnh quang. Thường ở thể lỏng nhớt, nhưng cũng có loại dầu ngay ở nhiệt độ thường đã đông đặc. Độ nhớt của dầu mỏ thay đổi trong khoảng rất rộng, từ 5 tới 100 cSt (10 6 m2/s) và có thể hơn nữa [8,9] 1.1.2 Thành phần của dầu mỏ 1.1.2.1 Các hợp chất hydrocacbon của dầu mỏ Hydrocacbon là thành phần chính và quan trọng nhất của dầu mỏ. Các hydrocacbon có trong dầu mỏ thường được chia làm 5 loại sau [4]: Các parafin cấu trúc thẳng (nparafin) Các parafin cấu trúc nhánh (iparafin) Các parafin cấu trúc nhánh (cycloparafin naphten) Các hydrocacbon thơm Các hydrocacbon hỗn hợp (hoặc lai hợp) Số nguyên tử cacbon của các hydrocacbon trong dầu thường từ C5 đến C60 (còn C1 đến C4 nằm trong khí) tương ứng với trọng lượng phân tử khoảng 855880. Cho đến nay với những phương pháp phân tích hiện đại đã xác định được những hydrocacbon riêng lẽ trong dầu đến mức như sau (bảng 1.1) Bảng 1.1 Các hydrocacbon riêng lẻ đã xác định được trong các loại dầu mỏ WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM Tổng cộng các hydrocacbon riêng lẻ cho đến nay đã xác định được là 425. Còn đối với các chất không thuộc loại hydrocacbon trong dầu mỏ, đến nay cũng đã xác định được khoảng 380 hợp chất, trong đó phần lớn là các hợp chất lưu huỳnh (khoảng 250 hợp chất) Các hydrocacbon nparafin của dầu mỏ [1,4,7] Hydrocacbon nparafin là loại hydrocacbon phổ biến nhất trong các loại hydrocacbon của dầu mỏ. Dầu mỏ có độ biến chất càng cao, tỷ trọng càng nhẹ càng có nhiều hydrocacbon loại này. Mặt khác hydrocabon nparafin là loại hydrocacbon dễ tách và dễ xác định nhất trong số các loại hydrocacbon của dầu mỏ, cho nên hiện nay với việc sử dụng phương pháp sắc ký kết hợp với rây phân tử để tách nparafin, đã xác định được tất cả các nparafin từ C1 C45 Hàm lượng chung các nparafin trong dầu mỏ thường từ 2530% thể tích. Tùy theo dầu mỏ được tạo thành từ những thời kỳ địa chất nào, mà sự phân bố các nparafin trong dầu sẽ khác nhau. Nói chung sự phân bố này tùy tuân theo hai quy tắc sau: tuổi càng cao, độ sâu càng lớn, thì hàm lượng nparafin trong phần nhẹ của dầu mỏ càng nhiều Như trong phần trước đã khảo sát, trong các axit béo có nguồn gốc động thực vật dưới biển thì ngoài số nguyên tử cacbon chẵn trong mạch cacbon chiến đa số. chính vì vậy khi mức độ biến đổi dầu còn ít, thì các di chứng trên càng thể hiện rõ, nghĩa là trong phân tử cũng sẽ chiếm phần lớn. khi độ biến chất của dầu càng tăng lên, sự hình thành các nparafin do các phản ứng hóa học phức tạp càng nhiều, thì sẽ san bằng tỷ số hydrocacbon nparafin có số nguyên tử cacbon chẳn và hydrocacbon nparafin có số nguyên tử cacbon chẵn và tăng dần các nparafin có số nguyên tử lẻ, chủ yếu phụ thuộc vào độ sâu lún chim, chứ ít phụ thuộc vào độ sâu lún chìm, chứ ít phụ thuộc vào tuổi địa chất của chúng Một đặc điểm đáng chý ý của các hydrocacbon nparafin là bắt đầu từ các n parafin có số nguyên tử cacbon từ C18 trở lên, ở nhiệt độ thường chúng đã chuyển sang trạng thái rắn, khi nằm trong dầu mỏ chúng hoặc nằm trong trạng thái hòa tan hoặc ở dạng tinh thể lơ lửng trong dầu. Nếu hàm lượng nparafin tinh thể quá cao, có khả năng làm cho toàn bộ dầu mỏ mất tính linh động, và cũng bị đông đặc lại. Trong bảng 1.2 dưới đây sẽ thấy rõ nhiệt độ sôi và nhiệt độ kết tinh của các n parafin từ C18 trở lên: WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM Bảng 1.2 Tính chất của một số nparafin trong dầu mỏ Một số dầu mỏ trên thế giới có hàm lượng parafin rắn (tách ra ở 21 oC) rất cao, vì vậy ở ngay nhiệt độ thường toàn bộ dầu mỏ cũng bị đông đặc lại. Tính chất này của các nparafin có trọng lượng phân tử lớn đã gây nhiều khó khăn cho quá trình sản xuất, vận chuyển và chế biến dầu mỏ Các hydrocacbon iparafin của dầu mỏ [1,4,7] Loại iparafin thường chỉ nằm ở phần nhẹ, còn phần có nhiệt độ sôi trung bình và cao nói chung chúng rất ít Về vị trí nhánh phụ có hai đặc điểm chính sau: Nói chung, các parafin trong dầu mỏ có cấu trúc đơn giản, mạch chính dài. Mạch phụ ít và ngắn Các nhánh phụ thường là các gốc metyl. Đối với các iparafin một nhánh phụ thì thường đính vào vị trí cacbon số 2 hoặc số 3. Đối với loại có 2,3 nhánh phụ thì xu hướng tạo thành cabon bặc 3 nhiều hơn là tạo nên cacbon bậc 4, nghĩa là hai nhánh phụ đính vào trong mạch chính thường ít hơn 10 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM lượng của chúng và khí thải gây ô nhiễm môi trường. Chẳng hạn, trong nhiên liệu phản lực, hydrocacbon thơm làm giảm tăng khả năng tạo cặn, dẫn đến là giảm chiều cao ngọn lửa không khói. Trong dầu dieze, hydrocacbon làm giảm khả năng tự bắt cháy của nhiên liệu, giảm trị số cetan. Benzen có nhiều trong xăng gây ngộ độc và có khả năng dẫn đến bệnh ung thư. Hydrocacbon ngưng tụ đa vòng trong dầu nhờn làm giảm khả năng bôi trơn, độ nhớt, chỉ số độ nhớt. Vì vậy, hàm lượng các hợp chất thơm trong các sản phẩm dầu mỏ thường được khống chế ở hàm lượng nhất định Phương pháp ASTM D 558002; TCVN 31662008 quy định phương pháp xác định các hợp chất thơm như benzen, etylbenzen, p/mxylen, oxylen, các chất thơm C9 và nặng hơn, và tổng các chất thơm bằng phương pháp sắ ký khí. x Quy trình xác định [3] Dùng pipet lấy 1 ml chất chuẩn nội cho vào định mức 10 ml có nắp đã trừ bì. Ghi lại khối lượng tính chất chuẩn nội đã cho vào, chính xác đến 0,1 mg. cân lại bình đã đậy nắp (đã trừ bì). Cho 9 ml mẫu đã làm lạnh vào bình hoặc lọ, đậy nắp và ghi lại khối lượng tịnh (Wg) của mẫu mới cho vào. Trộn đều mẫu. nếu dùng bộ lấy mẫu tự động, chuyển một lượng dung dịch vào lọ thủy tinh GC. Đậy kín lọ bằng nắp TFEfluorocacbon Hệ thống sắc ký hai cột được trang bị van chuyển cột và detector ion hóa ngọn lửa. thể tích của mẫu chứa châts chuẩn nội thích hợp như 2hexanon được bơm vào bên trên của cột đầu chứa một pha chất lỏng phân cực (TCEP). Các chất không thơm cà C9 nhẹ hơn thoát ra không khí khi rửa giả từ cột đầu. dùng detector dẫn nhiệt để theo dõi sự tách này. Cột dầu được đảo ngược ngay khi rửa giải benzen, và phần còn lại của mẫu đó được đưa trực tiếp vào cột thứ hai chứa pho lỏng không phân cực (WCOT). Benzen, toluen và chất chuẩn nội thoát ra theo thứ tự điểm sôi của chúng và được phát hiện bằn detector ion hóa ngọn lửa. ngay khi chất chuẩn nội tách ra, lưu lượng quá cột không phân cực WCOT được đảo ngược để thổi ngược phần còn lại của mẫu thử (các chất thơm C8 và nặng hơn cộng các chất không thơm C10 và nặng hơn ) từ cột đến detector ion hóa ngọn lửa Việc phân tích được lặp lại lần thứ hai để cho C12 và những hợp chất không thơm nhẹ hơn, benzen và toluen được rửa giải từ cột dầu phân cực TCEP tới lỗ thoát. Có thể dùng detector dẫn nhiệt để theo dõi sự tách này. Cột đầu TCEP được thổi ngược ngay trước khi có sự rửa giải etylbenzen và phần hợp chất thơm còn lại của mẫu được đưa vào cột WCOT. Chất chuẩn độ và những thành phần hợp chất thơm C8 được rửa giải theo thứ tự điểm sôi của chúng và được phát hiện bởi 59 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM detector ion hóa ngọn lửa. ngay sau khi oxylen được rửa giải, lưu lượng chảy qua cột không phân cực WCOT được đảo ngược để thổi các chất thơ, C9 và nặng hơn đến detector ion hóa ngọn lửa Sau lần phân tích đầu tiên, diện tích pic của benzen, toluen và chất chuẩn nội (2hexanon) được đo và ghi lại. Diện tích pic của etylbenzen, oxylen, các chất thơm C9 và nặng hơn và chất chuẩn nội được đo và ghi lại từ lần phân tích thứ hai. Pic di sự thổi ngược tách từ cột WCOT trong lần phân tích thứ hai chỉ chứa các chất thơm C9 và nặng hơn Tín hiệu của detector ion hóa ngọn lửa tỷ lệ với nồng độ của từng thành phần được dùng để tính số lượng hợp chất thơm hiện diện có so sánh với chất chuẩn nội so sánh thời gian lưu của các thành phần mẫu với thời gian lưu của các chất hiệu chuẩn để nhậ dạng sự có mặt của các chất thơm. Phát hiện benzen, toluen và chất chuẩn nội từ lần phân tích thứ nhất. Phát hiện chất chuẩn nội, etylbenzen, p/m xylene, oxylen, các chất thơm C9 và nặng hơn từ lần phân tích thứ hai 3.2.2 Phương pháp đánh giá các chỉ tiêu chất lượng của dầu diesel DO Tỷ trọng Phương pháp xác định tỷ trọng của sản phẩm dầu mỏ là ASTM D129896; TCVN 6594 : 2007 x Quy trình xác định tỷ trọng [3]. Mẫu được đưa về nhiệt độ chuẩn quy định chính xác bằng mày điều nhiệt (là 15 oC hoặc 20 oC) hoặc mẫu được giữ ở nhiệt độ thích hợp khác là nhiệt độ đo được của mẫu hoặc nhiệt độ của mẫu trùng với nhiệt độ phòng. Ống đong hình trụ, có đường kính trong của ống ≥25 mm so với đường kính ngoài của tỷ trọng kế. Chiều cao của ống đong phải đủ để tỷ trọng kế nổi trong mẫu và đáy của tỷ trọng kế cách đáy của ống đong ít nhất 25 mm. Đưa nhiệt độ ống đong và nhiệt độ tỷ trọng kế gần bằng nhiệt độ mẫu thử. Rót mẫu nhẹ nhàng vào ống đong sao cho tránh tạo bọt và tránh sự bay hơi của các phân đoạn nhẹ (khi cần thiết phải dùng xi phông), sao cho đủ lượng để tỷ trọng kế nổi được và đọc được số. Gạt bỏ tất cả các bọt khí sau khi chúng nổi trên bề mặt mẫu bằng cách dùng giấy lọc sạch chạm vào chúng. Đặt ống đong chứa mẫu ở vị trí thẳng đứng, thả từ từ tỷ trọng kế thích hợp vào sao cho không chạm vào thành nống và để yên. Chú ý phần nổi của tỷ trọng kế không được ướt. Dùng nhiệt kế để khuấy mẫu sao cho bầu thủy ngân luôn ngập 60 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM trong mẫu thử. Ngay sau khi số đọc của nhiệt kế ổn định, ghi lại nhiệt độ của mẫu chính xác đến 0,25 oC sau đó lấy nhiệt kế ra. Ấn tỷ trọng kế xuống khoảng hai vạch và sau đó thả tỷ trọng kế ra hoặc có thể xoay nhẹ để đưa tỷ trọng kế về trạng thái cân bằng, nổi tự do không chạm vào thành ống. Đặt mắt ngang bề mặt chất lỏng, đọc đúng vạch cắt của thang chia độ và mặt chất lỏng theo hai trường hợp: chất lỏng trong suốt và chất lỏng đục Độ nhớt của dầu diesel Có hai loại độ nhớt là độ nhớt động lực và độ nhớt động học. Trong công nghiệp dầu mỏ thường dùng độ nhớt động học, còn độ nhớt động lực được sử dụng nhiều trong các phương pháp nghiên cứu. Độ nhớt động học được xác định bằng phương pháp ASTM D445 06; TCVN 3171: 2007 sử dụng nhớt kế mao quản chảy ngược với đơn vị đo chủ yếu là cSt x Quy trình xác định độ nhớt bằng nhớt kế mao quản [3]: Chọn nhớt kết phù hợp với độ nhớt của dầu sao cho tốc độ chảy khoảng 200 800 giây Nạp vào dụng cụ đo (nhớt kế) một lượng dầu thích hợp Để ổn định nhiệt tại một nhiệt độ nhất định trong bình ổn định nhiệt khoảng 30 phút sao cho đạt cân bằng nhiệt độ bên trong mẫu cần đo và nhiệt độdầu của thiết bị ổn định nhiệt, dùng đồng hồ bấm giây đo thời gian chảy của lượng dầu trên từ vạch này đến vạch kia của dụng cụ đo, phụ thuộc vào hằng số nhớt kế(k) ta tính được độ nhớt động học của dầu theo công thức sau đây: v = k.t Trong đó: ν: độ nhớt động học (cSt); k: hằng số nhớt kế (cSt/s); t: thời gian chảy (s) Trị số xêtan (CN – Cetane number) – Chỉ số xêtan (CI –Cetane Index). Trị số xêtan không có ý nghĩa quan trọng và sống còn như trị số Octan, nó không hoàn toàn quyết định hiệu suất động cơ, song nhiên liệu có trị số xêtan thấp hơn yêu cầu có thể dẫn đến những khó khăn, trục trặc khi khởi động máy, gây tiếng ồn, khí thải độc hại 61 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM Hình 3.5 Cụm thiết bị đo trị số xêtan [3] Trị số xêtan thường được đo bằng động cơ CFC trong phòng thí nghiệm theo phương pháp ASTM D613 – 05; TCVN 7630:2007. Động cơ CFC này hoàn toàn tương tự động cơ dùng để đo ON, nhưng dĩ nhiên có xilanh kiểu động cơ điêzen. Bản chất của phương pháp là: so sánh đặc tính cháy của mẫu trong động cơ thử nghiệm ở các điều kiện tiêu chuẩn với hai hỗn hợp nhiên liệu so sánh đã biết trước trị số xêtan. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng quy trình chặn trên và chặn dưới tay quay để thay đổi tỷ số nén (số đọc trên thước của tay quay) của mẫu và từng cặp nhiên liệu chuẩn chặn trên và chặn dưới. Dựa vào thời gian cháy trễ của 62 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM mẫu và hai mẫu so sánh sẽ cho phép ta nội suy ra trị số xêtan của mẫu cần xác định. Quá trình nội suy được minh họa trên hình 3.5 và tính trị số xêtan của mẫu theo biểu thức sau: Hình 3.5 Trình tự đo mẫu và các nhiên liệu chuẩn so sánh [3] Cách tiến hành [3]. Đưa mẫu vào bình chứa nhiên liệu, rửa sạch buret chứa nhiên liệu, đuổi không khí khỏi ống dẫn nhiên liệu và bơm. Đặt van chuyển đổi nhiên liệu để vận hành động cơ với nhiên liệu này. 63 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM Chú ý: Việc lựa chọn mẫu chuẩn rất quan trọng đến sai số của phép đo. Mẫu đo phải có trị số xêtan nằm giữa trị số xêtan của hai mẫu chuẩn. Song chênh lệch trị số xêtan giữa hai mẫu chuẩn so sánh này phải không vượt quá 5,5 đơn vị xêtan. Kiểm tra tốc độ chảy của nhiên liệu và chỉnh núm điều chỉnh tốc độ nhiên liệu của bơm sao cho lượng nhiên liệu tiêu thụ là 13 ml trong 1 phút. Điều chỉnh núm thời điểm phun nhiên liệu của bơm để đạt được số đọc của góc phun sớm là 13o. Điều chỉnh tay quay để thay đổi tỷ số nén và có được số đọc của góc cháy trễ là 13o. Vận hành máy, trong khoảng thời gian từ 5 – 10 phút máy sẽ chạy ổn định. Quan sát và ghi lại số đọc trên thước của tay quay Trong thực tế người ta hay dùng đại lượng gọi là chỉ số xetan (CI: cetan index). Chỉ số xetan được tính toán từ các phương trình kinh nghiệm. Hầu hết các nhà máy lọc dầu đều dùng cách tính của ASTM D 976 06, theo đó chỉ số xêtan được tính như sau : CI = 65,011(logT)2 + [0,192(oAPI).logT] + 0,16 (oAPI)2 −0,0001809(T)2 −420,34 Trong đó : T: là nhiệt độ điểm sôi 50%V, oF. API được xác định ở 60 oF (15,5 oC) tính theo công thức sau: o o API 141,5 131,5 d 6060 d: là tỷ trọng của dầu so với nước ở 15 oC, kg/l. Hoặc CI có thể tính theo công thức sau: CI = 454,74 – 1642,416D – 774,74D2 0,554B + 97,803(log B)2 D: là tỷ trọng của dầu ở 15 oC, g/ml (kg/l). 64 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM B: là nhiệt độ cất 50%V, oC. Tiêu chuẩn ASTM D4737 – 04; TCVN 3180:2007 cũng đưa ra cách tính chỉ số xêtan cho nhiên liệu điêzen được phân loại theo tiêu chuẩn ASTM D975. Theo tiêu chuẩn này, có hai quy trình tính chỉ số xêtan dựa vào mối liên hệ giữa các thông số khối lượng riêng, T10, T50 và T90. Quy trình A: quy định cách tính chỉ số xêtan cho nhiên liệu điêzen loại 1 D: CI = 45,2 + 0,0892.T10N + (0,131+ 0,901.B).T50N + (0,0523 0,420.B).T90N + 0,00049[(T10N)2 (T90N)2]+107B+60B2 Trong đó: D: khối lượng riêng của mẫu ở 15 oC, g/ml. DN = D – 0,85; B = e3,5DN – 1; T10; T50; T90: Nhiệt độ chưng cất thu được 10%V; 50%V; 90%V mẫu, oC. T10N = T10 – 215 T50N = T50 – 260 T90N = T90 310 Quy trình B: quy định cách tính chỉ số xêtan cho nhiên liệu điêzen loại 2 D: CI = 386,26D + 0,1740T10 + 0,1215T50 + 0,01850T90 + 297,42 Nhiệt độ hóa đục [3] Xác định nhiệt độ hóa đục, nhiệt độ rót theo tiêu chuẩn ASTM D2500 – 03 bằng thiết bị được bố trí như hình 3.5. Đầu tiên, mẫu dầu được đựng trong ống mẫu và đặt trong một bao không khí. Tất cả được nhúng trong bình điều nhiệt. Hạ dần nhiệt độ và theo dõi độ trong suốt của mẫu dầu ở từng độ bách phân, khi nào mẫu bắt đầu xuất hiện các tinh thể có dạng mây thì nhiệt độ đó gọi là nhiệt độ hóa đục. Tương tự như trên, tuy nhiên nhiệt kế trong phép thử nhiệt độ hóa đục được đặt chạm đáy ống 65 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM đựng mẫu còn trong phép thử nhiệt độ rót, nhiệt kế được đặt cao hơn, mép trên của bầu thủy ngân nằm cách mặt mẫu dầu khoảng 3 mm. Khi qua nhiệt độ hóa đục, tiếp tục hạ nhiệt độ, cứ khi nhiệt độ thay đổi 3 oC, lấy ống mẫu ra để quan sát, sau đó lại cho vào vỏ không khí. Cứ làm thế cho đến khí không nhìn thấy sự chuyển động của mẫu dầu khi ống được giữ sang vị trí nằm ngang trong 5 giây. Nhiệt độ khi đó được gọi là nhiệt độ rót. Hình 3.5: Thiết bị xác định nhiệt độ hóa đục, nhiệt độ rót Nhiệt độ đông đặc Xác định nhiệt độ đông đặc theo tiêu chuẩn ASTM D97 – 03. Đong 25 ml mẫu cho vào ống mẫu. Ống mẫu được đưa vào bao không khí, đậy lắp kín sao cho giữ chặt được cánh khuấy, điều chỉnh vị trí nhiệt kế sao cho mép dưới của bầu thủy ngân cách đáy ống mẫu khoảng 10 15 mm. Bề mặt của mẫu phải thấp hơn bề mặt của chất lỏng làm mát từ 10 – 20 mm. Thêm đá khô vào duy trì mức nước làm mát đối với bao chân không. Khuấy liên tục mẫu với tốc độ khuấy khoảng 1 – 1,5 vòng/giây. Hạ nhiệt độ mẫu xuống cho đến khi xuất hiện các tinh thể hydrocacbon thì bỏ ống mẫu ra khỏi bao không khí, vẫn duy trì sự khuấy như trên. Quan sát mẫu, 66 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM khi nào các tinh thể hydrocacbon biến mất hoàn toàn thì ghi lại nhiệt độ đó. Nhiệt độ xác định được gọi là nhiệt độ chảy hay điểm đông đặc Hình 3.6: Thiết bị xác định nhiệt độ đông đặc Ăn mòn tấm đồng Ăn mòn tấm đồng ở 50 oC trong 3 giờ được xác định theo phương pháp ASTM D130 – 04; TCVN 2694 : 2007 x Quy trình xác định [3]: Cho 30 ml mẫu hoàn toàn sạch, không có tạp chất và nước lơ lửng vào ống thử khô, sạch (làm sạch bằng hoá chất), ống có đường kính 25 mm và dài 150 mm, trong vòng 1 phút thả trượt tấm đồng đã được đánh bóng lần cuối vào ống mẫu. Đặt cẩn thận ống thử vào bình thử và vặn nắp chặt. Nếu phân tích nhiều mẫu trong cùng một thời gian, thì được phép chuẩn bị từng bình áp suất trong một mẻ, trước khi nhúng chìm từng bình áp suất vào trong bể chất lỏng ở nhiệt độ quy định. Sau thời gian nhất định bình áp suất, lấy ống thử ra và đánh giá kết quả thử nghiệm so với bảng tiêu chuẩn ASTM về ăn mòn tấm đồng Đánh giá tấm đồng Rót toàn bộ mẫu trong ống thử vào một vật chứa thích hợp. Nếu vật chứa là cốc thuỷ tinh cao thành có dung tích 150 ml, thì nhẹ nhàng thả trượt tấm đồng vào 67 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM cốc để tránh vỡ cốc. Dùng kẹp thép không gỉ lấy ngay tấm đồng ra và nhấn chìm vào dung môi rửa, sau đó lại lấy tấm đồng này ra ngay, làm khô và kiểm tra độ xỉn hoặc ăn mòn bằng cách so sánh với bảng chuẩn ăn mòn đồng ASTM theo bảng 3.5. Để làm khô tấm đồng, có thể thấm bằng giấy lọc, làm khô bằng không khí, hoặc các biện pháp thích hợp khác. Đặt tấm đồng và bảng chuẩn ăn mòn đồng ASTM nghiêng một góc 45o để quan sát Bảng 3.5 Đánh giá mức độ ăn mòn tấm đồng Hàm lượng tro Hàm lượng tro được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D482 03; TCVN 2690:2007. Tiêu chuẩn này quy định phương pháp xác định hàm lượng tro trong khoảng 0,001% đến 0,180% khối lượng có trong các loại nhiên liệu phần cất nhẹ và các nhiên liệu cặn, nhiên liệu tuốc bin khí, dầu thô, dầu bôi trơn, sáp và các sản phẩm dầu mỏ khác, trong đó bất kỳ các chất tạo tro nào có mặt thường được coi là tạp chất hoặc các chất nhiễm bẩn không mong muốn. x Quy trình xác định Nung đĩa hoặc chén bay hơi sẽ dùng trong phép thử ở 700 oC đến 800 oC ít nhất trong 10 phút. Làm nguội đến nhiệt độ phòng trong bình làm nguội phù hợp và cân với độ chính xác đến 0,1 mg 68 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM Bảng 3.6 Hàm lượng tro dự kiến Lượng mẫu thử cần lấy phụ thuộc vào tro dự kiến có trong mẫu như bảng 3.6. Cân đủ mẫu vào đĩa hoặc chén chính xác đến 0,1 g để có lượng tro đến 20 mg. Dùng đèn đốt Meeker hoặc loại tương đương cẩn thận nung đĩa hoặc chén cho đến khi mẫu cháy thành ngọn lửa. Duy trì nhiệt độ nung đĩa và chén sao cho mẫu tiếp tục cháy đều với tốc độvừa phải, chỉ để lại tro và cacbon khi dừng cháy. Nung cặn trong lò nung ở 775 oC ± 25 oC cho tới khi tất cả các hợp chất chứa các bon biến mất. Làm nguội đĩa tới nhiệt độ phòng trong bình làm nguội rồi cân chính xác đến 0,1 mg. Nung lại đĩa ở 775 oC ± 25 oC trong 20 30 phút, làm nguội trong bình làm nguội rồi cân lại. Lặp lại thao tác nung và cân cho tới khi chênh lệch kết quả giữa hai lần cân liên tiếp không lớn hơn 0,5 mg Tính kết quả: Tro được tính bằng phần trăm khối lượng của các mẫu thử ban đầu theo công thức: Trong đó: w. là khối lượng tro, gam; W. là khối lượng mẫu thử, gam Hàm lượng cặn cacbon conradson Phương pháp xác định cặn cacbon conradson được thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM D 189 – 05; TCVN 6324 : 2006 x Quy trình xác định Cho một lượng mẫu đã cân trước vào chén sứ, lắc kỹmẫu thử, khi cần giảm độ nhớt, làm nóng mẫu ở nhiệt độ 50 oC ± 10 oC trong 0,5 giờ. Ngay sau khi làm nóng và lắc mẫu, cho lọc phân chia qua sàng 100. Cân 10 gam không chứa hơi ẩm và các chất lơ lửng, cho vào chén sứ hoặc chén thuỷ tinh đã cân bì trước trong đó có 69 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM sẵn hai hạt thuỷ tinh đường kính khoảng 2,5 mm. Đặt chén này vào giữa chén Skidmore, san phẳng lớp cát rải trong chén sắt ngoài và đặt chén Skidmore lên chính giữa lớp cát đó Đậy nắp cả hai chén Skidmore và chén sắt, riêng nắp chén sắt chỉ đậy hờ để cho hơi tự do thoát ra. Đặt giá đỡ tam giác làm bằng dây niken – Crôm lên giá hoặc vòng đỡ thích hợp rồi đặt tấm cách nhiệt lên giá đỡ. Sau đó đặt chén sắt ở giữa tấm cách nhiệt sao cho đáy của nó nằm trên mặt của tam giác, và đậy toàn bộ bằng chụp sắt để nhiệt được phân bố đồng đều trong suốt quá trình thử. Dùng đèn Meker để đốt với ngọn lửa cao và mạnh, sao cho thời gian từ lúc bắt đầu đốt đến lúc mẫu bắt cháy là (10 ± 1,5) phút (thời gian ngắn hơn thì mẫu sẽ bay hơi quá nhanh gây nên sủi bọt hoặc ngọn lửa quá cao). Khi khói xuất hiện ở phía trên ống khói, nhanh chóng di chuyển hoặc nghiêng đèn sao cho ngọn lửa dọi vào thành chén để đốt cháy hơi. Sau đó tạm thời bỏ đèn ra ngoài, và trước khi đặt đèn trở lại cần điều chỉnh bằng cách vặn van trên ống dẫn khí đốt sao cho hơi cháy đều đặn với ngọn lửa trên ống khói, nhưng không vượt quá cầu bắt ngang của sợi dây làm mức. Nếu cần thiết, phải tăng nhiệt độ khi không thấy ngọn lửa cháy trên ống khói. Thời gian đốt hơi sẽ là 13 phút ± 1 phút. Nếu không thể đạt được cả hai yêu cầu về thời gian đốt và ngọn lửa thì yêu cầu về thời gian đốt là quan trọng hơn. Khi hơi ngừng cháy và quan sát không thấy còn khói xanh thì điều chỉnh lại đèn đốt và duy trì việc cấp nhiệt như ban đầu để phần dưới đáy và chén sắt ngoài có màu đỏ tím, duy trì như vậy đúng 7 phút. Tổng thời gian đốt là 30 phút ± 2 phút, có thể kéo dài thêm giai đoạn trước bắt cháy và thời gian cháy. Tắt đèn đốt và để cho thiết bị nguội cho đến khí không còn khói và sau đó mở nắp trên chén Skidmore (sau khoảng 15 phút). Dùng cặp đã hơ nóng gắp chén sứ hoặc chén thuỷ tinh ra, đặt vào bình chống ẩm, để nguội rồi cân Cặn cacbon của mẫu hoặc cặn cacbon có trong cặn chưng cất 10% (X) được tính bằng phần trăm khối lượng theo công thức: Trong đó: A: là khối lượng cặn cacbon, gam; W: là khối lượng mẫu, gam 70 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM KẾT LUẬN Sau thời thời gian tìm hiểu đề tài:“Tìm hiểu một số phương pháp đánh giá chất lượng sản phẩm của xăng và dầu DO ” em đã đạt được các kết quả sau: Tìm hiểu một cách tổng quan về dầu mỏ như: Thành phần của dầu mỏ, sản phẩm được chế biến từ dầu mỏ và các thông số hóa lý cơ bản của dầu mỏ Tìm hiểu một cách tổng quan về sản phẩm xăng thương phẩm và nhiên liệu dầu DO Tìm hiểu một cách chi tiết các phương pháp đánh giá chất lượng sản phẩm của xăng: ¾ Đo áp suất hơi bão hòa Reid sử dụng phương pháp ASTM D32399 (TCVN 57312006) ¾ Đo nhiệt độ thành phần cất sử dụng phương pháp ASTM D8685 (TCVN 26982007) ¾ Đo tạp chất cơ học sử dụng phương pháp ASTM D47384 ¾ Đo trị số ON sử dụng phương pháp ASTM D269906a (TCVN 27032007) ¾ Đo hợp chất thơm sử dụng phương pháp ASTM D558002 (TCVN 3166 2008) ¾ Đo nhiệt chớp cháy sử dụng phương pháp ASTM D9302 (TCVN 2693 1995) ¾ Đo hàm lượng nước sử dụng phương pháp ASTM D630404 (TCVN 3182 2008), ASTM D95e1 (TCVN 26922007) ¾ Đo hàm lượng S sử dụng phương pháp ASTM D126603 (TCVN 2708 2007) ¾ Đo độ bền oxi hóa sử dụng phương pháp ASTM D487106 Tìm hiểu một cách chi tiết các phương pháp đánh giá chất lượng sản phẩm của dầu DO: ¾ Đo độ nhớt sử dụng phương pháp ASTM D445 – 06 (TCVN 3171: 2007) ¾ Đo hàm lượng cặn cacbon sử dụng phương pháp ASTM D18908 (TCVN 63242008) ¾ Đo hàm lượng tro sử dụng phương pháp ASTM D48203 (TCVN 2690 2007) ¾ Đo tỷ trọng sử dụng phương pháp ASTM D129896 (TCVN 65942007) 71 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM ¾ Đo hàm lượng nước sử dụng phương pháp ASTM D630404 (TCVN 3182 2008), ASTM D95 05e1 (TCVN 26922007) ¾ Đo hàm lượng S sử dụng phương pháp ASTM D126603 (TCVN 2708 2007) ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ Đo trị số CN sử dụng phương pháp ASTM D61305 (TCVN 76302007) Đo độ ăn mòn tấm đồng sử dụng phương pháp ASTM D13004 (TCVN) Đo nhiệt độ hóa đục sử dụng phương pháp ASTM D250003 (TCVN Đo độ bền oxi hóa sử dụng phương pháp ASTM D487106 Đo nhiệt chớp cháy sử dụng phương pháp ASTM D9302 (TCVN 2693 1995) ¾ Đo nhiêt độ đông đặc sử dụng phương pháp ASTM D 72 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Phan Tử Bằng, (1999), Hóa học dầu mỏ và khí tự nhiên. NXB Giao thông vận tải Hà Nội [2]. Phan Tử Bằng, (2002).Công nghệ chế biến dầu và khí. NXB Xây dựng Hà Nội [3]. Dương Viết Cường. Giáo trình Sản phẩm dầu mỏ và phụ gia [4]. Trương Hữu Trì. Giáo trình hóa học dầu mỏ. Trường ĐH Đà Nẵng [5]. Lê Văn Hiếu, (2001). Công nghệ chế biến dầu mỏ. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội [6]. Kiều Đình Kiểm (Tổng Công ty dầu khí Việt Nam), (1999). Các sản phẩm dầu mỏ và hóa dầu. NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội [7]. Đinh Thị Ngọ, (2003). Hóa học dầu mỏ và khí. NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội 73 WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON ... LƯỢNG CỦA SẢN PHẨM XĂNG VÀ DẦU DIESEL (DO) 46 3.1 Các phương pháp đánh giá chất lượng của xăng và dầu diesel DO 46 3.2 Phương pháp đánh giá các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm 55 3.2.1 Sản phẩm xăng thương phẩm. .. trong lĩnh vực sản xuất và sử dụng nhiên liệu. Xuất phát từ những vấn đề trên nên em đã chọn đề tài: Tìm hiểu một số phương pháp đánh giá chất lượng sản phẩm của xăng và dầu DO cho đồ ... hydrocacbon là không thực sự cần thiết. Người ta chủ yếu dựa vào các tính chất hóa lý cơ bản của xăng để đánh giá chất lượng của xăng [4] Hợp phần pha xăng (xăng gốc ) chủ yếu được sản xuất từ các quá trình: Xăng của quá trình FCC (crackat) Xăng của quá trình Reforming (Reformat)
Ngày đăng: 12/10/2017, 22:33
Xem thêm: Tìm hiểu một số phương pháp đánh giá chất lượng sản phẩm của xăng và dầu DO , Tìm hiểu một số phương pháp đánh giá chất lượng sản phẩm của xăng và dầu DO