GIÁO TRÌNH CÁC SẢN PHẨM DẦU KHÍ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC GIÁO ÁN CÁC SẢN PHẨM DẦU KHÍ Thành Phố Hồ Chí Minh 2014 MỤC LỤC Đề mục Trang CHƯƠNG 1: ĐẠI CƯƠNG 1.1.Nguồn gốc phân loại sản phẩm dầu khí 1.2.Chất lượng sản phẩm dầu mỏ .6 1.3.Sự cấu thành sản phẩm hoàn tất 1.4.Thị trường sản phẩm dầu khí CHƯƠNG 2: CÁC TÍNH CHẤT CỦA SẢN PHẨM DẦU KHÍ 2.1.Độ bay 2.2.Sự cháy 10 2.3.Sự lưu chuyển 11 2.4.Tính ăn mòn độc hại sản phẩm dầu mỏ .13 CHƯƠNG 3: MỘT SỐ THỬ NGHIỆM TIÊU CHUẨN (ASTM) 14 3.1.Chưng cất ASTM (ASTM D86) 14 3.2.Áp suất 15 3.3.Điểm chớp cháy 15 3.4.Nhiệt trị: 16 3.5.Cặn Cacbon conradson (ASTM 189) 16 3.6.Độ nhớt 17 3.7.Tỷ trọng: ASTM D1298 .17 3.8.Điểm đục - điểm chảy: ASTM D2500 17 3.9.Nhiệt độ giới hạn lọc 18 3.10.Hàm lượng S tổng: ASTM D1266-91 .18 3.11.Hàm lượng Mecaptan: ASTM D3227- 89 18 3.12.Độ ăn mòn đồng: ASTM D130 19 3.13.Các nhóm hydrocacbon: ASTM D1319 (xem SGK) 19 3.14.Điểm Anilin .20 3.15.Hàm lượng nước: ASTM D95 20 3.16.Hàm lượng Sediment: ASTM D473 20 3.17.Hàm lượng nhựa thực tế: ASTM D381 20 3.18.Hàm lượng nhựa tiềm (potential Gum) 21 3.19.Màu Saybolt .21 CHƯƠNG 4: KHÍ HĨA LỎNG (LPG) .22 4.1.Định nghĩa 22 4.2.Thành phần phân loại 22 4.3.Các thông số tiêu 22 4.4.Thị trường LPG 23 4.5.Nhận xét .24 CHƯƠNG 5: XĂNG 25 5.1.Định nghĩa: 25 5.2.Thành phần: .25 5.3.Các thông số tiêu 25 5.4.Phân loại, chất nền, phụ gia .29 5.5.Xăng máy bay 29 5.6.Các ứng dụng khác xăng 30 5.7.Thị trường 31 CHƯƠNG 6: NHIÊN LIỆU PHẢN LỰC 32 6.1.Định nghĩa: 32 6.2.Thành phần: .32 6.3.Nguyên lý hoạt động động phản lực 32 6.4.Các thông số tiêu 34 6.5.Thị trường 36 CHƯƠNG 7: DẦU HỎA 38 7.1.Định nghĩa: 38 7.2.Thành phần: .38 7.3.Thông số tiêu 38 7.4.Thị trường: VN 38 CHƯƠNG 8: DẦU DIESEL 40 8.1.Định nghĩa: 40 8.2.Thành phần: .40 8.3.Các thông số tiêu 40 8.4.Các chất phụ gia .44 8.5.Các loại dầu Diesel: loại động .45 8.6.Thị trường: 45 CHƯƠNG 9: DẦU ĐỐT (FO - FUEL OIL) 46 9.1.Định nghĩa: 46 9.2.Thành phần: phân đoạn nặng .46 9.3.Các thông số tiêu: 46 9.4.Thị trường Việt Nam 47 CHƯƠNG 10: DẦU BÔI TRƠN .48 10.1.Sự bôi trơn: 48 10.2.Dầu bôi trơn .48 10.2.1 Định nghĩa: 48 10.2.2 Các thông số tiêu: 48 10.2.3 Thành phần .54 10.2.4 Sản xuất dầu nhờn 56 10.2.5 Công dụng dầu bôi trơn 58 CHƯƠNG 11: BITUME 60 11.1.Định nghĩa 60 11.2.Thành phần 60 11.3.Phân loại ứng dụng .60 11.4.Các thông số tiêu 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 CHƯƠNG 1: ĐẠI CƯƠNG 1.1 Nguồn gốc phân loại sản phẩm dầu khí Nguồn gốc: sản phẩm dầu khí sản phẩm q trình lọc dầu, nguyên liệu dầu thô Phân loại: Theo phân đoạn nhiệt độ sôi: xăng (30 – 180 0C); dầu hỏa (180 – 2500C); dầu DO (250 – 3500C); dầu bôi trơn (350 – 5000C)… Về mặt sử dụng lượng: sản phẩm lượng sản phẩm không lượng Phân đoạn Khí Xăng Trung bình Nặng Sản phẩm lượng (nhiên liệu) Nhiên liệu động Chất đốt Nhiên liệu LPG Khí hóa lỏng Xăng ơtơ, máy bay Nhiên liệu phản lực, dầu Dầu hỏa Sản phẩm không lượng Xăng dung môi Diesel Dầu đốt Dầu mỡ nhờn, Bitume, parafin, sáp 1.2 - Chất lượng sản phẩm dầu mỏ Tất sản phẩm dầu khí trải qua khâu kiểm tra đánh giá chất lượng, kiểm tra thực theo tiêu chuẩn, phương pháp quy trình tiêu chuẩn hóa tổ chức nước giới: TCVN: ASTM: American Society for Testing and Material IP: Institute of Petroleum AFNOR: Association Francaise de Normalisation (Pháp) CEN: Comite Europeen de Normalisation GOST: Tiêu chuẩn nhà nước Liên Xô DIN: Tiêu chuẩn Đức - Xác định thơng số: thơng số hóa lý thơng số tính - Các tiêu chất lượng đưa cho sản phẩm phụ thuộc vào: 1.3 -  Đặc điểm thời tiết khí hậu  Chủng loại sản phẩm  Trình độ phát triển cơng nghệ lọc dầu  Quy định ô nhiễm môi trường  Chỉ tiêu thay đổi theo nước, thời kỳ  Chỉ tiêu chất lượng = pháp lệnh Sự cấu thành sản phẩm hoàn tất Sản phẩm hoàn tất (thương phẩm): sản phẩm hoàn chỉnh mang đầy đủ đặc tính để đưa thị trường tiêu thụ - Hầu hết sản phẩm hoàn tất hỗn hợp pha trộn từ nhiều chất tùy trường hợp có thêm phụ gia, thay đổi tùy theo sản phẩm tùy theo tập đoàn đoàn dầu khí - Chất nền: Đáp ứng đủ nhu cầu số lượng Hỗn hợp có đầy đủ chức mà thân chất khơng thể có - Phụ gia: vài ppm đến vài phần trăm Tăng cường tính cho hỗn hợp chất Bổ sung số tính chất cho sản phẩm 1.4 - Thị trường sản phẩm dầu khí Thị trường tiêu thụ sản phẩm lượng theo năm (triệu tấn) VN Năm 1992 1993 1994 1995 2000 2005 Triệu 3,311 3,684 4,368 4,866 7,794 11,794 Mức tiêu sản phẩm dầu khí nước giới (Tấn/người/năm) Nước VN Singapo HK Tawan Tấn/ng/năm 0.04 Nước Triệu 2,18 1,1 N.Bản Korea China TL 268.7 85.1 1,0 Mã Thái Lai 0,6 Lan 0,3 Philipin Inđônexia 0,2 Singa inđô India Mỹ 144.1 15.5 23.7 39.9 67.6 0,1 Tây Thế Âu giới 807.9 620 3172.4 tấn/nă m Chương 2: CÁC TÍNH CHẤT CỦA SẢN PHẨM DẦU KHÍ 2.1 Độ bay Độ bay tính chất chung xác định khả hóa sản phẩm chuyển từ thể lỏng sang thể Tùy thuộc vào nhiệt độ, áp suất chất tồn dạng hay dạng khác, hay dạng nằm cân với Đối với chất nguyên chất, áp suất xác định hóa xảy nhiệt độ khơng đổi Khi áp suất tăng nhiệt độ hóa tăng Áp suất pha gây nằm cân với pha lỏng nhiệt độ xác định gọi áp suất Đối với cấu tử nhẹ dễ bay áp suất cao nhiệt độ sôi thấp Ngược lại cấu tử nặng khó bay áp suất thấp nhiệt độ sôi cao Nhưng sản phẩm dầu khí đặc trưng khoảng nhiệt độ sơi Ví dụ phân đoạn xăng, khoảng nhiệt độ sơi từ 300C đến 1800C Trong q trình sử dụng sản phẩm lượng phải chuyển từ dạng lỏng tồn trữ sang dạng sử dụng Vi đòi hỏi phải có giai đoạn hóa hơi, sản phẩm dầu khí hóa xảy nhiệt độ tăng dần trình hóa Mặt khác đặc điểm quan trọng có liên quan đến q trình hóa hóa tiêu thụ lượng Ngược lại trình ngưng tụ trình tỏa nhiệt Đặc tính cần phải ý sử dụng sản phẩm dầu khí dẫn đến vấn đề như: làm hạ nhiệt độ mơi trường, khó khởi động lạnh… 2.2 Sự cháy Cháy trình oxi hóa chất diễn nhanh kèm theo tỏa nhiều nhiệt, trình phức tạp, phản ứng oxy hóa sở trình cháy đốt cháy sản phẩm dầu khí oxi (khơng khí) tạo thành sản phẩm cháy CO2, H2O, SO2…Nhiệt trị chất tham khảo bảng 3.1 (C, H, S) + O2 CO2 + H2O + SO2 + Q Bảng 2.1 Nhiệt cháy số chất Chất đốt C H S Sản phẩm cháy Khí CO2 Hơi H2O Khí SO2 Nhiệt trị (kcal/ kg) 8133 29100 2322 Các sản phẩm dầu khí có nhiệt trị cao, tỷ lệ H/C cao hàm lượng lưu huỳnh thấp nhiệt trị cao Nhưng để trình cháy xảy hoàn toàn thiết phải hội đủ điều kiện sau: - Cần thiết phải đưa sản phẩm sang dạng - Sử dụng lượng thích hợp khơng khí sản phẩm: để trình cháy xảy tỷ lệ nhiên liệu khơng khí phải nằm khoảng giới hạn cháy giới hạn cháy - Cần có lượng khơi mào: tia lửa điện buri, lửa mồi nhiệt độ cao 2.3 Sự lưu chuyển Sự lưu chuyển sản phẩm dầu khí thơng qua hai thơng số: tỷ trọng độ nhớt hai thông số thay đổi theo nhiệt độ, nhiệt độ tăng tỷ trọng độ nhớt giảm ảnh hưởng đáng kể a Tỷ trọng Tỷ trọng tỷ số trọng lượng riêng vật nhiệt độ định trọng lượng riêng vật khác chọn chuẩn, xác định vị trí Đối với loại sản phẩm dầu lỏng lấy nước cất nhiệt độ 0C áp suất 760 mmHg làm chuẩn Tỷ trọng dầu mỏ, phân đoạn dầu mỏ nhiệt độ t trọng lượng riêng nước 40C, ta ghi dt4, hệ CGS biểu thị g/cm3 Để dễ so sánh, tỷ trọng biểu thị nhiệt độ, phần lớn nước lấy 200C (d204) 15,60C (tương ứng với 60 0F) so với nước nhiệt độ Ở số nước biểu thị tỷ trọng độ 0API Công thức chuyển đổi tỷ trọng sang độ 0API sau: 141,5 API  15,6  131,5 d 15,6 Tỷ trọng sản phẩm dầu mỏ thay đổi nhiều nhiệt độ thay đổi, không phụ thuộc vào áp suất Tuy nhiên áp suất cao có ảnh hưởng chút 10 Chỉ số độ nhớt xác định theo tính chất ASTM D2270 Một đặc tính dầu nhờn thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ Thông thường, nhiệt tăng, độ nhớt giảm Dầu nhờn xem dầu bôi trơn tốt độ nhớt bị thay đổi theo nhiệt độ, ta nói dầu có số độ nhớt cao Ngược lại độ nhớt thay đổi nhiều theo nhiệt độ, có nghĩa dầu có số độ nhớt thấp Ta xác định số độ nhớt VI theo tốn đồ hình 4.4 Cách xác định sau: Đặt thước nối điểm giá trị độ nhớt 40 0C 1000C, điểm cắt giá trị số độ nhớt VI cần tìm Hình 10.1 Tốn đồ để xác định số độ nhớt VI Nguyên tắc đo: Chỉ số độ nhớt giá trị số đánh giá thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ dựa sở so sánh khoảng thay đổi độ nhớt mẫu dầu với hai lọai dầu sở: Dầu họ H: chất parafin, thay đổi theo nhiệt độ, ta gán cho có số độ nhớt VI = 100 49 Dầu họ L: chất naphten, biến đổi nhiều theo nhiệt độ, nên ta gán cho số VI = Sau đo độ nhớt loại dầu 40 0C 1000C lập thành bảng Để xác định số độ nhớt mẫu dầu đó, ta đo độ nhớt mẫu dầu 400C U 1000C Y Từ tra độ nhớt H dầu (H) 40 0C độ nhớt L dầu (L) 400C Đối với loại dầu có số độ nhớt VI < 100, ta áp dụng công thức: VI  L U 100 L H Đối với loại dầu có số độ nhớt VI > 100, ta áp dụng công thức: N lgH  lgU lgY VI  h 10 N   100 0,00715 Chỉ số axit kiềm Dùng để xác định độ axit độ kiềm dầu bôi trơn Độ axít biểu diễn qua số axit tổng (TAN: Total Acid Number) cho biết lượng KOH tính mg cần thiết để trung hòa hợp 50 chất có tính axit có mặt 1g mẫu Đơn vị: mgKOH/ g Độ kiềm biểu thị số kiềm tổng (TBN) cho biết lượng axit HCl hay axit HClO4 quy sang lượng KOH tương đương tính mg cần thiết để trung hòa hết hợp chất mang tính kiềm có mặt 1g mẫu Đơn vị mg KOH/ g Độ axít hay độ kiềm dầu bôi trơn định phụ gia cho vào hợp chất hình thành trình làm việc Đối với dầu cao cấp người ta đưa phụ gia có tính kiềm vào dầu nên TBN cao, mục đích để trung hòa axit hình thành q trình dầu bị oxi hóa, tuổi thọ dầu tăng lên i Tính tạo nhũ Do nước lẫn vào  diện nước tiếp xúc với chi tiết sắt  tạo rỉ, ăn mòn, ngồi làm giảm khả bơi trơn Tuy nhiên số dầu người ta muốn khả tạo nhũ cao (các mũi khoan vào lòng đất dầu để bơi trơn, nước để làm mát) Nguyên tắc đo độ tạo nhũ: Khuấy mạnh hỗn hợp mẫu dầu nước theo tỷ lệ quy định nhiệt độ thời gian xác định, sau ngưng khuấy để yên quan sát ghi nhận lượng nước tách lớp nhũ lại hay lượng dầu tách sau thời gian quy định để đánh giá khả khử nhũ dầu j Độ tạo bọt Bọt hình thành dầu bị khuấy trộn học khơng khí vào dòng chảy dòng, bọt làm hư hỏng phận máy móc, làm giảm hiệu bơi trơn làm dầu chảy khỏi bồn chứa Nguyên tắc đo: thổi khơng khí vào mẫu dầu giữ nhiệt độ thời gian định, sau ngừng thổi khơng khí người ta đo độ tạo bọt, lượng bọt đo cho ta biết độ tạo bọt dầu, sau 10phút lượng bọt người ta đo thể tích bọt lại số đánh giá tính bền bọt 51 10.2.3 Thành phần Dầu bôi trơn = dầu gốc + phụ gia Dầu gốc: Dầu khoáng dầu tổng hợp a Dầu khoáng: từ dầu thơ qua q trình chế biến Chất lượng dầu gốc phụ thuộc vào loại dầu thô trình chế biến Parafin: số độ nhớt cao, độ bền oxi hóa tốt, nhiệt độ đơng đặc cao Naphten: số độ nhớt trung bình, độ bền oxi hóa trung bình, nhiệt độ đơng đặc trung bình Aromatic: số độ nhớt thấp, độ bền oxi hóa thấp, nhiệt độ đông đặc thấp  parafin naphten làm dầu gốc tốt b Dầu tổng hợp: loại dầu tổng hợp từ phản ứng hóa học tính chất định trước Đa số dầu từ dầu khống rẻ tiền Dầu tổng hợp sử dụng cho dầu cao cấp, đòi hỏi dầu có tính chuyên nghiệp Đối với dầu gốc thường phân loại dựa theo độ nhớt có lọai ký hiệu: 100 SN, 150 SN, 200 SN (Solvent Neutral) 150 BS, 200 BS (Bright stock) Ví dụ: 150 SN dầu gốc có độ nhớt 150 SUS đo 100 0F (400C), có nghĩa 60 ml dầu chảy qua nhớt kế saybolt 150s 400C (SUS: Saybolt Universal Seconds) Dầu gốc 150 BS có độ nhớt 150 SUS đo 2100F (1000C) c Phụ gia: hợp chất đóng vai trò quan trọng dầu bơi trơn: làm tăng cường tính dầu gốc bổ sung tính chưa có Phụ gia hợp chất hữu cơ, vô hay hợp chất kim Phụ gia cho vào dao động từ vài ppm đến vài % có nhiều loại phụ gia Các loại phụ gia hỗ trợ cho tạo hiệu ứng tương hỗ 52 Nhưng ngược lại chúng xảy hiệu ứng đối kháng làm giảm tác dụng phụ gia Có thể phản ứng với tạo hợp chất khó tan Tạo hợp chất có hại Trong q trình đưa phụ gia phải khảo sát kỹ để xem tác dụng tương hỗ qua lại phụ gia, chế họat động loại phụ gia riêng độ hòa tan chúng Trên thị trường chúng cung cấp dạng phụ gia đóng gói Chất chống oxi hóa: độ bền oxi hóa chất hợp chất theo dãy tăng dần sau: Hợp chất dị nguyên tố < aromatic < naphten < parafin Trong q trình làm việc tiếp xúc với khơng khí chịu ảnh hưởng nhiệt độ, dầu bôi trơn tác dụng với oxy, q trình oxy hóa xảy theo chế dây chuyền gốc tự để tạo thành hợp chất chứa oxy: rượu, xêton, axit, sau hợp chất chứa oxy lại bị polymer hóa để tạo thành hợp chất khơng tan biến thành cặn, để ngăn ngừa hạn chế q trình oxy hóa ta đưa vào phụ gia chống oxy hóa Cơ chế phụ gia làm tiêu hủy chất khơi mào cách tạo hợp chất khơng hoạt động nhờ loại trừ phản ứng oxy hóa 10.2.4 Sản xuất dầu nhờn Để thực chức bôi trơn tốt, dầu nhờn phải có độ nhớt cao để trì màng dầu liên tục, mặt khác số độ nhớt phải cao để máy móc làm việc nhiệt độ thường, nhiệt độ cao độ nhớt bị thay đổi (có nghĩa dầu phải có số độ nhớt cao) Để đạt mục đích trên, nguyên liệu tốt để sản xuất dầu nhờn gốc là: Các n – parafin sau tách bớt chất có phân tử lượng lớn để tránh kết tinh 53 Các hydrocacbon naphtenic thơm vòng, có nhánh phụ dài; cấu tử nguyên liệu lý tưởng để sản xuất dầu nhờn gốc, chúng vừa có độ nhớt cao (tính chất vòng naphten, vòng thơm); vừa cho số độ nhớt cao (tính chất nhánh phụ - parafin) Sau có dầu nhờn gốc, để sản xuất dầu nhờn thương phẩm, người ta phải pha thêm phụ gia nhằm mục đích tăng cường tính chất sẵn có, tạo khả mà dầu nhờn gốc chưa có Phụ gia để pha chế dầu bôi trơn phải đáp ứng yêu cầu: tan dầu gốc, ổn định hóa học, khơng độc hại, có tính tương hợp, độ bay thấp khơng phản ứng hóa học với Các loại phụ gia thường là: Phụ gia chống oxy hóa bao gồm dẫn xuất phenol, amin như: CH3 OH H3C C H C CH3 R CH3 R N CH3 CH3 2,6-tert-butyl-p-crezol phenyl--naphtylamin Phụ gia tăng số độ nhớt CH3 H2C C CH3 n H2C CH3 poly-izo-butylen C n COOCH3 polymetacrylat Phụ gia ức chế ăn mòn CH3 S H N N N benzothiazol H3C C CH2 S tecpen sunfua Phụ gia tẩy rửa 54 SO3R SO3R Ca Ca SO3R OH Phụ gia hạ điểm đông nhiều loại phụ gia khác OH R R R R R 10.2.5 Công dụng dầu bôi trơn a Công dụng làm giảm ma sát Mục đích dầu nhờn bơi trơn bề mặt tiếp xúc chi tiết chuyển động nhằm giảm ma sát Máy móc mòn khơng có dầu bơi trơn Nếu chọn dầu bơi trơn hệ số ma sát giảm từ 100 đến 1000 lần so với ma sát khô Khi cho dầu vào máy với lớp đủ dày, dầu xen kẽ hai bề mặt Khi chuyển động, có phần tử dầu nhờn trượt lên Do máy móc làm việc nhẹ nhàng, bị mòn, giảm cơng tiêu hao vơ ích b Cơng dụng làm mát Khi ma sát, kim loại nóng lên, lượng nhiệt sinh q trình Lượng nhiệt lớn hay nhỏ phụ thuộc vào hệ số ma sát, tải trọng, tốc độ tốc độ lớn lượng nhiệt sinh nhiều, kim loại bị nóng làm máy móc làm việc xác Nhờ trạng thái lỏng dầu chảy qua bề mặt ma sát đem theo phần nhiệt truyền ngồi, làm cho máy móc làm việc tốt c Công dụng làm Khi làm việc, bề mặt ma sát sinh mùn kim loại, hạt rắn làm cho bề mặt công tác bị xước, hỏng ngồi có cát, bụi, tạp chất rơi vào bề mặt ma sát Nhờ dầu nhờn lưu chuyển qua bề mặt ma sát, theo tạp chất đưa cacte dầu lắng lọc d Cơng dụng làm kín Trong động có nhiều chi tiết truyền động cần phải làm kín 55 xác piston – xylanh, nhờ khả bám dính tạo màng, dầu nhờn góp phần làm kín khe hở, khơng cho bị rò rỉ, đảm bảo cho máy làm việc bình thường e Bảo vệ kim loại Bề mặt máy móc, động làm việc thường tiếp xúc với khơng khí, nước, khí thải…làm cho kim loại bị ăn mòn, hư hỏng nhờ dầu nhờn làm thành màng mỏng phủ kín lên bề mặt kim loại nên ngăn cách với yếu tố trên, kim loại bảo vệ 56 Chương 11: BITUME 11.1 Định nghĩa Là sản phẩm nặng thu từ giai đoạn chưng cất cặn chân không dầu thô 11.2 Thành phần Là hỗn hợp phức tạp hydrocacbon có chứa hợp chất dị nguyên tố Bitume có thành phần chủ yếu Asphalten ngồi có nhựa dầu tùy theo công nghệ chế biến yêu cầu bitume mà tỉ lệ khác 11.3 Phân loại ứng dụng Dựa theo trạng thái tồn người ta chia làm Bitume rắn, Bitume lỏng, Bitume nhũ tương: Bitume rắn Bitume nguyên chất dạng đặc điều kiện thường Bitume biến tính: (Bitume thổi, Bitume oxy hóa) Bitume lỏng pha chế từ bitume đặc (nguyên chất) cho hòa tan phân đoạn xăng, dầu hôi, dầu diesel, để làm giảm độ nhớt nhằm tạo thuận lợi cho q trình đóng rót sử dụng Bitume lỏng phân thành nhóm, khơ nhanh, khơ vừa, khơ chậm sau sử dụng dung môi bay để lại màng Bitume, tỷ lệ dung môi sử dụng biến đổi phạm vi sử dụng từ 4% 40% tùy theo yêu cầu sử dụng Bitume lỏng có nhược điểm: tiêu hao dung môi ô nhiễm môi trường Bitume nhũ tương sản xuất từ bitume đặc nhũ hóa với nước lượng chất nhũ hóa làm giảm độ nhớt giúp cho q trình đóng rót sử dụng dễ dàng Bitume nhũ tương thường chứa từ 30%  40% nước Nhược điểm: trình tạo nhũ phải sử dụng chất nhũ hóa Tìm chất nhũ hóa q trình tồn trữ phải bền sử dụng phải bền Ứng dụng: chủ yếu làm nhựa trải đường cho cơng trình giao thơng, 57 ngồi cho cơng trình thủy lợi, xây dựng để làm chất chống thấm, mái che mái lợp, công nghiệp điện, vỏ bọc cách điện cho dây cáp, điện thoại, vỏ bình ăcquy, cơng nghiệp đường ống dùng để tạo vỏ bọc ống dẫn dầu khí nước để chống ăn mòn Tính chống thấm tính dính, tính chịu lực, trơ với môi trường 11.4 Các thông số tiêu Độ lún kim (needle penetratin) Ý nghĩa: thử nghiệm nhằm xác định độ cứng bitume (ASTMDS) Độ lún kim độ sâu kim xuyên vào lớp bitume tác động tải trọng 100g , thời gian giây 250C, độ lún kim biểu thị theo đơn vị 1/10 mm, giá trị lớn bitume mềm Nhiệt độ chảy mềm Đây thử nghiệm đặc trưng cho khả chịu nhiệt bitume hay xác khả bị biến dạng nhiệt (theo tiêu chuẩn ASTMD 36) Nguyên tắc xác định: tiêu chuẩn xác định theo nguyên tắc vòng bi Cho bitume vào vòng lấy viên bi đặt tâm bề mặt bitume (bằng vòng định tâm để vào cốc chứa nước hay glycerin, gia nhiệt  quan sát viên bi, thời điểm mà viên bi kéo bitume trôi xuống mặt dụng cụ  ta ghi nhiệt độ  nhiệt độ gọi nhiệt độ chảy mềm, nhiệt độ thấp khả chịu biến dạng nhiệt bitume Độ lún kim lớn có độ chảy mềm thấp Nhiệt độ hóa giòn (fragility) Ý nghĩa: đặc trưng cho khả chịu nhiệt độ thấp bitume thông số quan nước có nhiệt độ thấp vào mùa đơng Chỉ tiêu đưa nhằm đảm bảo cho bitume không bị tính đàn hồi điều kiện nhiệt độ thấp ngược với trình chảy mềm tăng nhiệt độ q trình hóa rắn trở nên giòn hạ nhiệt độ 58 Cách tiến hành: người ta trải bitume nóng chảy thành lớp thép mỏng sau cho thép trải bitume vào mơi trường có nhiệt độ hạ từ từ định kỳ uốn thép này, nhiệt độ mà bitume bị gãy hay tạo vết nứt gọi nhiệt độ hóa giòn  chọn bitume tùy thuộc vào mơi trường, điều kiện nhiệt độ sử dụng (khí hậu) Ví dụ: Độ lún kim 40 - 60 80 -100 180 -220 Nhiệt độ giòn togion = - 60C togion = - 100C togion = - 130C Độ cứng bitume phụ thuộc vào thành phần bitume Asphalten: làm cho bitume cứng Dầu: làm cho bitume mềm Nhựa: làm cho bitume dẻo  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, hòa tan xăng, n – pentan, CS2 …nhưng khơng hòa tan cồn Trong phân đoạn cặn nhóm dầu chiếm từ 45 đến 60%  Nhóm chất nhựa Nhóm dạng keo quánh: gồm hai nhóm thành phần chất trung tính chất axit Các chất trung tính có màu đen nâu, nhiệt độ hóa mềm nhỏ 1000C, tỷ trọng lớn 1, dễ dàng hòa tan xăng, naphtalen Chất trung tính tạo nhựa có tính dẻo dai tính dính kết Hàm lượng ảnh hưởng trực tiếp đến tính kéo dài nhựa, chiếm khoảng 10 đến 15% khối lượng cặn gudron 59 Các chất axít chất có nhóm –COOH, màu nâu sẫm, tỷ trọng lớn 1, dễ hòa 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  Nhóm asphanten Nhóm asphanten nhóm chất màu đen, cấu tạo tinh thể, tỷ trọng lớn 1, chứa phần lớn hợp chất dị vòng có khả hòa tan mạnh disunfua (CS2) Đun 3000C khơng bị nóng chảy mà bị cháy thành tro Ngồi ba nhóm chất nói trên, cặn gudron có hợp chất kim kim loại nặng, chất cacben…không tan dung môi thông thường, tan pyridin Độ dãn dài (ductility) Ý nghĩa: thể tính dẻo đặc trưng cho khả biến dạng bitume chịu tác dụng ngoại lực Tính chất: xác định theo ASTMD113 Nguyên tắc: bitume tạo hình khn mẫu tiến hành kéo dãn mẫu bitume (một đầu cố định, đầu biến dạng) thiết bị tiêu chuẩn nhiệt độ 250C với tốc độ kéo 5mm/ phút, độ dài đạt mẫu bitume lúc bị đứt gọi độ dãn dài, tính (cm) Ví dụ: Độ lún kim 40 – 50 80 – 100 Độ dãn dài >60 (cm) >100 (cm) Độ mát gia nhiệt (loss on heating) Ý nghĩa: độ mát nhiệt thể tính ổn định nhiệt bitume tác dụng nhiệt độ thời gian dài thành phần dầu nhẹ bị bốc làm thay đổi tính chất bitume xác định theo tiêu chuẩn ASTMD6 Nguyên tắc: Người ta tiến hành đun nóng mẫu 163 0C (giờ), cân 60 mẫu trước sau đun nóng từ tính theo độ mát nhiệt theo % khối lượng Có tương quan lún kim độ mát nhiệt Ví dụ: Độ lún kim 40 – 50 80 – 100 Độ mát gia nhiệt < 1% < 2% Tỷ trọng: mối quan hệ thể tích khối lượng theo tiêu chuẩn: ASTM D70 xác định tỉ trọng phương pháp picnometer a Bitume rắn (phân loại theo độ lún kim) Điểm chớp cháy liên quan đến vấn đề an toàn tồn trữ, vận chuyển sử dụng Xác định theo phương pháp cốc hở ASTMD92, ASTMD93 Ví dụ: Độ lún kim 40 – 50 80 -100 Điểm chớp cháy >2500C >2300C Độ hòa tan (solubillity) Ý nghĩa: xác định hàm lượng bitume mẫu Tiêu chuẩn: ASTM D Ngun tắc xác định: dựa vào tính hòa tan bitume CS CCl4 người ta cho hòa tan lượng bitume xác định sau lọc cân phần lại (phần khơng tan), suy phần trăm lượng hòa tan gọi độ hòa tan Theo tiêu độ hòa tan lớn 90% b Bitum lỏng: khô nhanh, vừa chậm Điểm chớp cháy: theo phương pháp cốc kín ASTM D 1310 liên quan đến vấn đề an toàn, tồn trữ, vận chuyển sử dụng Độ nhớt: xác định nhớt kế mao quản theo tiêu chuẩn ASTM D 445 hay dùng nhớt kế Saybolt theo tiêu chuẩn ASTM D 88 61 Thành phần chưng cất: Ý nghĩa: thử nghiệm sử dụng để xác định tỷ lượng tương đối bitum dung môi, đồng thời xác định lượng dung môi bị chưng cất nhiệt độ khác giúp đánh giá tính bay dung mơi điều nói lên tốc độ đơng cứng dung môi sau sử dụng, đô khô bitum Xác định theo tiêu chuẩn ASTM D 402 Nguyên tắc: thiết bị giống thiết bị đường cong chưng cất ASTM D 86 Cách xác định: tiến hành chưng cất xác định thể tích tách với nhiệt tương đương đến 3600C dừng lại xác định lượng Bitum lại, từ tính phần trăm thể tích bitum so với mẫu ban đầu, kết trình bày sau: phần trăm thể tích lúc ban đầu 190 0C, 2250C, 3150C, 3600C Xác định tỉ lệ tương đối bitum dung môi (tới 360 0C ta loại hết dung môi) Đánh giá tính bay dung mơi (tính chất quan trọng bitum lỏng) Sau dung môi bay hết ta lấy bitum đem xác định tính chất nêu 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO Đinh Thị Ngọ Hóa học dầu mỏ Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2000 Hồng Trọng m Hóa học hữu cơ, I, II, III, IV Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2000 Lê Văn Hiếu Công nghệ chế biến dầu Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội, 2002 Nguyễn Thị Minh Hiền Công nghệ chế biến khí tự nhiên khí đồng hành Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội, 2002 Phan Minh Tân Tổng hợp hữu – hóa dầu I, II Nhà xuất Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, 2002 Goldstein RF - The petroleum chemicals industry 2000 John Wiley - Gas processing handbook.1994 Lewis Hatch, - Chemistry of petrochemical processes - Gulf Publishing Company - United State of America 2000 63