Nhiên liệu và dầu mỏ - Chương 2

Nhiên liệu là vật chất được sử dụng để giải phóng năng lượng khi cấu trúc vật lý hoặc hóa học bị thay đổi. Nhiên liệu giải phóng năng lượng thông qua quá trình hóa học như cháy hoặc quá trình

Chương NHIÊN LIỆU CĨ NGUỒN GỐC TỪ DẦU KHÍ 2.1 Q TRÌNH CHẾ BIẾN NHIÊN LIỆU TỪ DẦU KHÍ 2.1.1 Nguồn gốc thành phần dầu khí 1) Nguồn gốc: Dầu khí tên viết tắt dầu mỏ tự nhiên hyđrocacbon có nguồn gốc từ xác động thực vật sau trình phân huỷ chuyển biến với biến đổi địa chất tạo thành Dầu mỏ tồn tự nhiên dạng vỉa dầu, thường dạng lỏng, dạng rắn nhiệt độ thường Trong mỏ dầu có áp suất cao nên có lượng khí bị hồ tan dầu mỏ Khi khai thác áp suất giảm khí tách khỏi dầu mỏ gọi khí đồng hành Khí mà thu trực tiếp từ mỏ chứa tồn khí gọi khí tự nhiên Nguồn lượng thu từ dầu khí chiếm 80% nguồn lượng tồn cầu Dự tính nguồn lượng từ dầu khí cịn cung cấp cho vịng vai chục năm nửa Vì nguồn lượng dầu mỏ ngày trở nên vơ q giá Dầu mỏ nhiên liệu quan trọng xã hội đại dùng để sản xuất điện nhiên liệu tất phương tiện giao thông vận tải Hơn nữa, dầu mỏ sử dụng cơng nghiệp hóa dầu để sản xuất chất dẻo (plastic) nhiều sản phẩm khác Vì dầu thường ví "vàng đen" Tùy theo nguồn tính tốn, trữ lượng dầu mỏ giới nằm khoảng từ 1.148 tỉ thùng (barrel) (theo BP Statistical Review 2004) đến 1.260 tỉ thùng (theo Oeldorado 2004 ExxonMobil) Trữ lượng dầu mỏ tìm thấy có khả khai thác mang lại hiệu kinh tế với kỹ thuật tăng lên năm gần đạt mức cao vào năm 2003 Người ta dự đoán trữ lượng dầu mỏ đủ dùng cho 50 năm Năm 2003 trữ lượng dầu mỏ nhiều Ả Rập Saudi (262,7 tỉ thùng), Iran (130,7 tỉ thùng) Iraq (115,0 tỉ thùng) Các Tiểu Vương quốc Ả Rập Thống nhất, Kuwait Venezuela Nước khai thác dầu nhiều giới năm 2003 Ả Rập Saudi (496,8 triệu tấn), Nga (420 triệu tấn), Mỹ (349,4 triệu tấn), Mexico (187,8 triệu tấn) Iran (181,7 triệu tấn) Việt Nam xếp vào nước xuất dầu mỏ từ năm 1991 sản lượng xuất vài ba triệu Đến nay, sản lượng dầu khí khai thác xuất hàng năm Việt Nam đạt vào khoảng 20 triệu tấn/năm Vì tầm quan trọng kinh tế, dầu mỏ lý cho mâu thuẫn trị Tổ chức nước xuất dầu mỏ (OPEC) sử dụng dầu mỏ vũ khí xung đột Trung Đông tạo khủng hoảng dầu mỏ vào năm 1973 1979 2) Thành phần: a Thành phần nguyên tố dầu mỏ khí tự nhiên Những nhân tố chủ yếu tạo nên hợp phần dầu mỏ cacbon(C) hyđrô (H) Hàm lượng cacbon chiếm 83,5-87% H chiếm 11,5-14% khối lượng dầu mỏ Hàm lượng H dầu mỏ cao hẳn so với khống vật có nguồn BS: Nguyễn Quang Trung gốc động, thực vật phân huỷ khác, than bùn 5%, than bùn thối 8% Chính hàm lượng H cao so với C giải thích nguyên nhân dầu mỏ tồn trạng thái lỏng Cùng với C H, tất loại dầu mỏ có S, O N Tổng hàm lượng S,O,N vượt - 3% khối lượng Trong số nguyên tố này, N chiếm phần nhỏ, khoảng 0,001-0,3% Hàm lượng O khoảng 0,1-1%, nhiên có loại dầu nhiều nhựa O chiếm tới 2-3% Hàm lượng S chiếm phần chủ yếu Ở loại dầu S hàm lượng S chiếm 0,1-1% kl (dầu mỏ Việt Nam có S, hàm lượng S nhỏ 0,1%) Loại dầu nhiều S có hàm lượng S từ 1-3% kl vượt nửa số dầu mỏ Mêhicô hàm lượng S lên tới 3,65 đến 5,3%, dầu Uzơbekistan 3,2-6,3% Dầu mỏ S dầu ngọt, có giá trị kinh tế cao, ngược lại dầu mỏ nhiều S dầu chua, giá trị thấp Tồn dầu mỏ với hàm lượng thấp cịn có số ngun tố khác, chủ yếu kim loại Vanadi (V), Niken(Ni), Sắt (Fe), Magiê (Mg), Crôm(Cr), Titan(Ti), Côban(Co), kali(K), Canxi(Ca), Na P Si Hàm lượng nguyên tố nhỏ, tồn số nguyên tố gây khó khăn cho dây chuyền cơng nghệ chế biến dầu, hợp chất V Ni đầu độc đa số chủng loại xúc tác hoá dầu Các nguyên tố kim loại thường tồn dạng hợp chất kim, cấu tạo phức tạp có phần cặn dầu b Thành phần hố học dầu mỏ khí tự nhiên Thành phần chủ yếu tạo nên dầu khí hiđrơcacbon Hiđrơcacbon hợp chất hữu cấu tạo hai nguyên tố hoá học H C Những phân tử chất hydrocacbon khác số lượng nguyên tử C cách xếp nguyên tử C, từ hình thành nên nhóm hydrocacbon với cấu trúc hố học khác có tính chất dị biệt + Nhóm hyđrocacbon parafin (hydrocacbon no hay ankan – CnH2n+2): Trong n số C mạch phân tử phân tử hydrocacbon parafin, nguyên tử C liên kết với tạo nên mạch cacbon hở, liên kết đơn bền vững, nên có tên hydrocacbon no nhiệt độ áp suất thường hydrocacbon parafin trạng thái khác nhau: - Thể khí (khi n=1,2,3,4) khí mêtan (CH4), êtan (C2H6), Prơpan(C3H8), butan(C4H10) - Thể lỏng (khi n=5-17) hexan(C6H14), heptan(C7H16), octan (C8H18), nonan(C9H20), đêcan (C10H22), xetan(C16H34)… - Thể rắn (khi n=18 trở lên) octadecan(C18H38), nonadecan(C19H40),… Cả ba trạng thái nhóm hydrocacbon parafin có dầu mỏ Khi nằm vỉa dầu hydrocacbon khí thể hồ tan dầu thơ Khi khỏi vỉa qúa trình khai thác, áp suất giảm chúng chuyển thành thể khí, khí đồng hành có thành phần khí mêtan, êtan, propan, butan phần chất BS: Nguyễn Quang Trung pentan(C5H12) Trong mỏ khí tự nhiên thành phần khí bao gồm hydrocacbon từ C1 tới C5, nhiều thành phần nhẹ mêtan Các hydrocacbon parafin rắn hoà tan hydrocacbon thể lỏng Như hiểu dầu mỏ thể hỗn hợp hydrocacbon, hydrocacbon khí rắn hồ tan hydrocacbon lỏng Hydrocacbon parafin có hai dạng cấu tạo hố học: - Các nguyên tử C liên kết thành mạch thẳng gọi dạng normal (n-parafin hay n-alkan) n-octan(n-C8H18) - Các nguyên tử cacbon liên kết thành mạch nhánh gọi dạng iso (isoparafin hay iso-alkan) iso-octan(2.2.4-trimetylpentan) Các hydrocacbon parafin có tính ổn định hố học, có khả tham giá phản ứng + Nhóm hyđrocacbon naphten (hyđrocacbon vịng no – CnH2n): Trong n số C mạch phân tử Ở phân tử hydrocacbon naphten, nguyên tử C liên kết với tạo nên vòng C kín liên kết đơn bền vững, nên có tên hydrocacbon vòng no Loại hydrocacbon naphten chủ yếu vịng C vịng 6C có tên cyclo-pentan cyclo-hexan H2C CH2 CH2 H 2C CH2 H2C CH2 Cyclo-pentan CH H 2C CH2 CH2 Cyclo-hexan Ngoài tồn nhiều dẫn xuất kết hợp gốc alkyl (ký hiệu R) với vòng no gọi alkyl cyclopentan alkyl cyclohexan R H2C R CH2 CH H2C CH2 H2C CH2 Ankyl cyclo-pentan CH H2C CH2 CH2 Ankyl cyclo-hexan Các hydrocacbon naphten có tính ổn định hố học tốt Loại hydrocacbon naphten có mạch nhánh alkyl dài có độ nhớt cao + Nhóm hyđrocacbon Aromat (hyđrocacbon thơm CnH2n-6) Trong n số C mạch phân tử Ở nhóm hydrocacbon aromat, có chất benzen với công thức nguyên C6H6 Trong phân tử benzen nguyên tử C liên kết với thành vịng kín có liên kết đơn liên kết đôi BS: Nguyễn Quang Trung xếp liên hợp với Trên sở vịng benzen hình thành hydrocacbon thơm khác chủ yếu cách nguyên tử H gốc alkyl với độ dài cấu trúc mạch khác CH CH CH3 HC CH HC C HC CH HC CH CH (C6H6, benzen) CH (C6H5 - CH3, metyl benzen) Các phân tử hydrocacbon thơm ngưng tụ cấu tạo nhiều vịng benzen có mặt dầu mỏ với hàm lượng vài % Các hydrocacbon thơm có khả tham gia phản ứng hố học mạnh, dễ bị ơxy hố biến chất Ngồi dâu mỏ tồn hydrocacbon lai tạp Trong thành phần chúng có vịng no, vịng thơm nhóm alkyl + Nhóm hyđrocacbon Olefin (hyđrocacbon khơng no CnH2n): Trong n số C mạch phân tử Ở phân tử hydrocacbon olefin, nguyên tử C liên kết với tạo nên mạch C hỡ liên kết đơn liên kết đôi bền vững Do olefin có hoạt tính cao, ổn định, bền Các olefin có cấu trúc thẳng (normal) nhánh (iso) Các hydrocacbon olefin khơng có mặt dầu thơ khí thiên nhiên, lại tồn với hàm lượng đáng kể sản phẩm chế biến từ dầu mỏ, loại khí, loại xăng nhiên liệu khác thu từ số dây chuyền công nghệ chế biến sâu nhà máy lọc dầu CH3 CH2 - CH2 CH3 - CH = CH2 (etylen, CH4) (C3H6, Propylen) CH3–C–CH = C–CH3 CH3 CH3 (C8H16, izo octen) + Những thành phần khác: Trong khí dầu mỏ ngồi hợp phần hydrocacbon cịn có khí khác khí cacbonic (CO2), Nitơ (N2), khí sunfua hiđrơ (H2S) trơ argon (Ar), hêli (He)… Trong dầu có thành phần phức tạp chất nhựa asphalten hợp chất thơm ngưng tụ, có khối lượng phân tử lên tới 1000 đến 2500 cao Nhựa asphanten có tính ổn định hố học kém, dễ bị ơxy hố, dễ làm sản phẩm dầu mỏ biến chất, đổi màu, dễ tạo cốc làm ngộ độc trình chế biến xúc tác trình chế biến dầu BS: Nguyễn Quang Trung 10 Ngoài nhựa asphanten dầu thơ cịn có hợp chất chứa S,N kim loại nặng Đây tạp chất làm giảm chất lượng dầu, gây độc hại cho trình chế biến dùng làm xúc tác, đồng thời gây ăn mịn kim loại nhiễm môi trường 2.1.2 Chưng cất dầu mỏ Ngành công nghiệp chế biến dầu khí phát triển nhanh, sau chiến tranh chế biến lần thứ Theo đánh giá chung tương lai, dầu khí chiếm vị trí quan trọng lĩnh vực lượng nguyên liệu hoá học Dầu mỏ sau khai thác qua khâu xử lý tách nước, tách muối đưa vào nhà máy lọc dầu để chế biến thành sản phẩm đa dạng phong phú Những cơng đoạn chủ yếu q trình lọc dầu là: chưng cất, chuyển hoá xúc tác, chuyển hoá nhiệt, tách lọc,… nguồn nguyên liệu thích hợp nhằm thu loại sản phẩm cần thiết Chưng cất dầu mỏ chế biến trực tiếp dầu mỏ tháp chưng cất với điều kiện áp suất nhiệt độ khác để tách dầu mỏ thành phân đoạn riêng biệt có phạm vi độ sơi thích hợp Trong q trình chưng cất khơng xảy biến đổi hoá học thành phần dầu mỏ 1) Chưng cất khí Dầu mỏ đưa vào lị ống, tai dầu nấu nóng lên 330-3500C, dầu chuyển thành di chuyển lên tháp tinh cất Tháp có cấu tạo đĩa vật liệu nhồi để tăng cường trình trao đổi nhiệt chất hai luồng vật chất thể lỏng thể vận chuyển ngược chiều nhau, nhờ phân chia hỗn hợp dầu mỏ thành phân đoạn có phạm vi độ sơi khác Tuy nhiên cần lưu ý pham vi độ sôi phân đoạn tương đối tahy đổi phụ thuộc vào yêu càu chất lượng sản phẩm, vào đặc tính dầu thơ chưng cất tính tốn cụ thể nhà sản xuất nhằm thu hiệu kinh tế cao Những phân đoạn chủ yếu chưng cất khí là: - Xăng thô (naphta) từ 40 – 2000C - Dầu hoả (kerosine) từ 140 – 3000C - Phân đoạn diesel (gas oil) từ 230 – 500C - Cặn chưng cất (residue) lớn 3500C Phân đoạn naphtan gọi xăng chưng cất, dùng pha chế với loại xăng khác dùng làm xăng thương phẩm Ngồi chưng cất xăng thơ thành phân đoạn có độ sơi hẹp naphta nhẹ, naphta trung bình, naphta nặng dùng làm nguyên liệu cho trình chế biến sấu Phân đoạn kerosine (KO) tinh chế dùng làm nhiên liệu phản lực Ngồi dùng kerosin làm khí đốt hay làm nguyên liệu cho trình chế biến sâu khác BS: Nguyễn Quang Trung 11 Phân đoạn gas oil dùng làm nhiên liệu cho động điêzen (DO), đồng thời dùng làm ngun liệu cho q trình chế biến sâu Phân đoạn cặn chưng cất khí cịn gọi mazut (residue) dùng làm nhiên liệu đốt lò (FO) chuyển vào tháp chưng cất khí – chân khơng để tách thành phân đoạn nặng có phạm vi độ sơi khác 2) Chưng cất khí - chân khơng Cặn chưng cất khí đưa vào tháp chưng cất kkhí - chân không Tại mazut phân chia thành phân đoạn phần cặn: - Phân đoạn nhẹ (light fraction) - Phân đoạn trung bình (midle fraction) - Phân đoạn (heavy fraction) - Phân đoạn cặn (vacuum residue hay gudron) có độ sơi lớn 5000C Ba phân đoạn sử dụng làm nguyên liệu chế biến ba loại dầu nhờn gốc Phân đoạn chưng cất chân khơng dùng làm ngun liệu tách lọc dầu nhờn cặn (bright stock) hay nguyên liệu sản xuất bitum, làm nguyên liệu cho công nghệ chế biến sâu Sơ đồ tinh chất khí chân khơng trình bày hình Dầu thô Khí Dầu hoả Gasoil Mazútï Dầu thô Xăng Pđ nhẹ Pđ trung bình Pđ nặng Gudron Hình 2.1 Sơ đồ chưng cất dầu mỏ 1- Lò ống; 5-Tháp tinh cất; 3-Bộ phận làm lạnh; 4-Bộ phận tách lỏng; 6-Bộ phận trao đổi nhiệt; 7-Bơm; 8-Cột hoá 2.1.3 Chế biến sâu dầu mỏ Q trình chưng cất dầu mỏ trình bày chủ yếu dựa vào tính chất vật lý bay ngưng tụ Trong q trình chưng cất khơng xảy thành phần hydrocacbon có dầu, hiệu suất chất lượng sản phẩm chưng cất không đáp ứng yêu cầu sử dụng Để nâng cao chất lượng hiệu suất loại sản phẩm có giá trị kinh tế, cần có q trình chế biến sâu Công nghệ BS: Nguyễn Quang Trung 12 chế biến sâu (chế biến thứ cấp) dầu mỏ bao gồm số dây chuyền công nghệ chủ yếu q trình chế hố nhiệt q trình chế biến nhiệt - xúc tác 1) Các trình chế hoá nhiệt a Cracking nhiệt Dây chuyền cracking nhiệt nhằm phân huỷ phần cặn qú trình chưng cất dầu, tác dụng nhiệt độ cao thích hợp để thu sản phẩm sáng màu Dây chuyền visbreaking nhằm phân huỷ thành phần nhiên liệu đốt lò nhiệt độ cao để giảm độ nhớt tới mức phù hợp Nguyên liệu cúa phân đoạn phần cặn chưng cất: mazut gudron phần cặn trình chế biến sâu khác Sản phẩm bao gồm: - Hỗn hợp khí bao gồm hydrocacbon no không no, sử dụng làm nguyên liệu nhiên liệu cho hoá dầu - Xăng cracking nhiệt có chứa tới 25% hydrocacbon khơng no, tính ổn định hố học - Phân đoạn kerosin – gas oil dùng làm nhiên liệu điêzen sau làm hyđrô, dùng làm nhiên liệu đốt lò - Cặn cracking dùng làm nhiên liệu đốt lị có nhiệt độ cháy cao hơn, nhiệt độ đông đặc độ nhớt thấp so với mazut chưng cất trực tiếp b Cốc hoá Dây chuyền cốc hoá nhằm chế hoá nhiệt phần dầu nặng, cặn dầu để thu loại than cốc sản phẩm dầu sáng màu Nguyên liệu cho q trình cốc hố gudron, loại gas oil nặng, loại cặn dầu, loại nhựa – asphanten quy trình chế biến khác Sản phẩm thu gồm: - Các loại than cốc có nguồn gốc dầu mỏ dùng làm điện cực cho công nghệ điện luyện kim… - Hỗn hợp khí tương tự khí cracking nhiệt có hàm lượng hydrocacbon khơng no - Xăng cốc hố có hàm lượng hydrocacbon khơng no tới 60%, ổn định cần qua công đoạn làm hydrocacbon để giảm lượng hydrocacbon không no đó, dùng để pha chế loại xăng thường - Phân đoạn kerosin – gas oil dùng làm thành phần nhiên liệu điêzen, tuốc bin khí, đốt lị dùng làm nguyên liệu cracking xúc tác c Nhiệt phân (steam cracking) Dây chuyền steam cracking chế hố nhiệt mơi trường nước nguyên liệu dầu lỏng (phân đoạn naphta hay condensat) nguyên liệu khí khí etan, propan, butan hốn hợp BS: Nguyễn Quang Trung 13 Sản phảm thu chủ yếu hỗn hợp khí có nhiều etylen, propylen làm ngun liệu cho hố dầu Sản phẩm lỏng xăng nhiệt phân có tính ổn định hố học sản phẩm có tính sử dụng khác Nhìn chung sản phẩm thu từ quy trình chế hố nhiệt cho sản phẩm lỏng sáng màu có chất lượng khơng cao, ngày sử dụng phạm vi hẹp thay dần công nghệ nhiệt - xúc tác Tuy nhiên số dây chuyền vẩn có ý nghĩa quan trọng steam cracking để thu olefin nhẹ làm nguyên liệu cho tổng hợp hoá dầu 2) Các q trình chế hố nhiệt - xúc tác Các quy trình chế hố tác dụng nhiệt đơn cho sản phẩm giá trị, người ta sáng tạo công nghệ kết hợp nhiệt với xúc tác để nâng cao chất lượng sản phẩm thu Các chất xúc tác sử dụng có tính chọn lọc cao, thúc đẩy phản ứng dây chuyền hoá theo hướng tạo thành sản phẩm mong muốn a Cracking nhiệt xúc tác Dây chuyền cracking xúc tác nhằm thu sản phẩm dầu sáng màu xăng nhiên liệu diezen nhờ phản ứng phân huỷ phân đoạn nặng tác dụng xúc tác alumino silicat dạng vô định hình tinh thể zeolit Nguyên liệu sử dụng cặn mazut phân đoạn gas oil chưng cất trực tiếp chế biến sâu Sản phẩm thu gồm: - Hỗn hợp khí có chứa tới 80 – 90% hydrocacbon no không no C3 C4, tách lọc thành thành riêng phân đoạn thích hợp làm nguyên liệu hoá dầu - Xăng cracking xúc tác có phạm vi độ sơi từ độ sơi đầu tới 1950C, dùng làm hợp phần cho xăng thương phẩm Thành phần nhóm hydrocacbon xăng cracking xúc tác: hydrocacbon thơm 20 – 30%, hydrocacbon không no - 15%, hydrocacbon naphten7 – 15% hydrocacbon parafin 45 – 50% Xăng cracking xúc tác có chất lượng cao hẳn xăng cracking nhiệt - Phân đoạn gas oil nhẹ (150 – 2800C) dùng làm nhiên liệu hợp phần diesel tuốc bin khí - Phân đoạn 280 – 4200C dùng làm nguyên liệu sản xuất cacbon kỹ thuật - Phân đoạn gas oil nặng sôi 4200C dùng làm nhiên liệu đốt lò b Reforming xúc tác (platforming) Dây chuyền reforming xúc tác nhằm thu xăng có chất lượng cao, hỗn hợp hydrocacbon thơm hydro kỹ thuật nhờ q trình chuyển hố xúc tác phân đoạn naphta chưng cất chế biến sâu Xúc tác sử dụng hệ đơn kim loại, nhị kim loại đa kim loại, chủ yếu bạch kim (Pt) nên có tên platforming, với chất kích hoạt xúc tác dạng axit flo clo BS: Nguyễn Quang Trung 14 Nguyên liệu dùng cho reforming xúc tác tuỳ thuộc vào nhu cầu sản phẩm nên khác nhau: - Để sản xuất xăng dùng phân đoạn naphta rộng (60,900C tới 1800C) - Để sản xuất hydrocacbon thơm bezen, toluen xylen dùng phân đoạn naphta hẹp có phạm vi độ sơi tương ứng 62 – 85, 85 – 105, 105 – 1400C - Yêu cầu nguyên liệu hàm lượng S không 0,0001 – 0,0005% thể tích hàm lượn N khơng 0,0001% Sản phẩm thu bao gồm: - Hỗn hợp khí chứa nhiên liệu metan, etan, propan butan, dùng làm nhiên liệu tách lọc thành hợp phần thích hợp dùng cho tổng hợp hố dầu - Reformat hỗn hợp lỏng có thành phần hydrocacbon thơm 40 – 65%, hydrocacbon parafin naphten 34 – 60%, cịn nhóm hydrocacbon khơng no 0,5 – 1,1% Sản phẩm dùng làm hợp phần pha chế xăng thương phẩm, gọi xăng reforming có tính ổn định hố học tốt Cũng hàm lượng hydrocacbon thơm cao nên dùng làm nguyên liệu tách lọc loại hydrocacbon thơm: bezen, toluen xylen làm ngun liệu cho hố dầu - Khí hydro kỹ thuật có chứa tới 75 – 85% thể tíc khí hydro nguyên chất, dùng làm nguồn cung cấp hydro cho quy trình cơng nghệ khác làm hydro, hydrocracking, đồng phân hoá… c Hyđrocracking Quy trình hydrocracking nhằm phân huỷ nguyên liệu nặng thành sản phẩm dầu sáng màu, dướib tác dụng xúc tác mơi trường khí hydro Dưới ảnh hưởng hydro hợp chất chứa S, N, O có nguyên liệu hoàn toàn loại bỏ, hợp chất khơng no no hố Do sản phẩm hydrocracking sản phẩm sáng màu có độ bổn định hố cao, khơng có phần cặn dầu Nguyên liệu cho quy trình hydrocracking phong phú, sử dụng từ phần nhẹ naphta đến phân đoạn nặng chưng cất chân không, phân đoạn gas oil quy trình chế biến sâu, loại cặn dầu mazut, gudron Sản phẩm thu bao gồm: - Hỗn hợp khí chủ yếu khí hydrocacbon no propan butan, dùng làm nguyên liệu cho tổng hợp hoá dầu sau xử lý tách lọc - Naphta hydrocracking có tính ổn định chống oxy hoá tốt, dùng pha chế xăng máy bay Người ta thường chưng cất naphta thành hai phân đoạn: xăng nhẹ (sôi đầu tới 850C) dùng pha chế xăng thương phẩm; phần nặng (85 – 1800C) dùng làm ngun liệu cho quy trình reforming - Kerosin có tính ổn định tốt dùng làm hợp phần cho nhiên liệu phản lực - Gas oil dùng làm hợp phần cho nhiên liệu diezen BS: Nguyễn Quang Trung 15 d Đồng phân hố Quy trình đồng phân hố nhằm thu nhiều loại sản phẩm, có loại xăng đồng phân có chất lượng cao Để sản xuất xăng có chất lượng cao, người ta dùng nguyên liệu xăng chưng cất nhẹ (từ độ sơi 62 – 700C) có nhiều hợp chất hydrocacbon mạch thẳng Nhờ tác dụng chuyển hoá xúc tác hình thành nhiều hydrocacbon mạch nhánh nên tăng thêm chất lượng cho trình cháy Xúc tác sử dụng trình cháy alumino silicat tổng hợp dạng zeloit 2.1.3 Chế biến khí Cơng nghệ chế biến khí dầu mỏ (khí thiên nhiên, khí đồng hành, khí thu chưng cất dầu trình chế biến khác) phát triển nhanh có nhiều thuận lợi, đỡ phức tạp kỹ thuật lại rẻ tiền so với chế biến phần dầu nặng nhiều tạp chất Ngành công nghiệp đa dạng phong phú Sau xem xét số dây chuyền cơng nghệ có liên quan tới việc chế biến dầu mỏ thành nhiên liệu, chủ yếu loại xăng 1) Làm khí Các hỗn hợp khí hydrocacbon trước vào chế biến phải làm cẩn thận nhằm loại bỏ chất độc hydro sunfua (H2S), hợp chất mercaptan nhẹ (RHS), khí cacbonic (CO2) Quy trình làm có nhiều kỹ thuật khác nhau: a Làm hoá chất, nghĩa thực phản ứng hoá học chất cần loại bỏ thể khí hố chất thích hợp thể lỏng thể rắn b Làm phương pháp hấp phụ chất khí cần loại bỏ chất hấp phụ thể rắn than hoạt tính, zeoit… Sau q trình làm tuỳ thuộc kỹ thuật làm loại bỏ 85 – 99% tạp chất khí lẫn vào hỗn hợp khí hydrocacbon 2) Làm khơ khí Ngồi việc loại bỏ khí tạp chất trên, yêu cầu hỗn hợp khí phải thật khơ Kỹ thuật làm khơ khí phân thành nhóm: a Hấp phụ nước chất hút ẩm thể rắn silicagen, nhơm oxit hoạt tính, zeolit NaA b Hấp phụ nước hút ẩm thể lỏng dietylenglycol, trietylenglycol… c Ngưng tụ nước đóng băng tạo tinh thể nước đá kỹ thuật nén làm lạnh 3) Chưng cất khí Quy trình chưng cất khí nhằm thu khí hydrocacbon nguyên chất riêng biệt phân đoạn khí có độ cao Nguyên liệu đưa vào thiết bị chưng cất khí chia thành hai nhóm: BS: Nguyễn Quang Trung 16 Khi khơng có điều kiện xác định trị số xêtan thiết bị chuyên dùng đo TSXT xác định gián tiếp qua điểm sôi 50%V theo công thức: TSXT = 454,74 – 1641,416D + 774,74D2 – 0,554B + 97,803(logB)2 Trong đó: D- tỷ trọng nhiên liệu diesel d15/15 B - Điểm sôi 50%V đo oC + Quan hệ trị số xetan với số vòng quay động Tuỳ thuộc vào thành phần hoá học, loại nhiên liệu diesel khác có TSXT khác nhau, nghĩa có khả tự cháy khác Muốn động hoạt động bình thường, đảm bảo cơng suất, địi hỏi nhiên liệu diesel phải có TSXT phù hợp với số vòng quay động Tốc độ vịng quay TSXT + Dưới 500 vịng/phút 30 ÷ 40 + 500 ÷ 1000 vịng/phút 40 ÷ 50 + Trên 1000 vòng/phút 50 Khi sử dụng nhiên liệu diesel có TSXT phù hợp với số vịng quay động cơ, động làm việc êm đạt công suất thiết kế Nếu trị số xêtan không phù hợp với số vịng quay, động làm việc khơng bình thường Khi TSXT thấp yêu cầu, động làm việc khó khăn, máy nóng, cơng suất giảm Khi TSXT nhiên liệu cao mức yêu cầu, nhiên liệu tự cháy q nhanh nên cháy khơng hồn tồn, xả khói đen, tiêu hao nhiên liệu, làm bẩn máy gây ô nhiễm môi trường Thông thường loại nhiên liệu diesel có TSXT vào khoảng 40 ÷ 50 sử dụng tốt động hoạt động vào mùa hè TSXT vào khoảng 50 ÷ 55 tốt cho động làm việc vào mùa đơng e) Tính ổn định hoá học Phụ thuộc vào hàm lượng thành phần keo, thành phần nhẹ có diesel Nếu hàm lượng thành phần lớn tính ổn định hóa học diesel thấp f) Tính ăn mòn kim loại + Hàm lượng lưu huỳnh tổng số + Độ axit (Tolal Acid Number-TAN) + Hàm lượng nước 2.2.2.6 Chỉ tiêu kỹ thuật dự báo chất lượng diesel 1) Chỉ tiêu kỹ thuật diesel 1) Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN a) Phạm vi áp dụng: Tiêu chuẩn quy định yêu cầu kỹ thuật phương pháp thử cho nhiên liệu diesel dùng cho động diesel Nhiên liệu diesel ký hiệu DO BS: Nguyễn Quang Trung 37 b) Yêu cầu kỹ thuật Bảng 2.6 Chỉ tiêu chất lượng nhiên liệu Điêzen(TCVN 5689:2005) 05:17' PM - Thứ năm, 14/06/2007 TT Tên tiêu Mức Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg, max Chỉ số xêtan, 500 2500 Phương pháp thử TCVN 6701:2002 (ASTM D 2622)/ ASTM D 5453 46 o ASTM D4737 Nhiệt độ cất, C, 90% thể tích, max 360 TCVN 2698:2002/ (ASTM D 86) Điểm chớp cháy cốc kín, oC, 55 TCVN 6608:2000 (ASTM D 3828)/ ASTM D 93 Độ nhớt động học 40oC, mm2/ s - 4,5 TCVN 3171:2003 (ASTM D 445) Cặn bon 10% cặn chưng cất, %khối lượng, max 0,3 TCVN 6324:1997 (ASTM D 189)/ ASTM D 4530 Điểm đông đặc, oC, max +6 TCVN 3753:1995/ ASTM D 97 Hàm lượng tro, %khối lượng, max 0,01 TCVN 2690:1995/ ASTM D 482 Hàm lượng nước, mg/kg, max 200 ASTM E203 10 Tạp chất dạng hạt, mg/l, max 10 ASTM D2276 o 11 Ăn mòn mảnh đồng 50 C, giờ, max 12 Khối lượng riêng 15oC, kg/m3 13 Độ bơi trơn, µm, max 14 Ngoại quan Loại TCVN 2694: 2000/ (ASTM D 130-88) 820 - 860 TCVN 6594: 2000 (ASTM D 1298)/ ASTM 4052 460 ASTM D6079 Sạch, ASTM D4176 Số lượt đọc: 324 - Cập nhật lần cuối: 14/06/2007 05:46:37 PM Bảng 2.7 Chỉ tiêu chất lượng nhiên liệu Điêzen(TCVN 5689:1997) MỨC PHƯƠNG PHÁP STT TÊN CHỈ TIÊU DO DO DO THỬ 0,05%S 0,25%S 0,50%S Chỉ số xetan, không nhỏ 45 45 45 ASTM D976 Hàm lượng lưu huỳnh, %khối lượng, 0,05 0,25 0,5 TCVN không lớn 2708:2002/(ASTM D 1266)/ TCVN 6701:2002(ASTM D BS: Nguyễn Quang Trung 38 STT 10 11 MỨC DO DO DO 0,05%S 0,25%S 0,50%S TÊN CHỈ TIÊU Nhiệt độ cất, oC, 90% thể tích, khơng lớn Điểm chớp cháy cốc kín, oC, khơng nhỏ 370 2622)/ ASTM D129/ ASTM D 4294 370 TCVN 2698:2002/ (ASTM D 86) 50 TCVN 6608:2000/ (ASTM D 3828)/ ASTM D 93 370 50 PHƯƠNG PHÁP THỬ 50 Độ nhớt động học 40oC, cSt(mm2/ s) Cặn bon 10% cặn chưng cất, %khối lượng, không lớn 1,6 - 5,5 1,6 - 5,5 1,6 - 5,5 ASTM D 445 0,3 0,3 0,3 TCVN 6324:1997/ (ASTM D 189)/ ASTM D 4530 Điểm đông đặc, oC, không lớn 9 TCVN 3753:1995/ ASTM D 97 Hàm lượng tro, %khối lượng, không lớn 0,01 0,01 0,01 TCVN 2690:1995/ ASTM D 482 Hàm lượng nước tạp chất học, 0,05 0,05 0,05 ASTM D 2709 %thể tích, khơng lớn Ăn mịn mảnh đồng 50oC, giờ, không 1 TCVN 2694: 2000/ lớn (ASTM D 130-88) o Khối lượng riêng 15 C, kg/l Báo cáo Báo cáo Báo cáo TCVN 6594: 2000/ (ASTM D 1298) 2) Theo tiêu chuẩn số nước Bảng 2.8 Chỉ tiêu chất lượng nhiên liệu diesel Trung Quốc Tên tiêu Tiêu chuẩn Mức quy định Kết đặc trưng Tỷ trọng 60oF ASTM D 1298 max 0,8494 Hàm lượng lưu huỳnh (%kl) G.B 380 max 0,30 Ăn mòn mảnh đồng 3giờ/50oC AsTM D 130 max 1 Cặn cacbon (% kl) ASTM D 189 max 0,15 - ASTM D 93 66,00 86,00 Độ nhớt động học 20 C (cSt) ASTM D 445 max 8,00 4,96 Độ axit (mg KOH/100 ml) ASTM D 974 - 0,04 Hàm lượng tro (% kl) ASTM D 482 max 0,01 - Trị số xêtan ASTM D 976 48,00 66,00 10 Hàm lượng nước (%V) ASTM D 95 max 0,05 Có vết 11 Nhiệt độ đơng đặc (oC) ASTM D 97 max 0,00 - 12 Màu sắc ASTM D 1500 max 1 13 Thành phần điểm sôi (oC) ASTM D 86 max 280,00 274 Nhiệt độ chớp cháy cốc kín (oC) o 50%V BS: Nguyễn Quang Trung 0,031 39 90%V max 330,00 319 Bảng 2.9 Chỉ tiêu chất lượng nhiên liệu diesel Nhật Bản Tên tiêu Tiêu chuẩn Mức quy định Tỷ trọng d60oF/60oF AsTM D 1298 0,830 ÷ 0,850 Hàm lượng lưu huỳnh (%kl) ASTM D 1151 max 0,30 Nhiệt độ chớp cháy cốc kín (oC) ASTM D 93 60,00 ăn mòn mảnh đồng 3h/100oC ASTM D 130 max Cặn cacbon (% kl) ASTM D 524 max 0,10 Màu sắc ASTM D 1500 max 0,50 Độ nhớt động học 20oC (cSt) ASTM D 445 2,70 ÷ 5,00 Hàm lượng tro (% kl) ASTM D 482 max 0,01 Trị số xêtan ASTM D 976 50,00 10 Hàm lượng nước (%V) ASTM D 95 max 0,05 11 Cặn đáy (% kl) ASTM D 473 max 0,01 12 Nhiệt độ đông đặc (oC) ASTM D 97 max -12 13 Thành phần điểm sôi (oC) ASTM D 86 50%V max 350,00 90%V 321,00 2) Dự báo chất lượng diesel Cũng xăng, ngày giới có khuynh hướng cải thiện chất lượng nhiên liệu diesel cách hạ thấp hàm lượng lưu huỳnh có nhiên liệu nhằm chống gây nhiễm môi trường Theo TCVN 5689 – 1997 hàm lượng lưu huỳnh loại nhiên liệu diesel nước ta cho phép tối đa 0,5 ÷ 1,0%kl, cao so với mức qui định nhiều nước Nhưng theo TCVN 5689 – 1997 hàm lượng lưu huỳnh loại nhiên liệu diesel nước ta cho phép tối đa 0,5 ÷ 1,0%kl Bên cạnh trị số xêtan tăng lên 2.2.2.7 Bảo quản nhiên liệu diesel 2.3 NHIÊN LIỆU KHÍ 2.3.1 Phân loại nhiên liệu khí BS: Nguyễn Quang Trung 40 1) Phân loại theo nguồn gốc: + Khí thiên nhiên (thu từ mỏ khí): CNG, LNG + Khí cơng nghiệp (từ việc tinh chế dầu mỏ, từ lò luyện cốc, lị cao) + Khí lị gas (khí hố nhiên liệu rắn thiết bị đặc biệt) 2) Phân loại theo nhiệt trị thấp: a Nhiên liệu có nhiệt trị lớn (QH =23÷28MJ/m3) Bao gồm khí thiên nhiên khí thu từ việc tinh luyện dầu mỏ Thành phần chủ yếu khí mêtan chiếm khoảng 80÷90% Được dụng phổ biến cho động đốt trong, dùng làm nhiên liệu thay cho xăng, ngày người ta dùng khí để tinh luyện lại thu thành phần khí mà đáp ứng nhu cầu sử dụng cho động cơ, tránh nhược điểm mà nhiên liệu lỏng thường gặp Ðó đốt sạch, loại bỏ chất độc hại lưu huỳnh, chì & đồng thời nâng cao nhiệt trị nhiên liệu khí đốt lên khoảng 1200kcal/m3 Ðặc biệt loại nhiên liệu khí LPG sử dụng rộng rải nhiều năm nay, nước nước khác giới, hỗn hợp khí đốt mà thành phần chủ yếu hợp chất Propan(C3H8) Butan (C4 H10) Hợp chất thu từ khí đồng hành khai thác dầu thơ nhà máy lọc dầu b Nhiên liệu có nhiệt trị trung bình (QH = 16÷23MJ/m3) Bao gồm khí cơng nghiệp, khí thấp, thành phần chủ yếu Hydro chiếm khoảng 40 ÷ 60% cịn lại CH4 CO Khí khơng sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ, khí dùng để điều chế chất hóa học khác từ nhà máy sản xuất khí hố học dùng cho việc điều chế phịng thí nghiệm c Nhiên liệu có nhiệt trị thấp (QH = ÷ 16MJ/m3) Bao gồm khí lị cao Thành phần chủ yếu CO H2 chiếm khoảng 60%, cịn lại khí trơ N2 3) Phân loại theo phương pháp lưu trữ: a Khí nén (CNG) Khí nén nén vào bồn chứa với áp suất cao khoảng 250 bar, máy nén khí Máy nén khí lấy khí từ đường ống hay từ trạm điều áp, nén với áp suất yêu cầu bồn chứa Việc sử dụng bồn chứa khí nén giống việc dùng bình chứa khí nén xe, bình chứa có dung tích 40 ÷ 50 lít, có từ 12 ÷ 15kg khí nén áp suất 250 bar b Khí hóa lỏng (LNG, LPG) BS: Nguyễn Quang Trung 41 Khí hóa lỏng nạp vào bồn chứa với áp suất 130 PSI (8,9 bar) với dung tích lưu trữ từ 1420 ÷ 4500 lít, bồn chứa lớn thiết kế vách đôi với chất cách nhiệt với mơi trường bên ngồi c Khí hấp thụ (ANG) Khí hấp thụ khí thiên nhiên lưu trữ hồn tồn ống mao dẫn cacbon hoạt tính Áp suất lưu trữ cho khí hấp thụ từ ÷ MPa thấp so với áp suất khí nén Vì vậy, bình chứa trạm yêu cầu khơng cao Vốn đầu tư chi phí cho hoạt động, cho việc nạp khí hấp thụ thấp so với khí nén Khí hấp thụ giai đoạn phát triển 2.3.2 Yêu cầu nhiên liệu khí sử dụng động đốt - Áp suất bay bảo hịa thấp, lưu trữ bình chịu áp lực đảm bảo an tồn cháy nổ - Nhiệt trị cao - Khơng độc hại, gây ăn mịn 2.3.3 Những tính chất nhiên liệu khí a) Nhiệt trị Nhiệt trị nhiên liệu khí nhiệt lượng thu đốt cháy 1m3 tiêu chuẩn nhiên liệu khí Như loại nhiên liệu khác nhiệt trị tính chất quan trọng nhiên liệu khí, ảnh hưởng trực tiếp cơng suất động Nhiệt trị xác định trực tiếp phương pháp đo nhiệt trị, tính gián tiếp cơng thức Men-đê-lê-ép: Qtm = 12,8CO + 10,8H2 +35,8CH4 + 56,0C2H2 + 59,5C2H4 + 63,4C2H6 + 91,0C3H8 + 120,0C4H10 + 144,0C5H12 (MJ/m3 tiêu chuẩn) b) Áp suất bay bảo hoà Áp suất bay bảo hòa áp suất cân thể lỏng thể nhiệt độ định (37,8oF) Áp suất bay bảo hòa lớn, để tăng lượng khí lưu trữ thể tích định phải nén áp suất cao Áp suất bay bảo hòa phụ thuộc vào phân tử lượng chất khí, mêtan (CH4) có áp suất bay bảo hòa lớn loại hyđrocacbon c) Tính chống kích nổ Cũng giống nhiên liệu xăng, nhiên liệu khí phải có tính chống kích nổ cao so với xăng nhiên liệu thể khí có khả chống kích nổ cao hơn, trị số octan RON thường lớn 100 2.3.4 Khí nén CNG 1) Nguồn gốc thành phần BS: Nguyễn Quang Trung 42 Khí thiên nhiên tạo từ sinh vật phù du, vi sinh vật sống nước bao gồm tảo động vật nguyên sinh Khi vi sinh vật chết tích tụ đáy đại dương, chúng dần bị chôn xác chúng nén lớp trầm tích Trải qua hàng triệu năm, áp suất nhiệt lớp trầm tích chồng lên tạo nên xác loại sinh vật chuyển hóa hóa học chất hữu thành khí thiên nhiên Do dầu mỏ khí thiên nhiên thường tạo trình tự nhiên tương tự nhau, hai loại hydrocarbon thường tìm thấy bể chứa ngầm tự nhiên Sau dần tạo nên lòng vỏ Trái Đất, dầu mỏ khí thiên nhiên dần chui vào lỗ nhỏ tầng đá xốp xung quanh, tầng đá xốp có vai trị bể chứa tự nhiên Do lớp đá xốp thường có nước chui vào, dầu mỏ khí tự nhiên, vốn nhẹ nước dày đặc tầng đá xung quanh nên chúng chuyển lên qua lớp vỏ, cách xa nơi chúng tạo Cuối cùng, số hydrocacbon bị bẫy lại lớp đá không thấm (đá không xốp), lớp gọi đá “mũ chụp” Khí thiên nhiên nhẹ dầu mỏ, tạo lớn nằm dầu mỏ Lớn khí gọi “mũ chụp khí” Các lớp than đá có chứa lượng mêtan đáng kể, mêtan thành phần khí thiên nhiên Trong trữ lượng than đá, mêtan thường thường bị phân tán vào lỗ vết nứt tầng than Khí thiên nhiên thường gọi khí mêtan tầng than đá (coal-bed methane) Khí nén CNG (Compressed Natural Gas ) khí thiên nhiên nén áp suất định (205 ÷ 275 bar) Khí thiên nhiên hỗn hợp chất khí cháy bao gồm phần lớn hydrocarbon (hợp chất hóa học chứa cacbon hyđrơ) Cùng với than đá dầu mỏ, khí thiên nhiên nhiên liệu hóa thạch Khí thiên nhiên chứa đến 85% mêtan (CH4) khoảng 10% êtan (C2H6), có chứa số lượng nhỏ propan (C3H8), butan (C4H10), pentan (C5H12), alkan khác Khí thiên nhiên, thường tìm thấy với mỏ dầu vỏ Trái Đất, khai thác tinh lọc thành nhiên liệu cung cấp cho khoảng 25% nguồn cung lượng giới Khí thiên nhiên chứa lượng nhỏ tạp chất, bao gồm điơxít cacbon (CO2), hyđrơ sulfit (HS), nitơ (N2) Do tạp chất có trể làm giảm nhiệt trị đặc tính khí thiên nhiên, chúng thường tách khỏi khí thiên nhiên q trình tinh lọc khí sử dụng làm sản phẩm phụ Bảng 2.10 Thành phần CNG Thành phân Cấu tạo Methane CH Ethane CH Ethylene CH BS: Nguyễn Quang Trung 2 Hàm lượng (%) 90.42 4.04 0.14 43 Propane CH Nitrogen N 2.05 3.32 2) Những tính chất CNG khí khơng màu, khơng mùi, khơng vị, tồn dạng khí nén với áp suất khoảng 205 ÷ 275 bar, Phần lớn hyđrocacbon no có phân tử lượng nhỏ nên TSOT cao (tính chơng kích nổ tốt) thích hợp làm nhiên liệu cho động châm cháy cưỡng 3) Phạm vi sử dụng tiêu chất lượng Hình 2.3 Ơ tơ bt sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên CNG thương phẩm ổn định xăng thương phẩm CNG thường có giá thấp từ 15 ÷ 40% so với xăng diesel CNG phải nạp lại nhiên liệu nhiều hơn, lẽ lượng tạo khoảng 1/4 lượng so với xăng thể tích Thêm nữa, tơ CNG có giá khoảng 3500 ÷ 6000 USD cao sử dụng động xăng cho ô tô Ô tô CNG sử dụng sản xuất ngày tăng, giá ô tô giảm điều mong đợi TSOT CNG cao so với xăng; động chun dụng, cơng suất, tính gia tốc tốc độ tiết kiệm ô tô CNG tốt tơ dùng động xăng Do q trình cháy CNG có đặc điểm hơn, nên tô sử dụng động CNG hoạt động hiệu so với ô tô xăng, làm tăng tuổi thọ cho ô tô Ở ô tô làm việc nặng động sử dụng CNG ồn so với động diesel Mặc dù CNG khí đốt, phạm vi cháy hẹp, làm cho nhiên liệu an tồn Mức độ an tồn tô CNG ngang hàng với ô tô xăng Khi bị tràn ngồi tai nạn, … CNG khơng gây hại cho đất nước, khơng độc Khả phân tán CNG nhanh, giảm tối thiểu nguy hiểm cháy nổ liên quan đến xăng Thành phần Metan, nhiên khí nhà kính BS: Nguyễn Quang Trung 44 2.3.5 Khí dầu mỏ hóa lỏng LPG 1) Nguồn gốc thành phần LPG (khí dầu mỏ hóa lỏng) thu cách hóa lỏng khí đồng hành áp suất khoảng - 18kG/cm2, bao gồm hai thành phần propan butan a.Propane: Có cơng thức cấu tao dạng mạch thẳng mà khả chống kích nổ H H–C– H H H C– C– H H H Propan Propan khơng có đồng vị iso Ankan b.Butan: Có cơng thức cấu tạo mạch thẳng mạch nhánh: H H H H H–C–C–C–C–H n - Butan H H H H H H H H–C– C–C–H Iso – Butan H CH H Trong LPG có thành phần iso Butan cao nhiên liệu có tính chống kích nổ lớn, tính kích nổ giảm dần từ iso-Butan, n-Butane Propan Thường iso Butan chiếm khoảng 25% có hỗn hợp (iso Butan - n Butan) Ngồi LPG cịn chứa etan (1÷3%mol) pentan (khơng q 1,5%mol) 2) Những tính chất BS: Nguyễn Quang Trung 45 - Không màu, không mùi, suốt - Tỉ trọng khí hóa lỏng nhẹ nước: 0,54 ÷ 0,56kg/lít - Nhiệt trị thấp: QH = 12000 kcal/kg (hoặc 46 MJ/kg) loại chất đốt có nhiệt lượng cao (gần 12000 kcal) - Nhiệt độ lửa cao: + Butan = 1900oC + Propan = 19350 C - Tỉ lệ hóa khí hóa lỏng khơng khí thể tích tăng lên 250 lần Là loại chất đốt hàm lượng lưu huỳnh gần không đáng kể (< 0,02%) không chứa chất độc khác như: chì, cacbuahyđro (chứa sản vật cháy cịn độc CO) đặc tính cháy hết nên khơng tạo muội than, khói, khí CO Tính độc hại: LPG khơng độc hại, nhiên khơng nên hít vào với lượng lớn làm say hay bị ngạt thở không nên bước vào nơi có đầy LPG ngồi nguy hiểm tính dễ cháy cịn gây ngạt thở thiếu oxy Ðặc tính chùm tia phun nhiệt độ 200C, áp suất phun 12kG/cm2 loại khí : + Propan: Khi phun chùm tia góc phun gần 400, chiều dài tia phun ngắn + Butan: Khi phun chùm tia mảnh, với góc phun khoảng 30, với chiều dài kim phun dài so với Propane + LPG: Khi phun chùm tia với góc phun khoảng 200, tia phun phần rộng, so với tia phun xăng ngắn Hỗn hợp Propan - Butan: Ðều hydrocacbon no (Ankan) chúng mạch thẳng (Ankan thường) hay mạch nhánh (iso ankan) LPG có số Octan nghiên cứu (RON) cao, dễ dàng đạt đến trị số 98 Chỉ số Octan động (MON) cao xăng THÀNH PHẦN RON Propan > 100 n-Butan 95 Iso-Butan >100 BS: Nguyễn Quang Trung MON 100 92 99 46 Butan 98 80 3) Phạm vi sử dụng tiêu chất lượng Trên thực tế LPG có thành phần butan khác tuỳ theo nhu cầu thói quen sử dụng Ở nhều nước LPG sản xuất dạng 100% Propan hay 100% butan LPG 100% propan thích hợp với người tiêu dùng xứ lạnh, nhằm bảo đảm tính bốc tốt LPG 100% butan thích hợp sử dụng ngành cơng nghiệp, dễ vận chuyển dễ tồn chứa điều kiện sản xuất lắp đặt thêm phận hâm nóng LPG khiến bốc hoàn toàn Bảng tiêu chất lượng LPG Tên tiêu Phương thử pháp Mức quy định Tỷ trọng (d60o/60oF) ASTM D 1657 0,500 Áp suất (37,8oC, at) ASTM D 1267 480 – 820 Thành phần hydrocacbon (% ASTM D 2163 mol) - Etan C2H6 1–3 - Propan C3H8 20 – 40 - Butan C4H10 60 – 70 - Pentan C5H12 ăn mòn mãnh đồng (1h/37,8oC) max 1,5 ASTM D 1838 Nước tự (%V) No1 không Nhiệt trị (MJ/kg) ASTM D 2598 40 – 55 Hàm lượng lưu huỳnh (ppm) ASTM D 2784 max 170 2.3.6 Khí thiên nhiên hóa lỏng LNG 1) Nguồn gốc thành phần BS: Nguyễn Quang Trung 47 LNG (Liquefied Natural Gas) khí tự nhiên xử lý loại bỏ thành phần hê-li, nước hy-đrô-cac-bon nặng tạp chất, sau làm lạnh tới nhiệt độ xấp xỉ -163oC, áp suất khí LNG lưu trữ bình chịu áp lực 2) Những tính chất - LNG khơng mùi, khơng màu sắc, khơng ăn mịn, khơng độc - LNG có nhiệt trị tương đương xăng diesel, mức độ gây ô nhiễm lại thấp xăng diesel Tuy nhiên giá thành LNG lại cao phải sản xuất lưu trữ trường điều kiện đặc biệt - Tỷ trọng LNG khoảng 45 % tỷ trọng nước - Khối lượng riêng: ρ = 0.41 ÷ 0.5 kg / lít điều kiện mà nước có khồi lượng riêng 1kg/lít - Nhiệt trị cao QH = 24 MJ/L, nhiệt trị thấp Qm =21MJ/L -164oC Khí thiên nhiên hóa lỏng trước dẫn vào bình LNG phải loại bỏ thành phần ăn mòn nước, H2S, CO2, thành phần phá bình thành phần tạo keo Benzen nhiệt độ thấp Thành phần LNG sau sản xuất đạt 90% mêtan (thậm chí đạt tới 100%) chứa phần nhỏ etan, propan, butan số ankan nặng Sản lượng LNG giới: Bảng 2.11 Sản lượng LNG giới Country Export volume (109 ft³) (106 t) Indonesia 1,100 23.0 Algeria 935 19.6 Malaysia 741 15.6 Qatar 726 14.9 Nigeria 394 8.2 Australia 367 7.7 Oman 356 7.3 Brunei Darussalam 351 7.2 United Arab Emirates 278 5.7 Russia 234 4.8 Trinidad and Tobago 189 4.0 United States 68 1.4 Country Import volume (109 ft³) (106 t) Japan 9,200 188.3 South Korea 2,000 40.7 France 511 10.7 Taiwan 363 7.5 United Kingdom 356 7.3 United States 229 4.8 Turkey 224 4.6 Portugal 146 3.3 Spain 131 2.7 Italy 130 2.6 Belgium 124 2.7 India 122 2.5 3) Phạm vi sử dụng tiêu chất lượng Khi sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ, để dễ nổ LNG phải hòa trộn với khơng khí tỷ lệ α ≈ % ÷15 % 2.3.7 Khí Hidro (H2) BS: Nguyễn Quang Trung 48 Hiđrơ ngun tố hóa học nhẹ với đồng vị phổ biến chứa prôton điện tử Ở nhiệt độ áp suất tiêu chuẩn dạng khí khơng màu, khơng mùi, nhị nguyên tử (phân tử), H2 dễ bắt cháy, có hóa trị 1, có nhiệt độ sơi 20,27 K (-252,87°C) nhiệt độ nóng chảy 14,02 K (-259,14°C) Hiđrơ ngun tố phổ biến vũ trụ Nó diện nước hợp chất hữu thể sống Nó có phản ứng hóa học với phần lớn nguyên tố hóa học khác Các ngơi chuỗi tràn ngập hiđrơ trạng thái plasma Nó sử dụng sản xuất amôniắc (NH3), làm khí nâng khinh khí cầu hay làm nguồn lượng Trong phịng thí nghiệm, hiđrơ điều chế phản ứng axít với kim loại, kẽm chẳng hạn Để sản xuất cơng nghiệp có giá trị thương mại điều chế từ ga thiên nhiên Điện phân nước biện pháp đơn giản không kinh tế để sản xuất hàng loạt hiđrô Các nhà khoa học nghiên cứu để tìm phương pháp điều chế sử dụng tảo lục hay việc chuyển hóa dẫn xuất sinh học glucơda hay sorbitol nhiệt độ thấp chất xúc tác Dưới áp suất cực cao, chẳng hạn trung tâm khí khổng lồ, phân tử hiđrơ đặc tính hiđrơ trở thành kim loại lỏng (xem hiđrô kim loại) Dưới áp suất cực thấp, khoảng không vũ trụ, hiđrơ có xu hướng tồn dạng ngun tử riêng biệt, đơn giản khơng có cách để chúng liên kết với nhau; đám mây H2 tạo thành liên kết trình hình thành ngơi Ngun tố đóng vai trò sống việc cung cấp lượng vũ trụ thông qua phản ứng prôton-prôton chu trình cacbon - nitơ (Chúng phản ứng nhiệt hạch giải phóng lượng khổng lồ thơng qua việc tổ hợp hai nguyên tử hiđrô thành nguyên tử hêli.) Hiđrô nguyên tố phổ biến vũ trụ, chiếm 75% vật chất thông thường theo khối lượng 90% theo số lượng nguyên tử Nguyên tố tìm thấy với lượng khổng lồ ngơi hành tinh khí khổng lồ Tuy vậy, Trái Đất có khí (1 ppm theo thể tích) Nguồn chủ yếu nước, bao gồm hai phần hiđrơ phần ôxy (H2O) Các nguồn khác bao gồm phần lớn chất hữu (hiện dạng thể sống), than, nhiên liệu hóa thạch khí tự nhiên Mêtan (CH4) nguồn quan trọng hiđrơ Hiđrơ điều chế theo nhiều cách khác nhau: nước qua than (cacbon) nóng đỏ, phân hủy hiđrôcacbon nhiệt, phản ứng bazơ mạnh (kiềm) BS: Nguyễn Quang Trung 49 dung dịch với nhơm, điện phân nước hay khử từ axít lỗng với kim loại (có khả đẩy hiđrơ từ axít) Việc sản xuất thương mại hiđrơ thơng thường từ khí tự nhiên xử lý nước nóng Ở nhiệt độ cao (700-1.100°C), nước tác dụng với mêtan để sinh mơnơxít cacbon hiđrô CH4 + H2O → CO + H2 Lượng hiđrơ bổ sung thu từ mơnơxít cacbon thơng qua phản ứng nước-khí sau: CO + H2O → CO2 + H2 2) Phạm vi sử dụng Các tế bào nhiên liệu (tiếng Anh: fuel cell) biến đổi lượng hóa học nhiên liệu thí dụ hiđrô trực tiếp thành lượng điện Không giống pin ắc quy, tế bào nhiên liệu không bị điện khơng có khả tích điện Tế bào nhiên liệu hoạt động liên tục nhiên liệu (hiđrơ) chất ơxi hóa (ơxy) đưa từ ngồi vào Một tế bào nhiên liệu có cấu tạo đơn giản bao gồm ba lớp nằm Lớp thứ điện cực nhiên liệu (cực dương), lớp thứ hai chất điện phân dẫn ion lớp thứ ba điện cực khí ơxy (cực âm) Hai điện cực làm chất dẫn điện (kim loại, than chì, ) Chất điện phân dùng nhiều chất khác tùy thuộc vào loại tế bào nhiên liệu, có loại thể rắn, có loại thể lỏng có cấu trúc màng Vì tế bào riêng lẻ tạo điện thấp tùy theo điện cần dùng nhiều tế bào riêng lẻ nối vào nhau, tức chồng lên Người ta thường gọi lớp chồng lên stack Ngoài ra, hệ thống đầy đủ cần có thiết bị phụ trợ máy nén, máy bơm, để cung cấp khí đầu vào, máy trao đổi nhiệt, hệ thống kiểm tra yêu cầu, chắn vận hành máy, hệ thống dự trữ điều chế nhiên liệu Về phương diện hóa học tế bào nhiên liệu phản ứng ngược lại điện phân Trong trình điện phân nước bị tách thành khí hiđrơ khí ơxy nhờ vào lượng điện Tế bào lượng lấy hai chất biến đổi chúng thành nước Qua đó, lý thuyết, phần lượng điện đưa vào giải phóng thật thất qua q trình hóa học vật lý lượng thu Các loại tế bào nhiên liệu chung nguyên tắc mô tả dựa vào tế bào nhiên liệu PEM (Proton Exchange Membrane - tế bào nhiên liệu màng trao đổi proton) sau: BS: Nguyễn Quang Trung 50 Ở bề mặt cực dương khí hiđrơ bị ơxy hóa hóa điện: Các điện tử giải phóng từ cực dương qua mạch điện bên cực âm Các proton H+ di chuyển chất điện phân xuyên qua màng có khả cho proton qua cực âm kết hợp với khí ơxy điện tử tạo thành nước: Tổng cộng: 2.3.8 Bảo quản nhiên liệu khí BS: Nguyễn Quang Trung 51 ... chạy LPG 2. 2.1.6 Bảo quản nhiên liệu xăng 2. 2 .2 Nhiên liệu diesel (Diesel Oil – DO) 2. 2 .2. 1 Yêu cầu nhiên liệu sử dụng động diesel - Nhiên liệu có tính nhớt hợp lý để đảm bảo nhiên liệu lưu thông... TCVN 27 03 :20 02 (ASTM D 26 99) ASTM D 27 00 TCVN 7143 :20 02 (ASTM D 323 7) TCVN 26 98 :20 02 (ASTM D 86) TCVN 26 94 :20 00 (ASTM D 130) TCVN 6593 :20 00 (ASTM D 381) TCVN 6778 :20 00 (ASTM D 525 ) TCVN 6701 :20 00... thấp - Phân đoạn sôi 20 50C làm nhiên liệu diezen - Phân đoạn propan - propylen (PPF) hình thành trình chế biến, lại hồi lưu dùng tiếp làm nguyên liệu 2. 2 NHIÊN LIỆU LỎNG 2. 2.1 Nhiên liệu xăng 2. 2.1.1