Tổng quan về Tính chất và Sản xuất của Dầu thô và Nhiên liệu Diesel

Tính chất của dầu mỏ

Việc hiểu biết tỷ trọng của một loại dầu thô đóng vai trò quan trọng trong mua bán dầu thô và định hướng công nghệ chế biến, lưu trữ, vận chuyển. Việc đo độ nhớt ở những nhiệt độ khác nhau rất quan trọng vì nó cho phép tính toán hao hụt nguyên liệu trong đường ống, hệ thống ống trong nhà máy lọc dầu, tính toán công suất bơm và hệ thống trao đổi nhiệt. Độ nhớt động học của dầu thô được xác định bằng phép đo thời gian chảy của dầu trong một ống mao quản có độ dài biết trước nhân với chỉ số nhớt kế, phụ thuộc vào từng loại nhớt kế khác nhau.

Do đó, dầu thô phải được đưa qua thiết bị phân ly để tách một phần các cấu tử nhẹ trong dầu thô, giảm áp suất xuống còn 1 bar. Biểu diễn thành phần phân đoạn của dầu thô bằng đường cong chưng cất TBP, đây là đồ thị thể hiện phần trăm chưng cất được theo nhiệt độ. Xác định được đường cong sẽ cho phép ta đánh giá hiệu suất thu hồi các phân đoạn sản phẩm, từ đó hoạch định năng suất thu hồi theo từng loại dầu thô.

NHIÊN LIỆU DIESEL

Thành phần, tính chất của nhiên liệu diesel

Trị số cetan là đơn vị đo quy ước, đặc trưng cho khả năng tự bắt lửa của nhiên liệu diesel, là một số nguyên, có giá trị đúng bằng giá trị của hỗn hợp chuẩn có cùng khả năng tự bắt cháy.  Khi có cùng một số nguyên tử hydrocacbon trong mạch thì hydrocacbon n- parafin có trị số cetan cao nhất, rồi tới hydrocacbon naphten, hydrocacbon dạng iso có trị số cetan thấp hơn, còn hydrocacbon thơm có trị số cetan thấp nhất. Nếu trị số cetan thấp sẽ xảy ra quá trình cháy kích nổ do: trong nhiên liệu có nhiều thành phần khó bị oxy hóa, khi lượng nhiên liệu phun vào trong xylanh quá nhiều mới xảy ra quá trình tự cháy, dẫn đến cháy cùng một lúc, tỏa nhiều nhiệt mạnh, áp suất tăng mạnh, động cơ rung giật,… gọi là cháy kích nổ.

Để tăng trị số cetan, có thể thêm vào nhiên liệu các phụ gia để thúc đẩy quá trình oxy hóa như: izo-propyl nitrat, n-butyl nitrat, amyl nitrat,… Với lượng khoảng 1,5% thể tích, chất phụ gia có thể làm tăng trị số cetan lên 15-20 đơn vị. Điều quan tâm nhất đối với động cơ diesel là hàm lượng lưu huỳnh có trong nhiên liệu, vì khi bị đốt, chúng sẽ tạo thành dioxit và một phần dioxit trong đó sẽ tiếp tục oxi hóa tạo thành lưu huỳnh trioxit. Loại lưu huỳnh trioxit này khi tiếp xúc với nước dù là một lượng rất nhỏ lẫn trong dầu động cơ cũng sẽ tạo thành axit mạnh gây ăn mòn, rỉ các chi tiết của động cơ, làm ảnh hưởng đến độ mài mòn, tạo cặn và đặc biệt sẽ gây ra sự biến chất của dầu nhờn trong động cơ.

Phép thử ăn mòn mảnh đồng nhằm xác định tính độ ăn mòn của nhiên liệu diesel đối với các chi tiết chế tạo từ đồng, hợp kim đồng-thép và hợp kim đồng- kẽm. Nó được đo bằng cách ghi lại thời gian cần thiết để một lượng chất lỏng nhất định chảy qua một mao quản có kích thước nhất định ở nhiệt độ nhất định. Điểm đông đặc của nhiên liệu là nhiệt độ thấp nhất mà nhiên liệu vẫn giữ lại được các tính chất của chất lỏng, hay nói cách khác là nhiệt độ thấp nhất mà ta có thể bơm nhiên liệu.

Mặc dù là nhiên liệu, đặc biệt là nhiên liệu nhiều sáp có thể vẫn có thể chảy được ở nhiệt độ thấp hơn điểm đông đặc trong một vài trường hợp song điểm đông đặc vẫn là nhiệt độ thấp nhất mà nhiên liệu có thể sử dụng được. Nếu quá nhiệt độ đó thì sẽ xảy ra hiện tượng hệ thống cung cấp nhiên liệu không còn duy trì được hoạt động bình thường và tại nhiệt độ đó bắt đầu xuất hiện trục tặc và động cơ không làm việc được. Tiêu chuẩn là những quy định về đặc tính kỹ thuật, yêu cầu quản lý được dùng để làm chuẩn để phân loại, đánh giá sản phẩm, hàng hoá, dịch vụ, quá trình, môi trường và các đối tượng khác trong hoạt động kinh tế - xã hội nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả của các đối tượng này.

 TCVN 5689: 2013 do Tiểu ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC28/SC2 Nhiên liệu lỏng – Phương pháp thử biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.  Các loại phụ gia sử dụng để pha nhiên liệu diesel phải đảm bảo phù hợp với các quy định về an toàn, sức khỏe môi trường và không được gây hư hỏng cho động cơ và hệ thống tồn trữ, vận chuyển và phân phối nhiên liệu.  Các loại phụ gia sử dụng để pha nhiên liệu diesel phải đảm bảo phù hợp với các quy định về an toàn, sức khỏe, môi trường và không được gây hư hỏng cho động cơ, hệ thống tồn trữ, vận chuyển, phân phối nhiên liệu.

ĐỘNG CƠ DIESEL

Động cơ diesel có hiệu suất nhiệt cao nhất của bất kỳ động cơ đốt trong hoặc đốt ngoài thực tế nào do hệ số giãn nở rất cao và đốt cháy nghèo vốn có cho phép tản nhiệt bởi không khí dư thừa. Khi piston đi từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới, van nạp mở ra, không khí được hút vào xilanh; sau đó van nạp đóng lại; piston lại đi từ điểm chết dưới lên điểm chết trên, thực hiện quá trình nén không khí. Khi piston đến gần điểm chết trên, nhiên liệu được phun vào xilanh (nhờ bơm cao áp) dưới dạng sương, khi gặp không khí ở nhiệt độ cao sẽ tự bốc cháy.

Khi cháy, áp suất tăng mạnh đẩy piston từ vị trí điểm chết trên xuống điểm chết dưới thực hiện quá trình dãn nở sinh công có ích và được truyền qua hệ thống thanh truyền làm chạy máy.  Khác với động cơ xăng nhiên liệu được phối trộn trước trong bộ chế hoà khí thì ở động cơ Diesel nhiên liệu không được phối trộn trước mà chỉ được phun vào xylanh khi không khí đã được nén để đạt nhiệt độ và áp suất cao, ở trong điều kiện này thì nhiên liệu bay hơi rồi tạo hỗn hợp tự bốc cháy mà không cần đến sự đánh lửa của bugi.  Trong động cơ xăng thì quá trình cháy phải được bắt đầu từ bugi sau đó lan truyền đi theo các mặt cầu và nhiên liệu chỉ được phép cháy khi màng lửa lan tràn đến còn trong động cơ Diesel thì quá trình bắt cháy có thể bất kỳ chổ nào trong xylanh mà ở đó nhiên liệu được phối trộn tốt với không khí để có thể tự bốc cháy.

 Nếu như trong động cơ xăng việc tăng công suất bằng cách tăng tỷ số nén sẻ vấp phải hiện tượng nhiên liệu chịu nhiệt độ và áp suất cao sẻ tự bốc cháy khí mặt lửa chưa lan truyền đến thì trong động cơ Diesel bắt buộc phải có tỷ số nén cao để bảo đảm cho nhiên liệu có thể tự bay hơi và bốc cháy.  Nhiên liệu sau khi phun vào buồng cháy nó không cháy ngay mà cần có một thời gian nhất định để chuẩn bị, thời gian này được gọi là thời gian cháy trể hay thời gian cảm ứng.  Cung cấp nhiên liệu cần thiết vào động cơ: Trong hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel sẽ bao gồm các bộ phận như xi lanh, piston được lắp đặt trực tiếp vào thân bơm phun.

 Điều chỉnh lượng nhiên liệu: Lượng không khí được nạp vào động cơ diesel hầu như là không đổi và không phụ thuộc vào tốc độ quay hay tải trọng. Vì công suất động cơ tỉ lệ thuận với lượng phun nên khi hệ thống nhiên liệu diesel thay đổi lượng phun sẽ khiến cho công suất và mức tiêu thụ nhiên liệu thay đổi.  Trước khi vào xi lanh, nhiên liệu sẽ được bơm ở ngoài hòa trộn với không khí cho đến khi đi vào xi lanh gặp áp suất và nhiệt bên trong sẽ tự bốc cháy, tạo ra động năng giúp xe khởi động.

Động cơ không tăng áp: Đây là loại động cơ có quá trình hút không khí vào trong xy lanh do piston hút không khí trực tiếp từ bên ngoài(động cơ 4 kỳ) hay do không khí quét sẽ được nén đến áp suất đủ rồi thực hiện nạp đầy vào trong xylanh (động cơ 2 kỳ).