5.1 Phạm vi áp dụng
Phƣơng pháp này áp dụng cho chƣng cất khí quyển các sản phẩm dầu mỏ đƣợc sử dụng trong phòng thí nghiệm để định lƣợng đặc tính giới hạn sôi của các sản phẩm dầu nhƣ: Xăng tự nhiên, phân đoạn cất nhẹ và trung bình, condensat, nhiên liệu động cơ đốt trong ôtô, nhiên liệu diesel có hàm lƣợng sulfur thấp, kerosene…
5.2 Mục đích và ý nghĩa
Phƣơng pháp chƣng cất là cơ sở xác định khoảng sôi của sản phẩm dầu mỏ bằng chƣng cất mẻ đơn giản.
Tính chất bay hơi của hydrocacbon có ý nghĩa quan trọng trong việc giữ an toàn và sử dụng, đặc biệt trong lĩnh vực sử dụng nhiên liệu và dung môi. Giới hạn sôi cho biết thông tin về thành phần và sự thay đổi của nhiên liệu trong lƣu trữ bảo quản và sử dụng. Khả năng bay hơi của các hydrocacbon xác định khuynh hƣớng tạo hỗn hợp nổ tiềm ẩn.
Tính chất bay hơi là đặc tính tối quan trọng để đánh giá chất lƣợng cho cả xăng máy bay và xăng ôtô, khả năng khởi động, khả năng đốt nóng, và khả năng tạo hơi khi vận hành ở nhiệt độ cao hay ở độ cao. Sự hiện diện của cấu tử có giới hạn sôi cao trong nhiên liệu dẫn đến mức độ hình thành muội than rắn cao.
Tính chất dễ bay hơi, nó tác động đến tốc độ bay hơi, là chỉ tiêu và yếu tố quan trọng đƣợc dùng rất nhiều trong dung môi, đặc biệt là trong ngành sơn.
Giới hạn chƣng cất thƣờng đƣợc đƣa vào trong các yêu cầu chất lƣợng sản phẩm dầu mỏ thƣơng mại, ứng dụng điều khiển quá trình lọc dầu.
Một số thuật ngữ:
Thể tích mẫu (Charge volume): Thể tích của mẫu đem phân tích, 100ml, đƣợc nạp vào bình chƣng cất.
Sự phân hủy (Decomposition): Hydrocacbon bị phân huỷ nhiệt (Cracking) sinh ra các phân tử nhỏ hơn có nhiệt độ sôi thấp hơn so với các Hydrocacbon ban đầu, thậm chí có thề thực hiện phản ứng dehydro hóa.
Ghi chú: Dấu hiệu nhận biết sự phân hủy nhiệt đó là có khói phát ra và nhiệt độ quan sát đƣợc trên nhiệt kế giảm xuống bất thƣờng.
Điểm sôi đầu (Innital boiling point): Là nhiệt đo tại đó giọt lỏng đầu tiên ngƣng tụ rơi từ hệ thống sinh hàn xuống ống đong hứng mẫu.
Điểm sôi cuối (Final boiling point): Là nhiệt độ cao nhất đọc đƣợc trên nhiệt kế.
Phần trăm thu hồi đƣợc (Percent recovered): Thể tích của phần mẫu ngƣng tụ quan sát đƣợc trong ống đong hứng mẫu ở mỗi nhiệt độ tƣơng ứng đƣợc tính theo phấn trăm thể tích mẫu đƣợc nạp vào bình cất.
Tổng phần trăm thu hồi (Percent total recovery): Kết hợp phần trăm thu hồi và phần trăm cặn trong bình cất.
Phần trăm cặn (Percent residue): Thể tích của phần cặn trong bình và đƣợc tính bằng phần trăm so với thể tích mẫu đem cất.
5.3 Tóm tắt và phƣơng pháp:
Tiến hành chƣng cất 100ml mẫu dƣới điều kiện tƣơng ứng mà mẫu thuộc nhóm đó. Quá trình chƣng cất đƣợc thực hiện bằng dụng cụ chƣng cất trong
phòng thí nghiệm, ở áp suất khí quyển và tƣơng ứng nhƣ chƣng cất một đĩa lý thuyết. Các số liệu về nhiệt độ theo thể tích chƣng cất đƣợc ghi chép lại một cách hệ thống và tuỳ theo yêu cầu của ngƣời sử dụng số liệu, mà các kết quả ghi nhận đƣợc về nhiệt độ, thể tích, cặn, mất mát đƣợc báo cáo.
Sau khi chƣng cất xong, nhiệt độ sôi có thể đƣợc hiệu chỉnh theo khí áp kế và các số liệu đƣợc xem xét về sự phù hợp theo yêu cầu đặt ra, ví dụ nhƣ tốc độ chƣng cất... Thí nghiệm đƣợc lặp lại cho đến khi thỏa mãn những yêu cầu đặc biệt.
Kết quả thƣờng đƣợc báo cáo theo phần trăm bay hơi (percent evaporated) hay phần trăm thu hồi (percent recovered) theo nhiệt độ tƣơng ứng, kể cả bảng hay đồ thị của đƣờng chƣng cất.
5.4 Tiến hành thực nghiệm 5.4.1 Thiết bị và hóa chất
Hình 5.2 Thiết bị chƣng cất
- Nhiệt kế, ống đong - Xăng
- Ống sinh hàn - Dầu hỏa, Diesel
- Bể làm lạnh - Nguồn nhiệt
5.4.2 Quy trình thực nghiệm
Dùng ống đong lấy 100 ml sản phẩm dầu mỏ cần nghiên cứu vào bình cầu. Lắp nhiệt kế 3600C vào bình cầu sao cho mép trên của bầu thủy ngân nằm ở mức dƣới của ống thoát khí của bình cầu, trục của nhiệt kế trùng với trục của cổ bình cầu. Lắp vòi của bình cầu vào ống sinh hàn, đầu vòi ngập sâu vào ống sinh hàn 25- 40 mm nhƣng không chạm vào ống sinh hàn.
Khi chƣng cất xăng thì hộp sinh hàn chứa nƣớc đá ở nhiệt độ 0 – 50 C. Khi chƣng các sản phẩm nặng hơn thì làm lạnh bằng nƣớc.
Sau khi đong 100 ml sản phẩm cần nghiên cứu xong, không cần sấy ống đong, đặt ngay vào dƣới đầu ống sinh hàn sao cho đuôi ống sinh hàn ngập sâu kghông dƣới 25 mm nhƣng không đƣợc chạm vào thành ống đong, sau khi đã xác định nhiệt độ sôi đầu có thể cho đầu cuối của ống sinh hàn chạm vào thành ống đong để mức chất lỏng trong ống đong không bị sóng sánh.
Khi chƣng các nhiên liệu nặng thì ống đong phải làm sạch và khô. Khi chƣng xăng ống đong phải đặt trong cốc thủy tinh chứa nƣớc nhiệt độ không quá 50C, muốn vậy phải đặt lên trên miệng ống đong một vật hình móng ngựa (để ống đong không bị nổi lên) và miệng ống đong phải bịt bằng bông.
Có thể dùng đèn khí hoặc bếp điện có nối thêm biến thế tự ngẫu để điều chỉnh nhiệt độ.
Khi tăng nhiệt độ sản phẩm sẽ bay hơi ngƣng tụ ở sinh hàn và chảy vào ống đong. Nhiệt độ sôi dầu là nhiệt độ khi xuất hiện giọt sản phẩm đầu tiên chảy từ đuôi ống sinh hàn ra.
- Xăng: 5 – 10 phút
- Nhiên liệu phản lực, diesel nhẹ và dầu hỏa: 10 – 15 phút
- Diesel nặng: 10 – 20 phút
Quá trình gia nhiệt phải điều chỉnh sao cho thời gian từ lúc bắt đầu gia nhiệt cho tới lúc có giọt chất lỏng đầu tiên ở đuôi sinh hàn:
Tốc độ chƣng cất tiến hành sao cho 20 – 25 giọt/giây nghĩa là vào khoảng 4 – 5 ml/phút.
Ghi lại nhiệt độ ứng với các thể tích sản phẩm trong ống đong đƣợc 10; 20; 30 …90; 97,5; 98%. Trong trƣờng hợp cần thiết ghi nhiệt độ sôi cuối.
Sau khi chƣng đƣợc 90% sản phẩm dầu mỏ điều chỉnh việc gia nhiệt sao cho thời gian từ lúc chƣng đƣợc 90% sản phẩm đến khí kết thúc việc chƣng (nghĩa là lúc dừng cấp nhiệt) là 3 – 5 phút.
Đối với việc chƣng dầu hỏa và diesel nhẹ, sau khi chƣng đƣợc 95% sản phẩm đến lúc kết thúc chƣng không đƣợc quá 3 phút. Ngƣời ta chấm dứt việc gia nhiệt ở thời điểm mà trong ống đong thể tích của sản phẩm bằng với thể tích đã đƣợc tiêu chuẩn hóa là 97,5 và 98% đối với từng loại sản phẩm.
Nếu nhiệt độ sôi cuối cần đƣợc xác định thì phải tiếp tục gia nhiệt đến khi cột thủy ngân của nhiệt kế dâng lên một độ cao nào đó rồi bắt đầu hạ xuống.ghi nhiệt độ cao nhất này.
lại trong bình cầu rót vào ống đong có thể tích10 ml để xác định cặn còn lại.Xác định lƣợng mất mát của quá trình chƣng.
Nếu quá trình chƣng cất tiến hành ở nơi có áp suất lớn hơn 770 mmHg hay nhỏ hơn 750 mmHg cần lấy hệ số hiệu chỉnh theo công thức:
C = 0,00012(760 – P)(273 + t)
Trong đó: P: là áp suất khí quyển trong quá trình chƣng, mmHg t: là nhiệt độ theo nhiệt kế, 0
C
Nếu P>770mmHg thì lấy nhiệt độ theo nhiệt kế trừ đi hệ số hiệu chỉnh C. Nếu P<750mmHg thì lấy nhiệt độ theo nhiệt kế cộng với hệ số hiệu chỉnh C.
Việc xác định thành phần phân đoạn của benzen nặng hay những sản phẩm tối màu khác, tốc độ gia nhiệt điều chỉnh sao cho từ lúc bắt đầu cho tới khi thu đƣợc giọt sản phẩm đầu tiên từ 10 – 20 phút. Tốc độ chƣng 8 – 10 giọt/phút, ban đầu với tốc độ 2 – 3 ml/phút sau đó 4 – 5 ml/phút.
Khi chƣng cất nhiên liệu có độ đông đặc lớn hơn - 50C thì tốc độ cấp nƣớc cho sinh hàn sao cho nƣớc ra khỏi sinh hàn có nhiệt độ từ 30 – 400
C. Các số liệu thu đƣợc biểu diễn dƣới dạng đồ thị.
5.5 Báo cáo kết quả:
Kết quả giữa hai lần chƣng song song cho phép sai số sau:
Nhiệt độ sôi đầu: 40C
Nhiệt độ sôi cuối và các điểm trung gian: 20C
BÀI 6. XĂNG Mã bài: HD B6
Giới thiệu
Trong các sản phẩm từ dầu mỏ, xăng đóng vai trò quan trọng đặc biệt. Mỗi biến động của xăng đều gây ra những ảnh hƣởng lớn đến nền kinh tế của một quốc gia.
Mục tiêu thực hiện
Học xong bài này học viên sẽ có khả năng:
- Mô tả thành phần hóa học và ứng dụng của xăng.
- Xác định các chỉ tiêu kỹ thuật chính của xăng thƣơng phẩm nhƣ trị số octan và thành phần cất trong PTN hóa dầu.
- Đánh giá chất lƣợng của xăng thƣơng phẩm.
Nội dung chính 1. Khái niệm chung
Nhiên liệu dùng cho động cơ xăng của ôtô xe máy,...đƣợc gọi chung là xăng động cơ. Xăng động cơ 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 và không thể thiếu đƣợc đối với con ngƣời. Tuy nhiên, không phải ai cũng có thể hiểu đƣợc thật đầy đủ về xăng động cơ, bao gồm cả bản chất hóa học, phẩm cấp chất lƣợng, đối tƣợng sử dụng,...
Xăng động cơ không phải đơn thuần chỉ là sản phẩm của một quá trình chƣng cất từ một phân đoạn nào đó của dầu mỏ hay một quá trình chƣng cất đặc biệt khác. Nó là một sản phẩm hỗn hợp đƣợc lựa chọn cẩn thận từ một số thành phần, kết hợp với một số phụ gia nhằm đảm bảo các yêu cầu hoạt động của động cơ trong điều kiện vận hành thực tế và trong các điều kiện tồn chứa, dự trữ khác nhau.
2. Thành phần hóa học của xăng.
Với khoảng nhiệt độ dƣới 180oC, phân đoạn xăng bao gồm các hydrocacbon từ C5 ÷ C10, C11, cả ba loại hydrocacbon parafinic, naphtenic, aromatic đều có mặt trong phân đoạn. Tuy nhiên, thành phần số lƣợng các hydrocacbon rất khác nhau, phụ thuộc vào nguồn gốc dầu thô ban đầu. Chẳng hạn, từ họ dầu parafinic sẽ thu đƣợc xăng chứa parafin, còn từ dầu naphtenic sẽ thu đƣợc xăng có nhiều các cấu tử vòng no hơn. Các hydrocacbon thơm thƣờng có rất ít trong xăng.
Ngoài các hydrocacbon, trong phân đoạn xăng còn có chứa các hợp chất lƣu huỳnh, nitơ và oxy. Các chất chứa lƣu huỳnh thƣờng ở dạng hợp chất không bền nhƣ mercaptan (RSH). Các chất chứa nitơ chủ yếu ở dạng pyridin; còn các chất chứa oxy rất ít, thƣờng ở dạng phenol và đồng đẳng. Các chất nhựa và asphanten đều chƣa có.
Xăng thƣờng đƣợc lấy từ nhiều quá trình lọc hóa dầu khác nhau nhƣ chƣng cất trực tiếp dầu mỏ, cracking xúc tác (bẻ gẫy mạch), reforming xúc tác (cải tạo mạch), isomer hóa (đồng phân hóa), Alkyl hóa từ các phân đoạn dầu mỏ ,...
Trong nhà máy lọc dầu, tất cả các phân đoạn sản phẩm có nhiệt độ sôi đến 180oC từ các thiết bị công nghệ chế biến dầu thô hoặc các phân đoạn tách ra từ dầu thô, đều đƣợc gọi là phân đoạn xăng và đều đƣợc dùng nhƣ một cấu tử để pha trộn thành sản phẩm xăng cuối cùng.
3. Nguyên lý làm việc của động cơ xăng.
Để sử dụng xăng làm nhiên liệu một cách có hiệu quả nhất, phải nắm vững nguyên lý làm việc của động cơ xăng.
Động cơ xăng là một kiểu động cơ đốt trong, nhằm thực hiện sự chuyển hóa năng lƣợng hóa học của nhiên liệu khi cháy thành năng lƣợng cơ học dƣới dạng chuyển động quay.
Theo lý thuyết, có hai chu trình đƣợc áp dụng cho động cơ đốt trong bằng tia lửa điện là: Động cơ 2 kỳ và động cơ 4 kỳ, trong đó động cơ 4 kỳ phổ biến hơn.
3.1. Động cơ xăng 2 kỳ
Động cơ 2 kỳ đƣợc sử dụng nhiều cho xe máy nhỏ, thuyền máy, máy phát điện, cƣa máy, xe trƣợt tuyết và các thiết bị di động hoặc cố định khác.
Kỳ hút Kỳ nén Kỳ phát hỏa Kỳ đốt Kỳ xả
Hình 6.1. Chu trình làm việc của động cơ 2 kỳ
Hỗn hợp nhiên liệu và không khí thông qua lỗ hút, đƣợc đƣa vào hộp trục khuỷu phía dƣới piston. Hỗn hợp này sau đó sẽ chuyển qua khe chuyển vào buồng đốt, ở đó nó bị nén khi piston đẩy lên. Bugi điện phát tia lửa đốt hỗn
hợp ngay trƣớc khi piston đạt đƣợc điểm chết trên, và áp suất khí đốt sau đó sẽ đẩy piston xuống cho đến khi khe xả lộ ra cho khí đã cháy thoát ra ngoài.
Chu trình hoạt động kết thúc trong một vòng quay của trục khuỷu. Động cơ này theo cấu trúc thì đơn giản và vững chắc không có các van hoạt động nhƣ động cơ 4 kỳ.
Nhƣợc điểm chính của nó là tốn nhiên liệu nhiều hơn vì bị mất đi một phần hỗn hợp không khí và nhiên liệu
không đƣợc đốt trong lúc đẩy khí thải thoát ra ngoài, điều này gây ra khó khăn cho việc đáp ứng các yêu cầu về khí thải theo tiêu chuẩn môi trƣờng.
3.2. Động cơ xăng 4 kỳ:
Động cơ 4 kỳ là loại động cơ đốt trong có sử dụng bộ chế hòa khí (cabuarator) hay còn gọi là bình xăng con, là bộ phận chuẩn bị xăng trƣớc khi đƣa vào xylanh.
Chu trình kín 4 kỳ nhƣ sau:
Xăng từ thùng nhiên liệu của phƣơng tiện đƣợc bơm chuyển đến bộ chế hòa khí, hoặc hệ thống phun nhiện liệu cơ-điện tử, tại đây xăng đƣợc phun thành bụi sƣơng, bốc hơi và hòa trộn với không khí theo một tỷ lệ xác định tùy thuộc lƣợng xăng đƣa vào, sau đó hỗn hợp hơi xăng và không khí sẽ phân phối nạp vào xylanh của động cơ thông qua van hút.
Chu kỳ 1- Hút: Piston đi từ điểm chết trên xuống điểm chết dƣới, lúc này van hút mở ra để hút hỗn hợp xăng và không khí (NL+KK) đã đƣợc điều chế trƣớc ở bộ phận chế hòa khí. Lúc này van thải đóng.
Chu kỳ 2 – Nén: Piston đi từ điểm chết dƣới đến điểm chết trên, nén hỗn hợp (NL+KK), lúc này các van đóng lại để nén ép hỗn hợp (NL+KK). Khi bị nén, áp suất tăng dẫn đến nhiệt độ tăng, chuẩn bị cho quá trình cháy tiếp theo. Áp lực nén từ đến 12 kg/cm2 , nhiệt độ nằm trong khoảng 250o
C - 350oC.
Chu kỳ 3 - Nổ: Khi piston lên đến điểm chết trên thì bugi đánh lửa đốt cháy hỗn hợp (NL+KK), áp lực đạt đƣợc khoảng 30 - 40 kg/cm2 và nhiệt độ tăng lên đến trên 2000oC. Khi cháy, nhiệt năng biến thành cơ năng đẩy piston xuống điểm chết dƣới, đồng thời truyền chuyển động qua thanh truyền làm chạy máy. Hình 6.2 Mô hình động cơ 4 kỳ Van xả Xylanh Van hút Bugi piston Trục khuỷu Điểm chết trên Điểm chết dƣới
Chu kỳ 4 - Xả: Piston lại đi từ điểm chết dƣới lên điểm chết trên, đẩy sản phẩm cháy qua van thải ra ngoài.
Khi piston bắt đầu đi xuống thì van hút lại mở ra và lại bắt đầu một chu trinh trình mới.
Kỳ hút Kỳ nén Kỳ nổ Kỳ xả
Hình 6.3. Chu trình làm việc của động cơ 4 kỳ
Ngày nay, động cơ 4 kỳ đã trở thành loại động cơ hoạt động quan trọng nhất và đang đƣợc áp dụng rộng rãi cho nhiều loại động cơ ôtô, xe máy khác nhau.
Chu trình đƣợc hoàn thành trong bốn chu kỳ của piston, nhƣng bugi chỉ mồi lửa một lần cho hai vòng quay của trục khuỷu.
Đa số các loại ôtô có 4 hoặc 6 xylanh. Tuy nhiên loại động cơ có 8 và 12 xylanh cũng đƣợc thiết kế cho các phƣơng tiện có tính năng cao.
4. Các yếu tố ảnh hƣởng đến tính chất cháy của nhiên liệu trong động cơ xăng. Trị số octan. xăng. Trị số octan.
4.1 Quá trình đốt cháy trong động cơ xăng:
Quá trình đốt cháy xăng trong động cơ xăng thƣờng trải qua 4 thì cơ bản: hút, nén, nổ, xả. Đây là quá trình cháy cƣỡng bức, thực hiện nhờ tia lửa điện của bugi. Quá trình này diễn ra trong xylanh rất nhanh, nhƣng không phải xảy