Dầu hỏa dân dụng đƣợc sản xuất từ phân đoạn kerosen, với khoảng cách nhiệt độ sôi từ 200- 310 oC. Thành phần của dầu hoả dân dụng bao gồm các hydrocacbon với mạch cacbon trong phân tử từ C12 đến C15.
Đặc tính quan trọng nhất của dầu hỏa là chiều cao ngọn lửa không khói, đặc tính này có liên quan đến thành phần hóa học của dầu hỏa, dầu nhiều hydrocacbon thơm, thì chiều cao ngọn lửa không khói thấp, ngọn lửa đỏ, tạo nhiều muội và tàn bám ở tim đèn. Dầu nhiều hyrocacbon parafinic ngọn lửa sáng đẹp, chiều cao ngọn lửa không khói dài, theo yêu cầu kỹ thuật của nhiên liệu chiều cao ngọn lửa không khói của dầu hỏa dân dụng phải đạt tối thiểu là 20 mm. Nếu trong nhiên liệu chứa nhiều lƣu huỳnh, không những gây độc hại trực tiếp cho ngƣời sử dụng mà còn làm cho bóng đèn mờ đi, không đảm bảo cƣờng độ chiếu sáng của ngọn lửa.
2. Cách xác định các chỉ tiêu đặc trƣng.
Dầu hoả dân dụng phải đáp ứng đƣợc những tiêu chuẩn quy định nhƣ thành phần cất, thành phần hoá học, màu sắc, chiều cao ngọn lửa không khói, nhiệt độ bắt cháy, điểm đông đặc, hàm lƣợng lƣu huỳnh,…
Sau đây là một số chỉ tiêu kỹ thuật đặc trƣng, ý nghĩa của nó và các phƣơng pháp xác định các chỉ tiêu ấy:
hydrocacbon có trong dầu hoả. Nếu nhiệt độ sôi ở các phần cất cao thì dầu hoả khi cháy sẽ tạo thành than ở đầu bấc, bấc sẽ bị tắc do axít naphthenic đọng lại, vì vậy lƣợng dầu lên bấc sẽ bị giảm và làm cho ngọn lửa khi cháy bị yếu đi. Tuy nhiên, nếu dầu hoả có giới hạn về nhiệt độ thấp thì cũng có hại vì rất dễ cháy và gây ra hoả hoạn, dễ bay hơi nên gây ra hao hụt trong khi vận chuyển và bảo quản.
Thành phần cất của dầu hoả đƣợc kiểm tra, đánh giá bằng phƣơng pháp tiêu chuẩn ASTM-D.86 và thƣờng đƣợc quy định nhiệt độ sôi ở 10% và nhiệt độ cuối.
Màu sắc: Màu sắc cho chúng ta biết độ sạch của sản phẩm. Để xác định màu sắc của dầu hoả cần dùng phƣơng pháp thử đo màu Saybolt. Đây là một trong những đặc tính quan trọng của dầu hoả.
Việc đo màu Saybolt đƣợc tiến hành theo tiêu chuẩn ASTM-D.156.
Hàm lƣợng lƣu huỳnh: Lƣu huỳnh là một chất gây ăn mòn phá hỏng các bể chứa và dụng cụ đốt đèn. Do dầu hoả đƣợc sử dụng trực tiếp để thắp đèn, lƣu huỳnh khi cháy bốc hơi sẽ trực tiếp gây hại đến sức khoẻ con ngƣời. Để đảm bảo khi thắp sáng đèn lƣu huỳnh cháy không có hại, lƣợng lƣu huỳnh trong dầu hoả phải thấp hơn 0,3%.
Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng lƣu huỳnh thƣờng đƣợc tiến hành theo tiêu chuẩn ASTM-D.1266.
Chỉ tiêu kỹ thuật về định tính đối với lƣu huỳnh mercaptan: Chỉ tiêu này đƣợc đƣa ra nhằm loại bỏ những phản ứng phụ không mong muốn và giảm mức tối đa mùi hôi không dễ chịu.
Chỉ tiêu này đƣợc xác định bằng phƣơng pháp thử ASTM-D.4952.
Chiều cao ngọn lửa không khói: Đặc tính này cho biết khả năng cháy đều, sáng trắng, không muội của dầu hoả. Chiều cao ngọn lửa không khói thƣờng quy định không thấp hơn 20 cm.
Chiều cao ngọn lửa không khói đƣợc xác định bằng phƣơng pháp thử ASTM-D.1322.
Độ nhớt động học: Chỉ tiêu kỹ thuật này cho biết khả năng chảy và bôi trơn của dầu hoả. Độ nhớt động học đƣợc xác định ở nhiệt độ 40o
C và theo phƣơng pháp thử ASTM-D.455.
Điểm chớp cháy: Chỉ tiêu kỹ thuật này cho biết về hiểm hoạ cháy và là cơ sở về mức nhiệt độ để bảo quản, tồn chứa và sử dụng dầu hoả. Điểm chớp cháy đƣợc xác định bằng phƣơng pháp thử ASTM-D.93.
3. Tiêu chuẩn của dầu hoả dân dụng
Trên thế giới, mỗi quốc gia đều có tiêu chuẩn của dầu hoả dân dụng riêng áp dụng cho quốc gia mình. Sau đây là tiêu chuẩn về dầu hoả dân dụng của một số nƣớc :
3.1 Tiêu chuẩn của Hoa Kỳ
Dựa vào hàm lƣợng lƣu huỳnh, theo tiêu chuẩn ASTM-D.3699-90, dầu hoả dùng để thắp sáng đƣợc chia ra làm 02 loại : 1-K ; 2-K. Chi tiết xem bảng dƣới đây:
Bảng 8.1. Yêu cầu chất lƣợng dầu hỏa
Các chỉ tiêu chất lƣợng Phƣơng pháp thử Mức yêu cầu Điểm chớp cháy cốc kín, o C, min ASTM-D.56 38 Thành phần chƣng cất - Điểm cất 10% thể tích, o C, max - Điểm sôi cuối, o
C, max ASTM-D.86 205 300 Độ nhớt động học ở 40o C,cSt : min/max ASTM-D.445 1,0 / 1,9
Hàm lƣợng lƣu huỳnh, % KL, max - Loại 1-K / Loại 2-K
ASTM-D.1266
0,04 / 0,30
Lƣu huỳnh mercaptan, % KL, max ASTM-D.3227 0,003
Ăn mòn lá đồng ở 100 oC, 3 giờ, max ASTM-D.130 No3
Điểm đông đặc, o
C, max ASTM-D.2386 -30
Màu sắc SAYBOLT ASTM-D.156 +16
Loại dầu hoả dùng cho bếp nấu không ống khói có hàm lƣợng lƣu huỳnh S thấp (max : 0,04%). Loại dùng cho bếp nấu dạng có ống khói, có hàm lƣợng lƣu huỳnh cao hơn (max : 0,30%). Điểm cất 10%, max =205 oC và điểm cất cuối, max = 300 o
C.
3.2 Tiêu chuẩn của Nga
Dầu hoả của Nga đƣợc phân thành 5 loại : KO-20, KO-22, KO-25, KO-30 và loại KO đƣợc chế biến từ dầu thô có nhiều lƣu huỳnh.
Các loại khác nhau chủ yếu về tỉ trọng (từ 790 – 840 kg/m3), màu sắc, thành phần cất (điểm sôi cuối từ 280 oC đến 310 oC) và hàm lƣợng lƣu huỳnh S (từ 0,05 đến 0,1%), chiều cao ngọn lửa không khói (từ 20 đến 24 mm). Dầu hoả thắp sáng theo tiêu chuẩn Nga ГOCT 4753-68 cụ thể đƣợc nêu trong bảng sau :
Bảng 8.2. Yêu cầu chất lƣợng dầu hỏa theo Nga Các chỉ tiêu chất lƣợng Mức yêu cầu KO từ dầu hoả giàu lƣu huỳnh KO-30 KO- 25 KO-22 KO-20 Khối lƣợng riêng ở 20 o C, g/cm3, max 0,790 0,795 0,805/ 0,80 0,800 - Thể tích cất tại : - 200 oC, % thể tích, min - 270 oC, % thể tích, min 25 - 20 - 25 - - 80 - - Điểm cất tại 70%, o C, max tại 98%, o C, max Điểm cất cuối, o C, max - - 280 - - 290 - 310 - 270 300 -
Màu, đơn vị quy ƣớc, max 1,0 2,0 2,2/
2,0
3,0 2,8
Chiều cao ngọn lửa không khói, mm, min 30 25 22/24 20 24 Điểm chớp cháy cốc kín, o C, min 48 - - - 40 Điểm đục, o C, max -15 -15 -15 -12 -12
Độ axít mg KOH/100 ml, max 1,3 1,0 1/1,3 1,3 1,0
Hàm lƣợng tro, %KL, max 0,003 0,002 0,003/ 0,002 0,005 0,004 Hàm lƣợng lƣu huỳnh, % KL, max 0,10 0,04 0,05/ 0,04 0,10 0,10
Hàm lƣợng kiềm tan trong nƣớc, tạp cơ học và nƣớc Không có Khôn g có Không có Không có Không có Phép thử tấm đồng Đạt đƣợc Đạt đƣợc Đạt đƣợc Đạt đƣợc Đạt đƣợc
3.3 Tiêu chuẩn của Việt Nam
Năm 1997, Việt Nam đã ban hành tiêu chuẩn dầu hoả dân dụng : TCVN 6240 :1997. Tiêu chuẩn này tƣơng đƣơng với loại 2-K của Hoa Kỳ và đƣợc nêu trong bảng sau:
Bảng 8.3. Yêu cầu chất lƣợng dầu hỏa Việt Nam
Các chỉ tiêu chất lƣợng Phƣơng pháp thử Mức yêu cầu Điểm chớp cháy cốc kín, o C, min ASTM-D.93/TCVN 2693-90 38 Thành phần chƣng cất - Điểm cất 10% thể tích, o C, max - Điểm sôi cuối, o
C, max
TCVN 2698-95
205 300
Hàm lƣợng lƣu huỳnh, % KL, max ASTM-D.129/TCVN
2708-78 0,3 Độ nhớt động học ở 40o C,cSt : min/max ASTM-D.445 1,0 - 1,9
Định lƣợng lƣu huỳnh mercaptan ASTM-D.4952 Âm tính
Ăn mòn lá đồng ở 100 oC, 3 giờ, max ASTM-D.130/TCVN 2694-95
No3 Chiều cao ngọn lửa không khói, mm,
max
ASTM-D.1322 20
Màu sắc SAYBOLT ASTM-D.156 +16
4. Các lĩnh vực ứng dụng.
Dầu hỏa dân dụng là loại nhiên liệu gồm các loại dầu đốt chủ yếu dùng trong sinh hoạt để đun nấu, thắp sáng. Nó đƣợc sử dụng làm nhiên liệu cho một số loại bếp lò xách tay cho khách du lịch và ở một số quốc gia đang phát triển.
Nhƣ một nhiên liệu để đun nóng, dầu hoả dân dụng đƣợc sử dụng làm nguồn nhiệt hỗ trợ dự phòng trong những trƣờng hợp khẩn cấp xảy ra do việc thiếu cẩn trọng của những ngƣời sử dụng. Không nên dùng các thiết bị gia nhiệt xách tay sử dụng dầu hoả làm nhiên liệu trong nhà không có ống khói vì khí thải CO2 thoát ra rất độc.
Đôi khi dầu hoả dân dụng đƣợc dùng làm chất hoà tan trong công nghiệp sản xuất lắc, vải dầu.
Khi sử dụng dầu hoả dân dụng để thắp sáng hoặc đun nấu, yêu cầu cơ bản là cháy với ngọn lửa sáng trắng và đều, không có màu vàng, không có khói muội và mùi khét, tích than rất ít trên bấc đèn, khi cháy tim đèn giảm từ từ (không quá 13% trong 9 phút), dầu phải đƣợc dẫn lên bấc nhanh.
5. Thực hành: XÁC ĐỊNH ĐIỂM CHỚP CHÁY CỐC KÍN - ASTM D 56 5.1 Phạm vi áp dụng 5.1 Phạm vi áp dụng
Phƣơng pháp xác định điểm bắt cháy cốc kín của sản phẩm dầu mỏ bằng thiết bị cốc kín Pensky-Martens, áp dụng cho khoảng nhiệt độ 40 – 3600
C. Quy trình này áp dụng cho nhiên liệu chƣng cất: diesel, dầu hoả, nhiên liệu turbin, dầu nhờn mới và các chất lỏng dầu mỏ đồng nhất.
5.2 Mục đích và ý nghĩa
Dùng để phát hiện các chất dễ bay hơi và dễ cháy nhiễm trong các sản phẩm dầu mỏ. Nó đánh giá hàm lƣợng các cấu tử nhẹ có trong các mẫu sản phẩm, từ đó áp dụng vào vấn đề bảo quản, vận chuyển và bảo đảm an toàn.
5.3 Tóm tắt phƣơng pháp
Mẫu trong cốc thử đƣợc gia nhiệt ở tốc độ quy định. Khi đƣa ngọn lửa mồi tiêu chuẩn trực tiếp vào bề mặt các mẫu ở các khoảng thời gian đều đặn.
Nhiệt độ chớp cháy là nhiệt độ thấp nhất mà tại đó hơi của mẫu trên bề mặt cốc thử chớp cháy khi có mồi lửa tiêu chuẩn đƣợc đƣa vào.
5.4 Thiết bị – hóa chất a. Thiết bi
Hình 8.1. Thiết bị xác định nhiệt độ chớp cháy cốc kín
(1) - Ngọn lửa mồi (6) - Đĩa gia nhiệt
(3) - Ống dẫn nƣớc (8) - Ống dẫn gas
(4) - Nắp đậy (9) - Nút điều khiển ngọn lửa mồi
(5) - Bình điều nhiệt (10) - Nút gia nhiệt
b. Hóa chất Bếp gia nhiệt Cốc chứa mẫu Bình gas Dầu D.O Kerosel Axêton 5.4.1 Qui trình thử nghiệm 5.4.2 Chuẩn bị mẫu
Cần ít nhất 75 ml mẫu DO cho mỗi lần thử. Khi lấy mẫu dầu cặn, bình chứa mẫu phải chứa từ 85-95% mẫu. Đối với các loại mẫu khác phải chứa ít nhất là 50-85% mẫu.
Các mẫu thử tiếp theo phải lấy từ cùng một bình chứa mẫu, mẫu thứ 2 phải lấy từ bình chứa không chứa ít hơn 50% mẫu. Không mở bình chứa mẫu khi không cần thiết để tránh mất phần nhẹ hay hấp thụ hơi nƣớc. Bảo quản mẫu ở nhiệt độ không quá 350C. Bình chứa mẫu phải có nắp trong. Với mẫu lỏng làm lạnh mẫu và rót mẫu ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ chớp cháy dự kiến 180C.
Không chứa mẫu trong bình thẩm thấu khí. Mẫu quá đặc phải đƣợc gia nhiệt trong bình chứa đủ để chảy lỏng trong 30 phút ở nhiệt độ thấp nhất không vƣợt quá 280C dƣới điểm chớp cháy dự kiến. Nếu mẫu vẫn chƣa chảy lỏng có thể gia nhiệt thêm 30 phút nữa. Sau đó lắc nhẹ theo phƣơng nằm ngang để trộn đều trƣớc khi chuyển mẫu vào cốc thử.
Mẫu chứa nƣớc hòa tan hay tự do cần đƣợc tách nƣớc bằng CaCl2 hay bằng cách lọc qua giấy lọc.
5.4.3 Chuẩn bị thiết bị
Đặt thiết bị trên bàn vững chắc tránh nơi gió lùa, không sử dụng trong tủ hút đang làm việc.
Làm sạch và khô cốc thử và các bộ phận phụ trợ khác trƣớc khi thử nghiệm.
5.4.4 Tiến hành thử nghiệm
Cẩn thận làm sạch cốc và loại bỏ hết các vết bẩn của lần thử trƣớc.
Dùng ống đong lấy chính xác 50ml mẫu (DO) cần thử nghiệm cho vào cốc chứa mẫu, mẫu không đƣợc có bọt khí trong suốt quá trình thử nghiệm. Dùng giấy thấm lau khô vành cốc, lắp cốc vào bể điều nhiệt và đậy kín cốc chứa mẫu.
Đặt bình điều nhiệt lên thiết bị gia nhiệt, lắp nhiệt kế vào nắp đậy của cốc chứa mẫu (bầu nhiệt kế phải ngập trong mẫu thử).
Tiến hành tăng nhiệt độ lên từ từ với tốc độ tăng khoảng 5-80C/phút (Đối với mẫu có điểm chớp cháy dự kiến từ 50-1500C) và 10-120C/phút (Với mẫu có điểm chớp cháy dự kiến lớn hơn 1500C).
Khi cách điểm chớp cháy dự kiến khoảng 300C thì giảm tốc độ tăng nhiệt độ còn 20C/phút và châm lửa mồi, điều chỉnh ngọn lửa mồi đến kích thƣớc tiêu chuẩn trên nắp đậy (có đƣờng kính 3,2- 4,8 mm). (không nên mở van ở bình gas quá lớn – chỉ 3 vòng là đủ)
Khi cách điểm chớp cháy khoảng 180C thì bắt đầu kiểm tra điểm chớp cháy. Đọc nhiệt độ trên nhiệt kế trƣớc, sau đó cho ngọn lửa mồi vào bề mặt mẫu thử nghiệm bằng cơ cấu trên nắp, sao cho ngọn lửa hạ xuống vùng hơi của cốc thử trong vòng 0.5s, lƣu lại ở vị trí thấp trong 1s và nhanh chóng trở về vị trí cũ. ( Nếu nhiệt độ bắt cháy của mẫu thử thấp hơn 1500C thì cứ tăng 10C thử một lần. Nếu nhiệt độ bắt cháy của mẫu thử cao hơn 1500C thì cứ tăng 20C thử một lần)
Khi hơi của mẫu thử trong cốc chóp cháy (xuất hiện ngọn lửa chóp cháy màu xanh) thì ghi lại nhiệt độ này, nhiệt độ đó gọi là điểm chớp cháy cốc kín. (Mồi lửa có thể gây ra quầng xanh trƣớc điểm chớp cháy thực, cần bỏ qua).
Sau khi phát hiện điểm chóp cháy, tiếp tục nâng nhiệt độ lên 1-20C nữa và lại thử tiếp tục, nếu không thấy xuất hiện ngọn lửa thì thử nghiệm xem nhƣ sai, phải làm lại từ đầu.
Đối với mẫu chƣa biết điểm chớp cháy thì phải làm thí nghiệm thăm dò bằng cách nâng nhiệt độ 40
C/phút và sau 40C lại thử một lần. Sau khi xác định thăm dò đƣợc điểm chớp cháy thì tiến hành thí nghiệm nhƣ trên.
5.5 Báo cáo kết quả
Kết quả báo cáo là nhiệt độ chớp cháy đƣợc làm tròn số đến 0,50 C và theo công thức hiệu chỉnh sau:
T= C+0,25(101,3-K) T: Là nhiệt độ bắt cháy sau khi đã hiệu chỉnh. C: là nhiệt độ bắt cháy của mẫu quan sát đƣợc. K: là áp suất của môi trƣờng thử kPa.
5.6 Độ chính xác
- Nếu điểm chớp cháy lớn hơn 1040C, sai lệch không quá 5,50 C. - Nếu điểm chớp cháy nhỏ hơn 1040C, sai lệch không quá 20
BÀI 9. NHIÊN LIỆU DIESEL (DO) Mã bài: HD B9
Giới thiệu
Ngày nay, hầu hết các động cơ có công suất lớn nhƣ: động cơ cho ôtô vận tải, đầu máy xe lửa, tàu thủy, máy nông nghiệp,...đều sử dụng động cơ diesel. Nhiên liệu diesel (thƣờng gọi là dầu DO) là một sản phẩm dầu mỏ đƣợc sử dụng chủ yếu để cho động cơ diesel hoạt động. Nội dung của bài học này sẽ cung cấp những thông tin về thành phần hóa học, cách xác định các chỉ tiêu chính, ứng dụng của nhiên liệu diesel, đồng thời giúp ngƣời học có kiến thức cơ bản để có thể làm sạch nhiên liệu diesel trong điều kiện xác định.
Mục tiêu thực hiện
Học xong bài này học viên sẽ có khả năng:
- Mô tả đƣợc các tính chất, thành phần của nhiên liệu DO.
- Xác định các chỉ tiêu chính của nhiên liệu diesel nhƣ: trị số xetan, thành phần cất phân đoạn.
- Làm sạch lƣu huỳnh từ nhiên liệu diesel kém phẩm chất trong điều kiện PTN hóa dầu.
Nội dung chính
1. Thành phần hóa học của DO
Nhiên liệu diesel đƣợc sử dụng làm nhiện liệu cho động cơ diesel, là một loại nhiên liệu lỏng, nặng hơn dầu lửa và xăng, đƣợc sản xuất chủ yếu từ phân đoạn gassoil – là sản phẩm cất trực tiếp của dầu mỏ mà gần nhƣ không qua một giai đoạn biến đổi hóa học nào nữa.
Thành phần hóa học của nhiên liệu diesel bao gồm: 75% là các hydrocacbon no (chủ yếu là các n-, iso-parafin và cycloparafin); 25% là các hydrocacbon thơm (bao gồm các naphtalenes và alkylbenzenes). Công thức