- Điểm sôi đầu, oC 10% thể tích, ma
15Ngoại quan Trong, khụn cú tạp
chất lơ lửng ASTM D 4176
2) Dự bỏo chất lượng xăng ụtụ
Xu hường phỏt triển xăng ụ tụ hiện nay là loại bỏ tetraetyl-chi và khụng dựng xăng pha chỡ. Áp dụng cỏc quy trỡnh cụng nghệ cao nhàm sản xuất ra cỏc loại xăng cú TSOT cao, khụng cần thiết phải pha phụ gia chống kớch nổ. Đồng thời cũng cú xu hướng giảm ỏp suất hơi, giảm hàm lượng hyđrocacbon thơm, hàm lượng bezen, lưu huỳnh và tăng TSOT. Ngoài ra do nhu cầu bảo vệ mụi trường cũng cú xu hướng kỹ thuật thay thế xe mỏy chạy bằng LPG.
2.2.1.6. Bảo quản nhiờn liệu xăng.
2.2.2. Nhiờn liệu diesel (Diesel Oil – DO)
2.2.2.1. Yờu cầu đối với nhiờn liệu sử dụng trong động cơ diesel
- Nhiờn liệu cú tớnh nhớt hợp lý để đảm bảo nhiờn liệu được lưu thụng dễ dàng trong hệ thống, đồng thời đảm bảo bụi trơn đầy đủ cỏc chi tiết và tạo ỏp suất phun cần thiết.
- Cú tớnh tự chỏy tốt để đảm bảo cho quỏ trỡnh chỏy hoàn toàn, tăng hiệu suất, giảm ụ nhiễm.
2.2.2.2. Thành phần hoỏ học của diesel
Do đặc điểm quỏ trỡnh chỏy của động cơ diesel khỏc biệt so với động cơ xăng nờn thành phần cỏc hydrocacbon cú trong nhiờn liệu diesel trỏi ngược với động cơ xăng. Thành phần chủ yếu là cỏc hydrocacbon cú trong phõn đoạn gas-oil nhẹ, trung bỡnh và nặng trong quỏ trỡnh chưng cất trực tiếp dầu mỏ. Phạm vi độ sụi của phõn đoạn gas-oil thường trong khoảng 200 ữ 360oC (cũng cú thể mở rộng thờm tuỳ theo yờu cầu sản xuất). Ngoài phõn đoạn gas-oil của quỏ trỡnh chưng cất trực tiếp cũn dựng phõn đoạn gas-oil của cỏc quỏ trỡnh chế biến thứ cấp khỏc như cracking, hydrocracking, nhiệt phõn và cốc hoỏ.
Về bản chất hoỏ học, nhiờn liệu diesel là hỗn hợp cỏc hydrocacbon cú độ sụi phự hợp với phạm vi độ sụi của phõn đoạn gas-oil núi ở trờn. Thành phần cú chất lượng tốt nhất cho diesel là cỏc hydrocacbon n-parafin. Cỏc hyđrocacbon naphten và mạch nhỏnh cú chất lượng kộm hơn và kộm nhất là cỏc hyđrocacbon thơm.
Ngoài ra trong nhiờn liệu diesel cũn chứa một số phụ gia nhằm cải thiện phần nào chất lượng nhiờn liệu như phụ gia cải thiờn trị số xetan, phụ gia chống đụng, … Đồng thời cũn chứa một số tạp chất như lưu huỳnh, cỏc chất chứa oxy như axit ăn mũn, cỏc chất nhựa làm cho chất lượng nhiờn liệu xấu đi. Lưu huỳnh khi chỏy tạo ra SO2, SO3 gõy ăn mũn mạnh; Ngoài ra cỏc hợp chất của S phõn huỷ tạo ra cặn rất cứng bỏm vào piston, xilanh.
2.2.2.3. Phõn loại nhiờn liệu diesel
1) Phõn loại theo số vũng quay động cơ và trị số xờtan của nhiờn liệu
Nhúm 1 : Nhiờn liệu dựng cho động cơ cao tốc, được phõn thành hai loại nhiờn liệu:
- Loại super cú TSXT bằng 50 và phạm vi độ sụi 180 ữ 320oC, được dựng cho động cơ tốc độ cao như xe buýt, xe hàng, xe tải. Loại này thường được sản xuất từ phõn đoạn gas-oil chưng cất trực tiếp.
- Loại thường cú TSXT bằng 52 nhưng phạm vi độ sụi rộng 175 ữ
345oC, thường được sản xuất bằng cỏch pha trộn theo tỷ lệ hợp lý cỏc phõn đoạn naphta, kerosin và gas-oil của cỏc dõy chuyền chế biến sõu cracking, hydrocracking... Nhiờn liệu này cũng dựng cho động cơ cao tốc, nhưng chất lượng kộm hơn loại super.
Nhúm 2 : Nhiờn liệu dựng cho động cơ tốc độ thấp : cũng đũi hỏi cú những tiờu chuẩn chất lượng tương tự nhiờn liệu cho động cơ cao tốc, tuy vậy TSXT của chỳng kộm hơn, chỉ bằng 40ữ50, độ bay hơi thấp, điểm sụi cuối cao hơn.
2) Phõn loại nhiờn liệu diesel theo hàm lượng lưu huỳnh:
+ Nhiờn liệu diesel cú hàm lượng lưu huỳnh khụng lớn hơn 0,05% khối lượng, ký hiệu là DO 0,05% S.
+ Nhiờn liệu diesel cú hàm lượng lưu huỳnh khụng lớn hơn 0,25% khối lượng, ký hiệu là DO 0,25% S.
+ Nhiờn liệu diesel cú hàm lượng lưu huỳnh khụng lớn hơn 0,5% khối lượng, ký hiệu là DO 0,5% S.
2.2.2.4. Những tớnh chất cơ bản của nhiờn liệu diesel
a) Nhiệt trị
Như cỏc loại nhiờn liệu khỏc thỡ nhiệt trị là tớnh chất quan trọng nhất của nhiờn liệu diesel, nú ảnh hưởng trực tiếp cụng suất của động cơ. Nhiệt trị cú thể xỏc định trực tiếp bằng phương phỏp đo nhiệt trị, hoặc cú thể tớnh giỏn tiếp bằng cụng thức Men-đờ-lờ-ộp:
Qtk = 33,915.c + 126,0.h -10,89(onl – s) - 2,512(9h+w), MJ/kg Trong đú:
2,512MJ/kg – nhiệt ẩn của 1kg hơi nước;
c – thành phần khối lượng của C trong nhiờn liệu; onl – thành phần khối lượng của O trong nhiờn liệu; h – thành phần khối lượng của H trong nhiờn liệu; w – thành phần khối lượng của nước trong nhiờn liệu; s – thành phần khối lượng của lưu huỳnh trong nhiờn liệu.
b) Tớnh bay hơi:
Tớnh bay hơi của nhiờn liệu diesel ảnh hưởng rất lớn đến sự tạo thành hỗn hợp của nhiờn liệu và khụng khớ. Để đỏnh giỏ độ bay hơi của nhiờn liệu diesel dựng cỏc chỉ tiờu:
thành phần điểm sụi, tỷ trọng hay khối lượng riờng, màu sắc của nhiờn liệu diesel. + Thành phần điểm sụi: Đối với nhiờn liệu diesel cần xỏc định điểm sụi như sau:
- Điểm sụi 10%V: biểu thị cho thành phần nhẹ trong nhiờn liệu diesel. Yờu cầu thành phần này chỉ chiếm một tỷ lệ thớch hợp. Thực tế yờu cầu t10% khụng thấp hơn 200oC, nếu t10% thấp hơn 200oC chứng tỏ trong nhiờn liệu diesel cú thành phần nhẹ cao, khi chỏy sẽ làm tăng ỏp suất, động cơ làm việc quỏ “cứng” dẫn tới kớch nổ. Nếu phần nhẹ quỏ nhiều khiến sự phun sương khụng tốt, giảm tớnh đồng nhất của hỗn hợp chỏy, khi chỏy tạo nhiều khúi đen, tạo muội than, làm bẩn mỏy và pha loóng dầu nhờn, động cơ yếu và giảm tuổi thọ.
- Điểm sụi 50%V: Ảnh hưởng đến tớnh khởi động mỏy. Diesel phải cú t50% thớch hợp (khụng vượt quỏ 280oC) tao điều kiện cho động cơ khởi động dễ dàng.
- Điểm 90%V: biểu hiện cho khả năng chỏy hoàn toàn của hơi nhiờn liệu, t90% của nhiờn liệu khụng được vượt quỏ 370oC.
Trờn đõy là những hiểu biết chung về tớnh bay hơi của nhiờn liệu diesel. Tuy nhiờn thành phần điểm sụi của diesel phải được đỏnh giỏ thực tế trờn cơ sở khả năng làm việc của động cơ và điều kiện sử dụng nhiờn liệu.
Khối lượng riờng và tỷ trọng (Density & Relative density): Tỷ trọng ảnh hưởng
đến tớnh bay hơi của nhiờn liệu diesel, tỷ trọng càng lớn thỡ tớnh bay hơi càng giảm. Tỷ
trọng của nhiờn liệu diesel dựng cho cỏc loại động cơ trong khoảng 0,820 ữ 0,920 là phự hợp.
Màu sắc của nhiờn liệu diesel: Màu sắc liờn quan đến mật độ phõn tử của nhiờn liệu (tỷ trọng). Nguyờn tắc xỏc định màu sắc là so sỏnh màu sắc của sản phẩm với cỏc màu chuẩn bằng mắt thường hoặc bằng mỏy so màu. Trờn thực tế cú hai loại thang màu chuẩn dựng cho hai tiờu chuẩn xỏc định khỏc nhau.
- TCVN 4354 – 86 và ASTM D 156 là tiờu chuẩn xỏc định màu theo thang màu chuẩn Saybolt (Saybolt Color Scale) cú màu dầu sẩm nhất là –16 cho tới màu dầu sỏng nhất là +30. Tiờu chuẩn ASTMD 156 thường dựng đối với cỏc sản phẩm dầu sỏng màu như dầu hoả.
- ASTM D 1500 là tiờu chuẩn xỏc định màu theo thang tiờu chuẩn màu ASTM (ASTM Color Scale), hai mức liền nhau hơn kộm nhau 5 đơn vị. Cú 16 chuẩn màu được đỏnh số từ 0,5 đến 8,0 biểu thị màu từ sỏng tới tối dần. Tiờu chuẩn
ASTM D 1500 dựng cho sản phẩm nặng như nhiờn liệu diesel và dầu nhờn.
Một trong những chỉ tiờu chất lượng của nhiờn liệu diesel là lưu chuyển dễ dàng trong hệ thống cung cấp và phun nhiờn liệu vào buồng chỏy của động cơ. Tớnh chất này đặc biệt yờu cầu khi động cơ làm việc ở vựng cú nhiệt độ thấp.
Độ nhớt động học: Chỉ tiờu độ nhớt biểu hiện cho tớnh lưu chuyển của thể lỏng được đỏnh giỏ đối với nhiờn liệu diesel ở những nhiệt độ thớch hợp. Yờu cầu nhiờn liệu diesel cú độ nhớt phự hợp. Nếu độ nhớt nhiờn liệu cao, tớnh lưu chuyển bị hạn chế, nhiờn liệu khú vận chuyển và tăng tổn thất khi phun nhiờn liệu nhất là khi động cơ làm việc trong mụi trường nhiệt độ thấp. Nếu độ nhớt quỏ thấp sẽ làm giảm ỏp suất phun nhiờn liệu và tăng sự mài mũn của bơm nhiờn liệu. Do đú để xỏc định tớnh phự hợp của nhiờn liệu với sự hoạt động của động cơ cần phải đỏnh giỏ cụ thể với từng loại động cơ và từng vựng khớ hậu khỏc nhau trong đú động cơ hoạt động. Thụng thường độ nhớt của diesel, ở 20oC từ 1,5 tới 6,0 là phự hợp. Nhiờn liệu diesel mựa đụng cú độ nhớt thấp hơn mựa hố.
Nhiệt độ đụng đặc của nhiờn liệu: Trong phạm vi chỉ tiờu chất lượng này, trờn thực tế ở cỏc nước xứ lạnh cần phõn biệt hai loại nhiờn liệu diesel, loại diesel dựng cho mựa đụng và loại disel dựng co mựa hố. Loại dựng cho mựa đụng cú nhiệt độ đụng đặc thấp, đụi khớ tới -45oC. Ở cỏc nước nhiệt đới như nước ta chỉ cần dựng loại nhiờn liệu diesel cho mựa hố, tuỳ theo vựng khớ hậu cú thể sử dụng hai loại nhiờn liệu diesel cú nhiệt độ đụng đặc khụng vượt quỏ +5oC hoặc +9oC
d) Tớnh tự chỏy:
Nhiờn liệu sau khi phun vào xilanh khụng tự chỏy ngay, mà phải cú một thời gian để oxy hoỏ sõu cỏc hydrocacbon trong nhiờn liệu, tạo hợp chất chứa oxy trung gian, cú khả năng tự bốc chỏy. Khoảng thời gian đú gọi là thời gian cảm ứng hay thời gian chỏy trễ. Thời gian chỏy trễ càng ngắn càng tốt, lỳc đú nhiờn liệu sẽ chỏy điều hoà.
Như vậy để cú thời gain chỏy trễ ngắn thỡ trong nhiờn liệu phải cú nhiều chất n-parafin, vỡ cỏc cấu tử này dễ bị oxy hoỏ, tức là rất dễ bốc chỏy. Cũn cỏc izo- parafin và cỏc hợp chất hydrocacbon thơm rất khú oxy hoỏ nờn thời gian chỏy trễ dài, khả năng tự bốc chỏy kộm. Cú thể sắp xếp thự tự theo chiều giảm khả năng tự chỏy của cỏc hydrocacbon như sau:
n-parafin > naphten > n-olefin > izo-parafin > izo-olefin > hydrocacbon thơm.
Như vậy quy luật về ảnh hưởng của thành phần hydrocacbon đến tớnh chỏy của nhiờn liệu diesel hoàn toàn trỏi ngược với tớnh chỏy của nhiờn liệu xăng.
Trị số xetan: Đểđỏnh giỏ khả năng tự chỏy của nhiờn liệu diesel người ta dựng đại lượng cú tớnh quy ước là trị số xetan (TSXT).
Trị số xetan cao quỏ sẽ khụng cần thiết vỡ gõy lóng phớ nhiờn liệu, một số thành phần nhiờn liệu trước khi chỏy, ở nhiệt độ cao trong xilanh bị thiếu oxy nờn phõn huỷ thành cỏc cacbon tự do, tạo muội theo phản ứng:
2C C t y x H 2 y xC H C o + ⎯→ ⎯
Nếu TSXT thấp sẽ xảy ra quỏ trỡnh chỏy kớch nổ do trong nhiờn liệu cú nhiều thành phần khú bị oxy hoỏ, khi lượng nhiờn liệu phun vào trong xilanh quỏ nhiều mới xảy ra quỏ trỡnh tự chỏy, dẫn đến chỏy cựng một lỳc gõy toả nhiệt mạnh, ỏp suất tăng mạnh, động cơ rung giật, … gọi là chỏy kớch nổ.
Để tăng TSXT, cú thể thờm vào nhiờn liệu cỏc phụ gia thỳc đẩy quỏ trỡnh oxy hoỏ như: izo-propyl nitrat, n-butyl nitrat, amyl nitrat, … với lượng khoảng 1,5% thể tớch, chất phụ gia cú thể làm tăng TSXT lờn 15 đến 20 đơn vị.
+ Nhiờn liệu chuẩn để xỏc định trị số xetan:
Là những hỗn hợp cú tỷ lệ xỏc định của hai thành phần n-xetan (n-C16H34) và
α-metyl naphtalen (C10H7CH3).
n-xetan cú cụng thức cấu tạo mạch thẳng. Chất này dễ tự chỏy và quy ước TSXT = 100.
CH3 – (CH2)14 - CH3 (n –xetan)
α-mety lnaphtalen cú cụng thức cấu tạo là hai vũng thơm ngưng tụ với một nhúm metyl. Chất này rất khú tự chỏy cú nhiệt độ tự chỏy cao, quy ước cú TSXT = 0.
CH3
Hỗn hợp của hai chất này sẽ cú TSXT bằng số % thể tớch của n-xetan trong hỗn hợp. Vớ dụ cú 45% xetan thỡ TSXT = 45.
+ Cơ sở phương phỏp xỏc định trị số xetantan của diessel:
Cho nhiờn liệu diesel cần đo TSXT vào thiết bị xỏc định. Ghi nhận trạng thỏi của nhiờn liệu đem thử. Cho từng nhiờn liệu tiờu chuẩn cú TSXT khỏc nhau vào thử trong thiết bị và cũng ghi nhận tớnh tự chỏy của những nhiờn liệu chuẩn này. So sỏnh trạng thỏi tự chỏy của nhiờn liệu thử với cỏc nhiờn liệu chuẩn để tỡm ra trạng thỏi tự chỏy giống nhau của nhiờn liệu thử với một nhiờn liệu tiờu chuẩn nào đú. Từ đú suy ra nhiờn liệu thử cú TSXT bằng TSXT của nhiờn liệu chuẩn.
+Cỏc loại trị số xetan:
- Xỏc định bằng phương phỏp thực nghiệm
Là trị số xờtan được xỏc định trong điều kiện của thiết bị chuyờn dựng. Loại thiết bị chuyờn dựng là một loại động cơ diesel đặc biệt cho phộp ta quan sỏt được hiện tượng chỏy trong động cơ. Thiết bị chỉ cú ở cỏc phũng thớ nghiệm nơi sản xuất hoặc cỏc cơ sở tiờu chuẩn đo lường quốc gia.
Khi khụng cú điều kiện xỏc định trị số xờtan trong thiết bị chuyờn dựng đo TSXT cú thể xỏc định giỏn tiếp qua điểm sụi 50%V theo cụng thức:
TSXT = 454,74 – 1641,416D + 774,74D2 – 0,554B + 97,803(logB)2 Trong đú: D- tỷ trọng của nhiờn liệu diesel d15/15
B - Điểm sụi 50%V đo bằng oC.
+ Quan hệ giữa trị số xetan với số vũng quay của động cơ
Tuỳ thuộc vào thành phần hoỏ học, cỏc loại nhiờn liệu diesel khỏc nhau cú TSXT khỏc nhau, nghĩa là cú khả năng tự chỏy khỏc nhau. Muốn động cơ hoạt động bỡnh thường, đảm bảo cụng suất, đũi hỏi nhiờn liệu diesel phải cú TSXT phự hợp với số vũng quay của động cơ.
Tốc độ vũng quay TSXT
+ Dưới 500 vũng/phỳt 30 ữ 40 + 500 ữ 1000 vũng/phỳt 40 ữ 50 + Trờn 1000 vũng/phỳt trờn 50
Khi sử dụng nhiờn liệu diesel cú TSXT phự hợp với số vũng quay của động cơ, động cơ làm việc ờm đạt cụng suất đỳng thiết kế. Nếu trị số xờtan khụng phự hợp với số vũng quay, động cơ làm việc khụng bỡnh thường. Khi TSXT thấp hơn yờu cầu, động cơ làm việc khú khăn, mỏy núng, cụng suất giảm. Khi TSXT của nhiờn liệu cao hơn mức yờu cầu, hơi nhiờn liệu tự chỏy quỏ nhanh nờn chỏy khụng hoàn toàn, xả khúi đen, tiờu hao nhiờn liệu, làm bẩn mỏy và gõy ụ nhiễm mụi trường.
Thụng thường cỏc loại nhiờn liệu diesel cú TSXT vào khoảng 40 ữ 50 sử dụng tốt trong cỏc động cơ hoạt động vào mựa hố và TSXT vào khoảng 50 ữ 55 tốt cho động cơ làm việc vào mựa đụng.
e) Tớnh ổn định hoỏ học
Phụ thuộc vào hàm lượng thành phần keo, thành phần nhẹ cú trong diesel. Nếu hàm lượng cỏc thành phần này càng lớn thỡ tớnh ổn định húa học của diesel càng thấp.
f) Tớnh ăn mũn kim loại.
+ Hàm lượng lưu huỳnh tổng số + Độ axit (Tolal Acid Number-TAN) + Hàm lượng nước
2.2.2.6. Chỉ tiờu kỹ thuật và dự bỏo chất lượng diesel 1) Chỉ tiờu kỹ thuật diesel