Sn phm du m thng phm NHIEN LIU c

Gi ới thiệu chung về thành phần hoá học của xăng Nh phần trên vừa nêu, xĕng th ơng phẩm không ph i là s n phẩm của một quá trình nào đó trong nhà máy lọc dầu mà nó là một hỗn hợp đ ợc

Ch ương I

NHIÊN LI U CHO Đ NG C XĔNG

1.1 Gi i thi u chung v nhiên li u cho đ ng c xĕng

Nhiên liệu dùng cho động cơ xĕng đ ợc gọi là xĕng, đây là một hỗn hợp chứa nhiều các hợp chất khác nhau Khi nghiên cứu về thành phần hoá học của dầu m , phân đo n dầu m nói chung hay của xĕng th ơng phẩm nói riêng ng i ta th ng chia thành phần của nó thành hai nhóm chất chủ yếu đó là các hợp chất hydrocacbon

và các hợp chất phi hydrocacbon

Nhiên liệu cho động cơ xĕng là một s n phẩm quan trọng của nhà máy lọc dầu,

nó đã tr thành một mặt hàng quen thuộc trong đ i s ng sinh ho t hàng ngày của con

ng i cũng nh ho t động s n xuất trong công nghiệp

Động cơ xĕng ra đ i sớm hơn động cơ Diesel (đ ợc phát minh ra đồng th i Pháp và Đức vào kho ng 1860), nó đã phát triển m nh mẻ từ sau những nĕm 50 của

thế kỷ tr ớc Với nền công nghiệp chế t o ô tô hiện đ i nh ngày nay đã cho ra đ i nhiều chủng lo i với công suất khác nhau và đ ợc áp dụng trong nhiều lĩnh vực của

đ i s ng s n xuất và sinh ho t của con ng i

Cùng với sự gia tĕng về s l ợng động cơ xĕng, nhu cầu về xĕng nhiên liệu ngày càng tĕng nhanh, điều này đã mang đến cho các nhà s n xuất nhiên liệu những cơ

hội và c những thách thức mới, b i trong thực tế, bên c nh những lợi ích mà động cơ này mang l i cho con ng i thì đồng th i nó cũng th i ra môi tr ng một l ợng lớn các chất độc h i làm nh h ng đến sức khoẻ và c môi tr ng sinh thái

Vì vậy xĕng th ơng phẩm bắt buộc ph i b o đ m đ ợc các yêu cầu không

những liên quan đến quá trình cháy trong động cơ, hiệu suất nhiệt mà còn ph i b o

đ m các yêu cầu về b o vệ môi tr ng

Thông th ng xĕng th ơng phẩm cần đ t đ ợc các yêu cầu cơ b n nh sau:

Kh i động t t khi đang nhiệt độ thấp

Động cơ ho t động không bị kích nổ

Không kết tủa, t o bĕng trong bình chứa và c trong bộ chế hoà khí

Không t o nút hơi trong hệ th ng cung cấp nhiên liệu

Dầu bôi trơn bị pha loãng b i xĕng là ít nhất

Trị s octan ít bị thay đổi khi thay đổi t c độ động cơ

Các chất độc h i th i ra môi tr ng càng ít càng t t

Xĕng nhiên liệu thu nhận đ ợc trong các nhà máy lọc dầu, ban đầu chỉ từ phân

x ng ch ng cất khí quyển, tuy nhiên hiệu suất thu xĕng từ quá trình này rất thấp chỉ vào kho ng 15% kh i l ợng dầu thô ban đầu

Khi nhu cầu về xĕng tĕng lên thì phân đo n này không đủ để cung cấp cho các nhu

cầu thực tế, vì vậy bắt buộc con ng i ph i chế biến các phần thu khác nhằm thu hồi

xĕng với hiệu suất cao hơn, điều này đã làm xuất hiện các phân x ng khác nh phân

x ng crắckinh, alkyl hoá

Ngoài lý do vừa nêu trên thì do yêu cầu về hiệu suất của động cơ ngày càng tĕng

và chất l ợng xĕng ngày càng cao nên các nhà s n xuất nhiên liệu ph i đ a ra nhiều quá trình s n xuất khác nhằm đ m b o các yêu cầu của xĕng th ơng phẩm

Thực tế trong các nhà máy lọc dầu hiện nay xĕng th ơng phẩm đ ợc ph i trộn từ

Xĕng của quá trình gi m nhớt, c c hoá, các quá trình xử lý bằng hydro

Xĕng thu đ ợc từ các quá trình tổng hợp nh Methanol, Ethanol, MBTE Nói chung hai lo i đầu tiên là các nguồn chính để phôi trộn, phần còn l i phụ

thuộc vào yêu cầu về chất l ợng của xĕng và yêu cầu của từng Qu c gia mà nguồn

Ví dụ:

- Tỷ lệ của các nguồn ph i trộn xĕng th ơng phẩm Mỹ (tr ớc nĕm 2000)

34,7

44,713

1,85,6

Isomerisat Alkylat/Polymerisat Ether

27,1

Reformat Naphta nh?

Isomerisat Alkylat/Polymerisat Ether

1.2 Thành phân hoá h c c a nhiên li u xĕng

1.2.1 Gi ới thiệu chung về thành phần hoá học của xăng

Nh phần trên vừa nêu, xĕng th ơng phẩm không ph i là s n phẩm của một quá trình nào đó trong nhà máy lọc dầu mà nó là một hỗn hợp đ ợc ph i trộn cẩn thận từ

một s nguồn khác nhau, kết hợp với một s phụ gia nhằm đ m b o các yêu cầu ho t động của động cơ trong những điều kiện vận hành thực tế và c trong các điều kiện vận chuyển, tồn chứa và b o qu n khác nhau

Thành phần hoá học chính của xĕng là các hydrocacbon có s nguyên tử từ C4÷

C10 thậm chí có c các hydrocacbon nặng hơn nh C11, C12 và c C13.Ngoài ra trong thành phần hoá học của xĕng còn chứa một hàm l ợng nh các hợp chất phi hydrocacbon của l u huỳnh, nitơ và oxy

Với s nguyên tử cacbon nh trên, trong thành phần của xĕng chứa đầy đủ c

ba họ hydrocacbon và hầu nh các chất đ i diện cho các họ này đều tìm thấy trong

xĕng

Mặc dù trong thành phần của dầu m ban đầu không có các hợp chất không no

nh ôlêfin nh ng trong quá trình chế biến đã xãy ra quá trình cắt m ch hình thành nên các hợp chất đói này, do đó trong thành phần hoá học của xĕng th ơng phẩm còn có

mặt các hợp chất đói

Sự phân b các cấu tử theo s nguyên tử cacbon và theo họ hydrocacbon của

Các cấu tử không xác định chiếm 2.26%

Các giá trị đ ợc cung cấp b i IFP

Sự phân b các cấu tử theo s nguyên tử cacbon và theo họ hydrocacbon của

Các cấu tử không xác định chiếm 0.4%

Các giá trị đ ợc cung cấp b i IFP

1.2.2 Thành ph ần hoá học của xăng

Khi nghiên cứu về thành phần hoá học của dầu m cũng nh các phân đo n hay

s n phẩm của nó thì ng i ta th ng chia thành phần chúng ra làm hai phần chính là hydrocacbon và phi hydrocacbon

1.2.2.1 Thành phần hydrocacbon của xĕng

H ọ parafinic

Công thức hóa học chung là CnH2n+2, bao gồm các chất có s nguyên tử nh đã nêu trên, chúng tồn t i d ới 2 d ng: m ch thẳng (n-parafin) và m ch phân nhánh (i-parafin), với các isoparaffin thì m ch chính dài, m ch nhánh ngắn, chủ yếu là g c metyl

Olefin

Các hydrocacbon olefine có công thức chung là CnH2n, đ ợc t o thành từ các quá trình chuyển hóa, đặc biệt là quá trình cracking, gi m nhớt, c c hoá Các olefine này cũng bao gồmhai lo i n-parafin và iso-parafin

Họ naphtenic

Hydrocacbon naphtenic là các hydrocacbon m ch vòng no với công thức chung là: CnH2n và các vòng này th ng 5 hoặc 6 c nh, các vòng có thể có nhánh hoặc không

có nhánh, hàm l ợng của họ này chiếm một s l ợng t ơng đ i lớn, trong đó các hợp

chất đứng đầu dãy th ng ít hơn các đồng đẳng của nó, những đồng phân này th ng

có nhiều nhánh và nhánh l i rất ngắn chủ yếu là g c metyl (-CH3)

Họ aromatic

Các hợp chất này trong xĕng th ng chiếm một hàm l ợng nh nhất trong ba

họ và các hợp chất đầu dãy cũng ít hơn các hợp chất đồng đẳng của nó

1.2.2.2 Thành phần phi hydrocacbon của xĕng

Trong xĕng, ngoài các hợp chất hydrocacbon kể trên còn có các hợp chất phi hydrocacbon nh các hợp chất của O2, N2, S Trong các hợp chất này thì ng i ta quan tâm nhiều đến các hợp chất của l u huỳnh vì tính ĕn mòn và ô nhiễm môi tr ng

Trong xĕng, S chủ yếu tồn t i chủ yếu d ng mercaptan (RSH), hàm l ợng của

nó phụ thuộc vào nguồn g c của dầu thô có chứa ít hay nhiều l u huỳnh và hiệu qu quá trình xử lý HDS

Các hợp chất của các nguyên tử khác có hàm l ợng chủ yếu d ng vết, trong

đó nitơ tồn t i chủ yếu d ng pyridin còn các hợp chất của oxy thì rất ít và chúng

th ng d ng phenol và đồng đẳng

1.3 Đặc đi m c a các nguồn dùng đ ph i tr n xĕng

1.3.1 X ăng của quá trình reforminh xúc tác

Xĕng thu đ ợc của quá trình reforming xúc tác đ ợc gọi là reformat Đây là nguồn nguyên liệu chính để ph i trộn t o xĕng có chất l ợng cao, chúng có chứa một hàm l ợng các hợp chất aromatic cao nên chỉ s octan của no cao (RON = 95- 102)

1.3.2 X ăng cracking xúc tác:

Đây là nguồn cho xĕng lớn nhất trong nhà máy lọc dầu Trị s octane của xĕng này kho ng 87- 92 tuỳ theo điều kiện công nghệ Thành phần hóa học chứa tới 9- 13% hydrocacbon olefine Sự có mặt của của các olefine này chính là nguyên nhân làm mất tính ổn định của xĕng

1.3.3 X ăng chưng cất trực tiếp:

Phân x ng ch ng cất áp suất khí quyển là một phân x ng quan trọng nhất trong nhà máy lọc dầu có nhiệm vụ phân chia dầu thô thành nhiều phân đo n khác nhau Phần hơi thu đ ợc đỉnh sau khi ổn định ta sẻ thu đ ợc xĕng Lo i xĕng ch ng

cất trực tiếp này có chỉ s octan thấp kho ng 54- 65 nên chỉ dùng một l ợng ít để ph i

trộn còn phần chính đ ợc phân chia thành xĕng nhẹ (chủ yếu C5 và C6) và xĕng nặng

Phần xĕng nhẹ th ng làm nguyên liệu cho quá trình isomer hoá còn phần xĕng nặng làm nguyên liệu cho quá trình reforming xúc tác

1.3.4 Alkylat

Trong công nghệ lọc hóa dầu ng i ta sử dụng quá trình alkyl hóa để s n suất

xĕng có trị s octane cao Ngày nay quá trình alkyl hóa đ ợc sử dụng phổ biến các

n ớc trên thế giới Với quá trình này, ng i ta đã t o ra một nguồn ph i liệu có trị s

octane cao hầu nh không có t p chất và các hợp chất aromatic đáp ứng yêu cầu s n

suất xĕng s ch b o đ m các yêu cầu về động cơ và môi tr ng

1.3.5 Các ngu ồn phối liệu khác

Ngoài các nguồn chính trên thì xĕng còn đ ợc ph i liệu từ các nguồn khác nh :

xĕng gi m nhớt, xĕng c c hóa đây là các s n phẩm phụ của các quá trình

Đặc điểm của xĕng này là hàm l ợng các hợp chất phi hydrocacbon lớn, xĕng kém ổn định vì chứa l ợng lớn các hợp chất không no

Cùng các lo i xĕng trên thì ngày nay khi yêu cầu về việc gi m các chất gây ô nhiễm môi tr ng trong khói th i của động cơ càng khắt khe thì việc dùng các cấu tử

đ ợc tổng hợp từ các ph n ứng hoá học có trị s octane cao nh : MTBE, TAME, methanol, ethanol để ph i trộn xĕng th ơng phẩm cũng đang đ ợc áp dụng rộng rãi

1.4 Nguyên t c ho t đ ng và đặc đi m c a đ ng c xĕng

Động cơ xĕng là một động cơ nhiệt dùng để biến nĕng l ợng hoá học của nhiên

liệu khi bị đ t cháy thành nĕng l ợng cơ học d ới d ng chuyển động quay Động cơ này làm việc theo nguyên tắc một chu trình gồm b n giai đo n: n p, nén, cháy nổ và

gi n n sinh công, th i khí cháy ra ngoài Sơ đồ nguyên lý nh sau:

n p đ ợc m sớm tr ớc ĐCT một góc ϕ1= 10÷450

và đóng muộn sau ĐCD một góc

ϕ2 = 40-800 Vì vậy, quá trình n p trên đồ thị công là: I-a-II, đ ợc tiến hành trong

ph m vi góc quay trục khuỷu là ϕ1 + 1800 + ϕ2

Hành trình 3 - cháy - giãn n ở (kỳ công tác)

Piston đi từ ĐCT đến ĐCD, c hai xupap đều đóng, trục khuỷu đi từ vị trí ϕ =

3600 đến 5400

Trong hành trình này, nh quá trình cháy làm tĕng áp lực trong buồng cháy và áp lực này đẩy piston đi xu ng và sinh công, nó bao gồm hai quá trình: cháy

và giãn n Quá trình cháy bắt đầu t i điểm c' tr ớc ĐCT một góc đánh lửa sớm ϕ = ϕ1

= 10-300 và kết thúc t i điểm d sau ĐCT, còn quá trình giãn n bắt đầu từ điểm d và

kết thúc t i III

Piston đi từ ĐCD đến ĐCT, xupap th i m , xupap n p đóng, trục khuỷu quay từ

đ ợc biểu diễn trên đồ thị công là III-b-IV, đ ợc tiến hành trong ph m vi góc quay

trục khuỷu là ϕ3+1800+ ϕ4, còn đo n I-r-IV gọi là đo n trùng điệp, tức c hai van n p

và th i đều m

Nh vậy, toàn bộ chu trình công tác đ ợc thực hiện theo b n hành trình trong hai vòng quay của trục khuỷu, trong b n hành trình này chỉ có một hành trình cháy và giãn n là sinh công, còn ba hành trình khác thì ph i tiêu t n công

1.4.2 Đặc điểm của quá trình ho t động trong động cơ xăng

Từ việc phân tích ho t động của động cơ xĕng trên ta rút ra đ ợc những đặc điểm của động cơ này nh sau:

Nhiên liệu tr ớc khi n p vào xylanh nó đã đ ợc ph i trộn với không khí để t o

hỗn hợp cháy, nh vậy độ bay hơi của xĕng trong buồng cháy không ph i là vấn

đề lớn nh h ng đến chất l ợng của quá trình cháy

Quá trình cháy của nhiên liệu chỉ đ ợc thực hiện khi bugie bật lửa hoặc khi màng lửa lan truyền đến

Khi bugie bật lửa thì quá trình cháy bắt đầu, lúc này hỗn hợp trong buồng cháy

đ ợc chia thành hai phần: Phần thứ nhất là khí cháy, phần thứ hai là hỗn hợp

của không khí và nhiên liệu ch a cháy (hỗn hợp công tác), trong điều kiện nhiệt

độ và áp suất cao với sự có mặt của oxy không khí thì các hydrocacbon của nhiên liệu sẻ bị biến đổi một cách sâu sắc, cụ thể là chúng sẻ bị oxy hoá để t o thành các hợp chất có kh nĕng tự b c cháy khi mặt lửa ch a lan truyền đến Trong tr ng hợp này, nếu nh phần nhiên liệu tự b c cháy nhiều thì nó sẻ làm

tĕng áp suất trong buồng cháy một cách đột ngột và gây ra những sóng xung kích va đập vào piston, xylanh t o ra những tiếng g kim lo i Hiện t ợng này

đ ợc gọi là hiện t ợng cháy kích nổ

1.5 Chỉ tiêu ch t l ng c a xĕng

Ngày nay động cơ đã tr thành một bộ phận quan trọng trong đ i s ng s n xuất

và sinh ho t của con ng i Bên c nh những lợi ích to lớn mà chúng mang l i thì động

cơ cũng đồng th i th i một l ợng rất lớn chất độc h i ra môi tr ng gây nh h ng đến sức khoẻ con ng i và nh h ng xấu đến môi tr ng sinh thái Vì vậy, cần thiết

ph i đặt ra những quy định nhằm h n chế việc th i các độc h i và thực hiện các quy định này một cách nghiêm túc

g c độ của nhiên liệu thì cần ph i đặt ra cho xĕng th ơng phẩm những chỉ tiêu nhằm b o đ m đ ợc chất l ợng đ i với ng i sử dụng và h n chế đ ợc l ợng chất độc h i trong khói th i

1.5.1 Hi ện tượng kích nổ và chỉ số octan

1.5.1.1 Hiện t ợng kích nổ

Nh vừa nêu trong phần tr ớc, khi bugie bật lửa thì quá trình cháy của nhiên

liệu trong buồng cháy mới đ ợc bắt đầu t i bugie còn phần nhiên liệu nằm vị trị khác chỉ đ ợc cháy khi màng lửa lan truyền đến Tuy nhiên trong thực tế có một phần nhiên liệu trong buồng cháy bị oxy hoá dẫn đến quá trình tự bắt cháy khí màng lửa

ch a lan truyền đến Nếu nh phần nhiên liệu tự bắt cháy này đủ lớn để làm tĕng nhiệt

độ và áp suất trong buồng cháy một cách đột ngột và t o ra những sóng xung kích va đập vào piston, xylanh t o ra những tiếng g kim lo i thì quá trình cháy này đ ợc gọi

là cháy kích nổ

Nh vậy, trong buồng cháy luôn tồn t i một sự c nh tranh giữa quá trình cháy

do màng lửa lan đến (cháy c ỡng bức) và quá trình tự b c cháy, quá trình cháy nào chiếm u thế là phụ thuộc vào nhiều yếu t khác nhau

Bằng thực nghiệm ng i ta đã xác định đ ợc th i gian của quá trình tự b c cháy theo công thức sau:

D = A P -n EXP(B/T)

Trong đó: A,B là các hằng s thực nghiệm

Các thông s nh h ng lên th i gian tự b c cháy bao gồm:

1.5.1.2 B n chất của hiện t ợng cháy kích nổ trong động cơ xĕng

Qua phân tích trên cho thấy quá trình cháy trong động cơ xĕng có thể là bình

th ng, có thể là kích nổ chúng phụ thuộc vào b n chất của nhiên liệu, kết cấu và điều

kiện vận hành của động cơ

Quá trình cháy đ ợc gọi là bình th ng khi mặt lửa lan truyền đều đặn với vận

t c trong kho ng 15 ÷ 40 m/s Còn khi vận t c lan truyền của mặt lửa quá lớn kho ng

300 m/s thì quá trình cháy trong xylanh x y ra gần nh tức th i kèm theo những tiếng

g kim lo i nh vừa nêu trên thì đ ợc gọi là cháy kích nổ

B n chất của hiện t ợng kích nổ rất phức t p, có nhiều quan điểm để gi i thích khác nhau song b n chất của nó là do các hợp chất hydrocacbon trong nhiên liệu nằm

tr ớc mặt lửa chịu một điện kiện rất khắc nghiệt nên chúng bị biến đổi hoá học một cách sâu sắc để t o ra những hợp chất mới có kh nĕng tự bùng cháy Cụ thể trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao của buồng cháy thì các hydrocacbon kém bền oxy hoá nh paraffin dễ dàng bị oxy hoá để t o ra các hợp chất chứa oxy nh peroxyt, hydroperoxyt, r ợu, xeton, axít trong s các hợp chất này thì đáng chú ý nhất là các hợp chất peroxyt, hydroperoxyt đây là những hợp chất kém bền dễ bị phân huỷ t o

ra các g c tự do để sinh ra các ph n ứng chuổi dẫn đến sự tự b c cháy

Khi nghiên cứu về hiện này ng i ta đã đi đến kết luận về kh nĕng ch ng l i

sự tự b c cháy của các hydrocacbon tĕng dần nh sau:

Parafin m ch thẳng < naphten < olefin m ch thẳng < naphten m ch nhánh không no < parafin m ch nhánh < aromatic

1.5.1.3 nh h ng của hiện t ợng kích nổ lên động cơ

H ng join lót giữa nặp và thân máy

Làm xói mòn piston và nắp

Làm vỡ “cordons” của piston và xecmĕng

Làm nóng ch y cục bộ piston và xupap

Ngoài những nh h ng kể trên thì quá trình cháy kích nổ th ng kèm theo việc

th i nhiều chất độc h i ra môi tr ng, làm nóng máy nhanh chóng nên làm gi m nhanh

tuổi thọ của động cơ

1.5.1.4 Chỉ s octan

Ch ỉ số octan là một đ i lượng quy ước để đặc trưng cho kh năng chống l i sự kích nổ của xăng, giá trị của nó được tính bằng phần trăm thể tích của iso-octan (2,2,4-trimetylpentan) trong hỗn hợp của nó với n-heptan khi mà hỗn hợp này có kh

n ăng chống kích nổ tương đương với kh năng chống kích nổ của xăng đang kh o sát Trong hỗn hợp này thì iso-octan có kh năng chống kích nổ tốt, được quy ước bằng

100, ng ược l i n-heptan có kh năng chống kích nổ kém và được quy ước bằng 0

Trong tr ng hợp trị s octan lớn hơn 100 thì để xác định trị s octan ng i ta cho thêm vào xĕng một hàm l ợng Tetraetyl chì rồi tiến hành đo Trị s octan đ ợc tính theo công thức sau:

IO = 100 +

435216

0472.11736.01

28.28

T T

T

T

−+

++

Nhiệt độ và áp suất vào

Độ giàu

1.5.1.5 Ý nghĩa của chỉ s octan

Trị s octan là một chỉ tiêu rất quan trọng của xĕng khi dùng xĕng có trị s octan thấp hơn so với quy định của nhà chế t o thì sẻ gây ra hiện t ợng kích nổ làm

gi m công suất của động cơ, nóng máy, gây mài mòn các chi tiết máy, t o khói đen gây ô nhiễm môi tr ng Ng ợc l i nếu dùng xĕng có trị s octan cao quá sẻ gây lãng phí Điều quan trọng là ph i dùng xĕng đúng theo yêu cầu của nhà chế t o, cụ thể là theo đúng tỷ s nén của động cơ, khi tỷ s nén lớn thì yêu cầu trị s octan lớn và

ng ợc l i

1.5.1.6 Các ph ơng pháp đo chỉ s octan

Thông th ng thì chỉ s octan đ ợc đo theo hai ph ơng pháp nh sau:

Ph ơng pháp nghiên cứu (RON) đo theo tiêu chuẩn ASTM D 2700

Ph ơng pháp mô tơ (MON) đo theo tiêu chuẩn ASTM D 2699

C hai ph ng pháp này u c o trên cùng m t ng c CFR (Cooperative Fuel Research) ây là ng c có m t xylanh có các thông s nh sau:

Điều kiện đo của hai ph ơng pháp này nh sau:

Cùng một lo i nhiên liệu thì RON th ng lớn hơn MON, độ chênh lệch của hai

ph ơng pháp này đ ợc gọi là độ nh y của xĕng, độ nh y càng thấp càng t t Paraffin

có độ nh y thấp còn aromatic có độ nh y cao Giá trị của MON cho phép dự đoán kh nĕng ch ng kích nổ chế độ vòng quay lớn còn RON thì cho phép dự đoán chế độ vòng quay nh

Trong hai ph ơng pháp đo trên thì t c độ vòng quay không đổi và động cơ chỉ

có một xylanh, nh ng các động cơ trong thực tế luôn có s xylanh lớn hơn một và khi động cơ ch y trên đ ng thì vận t c của nó luôn thay đổi tức là chế độ vòng quay thay đổi Do đó RON và MON th ng không đánh giá đúng kh nĕng ch ng kích nổ thực

của xĕng khi động cơ ho t động

C hai ph ơng pháp trên đều cho chỉ s octan với một t c độ động cơ nhất định, tuy nhiên trong thực tế thì động cơ luôn ho t động với những t c độ khác nhau, do đó RON và MON không đánh giá hết đ ợc kh nĕng ch ng kích nổ của xĕng trong thực

tế

Để chính xác hơn ng i ta còn dùng khái niệm chỉ s octan trên đ ng, ký hiệu IOR Chỉ s octan này cũng đ ợc đo trên động cơ nêu trên nh ng điều kiện đo khác

và điều đáng chú ý là vận t c quay của trục khuỷu sẻ thay đổi theo quá trình đo Giá trị

của IOR có thể cao hơn hoặc thấp hơn RON

Trị s octan trên đ ng đ ợc xác định theo công thức

IOR = RON – S2/a Trong đó : S độ nh y, S = RON – MON

Mặt khác do xĕng chứa nhiều thành phần có sự khác biệt khá lớn về kh nĕng

ch ng kích nổ Thông th ng thì phần có nhiệt độ sôi thấp (ngo i trừ izo pentan, benzen) có chỉ s octan thấp, do đó trong một s chế độ làm việc của động cơ có thể xãy ra sự chia tách xĕng trong động cơ, dẫn đến trong một th i điểm nhất định nào đó

l ợng nhiên liệu đ ợc n p vào xylanh chứa nhiều thành phần nhẹ, b c hơi nhanh

nh ng chỉ s octan l i thấp do đó dễ dẫn đến quá trình cháy kích nổ trong một s chu

kỳ nhất định Vì vậy, ngoài ba lo i trên thì ng i ta còn đo chỉ s octan của phần cất

có nhiệt độ sôi đến 100o

C và đ ợc ký hiệu R-100, giá trị của nó luôn nh hơn RON và

độ chênh lệch này đ ợc gọi là ∆RON

Dùng ph ụ gia

Ph ơng pháp này dùng hoá chất để làm tĕng chỉ s octan nh n ớc chì Ph ơng pháp này ngày nay gần nh bị cấm b i sự độc h i do chì gây ra

Ph ương pháp dùng các cấu tử có chỉ số octan cao

Ph ơng pháp này dùng các cấu tử có chỉ s octan cao để pha trộn vào xĕng nh MBTE, EBTE, Methanol, Ethanol ph ơng pháp này ngày nay đ ợc khuyến khích dùng nhiều b i những u điểm về mặt b o vệ môi tr ng

1.5.2 T ỷ trọng

Tỷ trọng của một chất l ng là tỷ s giữa kh i l ợng riêng chất đó so với kh i

l ợng riêng của n ớc đ ợc đo trong những điều kiện nhiệt độ xác định Nh vậy tỷ

trọng là một đ i l ợng không có thứ nguyên

Ng i ta th ng ký hiệu là ρt1t2, trong đó t1 là nhiệt độ mà t i đó ng i ta xác định kh i l ợng riêng của n ớc, t ơng tự nh vậy t2 là nhiệt độ mà t i đó ng i ta đo

kh i l ợng riêng của chất cần đo

Trong thực tế ta th ng gặp ρ420, ρ415, ρ15.615.6, đ i với dầu m và các s n phẩm

của nó thì trong tính toán ng i ta th ng dùng tỷ trọng chuẩn ρ15.615.6

Mỹ và một s n ớc khác ng i ta còn biểu thị tỷ trong thông qua một đ i

l ợng khác gọi là độ API và giá trị của nó đ ợc xác định thồn qua tỷ trọng chuẩn nh sau:

o

API = 15.6

6 15

5.141

Ph ơng pháp dùng cân thuỷ tĩnh

Theo tiêu chuẩn của châu âu thì giá trị này nằm trong kho ng 720 đến 775 kg/m3

Đ i với xĕng thì việc xác định tỷ trọng không có nhiều ý nghĩa nh đ i với dầu thô hay Diesel hoặc một s n phẩm khác, tuy nhiên nó cũng có những ý nghĩa nhất định trong việc điều khiển độ giàu khi bắt đầu kh i động động cơ, nh h ng trực tiếp lên nhiệt cháy thể tích do đó nh h ng lên sự tiêu thụ riêng của nhiên liệu, cụ thể khi tỷ

trọng tĕng lên thì suất tiêu thụ riêng gi m xu ng

1.5.3 Các ch ỉ tiêu lên quan đến độ bay hơi

Nh chúng ta đều biết xĕng th ơng phẩm là một hỗn hợp của nhiều các hợp

phân đo n của nó thì nhiệt độ nào cũng có những hydrocacbon bay hơi, nh ng một nhiệt độ nhất định thì c ng độ bay hơi của các cấu khác nhau là không gi ng nhau Tính chất bay hơi của xĕng có ý nghĩa rất lớn trong quá trình b o qu n, vận chuyển

cũng nh trong quá trình sử dụng Vì vậy độ bay hơi của xĕng là một tính chất hết sức quan trọng Tính bay hơi này đ ợc đặc tr ng bằng những tính chất nh : Thành phần

cất, áp suất hơi b o hoà, điểm chớt cháy Nh nó mà ta có thể đánh giá sơ bộ về thành phần, sự phân b của các cấu tử trong xĕng, kh nĕng bay hơi gây mất mát và mức độ

an toàn trong quá trình vận chuyển cũng nh b o qu n và sử dụng

1.5.3.1 Thành phần cất

Nh ững khái niệm cơ b n

Thành phần cất là khái niệm dùng để biểu diễn phần trĕm bay hơi theo nhiệt độ

hoặc ng ợc l i nhiệt độ theo phần trĕm thu đ ợc khi tiến hành ch ng cất mẫu trong thiết bị chuẩn theo những điều kiện xác định đây ta có những khái niệm sau

Nhi ệt độ sôi đầu:

Là nhiệt độ đọc đ ợc trên nhiệt kế vào lúc giọt chất l ng ng ng tụ đầu tiên ch y

ra từ cu i ng ng ng tụ

Nhiệt độ sôi cuối:

Là nhiệt độ cao nhất đ t đ ợc trong qúa trình ch ng cất

Nhi ệt độ phân hủy:

Là nhiệt độ đọc đ ợc trên nhiệt kế khi xuất hiện các dấu hiệu đầu tiên của sự nhiệt phân nh xuất hiện hơi trắng

Ý ngh ĩa của việc xác định thành phần cất

Ngoài việc đánh giá thành phần hoá học của xĕng thì thành phần cất còn có ý nghĩa rất quan trọng đ i với xĕng nhiên liệu b i các giá trị của nó nh h ng trực tiếp lên kh nĕng kh i động, kh nĕng tĕng t c và c kh nĕng cháy hoà toàn trong buồng cháy

nh h ưởng đến kh năng khởi động

Xĕng cho động cơ ph i có một độ bay hơi nhất định để cho động cơ có thể kh i động đ ợc nhiệt độ thấp Qua nghiên cứu thực tế cho thấy kh nĕng kh i động của động cơ nhiệt độ thấp phụ thuộc vào nhiệt độ sôi đầu, nhiệt độ sôi 10%, 20%, 30% Khi những giá trị này càng thấp thì động cơ càng dễ kh i động, nh ng nếu chúng thấp quá thì xĕng bay hơi quá nhiều do đó dễ gây ra hiện t ợng nút hơi làm thay đổi thành

phần của xĕng đ ợc n p vào xylanh một s chu kỳ nào đó gây ra hiện t ợng thiếu

hụt xĕng cung cấp cho động cơ, điều này th ng dẫn đến quá trình cháy không hoàn toàn và t o ra nhiều chất độc h i trong khói th i làm ô nhiễm môi tr ng Ngoài ra quá trình bay hơi lớn sẻ gây mất mát vật chất và cũng gây ô nhiễm Ng ợc l i khi những giá trị quá lớn nghĩa là xĕng khó bay hơi thì động cơ rất khó kh i động khi đang nhiệt độ thấp

nh hưởng lên kh năng tăng tốc

Khi chuyển từ chế độ chậm sang chế độ nhanh, động cơ đòi h i l ợng xĕng n p vào ph i đủ lớn và bay hơi nhanh để b o đ m cho quá trình cháy cung cấp nhiệt Độ bay hơi này phụ thuộc vào nhiệt độ sôi đầu đến nhiệt độ sôi t50%, t60%,

Cũng t ơng tự nh trên, khi những nhiệt độ sôi này càng nh thì độ bay hơi càng t t t o điều kiện t t cho quá trình cháy t t Ng ợc l i khi những giá trị này lớn thì quá trình hoá hơi không t t do đó dễ dẫn đến quá trình cháy không hoàn toàn t o ra nhiều chất độc h i trong khói th i gây ô nhiễm môi tr ng

nh hưởng đến kh năng cháy hết

Nhiệt độ sôi cu i và những nhiệt độ sôi 90%, 95% của xĕng ph i đ ợc giới h n

nhất định để b o đ m quá trình cháy t t Nếu những giá trị này lớn quá thì quá trình

ẽ không hoàn toàn

Phần nhiên liệu không cháy hết có thể bị phân huỷ trong điều kiện nhiệt độ cao làm tĕng nồng độ chất độc h i trong khói th i hoặc chúng tồn t i tr ng thái l ng và đọng l i trên thành xy lanh làm lo ng màng dầu bôi trơn gây ra hiện t ợng mài mòn, sau đó chúng đ ợc xecmĕng đ a xu ng carter chứa dầu và làm bẩn dầu bôi trơn

bằng với áp suất hơi của hệ Vì vậy, khi áp suất hệ tĕng lên, nhiệt độ sôi của phân đo n

sẽ tĕng theo nhằm t o ra một áp suất hơi bằng áp suất của hệ Ng ợc l i, khi áp suất

của hệ gi m thấp, nhiệt độ sôi của phân đo n sẽ gi m đi t ơng ứng

Đ i với các hydrocacbon riêng lẻ, áp suất hơi của nó chỉ phụ thuộc vào nhiệt

độ, vì vậy một áp suất nhất định chỉ có một nhiệt độ sôi t ơng ứng

Đ i với một phân đo n dầu m trong đó bao gồm nhiều hydrocacbon riêng lẽ thì áp suất hơi của phân đo n, ngoài sự phụ thuộc vào nhiệt độ, còn phụ thuộc vào thành phần các hydrocacbon có áp suất riêng phần khác nhau, nghĩa là áp suất hơi của phân đọan mang tính chất cộng tính của các thành phần trong đó và tuân theo định luật Raoult: P = ∑Pixi

(Pi, xi là áp suất riêng phần và nồng độ phần mol của cấu tử i trong phân đọan)

Áp suất hơi b o hoà có thể đ ợc biểu diễn theo 3 ph ơng pháp khác nhau:

Ph ơng pháp của Reid (PVR)

Ph ơng pháp của Grabner

Ph ơng pháp xác định tỷ lệ l ng - hơi (V/L)

Trong ba ph ơng pháp trên thì ph ơng pháp của Reid th ng đ ợc dùng nhiều

nhất Áp suất thu đ ợc là áp suất tuệt đ i Áp suất này đ ợc đo 100o

F (37,8oC)

Cũng t ơng tự nh thành phần cất, áp suất hơi b o hoà đặc tr ng cho kh nĕng

kh i động của động cơ nhiệt độ thấp Khi giá trị này lớn thì động cơ dễ kh i động

nh ng nếu giá trị này lớn quá sẻ gây ra hiện t ợng nút hơi, thiếu nhiên liệu khi cung

cấp cho động cơ và gây mất mát, nh ng nếu nh quá thì động cơ khó kh i động

Nhiệt độ chớp cháy đặc tr ng cho các phần nhẹ dễ bay hơi trong nhiên liệu, khi

phần nhẹ càng nhiều thì kh nĕng bay hơi càng lớn điều này sẻ gây ra mất mát vật chất

và điều quan trọng hơn c là nó có thể t o ra hỗn hợp nỗ trong quá trình b o qu n và

vận chuyển Vì vậy chỉ tiêu này đặc tr ng cho mức độ ho ho n của xĕng Đ i với

xĕng thì điều kiện th ng độ bay hơi của nó lớn nên t o hỗn hợp với không khí nằm ngoài giới h n nỗ

Quy định về độ bay hơi của xĕng không chi châu Âu

Tính chất Đơn vị Giá trị giới h n của các lo i khác nhau

1.5.4 Độ ổn định oxy hoá

Trong quá trình vận chuyển và b o qu n dầu thô cũng nh s n phẩm của nó

th ng tiếp xúc với không khí nên các hydrocacbon dễ bị oxy hoá t o thành các s n

phẩm nặng hơn và th ng gọi là nhựa, các hợp chất này th ng gây ra nhiều nh

h ng xấu đến quá trình ho t động của động cơ nh : Làm tắt nghẽn l ới lọc trong

bơm n p liệu, gicluer, t o cặn trong các rãnh của piston và trên xecmĕng

Để đặc tr ng cho kh nĕng ch ng l i quá trình oxy hoá ng i ta dùng khái niệm

độ ổn định oxy hoá, nó có thể đ ợc xác định theo nhiều ph ơng pháp khác nhau

Độ ổn định oxy hoá phụ thuộc vào thành phần hoá học của các họ hydrocacbon Trong dầu thô cũng nh các s n phẩm của nó thì các hydrocacbon có độ ổn đinh hoá

học khác nhau, các hợp chất Aromatic có độ ổn định kém nhất còn các hợp chất Parafinic có độ ổn định cao nhất, tuy nhiên điều kiện nhiệt độ th ng thì t c độ oxy hoá của các họ hydrocacbon này không lớn

Trong dầu thô không có các hợp chất olefin, nh ng trong quá trình chế biến,

d ới tác dụng của nhiệt độ các hydrocacbon kém bền nhiệt sẻ bị cắt m ch để t o thành các s n phẩm nhẹ hơn trong đó có các hợp chất không no nh olefin, phần trên chúng ta đã thấy xĕng th ơng phẩm đ ợc ph i trộn từ rất nhiều khác nhau trong đó

chủ yếu là các s n phẩm của các quá trình chế biến sâu, trong các s n phẩm này

th ng chứa các hợp chất không no Vì vậy trong thành phần của xĕng luôn chứa các hợp chất olefin, đây là hợp chất kém bền dễ bị oxy hoá t o nhựa và các hợp chất có h i khác cho xĕng, chính vì lý do này mà ngoài chỉ tiêu về độ ổn định oxy hoá thì còn ph i

kh ng chế hàm l ợng của ôlefin trong xĕng

1.5.5 Hàm l ượng lưu huỳnh

Trong phân đo n xĕng thu đ ợc từ quá trình ch ng cất khí quyển hay trong

xĕng th ơng phẩm thì hàm l ợng l u huỳnh không nhiều, chúng có thể tồn t i d ới nhiều d ng khác nhau tuỳ theo nguồn g c ph i trộn Trong các d ng tồn t i này thì

ng i ta quan tâm nhiều nhất đến hợp chất mercaptan (có trong phân đo n xĕng ch ng cất trực tiếp) vì đây là hợp chất có kh nĕng gây ĕn mòn trực tiếp các thiết bị trong tồn

chứa b o qu n, vận chuyển cũng nh sử dụng trong động cơ

Mặc dù hàm l ợng các hợp chất này không lớn trong thành phần của xĕng

nh ng nó gây ra nhiều nh h ng xấu đến chất l ợng của xĕng nh vừa nêu trên Khi cháy trong động cơ chúng t o ra khi SO2, khí này sau đó có thể chuyển một phần thành SO3, các chất khí này sẻ t o thành các axit t ơng ứng khi nhiệt độ xu ng thấp, đây là các chất gây ĕn mòn rất m nh Ngoài ra khi theo khói th i ra ngoài các chất khí này sẻ làm nhiễm độc xúc tác trong bộ hệ th ng xử lý khí th i và gây ô nhiễm môi

tr ng khi th i ra khi quyển

1.5.6 Hàm l ượng benzen

Nh chúng ta đã biết benzen là một chất độc nó có thể gây chết ng i khi trong môi tr ng có hàm l ợng benzen cao, với nồng độ thấp thì benzen có thể gây ra

cĕn bệnh ung th cho con ng i

Quá trình cháy trong động cơ th ng không hoàn toàn b i điều kiện cháy trong động cơ khá đặc biệt Trong khí th i của động cơ ngoài các khí CO2, H2O, N2 còn có thêm một s các chất khác nh CO, NOx, SOx, các hydrocacbon ch a cháy, bồ h ng hydrocacbon ch a cháy thực chất là một hỗn hợp các hợp chất hữu cơ nh benzen, butadien, fornaldehyt, acetaldehyt các hợp chất này khi th i ra môi tr ng đều có

h i cho con ng i và môi tr ng sinh thái, điều này bắt buộc con ng i ph i xử lý nó

Có nhiều ph ơng pháp nhằm h n chế các chất ô nhiễm này nh c i tiến cấu trúc

của động cơ, kh ng chế điều kiện làm việc t i u hay c i thiện chất l ợng của nhiên

liệu Trong các gi i pháp này thì hai gi i pháp đầu tiên rất khó làm gi m hàm l ợng benzen trong khí th i vì benzen là một chất khó cháy nhất trong các hợp chất này Vì

những lý do này mà ng i ta bắt buộc ph i kh ng chế hàm l ợng benzen và c hàm

l ợng các hợp chất aromatic trong nhiên liệu

Benzen trong khí th i động cơ xĕng phụ thuộc vào hàm l ợng aromatic

Hàm l ợng benzen trong khí ch a cháy trong khí x (%)

Ngoài những tiêu chuẩn quan trọng nêu trên thì một lo i xĕng th ơng phẩm còn

ph i đ t nhiều tính chất khác nh : hàm l ợng nhựa, cặn, tro, tiêu chuẩn về màu sắc các chỉ tiêu về độ kiềm, axxit

Ngày nay, trong thành phần của xĕng th ơng phẩm ngoài phụ gia nhằm nâng cao chỉ s octan thì ng i ta còn dụng một s phụ gia khác nh phụ gia ch ng oxy hoá, phụ gia tẩy rửa

TIÊU CHU N VI T NAM V XĔNG Ô TÔ KHÔNG CHÌ (TCVN 6776 : 2000)

Xĕng khôngchì

Các chỉ tiêu chất l ợng Ph ơng pháp thử

90 92 95 1.Trị s octan - Theo ph ơng

2 Thành Phần Cất, 0

C Điểm sôi đầu

TCVN 6594:2000 Báo cáo

th ng

Trong su t,không có t p

chất lơ lửng

Ch ương II

NHIÊN LI U CHO Đ NG C DIESEL

2.1 Gi i thi u chung v nhiên li u diesel

Nhiên liệu Diesel là một lo i nhiên liệu l ng, nặng hơn dầu h a và xĕng, sử

dụng cho động cơ Diesel (đ ng bộ, đ ng sắt, đ ng thủy) và một phần đ ợc sử

dụng cho các lo i máy móc công nghiệp nh tuabin khí, máy phát điện, máy móc xây dựng

Ngày nay động cơ Diesel đã phát triển m nh mẻ, đa d ng hoá về chủng lo i

cũng nh kích th ớc và đ ợc áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đ i s ng s n

xuất và sinh ho t của con ng i b i tính u việt của nó so với động cơ xĕng Do vậy, nhu cầu về nhiên liệu Diesel ngày càng tĕng, điều này đã đặt ra cho các nhà s n xuất nhiên liệu những thách thức mới, và điều này càng khó khĕn hơn b i những yêu cầu ngày càng khắt khe của luật b o vệ môi tr ng

Trong nhà máy lọc dầu thì nhiên liệu Diesel đ ợc lấy chủ yếu từ phân đo n gasoil của quá trình ch ng cất dầu m Đây chính là phân đo n thích hợp nhất để s n

xuất nhiên liệu Diesel mà không cần ph i áp dụng những quá trình biến đổi hóa học Tuy nhiên, để đ m b o về s l ợng ngày càng tĕng của nhiên liệu Diesel và việc sử dụng một cách có hiệu qu các s n phẩm trong nhà máy lọc dầu thì thực tế nhiên liệu Diesel luôn đ ợc ph i liệu từ các nguồn khác nh : Phân đo n gasoil của quá trình hydrocracacking, phân đo n gasoil từ quá trình FCC, các s n phẩm của quá trình oligome hóa, dime hóa, trime hóa, gi m nhớt, HDS

2.2 Thành ph n hoá h c c a nhiên li u Diesel

Nh đã nêu trong phần tr ớc, nhiên liệu Diesel th ơng phẩm đ ợc ph i trộn từ nhiều nguồn khác nhau trong nhà máy lọc dầu Thành phần hoá học của các nguồn này thay đổi rất nhiều ngay c khi cùng một nguồn g c dầu thô Để xem xét, tr ớc hết ta xem xét các nguồn dùng để ph i trộn nhiên liệu Diesel

Trong nhà máy lọc dầu thì Diesel th ng thu nhận theo các quá trình nh sơ đồ sau:

Theo sơ đồ này, nhiên liệu Diesel nhận đ ợc từ các nguồn nh sau:

Phân đo n Gasoil của tháp ch ng cất khí quyển (phân đo n chính để ph i trộn)

Từ phân x ng crackinh xúc tác

Từ phân x ng hydrocrackinh

Từ phân x ng gi m nhớt

Từ phân x ng c c hoá

Từ phân x ng tách lo i l u huỳnh kèm theo quá trình chuyển hoá

Từ các quá trình tổng hợp nh oligome hoá

2.2.1 Thành ph ần hoá học của của phân đo n gassoil

Đây là thành phần chính để ph i trộn nhiên liệu Diesel Tr ớc đây phân đo n này đ ợc lấy từ tháp ch ng cất khí quyển có kho ng nhiệt độ sôi là 250o

C ÷ 350o

C,

với kho ng nhiệt độ sôi này thì thành phần hoá học của gasoil bao gồm các hydrocacbon có s nguyên tử cacbon từ C16÷ C20, hầu hết các nhóm chất có mặt trong

dầu thô đều tìm thấy trong phân đo n này Cũng nh khi nghiên cứu dầu m hay các

s n phẩm dầu m khác, thành phần hoá học của gasoil đ ợc chia thành hai nhóm chất chính nh sau:

2.2.1.1 Nhóm hợp chất hydrocacbon

Nhóm chất này bao gồm các họ nh sau: Paraffin, Naphten, Aromatic

H ọ Parfinic

Đặc điểm chung về các hydrocacbon parafinic trong phân đo n này là sự phân

b giữa cấu trúc thẳng và cấu trúc nhánh đây có khác: hầu hết là cấu trúc m ch thẳng (n-parafin), d ng cấu trúc nhánh đồng phân của chúng thì rất ít và nhành chủ yếu là

parafin rắn này có nhiều, chúng sẽ làm cho c nhiên liệu mất tính linh động thậm chí

có thể làm đông đặc l i những nhiệt độ thấp

H ọ Naphten và Aromatic

Những hydrocacbon lo i naphten và aromatic trong phân đo n này bên c nh

những lo i có cấu trúc một vòng có nhiều nhánh phụ đính xung quanh còn có mặt các

hợp chất 2 hoặc 3 vòng

Ngoài ra trong gasoil đã có mặt các hợp chất hydrocacbon có cấu trúc hỗn hợp

giữa vòng naphten và aromatic nh têtralin và các đồng đẳng của chúng

Ngoài ba họ trên thì trong thành phần của nhiên liệu Diesel luôn chứa một hàm

l ợng đáng kể các hợp chất không no nh olefin (phần chủ yếu), dien các hợp chất không no này đến từ các quá trình chế biến sâu nh FCC, gi m nhớt

2.2.1.2 Nhóm hợp chất phi hydrocacbon

Trong Diesel th ơng phẩm thì các chất phi hydrocacbon tồn t i d ới nhiều d ng khác nhau

H ợp chất của lưu huỳnh

Nếu nh trong xĕng, l u huỳnh d ng mercaptan chiếm phần chủ yếu trong s các hợp chất l u huỳnh đó, thì trong phân đo n gosoil lo i l u huỳnh mercapten hầu

nh không còn mercaptan nữa Thay thế vào đó là l u huỳnh d ng sunfua và disunfua,

cũng nh l u huỳnh trong các m ch dị vòng Trong s này, các sunfua vòng no (dị vòng) là lo i có chủ yếu

H ợp chất của oxy

Các hợp chất chứa oxy trong phân đo n gasoil cũng tĕng dần lên Đặc biệt phân đo n này, các hợp chất chứa oxy d ới d ng axit, chủ yếu là axit naphtenic có rất nhiều và đ t đến cực đ i trong phân đo n gasoil

Ngoài các axit, các hợp chất chứa oxy trong phân đo n gasoil còn có các phenol và đồng đẳng của chúng nh crezol, dimetyl phenol

H ợp chất của nitơ

Các hợp chất của nitơ trong phân đo n này cũng có ít nh ng chúng có thể nằm

d ới d ng các Quinolin và đồng đẳng, hoặc các hợp chất chứa nitơ không mang tính bazơ nh Pirol, Indol và các đồng đẳng của nó

Ngoài những hợp chất chứa thuần tuý N2, O2, S thì trong phân đo n gasoil đã có

mặt các chất nhựa, trọng l ợng phân tử của nhựa vào kho ng (300-400) Nói chúng các chất nhựa của dầu m th ng tập trung chủ yếu vào các phân đo n sau gasoil, còn trong phân đo n này s l ợng chúng rất ít

2.2.2 Thành ph ần hoá học ở các nguồn ngoài phân đo n gasoil để s n xuất Diesel

Trong các nguồn này thì thành phân hoá học của nó thay đổi rất nhiều Chúng không chỉ phụ thuộc vào lo i dầu thô mà còn phụ thuộc vào quá trình sử dụng và điều

kiện công nghệ Các nguồn này có thể chia làm hai nhóm nh :

Gasoil thu đ ợc từ các quá trình này th ng có chất l ợng rất xấu (chỉ s cetan

thấp, hàm l ợng l u huỳnh cao, các chất kém ổn định nhiều, hàm l ợng aromatic và

hợp chất nhựa nhiều) Khi ph i trộn trực tiếp thì nhóm gasoil này chỉ chiếm một l ợng

nh , nh ng thông th ng thì chúng ph i qua quá trình xử lý (HDS) rồi mới đem ph i

Sau đây ta sẻ xem xét một s ví dụ về thành phần của các lo i gasoil và sự biến đổi của nó theo các quá trình xử lý

Thành phần hoá học của gasoil thu đ ợc từ các quá trình chuyển hoá

D ng s n phẩm Tính chất

LCO (HTS)

LCO (BTS)

630 14.9

218

359 21.3

13.7 8.8 17.1 35.8 4.1 15.6 4.0

0.924

3.1 0.68

110 7.3

199

296 18.3

21.3 8.9 20.1 44.7 0.5 4.3 0.3

0.866

5.5 2.2

27

229

348 45.5

23 33.4 17.7 10.4 1.4 12.2 1.8

0.821

2 1.46

247 45.5

156

293 39.2

22.4 53.3 17.4 2.8 0.1 4.1 0.0

0.803

2.94 0.006

6

179

333 54.2

39.8 58.5 1.5 0.2 0.0 0.0 0.0

65

Nhận xét:

Gasoil thu đ ợc từ quá trình hydrocrackinh có chất l ợng rất t t tức là hàm

l ợng các hợp chất phi hydrocacbon, hàm l ợng chất thơm rất thấp, chỉ s cetan cao

So sánh tính chất của gasoil tr ớc và sau khi khử l u huỳnh sâu

40.7 32.6

11 7.4 1.0 5.4 1.9

0.834

5.58 2.81 0.07

221

285

329

350 56.4

43.2 31.1 18.2 5.9 0.5 0.5 0.6

0.833

5.52 2.79 0.015

44.0 30.9 17.6 6.5 0.4 0.4 0.2

(C ột sau là kết qu thu được trong trường hợp độ nghiêm ngặt cao hơn)

độ nghiêm ngặt tĕng lên thì chất l ợng của gasoil cũng tĕng lên

So sánh tính chất của gasoil tr ớc và sau khi khử l u huỳnh sâu

0.85

5.34 2.7 0.064

36.2 24.3

23

12 10.0 1.5 0.9

0.833

5.52 2.79 0.015

(Cột sau là kết qu thu được trong trường hợp độ nghiêm ngặt cao hơn)

Kết qu thu đ ợc đây hoàn toàn gi ng nh trên

So sánh tính chất của gasoil tr ớc và sau khi xử lý bằng hydrocacbon

S n phẩm

(RA)

P 50 bar VVH 1

P 75bar VVH 0.5

- Khôi l ợng riêng 15o

C (kg/lit)

217

294

341

358 54.8

40.7 32.6

11 7.4 1.0 5.4 1.9

0.825

5.3 2.71

218

282

326

347 60.2

43.7 38.1 13.7 2.8 0.3 0.2 0.3

0.818

5.27 2.6

203

280

326

346 65.4

45.7 50.3 3.4 0.6

So sánh tính chất của gasoil tr ớc và sau khi khử l u huỳnh sâu

S n phẩm

80% RA+20%LCO

P 50 bar VVH 1

P 75 bar VVH 0.5

- Khôi l ợng riêng 15o

C (kg/lit)

0.838

5.12 2.63 0.0022

213

278

324

346 53.9

36.9 37.7 20.2 4.5 0.4 0.3 0.0

0.827

4.9 2.54 0.0004

212

275

324

347 60.2

41.5 51.8

6 0.7 0.0 0.0 0.0

2.3 Nguyên t c ho t đ ng và đặc đi m quá trình cháy trong đ ng c Diesel

Để kh o sát thành phần và tính chất nhiên liệu Diesel nh h ng đến quá trình

ho t động của động cơ và vấn đề ô nhiễm môi tr ng, tr ớc hết ta xét sơ l ợc về ho t động và đặc điểm quá trình cháy của nhiên liệu trong động cơ Diesel

2.3.1 Vài nét l ịch sử động cơ Diesel

Động cơ Diesel mang tên của nhà phát minh nổi tiếng Rudolf Diesel R.Diesel sinh nĕm 1858 là kỹ s ng i Đức nh ng phần lớn ho t động nghiên cứu máy móc

của Ông thực hiện Paris (Pháp) Nĕm 1892 t i Berlin R.Diesel đ ợc cấp bằng phát minh nghiên cứu về sự ho t động của một lo i động cơ với nhiên liệu là dòng hơi

s ơng các h t hydrocacbon Tuy nhiên, đề tài này chỉ mang tính phác ho , sau đó đến

nĕm 1897 nguồn nhiên liệu của động cơ đ ợc thay thế bằng nguồn nhiên liệu có nguồn

g c từ dầu m (phân đo n gasoil) và động cơ đã đem l i một hiệu suất đáng kể (247 g/ch.h), xylanh của động cơ Diesel đầu tiên này có thể tích 19,6 lít, cho một công suất 14,7 KW, với t c độ quay trục khuỷu là 172 vòng/phút Sau đó, lo i động cơ này đã

đ ợc phát triển m nh mẻ với nhiều chủng lo i khác nhau và đ ợc ứng dụng rộng rãi

nhất là sau chiến tranh thế giới nhất trên các lo i xe t i những nĕm 1930-1939

Chiếc xe du lịch đầu tiên trang bị động cơ Diesel đ ợc giới thiệu b i hãng Mercedes nĕm 1936 (206D) nh ng thành công hơn là chiếc xe của hãng Peugoet (Diesel 402) xuất x ng nĕm 1938 (có 1000 khuôn mẫu)

Sau nĕm 1945, động cơ Diesel đã tr nên phổ biến trong các lo i ph ơng tiện giao thông dân dụng nh ng nó chỉ tồn t i trong một s giới h n cấu trúc, mẫu mã của các hãng s n xuất ô tô lớn nh Mercedes, Peugeot

Đến những nĕm 1970, động cơ Diesel có sự phát triển v ợt bậc Các ph ơng

tiện vận t i đ ợc trang bị động cơ Diesel với buồng đ t kiểu phun trực tiếp, các lo i xe

du lịch với buồng đ t kiểu phun gián tiếp Đến đầu nĕm 1980, thị tr ng các động cơ Diesel cho các lo i ph ơng tiện vận t i đã bùng nổ trên toàn thế giới

2.3.2 Nguyên lý ho t động của động cơ Diesel

Động cơ Diesel là một động cơ nhiệt dùng để biến nĕng l ợng hoá học của nhiên liệu khi cháy thành nĕng l ợng cơ học d ới d ng chuyển động quay Động cơ này làm việc theo nguyên tắc một chu trình gồm kỳ: n p, nén, cháy nổ và gi n n sinh công, th i khí cháy ra ngoài Sơ đồ nguyên lý nh sau:

1.Trục khuỷu

5

4 2 3

ÂC

Sơ đồ động cơ Diesel 4 kỳ

Trong quá trình vận hành của động cơ, trục khuỷu quay theo chiều mũi tên, piston đi động lên xu ng trong xylanh, thanh truyền truyền vận động tịnh tiến của piston cho trục khuỷu quay tròn đây ta có khái niệm điểm chất trên và điểm chất

d ới đó là các điểm t ơng ứng với vị trí cao nhất và thấp nhất của piston trong xylanh

Chu trình công tác của động cơ Diesel đ ợc tiến hành nh sau :

Kỳ 1 – Hành trình n p

Khi piston đi từ điểm chết trên xu ng điểm chết d ới xupap x đóng l i xupap

n p m ra không khí đ ợc hút qua xupap n p vào trong xylanh

K ỳ 2 – Hành trình nén

Sau khi đến điểm chết d ới piston sẻ đi ng ợc lên phía trên, lúc này c hai xupap đều đóng l i không khí trong xylanh đ ợc nén đến nhiệt độ cao kho ng