Giáo trình Sản phẩm dầu mỏ (Nghề: Vận hành thiết bị chế biến dầu khí - Cao đẳng) - Trường Cao Đẳng Dầu Khí

Giáo trình Sản phẩm dầu mỏ (Nghề: Vận hành thiết bị chế biến dầu khí - Cao đẳng) được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Tổng quan về sản phẩm dầu mỏ; Giới thiệu chung về hợp chất hữu cơ; Nhiên liệu cho động cơ xăng; Nhiên liệu cho động cơ Diesel; Nhiên liệu cho động cơ phản lực; Dầu bôi trơn. Mời các bạn cùng tham khảo!

Trang 1

(Ban hành kèm theo Quyết định số:209/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 3 năm 2022 của

Trường Cao Đẳng Dầu Khí)

Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2022

(Lưu hành nội bộ)

Trang 3

Trang 2

LỜI GIỚI THIỆU

Từ khi được phát hiện đến nay, dầu mỏ đã và đang là nguồn nguyên liệu vô cùng quý giá của mỗi quốc gia nói riêng và toàn nhân loại nói chung Ngày nay các sản phẩm dầu

mỏ có mặt trong hầu hết các lĩnh vực đời sống sinh hoạt hằng ngày của con người cũng như trong công nghiệp

Dưới góc độ năng lượng thì dầu mỏ là nguồn năng lượng quan trọng nhất của mọi quốc gia trên thế giới Theo số liệu thống kê thì có khoảng 65% đến 70% năng lượng được

sử dụng đi từ dầu mỏ

Với mục đích cung cấp cho người học đầy đủ các kiến thức về các sản phẩm từ dầu

mỏ đang được sử dụng rộng rãi hiện nay, giáo trình “Sản phẩm dầu mỏ” được chia thành năm chương tương ứng với các nội dung sau:

Bài mở đầu: Tổng quan về sản phẩm dầu mỏ

Chương 1: Giới thiệu chung về hợp chất hữu cơ

Chương 2: Nhiên liệu cho động cơ xăng

Chương 3: Nhiên liệu cho động cơ Diesel

Chương 4: Nhiên liệu cho động cơ phản lực

Chương 5: Dầu bôi trơn

Qua nội dung các bài học giúp cho học sinh hiểu được các tính chất, tiêu chuẩn và ứng dụng của các sản phẩm dầu mỏ

Với mong muốn giáo trình này có thể góp phần nâng cao chất lượng học tập môn

học “Sản phẩm dầu mỏ”, chúng tôi xin chân thành cảm ơn và tiếp nhận những ý kiến

đóng góp của các em học sinh và đồng nghiệp về những thiếu sót không thể tránh khỏi trong nội dung và hình thức để giáo trình hoàn thiện hơn

Trân trọng cảm ơn./

Bà rịa - Vũng Tàu, tháng 3 năm 2022

Tham gia biên soạn

1 Chủ biên: Ths Lê Thùy Dung

2 Ths Nguyễn Thị Thùy

3 Trần Thu Hằng

4 Huỳnh Việt Triều

5 Ks Phạm Công Quang

Trang 4

Trang 3

MỤC LỤC

TRANG

LỜI GIỚI THIỆU 2

BÀI MỞ ĐẦU: TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM DẦU MỎ 14

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỢP CHẤT HỮU CƠ 22

1.1 ĐỊNH NGHĨA – PHÂN LOẠI HỢP CHẤT HỮU CƠ 23

1.1.1 Định nghĩa 23

1.1.2 Phân loại 23

1.2 HỢP CHẤT HYDROCACBON 24

1.2.1 Định nghĩa hợp chất hydrocacbon 24

1.2.2 Phân loại hợp chất hydrocacbon 24

CHƯƠNG 2: NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ XĂNG 29

2.1 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA NHIÊN LIỆU XĂNG 30

2.1.1 Các nguồn phối trộn xăng thương phẩm 30

2.1.2 Thành phần hóa học của nhiên liệu xăng 31

2.1.3 Phụ gia dành cho xăng thương phẩm 32

2.2 CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG CỦA XĂNG THƯƠNG PHẨM 35

2.2.1 Hiện tượng kích nổ và trị số Octan 35

2.2.2 Tỷ trọng 37

2.2.3 Các chỉ tiêu liên quan đến độ bay hơi 38

2.3 ỨNG DỤNG CỦA NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ XĂNG 40

2.3.1 Nguyên lý hoạt động của động cơ xăng 40

2.3.2 Bản chất sự cháy của nhiên liệu xăng trong động cơ 41

2.3.3 Nhiên liệu xăng sinh học 42

CHƯƠNG 3: NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ DIESEL 44

3.1 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA NHIÊN LIỆU DIESEL 45

3.1.1 Thành phần phân đoạn Gasoil 45

3.1.2 Các nguồn phối trộn Diesel thương phẩm 46

3.2 CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG CỦA NHIÊN LIỆU DIESEL 51

3.2.1 Trị số xetan 51

3.2.2 Tỷ trọng 52

3.2.3 Thành phần cất 53

3.2.4 Điểm chớp cháy 53

3.2.5 Độ nhớt 53

3.2.6 Các chỉ tiêu liên quan đến điều kiện làm việc ở nhiệt độ thấp 54

3.2.7 Hàm lượng lưu huỳnh 55

3.2.8 Độ ổn định oxy hóa 55

Trang 5

Trang 4

3.2.9 Độ ăn mòn tấm đồng 56

3.2.10 Hàm lượng nước 56

3.2.11 Phụ gia 56

3.3 ỨNG DỤNG CỦA NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ DIESEL 56

3.3.1 Nguyên lý hoạt động của động cơ Diesel 56

3.3.2 Bản chất sự cháy của nhiên liệu diesel trong động cơ 57

CHƯƠNG 4: NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ PHẢN LỰC 59

4.1 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA NHIÊN LIỆU PHẢN LỰC 60

4.1.1 Thành phần phân đoạn Kerosen 60

4.1.2 Thành phần phụ gia trong nhiên liệu phản lực 61

4.2 CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG CỦA NHIÊN LIỆU PHẢN LỰC 61

4.2.1 Những chỉ tiêu liên quan đến quá trình cháy 61

4.2.2 Các tính chất vật lý của nhiên liệu 61

4.2.3 Các tính chất về nhiệt hóa học 62

4.2.4 Các tính chất liên quan đến làm việc ở độ cao lớn 62

4.2.5 Các tính chất liên quan đến an toàn trong tồn chứa và phân phối 63

4.3 ỨNG DỤNG CỦA NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ PHẢN LỰC 64

4.3.1 Nguyên lý hoạt động của động cơ phản lực 64

4.3.2 Bản chất sự cháy của nhiên liệu phản lực 65

CHƯƠNG 5: DẦU BÔI TRƠN 67

5.1 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA DẦU BÔI TRƠN 68

5.1.1 Thành phần phân đoạn Gasoil nặng 68

5.1.2 Thành phần phụ gia trong dầu bôi trơn 71

5.2 CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG DẦU BÔI TRƠN 72

5.2.1 Tính bôi trơn 72

5.2.2 Độ nhớt và chỉ số độ nhớt 72

5.2.3 Số acid 73

5.2.4 Số kiềm tổng 73

5.3 ỨNG DỤNG CỦA DẦU BÔI TRƠN 74

5.3.1 Phân loại dầu bôi trơn 74

5.3.2 Công dụng của dầu bôi trơn 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

Trang 6

Reid Vapor Pressure: Áp suất hơi Reid

Light Cycle Oil: Dầu nhẹ

Fluidized Catalytic Cracking: Quá trình Cracking xúc tác tầng sôi

Trang 7

Trang 6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 2.1 Chu trình làm việc của động cơ 4 kỳ 40 Hình 3.1 Cấu tạo của động cơ diesel 4 kỳ 56 Hình 4.1 Nguyên tắc hoạt động của động cơ phản lực 64

Trang 9

Trang 8

GIÁO TRÌNH MÔN HỌC

1 Tên môn học: SẢN PHẨM DẦU MỎ

2 Mã môn học: PETR53005

3 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học:

3.1 Vị trí: Là môn học thuộc môn học chuyên môn nghề của chương trình đào tạo

Môn học này được dạy sau các môn học kỹ thuật cơ sở và trước các mô đun như: Vận hành thiết bị tách dầu khí, vận hành phân xưởng chưng cất thô…

3.2 Tính chất: Môn học này trang bị cho sinh viên kiến thức cơ bản về thành phần,

tính chất của sản phẩm dầu mỏ để có thể ứng dụng vào thực tế sản xuất của nghề vận hành thiết bị chế biến dầu khí

4 Mục tiêu của môn học :

Thời gian đào tạo (giờ)

Tổng

số

Trong đó

Lý thuyết

Thực hành/

thí nghiệm/

bài tập/

thảo luận

Thi/ Kiểm tra

Trang 10

Trang 9

COMP64010 Giáo dục quốc phòng và An ninh 4 75 36 35 2 2

SAEN512001 An toàn vệ sinh lao động 2 30 26 2 2 0

II Các môn học, mô đun chuyên

môn ngành, nghề 70 1825 530 1180 36 79 II.1 Môn học, mô đun kỹ thuật cơ sở 9 165 93 63 6 3

AUTM52111 Cơ sở điều khiển quá trình 2 45 14 29 1 1

II.2 Môn học, mô đun chuyên môn

PETR62110 Vận hành thiết bị tách dầu khí 2 45 14 29 1 1

PETR53111 Vận hành lò gia nhiệt, thiết bị

PETR62114 Kỹ thuật phòng thí nghiệm 2 45 13 30 1 1

PETR56115 Vận hành phân xưởng chưng cất

Trang 11

Trang 10

5.2 Chương trình chi tiết môn học

Số

TT Nội dung tổng quát

Thời gian (giờ)

Tổng

số

Lý thuyết

Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập

Kiểm tra

LT TH Bài mở đầu: Tổng quan về sản phẩm

2.2 Chỉ tiêu chất lượng của xăng thương

Trang 12

Trang 11

Số

TT Nội dung tổng quát

Thời gian (giờ)

Tổng

số

Lý thuyết

Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập

6.2 Trang thiết bị dạy học: Projetor, máy vi tính, bảng, phấn

6.3 Học liệu, dụng cụ, mô hình, phương tiện: Giáo trình, giáo án

6.4 Các điều kiện khác:

7 Nội dung và phương pháp đánh giá:

7.1 Nội dung:

- Kiến thức: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức

- Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng

- Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:

+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp

+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập

+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học theo quy định

+ Nghiêm túc trong quá trình học tập

7.2 Phương pháp:

Người học được đánh giá tích lũy môn học như sau:

7.2.1 Cách đánh giá

- Áp dụng quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy ban hành kèm theo Thông tư

số 09/2017/TT-LĐTBXH, ngày 13/3/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh

và Xã hội

- Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại Trường Cao đẳng Dầu khí như sau:

+ Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) 40%

+ Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2)

+ Điểm thi kết thúc môn học 60%

Trang 13

Trang 12

7.2.2 Phương pháp đánh giá

Phương pháp

đánh giá Phương pháp tổ chức Hình thức kiểm tra Chuẩn đầu ra đánh giá cột Số Thời điểm kiểm tra

8 Hướng dẫn thực hiện môn học

8.1 Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng HSSV trường Cao đẳng Dầu khí

8.2 Phương pháp giảng dạy, học tập môn học

8.2.1 Đối với người dạy

* Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm: nêu vấn đề, hướng

dẫn đọc tài liệu, bài tập tình huống, câu hỏi thảo luận…

* Bài tập: Phân chia nhóm nhỏ thực hiện bài tập theo nội dung đề ra

* Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nội dung đề ra

* Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân công các thành viên trong

nhóm tìm hiểu, nghiên cứu theo yêu cầu nội dung trong bài học, cả nhóm thảo luận, trình bày nội dung, ghi chép và viết báo cáo nhóm

8.2.2 Đối với người học: Người học phải thực hiện các nhiệm vụ như sau:

- Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp Các tài liệu tham khảo sẽ được cung cấp nguồn trước khi người học vào học môn học này (trang web, thư viện,

tài liệu )

- Tham dự tối thiểu 70% các buổi giảng lý thuyết Nếu người học vắng >30%

số tiết lý thuyết phải học lại môn học mới được tham dự kì thi lần sau

Trang 14

Trang 13

- Tự học và thảo luận nhóm: là một phương pháp học tập kết hợp giữa làm việc theo nhóm và làm việc cá nhân Một nhóm gồm 2-3 người học sẽ được cung cấp chủ

đề thảo luận trước khi học lý thuyết, thực hành Mỗi người học sẽ chịu trách nhiệm

về 1 hoặc một số nội dung trong chủ đề mà nhóm đã phân công để phát triển và hoàn thiện tốt nhất toàn bộ chủ đề thảo luận của nhóm

- Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ

- Tham dự thi kết thúc môn học

- Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học

9 Tài liệu tham khảo:

[1] Trương Hữu Trì, Sản phẩm dầu mỏ thương phẩm, Đại học Bách khoa Đà Nẵng [2] Kiều Đình Kiểm, Các sản phẩm dầu mỏ và hóa dầu, NXB Khoa học kỹ thuật [3] Lê Thị Như Ý, Công nghệ chế biến khí, Đại học Bách khoa Đà nẵng

[4] Jean – Pierre Wauquier, Petroleum refining Vol2 – Separation processes, Technip

(2000)

[5] John M CAMPBELL, Gas conditioning and processing, Volume 1 and 2, John M

Campbell and Company (1998)

[6] Nguyễn Thị Minh Hiền, Công nghệ chế biến khí tự nhiên và khí đồng hành, Nhà

xuất bản Khoa học và Kỹ thuật (2004)

Trang 15

Bài mở đầu: Tổng quan về sản phẩm dầu mỏ Trang 14

BÀI MỞ ĐẦU: TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM DẦU MỎ

❖ GIỚI THIỆU CHƯƠNG 1

Bài mở đầu giới thiệu một số kiến thức cơ bản về các phân đoạn chính của dầu mỏ để người học có được kiến thức nền tảng cho các chương sau

❖ MỤC TIÊU BÀI MỞ ĐẦU

Sau khi học xong bài này, người học có khả năng:

❖ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP BÀI MỞ ĐẦU

- Đối với người dạy:

+ Thiết kế giáo án theo thể loại lý thuyết, thực hành hoặc tích hợp phù hợp với bài học Giáo án được soạn theo bài hoặc buổi dạy

+ Tổ chức giảng dạy: Chia ca, nhóm (phụ thuộc vào số lượng sinh viên/lớp)

- Đối với người học:

+ Chuẩn bị tài liệu, dụng cụ học tập, vở ghi đầy đủ;

+ Hoàn thành các bài thực hành kỹ năng;

+ Tổ chức làm việc nhóm, làm việc độc lập;

+ Tuân thủ quy định an toàn, giờ giấc

❖ ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN BÀI MỞ ĐẦU

- Trang thiết bị máy móc: Máy tính, máy chiếu, bảng, phấn

- Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Giáo án, giáo trình

- Các điều kiện khác: Không có

❖ KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ BÀI MỞ ĐẦU

Trang 16

✓ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:

+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp

+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập

+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học

+ Nghiêm túc trong quá trình học tập

- Phương pháp:

✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: Không

✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: Không

✓ Kiểm tra định kỳ thực hành: Không

❖ NỘI DUNG BÀI MỞI ĐẦU

Sản phẩm lọc hóa dầu là gì?

Các sản phẩm lọc hóa dầu là một phần thiết yếu trong cuộc sống của chúng ta Thật khó hình dung xã hội hiện đại mà không sử dụng chúng Trong mọi phần của cuộc sống, từ bao bì thức ăn đến đồ dùng trong nhà, ngoài đường và nơi làm việc đều là các sản phẩm bắt nguồn hoặc có liên quan đến công nghiệp dầu khí Hơn thế nữa, ngày nay, các hóa chất làm từ dầu mỏ và khí thiên nhiên hay còn gọi là sản phẩm hóa dầu là một trong các thành phần nền tảng của hầu hết các ngành công nghiệp hiện đại

Đơn cử trong máy bay đời mới hiện đại nhất là Boeing 787 Dreamliner, vật liệu tổng hợp hiện đại từ các sản phẩm hóa dầu chiếm hơn nửa cấu trúc chính Ngoài ra, phần lớn vật dụng và hàng hóa sử dụng hàng ngày như xe hơi, máy tính, điện thoại di động,

đồ chơi trẻ em, thuốc trừ sâu, phân bón, quần áo, đồ thể thao, dầu gội đầu, nước hoa, chất tẩy rửa trong nhà, chai nước giải khát và thuốc chữa bệnh đều được sản xuất từ các sản phẩm hóa dầu Sản phẩm hóa dầu đã tạo nên những điều kỳ diệu trong các lĩnh vực sức khỏe, vệ sinh, hàng tiêu dùng, thực phẩm và công nghệ, giúp cuộc sống con người hiện nay tiện nghi hơn và tuổi thọ tăng hơn nhiều so với các thế kỷ trước

Sản phẩm lọc dầu chủ yếu là các loại nhiên liệu (LPG, xăng, dầu hỏa, dầu DO, FO), một số sản phẩm khác như dầu nhờn, nhựa đường, lưu huỳnh, sáp, cốc dầu và các loại nguyên liệu cho hóa dầu Sản phẩm lọc dầu được sản xuất từ các nhà máy lọc dầu với nguyên liệu là dầu thô, loại nhiên liệu hóa thạch được sinh ra từ việc phân hủy trong điều kiện không có không khí của thực vật và động vật bị chôn vùi trong vỏ trái đất, và/hoặc sự tổng hợp của các nguyên tố các bon và hydro ở điều kiện nhiệt độ và áp suất rất cao qua hàng trăm triệu năm Các sản phẩm lọc dầu nguyên thủy đơn giản được chưng tách từ dầu thô Ngày nay, tỷ lệ các thành phần được tổng hợp mới trong sản phẩm lọc dầu đã tăng cao để cải thiện các chất lượng của sản phẩm lọc dầu

Trang 17

Các phân đoạn chính của dầu mỏ:

Dầu mỏ khi khai thác lên chúng là một hỗn hợp của nhiều chất (những chất này

có tên khoa học là hydrocacbon) Dầu khi lấy lên khỏi mỏ có mầu đen giống như dầu mazut, có khi lỏng, có khi sền sệt, có loại lại đông đặc Khi đưa về nhà máy lọc dầu trước hết phải làm sạch hết nước, tách loại muối và các tạp chất lẫn trong dầu rồi mới bắt đầu công đoạn lọc dầu hoặc còn gọi là chế biến dầu thô Lọc dầu thường bắt đầu bằng công đoạn chưng cất dầu thô, thực chất là dựa vào nhiệt độ sôi khác nhau cuả các chất để phân tách chúng Như vậy người ta dựa vào sự khác nhau về nhiệt độ sôi của các chất trong dầu thô để phân tách chúng thành các phân đoạn có khoảng nhiệt độ sôi khác nhau ở áp suất khí quyển, tương ứng với xăng (các chất có nhiệt độ sôi từ 35-

1800C), dầu hỏa (các chất có nhiệt độ sôi trong khoảng 180-2500C), dầu diezen

(250-3500C;) Cặn chưng cất khí quyển có nhiệt độ sôi trên 3500C phải chưng cất tiếp ở áp suất thấp (chân không) để lấy ra phân đoạn có nhiệt độ sôi 400-5500C được chế biến tiếp qua công nghệ cracking xúc tác để sản xuất các sản phẩm nhẹ như xăng, dầu hỏa, nhiên liệu điezen hoặc sản xuất các loại dầu nhờn

Lượng cặn gồm các chất có nhiệt độ sôi trên 5500C nhiều hay ít tùy theo từng loại dầu thô Căn này được dùng làm nhiên liệu đốt lò ngay trong nhà máy hoặc sản xuất nhựa đường hoặc sản xuất dầu nhờn nặng

Chú ý: Các giá trị nhiệt độ trên đây không hoàn toàn cố định, chúng có thể thay đổi tuỳ theo mục đích thu nhận các sản phẩm khác nhau

Trong các phân đoạn trên, sự phân bố các hợp chất hydrocacbon và phi hydrocacbon của dầu mỏ nói chung không đồng nhất, chúng thay đổi rất nhiều khi đi từ phân đoạn nhẹ sang phân đoạn nặng hơn, vì vậy tính chất của từng phân đoạn đều khác nhau Hơn nữa, các loại dầu mỏ ban đầu đều có tính chất và sự phân bố các hợp chất hữu cơ trong đó cũng khác nhau, cho nên tính chất của từng phân đoạn dầu mỏ còn phụ thuộc rất nhiều vào đặc tính hoá học của loại dầu ban đầu nữa

a Phân đoạn xăng

Với khoảng nhiệt độ sôi như đã nói trên, phân đoạn xăng bao gồm các hydrocacbon có số nguyên tử cacbon trong phân tử từ C5 đến C10, ba loại hydrocacbon: parafin, naphten và aromatic đều có mặt trong phân đoạn xăng Hầu như tất cả các chất đại diện và một số đồng phân của các parafin, cycloparafin (cyclopentan và cyclohexan)

và aromatic có nhiệt độ sôi đến 180oC đều tìm thấy trong phân đoạn này Tuy nhiên, thành phần cũng như số lượng của các hydrocacbon trên thay đổi rất nhiều theo từng loại dầu

Ngoài hydrocacbon, trong số các hợp chất không thuộc họ hydrocacbon nằm trong phân đoạn xăng thường có các hợp chất của S, N2 và O2 Các chất nhựa và

Trang 18

asphalten không có trong phân đoạn này Trong số các hợp chất lưu huỳnh của dầu mỏ như đã khảo sát ở phần trước, thì lưu huỳnh mercaptan là dạng chủ yếu của phân đoạn xăng, những dạng khác cũng có nhưng ít hơn Các hợp chất của nitơ trong phân đoạn xăng nói chung rất ít, thường dưới dạng vết, nếu có thường chỉ có các hợp chất chứa một nguyên tử N mang tính bazơ như pyridin Những hợp chất của oxy trong phân đoạn xăng cũng rất ít, dạng thường gặp là một số axit béo và đồng đẳng của phenol

b Phân đoạn kerosen và gasoil

Phân đoạn Kerosen với khoảng nhiệt độ sôi từ 180-250oC bao gồm những hydrocacbon có số nguyên tử cacbon trong phân tử từ C11-C15 và phân đoạn gasoil, với khoảng nhiệt độ sôi từ 250-350oC bao gồm những hydrocacbon có số nguyên tử cacbon trong phân tử từ C16-C20

Trong phân đoạn kerosen và gasoil thì các parafin hầu hết tồn tại ở dạng cấu trúc mạch thẳng không nhánh (n-parafin) Trong phân đoạn kerosen, các hợp chất naphten

và aromatic 2 vòng chiếm phần lớn, còn trong phân đoạn gasoil, các hợp chất naphten

và aromatic 3 vòng lại tăng lên

Trong phân đoạn kerosen chứa lưu huỳnh dạng sunfua và disunfua, cũng như lưu huỳnh trong các mạch dị vòng Các hợp chất chứa oxy trong phân đoạn kerosen và gasoil cũng tăng dần lên Đặc biệt ở phân đoạn này, các hợp chất chứa oxy dưới dạng axit, chủ yếu là axit naphtenic có rất nhiều và đạt đến cực đại ở trong phân đoạn gasoil

c Phân đoạn dầu nhờn

Phân đoạn dầu nhờn với khoảng nhiệt độ sôi từ 350-500oC bao gồm những hydrocacbon có số nguyên tử cacbon trong phân tử từ C21-C35 (hoặc 40) Những hydrocacbon trong phân đoạn này có trọng lượng phân tử lớn, có cấu trúc phức tạp, đặc biệt là dạng hỗn hợp tăng lên nhanh

Những hydrocacbon parafin dạng thẳng và nhánh, nói chung ít hơn so với các hydrocacbon loại naphten, aromatic hay lai hợp Các hydrocacbon loại naphten có lẽ là loại chiếm đa phần trong phân đoạn này, số vòng các naphten này có từ 1 đến 5, đôi khi

có 9

Trong phân đoạn dầu nhờn, các hợp chất khác ngoài hydrocacbon cũng chiếm phần đáng kể Hầu như trên 50% lượng lưu huỳnh của dầu mỏ đều tập trung vào phân đoạn dầu nhờn và cặn Các hợp chất của lưu huỳnh trong phân đoạn này chủ yếu là các sunfua, diunfua, các sunfua dị vòng, hoặc sunfua nối với các vòng thơm 1 hay nhều vòng ngưng tụ với vòng naphten, các thiophene nhiều vòng

Sau khi chưng cất dầu thô thành các phân đoạn sản phẩm, các phân đoạn này phải trải qua các công đoạn chế biến tiếp theo, rồi pha trộn… thành các thành phẩm lọc dầu

Trang 19

Khi chưng cất, phần khí lẫn trong dầu thô được tách ra Trong đó có khí mêtan, êtan thường được dùng làm nhiên liệu trong nhà máy lọc dầu; propan và butan được nén vào trong các bình chứa, chính là khí gas bán trên thị trường cho ta đun bếp, còn gọi là khí dầu hóa lỏng (LPG)

Tùy theo tính chất của từng loại dầu thô và yêu cầu cụ thể của từng nhà máy về sản phẩm mà giới hạn khoảng nhiệt độ sôi của từng phân đoạn sản phẩm có thể thay đổi khác nhau chút ít Trường hợp nhà máy lọc dầu Dung quất-Quảng ngãi, qua phân xưởng chưng cất khí quyển đã phân tách thành các phân đoạn cơ bản có nhiệt độ như sau:

- Khí nhiên liệu: từ -161oC đến -89oC (mêtan, êtan) làm nhiên liệu đốt lò trong nhà máy

- Khí dầu hóa lỏng (LPG): từ -42 đên 36oC (propan, butan)

Phân đoạn: 36 - 70oC và 70 - 165oC để sản xuất xăng

Phân đoạn: 165 - 205oC để sản xuất dầu hỏa và nhiên liệu phản lực

Phân đoạn: 205 - 330oC và 330 - 370oC để sản xuất nhiên liệu điezen

Cặn chưng cất khí quyển có nhiệt độ sôi trên 3700C được đưa tới phân xưởng craking xúc tác để chế biến thành các phân đoạn sản phẩm nhẹ, như khí, xăng, nhiên liệu diezen Loại dầu thô của ta là loại dầu thô tốt, ít lưu huỳnh nên có thể dùng cặn chưng cất khí quyển làm nguyên liệu đưa thẳng vào công đoạn craking xúc tác, không phải dùng công đoạn chưng cất chân không

Chất lượng sản phẩm xăng dầu là yêu cầu quan trọng trong việc chế biến dầu thô Mỗi nước đều có hệ thống tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm của mình, trong đó quy định các chỉ tiêu chất lượng của từng sản phẩm Nhìn chung, các nước trên thế giới thường tham chiếu hệ thống tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm của Mỹ (API) hoặc của Châu Âu (EU) để xây dựng hoặc áp dụng hệ thống tiêu chuẩn của mình (Trước đây các nước xã hội chủ nghĩa tham chiếu hệ thống tiêu chuẩn của Liên Xô – GOST)

Mỗi sản phẩm xăng dầu có một số chỉ tiêu chất lượng tương ứng được quy định trong tiêu chuẩn quốc gia

Chỉ tiêu chất lượng của xăng là: Thành phần chưng cất, tỉ trọng, áp suất hơi, độ axit, hàm lượng lưu huỳnh, trị số octan… tương úng cho từng loại xăng Trong đó trị số octan (viết tắt là RON) thường được coi là chỉ tiêu chất lượng quan trọng nhất

Thí dụ ta gọi xăng RON 92, tức là loại xăng này có chất lượng cháy tương đương với một chất chuẩn (trong đó có 92% chất izooctan + 8% chất n-Heptan) được so sánh với nhau khi cùng chạy trong một động cơ chuẩn gọi là máy đo trị số octan Chất izoôctan như đã nói, là chất cháy nghiêm túc, cháy êm đẹp, không gây kích nổ Người

Trang 20

ta lấy chất này làm chuẩn cao và quy cho nó có trị số octan là 100 Ngược lại một chất cháy dở nhất, cháy không nghiêm túc, dễ bị kích nổ, rất xấu cho động cơ người ta lấy chất này làm chuẩn thấp và quy cho nó có trị số octan bằng không (0) chất này là n-Heptan

Các loại xăng khác như xăng RON95, RON 98 là xăng có trị số octan là 95, 98 Cách diễn giải tương tự như trên Như vậy trị số ốctan chính bằng số phần trăm izooctan trong mẫu chuẩn khi so sánh tương đương với xăng cần đo và đó cũng là trị số octan của xăng cần đo Sau khi chưng cất, các phân đoạn xăng thô chỉ có trị số octan khoảng 60-70, nghĩa là chất lượng chưa có thể sử dụng cho xe máy ngày nay được Các dòng

xe đời mới đòi hỏi chất lượng xăng rất cao, có trị số octan 95, 98 và cao hơn Động cơ chạy xăng, công suất lớn, có hệ số nén của piston lớn thì cần xăng có RON cao để trách kích nổ

Để tăng trị số octan, người ta đã nghiên cứu và pha vào xăng nhiều chất hóa học khác nhau, tuy nhiên cũng chỉ được pha ở mức giới hạn vì nhiều lý do khác Như vậy muốn tăng trị số octan một cách cơ bản và bền vững chỉ còn cách đầu tư công nghệ Nhà máy lọc dầu Dung Quất đã đầu tư cho công nghệ tái cấu trúc (reforming, công nghệ làm nhánh hóa (đồng phân hóa) cho xăng chất lượng cao, có trị số octan RON 92 và RON-

95 mà không cần pha thêm phụ gia hóa học khác Hiện nay xăng của ta tốt hơn xăng ngoại là vì lẽ này, xăng ngoại nhập thường có pha các chất phụ gia hóa học

Ngoài trị số ôctan, chất lượng xăng còn yêu cầu nhiều chỉ tiêu quan trọng khác

ví dụ như xăng nhẹ quá dễ bay hơi tạo thành các bóng hơi trong ống dẫn xăng, gây khó

nổ và dễ chết máy Khi tồn chứa, bảo quản bị hao hụt nhiều

Trong xăng phải giới hạn lượng benzen vì nó là chất rất độc hại, gây ung thư Ở Viêt Nam hiên nay quy định chất này phải nhỏ hơn 2,5%, trong khi các nước công nghiệp phát triển như EU, chỉ cho phép tỷ lệ benzen trong xăng phải nhỏ hơn 1% Benzen là chất dễ bay hơi nên trong hơi xăng bay ra có lẫn benzen rất độc, không nên dùng mồm hút xăng bằng ống nhựa

Chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu phản lực bao gồm: thành phần chưng cất, tỉ trọng, hàm lượng lưu huỳnh, độ dài ngọn lửa không khói, nhiệt độ kết tinh …

Nhiên liệu cho máy bay phản lực thì cần có những quy định khắt khe về tiêu chuẩn chất lượng, đặc biệt là không được lẫn nước hoặc có nhiều chất mà khi ở nhiệt độ thấp chúng kết tinh, gây tắc hệ thống dẫn nhiên liệu Khi bay trên cao nhiệt độ bên ngoài máy bay là khoảng -450C… Chính vì thế nhiên liệu bay phản lực Jet-A1 thường quy định có nhiệt độ kết tinh khoảng từ -500C đến -470C Sản phẩm này của nhà máy lọc dầu Dung Quất có chất lượng quốc tế, nay được các hãng bay ở Việt Nam đang sử dụng

Trang 21

Chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu diezen bao gồm: thành phần chưng cất, tỉ trọng, hàm lượng lưu huỳnh, trị số xetan, độ axit, nhiệt độ đông đặc…

Nhiên liệu điezen, thường gọi là dầu DO, dùng cho các thiết bị chạy bằng động

cơ diezen, như ô tô du lịch, xe tải nặng, các máy phát điện, tầu thủy… Nhà máy lọc dầu Dung Quất chỉ sản xuất DO chất lượng cao, có hàm lượng lưu huỳnh < 0,05% Để có chất lượng này đã phải đầu tư thêm công nghệ loại lưu huỳnh bằng hydro (Hydrodesulfuration), chi thêm khoảng 80 triệu USD Theo tiêu chuẩn mới của Việt nam, TCVN 5689:2005 quy định nhiên liệu điezen DO có hàm lượng lưu huỳnh giảm xuống còn 0,05% - 0,25% thay vì trước kia có loại tối đa là 0,5%

Nhiên liệu đốt lò FO cần quan tâm đến nhiệt lượng cháy, lượng lưu huỳnh, tỉ trọng, nhiệt độ chớp cháy, nhiệt độ đông đặc Theo tiêu chuẩn Việt nam hàm lượng lưu huỳnh phải < 2% Sản lượng dầu FO của nhà máy lọc dầu Dung Quất chỉ khoảng dưới 10% trong tổng sản phẩm, từ cặn của quá trình cracking xúc tác

Trường hợp muốn sản xuất dầu nhờn, parafin, nhựa đường thì phải theo một sơ

đồ công nghệ khác Khi đó cặn chưng cất khí quyển > 3700C, phải tiếp tục chưng cất ở

áp suất thấp (thường gọi là chưng cất chân không) Nếu tiếp tục đun nóng, nhiệt độ cao dần sẽ gây phân hủy dầu Vậy muốn phần cặn tiếp tục bay hơi khi chưng cất thì phải giảm áp suất vì nhiệt độ sôi của các chất giảm khi áp suất giảm Dựa vào tính chất này, người ta chưng cất thành các phân đoạn nặng có nhiệt độ sôi đến 4000C, 400-4500C,450-

5000C và cặn chưng cất chân không sôi trên 5000C hoặc trên 5500C Các phân đoạn này phải qua công nghệ tách parafin, tách nhựa để sản xuất được các loại dầu nhờn gốc Từ các loại dầu nhờn gốc được phân ra và pha trộn với các loại phụ gia khác nhau để sản xuất các chủng loại dầu nhờn khác nhau: dầu nhờn bôi trơn và làm mát cho động cơ, dầu nhờn cho máy biến thế, dầu thủy lực, dầu cho máy lạnh, v.v Dầu nhờn thường thấy nhất là dầu nhờn cho động cơ ô tô, xe máy Các dầu nhờn có độ nhớt khác nhau, ít biến đổi độ nhớt theo nhiệt độ là dầu nhờn tốt (gọi là dầu nhờn có chỉ số nhớt cao) Để có sản phẩm dầu nhờn đạt các chỉ tiêu chất lượng của từng loại là cả một kỹ nghệ phức tạp

Parafin (sáp) được dùng trong nhiều ngành công nghiệp, có thể oxy hóa để thành axit béo, làm chất tẩy rửa tổng hợp Khi chế biến axit béo với sút (gọi là xà phòng hóa) được một loại sản phẩm dùng để kết hợp với dầu nhờn gốc để sản xuất mỡ Người ta trộn 30-35% axit béo đã sà phòng hóa với 65-70% dầu nhờn gốc, làm nóng cho tan chảy thành lỏng, pha các chất phụ gia, để nguội từ từ cho đông lại, rồi khuấy trộn cho ra các loại mỡ bôi trơn (thường gọi là mỡ bò) Có rất nhiều loại mỡ khác nhau, cho ổ trục, vòng

bi, loại chịu nhiệt, chịu lạnh …

Sản phẩm lọc dầu cuối cùng, từ phần cặn của các quá trình chưng cất mà lại khá quen thuộc và cần thiết đó là nhựa đường (bitum) Không phải loại dầu thô nào cũng có

Trang 22

thể sản xuất được nhựa đường Dầu thô Việt Nam hiên có, nhất là dầu Bạch hổ thì không thể sản xuất nhựa đường vì thành phần của cặn quá nhiều parafin, rất ít các chất nhựa

và asphalten, các chất này vừa dẻo vừa kết dính chắc, bền khi kết hợp với vật liệu vô cơ như đá, cát… là tiêu chí cần thiết của nhựa đường

Dầu mỏ có tính naphtenic, như các loại dầu mỏ Trung đông là loại sản xuất nhựa đường rất tốt vì trong cặn chưng cất có thành phần các chất nhựa, asphalten rất cao, rất

ít parafin (vì khi có parafin thì nhựa đường dễ nóng chảy, không dẻo, dòn, kết dính kém, giảm chất lượng nhựa đường)

Cặn chưng cất > 500oC của các loại dầu naphtenic, thu được qua phân xưởng sản xuất nhựa đường Ở đây người ta đun nóng, xục không khí để ô xy hóa, biến các chất nặng trong đó thành nhựa, thành asphalten đến khi có được tỷ lệ thích hợp trong thành phần của nhựa đường để đảm bảo đạt 3 chỉ tiêu chất lượng quan trọng (độ kéo dài, độ chảy mềm và độ xuyên kim)

Như vậy, sản phẩm dầu mỏ hoàn tất (thương phẩm): là sản phẩm đã hoàn chỉnh, chứa đầy đủ tính năng để đưa ra thị trường tiêu thụ, hầu hết các sản phẩm hoàn tất là hỗn hợp của sự pha trộn từ nhiều chất nền cộng thêm một số phụ gia nhằm đáp ứng yêu cầu chất lượng sản phẩm Sản phẩm lọc dầu = ∑chất nền + ∑ phụ gia

Chất nền: các chất nền được pha trộn nhằm mục đích đáp ứng nhu cầu về sản lượng cho thị trường (thường thì một chất nền không đủ đáp ứng về chất lượng)

Pha trộn chất nền để tạo ra một hỗn hợp thể hiện đầy đủ tính năng cho sản phẩm Mỗi chất nền sẽ có một vai trò riêng, sự phối hợp một cách hợp lý của các chất nền sẽ tạo ra một sản phẩm thoả mãn yêu cầu về tính kinh tế kỹ thuật

Phụ gia: thường chỉ chiếm vài ppm ÷ vài %

Phụ gia làm tăng cường tính năng và bổ sung tính năng cho hợp chất nền

❖ TÓM TẮT BÀI MỞ ĐẦU

Trong chương này, một số nội dung chính được giới thiệu:

- Giới thiệu về sản phẩm lọc hóa dầu

- Các phân đoạn chính của dầu mỏ

❖ CÂU HỎI VÀ TÌNH HUỐNG THẢO LUẬN BÀI MỞ ĐẦU

1 Dầu mỏ là gì?

2 Thế nào là phương pháp chưng cất?

3 Các phân đoạn chính của dầu mỏ?

Trang 23

Chương 1: Giới thiệu chung về hợp chất hữu cơ Trang 22

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỢP CHẤT HỮU CƠ

Chương 1 giới thiệu khái quát về các loại hợp chất hữu cơ, đặc biệt là các hợp chất hydrocacbon để người học có được kiến thức nền tảng cho các chương sau

❖ MỤC TIÊU CỦA CHƯƠNG NÀY LÀ:

Sau khi học xong chương này, người học có khả năng:

➢ Về kiến thức:

- Trình bày được định nghĩa và phân loại về hợp chất hữu cơ

- Giới thiệu được hợp chất hydrocacbon

➢ Về năng lực tự chủ và trách nhiệm

- Học sinh có tính nghiêm túc, cẩn thận, kỷ luật cao trong học tập, có khả năng

làm việc theo nhóm

❖ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP CHƯƠNG 1

+ Tổ chức giảng dạy: Chia ca, nhóm (phụ thuộc vào số lượng sinh viên/lớp)

❖ ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN CHƯƠNG 1

❖ KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHƯƠNG 1

Trang 24

✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: vấn đáp, bảng kiểm)

✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: Không

❖ NỘI DUNG CHƯƠNG 1

1.1 ĐỊNH NGHĨA – PHÂN LOẠI HỢP CHẤT HỮU CƠ

VD: Khí metan (CH4), cồn (C2H5OH), đường (C12H22O11), xăng, khí gas …

Sự phát triển của hóa học hữu cơ không những có tác dụng trực tiếp đến các ngành kinh tế quốc dân có liên quan đến hóa học hữu cơ, mà còn ảnh hưởng sâu sắc đến các ngành khoa học khác như sinh học, hóa sinh, y học, dược học, nông nghiệp… làm cho con người ngày càng làm chủ thiên nhiên và bắt thiên nhiên, điều khiển thiên nhiên phục vụ đời sống con người

Ứng dụng: Hiện nay đã có trên 10 triệu hợp chất hữu cơ thiên nhiên và tổng hợp

Ngành hoá học hữu cơ đang ngày càng phát triển, mang lại nhiều lợi ích cho đời sống hàng ngày và trong các ngành kinh tế quốc dân

• Thành phần trong các hợp chất hữu cơ có thể gặp hầu hết các nguyên tố trong bảng hệ thống tuần hoàn, nhưng số lượng các nguyên tố thường xuyên tạo nên chất hữu cơ là không nhiều: nhất thiết phải có C, H, hay có O, N, Halogen, S, P

• Liên kết hoá học chủ yếu là liên kết cộng hóa trị

• Dễ bay hơi, kém bền với nhiệt, và dễ cháy hơn hợp chất vô cơ

• Phản ứng xảy ra chậm và không theo một hướng nhất định

Phân loại

Trang 25

a Hydrocacbon:

Phân tử chỉ chứa nguyên tử cacbon và hydro

- Hydrocacbon no: Chỉ có liên kết đơn Ví dụ: Khí metan (CH4)

- Hydrocacbon không no: chứa liên kết bội Ví dụ: Khí etylen (C2H2)

- Hydrocacbon thơm: chứa vòng benzen Ví dụ: Benzen (C6H6)

b Dẫn xuất của Hydrocacbon

Dẫn xuất Hydrocacbon là hợp chất hữu cơ mà trong phân tử ngoài hai nguyên tố

là cacbon và hydro còn có các nguyên tố khác: oxi, nitơ, clo (dẫn xuất halogen, ancol, phenol, ete, andehit, xeton, axit, este, amin, hợp chất tạp chất chức, polime …)

- Dẫn xuất halogen: nguyên tử halogen liên kết với gốc hydrocacbon ( R-Hal)

Phân loại hợp chất hydrocacbon

Hợp chất hydrocacbon thường được chia thành 3 loại như sau:

- Hợp chất hydrocacbon no

Trang 26

- Hợp chất hydrocacbon không no

- Từ C1 đến C20 được ứng dụng làm nhiên liệu

- Nhiều Ankan được dùng làm dung môi và dầu bôi trơn máy

Trang 27

b Hợp chất hydrocacbon không no:

Liên kết đôi C=C gồm một liên kết δ và một liên kết π Liên kết π kém bền hơn

liên kết δ nên dễ bị phân cắt hơn, gây nên tính chất hóa học đặc trưng của anken: dễ

dàng tham gia phản ứng cộng tạo thành hợp chất no tương ứng

1,3-Butadien (Divinyl)

2-metyl butadien (Isopren)

1,4 -pentadien

Trang 28

➢ Ankin

Hợp chất hydrocacbon không no, mạch hở, trong phân tử có 1 liên kết ba được gọi là ankin

Công thức tổng quát: C n H 2n-2 (n ≥ 2)

c Hợp chất hydrocacbon thơm (Aromat)

Hợp chất hydrocacbon thơm, không no, mạch vòng (có nối đôi trong phân tử)

Công thức tổng quát: C n H 2n-6 (n ≥ 6)

Ứng dụng của Hợp chất hydrocacbon thơm:

- Benzen và toluen là những nguyên liệu rất quan trọng được sử dụng nhiều trong công nghiệp hoá học

- Nguồn cung cấp benzen, toluen hiện nay chủ yếu vẫn là từ nhựa than đá và từ sản phẩm đề hydro đóng vòng hexan, heptan tương ứng

❖ TÓM TẮT CHƯƠNG 1

Trong chương này, một số nội dung chính được giới thiệu:

Trang 29

- Định nghĩa, phân loại hợp chất hữu cơ

- Hợp chất hydrocacbon

❖ CÂU HỎI VÀ TÌNH HUỐNG THẢO LUẬN CHƯƠNG 1

1 Có bao nhiêu loại hợp chất hữu cơ? Thành phần các nguyên tố trong hợp chất hữu

cơ là gì?

2 Tính chất vật lý chung của các hợp chất hữu cơ là gì?

3 Đặc điểm về tính chất hóa học của hợp chất hữu cơ?

4 Cho các chất sau: CO, NH3, C2H6, C2H2O2, C2H5OH, CH3COOH, CH3NH2, NaCN, (NH4)2CO3, HCl Những chất nào thuộc chất hữu cơ?

5 Thành phần của yếu của khí dầu mỏ là gì?

Trang 30

Chương 2: Nhiên liệu cho động cơ xăng Trang 29

CHƯƠNG 2: NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ XĂNG

Chương 2 giới thiệu các kiến thức cơ bản về nhiên liệu cho động cơ xăng để người học

có được kiến thức nền tảng cho các môn học, mô đun sau này

❖ MỤC TIÊU CHƯƠNG 2

Sau khi học xong chương này, người học có khả năng:

➢ Về kiến thức:

- Mô tả được thành phần hóa học của nhiên liệu xăng

- Trình bày và giải thích được nguyên lý hoạt động của động cơ xăng, bản chất sự

cháy của nhiên liệu trong động cơ xăng

❖ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP CHƯƠNG 2

+ Tổ chức giảng dạy: Học tập trung

❖ ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN CHƯƠNG 2

❖ KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHƯƠNG 2

- Nội dung:

Trang 31

✓ Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến

thức

✓ Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng

✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: vấn đáp, bảng kiểm)

✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: 1 điểm kiểm tra (hình thức: trắc nghiệm)

❖ NỘI DUNG CHƯƠNG 2

2.1 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA NHIÊN LIỆU XĂNG

Các nguồn phối trộn xăng thương phẩm

Nhiên liệu cho động cơ xăng là một sản phẩm quan trọng của nhà máy lọc dầu,

nó đã trở thành một mặt hàng quen thuộc trong đời sống sinh hoạt hàng ngày của con người cũng như hoạt động sản xuất trong công nghiệp

Xăng nhiên liệu thu nhận được trong các nhà máy lọc dầu, ban đầu chỉ từ phân xưởng chưng cất khí quyển, tuy nhiên hiệu suất thu xăng từ quá trình này rất thấp chỉ vào khoảng 15% khối lượng dầu thô ban đầu

Khi nhu cầu về xăng tăng lên thì phân đoạn này không đủ để cung cấp cho các nhu cầu thực tế, vì vậy bắt buộc con người phải chế biến các phần thu khác nhằm thu hồi xăng với hiệu suất cao hơn, điều này đã làm xuất hiện các phân xưởng khác như phân xưởng cracking, alkyl hoá

Ngoài lý do vừa nêu ở trên thì do yêu cầu về hiệu suất của động cơ ngày càng tăng và chất lượng xăng ngày càng cao nên các nhà sản xuất nhiên liệu phải đưa ra nhiều quá trình sản xuất khác nhằm đảm bảo các yêu cầu của xăng thương phẩm

Thực tế trong các nhà máy lọc dầu hiện nay xăng thương phẩm được phối trộn từ những nguồn sau:

➢ Xăng của quá trình FCC

Trang 32

➢ Reformat

➢ Xăng chưng cất trực tiếp

➢ Xăng của quá trình isomer hoá

➢ Alkylat

➢ Xăng của quá trình giảm nhớt, cốc hoá, các quá trình xử lý bằng hydro

➢ Xăng thu được từ các quá trình tổng hợp như Methanol, Ethanol, MBTE

Nói chung hai loại đầu tiên là các nguồn chính để phôi trộn, phần còn lại phụ thuộc vào yêu cầu về chất lượng của xăng và yêu cầu của từng Quốc gia mà nguồn

nguyên liệu và hàm lượng của nó được chọn khác nhau

Thành phần hóa học của nhiên liệu xăng

Khi nghiên cứu về thành phần hoá học của dầu mỏ cũng như các phân đoạn hay sản phẩm của nó thì người ta thường chia thành phần chúng ra làm hai phần chính là hydrocacbon và phi hydrocacbon

a Thành phần hydrocacbon của xăng

Họ parafinic

Công thức hóa học chung là C

nH

2n+2, chúng tồn tại dưới 2 dạng: mạch thẳng parafin) và mạch phân nhánh (iso-parafin), với các iso-parafin thì mạch chính dài, mạch nhánh ngắn, chủ yếu là gốc metyl

Họ naphtenic

Hydrocacbon naphtenic là các hydrocacbon mạch vòng no với công thức chung là: C

nH

2n và các vòng này thường 5 hoặc 6 cạnh, các vòng có thể có nhánh hoặc không

có nhánh, hàm lượng của họ này chiếm một số lượng tương đối lớn, trong đó các hợp chất đứng đầu dãy thường ít hơn các đồng đẳng của nó, những đồng phân này thường

có nhiều nhánh và nhánh lại rất ngắn chủ yếu là gốc metyl (-CH

3)

Họ aromatic

Các hợp chất này trong xăng thường chiếm một hàm lượng nhỏ nhất trong ba họ

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

Trang 33

b Thành phần phi hydrocacbon của xăng

Trong xăng, ngoài các hợp chất hydrocacbon kể trên còn có các hợp chất phi hydrocacbon như các hợp chất của O

Trong số các hợp chất lưu huỳnh của dầu mỏ như đã khảo sát ở phần trước, thì lưu huỳnh mercaptan là dạng chủ yếu của phân đoạn xăng, những dạng khác cũng có nhưng ít hơn Các hợp chất của nitơ trong phân đoạn xăng nói chung rất ít, thường dưới dạng vết, nếu có thường chỉ có các hợp chất chứa một nguyên tử N mang tính bazơ như Pyridin Những hợp chất của oxy trong phân đoạn xăng cũng rất ít, dạng thường gặp là

một số axit béo và đồng đẳng của phenol

Phụ gia dành cho xăng thương phẩm

Xăng chưng cất trực tiếp chưa đủ chỉ tiêu về chất lượng để sử dụng làm xăng thương phẩm (do trị số octan thấp chỉ đạt từ 30-60 tùy theo nguồn gốc của dầu thô ban đầu, mà yêu cầu đối với octan của xăng thương phẩm là trên 80) Để nâng cao chất lượng của xăng, ngoài công nghệ chế biến để tăng thêm các hợp phần cao octan trong xăng, việc sử dụng phụ gia là một phương pháp quan trọng và cần thiết Ngoài phụ gia làm tăng trị số octan, còn có một số loại phụ gia khác được sử dụng trong xăng như: phụ gia chống oxy hóa, chống tạo cặn, phụ gia làm sạch cacburato… Khi cho một loại phụ gia nào đó vào xăng, yêu cầu là không được làm giảm các tính chất khác của nhiên liệu đó

Trong giáo trình này chỉ đề cập đến một số loại phụ gia thông dụng làm tăng chỉ

số octan của xăng

a Phụ gia MTBE (Methyl tertiary-butyl ether)

Các phụ gia chứa oxy được sử dụng rộng rãi ngày nay là các chất MTBE, MTBA, TAME… trong đó MTBE được sử dụng với số lượng nhiều nhất Trong số các loại phụ gia này thì trị số RON của MTBE vào khoảng 115-123 thuộc loại rất cao, do đó hỗn hợp 15% MTBE trong xăng có trị số octan gốc là 87 sẽ tạo ra một hỗn hợp có trị số RON nằm trong khoảng 91- 92, làm tăng từ 4 đến 5 đơn vị octan, tương đương với hàm lượng chì từ 0,1 đến 0,15 g/l Việc tăng hàm lượng MTBE trong xăng dẫn đến làm thay đổi áp suất hơi bão hòa, thành phần cất phân đoạn của nhiên liệu, do đó không nên sử dụng lớn hơn lượng 15%

Trang 34

Bên cạnh việc tăng trị số octan, hỗn hợp của xăng với phụ gia chứa oxy giúp giảm thiểu sự thải hydrocacbon và CO từ xe cộ sử dụng nhiên liệu, do đưa vào xăng một lượng đáng kể oxy, giúp cho quá trình cháy được xảy ra hoàn toàn

Trên thế giới có rất nhiều nhà máy sản xuất MTBE, điển hình là ở Mỹ và Nhật Bản Mặc dù vậy, giá thành MTBE còn cao nên ảnh hưởng đến giá thành xăng

b Phụ gia etanol

Etanol (C2H5OH) là chất có trị số octan rất cao, bằng 120-135, do đó hỗn hợp 10% của etanol với xăng có trị số octan là 87 sẽ tạo ra hỗn hợp có trị số RON vào khoảng 90-92

Etanol có thể điều chế theo các phương pháp khác nhau:

Ngày nay, xu hướng sử dụng etanol trở nên phổ biến, nhất là đối với các nước có sẵn nguồn nguyên liệu mía đường như Brazil Etanol là nhiên liệu không độc hại, trợ giúp cho quá trình cháy nhiên liệu khoáng trở nên hoàn toàn hơn, vì vậy không thải ra khí độc hại Tại Mỹ, etanol được sử dụng với hàm lượng 10%TT, còn ở Brazil, etanol được trộn với hàm lượng 20% TT

Tuy nhiên, etanol cũng có nhược điểm là hút ẩm nhiều, làm tăng nguy cơ thâm nhập của nước vào xăng Một lượng lớn etanol sẽ làm tăng RVP của nhiên liệu

c Phụ gia MMT (Metylxyclopentadienyl Mangan Tricacbonyl)

Đây là loại phụ gia thay thế thành công nhất cho phụ gia chì Hiện nay Canada là quốc gia đi đầu trong việc sử dụng MMT Với thời gian 20 năm sử dụng phụ gia MMT trong xăng tại Canada, người ta nhận thấy không có dấu hiệu ảnh hưởng của phụ gia này đến môi trường cũng như sức khỏe con người Trong khói thải của động cơ sử dụng phụ gia MMT, hợp chất của Mn tồn tại chủ yếu ở dạng Mn3O4 Nhiều nghiên cứu của công

Trang 35

ty Ethyl Corp, tổ chức EPA (Environmental Protection Agency) và tập đoàn Ford của

Mỹ trong đầu những năm 1990 đã kết luận rằng, lượng Mn thải ra môi trường khi sử dụng MMT là rất nhỏ So với TEL và một số phụ gia khác thì MMT có những ưu điểm sau:

- Sử dụng với hàm lượng thấp, chỉ từ 8-18 mg Mn/l

- Thích hợp với mọi vật liệu chế tạo động cơ

- Không ăn mòn thiết bị

- Không ảnh hưởng đến bộ chuyển đổi xúc tác

- Rẻ hơn các phụ gia khác

- Giảm thiểu khí thải độc hại

Với các ưu việt kể trên, phụ gia MMT đang được sử dụng rộng rãi tại Canada,

Mỹ Latinh, Châu Âu Theo tính toán của một số tác giả trong nước, sử dụng MMT tiết kiệm được 50 đ/lít xăng Với một lượng lớn xăng sử dụng hàng năm ở Việt Nam và trên thế giới thì sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao

Hiện nay trên thế giới cũng có xu hướng sử dụng tổ hợp phụ gia tăng octan, phổ biến là tổ hợp etanol/MMT/Plutocen để hình thành một cơ chế mới trên cơ sở kết hợp các ưu điểm của chúng

Ngoài các ưu điểm của phụ gia MMT kể trên, phụ gia này cũng có những bất cập, chẳng hạn như: một phần phụ gia đọng lại trong các bộ phận của động cơ và trong bộ xúc tác, chúng bịt kín bề mặt của xúc tác, làm giảm hiệu quả của bộ lọc xúc tác Một lượng sản phẩm cháy MMT phủ lên bugi là nguyên nhân gây ra sự mất lửa và hoạt động kém của động cơ

Ngoài các phụ gia tăng trị số octan kể trên, còn sử dụng một số thành phần cao octan để pha vào xăng, một chừng mực nào đó, cũng có thể coi như một phụ gia

Bảng 2.1 Các thành phần cao octan trong xăng

Trang 36

Các thành phần cao octan này khi pha vào xăng có thể làm tăng mạnh trị số octan Tùy theo tính chất của từng loại xăng mà có thể pha chế các thành phần cao octan khác nhau Chẳng hạn, xăng reforming xúc tác thường ít phần nhẹ, người ta thường pha thêm isomerat để tăng octan và áp suất hơi bão hòa Xăng cracking xúc tác có trị số octan 87-

91, để tăng octan cao hơn, người ta pha thêm các hydrocacbon thơm hoặc xyclo - pentan, metylxyclopentan Các sản phẩm alkylat ngoài chức năng tăng octan, còn có tác dụng làm tăng nhiệt cháy của xăng, rất thích hợp để pha vào xăng máy bay

2.2 CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG CỦA XĂNG THƯƠNG PHẨM

Hiện tượng kích nổ và trị số Octan

a Hiện tượng kích nổ

Khi bugie bật lửa thì quá trình cháy của nhiên liệu trong buồng cháy mới được bắt đầu tại bugie còn phần nhiên liệu nằm ở vị trị khác chỉ được 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 chưa lan truyền đến Nếu như phần nhiên liệu tự bắt cháy này đủ lớn để làm tăng nhiệt độ và áp suất trong buồng cháy một cách đột ngột và tạo ra những sóng xung kích va đập vào piston, xylanh tạo ra những tiếng

gõ kim loại thì quá trình cháy này được gọi là cháy kích nổ

Như vậy, trong buồng cháy luôn tồn tại một sự cạnh tranh giữa quá trình cháy do màng lửa lan đến (cháy cưỡng bức) và quá trình tự bốc cháy, quá trình cháy nào chiếm

ưu thế là phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau

Các thông số ảnh hưởng lên thời gian tự bốc cháy bao gồm:

Trang 37

b Bản chất của hiện tượng cháy kích nổ trong động cơ xăng

Qua phân tích ở trên cho thấy quá trình cháy trong động cơ xăng có thể là bình thường, có thể là kích nổ chúng phụ thuộc vào bản chất của nhiên liệu, kết cấu và điều kiện vận hành của động cơ

Bản chất của hiện tượng kích nổ rất phức tạp, có nhiều quan điểm để giải thích khác nhau song bản chất của nó là do các hợp chất hydrocacbon trong nhiên liệu nằm ở trước mặt lửa chịu một điện kiện rất khắc nghiệt nên chúng bị biến đổi hoá học một cách sâu sắc để tạo ra những hợp chất mới có khả năng tự bùng cháy Cụ thể trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao của buồng cháy thì các hydrocacbon kém bền oxy hoá như parafin

dễ dàng bị oxy hoá để tạo ra các hợp chất chứa oxy như peroxyt, hydroperoxyt, rượu, xeton, axít trong số 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 tạo ra các gốc tự do để sinh ra các phản ứng chuổi dẫn đến sự tự bốc cháy

Khi nghiên cứu về hiện này người ta đã đi đến kết luận về khả năng chống lại sự

tự bốc cháy của các hydrocacbon tăng dần như sau:

Parafin mạch thẳng < naphten < olefin mạch thẳng < naphten mạch nhánh không

no < parafin mạch nhánh < aromatic

c Ảnh hưởng của hiện tượng kích nổ lên động cơ

➢ Hỏng join lót giữa nắp và thân máy

➢ Làm xói mòn piston và nắp

➢ Làm vỡ “cordons” của piston và xecmăng

➢ Làm nóng chảy cục bộ piston và xupap

Ngoài những ảnh hưởng kể trên thì quá trình cháy kích nổ thường kèm theo việc thải nhiều chất độc hại ra môi trường, làm nóng máy nhanh chóng nên làm giảm nhanh tuổi thọ của động cơ

d Trị số Octan

Trị số octan là một đại lượng quy ước để đặc trưng cho khả năng chống lại 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 khả năng chống kích nổ tương đương với khả năng chống kích nổ của xăng đang khảo sát Trong hỗn hợp này thì iso-octan có khả năng chống kích nổ tốt, được quy ước bằng 100, ngược lại n-heptan có khả năng chống kích nổ kém và được quy ước bằng 0

Trang 38

Trong trường hợp trị số octan lớn hơn 100 thì để xác định trị số octan người ta cho thêm vào xăng một hàm lượng Tetraetyl chì rồi tiến hành đo

Các yếu tố liên quan đến động cơ ảnh hưởng đến chỉ số octan bao gồm:

e Ý nghĩa của trị số octan

Trị số octan là một chỉ tiêu rất quan trọng của xăng khi dùng xăng có trị số octan thấp hơn so với quy định của nhà chế tạo thì sẽ gây ra hiện tượng kích nổ làm giảm công suất của động cơ, nóng máy, gây mài mòn các chi tiết máy, tạo khói đen gây ô nhiễm môi trường Ngược lại nếu dùng xăng có trị số octan cao quá sẽ gây lãng phí Điều quan trọng là phải dùng xăng đúng theo yêu cầu của nhà chế tạo, cụ thể là theo đúng tỷ số nén của động cơ, khi tỷ số nén lớn thì yêu cầu trị số octan lớn và ngược lại

Tỷ trọng

Tỷ trọng của một chất lỏng là tỷ số giữa khối lượng riêng chất đó so với khối lượng riêng của nước được đo ở trong những điều kiện nhiệt độ xác định Như vậy tỷ trọng là một đại lượng không có thứ nguyên

Người ta thường ký hiệu là ρ

, đối với dầu mỏ và các sản phẩm

của nó thì trong tính toán người ta thường dùng tỷ trọng chuẩn ρ

Trang 39

Các chỉ tiêu liên quan đến độ bay hơi

Tính chất bay hơi của xăng có ý nghĩa rất lớn trong quá trình bảo quản, vận chuyển cũng như trong quá trình sử dụng Vì vậy độ bay hơi của xăng là một tính chất hết sức quan trọng Tính bay hơi này được đặc trưng bằng những tính chất như: Thành phần cất, áp suất hơi bảo hoà, điểm chớp cháy Nhờ nó mà ta có thể đánh giá sơ bộ về thành phần, sự phân bố của các cấu tử trong xăng, khả năng bay hơi gây mất mát và mức

độ an toàn trong quá trình vận chuyển cũng như bảo quản và sử dụng

a Thành phần cất

Những khái niệm cơ bản

Thành phần cất là khái niệm dùng để biểu diễn phần trăm bay hơi theo nhiệt độ hoặc ngược lại nhiệt độ theo phần trăm thu được khi tiến hành chưng cất mẫu trong thiết

bị chuẩn theo những điều kiện xác định Ở đây ta có những khái niệm sau

Nhiệt độ sôi đầu:

Là nhiệt độ đọc được trên nhiệt kế vào lúc giọt chất lỏng ngưng tụ đầu tiên chảy

ra từ cuối ống ngưng tụ

Nhiệt độ sôi cuối:

Là nhiệt độ cao nhất đạt được trong qúa trình chưng cất

Nhiệt độ phân hủy:

Là nhiệt độ đọc được trên nhiệt kế khi xuất hiện các dấu hiệu đầu tiên của sự nhiệt phân như xuất hiện hơi trắng

Ý nghĩa của việc xác định thành phần cất

Ngoài việc đánh giá thành phần hoá học của xăng thì thành phần cất còn có ý nghĩa rất quan trọng đối với xăng nhiên liệu bởi các giá trị của nó ảnh hưởng trực tiếp lên khả năng khởi động, khả năng tăng tốc và cả khả năng cháy hoà toàn trong buồng cháy

b Áp suất hơi bão hoà

Áp suất hơi là một đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất các phân tử trong pha lỏng có xu hướng thoát khỏi bề mặt của nó để chuyển sang pha hơi ở nhiệt độ nào đó Như vậy áp suất hơi bão hoà chính là áp suất hơi mà tại đó thể hơi cân bằng với thể lỏng

Trang 40

Cũng tương tự như thành phần cất, áp suất hơi bão hoà đặc trưng cho khả năng khởi động của động cơ ở nhiệt độ thấp Khi giá trị này lớn thì động cơ dễ khởi động nhưng nếu giá trị này lớn quá sẽ gây ra hiện tượng nút hơi, thiếu nhiên liệu khi cung cấp cho động cơ và gây mất mát, nhưng nếu nhỏ quá thì động cơ khó khởi động

c Nhiệt độ chớp cháy

Nhiệt độ chớp cháy là nhiệt độ thấp nhất mà tại đó nhiên liệu bay hơi tạo với không khí một hỗn hợp có thể phụt cháy rồi tắt ngay như một tia chớp khi đưa ngọn lửa đến gần

Nhiệt độ chớp cháy đặc trưng cho các phần nhẹ dễ bay hơi trong nhiên liệu, khi phần nhẹ càng nhiều thì khả năng bay hơi càng lớn điều này sẽ gây ra mất mát vật chất

và điều quan trọng hơn cả là nó có thể tạo ra hỗn hợp nỗ trong quá trình bảo quản và vận chuyển Vì vậy chỉ tiêu này đặc trưng cho mức độ hoả hoạn của xăng Đối với xăng thì ở điều kiện thường độ bay hơi của nó lớn nên tạo hỗn hợp với không khí nằm ngoài giới hạn nỗ

d Độ ổn định Oxy hóa

Để đặc trưng cho khả năng chống lại quá trình oxy hoá người ta dùng khái niệm

độ ổn định oxy hoá, nó có thể được xác định theo nhiều phương pháp khác nhau

Độ ổn định oxy hoá phụ thuộc vào thành phần hoá học của các họ hydrocacbon Trong dầu thô cũng như các sản phẩm của nó thì các hydrocacbon có độ ổn định 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 ở điều kiện nhiệt độ thường thì tốc độ oxy hoá của các

họ hydrocacbon này không lớn

Trong dầu thô không có các hợp chất olefin, nhưng trong quá trình chế biến, dưới tác dụng của nhiệt độ các hydrocacbon kém bền nhiệt sẽ bị cắt mạch để tạo thành các sản phẩm nhẹ hơn trong đó có các hợp chất không no như olefin, ở phần trên chúng ta

đã thấy xăng thương phẩm được phối trộn từ rất nhiều khác nhau trong đó chủ yếu là các sản phẩm của các quá trình chế biến sâu, trong các sản phẩm này thường chứa các hợp chất không no Vì vậy trong thành phần của xăng luôn chứa các hợp chất olefin, đây là hợp chất kém bền dễ bị oxy hoá tạo nhựa và các hợp chất có hại khác cho xăng, chính vì lý do này mà ngoài chỉ tiêu về độ ổn định oxy hoá thì còn phải khống chế hàm lượng của olefin trong xăng

e Hàm lượng lưu huỳnh

Lưu huỳnh khi cháy trong động cơ chúng tạo ra khí SO2, khí này sau đó có thể chuyển một phần thành SO3, các chất khí này sẽ tạo thành các axit tương ứng khi nhiệt

độ xuống thấp, đây là các chất gây ăn mòn rất mạnh Ngoài ra khi theo khói thải ra ngoài

Tiêu đề	Giáo trình Sản phẩm dầu mỏ (Nghề: Vận hành thiết bị chế biến dầu khí - Cao đẳng)
Tác giả	Th.s. Lê Thùy Dung, Th.s. Nguyễn Thị Thùy, Trần Thu Hằng, Huỳnh Việt Triều, Ks. Phạm Công Quang
Trường học	Trường Cao Đẳng Dầu Khí
Chuyên ngành	Vận hành thiết bị chế biến dầu khí
Thể loại	giáo trình
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Bà Rịa - Vũng Tàu

Định dạng
Số trang	80
Dung lượng	1,12 MB