Phụ gia tạo nhũ do water

Phụ gia tạo nhũ do water Phụ gia tạo nhũ do water Phụ gia tạo nhũ do water Phụ gia tạo nhũ do water Phụ gia tạo nhũ do water Phụ gia tạo nhũ do water Phụ gia tạo nhũ do water Phụ gia tạo nhũ do water Phụ gia tạo nhũ do water Phụ gia tạo nhũ do water Phụ gia tạo nhũ do water Phụ gia tạo nhũ do water Phụ gia tạo nhũ do water Phụ gia tạo nhũ do water Phụ gia tạo nhũ do water Phụ gia tạo nhũ do water

Bộ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU KHÍ

Môn

hoc: Phu Gia • •

PHU GIA TAO NHŨ DOAVATER

• •

GVHD: TS NGUYỄN HỮU LUƠNG

HV : BÙI THANH HẢI MSHV:

10401076

I TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU DIESEL 1) Giới

thiệu:

Nhiên liệu diesel là một lọai nhiên liệu lỏng, có khỏang nhiệt độ sôi cao hơn dầu lửa

và xăng Nhiên liệu diesel được sản xuất chủ yếu từ phân đọan gasoil, là sản phẩm của quá trình chưng cất trực tiếp dầu mỏ, vói khỏang nhiệt độ sôi từ

250 đến 370°c Nhiên liệu diesel được sử dụng chủ yếu cho động cơ diesel

(đường bộ, đường sắt, đường thủy, ) và một phần được sử dụng trong các tuabin khí (trong công nghiệp phát điện, xây dựng, .) Thành phần phân đọan gasoil gồm có paraffin,

naphthene, oleíin và aromatic với số nguyên tử cacbon từ Ci4 đến c20- Ngòai ra, phân đọan

gasoil cũng có thể được trộn chung với các sản phẩm của các quá trình khác: cracking xúc tác, hydrocracking, để tăng sản lượng, đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật.

Thành phần của nhiên liệu diesel chủ yếu bao gồm chất nền và các chất phụ gia Chất nền chính là phân đọan gasoil thu từ các quá trình khác nhau Các chất phụ gia được bổ xung vào thành phần chất nền nhằm cải thiện các chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm diesel.

• Các chất nền:

o Gasoil từ chưng cất dầu thô (chiếm chủ yếu từ 60 - 90%) o Gasoil

từ cracking xúc tác o Gasoil từ cracking nhiệt, o Gasoil từ

hydrocracking.

• Các chất phụ gia:

o Phụ gia làm giảm điểm chảy.

o Phụ gia làm giảm điểm vẩn đục.

o Phụ gia tăng chỉ số cetane.

o Phụ gia chống sự oxy hóa, ngăn cản tạo nhựa, o Phụ gia khử họat tính kim lọai.

o Phụ gia chống ăn mòn.

o Phụ gia khử nhũ.

o Phụ gia tạo màu.

Những yêu cầu đối vói nhiên liệu diesel gồm có [10]:

* Đảm bảo cấp nhiên liệu liên tục và tin cậy vào buồng cháy, phù hợp vói quá trình làm việc của động cơ.

* Có khả năng tự cháy và bay hoi phù hợp để động cơ khỏi động dễ

có tốc độ tăng áp suất xi lanh không quá lớn và có tốc độ cháy đủ lớn.

* ít đóng cặn trong hệ thống cấp nhiên liệu và trong xy lanh.

* Có tính ăn mòn thấp.

Để đánh giá chất lượng diesel, người ta thường xác định một số chỉ tiêu kỳ thuật của nhiên liệu diesel theo các tiêu chuẩn như TCVN, ASTM, Một số tiêu chuẩn quan trọng đối vói nhiên liệu diesel được liệt kê dưới đây.

• Chỉ số cetane:

Đây là chỉ tiêu chất lượng quan trọng nhất của nhiên liệu diesel, đặc trưng cho khả năng tự bốc cháy của nhiên liệu diesel Trị số cetane là một đại lượng quy ước, có giá trị bằng tỷ số phần trăm thể tích của cetane (CI6H34) trong hỗn hợp với

a-metyl naphthalene (C10H7CH3) sao cho hỗn hợp này có khả năng tự bốc cháy

tương đương với mẫu nhiên liệu diesel trong điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn.

• Độ nhớt:

Đây cũng là một chỉ tiêu chất lượng quan trọng của nhiên liệu diesel Độ nhớt quyết định khả năng lưu động và hóa sương của nhiên liệu, do đó cũng quyết định đặc tính cháy của nhiên liệu trong xi lanh.

• Hàm lượng nước.

• Hàm lượng lưu huỳnh:

Hàm lượng lưu huỳnh là nguyên nhân trực tiếp gây nên sự ăn mòn của các thiết bị tồn trữ cũng như các chi tiết động cơ Hiện nay hàm lượng lưu huỳnh trong DO là 0, 05% và

0, 25%

• Tỷ trọng.

• Điểm vẩn đục và điểm chảy.

• Nhiệt độ chớp cháy:

Nhiệt độ chớt cháy là nhiệt độ thấp nhất mà tại đó nhiên liệu bay hoi tạo vói 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 được xác định trong hai loại thiết bị cốc kín và cốc hở khác nhau nên tương ứng ta cũng có hai loại nhiệt độ chớt cháy cốc kín và cốc hở loại cốc kín thường dùng cho các loại sản phẩm có độ bay hoi lớn còn loại cốc hở thường dùng cho các phân đoạn nặng.

Bảng 1 trình bày những yêu cầu về chất lượng của nhiên liệu diesel theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5689:2005.

Bảng 1: Tiêu chuẩn Việt Nam đối với nhiên liệu diesel (TCVN 5689:2005)

Nhu cầu DO cùa Việt Nam giai đoan 2002 - 2025

2) Những ảnh hưởng khỉ sử dụng nhiên liệu diesel truyền thống:

Nói chung, nhiên liệu diesel truyền thống được sản xuất bằng phương pháp

chưng cất trực tiếp dầu thô từ các mỏ khóang dầu Vì vậy, nguồn nhiên liệu diesel sử dụng trên thế giói phải phụ thuộc vào nguồn cung cấp này Tuy nhiên, sản lượng dầu khai thác của thế giói đang giảm và không ổn định trong tình hình chính trị của thế giói hiện nay Vì vậy, giá dầu thô tăng rất cao (= USD 56/thùng).

Mặt khác, việc sử dụng nhiên liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ đã thải ra môi trường một lượng khí thải rất lớn Trong thực tế, khi động cơ diesel họat động, nó thải ra một lượng rất lớn các hợp chất độc hại như COx, NOx, S02, hơi hydrocacbon, Khi nhu cầu sử dụng các sản phẩm dầu mỏ nói chung và nhiên liệu diesel nói riêng gia tăng, nạn ô nhiễm môi trường cũng gia tăng, dẫn đến thúc đẩy hiện tượng nóng lên của bề mặt trái đất hay còn gọi là hiệu ứng nhà kính Theo các nhà nghiên cứu trên thế giói thì cứ 1 kg nhiên liệu diesel truyền thống khi cháy sẽ thải ra 3,2 kg C02 Bảng 8 trình bày mức độ gia tăng của các chất gây ô nhiễm trong

khí quyển

Như vậy, có thể nói rằng, trong quá khứ, khi nguồn nhiên liệu hóa thạch còn dồi dào thì việc sử dụng nhiên liệu diesel cũng như các sản phẩm nhiên liệu khác đi từ nguồn nhiên liệu hóa thạch nhằm cung cấp năng lượng đã góp một phần to lớn trong việc phát triển khoa học kỹ thuật cũng như kinh tế của một quốc gia Tuy nhiên, trong bối cảnh hiện nay, nguồn cung cấp này đã trở nên không ổn định và những tác hại xấu về môi trường từ việc sử dụng chúng đang là một vấn đề cần được giảm thiểu Do đó, việc tìm ra những nguồn nhiên liệu thay thế là hết sức cấp bách.

.Bảng 2; Sự gia tăng các chất ô nhiễm trong khí quyển

3) Những nhiên liệu có khả năng thay thế nhiên liệu diesel truyền thống:

Ngay từ những năm cuối thế kỷ 19, thế giới đã bắt đầu nghiên cứu về các nhiên liệu

có thể thay thế cho nhiên liệu diesel truyền thống vấn đề này càng được phát triển mạnh trong những năm xảy ra chiến tranh thế giới, giai đọan khủng hỏang dầu mỏ và nhất là trong những năm gần đây Các nhà nghiên cứu đã tìm ra hướng giải quyết cho nhiên liệu diesel truyền thống như sau

• Dầu thực vật: Từ những năm thuộc thập kỷ 80 của thế kỷ trước, trên thế giới đã có

những thử nghiệm những nguồn thay thế cho nhiên liệu diesel truyền thống như dầu cải, dầu lạc, dầu hướng dương, dầu đậu nành, dầu cọ, do dầu thực vật có khối lượng riêng, chỉ số cetane, nhiệt trị chỉ thấp hơn nhiên liệu diesel một ít Ưu điểm của lọai nhiên liệu này là chất thải ít gây ô nhiễm môi trường, có nguồn nguyên liệu vô tận, giảm thiểu được lượng nhập khẩu dầu từ nhiên liệu khóang, vì vậy, giải quyết được vấn đề năng lượng đối vói những nước không có nguồn khóang mỏ Những thử nghiệm về việc sử dụng dầu thực vật làm nhiên liệu cho động cơ diesel được thực hiện bằng cách tiến hành sử dụng trực tiếp dầu thực vật, hoặc hỗn hợp của dầu thực vật vói dầu diesel theo một tỷ lệ nhất định Kết quả thử nghiệm cho thấy nếu sử dụng trực tiếp dầu thực vật thì công suất động cơ giảm, suất tiêu hao nhiên liệu cao, hàm lượng oxít nitơ thải ra cao hơn, hàm lượng oxít cacbon thấp hơn Ngòai

ra, khi sử dụng trực tiếp dầu thực vật thì gặp khó khăn ở bộ phận phun nhiên liệu và họat động của động cơ do dầu thực vật có độ nhớt cao hơn nhiều so vói nhiên liệu diesel.

• Nhiên liệu nhũ tương D0/H20: Đây là một dạng nhiên liệu mới kết hợp giữa nước và

dầu diesel, nhiên liệu nhũ tương có các ưu điểm nổi bật sau.

_Tiết kiệm nhiên liệu hơn so vói sử dụng nhiên liệu truyền thống.

_Giảm được khí thải NOx trên cùng một lượng nhiên liệu.

• Nhiên liệu hòan nguyên: Đây là nguồn năng lượng chuyển hóa từ các nguồn nhiên

liệu có sẵn trong tự nhiên: năng lượng mặt trời, năng lượng thủy lực, năng lượng gió, ; hay

là nguồn năng lượng nhân tạo: năng lượng điện, Hiện nay, người ta còn đang thử nghiệm những nguồn năng lượng của hải dương và nguồn năng lượng của trung tâm địa cầu Ưu điểm của nguồn năng lượng này là: nguồn năng lượng sạch, tận dụng được những lọi thế của

tự nhiên, là nguồn năng lượng vô tận Tuy nhiên, việc ứng dụng các nguồn năng lượng này

vẫn còn hạn chế và chỉ mới ở mức độ thử nghiệm.

II TỔNG QUAN VỀ HỆ NHŨ TƯƠNG

1) Khái niệm hệ nhũ tương:

Nhũ tương là hệ có pha phân tán và môi trường phân tán đều ở dạng lỏng Để tạo nhũ tương hai chất lỏng đó không tan vào nhau Trong hai chất lỏng tạo thành nhũ tương, có một pha lỏng phân cực thường gọi là pha “ nước” ký hiệu n hay w (water)- pha lỏng kia không phân cực thường gọi là “ dầu” ký hiệu d hay o (oil).

2) Phân loại hệ nhũ tương:

Nhũ tương thường được phân loại theo tính chất của pha phân tán và môi trường phân tán ( pha liên tục) Theo cách phân loại này người ta chia nhũ tương ra làm hai loại:

• n/d (w/o: water in oil) gọi là nhũ tương nước trong dầu gồm các giọt nước phân tán trong dầu.

• d/n (o/w) gọi là nhũ tương dầu trong nước gồm các giọt dầu phân tán trong nước Nhũ tương n/d còn gọi là nhũ tương loại 1 hay nhũ tương thuận Nhũ tương d/n còn gọi là nhũ tương loại 2 hay nhũ tương nghịch.

Có thể nhận biết và phân biệt loại nhũ tương bằng các phương pháp sau:

• Thêm một ít nước vào hệ nhũ tương, nước chỉ trộn lẫn trong nhũ tương d/n mà không trộn lẫn trong nhũ tương n/d.

• Thêm một ít chất màu chỉ có khả năng tan vào một loại chất lỏng: nước hoặc dầu, nó sẽ nhuộm màu giọt chất lỏng hay môi trường phân tán, qua kính hiển vi điện tử có thể xác định được nhũ tương.

• Đo độ dẫn điện của nhũ tương: độ dẫn điện của nhũ tương d/n ( # độ dẫn điện của nước) > n/d (rất nhỏ)

Trong một số trường hợp, người ta phân loại nhũ tương theo nồng độ của pha phân tán, theo cách này nhũ tương được phân làm ba loại: loãng, đặc và rất đặc.

• Nhũ tương loãng: nồng độ pha phân tán < 0, 1 % Nói nhũ tương loãng không có

nghĩa là đem pha loãng nhũ tương đậm đặc được nhũ tương loãng mà nó có nhiều tính chất đặc trưng như: các hạt nhũ tương loãng có kích thước rất khác vói các hạt nhũ tương đặc và rất đặc, có đường kính khoảng 10'5 cm, có tích điện Điện tích này là do sự hấp phụ các ion của chất điện ly vô cơ có mặt trong môi trường Khi không có chất điện ly thì bề mặt hạt nhũ tương hấp phụ OH- và H+ do nước phân ly.

• Nhũ tương đậm đặc: chứa một lượng lớn pha phân tán, có thể đến 74 % thể tích Đường kính hạt tương đối lớn > lmicromét, có thể được nhìn thấy bằng kính hiển vi thường.

• Nhũ tương rất đậm đặc( ví dụ như nhũ tương gelatin hóa) có tỷ lệ pha phân tán > 74% thể tích, các hạt không còn là hình cầu như hai loại kia mà có hình đa diện ngăn cách nhau như tổ ong, có tính chất cơ học giống như gel ( có thể cắt bằng dao).

3) Giới thiệu về chất nhũ hóa (chất hoạt dộng bề mặt):

a) Khái niệm chất hoạt động bề mặt:

Các chất HDBM là những chất có khả năng làm giảm sức căng bề mặt của dung môi chứa nó Các chất này có khả năng hấp phụ lên lớp bề mặt, có độ tan tương đối nhỏ, nếu không chúng có xu hướng ròi khỏi bề mặt vào trong lòng chất lỏng.

1 phân tử chất HDBM gồm 2 phần.

+ Phần phân cực (ái nước, ưa nước, háo nước) thường chứa các nhóm

carboxylate, sulíonate, sulíate, amine bậc bốn Nhóm này làm cho phân tử

chất họat động bề mặt có ái lực lớn đối vói nước và bị kéo vào lớp nước.

+ Phần không phân cực (kỵ nước, ghét nước hay ái dầu, háo dầu, ưa dầu) là các gốc

hydrocarbon không phân cực kỵ nước, không tan trong nước, tan trong pha hữu cơ không phân cực nên bị đẩy đến pha không phân cực.

Sự cần thiết phải có chất nhũ hóa:

Với những lưu ý trên, có thể thấy rằng 2 yêu cầu cuối có liên quan đến bề mặt giọt của pha phân tán Trước đây khi những lý thuyết về hóa lý chưa được phát triển, nhờ phương pháp thử đúng và sai người ta đã chứng tỏ tính hợp lý của việc làm bền nhũ bằng sự tạo một hàng rào vật lý tại bề mặt, việc này không chỉ làm mất khả năng lắng tụ mà còn có thể ngăn chặn sự va chạm giữa các giọt trong quá trình hình thành nhũ Đó là biện pháp làm giảm sức căng bề mặt Chất thích hợp có thể di chuyển và tồn tại trong bề mặt giữa hai pha dầu và nước, điều này chỉ có được khi chất đó có một phần thể hiện ái lực vói nước và phần còn lại

sẽ thể hiện ái lực với dầu (dù ái lực không đủ mạnh để chìm vào chất đó).

Những chất có khả năng liên kết hai pha trên bề mặt theo bản chất của chúng được gọi là chất hoạt động bề mặt Vói đặc trưng này chúng có thể làm bền nhũ Chất HDBM còn được liên nhiều trong các ngành công nghiệp khác như chất làm tan, làm ẩm hay chất thấm ứơt Những chức năng liên quan đến vai trò trong sự tạo nhủ đã chứng minh tính phổ biến của chúng đối vói sản phẩm về nhũ

b) Phân loại chất nhũ hóa:

Theo tính chất của phần kỵ nước:

- Sự đa dạng trong chiều dài gốc hydrocarbon.

- Độ bất bão hòa của gốc hydrocarbon

- Sự phân nhánh của gốc hydrocarbon

- Sự có mặt và vị trí của nhóm aryl trong gốc hydrocarbon

Theo loại điện tích

- Anionic:

+ stearate glyceryl SE.

+ glycol stearate và nguyên liệu khác.

+ glycol stearate + hexylene glycol + SLES -

Nonionic:

+ glyceril stearate + laureth_23 + PED-20 stearate + stearamide MEA stearate

Cationic:

+ diethylaminoethyl stearate Lưỡng túih:

c) Chỉ số HLB (Hydrophỉle - Lipophile - Balance):

Các tính chất của các CHDBM liên quan đến mối tương quan giữa phần ái nước và phần kỵ nước Nếu phần ái nước tác dụng mạnh hơn phần kỵ nước thì CHDBM dễ hòa tan trong nước hơn, ngược lại nếu phần kỵ nước tác dụng mạnh hơn phần ái nước thì CHDBM

dễ tan trong pha hữu cơ hơn Từ đó dựa vào mối tương quan giữa phần kỵ nước và ái nước

mà CHDBM được sử dụng vào các mục đích khác nhau Mối tương quan giữa phần ái nước

và kỵ nước được đặc trưng bằng giá trị HLB ( cân phần ái nước-ái dầu).

HLB cho biết tỷ lệ giữa tính ái nước so vói tính kỵ nước, được biểu thị bằng thang

đo có giá trị từ 1-40 Các CHDBM có tính ái nước thấp sẽ có HLB nhỏ, các CHDBM có tính ái dầu thấp sẽ có HLB lớn Sự gia tăng HLB tương ứng với sự gia tăng của tính ái nước.

Có thể ước lượng sơ bộ giá trị HLB dựa trên tính chất hòa tan trong nước hay tính phân tán của chất họat động bề mặt trong nước, ứng vói độ phân tán khác nhau thì giá trị HLB khác nhau.

Bảng 3: Ước tính HLB dựa trên mức độ phân tán của chất hoạt động bề mặt

trong nước

III GIỚI THIÊU VỀ NHIÊN LIÊU NHŨ TƯƠNG DO/H2ơ

• • 1) Khái niệm:

Nhiên liệu nhũ tương D0/H20 là hệ nhũ tương giữa DO và H20 trong đó H20 là pha phân tán.

Nhiên liệu nhũ tương D0/H20 được tạo thành bằng phương pháp khuấy đồng thể giữa DO, H20 và chất hoạt động bề mặt.

Tỷ lệ giữa H20 trong nhiên liệu có thể thay đổi nhưng thường dao động trong

khoảng từ 10% đến 25% về thể tích.

Hình 1: Mẩu nhiên liệu nhũ tương W/0 (water in oil)

Yêu cầu đối với chất nhũ hóa là:

+ Khả năng tạo nhũ tốt + Tạo nhũ bền và ổn định

+ Có chỉ số HLB thích họp để tạo nhũ, chỉ số HLB phù họp để tạo nhũ D0/H20 là từ

3 đến 6

• Họ Ethoxylates: Nonylphenol Ethoxylates, Octylphenol Ethoxylates,

Secondary Alcohol Ethoxylates

• sorbitan monooleate, sorbitan dioleate, sorbitan trioleate,

• Polysorbate 20 (T20), Polysorbate 40 (T40),

3) Ưu điểm của nhiên liệu nhũ tương so với nhiên liệu truyền thống:

+ Rẻ hon so vói nhiên liệu truyền thống.

+ Khí thải từ nhiên liệu nhũ tương sạch hơn so voi nhiên liệu truyền thống: ít NOx và COx hơn.

+ Sự phun sương tốt hơn bảo đảm sự đốt cháy nhiên liệu tốt hơn.