Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất đến nhiệt độ cất của nhiên liệu xăng và dầu diezen

thì giả thiết này đã gặp phải khá nhiều vấn đề mà bản thân nó không thể giảithích được như:Hàm lượng các hợp chất cacbua trong lòng đất thì khá hạn chế trong khi đóthì dầu mỏ ngày càng t

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay khoa học kĩ thuật ngày càng phát triển thì xăng dầu và các sảnphẩm của dầu mỏ vẫn là mặt hàng chiếm tỷ trọng lớn của mỗi quốc gia, riêng đốivới nước ta ngành xăng dầu là ngành kinh tế mũi nhọn đóng vai trò rất nhiều vàongân sách của nhà nước

Mặc dù các nước phát triển đang nghiên cứu để đưa năng lượng mặt trờivào sử dụng phổ biến thay thế cho các sản phẩm dầu mỏ Nhưng dầu mỏ và sảnphẩm dầu mỏ chiếm vị thế rất quan trọng ở hầu hết lĩnh vực trong nền kinh tếquốc dân và an ninh quốc phòng của tất cả các quốc gia trên thế giới Nó trởthành nhu cầu không thể thiếu trong sản xuất kinh doanh cũng như đáp ứng đầy

đủ, nhanh chóng thuận tiện nhất cho nhu cầu sử dụng của con người

Do đó doanh nhiệp cần đặt ra tiêu chí để quản lý tốt chất lượng xăng dầu,đảm bảo lợi ích kinh tế cho doanh nghiệp vì doanh thu đạt được là kết quả của sựnăng động sáng tạo trong công tác quản lý của mỗi doanh nghiệp, sự kết hợp tàitình của nhiều công cụ quản lý kinh tế Nhận thức được tầm quan trọng của côngtác kiểm tra và quản lý chất lượng xăng dầu

Bài đồ án tốt nghiệp này của em đi sâu vào nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất đến nhiệt độ cất của nhiên liệu xăng và dầu diezen Một phần hiểu thêm

về một vấn đề mới , và một phần được học hỏi kiến thức thực tế quý báu

Em xin chân trọng cảm ơn!

Hà nội, ngày 20 tháng 5 năm 2012

PHẦN 1: TỔNG QUAN SẢN PHẨM DẦU MỎ - PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH THÀNH

PHẦN CẤT Ở ÁP SUẤT KHÍ QUYỂN

1.1 Sản phẩm dầu mỏ

1.1.1 Nguồn gốc

1.1.1.1 Nguồn gốc vô cơ của dầu mỏ

Theo giả thiết về nguồn gốc vô cơ thì dầu mỏ được hình thành từ các hợpchất vô cơ, cụ thể trong lòng đất có chứa các cacbua kim loại như Al4C3,CaC2 các chất này bị phân huỷ bởi nước để tạo ra CH4, C2H2 theo cácphương trình phản ứng sau:

Al4C3 + 12 H2O 4 Al(OH)3 + 3 CH4

CaC2 + 2 H2O Ca(OH)2 + C2H2

Các chất hữu cơ hình thành từ các phản ứng trên tiếp tục biến đổi dưới tácđộng của các yếu tố như nhiệt độ, áp suất cao và xúc tác là các khoáng sét có sảntrong lòng đất để tạo nên dầu khí

Để chứng minh cho giả thiết này thì vao năm 1866, Berthelot đã tiến hànhquá trình tổng hợp được các hợp chất hydrocacbon thơm từ axtylen ở nhiệt độcao với sự có mặt của xúc tác, năm 1901, Sabatier và Sendereus tiến hành phảnứng hydro hoá axetylen trên xúc tác Niken và Sắt ở nhiệt độ trong khoảng 200đến 300oC, đã thu được một loạt các hydrocacbon tương ứng như thành phần củadầu mỏ

Cùng với nhiều phẩn ứng tương tự, giả thiết này đã thuyết phục được nhiềunhà khoa học trong một thời gian dài Tuy nhiên, trong những hoạt động thực tiễn

thì giả thiết này đã gặp phải khá nhiều vấn đề mà bản thân nó không thể giảithích được như:

Hàm lượng các hợp chất cacbua trong lòng đất thì khá hạn chế trong khi đóthì dầu mỏ ngày càng tìm được với số lượng rất lớn và hầu như có mặt khắp

1.1.1.2 Nguồn gốc hữu cơ của dầu mỏ

Theo giả thiết này thì dầu mỏ được hình thành từ các hợp chất có nguồngốc hữu cơ, cụ thể là từ xác chết của động thực vật và trải qua một quá trình biếnđổi phức tạp trong một thời gian dài (hàng chục đến hàng trăm triệu măn) dướitác động của nhiều yếu tố khác nhau như vi khuẩn, nhiệt độ, áp suất và xúc tác cósản trong lòng đất và đôi khi còn có sự tác động của các bức xạ do sự phóng xạ ởtrong lòng đất

Thực tế thì quá trình hình thành dầu khí là một quá trình lâu dài và liên tục,nhưng để thuận tiện cho quá trình nghiên cứu sự biến đổi từ các xác chết củađộng thực vật đến dầu khí ngày nay thì người ta chia quá trình này thành bốn giaiđoạn khác nhau như sau:

Tích đọng các vật liệu hữu cơ ban đầu

Những vật liệu hữu cơ ban đầu (hay còn gọi là những chất mẹ đẻ ra dầukhí) của dầu khí hiện nay chủ yếu là những sinh vật sống ở biển: phù du, thựcvật, động vật dưới biến

Tuy nhiên, vì biển là nơi hội tụ các dòng sông trên đất liền nên tất nhiên sẽ

có cả các động thực vật (xác chết của chúng) có nguồn gốc từ trên cạn Tất cảnhững vật liệu hữu cơ trên đây đều có thể là chất mẹ tạo thành dầu khí Như vậy,

có thể vì sự phức tạp trong các vật liệu ban đầu đó đã dẫn đến sự tạo thành cácloại dầu mỏ có thành phần thay đổi rất khác nhau

Như vậy, trong thành phần hữu cơ của xác động thực vật thì các chất lipit

là bền vững nhất, không bị vi khuẩn phá hủy do đó nó được bảo vệ tương đốinguyên vẹn khi lắng đọng nên nó là chất mẹ để biến đổi về sau tạo thành dầu khí

Biến đổi các chất hữu cơ ban đầu thành dầu khí

Trong những điều kiện nhiệt độ, áp suất, xúc tác, thời gian kéo dài đã nêu

ở trên các thành phần hữu cơ bền vững với vi khuẩn đều bị biến đổi do các phảnứng hoá học tạo nên dầu khí

Sự di cư của dầu - khí đến các bồn chứa thiên nhiên

Dầu và khí được tạo thành thường nằm phân bố rải rác trong lớp trầm tíchchứa dầu và được gọi là đá “mẹ” Dưới tác dụng của áp suất trong các lớp trầmtích rất cao và vì những sự biến động địa chất, những dầu và khí được tạo ratrong đá “mẹ” bị đẩy ra ngoài, và buộc chúng phải di cư đến nơi mới Quá trình

di cư đó thường xảy ra trong các lớp sa thạch đá vôi hoặc các loại nham thạch có

độ rổng, xốp, còn được gọi là đá “chứa” đồng thời nó sẽ ở lại trên đó nếu cấu trúcđịa chất có khả năng giử được nó và bảo vệ nó, nghĩa là tạo được những bồnchứa thiên nhiên

Những bồn chứa thiên nhiên này là những “bẩy” (vào mà không ra đượcnữa) với cấu trúc bao giờ cũng có một tầng đá chắn ở phía trên, thường là lớp đá,bùn mịn hoặc nút muối có tác dụng giử dầu khí ở lại.

Biến đổi tiếp tục trong bồn chứa tự nhiên.

Ở giai đoạn này tính chất của dầu khí biến đổi rất ít, không đáng kể Tuynhiên, dưới ảnh hưởng của nhiệt độ, xúc tác, vi khuẩn, của phóng xạ thường vẫntrức tiếp tác động, các hợp chất hữu cơ của dầu và khí vẫn có thể tiếp tục bị biếnđổi thêm, theo chiều hướng làm tăng độ biến chất Ngoài ra, nếu các “bẩy“ chứadầu nằm không sâu lắm, tầng đá chắn không đủ khả năng bảo vệ tốt, một bộ phầndầu khí có thể bay hơi, thậm chí có thể nước xâm nhập vào làm tăng quá trìnhoxy hoá kết quả dầu lại nặng thêm, giảm mất phần nhẹ, dầu trở nên nhiều nhựa-asphalten

1.1.2 Thànhphần

1.1.2.1 Thành phần hoá học của dầu mỏ

Một cách tổng quát thì thành phần hoá học của dầu mỏ được chia thành haithành phần:

Các hợp chất hydrocacbon (HC), là hợp chất mà trong thành phần của nóchỉ chứa hai nguyên tố là cacbon và hydro

Các hợp chất phi HC, là các hợp chất mà trong thành phần của nó ngoàicacbon, hydro thì chúng còn chứa thêm các nguyên tố khác như nitơ, lưu

huỳnh, oxy

Như đã biết trong phần trước, trong thành phần của dầu mỏ thì hàm lượngcác HC luôn chiếm thành phần chủ yếu Trong thực tế thì dựa vào thành phần củacác HC trong dầu thô mà người ta quyết định các loại sản phấm được sản xuất từmột loại dầu thô cho trước, thành phần này cũng quyết định đến hiệu suất của cácloại sản phẩm

Đối với các hợp chất phi HC thì mặc dù thành phần nguyên tố của chúngkhông lớn nhưng hầu hết đây là các hợp chất có hại vì vậy trong quá trình chếbiến cần phải loại bỏ nó ra khỏi thành phần của sản phẩm do đó chúng quyết địnhđến công nghệ của nhà máy

Các hợp chất hydrocacbon của dầu mỏ

- Các hợp chất parafin;

- Các hợp chất vòng no hay các hợp chất naphten;

- Các hydrocacbon thơm hay aromatic

Các chất phi hydrocacbon

Đây là những hợp chất, mà trong phân tử của nó ngoài cacbon, hydro còn

có chứa oxy, nitơ, lưu huỳnh tức là những hợp chất hữu cơ của oxy, nitơ, lưuhuỳnh

1.1.3 Các phân đoạn dầu mỏ

Dầu mỏ, khi muốn chế biến thành các sản phẩm đều phải được chia nhỏthành từng phân đoạn hẹp với các khoảng nhiệt độ sôi nhất định Những phânđoạn này được sử dụng để sản xuất một hoặc một vài loại sản phẩm nhất địnhnên chúng được mang tên các sản phẩm đó Thông thường, dầu mỏ được chiathành các phân đoạn chính sau đây:

- Phân đoạn xăng, với khoảng nhiệt độ sôi dưới 180oC

- Phân đoạn Kerosen, với khoảng nhiệt độ sôi từ : 180-250oC

- Phân đoạn Gas-oil, với khoảng nhiệt độ sôi từ : 250-350oC

- Phân đoạn dầu nhờn (hay còn gọi phân đoạn Gasoil nặng), với khoảng

nhiệt độ sôi từ 350-500oC

- Phân đoạn cặn (Gudron), với khoảng nhiệt độ sôi > 500oC

1.1.3.1 Phân đoạn xăng

Nhiên liệu dùng cho động cơ xăng (ôtô, xe máy, xuồng máy…) được gọichung là xăng động cơ Xăng động cơ là một trong những sản phẩm quan trọngcủa công nghiệp chế biến dầu mỏ và ngày nay đã thực sự trở thành một sảnphẩm quen thuộc với con người Tuy nhiên, không phải ai cũng có thể hiểu biếtđược thật đầy đủ về xăng động cơ.

Xăng động cơ không đơn thuần chỉ là sản phẩm của một quá trình chưngcất từ một phân đoạn nào đó của dầu mỏ hay một quá trình chưng cất đặc biệtkhác Nó là sản phẩm hỗn hợp được lựa chọn cẩn thận từ một số thành phần, kếthợp với một số phụ gia nhằm đảm bảo các yêu cầu hoạt động của động cơ trongnhững điều kiện vận hành thực tế và cả trong điều kiện tồn chứa dự trữ khácnhau…

Trong tự nhiên, nhiều chất lỏng có nhiệt độ sôi ở nhiệt độ cố định, ví dụnước có nhiệt độ sôi cố định là 100 độ C ở điều kiện áp suất khí quyển, nguyênnhân nước chỉ chứa một loại phân tử với đặc tính riêng của mình

Xăng động cơ là hỗn hợp của nhiều hidrocacbon khác nhau, chưa kể mộtlượng nhỏ các chất phụ gia có trong xăng Mỗi loại phân tử hidrocabon có nhiệt

độ sôi khác nhau, chính vì vậy xăng không có nhiệt độ sôi cố định, mà sôi trongmột khoảng nhiệt độ thường nằm trong khoảng 30 – 220 độ C

Ý nghĩa thành phần cất xăng động cơ

Để đánh giá nhiệt độ sôi của xăng trong phòng thí nghiệm người ta tiến hànhchưng cất (trên thiết bị chưng cất tiêu chuẩn) 100ml xăng và ghi lại giá trị nhiệt

độ tại các điểm có độ sôi khác nhau; Khi đó các phân tử hidrocacbon khác nhautrong xăng sẽ chuyển từ dạng lỏng sang dạng khí Vì vậy tính chất sôi và bay hơicủa xăng thường được đánh giá bằng nhiệt độ sôi đầu, nhiệt độ sôi cuối và nhiệt

độ sôi tương ứng với % thể tích chưng cất đước của xăng ngưng tụ trong thiết bịchưng cất và được gọi chung là thành phần cất

Phương pháp xác định thành phần cất của xăng được tiến hành theo tiêu chuẩnASTM – D86 Sự thay đổi các giá trị nhiệt độ chưng cất sẽ ảnh hưởng tới khảnăng vận hành của động cơ.

Nhiệt độ sôi đầu: Khi tiến hành gia nhiệt 100ml mẫu xăng trong thiết bị chưngcất chuẩn, nhiệt độ tại đó giọt nhiên liệu đầu tiên được ngưng tụ và rơi xuống ốnghứng, gọi là nhiệt độ sôi đầu Giới hạn sôi đầu đến nhiệt độ sôi 10 % có ảnhhưởng đến khả năng khởi động của động cơ và nguy cơ tạo nút hơi Nếu các giátrị này quá thấp động cơ dễ dàng khởi động nguội nhưng lại khó khởi động nóng

và dễ tạo nút hơi, làm gián đoạn quá trình cung cấp xăng cho xylanh, hao hụt tồnchứa vận chuyển lớn Ngược lại, nếu 2 nhiệt độ này quá cao động cơ sẽ khó khởiđộng nguội, nhất là khi để qua đêm vào mùa đông Hai giá trị nhiệt độ này đượckhống chế trái chiều nhau, tức là quy định giá trị tối thiểu của nhiệt độ sôi đầu(30độC) và giá trị tối đa của nhiệt độ sôi 10% ( max 70) Nếu đã khống chếkhoảng áp suất hơi thì có thể không cần khống chế nhiệt độ sôi đầu

Nhiệt độ sôi cuối: Nhiệt độ cao nhất ghi được khi toàn bộ chất lỏng trong bìnhchưng đã bay hơi hết được gọi là nhiệt độ sôi cuối Khi toàn bộ lượng xăng trongbình chưng bay hơi hoàn toàn, được đánh dấu bằng việc nhiệt độ tăng nhanh kèmtheo tạo khói trong bình chưng Nhiệt độ sôi cuối đánh giá được mức độ tạo cặntrong buồng đốt, mức độ tan lẫn trong dầu bôi trơn, mức độ độc hại của khí xảđộng cơ

Nhiệt độ sôi cuối càng cao thì các khả năng trên càng lớn và ngược lại Vì vậynhiệt độ sôi cuối được khống chế ở một giá trị tối đa, thường là 215 – 220 độ C.Tuy nhiên nhiệt độ sôi cuối quá thấp, dưới 170 độ C, cũng không phải là một dấuhiệu tốt vì nó làm giảm trị số octan và tăng suất tiêu hao năng lượng của động cơ.Nhiệt độ sôi cuối còn để đánh giá mức độ lẫn các loại nhiên liệu khác (dầu hỏa,diesel) vào trong xăng trên cơ sở so sánh với mẫu lưu trong phòng thí nghiệm

Khoảng nhiệt độ sôi tương đương 10 – 90% cất được, được gọi là giới hạn sôigiữa và rất quan trọng đối với hiệu suất của động cơ khi chạy trên đường Nócũng ảnh hưởng tới khả năng tăng tốc sau khi khởi động và hạn chế hiện tượngchết máy khi dừng giữa đường Các loại xăng thường có nhiệt độ sôi 90%khoảng 170 – 200 độ C Giá trị này nếu quá thấp sẽ làm tăng suất tiêu hao nhiênliệu, giảm công suất động cơ xuống dưới mức thiết kế.

Từ điểm sôi đầu đến điểm sôi cuối, ứng với 10ml mẫu ngưng tụ (10% thểtích thu hồi) sẽ xác định được giá trị nhiệt độ (đo được trong bình ngưng) và gọi

đa của xăng nhập khẩu vào Việt Nam là 680 Theo số liệu thống kê trung bình,xăng của Petrolimex có chỉ số DI khoảng 612, riêng xăng mùa đông ở Miền Bắc

có DI khoảng 520 – 550 Như vậy có thể nói, chỉ tiêu độ bốc hơi của xăng ở ViệtNam hiện nay hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu của động cơ

Các chỉ tiêu chưng cất của xăng động cơ được quản lý bằng cách quy địnhmột giới hạn cho nhiệt độ cất tương ứng với % thể tích chưng cất cố định, hoặcgiới hạn cho % thể tích chưng cất được ở nhiệt độ cố định Giá trị phần trăm thuhồi có thể chuyển thành giá trị % bốc hơi bằng cách them vào đó giá trị % haohụt và giá trị phần trăm lượng thu hồi

Tùy theo mỗi quốc gia, việc quy định độ hóa hơi sẽ được đề ra theo nhữngyêu cầu riêng cho mùa hè, mùa đông hoặc mùa xuân… và cũng cần tính đến độ

cao về địa lý, nơi mà xăng sẽ được sử dụng.

Bảng 1.1: phương pháp thử xác định thành phần cất của xăng

NHIỆT ĐỘ CẤT

CỦA XĂNG

PHƯƠNG PHÁP THỬ

Chỉ tiêu chưng cất của xăng thường được quyết định bởi độ hóa hơi Cácchỉ tiêu đó có ảnh hưởng quan trọng đến tính năng của xăng trong bất kì động cơnào, chủ yếu là tính năng khởi động và tính năng làm ấm máy, nút hơi và tínhkinh tế của hành trình dài hay ngắn, khả năng đóng băng và khả năng làm loãngdầu bôi trơn (xảy ra đối với phần cất có nhiệt độ sôi cao) Nhiên liệu phải đủ khảnăng hóa hơi để dễ khởi động, nhanh chóng sưởi ấm động cơ và phải có độ bayhơi thích hợp để phân bố đều giữa các xylanh Mặt khác, nhiên liệu lại khôngđược quá dễ hóa hơi vì sẽ gây ra hao hụt quá mức và tạo ra nút hơi trong các ốngdẫn nhiên liệu đến động cơ, ngăn cản nhiên liệu chảy vào bộ chế hòa khí hoặc vòiphun nhiên liệu…

Để đáp ứng được các yêu cầu ngược chiều nhau như vậy, thông thường xăngphải đạt được độ hóa hơi cao hơn một chút để sử dụng trong mùa đông

- Phần đầu từ 0 đến 20% thể tích hóa hơi

- Phần đầu từ 20 đến 80% thể tích hóa hơi

- Phần đầu từ 80 đến 100% thể tích hóa hơi.

Độ hóa hơi phần đầu:

Ở điều kiện môi trường và nhiệt độ thấp chỉ có một phần nhỏ xăng bốc hơi

từ bộ chế hòa khí và được pha trộn hòa toàn với không khí trên đường đi tới xilanh Vì lí do đó mà động cơ chạy xăng được trang bị van nén không khí tayhoặc van nén tự động Khi ấn van nén không khí tại vòi nhiên liệu của bộ chếhòa khí, là để kéo vào nhiều nhiên liệu hơn Lượng hơi xăng khi đó sẽ đủ để đạtđược hỗn hợp cháy Vì vậy nhiên liệu phải có đặc điểm hóa hơi ở nhiệt độ thấpđạt yêu cầu

Mặt khác chỉ tiêu hóa hơi cũng phải đạt yêu cầu sao cho động cơ đangnóng sẽ khởi động lại được sau một thời gian ngừng hoạt động Thời gian ngừnghoạt đọng sau khi động cơ đã hoạt động ở nhiệt độ cao gọi là chu kỳ hấp thụnhiệt của nhiên liệu Nếu xăng qua dễ hóa hơi ở điều kiện đó thì quá nhiều thànhphần nhẹ sẽ mất đi, để lại nhiên liệu các thành phần tương đối khó hóa hơi Điều

đó sẽ dẫn đến việc khó khởi động lại

Nút hơi là một vấn đề có lien quan đến độ hóa hơi phần đầu và là điều kiệntrong đó một phần nhiên liệu bốc hơi tại các điểm nguy hiểm trong hệ thốngnhiên liệu, tạo nên một nút hơi làm cho bơm nhiên liệu không có khả năng xử lý.Bơm nhiên liệu phải có khả năng xử lý nhiên liệu cả ở dạng lỏng và cả ở mộtphần dạng hơi, do nhiệt độ của nhiên liệu gia tăng làm cho lượng hơi cũng tănglên

Vì bơm nhiên liệu có năng suất hạn chế, có thể đạt tới điểm tại đó bơm chỉchuyển tải toàn hơi, vì vậy sẽ không cung cấp đủ nhiên liệu dạng lỏng cho bộchế hòa khí hoặc cho hệ thống phun để giư cho động cơ hoạt động Xu hướngtạo nút hơi chịu ảnh hưởng của cả chất lượng nhiên liệu và cả độ cao mà tại đóphương tiện hoạt động

Độ hóa hơi phần giữa:

Độ hóa hơi ở phần giữa có ảnh hưởng quan trọng đến tính năng hâm nóngđộng cơ Lượng nhiên liệu hóa hơi góp đầu vào trong giai đoạn hâm nóng động

cơ thường là khoảng 50%, phần còn lại đi vào xi lanh động cơ dưới dạng hạt bụi

li ti

Vì vậy xăng cần có đủ độ hóa hơi để tạo hỗn hợp có tỉ lệ đạt yêu cầu trongcác điều kiện hoạt động khác nhau Các tính năng như khả năng đóng băng ở bộchế hòa khí, động cơ chết máy khi nóng, thay đổi tốc độ và công suất động cơ,

độ êm và tính kinh tế của hành trình ngắn và dài cũng bị ảnh hưởng bởi độ hóahơi của phần giữa

Xăng cần một nhiệt năng trước khi nó chuyển thành hơi và xăng trong bộchế hòa khí hấp thụ nhiệt năng từ môi trường và các bề mặt kim loại, chính vìvậy gây lạnh cho môi trường Do trong bộ chế hòa khí luôn có một lượng nhỏ độ

ẩm không khí , nên nó có thể bị làm đủ lạnh trong điều kiện nhất định để tạothành băng Hiện tượng đóng băng đó có thể thay đổi lưu lượng của cả xăng vàkhông khí trong bộ chế hòa khí, và có thể dẫn đến sự gia tăng chi phí nhiên liệu

và thậm chí trong trường hợp nghiêm trọng có thể gây chết máy Điều kiện tớihạn có khả năng đóng băng trong bộ chế hòa khí là gần 4ºC với độ ẩm tương đối

là trên 70% Để khắc phục tình trạng này, ngày nay phụ gia chống đóng băngđược áp dụng cho xăng

Tại thời điểm hóa hơi, nếu có quá ít xăng hóa hơi trong ống góp đầu vào đểduy trì hỗn hợp cháy, thì hỗn hợp sẽ trở nên rất nghèo, nghĩa là lượng xăngkhông đủ để đưa vào buồng đốt Kết quả là động cơ có xu hướng bị chết máy, đểthỏa mãn nhu cầu này cần phải lựa chọn được các loại xăng có đặc tính hóa hơiphù hợp và chỉ có như vậy mới đảm bảo được khả năng thay đổi tốc độ và duytrì công suất động cơ Tuy nhiên cũng còn rất nhiều vấn đề sẽ xảy ra nếu có quá

nhiều phần nhẹ trong hơi xăng tạo cho hỗn hợp nhiên liệu và không khí cho mỗimột xi lanh động cơ Trong xăng nếu có quá nhiều phần nặng sẽ khó hóa hỡi và

có thể dẫn đến sự cháy không đều và không hết Sự cháy không đều sẽ ảnhhưởng có hại đến sự hoạt động của động cơ, dễ thấy là chúng sẽ nổ không êm vànhẹ

Đối với những hành trình ngắn, tính kinh tế lien quan đến tính hâm nóngđộng cơ vì quá trình hâm nóng động cơ thể hiện một phần đáng kể của tổng sốthời gian hoạt động Giảm thiểu giai đoạn hâm nóng động cơ bằng cách có được

độ hóa hơi của phần giữa tốt, cho phép phương tiện hoạt động có hiệu quả hơn

và kinh tế hơn

Đối với những hành trình dài, tính kinh tế lại không quá phụ thuộc vào tínhnăng hâm nóng của động cơ do thời gian hâm nóng động cơ chỉ là một phầnkhông đáng kể của toàn bộ thời gian hoạt động của nó Hành trình dài sẽ có tínhkinh tế tốt hơn đối với loại xăng có nhiệt trị cao và các phân đoạn hidrocacbon

có nhiệt độ sôi cao hơn thì nặng hơn các phân đoạn nhẹ và mức hóa hơi thấp hơn

là điều mong muốn là hành trình dài có tính kinh tế Rõ rang có một sự thỏa mãn

để đáp ứng những yêu cầu về tính năng khác nhau là điều cần thiết

Độ hóa hơi phần cuối:

Các phần nặng của hỗn hợp xăng cần được kiểm soát một cách cẩn thận

Để tính kinh tế của hành trình đường dài tốt thì điểm cất 90% và nhiệt độ sôicuối cần phải cao Mặt khác khả năng pha loãng dầu bôi trơn trong hộp cácte, kếtcặn trong động cơ, tạo nhựa, nhiễm bẩn bugi có thể làm giảm đi được nhờ độhóa hơi của phần cuối cao hơn

Yêu cầu kĩ thuật quy định cho quá trình sản xuất xăng động cơ là kết quảcủa sự thỏa hiệp các yêu cầu nói trên

1.1.3.2 Phân đoạn diezen

Nhiên liệu diezen, thường viết tắt la DO Nhiên liệu diezen kà một loạinhiên liệu lỏng, nặng hơn dầu lửa và xăng, sử dụng chủ yếu cho động cơ diezen(đường bộ, đường sắt, đường thủy) và một phần được sử dụng cho các tua bin khí(trong công nghiệp phát điện, xây dựng…).

Nhiên liệu diezen được sản xuất chủ yếu từ phân đoạn gasoil và là sảnphẩm chưng cất của quá trình chưng cất dầu mỏ, có đầy đủ tính chất lý hóa phùhợp cho động cơ diezen mà không cần áp dụng các quá trình biến đổi hóa họcphức tạp

Các tiêu chuẩn của các sản phẩm dầu mỏ nói chung đều phải bao gồm cácgiới hạn để khẳng định các sản phẩm có độ hóa hơi phù hợp

Yêu cầu vào độ bay hơi của nhiên liệu phụ thuộc vào thiết kế, kích thước,bản chất của sự thay đổi tốc độ và tải trọng của động cơ Nó cũng phụ thuộc vào

sự khởi động và điều kiện khí quyển Đối với những động cơ của những phươngtiện có sự thay đổi thường xuyên về tốc độ và tải trọng nhhư hoạt động của ôtô và

xe tải thì nhiên liệu càng có độ bay hơi lớn càng có tính năng tốt, đặc biệt là vềkhói và mùi Tuy nhiên cần xem xét thêm về hiệu quả kinh tế, nhất là khi diezenđược chế tạo từ các phần nặng hơn…

Độ bay hơi thích hơp của diezen thay đổi theo tốc độ và kích thước củađộng cơ Nhiên liệu có độ bay hơi quá thấp sẽ làm giảm công suất của động cơ,tăng mức hao phí nhiên liệu diêzen khả năng hao phí nguyên tử hóa kém Ngượclại, nhiên liệu có độ bay hơi quá cao cũng làm giảm công suất, hiệu suất của động

cơ nhưng là do tạo nút hơi trong hệ thống nhiên liệu và kim phun không cung cấpđều đặn nhiên liệu với kích thước hạt phù hợp vào buồng đốt

Nói chung, giới hạn sôi của nhiên liệu càng thấp càng tốt miễn là khôngảnh hưởng tới nhiệt độ chớp cháy, đặc tính cháy, nhiệt trị và độ nhớt ccủa nhiênliệu

Nhiệt độ sôi 10%: đặc trưng cho phần nhẹ dễ bốc hơi của nhiên liệu Nhiệt độ

sôi 10% quá cao sẽ gây hiện tượng động cơ khó khởi động

Nhiệt độ sôi 50%: hiện nay còn gọi là nhiệt độ sôi trung bình là chỉ tiêu hay

dùng nhất khi đánh giá nhiên liệu diezen Nó là chỉ tiêu đặc chưng cho tính năngthay đổi tốc độ của động cơ

Đối với các động cơ diezen cao tốc, nhiên liệu có điểm sôi trung bình caohơn 302ºC khi cháy sẽ tạo nhiều khói trong khí xả, khí xả có mùi khó chịu, tạonhiều cặn trong động cơ… Trái lại, diezen có điểm sôi trung bình quá thấp thìthường có độ nhớt thấp và nhiệt trị thấp Vì vậy nhiên liệu có điểm sôi trung bìnhtrong giới hạn 232 – 290 ºC là phù hợp nhất đối với phần lớn động cơ diezen caocấp Đối với các động cơ có tốc độ thấp hơn thì giới hạn nhiệt độ trên đây cũngrộng hơn

Nhiệt độ sôi 90% và điểm sôi cuối: đặc trưng cho khả năng cháy hoàn toàn của

nhiên liệu

Nếu nhiệt độ sôi 90% và sôi cuối thấp có tác dụng làm giảm cặn và giảmmức độ lẫn nhiên liệu vào dầu bôi trơn

Nếu nhiệt độ sôi 90% và sôi cuối quá cao thì nhiên liêu cháy không hếtthải ra ngoài nhiều gây ô nhiễm môi trường và làm tăng tiêu hao nhiên liệu, giảmtuổi thọ động cơ.

1.2 Phương pháp xác định thành phần cất ở áp suất khí quyển

1.2.1 Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định phương pháp chưng cất sản phẩm dầu mỏ ở áp suất khí quyển, sử dụng bộ thiết bị chưng cất của phòng thí nghiệm để xác định vùng sôi đặc trưng của các sản phẩm tự nhiên, các sản phẩm chưng cất nhẹ trung bình, các loại nhiên liệu động cơ ô tô, xăng hàng không, nhiên liệu tuốc bin hàng không, các loại nhiên liệu điêzen, dầu hỏa

Phương pháp này áp dụng cho việc phân tích các nhiên liệu chưng cất,không áp dụng cho các sản phẩm có chứa lượng cặn đáng kể

Phương pháp này quy định cho cả thiết bị chưng cất thủ công và chưng cất

Các biểu hiện đặc trưng của sự phân hủy nhiệt là sự tạo thành hơi và các sốđọc của nhiệt kế không ổn định thường bị giảm xuống sâu mỗi lần điều chỉnh lạiviệc cấp nhiệt.

Điểm khô, là số đọc của nhiệt kế đã hiệu chỉnh quan sát được ngay khigiọt chất lỏng cuối cùng (không tính đến các giọt hoặc màng chất lỏng còn bámtrên thành bình hoặc trên bộ cảm ứng nhiệt) bay hơi khỏi điểm thấp nhất của bìnhcất

Điểm cuối (điểm sôi cuối) nói chung được dùng nhiều hơn điểm khô.Điểm khô có thể được báo cáo khi liên quan đến các loại naphta dùng cho cácmục đích đặc biệt, ví dụ trong sản xuất sơn, tuy nhiên thuật ngữ điểm khô đượcdùng thay thế cho điểm cuối (điểm sôi cuối) khi do bản chất của mẫu mà độchính xác của điểm cuối không thể phù hợp với các yêu cầu quy định về độ chínhxác

Sự ngưng đọng học, là một lượng nhiên liệu ở cổ bình, nhánh bình và ốngngưng trong suốt quá trình chưng cất

Hiệu ứng của phần thân, là phần thêm vào số đọc nhiệt độ khi dùng nhiệt

kế thủy ngân nhúng ngập toàn phần mà chỉ nhúng một phần

Giải thích cách nhúng một phần là một phần cột thủy ngân nhô ra ở tạinhiệt độ thấp hơn nhiệt độ của phần nhúng ngập dẫn đến cột thủy ngân hạ xuống

Sự hao hụt từ đầu đến cuối, là sự thất thoát do bay hơi trong quá trìnhchuyển mẫu từ ống đứng sang bình chưng cất, sự thất thoát hơi trong quá trìnhchưng cất và hơi không ngưng trong bình tại điểm cuối khi chưng cất.

Điểm sôi đầu, là số đọc của nhiệt kế đã hiệu chỉnh quan sát được ngay khigiọt đầu tiên của chất ngưng rơi xuống từ đầu dưới của ống ngưng

Phần trăm bay hơi, là tổng số của phần trăm cất được và phần trăm haohụt

Phần trăm hao hụt (hao hụt quan sát được), là hiệu số của 100% trừ đitổng phần trăm thu hồi

Hao hụt đã hiệu chỉnh là phần trăm hao hụt đã hiệu chỉnh đối với áp suấtcủa khí áp kế

Phần trăm cất được là thể tích của chất ngưng quan sát được trong ốnghứng, tính bằng phần trăm thể tích nạp ứng với số đọc nhiệt độ tại thời điểm đó

Phần trăm thu hồi, là phần trăm cất được tối đa quan sát được

Phần trăm thu hồi đã hiệu chỉnh, là phần trăm hứng được cộng với chênh lệchgiữa hao hụt quan sát được với và hao hụt đã hiệu chỉnh

Tổng phần trăm thu hồi, là tổng của phần trăm hứng được và phần trămcặn trong bình cất

Phần trăm cặn, là thể tích cặn trong bình cất và tính theo phần trăm thể tíchnạp

Dụng cụ đo nhiệt độ, là nhiệt kế và bộ cảm ứng nhiệt

Số đọc nhiệt độ, là nhiệt độ nhận được bằng dụng cụ hoặc hệ thống đonhiệt độ bằng số đọc nhiệt kế

Số đọc nhiệt kế, là nhiệt độ của hơi bão hòa đo được ở cổ bình cất dướiống hơi

1.2.3 Tóm tắt phương pháp

Dựa trên thành phần, áp suất hơi, điểm sôi đầu hoặc điểm cuối dự kiến,hoặc sự kết hợp của chúng, mẫu được xếp vào một trong năm nhóm Việc bố tríthiết bị, nhiệt độ ngưng và các thông số vận hành khác được xác định theo từngnhóm và mẫu thuộc về nhóm đó.

Chưng cất 100ml mẫu dưới các điều kiện quy định cho loại mẫu đó Việcchưng cất được thực hiện bằng bộ thiết bị chưng cất của các phòng thử nghiệm,tại áp suất điều kiện môi trường quy định, để đưa ra một bảng lý thuyết về phânđoạn gần đúng Tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng số liệu, thực hiện đều đặn việcđọc nhiệt độ và thể tích chất ngưng, thể tích cặn và thất thoát cũng được ghi lại.Phải làm lại phép thử nếu bất kì một điều kiện nào không phù hợp

Thông thường các kết quả thử được thể hiện là phần trăm bay hơi hoặcphần trăm cất được ứng với nhiệt độ tương ứng hoặc trong các bảng, trên đồ thịđường cong chưng cất

1.2.4 ý nghĩa sử dụng

Từ trước đến nay ngành công nghiệp dầu mỏ vẫn áp dụng phương phápchưng cất là phương pháp cơ bản để xác định dải sôi của dầu mỏ Do phươngpháp được áp dụng trong một thời gian dài như vậy nên có một lượng lớn cơ sở

số liệu lưu trữ để dự đoán độ nhạy tối đa đối với sản phẩm và quá trình chế biến

Các đặc tính chưng cất (tính bay hơi) của các hidrocacbon thường có ảnhhưởng quan trong đến an toàn và tính năng sử dụng của chúng, đặc biệt đối vớicác loại nhiên liệu và dung môi Dựa vào dải sôi có thể biết có thể biết được cácthông tin về thành phần, tính chất và cách bảo quản và sử dụng nhiên liệu Tínhbay hơi là một yếu tố chính để xác định xu hướng khả năng tạo hơi nổ của hỗnhợp hidrocacbon

Các đặc tính chưng cất là đặc biệt quan trọngcho cả xăng ôtô và xăng hàngkhông, ảnh hưởng đến sự khới động máy, gây nóng máy và xu hướng tạo nút hơi

ở nhiệt độ vận hành cao hoặc ở độ cao lớn hơn Sự có mặt của các thành phần cóđiểm sôi cao trong các loại nhiên liệu có ảnh hưởng đáng kể đến sự tạo thành cặncháy cứng.

Do tính bay hơi ảnh hưởng đến tốc độ bay hơi nên cũng là một yếu tố quantrọng khi dùng nhiều dung môi, đặc biệt những loại dùng cho sơn

Thông thường trong các tiêu chuẩn, hợp đồng mua bán, quy trình lọc dầu kiểmtra và các quy định phù hợp đều quy định các giới hạn chưng cất

1.2.5 Thiết bị

Các thành phần chính của thiết bị chưng cất, ống ngưng và bể làm lạnh,tấm chắn hoặc lớp bọc bình cất, nguồn nhiệt, tấm đỡ, dụng cụ đo nhiệt độ và ốnghứng phần cất

Ngoài ra, nếu các thiết bị tự động còn được trang bị hệ thống tự động đo,ghi nhiệt độ và thể tích cất được trong ống hứng.

Nếu dùng nhiệt kế thủy ngân thì phải nạp đầy khí trơ, trên thân có vạchmức và tráng men

Các nhiệt kế đã sử dụng trong thời gian dài ở nhiệt đọ trên 370 độ C sẽkhông được dùng lại nếu không kiểm tra điểm băng Khi số đọc nhiệt độ quan sátđược bằng 370 độ C thì nhiệt độ trong bình thủy tinh sẽ tiến dần tới điểm tới hạn,nhiệt kế có thể mất chính xác

Thiết bị định tâm cho bộ cảm biến nhiệt độ

Bộ cảm biến nhiệt được lắp xuyên qua bộ phận đã được thiết kế vừa khít

để đặt bộ cảm biến ở giữa cổ bính cất, không bị hở khí Khi tiến hành phép thửbằng phương pháp thủ công, các sản phẩm có điểm sôi đầu thấp có thể có mộthoặc nhiều số đọc bị mờ do các thiết bị định tâm che khuất

Từ năm 1999 trở lại đây khi chế tạo các thiết bị tự động, người ta lắp thêmmột thiết bị đóng ngắt điện tự động vào thiết bị và trong trường hợp có cháy, sẽphun khí trơ hoặc hơi vào trong khoang có bình cất

Một vài nguyên nhân gây cháy là bình cất bị nứt, đoản mạch và do sự nổibọt và tràn mẫu nhiên liệu qua đỉnh bình cất

Khí áp kế - Thiết bị đo áp suất có khả năng đo chính xác đến 0,1kPa(1mmHg) hoặc cao hơn, tại cùng độ cao tương ứng với mực nước biển của thiết

bị trong phòng thí nghiệm Không chấp nhận các số đọc từ các hộp đo khí ápthông dụng ví dụ các loại dùng để đo ở các trạm khí tượng, sân bay vì các hộp đonày đã được hiệu chỉnh trước để cho kết quả áp suất ứng với mực nước biển

1.2.6 Lấy mẫu, bảo quản và luyện mẫu

Đặc tính của nhóm tương ứng với mẫu thử, quy trình cất mẫu sẽ phụ thuộcvào nhóm đã xác định.

Nhóm 1 - Lấy mẫu như trên ở nhiệt độ dưới 10 độ C Nếu không thực hiệnđược, ví dụ cho sản phẩm được lấy mẫu đang ở nhiệt độ môi trường thì đổ mẫuvào bình chứa đã làm lạnh trước đến dưới 10 độ C sao cho bị xáo trộn ít nhất.Đóng kín ngay bình mẫu

Không đổ đầy và gắn bình mẫu lạnh vì có thể bị vỡ khi nóng dần lên

Nhóm 2, 3, 4 - Lấy mẫu ở nhiệt độ môi trường Sau khi lấy mẫu đóng kínngay bình mẫu

Nếu phòng thử nghiệm nhận mẫu do người khác lấy và dù không rõ việclấy mẫu có theo quy định trên không thì mẫu vẫn coi là lấy theo điều đó

1.2.6.2 Bảo quản mẫu

Nếu không tiến hành thử nghiệm ngay sau khi lấy mẫu thì phải bảo quảnmẫu tránh khỏi ánh sáng trực tiếp hoặc nguồn nhiệt trực tiếp

Nhóm 0 - Bảo quản mẫu trong tủ lạnh dưới 5 độ C

Nhóm 1 - Bảo quản mẫu ở dưới nhiệt độ 10 độ C Nếu không có hoặckhông đủ thiết bị để bảo quản mẫu dưới 10 độ C thì có thể bảo quản mẫu dưới 20

độ C, với điều kiện là thử nghiệm viên đảm bảo rằng bình chứa mẫu được đóngkín và không bị rò rỉ

Nhóm 2 - Bảo quản mẫu ở nhiệt độ dưới 10 độ C Nếu không có hoặckhông đủ thiết bị để bảo quản mẫu dưới 10 độ C thì có thể bảo quản mẫu dưới 20

độ C, với điều kiện là thử nghiệm viên đảm bảo rằng bình chứa mẫu được đóngkín và không bị rò rỉ

Nhóm 3 và 4 - Bảo quản mẫu ở nhiệt độ môi trường, hoặc thấp hơn

1.2.6.3 Luyện mẫu trước khi phân tích

Trước khi mở bình chứa mẫu phải đưa mẫu về nhiêt độ:

Nhóm 0 - dưới 5 độ C (40độ F)

Nhóm 1,2 - dưới 10 độ C (50 độ F)

Nhóm 3,4 - Trước khi phân tích nếu ở nhiệt độ môi trường thì mẫu không ở dạnglỏng, thì phải gia nhiệt đến nhiệt độ từ 9 đến 21 độ C trên điểm đông đặc củamẫu Nếu mẫu đặc hoàn toàn hoặc một phần thì sau khi nóng chảy phải lắc mạnhcho mẫu đồng nhất trước khi mở nắp bình chứa mẫu

Nếu nhìn thấy có nước trong mẫu thì mẫu đó không phù hợp để thửnghiệm Nếu mẫu không khô thì lấy mẫu khác không chứa nước lơ lửng để thử.Trong trường hợp không lấy được mẫu không có nước:

Nhóm 0, 1, 2 – Có thể loại nước lơ lửng bằng cách duy trì mẫu ở nhiệt độ 0đến 10 độ C, cho vào 100ml mẫu khoảng 10g natri sunfat khan, lắc khoảng 2phút, sau đó để lắng khoảng 15 phút Khi nhìn mẫu thấy không có nước, dùngphần mẫu đã gạn, duy trì nhiệt độ ở 1 đến 10 độ C để phân tích Trong báo cáothử ghi rõ mẫu thử đã được làm khô bằng cách cho thêm chất làm khô

Nước lơ lửng trong các mẫu đục thuộc nhóm 1,2 có thể loại bằng cách chothêm natri sunfát khan và tách phần mẫu lỏng ra khỏi chất làm khô theo cách gạn

mà không ảnh hưởng mang tính thống kê đến kết quả phép thử

Nhóm 3 và 4 – Có thể loại nước lơ lửng bằng cách lắc mẫu với natri sunfatkhan hoặc chất làm khô thích hợp và sau đó gạn để tách mẫu ra khỏi chất làmkhô Trong báo cáo thử ghi rõ mẫu thử đã được làm khô bằng cách cho thêm chấtlàm khô

1.2.7 Chuẩn bị thiết bị

Chọn bình cất tương ứng, thiết bị đo nhiệt độ, tấm đỡ bình cất theo chỉ dẫntừng nhóm Đưa nhiệt độ của ống hứng, bình cất và bể ngưng đến nhiệt độ quyđịnh

Chuẩn bị để nhiệt độ của bể ngưng và ống hứng được duy trì ở nhiệt độquy định Ống hứng được đặt trong bể sao cho hoặc mức chất lỏng cao ít nhấtđến vạch 100ml hoặc toàn bộ ống hứng được bao quanh bằng buồng tuần hoànkhông khí

Nhóm 0, 1, 2 và 3 – Môi trường thích hợp để tạo bể có nhiệt độ thấp nhưngkhông hạn chế là đá vụn và nước, nước muối lạnh và etylen glicol lạnh và nhữngchất khác

Nhóm 4 - Biện pháp thích hợp để tạo bể có nhiệt độ môi trường hoặc caohơn nhưng không hạn chế là nước lạnh, nước nóng và etylen glicol đã hâm nóng.Loại bỏ chất lỏng đã đóng cặn trong ống ngưng bằng cách lấy một miếng vảimềm, không sơ buộc vào dây thép và thông

1.2.8 Cách tiến hành

Ghi lại áp suất hiện hành

Nhóm 0, 1, 2 - Lắp nhiệt kế có dải đo thấp xuyên qua nút bấc đặc, nút cao

su silicon hoặc vật liệu pôlime tương đương, nút được lắp khít cổ bình chứa mẫu

và đưa nhiệt độ đến nhiệt độ quy định

Nhóm 0, 1, 2, 3 và 4 - Kiểm tra nhiệt độ mẫu theo quy định, đổ mẫu đếnchính xác vạch 100ml của ống hứng và chuyển toàn bộ lượng mẫu đó vào bìnhcất, cẩn thận không cho chất lỏng chảy vào ống hơi

Nhóm 3 và 4 - Nếu mẫu không lỏng ở nhiệt độ môi trường thì phải gianhiệt trên điểm chảy của mẫu trước khi phân tích Nếu mẫu đặc hoàn toànhoặc một phần thì phải lắc mạnh sau khi chảy và trước khi lấy mẫu để đảmbảo mẫu đồng nhất.Trước khi phân tích gia nhiệt cho ống hứng mẫu đến nhiệt

độ xấp xỉ nhiệt độ của mẫu, rót mẫu đã hâm nóng đến đúng vạch 100ml của ốnghứng và chuyển toàn bộ lượng mẫu đó vào bình cất, cẩn thận không cho chấtlỏng chảy vào ống hơi

Nhiên liệu bay hơi trong quá trình chuyển mẫu thì sẽ góp phần vào lượngthất thoát, nhiên liệu lưu trong ống hứng sẽ góp phần vào thể tích thu hồi tại thờiđiểm của điểm sôi đầu

Nếu mẫu thể hiện sự sôi không bình thường, tức là sôi mạnh, cho thêm mộtvài hạt tâm sôi vào mẫu Việc cho thêm này có thể chấp nhận đối với bất kỳ loạichưng cất nào

Lắp bộ cảm biến nhiệt qua nút bình cất đặt bộ cảm biến ở giữa cổ bình cất.Trong trường hợp dùng nhiệt kế thì bầu nhiệt kế nằm ở giữa cổ bình cất và điểmthấp hơn của mao quản ở ngang mức với điểm cao nhất ở đáy thành trong củaống hơi.Trong trường hợp dùng cặp nhiệt điện hoặc nhiệt kế điện trở thì lắp đặttheo hướng dẫn của nhà chế tạo Nếu dùng mỡ chân không để bôi trên bề mặt củathiết bị định tâm thì phải dùng lượng mỡ càng ít càng tốt