các chỉ tiêu về dấu mỏ

YÊU CẦU : Yêu cầu quan trọng của nhiên liệu phản lực là cần phải có tốc độ cháy cao, dễ dàng tự bốc cháy, có nhiệt năng lớn, cháy điều hòa, có ngọn lửa ổn định không bị tắt trong dòng kh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

TRUNG TÂM CÔNG NGHỆ HÓA



ĐỀ TÀI:

TP.HCM, tháng 3 năm 2009

KHẢO SÁT TÌNH CHẤT HÓA HỌC CỦA NHIÊN LIỆU PHẢN LỰC VÀ DẦU HỎA

A NHIÊN LIỆU PHẢN LỰC (XĂNG MÁY BAY):

I KHÁI NIỆM :

Nhiên liệu phản lực chủ yếu được pha chế từ những thành phần cất trực tiếp nên chúng không chứa olefin (hợp chất không no) lượng hydrocacbon cũng bị hạn chế vì chúng cháy không sạch, gây khói và tạo cặn cacbon trong động cơ

Nhiên liệu phản lực là một loại sản phẩm được chưng cất từ dầu mỏ và được dùng cho các loại máy bay, tên lửa, phi thuyền, có sử dụng động cơ phản lực kiểu tuabin khí

II YÊU CẦU :

Yêu cầu quan trọng của nhiên liệu phản lực là cần phải có tốc độ cháy cao,

dễ dàng tự bốc cháy, có nhiệt năng lớn, cháy điều hòa, có ngọn lửa ổn định không

bị tắt trong dòng không khí có tốc độ xoáy lớn

Ngoài yêu cầu về nhiệt cháy, một yêu cầu khác không kém phần quan trọng

là trong thành phần nhiên liệu phải đảm bảo sao cho khi cháy hoàn toàn không tạo cặn cốc bám trong buồng đốt Về mặt này sự có mặt của các hydrocacbon aromatic gây ra sự tạo cốc dễ nhất, vì vậy trong thành phần nhiên liệu động cơ phản lực phải hạn chế hàm lượng hydrocacbon aromatic ở mức dưới 20%

Trị số octan bằng hoặc lớn hơn 100, ngoài ra phải đảm bảo trị số octan khi hỗn hợp cháy thiếu xăng, thừa không khí và hỗn hợp cháy thừa xăng, thiếu không khí

Nhiên liệu tiêu chuẩn để xác định chỉ số octan bao gồm hai hợp phần :

- Hợp phần n-heptan (n-C7H14) : có tính chống kích nổ kém, quy ước trị số octan bằng 0

- Hợp phần iso-octan (2,2,4 tri metyl pentan) : có tính chống kích nổ tốt, quy ước trị số octan bằng 100

Động cơ máy bay khi làm việc có hai quá trình : quá trình cất cánh bao giờ cũng sử dụng công suất tối đa, lượng xăng trong hỗn hợp phải được tăng tối đa (gọi

là hỗn hợp giàu)

Thành phần chưng cất phân đoạn của xăng máy bay phải lấy hẹp (từ 40 cho đến 180oC) để tránh có nhiều cấu tử nhẹ tạo nút hơi trong hệ thống cấp liệu, và có nhiều cấu tử nặng, vì khi cháy sẽ cháy không hoàn toàn tạo cặn

Hàm lượng olefin phải thấp (<3%) để tránh sự trùng hợp tạo nhựa, làm cho xăng bị biến màu và không bảo quản được lâu

III MỘT SỐ TIÊU CHUẨN CỦA NHIÊN LIỆU PHẢN LỰC :

Vì các máy bay phản lực đều hoạt động trên cao, áp suất khí quyển giảm mạnh, để tránh tạo nút hơi do sự bốc hơi quá nhanh trong ống dẫn, nhiên liệu phải

có áp suất hơi nằm giữa 140 – 219g/cm2

Lưu tính của nhiên liệu phản lực có ý nghĩa quan trọng hơn ở xăng, vì độ an toàn của máy bay ở trong không trung, vì máy bay thường bay ở độ cao khoảng 10km với nhiệt độ âm bốn năm mươi độ bách phân, thậm chí ở -60oC, nghĩa là thùng đựng xăng của máy bay phản lực không siêu âm có thể lạnh đến -30 đến -40oC Nhiên liệu phản lực phải giữ được lưu tính cần thiết ở nhiệt độ thấp đó, cụ thể phải có nhiệt độ hoá đục rất thấp, có độ nhớt nhỏ; muốn thế phải có tỷ khối không quá cao, chứa rất ít parafin nặng, gần như không chứa nước, vì độ hoà tan của nước giảm nhanh khi hạ nhiệt độ

Bảng tóm tắt một số chỉ tiêu của nhiên liệu phản lực :

Đại lượng (phương pháp xác định) Giá trị

Trị số axit (ASTM D3242) ≤0,015 mgKOH/g

Olefin (ASTM D1319) ≥ 5%V

Aromatic (ASTM D1319) ≤ 20%V

Lưu huỳnh tổng (ASTM D 1266) ≤ 0,30%

Lưu huỳnh mercaptan (ASTM D 3227) ≤ 0,002%

Doctor test (ASTM D 235) Không

Đường chưng cất (ASTM D 86) T10 ≤204 độ C; T100 ≤ 300 độ C

Nhiệt độ chớp lửa (ASTM D 3828) ≥ 38 độ C

Khối lượng riêng ở 15 độ C (ASTM D1298) 0,775 – 0,840 g/ml

Nhiệt độ chảy (ASTM D 2386) ≤ -47 độ C

Độ nhớt ở -20 độ C (ASTM D 445) ≤ 8cSt

Nhiệt cháy dưới (ASTM D 2382) ≤ 42,8kJ/g

Điểm khói (ASTM D 1322) ≥ 25mm

Trị số phát sáng (ASTM D 1740) ≥ 45

Độ ăn mòn tấm đồng (ASTM D 130) 2 giờ ở 100 độ C, ≤ 1

Độ bền oxy hoá nhiệt (ASTM D 3214) ∆P ≤ 25,0mmHg

Gôm thực tế (ASTM D 381) ≤ 7mg/100ml

Lượng nước cho phép (ASTM D 1094) ≤ 1b

Độ dẫn điện (ASTM D 2624) 50-450 pS/m

1 Nhiệt độ (điểm) vẩn đục, đông đặc, kết tinh.

a) Nhiệt độ (điểm) vẩn đục - ASTM D 2500 : là nhiệt độ mà tại đó nhiên

liệu bắt đầu vẩn đục do tạo thành những hạt nước, những tinh thể nước đá, benzen hay parafin nhỏ li ti Khi hiện tượng này xảy ra nhiên liệu đang từ chỗ trong suốt trở thành mờ đục

Phạm vi áp dụng :

Phương pháp này chỉ được áp dụng cho các sản phẩm dầu mỏ sáng màu (có chỉ số màu nhỏ hơn 3,5 theo ASTM D1500) và có điểm vẫn đục dưới 49oC

Mục đích và ý nghĩa :

Nhằm xác định nhiệt độ vẫn đục của các sản phẩm dầu mỏ sáng màu Điểm vẩn đục của sản phẩm dầu mỏ là nhiệt độ thấp nhất mà sản phẩm vẫn còn được sử dụng

Tóm tắt phương pháp :

Mẫu thử nghiệm được làm lạnh với tốc độ quy định và được kiểm tra định kỳ Nhiệt độ mà tại đó bắt đầu xuất hiện đám mây (vẩn đục) ở đáy ống thử nghiệm được ghi nhận là điểm vẩn đục (cluod point)

Báo cáo kết quả :

Báo cáo nhiệt độ vẩn đục đã xác định ở trên chính xác đến 1oC

b) Nhiệt độ đông đặc hay điểm chảy – ATSM D 97/TCVN 3753 : là nhiệt

độ mà tại đó sản phẩm dầu lỏng mất tính linh động trong điều kiện xác định và trở nên đông cứng lại

Phạm vi ứng dụng :

Phương pháp này được áp dụng đo điểm chảy cho mọi sản phẩm dầu mỏ

Mục đích và ý nghĩa :

Điểm đông đặc là nhiệt độ mà tại đó mẫu nhiên liệu mất đi tính linh động, dựa vào điểm đông đặc có thể dự đoán được thành phần các parafin có trong mẫu nhiên liệu nhiều hay ít

Điểm đông đặc có ý nghĩa rất quan trọng trong vận chuyển, tồn trữ sản phẩm Điểm đông đặc có giá trị càng cao thì có nguy cơ gây nghẹt lọc, hư hỏng bơm…

Tóm tắt phương pháp :

Trước khi xác định, mẫu được gia nhiệt trước và sau đó mẫu được làm lạnh với tốc độ được quy định và kiểm tra đặc tính chảy của mẫu thử (cứ giảm 3oC kiểm tra 1 lần) Điểm chảy là nhiệt độ thấp nhất mà ở nhiệt đó vẫn quan sát thấy mẫu linh động

Báo cáo kết quả :

Điểm chảy báo cáo là nhiệt độ quan sát được trong phép thử cộng thêm 3oC

c) Nhiệt độ kết tinh – ASTM D 2386/TCVN 7170 : để đảm bảo tính lưu

chuyển tốt, yêu cầu nhiên liệu phản lực đặc biệt phải có độ kết tinh tùy từng loại là

từ -40oC hoặc -47oC trở xuống

Ở nhiệt độ âm, nước hoà tan có thể kết tinh Những tinh thể nước đá có thể làm tắc bộ lọc ở máy bay Việc hạn chế lượng nước có trong nhiên liệu khó hơn việc làm tăng độ tan của nước, do làm giảm nhiệt độ kết tinh nước Có thể tránh bớt

sự kết tinh nước bằng cách dùng chất phụ gia chống nước kết tinh Chúng thường là

các chất lưỡng chức ête-rượu dùng ở hàm lượng nhỏ hơn 1500ppm như tetrahydrfurfurol

Đồng thời yêu cầu nghiêm ngặt không để lẫn nước trong nhiên liệu Tạp chất nước được xác định theo các chỉ tiêu: phản ứng nước và trị số tách nước

Phạm vi ứng dụng :

Tiêu chuẩn này quy định phương pháp xác định nhiệt độ mà khi thấp hơn nhiệt độ này trong nhiên liệu tuốc bin hàng không và xăng máy bay các tinh thể hydrocacbon rắn có thể hình thành

Mục đích và ý nghĩa :

Điểm kết tinh của nhiên liệu hàng không là nhiệt độ thấp nhất mà tại đó vẫn chưa xuất hiện các tinh thể hydrocacbon trong nhiên liệu

Các tinh thể hydrocacbon có khả năng làm nghẹt hệ thống lọc trên máy bay,

vì thế nhiệt độ kết tinh phải luôn thấp hơn nhiệt độ hoạt động của buồng chứa nhiên liệu trên máy bay trong suốt quá trình hoạt động

Tóm tắt phương pháp :

Mẫu được làm lạnh và khuấy với tốc độ được quy định và theo dõi hiện tượng kết tinh của các tinh thể hydrocacbon, khi quan sát thấy hiện tượng kết tinh xảy ra (xuất hiện hiện tượng đục) thì lấy mẫu ra khỏi bể làm lạnh để nhiệt độ tăng trỏ lại Nhiệt độ mà tại đó các tinh thể biến mất (mẫu trong trở lại) gọi là điểm kết tinh (cao hơn nhiệt độ đầu 3oC)

Báo cáo kết quả :

Điểm kết tinh báo cáo là nhiệt độ quan sát được chính xác đến 0,5oC

2 Hàm lượng nhựa thực tế - ASTM D381/TCVN 6593.

Hàm lượng nhựa là lượng nhựa tạo thành trong nhiên liệu do quá trình oxy hóa dưới tác dụng của khí oxy ở áp suất và nhiệt độ cao, trong dụng cụ thí nghiệm chuyên dụng Theo tiêu chuẩn sự oxy hóa ở 100oC và áp suất khí oxy là 7kg/cm2

trong một khoảng thời gian xác định

Hàm lượng nhựa đo bằng mg/100ml là chỉ tiêu gián tiếp đánh giá tính ổn định của xăng máy bay và nhiên liệu phản lực khi bảo quản lâu trong bồn chứa Hàm lượng nhựa càng cao thì tính ổn định của nhiên liệu càng kém Quy định hàm lượng nhựa không được vượt quá một giới hạn cho phép Nếu vượt quá giới hạn này chứng tỏ tính ổn định của nhiên liệu quá kém không thể tiếp tục dùng làm nhiên liệu cho máy bay

Phạm vi áp dụng :

Phương pháp này được sử dụng để xác định hàm lượng nhựa có trong xăng ôtô và nhiên liệu hàng không

Nó cung cấp cho ta phương thức xác định hàm lượng nhựa có trong xăng ôtô

Mục đích ý nghĩa :

Ý nghĩa thật sự của phương pháp này cho việc xác định hàm lượng nhựa có trong xăng ôtô thì không được thiết lập một cách vững chắc Nó chứng minh rằng hàm lượng nhựa cao là nguyên nhân gây nên hiện tượng lắng đọng trên hệ thống cảm ứng và làm nghẹt van Và trong hầu hết các trường hợp, hàm lượng nhựa thấp cũng gây khó khăn cho hệ thống cảm ứng

Mục đích chính của phương pháp là đo đạc khả năng bị oxi hóa của mẫu sản phẩm trong điều kiện thông thường trong một chu kỳ

Nhiều chủng loại xăng được pha trộn từ dầu khó bay hơi và phụ gia, việc trích ly từng bước bằng n-heptan là cần thiết để loại bỏ hết những phần có thể bay hơi, phần còn lại được xem như là hàm lượng nhựa

Tóm tắt phương pháp :

Đo lượng nhiên liệu còn lại sau khi đã làm bay hơi bằng việc điều khiển nhiệt độ và dòng không khí hoặc hơi Đối với xăng máy bay thì kết quả báo cáo là lượng mẫu (mg) còn lại trên 100ml mẫu, còn đối với xăng ôtô thì kết quả báo cáo là phần còn lại sau khi đã trích bằng n-heptan với đơn vị là mg/100ml

Báo cáo kết quả :

Tính toán hàm lượng nhựa thực tế có trong nhiên liệu tuabin

Trọng lượng được cân với hai đĩa (double-pan) cân:

A = 2000(B – D) Khối lượng được cân với 1 đĩa (singble-pan) cân:

A = 2000(B – D + X – Y)

3 Nhiệt độ chớp cháy cốc kín – ASTM D 93/TCVN 2693.

Bình nhiên liệu máy bay phản lực không siêu âm có thể thiết kế với thể tích không quá hạn chế, nên nhiệt cháy khối lượng là đặc trưng được chú ý, trong khi đó người ta phải quan tâm nhiều hơn đến nhiệt cháy thể tích ở các máy bay phản lực siêu âm, vì ở đây thể tích bình nhiên liệu phải càng nhỏ càng tốt Nhiệt cháy thể tích càng lớn, máy bay có khả năng bay càng xa

Phạm vi áp dụng :

Phương pháp xác định điểm bắt cháy cốc kín của sản phẩm dầu mỏ bằng thiết bị cốc kín Pensky-Martens, áp dụng cho khoảng nhiệt độ 40-360oC

Quy trình này áp dụng cho nhiên liệu chưng cất: diesel, dầu hỏa, nhiên liệu turbin, dầu nhờn mới và các chất lỏng dầu mỏ đồng nhất

Mục đích ý nghĩa :

Dùng để phát hiện các chất dễ bay hơi và dễ cháy nhiễm trong các sản phẩm dầu mỏ Nó đánh giá hàm lượng các cấu tử nhẹ có trong các mẫu sản phẩm, từ đó

áp dụng vào vấn đề bảo quản, vận chuyển và đảm bảo an toàn

Tóm tắt phương pháp :

Mẫu trong cốc thử được gia nhiệt ở tốc độ quy định Khi đưa ngọn lửa mồi tiêu chuẩn trực tiếp vào bề mặt cốc mẫu ở các khoảng thời gian đều đặn

Điểm độ chớp cháy là nhiệt độ thấp nhất mà tại đó hơi của mẫu trên bề mặt cốc thử chớp cháy khi có mồi lửa tiêu chuẩn được đưa vào

Báo cáo kết quả :

Kết quả báo cáo là nhiệt độ chớp cháy được làm tròn số đến 0,5oC và theo công thức hiệu chỉnh sau:

T = C + 0,25(101,3 – K) T: là nhiệt độ bắt cháy sau khi đã hiệu chỉnh

C: là nhiệt độ bắt cháy của mẫu quan sát được

K: là áp suất của môi trường thử kPa

4 ASTM D.86 (thành phần chưng cất phân đoạn):

Thành phần cất là một trong những chỉ tiêu quan trọng cần phải xác định đối với các sản phẩm trắng như xăng, kerosen, diezen Theo thành phần cất phân đoạn

có thể biết được các loại sản phẩm thu và khối lượng của chúng Các phân đoạn dầu bao giờ cũng gồm rất nhiều các đơn chất khác nhau với nhiệt độ sôi thay đổi Do vậy đặc trưng cho tính chất bay hơi của một số phân đoạn là nhiệt độ sôi đầu và nhiệt độ sôi cuối

Nhiệt độ sôi đầu : là nhiệt độ tại đó giọt lỏng đầu tiên ngưng tụ rơi từ hệ thống sinh hàn xuống ống đong hứng mẫu

Nhiệt độ sôi cuối : là nhiệt độ cao nhất đọc trên nhiệt kế

Tính chất bay hơi của hydrocacbon có ý nghĩa quan trọng trong việc giữ an toàn và sử dụng, đặc biệt trong lĩnh vực sử dụng nhiên liệu và dung môi Là đặc tính tối quan trọng để đánh giá chất lượng cho xăng máy bay, khả năng khởi động, khả năng đốt nóng, và khả năng tạo hơi khi vận hành ở nhiệt độ cao hay ở độ cao Sự hiện diện của cấu tử có giới hạn sôi cao trong nhiên liệu dẫn đến mức độ hình thành muội than rắn cao

Phạm vi ứng dụng :

Phương pháp này áp dụng cho chưng cất khí quyển các sản phẩm dầu mỏ được sử dụng trong phòng thí nghiệm để định lượng đặc tính giới hạn sôi của các sản phẩm dầu như: xăng, nhiên phân đoạn cất nhẹ và trung bình, nhiên liệu động cơ đốt trong ôtô, nhiên liệu diesel có hàm lượng sunfur thấp, kerosene…

Mục đích và ý nghĩa :

Phương pháp chưng cất là cơ sở xác định khoảng sôi của sản phẩm dầu mỏ bằng chưng cất mẻ đơn giản

Tính chất bay hơi của hydrocacbon có ý nghĩa quan trọng trong việc giữ an toàn và sử dụng, đặc biệt trong lĩnh vực sử dụng nhiên liệu và dung môi Giới hạn sôi cho biết thông tin về thành phần và sự thay đổi nhiên liệu trong lưu trữ, bảo quản và sử dụng Khả năng bay hơi của các hydrocacbon xác định khuynh hướng tạo hỗn hợp nổ tiềm ẩn

Tính chất bay hơi là đặc tính tối quan trọng để đánh giá chất lượng cho cả xăng máy bay và xăng ôtô, khả năng khởi động, khả năng đốt nóng, và khả năng tạo hơi khi vận hành ở nhiệt độ cao hay ở độ cao Sự hiện diện của cấu tử có giới hạn sôi cao trong nhiên liệu dẫn đến mức độ hình thành muội than rắn cao

Tính chất dễ bay hơi, nó tác động đến tốc độ bay hơi, là chỉ tiêu và yếu tố quan trọng được dùng rất nhiều trong dung môi, đặc biệt là trong ngành sơn

Giới hạn chưng cất thường được đưa vào trong các yêu cầu chất lượng sản phẩm dầu mỏ thương mại, ứng dụng điều khiển quá trình lọc dầu

Tóm tắt phương pháp :

Tiến hành chưng cất 100ml mẫu dưới điều kiện tương ứng mà mẫu thuộc nhóm đó Quá trình chưng cất được thực hiện bằng dụng cụ chưng cất trong phòng thí nghiệm, ở áp suất khí quyển và tương ứng như chưng cất một đĩa lý thuyết Các

số liệu về nhiệt độ theo thể tích chưng cất được ghi chép lại một cách hệ thống và tùy theo yêu cầu của người sử dụng số liệu, mà các kết quả ghi nhận được về nhiệt

độ, thể tích, cặn, mất mát được báo cáo

Sau khi chưng cất xong, nhiệt độ sôi có thể được hiệu chỉnh theo khí áp kế

và các số liệu được xem xét về sự phù hợp theo yêu cầu đặt ra, ví dụ như tốc độ chưng cất…Thí nghiệm được lặp lại cho đến khi thỏa mãn những yêu cầu đặc biệt

Kết quả thường được báo cáo theo phần trăm bay hơi (percent evaporated) hay phần trăm thu hồi (percent recovered) theo nhiệt độ tương ứng, kể cả bảng hay

đồ thị của đường chưng cất

Báo cáo kết quả :

Kết quả giữa hai lần chưng song song cho phép sai số sau:

- Nhiệt độ sôi đầu: 4oC

- Nhiệt độ sôi cuối và các điểm trung gian: 2oC

5 Độ nhớt động học – ASTM D445.

Theo tiêu chuẩn ASTM D.445/IP.71 của nhiên liệu ở nhiệt độ thấp (-20oC) là giới hạn đảm bảo rằng dòng nhiên liệu và áp suất đủ duy trì ở điều kiện vận hành

Độ nhớt có thể ảnh hưởng nhiều đến đặc tính bôi trơn của nhiên liệu và tuổi thọ của máy bơm nhiên liệu

Phạm vi áp dụng :

Phương pháp này dùng để đo độ nhớt của các sản phẩm dầu lỏng sáng và tối màu đồng nhất có tính chất như chất lỏng Niuton Bằng cách đo thời gian chảy của một thể tích chất lỏng qua nhớt kế mao quản thủy tinnh đã chuẩn hóa dưới tác dụng của trọng lực Độ nhớt động lực học được tính bằng cách nhân độ nhớt động học với tỷ trọng mẫu

Khi đo cho dầu cặn F.O trong một vài điều kiện dầu là chất lỏng phi Niuton cũng được áp dụng phương pháp này

Khoảng độ nhớt động học áp dụng cho phương pháp này từ 0,2 – 300.000 cSt (mm2/s) ở tất cả các nhiệt độ

Mục đích và ý nghĩa :

Trong sử dụng dầu bôi trơn, việc vận chuyển, bơm rót, sử dụng nhiên liệu, vận hành đúng thiết bị phụ thuộc đáng kể vào việc xác định được độ nhớt phù hợp của chất lỏng sử dụng

Tóm tắt phương pháp :

Đo thời gian chảy của một thể tích cố định chất lỏng qua mao quản của nhớt

kế đã chuẩn hóa dưới tác dụng của trọng lực ở nhiệt độ cho trước Độ nhớt động học là kết quả của thời gian chảy đo được và hệ số nhớt kế

Báo cáo kết quả :

Độ nhớt động học: m = C x t (mm2/s)