slide bài giảng nhiên liệu, dầu mỡ và chất lỏng chuyên dùng

Chương 1: Tổng quan về nhiên liệu, dầu mỏ – chế biến dầu mỏ Chương 2: Nhiên liệu xăng Chương 3: Nhiên liệu diesel Chương 4: Nhiên liệu thay thếChương 5: Ma sát và mài mòn Chương 6: Dầu bôi trơn Chương 7: Mỡ bôi trơn Chương 8: Chất lỏng chuyên dùng

Bộ môn Ô tô – Máy động lực

Khoa Kỹ thuật Giao thông

Trường Đại học Bách khoa

268 Lý thường kiệt, P.14, Q.10, Tp.HCM

TẬP SLIDE BÀI GIẢNG

BK

TP.HCM

GIẢNG VIÊN: Th.S VĂN THỊ BÔNG

NHIÊN LIỆU, DẦU MỠ VÀ CHẤT LỎNG CHUYÊN DÙNG NHIÊN LIỆU, DẦU MỠ VÀ CHẤT LỎNG CHUYÊN DÙNG

NỘI DUNG MÔN HỌC

Tên môn học: NHIÊN LIỆU-DẦU MỠ VÀ

CHẤT LỎNG CHUYÊN DÙNG

Mã số môn học: 206035 Phân phối tiết học: 2-1-4

§ Lý thuyết: 28 tiết

§ Seminar: 14 tiết

Cán bộ giảng dạy:

GVC.Th.S Văn Thị BôngGV.Th.S Trần Quang TuyênGV.Th.S Hồng Đức Thông

Nội dung môn học: khái niệm chung về nhiên liệu;

nhiên liệu truyền thống xăng-diesel, nhiên liệu thay

thế (Biodiesel, Bioethanol, LPG, CNG, fuel cell,

hydrogen, ) Cơ sở lý thuyết về ma sát và mài mòn

Khái niệm về chất bôi trơn Đặc tính kỹ thuật của

chất bôi trơn lỏng – dầu bôi trơn Đặc tính kỹ thuật

của chất bôi trơn đặc – mỡ bôi trơn Đặc tính kỹ

thuật của chất lỏng chuyên dùng.

NỘI DUNG MÔN HỌC

1 B.V Ga, V.T Bông, P.X Mai, T.V Nam, T.T.H

Tùng, Ô tô & Ô nhiễm Môi trường, NXB Giáo Dục,

6 Đinh Thị Ngọ, Hóa học dầu mỏ và khí, NXB KHKT,

2004

7 C.E Wyman, Handbook Bioethanol, Taylor &

Francis, 1996

8 J.G Speight, Petroleum Chemistry and Refining,

Taylor & Francis, 1998

9 M.M Khonsari, E.R Booser, Applied Tribology,

John Wiley & Sons, 2001

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU,

DẦU MỎ – CHẾ BIẾN DẦU MO 1.1 Tổng quan về nhiên liệu

1.2 Dầu mỏ

1.3 Chế biến dầu mỏ

ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT

Chương 2: NHIÊN LIỆU XĂNG

2.1 Đặc điểm động cơ sử dụng nhiên liệu xăng

2.2 Các yêu cầu đối với xăng

2.3 Các tính chất của xăng

2.4 Các chỉ tiêu chính đáng giá chất lượng

nhiên liệu xăng

ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT

Chương 3: NHIÊN LIỆU DIESEL

3.1 Đặc điểm của động cơ sử dụng nhiên liệu diesel 3.2 Các yêu cầu đối với nhiên liệu diesel

3.3 Các tính chất cơ bản của nhiên liệu diesel

3.4 Các chỉ tiêu chính đánh giá chất lượng

nhiên liệu diesel

ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT

Chương 4: NHIÊN LIỆU THAY THẾ

4.1 Khí thiên nhiên (NG)

4.2 Khí đồng hành hóa lỏng (LPG)

4.3 Nhiên liệu cồn

4.4 Nhiên liệu dầu thực vật – Biodiesel

4.5 khí Biogas

4.6 Năng lượng điện và pin nhiên liệu

ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT

Chương 5: MA SÁT VÀ MÀI MÒN

5.1 Khái niệm về ma sát và mài mòn

5.2 Các dạng ma sát và mài mòn

5.3 Một số ví dụ ma sát trong cơ khí

ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT

Chương 6: DẦU BÔI TRƠN

6.1 Công dụng-Ý nghĩa-Yêu cầu của dầu bôi trơn

6.2 Đặc tính kỹ thuật của dầu bôi trơn

6.3 Phân loại dầu

ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT

Chương 7: MỠ BÔI TRƠN

7.1 Khái niệm và Công dụng của Mỡ bôi trơn

7.2 Đặc tính Kỹ thuật của Mỡ bôi trơn

7.3 Phân lọai Mỡ bôi trơn

ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT

Chương 8: CHẤT LỎNG CHUYÊN DÙNG

8.1 Chất lỏng làm mát

8.2 Chất lỏng thủy lực

8.3 Chất lỏng đặc chủng

ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT

Bộ môn Ô tô – Máy động lực

Khoa Kỹ thuật Giao thông

Trường Đại học Bách khoa

268 Lý thường kiệt, P.14, Q.10, Tp.HCM

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU –

DẦU MỎ – CHẾ BIẾN DẦU MỎ

q Tổng quan về Nhiên liệu

q Dầu mỏ

q Chế biến dầu mỏ

1 Giới thiệu khái quát về năng lượng truyền thống

Năng lượng truyền thống sử dụng trên ôtô là nănglượng nhiệt do đốt cháy nhiên liệu lỏng có nguồn gốc từdầu mỏ: Xăng và Diesel…

Dầu mỏ: Có nguồn gốc hữu cơ hóa thạch, hình thành

do sự phân hủy của xác động và thực vật trong các lớptrầm tích ở đáy biển hoặc trong lòng đất, dưới tác dụngphá hủy của các vi khuẩn hiếu khí

TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU

Dầu khí: là tên gọi của dầu mỏ (dầu thô) và hỗn hợpkhí thiên nhiên.

Dầu khí là một nguồn khóang sản lớn và quý của con người Dầu khí cung cấp:

- 60 ÷ 65% năng lượng tiêu thụ trên thế giới

- 90% các sản phẩm của ngành công nghiệp hóa dầu(hàng nghìn loại sản phẩm của công nghiệp hóa dầu)

TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU

2 Yêu cầu đối với nhiên liệu động cơ đốt trong

Có năng lượng (nhiệt trị) lớn

Có các thông số vật lý phù hợp với động cơ sử dụng

Có độ ổn định cao, không bị biến chất trong thời giandài

Không chứa lẫn nước, tạp chất cơ học

Có lượng dự trữ lớn, giá thành rẻ

Vấn đề sản xuất, lưu trữ, vận chuyển, phân phối đơngiản, dễ dàng và an toàn

TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU

1 Định nghĩa dầu mỏ

Dầu mỏ là một trong các chất hữu cơ hóa thạch (than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên), là một hỗn hợp của nhiều

loại hydrocacbon (CnHm), có cấu trúc hóa học khác nhau

và có các tính chất dị biệt

2 Thành phần nguyên tố chủ yếu tạo nên các hợp

phần của dầu mỏ

Cacbon (C): 83,5 ÷ 87%

Hydro ( H): 11,5 ÷ 14%

DẦU MỎ

Hàm lượng Hydro (H) có trong dầu mỏ cao hơn hẳn so với các khoáng vật có nguồn gốc động thực vật phân hủy

khác như:

– Than bùn: 5%

– Than đá: từ 2% đến 5%

Hàm lượng H cao hơn C là lý do để giải thích nguyênnhân dầu mỏ tồn tại ở trạng thái lỏng

Ngoài ra trong dầu mỏ còn chứa một lượng nhỏ lưuhuỳnh, Oxy, Nitơ

DẦU MỎ

3 Lý tính của dầu mỏ

Dầu mỏ thường ở thể lỏng nhớ, có một số dầu mỏ do hàm lượng Parafin cao nên ngay ở nhiệt độ thường đãđông đặc

Dầu có mầu sắc từ vàng nhạt, nâu sáng đến đen sẫm cóánh huỳnh quang

Độ nhớt thay đổi trong một khoảng rất rộng từ 5 cSt đến

100 cSt và có thể hơn Dầu có độ nhớt lớn hơn nướchàng trục, thậm chí hàng trăm lần nhưng lại có tỷ trọngthấp hơn

DẦU MỎ

Các Hydrocacbon trong dầu mỏ có khối lượng phân tửkhác nhau nên chúng có nhiệt độ sôi khác nhau.

Khối lượng riêng dầu mỏ khoảng r = 0,78 ¸ 0,98 kg/lít Dầu có màu càng sáng thì có khối lượng riêng càng nhỏvà càng loãng

Nhiệt trị thấp trong khoảng QH = 41.000 ¸ 46.000 kJ/kg

Dầu mỏ và các sản phẩm của dầu mỏ hòa tan trongrượu, tự hòa tan tốt trong mỡ, dầu và axit béo

DẦU MỎ

Dầu mỏ không chứa nước và sản phẩm của dầu là cácchất không dẫn điện.

Tính dẫn điện của dầu nhỏ hơn của kính, gốm và sứ từ 3 đến 4 lần Từ dầu mỏ chế tạo ra các loại dầu đặc biệtchuyên dùng cho máy biến thế, tụ điện và các thiết bịđiện

DẦU MỎ

4 Thành phần chính của dầu mỏ: gồm 4 nhóm chính

a Nhóm Hydrocacbon Parafin (Alkan):

Công thức tổng quát: C n H 2n+2

Parafin là các Hydrocacbon có kết cấu phân tử mộtmạch Cacbon hở, các nguyên tử Cacbon liên kết với nhaubằng liên kết đơn bền vững nên có tên là Hydrocacbon

no (n – Parafin) như: n – Octan (n – C 8 H 18 )

CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3

DẦU MỎ

Ở điều kiện thường (t = 250C, p = 1bar) Parafin có thểtồn tại ở 3 trạng thái:

Thể khí (C 1 ® C 4 ): Mêtan (CH4), Etan (C2H6), Propan(C3H8) và Butan (C4H10)

Thể lỏng (C 5 ® C 17 ): Pentan (C5H12), Hexan (C6H14), Heptan (C7H16), Octan (C8H18), Nonan (C9H20), Decan(C10H22), …, Xetan (C16H34), (C17H36)

Thể rắn (C18 trở lên): Octadecan (C18H38), Nonadecan(C19H40), Ecoran (C20H42)…

DẦU MỎ

Nhiệt độ nóng chảy của các Parafin rắn tăng dần theo độ dài của mạch C Nhiệt độ này của n– Parafin thường lớn hơn Parafin phân nhánh tương ứng (còn gọi là izo–Parafin hay Parafin đồng vị).

n–Alkan (Alkan chuẩn) có khối lượng phân tử càng lớn thì khả năng phản ứng càng mạnh (càng dễ cháy), nên chúng có nhiều trong nhiên liệu Diesel như Xetan (C16H34).

DẦU MỎ

Izo–Parafin có tính chống kích nổ cao vì có độbền vững hóa học ở nhiệt độ cao hơn các n–Parafin,

song ở nhiệt độ thường các liên kết izo lại kém bền

hơn Trong xăng thường chứa các Alkan từ C6H14

(Hexan) đến C11H24 (Undecan) và các izo của chúng

Alkan có nhiệt độ đông đặc cao nên cần hạn chếchúng trong thành phần nhiên liệu và dầu mỡ bôi trơn

mùa đông

Alkan có độ nhớt nhỏ, thấp nhất trong các loạiHydrocacbon trong dầu mỏ

DẦU MỎ

b Nhóm Olefin (Alken)

Công thức tổng quát: C n H 2n

Olefin là các Hydrocacbon không no, ở phân tử Olefin các nguyên tử Cacbon liên kết với nhau theo một mạchCacbon hở, bằng liên kết đơn và liên kết đôi kém bền

Do có liên kết đôi, mạch Cacbon không bão hòa nêncác Olefin có hoạt tính cao, kém ổn định, kém bền vững

Các Olefin có cấu trúc thẳng (normal) và nhánh (izo)

Etylen (n – C2H4): CH2 = CH2

DẦU MỎ

3–Hepten (C 7 H 14 ):

CH3 – CH2 – CH = CH – CH2 – CH2 – CH3

Các Hydrocacbon Olefin không có mặt trong dầu thô vàkhí thiên nhiên, nhưng lại tồn tại với hàm lượng khá caotrong các sản phẩm chế biến từ dầu mỏ, đặc biệt có nhiềutrong xăng.

DẦU MỎ

c Nhóm Hydrocacbon Naphten (vòng no)

Công thức tổng quát: C n H 2n

Ở phần tử Hydrocacbon Naphten, các nguyên tử Cacbon liên kết với nhau tạo nên một vòng Cacbon kín bằng liên kết đơn bền vững Chủ yếu là vòng 5 và vòng 6 Cacbon

Naphten có khối lượng riêng hơi lớn hơn Parafin cócùng số nguyên tử Cacbon và có nhiệt trị hơi nhỏ hơn vì

có tỷ lệ C/H lớn hơn

Naphten không những chỉ có một vòng mà có thể có

2, 3 và nhiều vòng

Các Hydrocacbon Naphten có tính ổn định hóa học vàổn định nhiệt cao (do có kết cấu phân tử mạch vòng)

Ở nhiệt độ thấp không bị Oxy hóa và không gây phảnứng hóa học với axit và kiềm Ở nhiệt độ cao có thể bị

Oxy hóa tạo thành axit Naphten và giải phóng Hydro

DẦU MỎ

Loại Hydrocacbon này có tính tự cháy nằm giữan–parafin và Izo–Parafin.

Napten có số vòng càng nhiều và có mạch nhánh càngdài thì nhiệt độ đông đặc của nó càng cao

Napten có nhiều trong thành phần xăng và Diesel vàomùa đông vì có nhiệt độ đông đặc thấp

Loại có mạch nhánh Alkyl dài thì có độ nhớt cao nênthường có nhiều trong dầu mỡ bôi trơn (chiếm khoảng

70%)

DẦU MỎ

d Nhóm Hydrocacbon thơm (Aromatic)

Công thức tổng quát: C n H 2n–6

Hydrocacbon thơm có cấu trúc phân tử một vòng là nhân Benzen (C6H6) gồm 06 nguyên tử Cacbon liên kết vòng với 03 nối đơn và 03 nối đôi, sắp xếp xen kẽ với nhau.

Benzen (C 6 H 6 ) Metyl Benzen (Toluen) (C 6 H 5 – CH 3 )

CH 3

CH

CH

CH CH

HC

HC HC

HC

CH

CH

CH CH

DẦU MỎ

Hydrocacbon thơm có trong dầu mỏ với hàm lượng vài

% và có ít trong xăng chưng cất thẳng

Độ nhớt, mật độ và nhiệt độ sôi của Hydrocacbon thơmcao hơn Naphten và Alkan có cùng khối lượng phân tử

Hydrocacbon thơm có tính bền vững hóa học cao, khó tựcháy nên có tính chống kích nổ cao có lợi đối với xăng, nhưng lại không nên có trong nhiên liệu Diesel do khó cháydễ tạo muội than

Hydrocacbon thơm thường có trong dầu mỡ bôi trơn dưới

dạng liên kết với Napten gọi là:

DẦU MỎ

e Những thành phần khác

Trong khí dầu mỏ ngoài các hợp phần Hydrocacbonnói trên còn có chứa một lượng nhỏ các hợp chất chứaOxy, nitơ, lưu huỳnh, và một số axit hữu cơ

Oxy trong dầu mỏ ở dưới dạng các hợp chất chứa Oxy như axit hữu cơ, keo và nhựa hắc ín Thông thường Oxy chiếm 0,1÷1%, tuy nhiên có loại dầu nhiều nhựaOxy chiếm 2 ÷ 3%

Nitơ chiếm một phần nhỏ khoảng 0,001 ® 0,3%, ởdạng amôniăc dẫn đến mùi vị khó chịu

DẦU MỎ

Lưu huỳnh “S” trong dầu mỏ thường gặp ở dạng hợpchất Tuy nhiên một số mỏ dầu có chứa “S” nguyênchất dưới dạng hòa tan trong dầu.

Lưu huỳnh có tính ổn định nhiệt thấp nên trong quátrình chưng cất có thể tách được một phần “S” ra khỏicác sản phẩm tinh chế dưới dạng “SH” như SunfuaHydro (H2S)

Lưu huỳnh là chất hoạt tính, ăn mòn kim loại mạnhnên rất hạn chế có trong nhiên liệu và dầu mỡ bôitrơn Hàm lượng “S” trong dầu mỏ từ 0,01 đến 3,05 % (từ tốt đến xấu)

Khí trơ Argon (Ar) và Heli (He)

DẦU MỎ

Ngoài ra, trong dầu mỏ còn tồn tại các Hydrocacbonlai tạp như chất nhựa–Asphalten là các hợp chất thơm

ngưng tụ, có khối lượng phân tử cao từ 600 – 2500 hoặc

hơn nữa Nhựa–Asphalten có tính ổn định hóa học kém,

dễ bị Oxy hóa, dễ làm sản phẩm dầu mỏ biến chất, đổi

màu, dễ tạo cốc

Các chất này là những tạp chất Số lượng các chất nêutrên càng nhiều thì chất lượng của dầu mỏ càng giảm do:

Gây ăn mòn kim loại; có tính ổn định hóa học kém, dễ bị

Oxy hóa làm biến chất dầu mỡ, đổi màu, dễ tạo cốc; làm

ngộ độc các quá trình xúc tác trong chế biến dầu; Gây ô

nhiễm môi trường

DẦU MỎ

Công nghệ chế biến dầu mỏ chia làm 03 nhóm chính:

Tách dầu mỏ thành các phân đoạn riêng biệt bằngchưng cất

Biến đổi thành các dạng Hydrocacbon thích hợp bằngcác quá trình chế hóa nhiệt, cracking, tái tạo lại

Tinh luyện (làm sạch) để loại các thành phần khôngmong muốn, có hại như: Lưu huỳnh, chất keo nhựa, các hợp phần Hydrocacbon thơm có cấu trúc phức tạp

đa vòng, để nâng cao chất lượng sản phẩm (giảm khảnăng tạo cốc, tăng tính ổn định của độ nhớt đối với

CHẾ BIẾN DẦU MỎ

Các loại sản phẩm của công nghệ chế biến dầu khí

Gồm có nhóm sản phẩm năng lượng, nhóm sản phẩmphi năng lượng, nhóm sản phẩm hóa học

a Nhóm sản phẩm năng lượng: gồm nhiên liệu động

cơ các loại, nhiên liệu các lò đốt công nghiệp và chất đốt

trong dân dụng sinh hoạt

Nhiên liệu khí, nhiên liệu lỏng là loại sản phẩm chủyếu, chiếm tới 80 ¸ 90% sản lượng dầu khí của toàn thế

giới

CHẾ BIẾN DẦU MỎ

b Nhóm sản phẩm phi năng lượng

Vật liệu bôi trơn: Dầu mỡ bôi trơn từ nguồn dầu mỏ chiếm khoảng 10% so với nhiên liệu Sản phẩm bôi trơn từ dầu mỏ có hai dạng: Bôi trơn lỏng là dầu nhờn, bôi trơn dẻo là mỡ nhờn

Bitum (nhựa đường)

c Nhóm sản phẩm hóa học

Từ nguyên liệu dầu khí có thể chế biến ra rất nhiều sảnphẩm phục vụ sản xuất và đời sống con người, gọi là sảnphẩm hóa dầu (Petrochemical Products) Thực tế 90% cácsản phẩm hữu cơ này có nguồn gốc hóa dầu

CHẾ BIẾN DẦU MỎ

Bộ môn Ô tô – Máy động lực

Khoa Kỹ thuật Giao thông

Trường Đại học Bách khoa

268 Lý thường kiệt, P.14, Q.10, Tp.HCM

CHẤT LỎNG CHUYÊN DÙNG

Chương 2: NHIÊN LIỆU XĂNG

q Đặc điểm động cơ sử dụng nhiên liệu xăng

q Các yêu cầu đối với xăng

q Các tính chất cơ bản của xăng

q Các chỉ tiêu chính đáng giá chất lượng

nhiên liệu xăng

Xăng là một trong nhiều sản phẩm của dầu mỏ, là loại

nhiên liệu nhẹ, tồn tại dưới dạng lỏng, có nhiệt độ bốc hơi

trong khoảng từ (30 ¸ 40)0C đến (180 ¸ 220)0C, có khối

lượng riêng ở 150C là r = (0,65 ¸ 0,80) g/cm 3 Xăng chứa

khoảng 80¸90% Cacbuahydro nhóm Alkan và Cycloalkan

Thành phần tốt nhất: Parafin đồng vị (Iso–Alkan)

và Cacbuahydro thơm vì có kết cấu phân tử bền vững

Xăng có nhiều các thành phần nêu trên sẽ có đặc tính

chống kích nổ cao cho phép tăng tỷ số nén e của động cơ, kết quả tăng công suất N e

ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG

NHIÊN LIỆU XĂNG

ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG

NHIÊN LIỆU XĂNG

Tỷ số nén thấp, số vòng quay cao.

Hỗn hợp cháy hòa trộn trước, đồng nhất.

Cháy cưỡng bức, tâm cháy xuất hiện tại bugi, cháy lan đều ra toàn bộ thể tích buồng cháy và kết thúc tại khu vực ngoài cùng của buồng cháy

Quá trình cháy diễn ra rất nhanh Tỷ số nén thấp, số vòng quay cao.

Hỗn hợp cháy hòa trộn trước, đồng nhất.

Cháy cưỡng bức, tâm cháy xuất hiện tại bugi, cháy lan đều ra toàn bộ thể tích buồng cháy.

Quá trình cháy diễn ra rất nhanh.

ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG

NHIÊN LIỆU XĂNG

ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG

NHIÊN LIỆU XĂNG

§ Đảm bảo động cơ dễ khởi động và chạy ổn định trong mọiđiều kiện thời tiết Không bị đông đặc khi nhiệt độ hạthấp.

§ Thành phần đồng nhất, bắt cháy nhanh, có nhiệt trị cao

§ Cung cấp đủ công suất thiết kế mà không bị gõ (kích nổ)

§ Chất lượng khí xả động cơ ô tô theo tiêu chuẩn quy định

§ Chất lượng xăng ít bị thay đổi khi lưu trữ và vận chuyển

§ Không gây ăn mòn kim loại, không tạo cặn muội bám lêncác chi tiết trong buồng đốt

CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI XĂNG

Nhiệt trị của các lọai nhiên liệu

CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI XĂNG

Tính chất cơ bản của xăng là các chỉ tiêu quan trọngảnh hưởng đến chất lượng hoạt động của xăng, gồm có:

Tính bay hơiÁp suất hơi bão hòa của xăng (REID)Tính chống kích nổ xăng

Tính ổn định hóa học của xăngTính ăn mòn kim loại của xăng

CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA XĂNG

cơ nhanh mòn.

CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA XĂNG

Đồ thị mốc nhiệt độ T10, T50,

T90 của xăng.

Hiện nay các loại xăng

thương phẩm quy định:

Tính bay hơi của xăng được đánh giá bằng các

chỉ tiêu:

Đường cong bốc hơi.

Thành phần điểm bay hơi.

Áp suất hơi bão hòa.

Khối lượng riêng hay tỷ trọng.

CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA XĂNG