Tìm hiểu về nhiên liệu JET a1 và tính toán thiết kế bể chứa dung tích 35000 m3

Quá trình thực tập sản xuất, thực tập tốt nghiệp, em được thực hành tại Ban quản lý chất lượng nhà máy lọc dầu Dung Quất, trong đó em được thực hiện các phương pháp đo đánh giá chất lư

Lớp: Lọc Hóa dầu A – K59

Giới thiệu về đề tài

Lý do chọn đề tài

Ngành công nghiệp dầu khí đóng vai trò hết sức quan trọng trong

thời đại ngày nay

Đại dịch Covid 19 hoành hành ảnh hưởng không nhỏ tới quá trình sản xuất và tiêu thụ xăng dầu, trong đó có Jet A1

Quá trình thực tập sản xuất, thực tập tốt nghiệp, em được thực hành

tại Ban quản lý chất lượng nhà máy lọc dầu Dung Quất, trong đó em được thực hiện các phương pháp đo đánh giá chất lượng của nhiên liệu phản lực Jet A1

1 Tổng quan về nhiên liệu bay

Xăng máy bay

Có màu xanh lục, là xăng máy bay có chỉ số octan cao hơn, chứa tối đa 4 gam chì trên 1 galon Mỹ, hay 1,12 gam/lít.

1 Tổng quan về nhiên liệu bay

Avgas

80/87 100/130 Avgas Avgas 100LL

Phân biệt một số loại xăng máy bay

1 Tổng quan về nhiên liệu bay

 Là một hỗn hợp hydrocacbon được pha trộn với khoảng 30%

kerosen và 70 % xăng, được biết đến với tên khác là nhiên liệu wide-cut Nhiên liệu này có điểm đóng băng rất thấp khoảng -60oC,

và điểm chớp cháy thấp.

 Do trong thành phần của nhiên liệu này có chứa thành phần nhẹ nên

khó kiểm soát, nguy hiểm hơn khi xử lý, vì vậy nhiên liệu này rất ít được sử dụng, hiện chỉ còn được sử dụng cho máy bay quân sự ở một số vùng có khí hậu lạnh như ở miền bắc Canada, Alaska, Nga.

JET B

Phân biệt một số loại xăng máy bay

1 Tổng quan về nhiên liệu bay

Phân biệt một số loại xăng máy bay

1 Tổng quan về nhiên liệu bay

JET A1 TCVN 6426:2009

Bảng các chỉ tiêu đánh giá chất lượng

Tên đơn vị sản xuất

Loại nhiên liệu

Ngày, số lô, bể

Các tiêu chí kiểm tra Phương pháp phân tích Tiêu chuẩn áp dụng

Sản phẩm nhiên liệu phản lực JET A1 khi bán ra thị trường phải

có CoQ đã được ký bởi Trưởng phòng Quản lý chất lượng Trong

chứng chỉ này có đầy đủ tất cả các thông tin như sau:

Chỉ tiêu kỹ thuật của JET A1

1 Tổng quan về nhiên liệu bay

Loại phụ gia JET A

ASTM D 1655

JET A1 DEF STAN 91-91

JP-8 MIL-DTL 83133 Chống oxy hóa Cho phép Theo yêu cầu Theo yêu cầu

Chống tạo cặn kim

loại

Cho phép Cho phép Thỏa thuận

Chống tĩnh điện Cho phép Theo yêu cầu Theo yêu cầu

Ức chế ăn mòn Thỏa thuận Cho phép Theo yêu cầu

Chống đóng băng Thỏa thuận Thỏa thuận Theo yêu cầu

Chống vi sinh vật Thỏa thuận Thỏa thuận Không cho phép

Bền nhiệt Không cho phép Không cho phép Thỏa thuận

Phụ gia là những hóa chất có thể tan trong nhiên liệu, được thêm vào nhiên liệu với lượng nhỏ (cỡ ppm) nhằm làm tăng cường hoặc duy trì các tính chất quan trọng của nhiên liệu Phụ gia là thành phần không thể thiếu trong bất cứ nhiên liệu bay nào, sự khác nhau chủ yếu giữa nhiên liệu dùng cho quân đội và dân dụng là các phụ gia, hàm lượng của chúng

Phụ gia pha JET A1

1 Tổng quan về nhiên liệu bay

 Phụ gia ức chế đóng băng: phụ gia này cho thêm vào mùa đông và mùa hè khi chuyến bay kéo dài quá 5 tiếng vì với khoảng thời gian này nhiên liệu sẽ kịp đông lạnh đến nhiệt độ thấp Hiện nay sử dụng phổ biến là ethylene glycol mono methyl ether (EGME) và diethylene glycol mono methyl ether (Di-EGME) ở mức độ cho phép do 2 chất này độc với môi trường và sức khỏe.

 Phụ gia chống oxy hóa: được sử dụng để ngăn sự tạo thành peroxit trong quá trình bảo quản, vận chuyển nhiên liệu Hiện nay chủ yếu sử dụng phổ biến là các dẫn xuất phenol được đưa vào với hàm lượng 10 – 20 µg/ml Ví dụ như 2,6-ditertiary-4-methyl phenol (nồng độ tối đa cho phép của phụ gia này là 24 mg/l), ngoài ra có thể sử dụng 2,4-dimethyl- 6- terbutyl phenol; 2,6-diterbutyl phenol.

Một số chất phụ gia tiêu biểu

1 Tổng quan về nhiên liệu bay

 Phụ gia chống tĩnh điện: Phụ gia sẽ được bổ sung vào nhiên liệu phản lực làm tăng độ dẫn điện của nhiên liệu đến một mức thích hợp để giảm thiểu nguy cơ gây cháy nổ Hiện nay phụ gia được sử dụng phổ biến có tên Stadis 450 với hàm lượng trong khoảng 5 – 50 ppm, thành phần gồm có: Toluene: 30 – 60%, Dung dịch Naphta: 10 – 30%, Axit dinonylnaphtylsulphonic: 10 – 30%, Polymer có chứa lưu huỳnh: 10 – 30%, Polymer có chứa nitơ: 5 – 10%, Propan-2-ol: 1 – 5%, Naphtalen: 1 – 5%.

 Một số phụ gia khác: ngoài các loại phụ gia chính kể trên, còn một số loại chất phụ gia khác như phụ gia chống tạo cặn kim loại: N, N’ – disalycylidene-1,2-propane diamine, phụ gia chống vi sinh vật: Biobor TM và Kathon TM , phụ gia chống ăn mòn: phụ gia này chứa nhóm có cực (thường là axit cacboxylic) sẽ bám lên bề mặt kim loại tạo thành một lớp màng mỏng tương tự như dầu nhờn có tác dụng bảo vệ chống ăn mòn.

Một số chất phụ gia tiêu biểu

2 Các quá trình xử lý Kerosen

 Quá trình xử lý này được thực hiện chủ yếu ở phân xưởng xử lý kerosen KTU, tại nhà máy Lọc dầu Dung Quất là U-14 Phân xưởng kerosen được thiết kế sử dụng kiềm để trích ly, làm giảm hàm lượng mercaptan, axit naphthenic trong dòng kerosen đến từ phân xưởng chưng cất, đồng thời tách loại toàn bộ nước có trong kerosen trước khi đưa sang bể chứa Sau khi qua phân xưởng này kerosen sẽ được

xử lý và đạt tiêu chuẩn của nhiên liệu phản lực

 Nguyên liệu của phân xưởng lấy từ phân đoạn kerosen của phân xưởng chưng cất

Phân đoạn này còn gọi là dầu lửa: có nhiệt độ sôi từ 180 đến 250oC, bao gồm các hydrocacbon có số cacbon từ C11 đến C16

 Sản phẩm sử dụng chủ yếu cho hai mục đích: làm nhiên liệu phản lực và dầu hỏa

dân dụng Sản phẩm sau khi ra khỏi phân xưởng thỏa mãn các tiêu chuẩn của nhiên liệu phản lực JET A1

Nguyên liệu và sản phẩm

2 Các quá trình xử lý Kerosen

 Trích ly axit napthenic: Mục đích của quá trình tách axit naphthanic để sản phẩm

kerosen sau khi xử lý đáp ứng được tiêu chuẩn về chỉ tiêu ăn mòn tấm đồng

R-COOH + NaOH  RCOONa + H2O

 Oxy hóa mercaptan: Quá trình tách mercaptans từ kerosen phải tiến hành oxy hoá để chuyển mercaptan thành dạng disulfide hydrocacbon (disulfide oils - DSO) bền vững hơn gồm các quá trình:

 Phản ứng tạo ra natri mercaptides: RSH + NaOH  RSNa + H2O

 Oxy hóa natri mercaptides xảy ra tạo DSO: 4RSNa + O2 + 2H2O  2RSSR + 4NaOH

 Quá trình rửa bằng nước: nhằm loại bỏ các tạp chất kéo theo, tách mercaptans.

 Quá trình sấy bằng muối: nhằm loại bỏ lượng nước tự do kéo theo trong quá trình rửa để đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng của sản phẩm.

 Quá trình lọc bằng đất sét: nhằm lọc nốt các tạp chất còn sót lại sau các quá trình như các hạt rắn, nước, các chất tạo bọt, nhũ tương và các hợp chất bề mặt.

Quá trình xử lý không sử dụng hydro:

Bản chất hóa học

2 Các quá trình xử lý Kerosen

Dầu thô là dầu chua thì sau khi qua phân xưởng chưng cất chứa các hợp

chất chứa lưu huỳnh, nitơ, oxy với hàm lượng cao hơn khi đó cần phải loại bỏ bằng phương pháp hydrotreating Phương pháp này dùng hydro để khử các hợp chất đó

về dạng dễ tách rồi tách ra Mục tiêu chủ yếu của quá trình này là làm giảm lưu huỳnh nâng cao chất lượng sản phẩm và làm giảm lượng huydrocacbon thơm để cải thiện chiều cao ngọn lửa không khói Gồm các phản ứng:

- Loại bỏ lưu huỳnh: 𝑅 − 𝑆𝐻 + 𝐻2 → 𝑅−𝐻 + 𝐻2𝑆

- Loại bỏ nitơ và oxy: R-NH2+ H2 𝑅−𝐻 + NH3,

Sử dụng quá trình hóa học xúc tác độc quyền của UOP có tên Merox để loại

bỏ mercaptan bằng cách chuyển đổi chúng thành hydrocacbon lỏng disulfua.

2 Các quá trình xử lý Kerosen

Các công nghệ xử lý Kerosen

2 Các quá trình xử lý Kerosen

Sơ đồ công nghệ xử lý kerosen của UOP

2 Các quá trình xử lý Kerosen

Sơ đồ công nghệ Prime-K

2 Các quá trình xử lý Kerosen

Hiện nay nhà máy lọc dầu Dung Quất đang sử dụng công nghệ này

2 Các quá trình xử lý Kerosen

Cụm thiết bị tiếp xúc NAPFINING FIBER FILM

Thiết bị tiếp xúc NAPFINING FIBER FILM được dùng để tách axit naphtanic ra khỏi kerosen Thiết bị có ba phần chính:

- Phần thân thiết bị

- Phần đầu thiết bị

- Phần bó sợi dây kim loại

2 Các quá trình xử lý Kerosen

Cụm thiết bị oxy hóa mercaptan

Cụm thiết bị oxy hóa mercaptan bao gồm các thiết bị chính: thiết

bị tiếp xúc, thiết bị phân tách và các thiết bị phụ khác

2 Các quá trình xử lý Kerosen

thêm hàng ngày và tuần hoàn trong hệ

thống MERICAT II

 Nhà cung cấp: Gas Technology Product,

846 East Algonquin Road, Suite 100,

- Điểm chớp cháy: không bắt cháy

- Tỉ trọng tương đương (H2O=1):

1.07-1.17

 Xúc tác ARI-120L: Xúc tác này được

them 1 lần trong suốt quá trình thấm cacbon Qui trình thấm lớp cacbon được mô tả ở chương 5.0 “Chuẩn bị cho quá trình Start- up”.

 Nhà cung cấp: Gas Technology Products

LLC, 846 East Algonquin Road, Suite A100, Schaumburg, IL 60173-3854, U.S.A

Thành phần: Coban photalocyanin sunfonat

và nước Đặc điểm: Chất lỏng màu xanh đậm, không mùi, pH=5.5-7.5

Điểm sôi: 100 0 C Điểm đông: -6.5 0 C Điểm chớp cháy: không bắt cháy

Tỉ trọng tương đương (H2O=1): 1.07-1.17

Các chất xúc tác được sử dụng

3 Các chỉ tiêu kỹ thuật của JET A1

 Kiểm tra ngoại quan theo ASTM D 4176: Nhiên liệu JET A1 yêu cầu không có

nước tự do, không bị bẩn và nhiễm các vật thể lạ Các hạt rắn như bụi, gỉ sắt…có thể bít bộ lọc nhiên liệu và gây mòn bơm nhiên liệu Nước tự do trong nhiên liệu có thể gây ăn mòn trong một số kim loại và tạo điều kiện cho vi khuẩn tồn tại Ngoài yêu cầu phải sạch, nhiên liệu JET A1 yêu cầu không được chứa các tạp chất và các chất hoạt động bề mặt, vi khuẩn, thuốc nhuộm

 Phương pháp này gồm 2 quy trình

 Quy trình 1: quy định phương pháp nhanh xác định mẫu đạt/ không đạt về sự

nhiễm bẩn Lấy khoảng 900 ml nhiên liệu cho vào cốc thủy tinh sạch dung tích

1000 ml và kiểm tra độ trong bằng mắt thường Sau đó lắc xoáy mẫu và bằng mắt thường kiểm tra cặn hoặc nước hình thành bên dưới cuộn xoáy

 Quy trình 2: quy định sự đánh giá tổng thể bằng số khi quan sát ngoại quan mờ đục Lấy

khoảng 900ml nhiên liệu cho vào cốc thủy tinh sạch dung tích 1000 ml và kiểm tra

độ trong bằng mắt thường Độ trong của nhiên liệu được đánh giá bằng cách đặt bảng biểu đồ thanh ở phía sau mẫu và so sánh bằng mắt thường ngoại quan của

nhiên liệu với các tấm ảnh chuẩn đánh giá độ đục Sau đó lắc xoáy mẫu và bằng mắt thường kiểm tra cặn hoặc nước hình thành bên dưới cuộn xoáy

3 Các chỉ tiêu kỹ thuật của JET A1

 Kiểm tra màu theo ASTM D 156: Tiêu chuẩn này quy định phương pháp xác định

màu của các loại dầu tinh chế như xăng động cơ và xăng hàng không chưa pha

màu, nhiên liệu phản lực, naphta, dầu hỏa, sáp dầu mỏ và các loại dầu trắng dùng trong dược phẩm

 Thiết bị, dụng cụ bao gồm: Máy so màu saybolt, cốc đựng mẫu, phễu rót mẫu

 Lấy một phần mẫu thử để tráng ống mẫu, chú ý dốc hết mẫu trong ống Đổ mẫu dầu nhiên liệu vào ống, so sánh màu theo số nguyên của kính màu chuẩn Khi màu của mẫu sáng hơn kính màu chuẩn thì chuyển và thay bằng kính màu chuẩn nửa đơn vị Khi màu của mẫu sẫm hơn một đơn vị tại 61/4 in thì sử dụng kính màu

chuẩn hai đơn vị

 Đặt màu hoặc các kình màu chuẩn đúng vị trí, và để mẫu thử trong ống ở mức mà

màu của mẫu đó là sẫm hơn so với kính chuẩn, dùng vòi xả bớt mẫu dần dần ra sao cho màu của mẫu hơi sẫm hơn so với màu chuẩn Từ điểm này hạ bớt mức mẫu xuống đến độ sâu gần nhất phù hợp với đúng số màu Khi quan sát dầu qua mắt kính, màu mẫu vẫn sẫm hơn kính màu chuẩn thì tiếp tục hạ mức mẫu xuống độ sâu quy định và so sánh

 Tiếp tục thao tác như vậy đến khi độ sâu của mẫu đạt vị trí mà màu của mẫu và

kính màu chuẩn như nhau

3 Các chỉ tiêu kỹ thuật của JET A1

 Xác định lượng axit tổng theo ASTM D3242: Tiêu chuẩn này quy định phương pháp xác

định axit tổng có trong nhiên liệu tuốc bin hàng không từ 0,000 đến 0,100 mgKOH/g

 Hòa tan mẫu thử trong hỗn hợp toluen và cồn isopropylic có chứa một lượng nhỏ nước Dung

dịch đồng nhất được một dòng khí nitơ sục qua và được chuẩn độ bằng cồn kali hydroxit chuẩn đến điểm cuối được nhận biết bằng sự chuyển màu (da cam trong axit và xanh lá cây trong kiềm) của dung dịch p-naphtolbenzein

 Phương pháp hấp phụ chỉ thị huỳnh quang theo ASTM D1319: Tiêu chuẩn này quy định

phương pháp xác định các loại hydrocacbon trong các phân đoạn dầu mỏ chưng cất dưới 315°C với khoảng nồng độ các hợp chất thơm từ 5% đến 99% thể tích, các olefin từ 0,3% đến 55% thể tích và các hydrocacbon no từ 1 % đến 95% thể tích Tiêu chuẩn này cũng có thể áp dụng cho nồng độ nằm ngoài dải quy định trên, nhưng chưa xác định được độ chụm Phương pháp này không áp dụng cho các hợp chất tối màu ảnh hưởng việc đọc dải sắc ký

 Bơm khoảng 0,75 ml mẫu vào trong cột hấp phụ bằng thủy tinh đặc biệt nhồi silica gel đã

hoạt hóa Một lớp mỏng của silica gel có chứa hỗn hợp phẩm màu huỳnh quang Khi toàn bộ mẫu đã được hấp phụ trên silica gel, thêm rượu vào để giải hấp phụ mẫu xuống dưới cột Do

áp lực hấp phụ khác nhau mà các hydrocacbon được phân tách thành các hợp chất thơm, olefin và các hydrocacbon no Các phẩm màu huỳnh quang cũng được phân tách một cách chọn lọc theo chủng loại hydrocacbon và tạo ra các miền mà ranh giới giữa chất thơm, olefin

và hydrocacbon no có thể nhìn thấy dưới ánh sáng tử ngoại Phần trăm thể tích của từng loại hydrocacbon được tính trên cơ sở chiều cao của từng miền trong cột

3 Các chỉ tiêu kỹ thuật của JET A1

 Xác định hàm lượng lưu huỳnh tổng, phương pháp huỳnh quang tử ngoại theo

ASTM D 5453: Tiêu chuẩn này qui định phương pháp xác định tổng lưu huỳnh

trong các hydrocarbon dạng lỏng có nhiệt độ sôi trong khoảng từ 25oC đến 400oC,

có độ nhớt trong khoảng từ 0,2 mm2/s đến 20 mm2/s (từ 0,2 cSt đến 20 cSt) tại nhiệt

độ phòng

 Mẫu hydrocarbon được bơm trực tiếp hoặc đặt vào thuyền mẫu Mẫu hoặc thuyền,

hoặc cả hai được đưa vào trong ống đốt nhiệt độ cao, tại đây lưu huỳnh bị oxy hóa

để tạo thành lưu huỳnh dioxit (SO2) trong môi trường giàu oxy Nước được sinh ra trong quá trình đốt mẫu được loại bỏ, các sản phẩm cháy của mẫu sau đó được

chiếu tia tử ngoại (UV) SO2 hấp thụ năng lượng của tia UV và chuyển thành lưu huỳnh dioxit ở trạng thái kích thích (SO*2) Huỳnh quang phát ra khi SO*2 ở trạng thái kích thích chuyển về trạng thái ổn định SO2, được phát hiện bởi ống nhân

quang điện và tín hiệu kết quả là số đo hàm lượng lưu huỳnh có trong mẫu (Cảnh báo - Bị chiếu một lượng mạnh tia tử ngoại sẽ có hại cho sức khỏe Thí nghiệm

viên cần phải tránh tia tử ngoại chiếu vào bất cứ phần nào của cơ thể, đặc biệt là mắt, không chỉ tia tử ngoại (UV) chiếu trực tiếp mà cả tia thứ cấp và tia phân tán cũng có gây hại)

3 Các chỉ tiêu kỹ thuật của JET A1

 Phương pháp xác định thành phần cất ở áp suất khí quyển theo ASTM D86:

Tiêu chuẩn này quy định phương pháp chưng cất sản phẩm dầu mỏ ở áp suất khí quyển bằng thiết bị chưng cất phòng thí nghiệm theo mẻ để xác định một cách định lượng khoảng nhiệt độ sôi đặc trưng của các sản phẩm như các phần cất nhẹ và phần cất giữa, các loại nhiên liệu động cơ đánh lửa có hoặc không có oxygenat

xăng hàng không, nhiên liệu tuốc bin hàng không, nhiên liệu diesel, diesel sinh học pha trộn đến 20%, nhiên liệu hàng hải, các loại spirit gốc dầu mỏ chuyên dụng, naphta, các loại spirit trắng, kerosin (dầu hỏa và nhiên liệu phản lực) và các loại nhiên liệu đốt loại 1 và 2

 Chưng cất 100 ml mẫu dưới các điều kiện quy định cho nhóm của mẫu JET A1

Việc chưng cất được thực hiện bằng bộ thiết bị chưng cất của phòng thí nghiệm, tại

áp suất môi trường, dưới các điều kiện đã qui định được thiết kế gần như tương đương với một đĩa lý thuyết của thiết bị chưng cất Trong thời gian giữa điểm sôi đầu cho đến khi kết thúc chưng cất ghi lại các số đọc nhiệt độ tại các thời điểm Tsđ, T5%, T10%, T20%, T40%, T50%, T60%, T80%, T90%, T95%, Tsc Ghi lại thể tích cặn thu được từ đó tính lượng hao hụt nhiên liệu