Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm TS. Trương Hữu Trì

Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm TS. Trương Hữu Trì

Nội dung môn học Jet Fuel

Air Pollution

Mục tiêu môn học • Cung cấp đến người học những thông tin liên quan đến sự ảnh hưởng của các hợp chất, nhóm hợp chất có mặt trong sản phẩm dầu mỏ lên tính chất sử dụng của chúng.

• Giải thích được ý nghĩa của các tiêu chuẩn sử dụng trong đánh giá chất lượng của từng loại sản phẩm dầu mỏ. Từ đó làm cơ sở để người học có khả năng phân tích và lựa chọn nguồn “nguyên liệu” ban đầu phù hợp với mục đích phối trộn nhằm tạo ra sản phẩm dầu mỏ thương phẩm đạt được các yêu cầu về kỹ thuật, kinh tế và môi trường

Chuẩn đầu ra môn học Kiến thức:

- Trình bày được nguyên lý và đặc điểm hoạt động của các động cơ hay thiết bị sử dụng các sản phẩm dầu mỏ; - Giải thích được ý nghĩa của các tiêu chuẩn sử dụng trong đánh giá chất lượng của từng loại sản phẩm dầu mỏ; - Vận dụng những kiến thức được trang bị để giải thích sự ảnh hưởng của các nhóm chất có mặt trong nhiên liệu hay sản phẩm dầu mỏ lên hoạt động của động cơ hay thiết bị.

- Phân tích được tác động của việc sử dụng các sản phẩm dầu mỏ đối với sức khỏe con người và sự ô nhiễm môi trường sinh thái; - Căn cứ vào các tiêu chuẩn chất lượng đối với từng sản phẩm để đưa ra phương án tối ưu trong việc sản xuất, phối trộn sản phẩm dầu mỏ thương phẩm.

Chuẩn đầu ra môn học Về kỹ năng nghề nghiệp: • Áp dụng được các kiến thức được trang bị từ môn học để phân tích lựa chọn phương án sản xuất, phối trộn phù hợp đối với mỗi loại dầu thô cho trước; • Áp dụng được các kiến thức được trang bị từ môn học để giải thích sự ảnh hưởng của các nhóm chất trong sản phẩm lên hoạt động của các động cơ, thiết bị thiết bị sử dụng sản phẩm dầu mỏ.

Về kỹ năng mềm: • Biết trao đổi, phối hợp với đồng nghiệp trong công việc; • Có khả năng tự tìm kiếm thông hữu ích thông qua công việc; • Tổ chức được các hoạt động nhóm cụ thể biết lắng nghe, biết phân công công việc và tổng hợp, phân tích các ý kiến.

Về thái độ: • Có ý thức tổ chức kỷ luật tốt, có tinh thần trách nhiệm cao và ý thức làm việc nghiêm túc trong công việc được giao cũng như hợp tác với các đồng nghiệp; • Có sự yêu thích và mong muốn tìm hiểu kiến thức môn học chuẩn bị cho nền tảng cho những môn học tiếp theo và định hướng nghề nghiệp khi ra trường; • Ý thức rõ trong việc sử dụng kiến thức đã học để trao đổi với đồng nghiệp nhằm củng cố, nâng cao trình độ chuyên môn cả về lý thuyết lẫn kỹ năng nghề.

Tài liệu tham khảo Giáo trình chính: Trương Hữu Trì, Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm (lưu hành nội bộ).

Sách, tài liệu tham khảo: 1.

Kiều Đình Kiểm, Các sản phẩm dầu mỏ và hóa dầu, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 1999; 2. Trần Mạnh Trí, Hoá Học Dầu Mỏ, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 1980 3. Đinh Thị Ngọ, Hoá Học Dầu Mỏ và Khí, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2004 4. Trần Mạnh Trí, Dầu Khí và dầu khí ở Việt Nam, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 1996 5. Trương Đình Hợi, Hóa Học Dầu Mỏ và Tính Chất Dầu Thô Việt Nam, Nhà xuất bản tổng hợp thành phố Hồ Chí Minh, 2007 6. Phan Tử Bằng, Hóa Học Dầu Mỏ - Khí Tự Nhiên, Nhà xuất bản Giao Thông Vận Tải, 1999 7. Xavier NONTAGNE, cours carburants, combustibles et additifs - Essences, 2000 8. Xavier NONTAGNE, cours carburants, combustibles et additifs - Gazole, 2000 9.

Xavier NONTAGNE, cours carburants, combustibles et additifs - Carburants spéciaux, 2000 10. Xavier NONTAGNE, cours carburants, combustibles et additifs - Carburants oxygénés, 2000

Kiểm tra đánh giá Tỷ lệ phần trăm các thành phần điểm và hình thức đánh giá sinh viên:

• Giữa kỳ: 20% (tự luận) • Bài tập: 20% (tiểu luận) • Cuối kỳ: 60% (tự luận)

Sản phẩm chính của dầu mỏ

Giới thiệu chung

Crude oil be used for?

Dầu thô được chế biến thành các sản phẩm chính như sau :  Liquified petroleum gas (LPG);  Gasoline (also known as petrol);  Solvents;  Kerosene (Lamp oil) and related jet aircraft fuels;  Diesel fuel;  Fuel oils;  Lubricating oils;  Paraffin wax;  Asphalt and tar;  Petroleum coke;  Sulfur.

Petrochemical: - Olefins (C2=; C3=; C4==) - Aromatics (BTX)

Crude oil be used for?

Crude oil be used for?

Giới thiệu chung Hai hướng ứng dụng chính của dầu mỏ : 1. Năng lượng    

Xăng Diesel Nhiên liệu cho động cơ phản lực Nhiên liệu đốt lò (Fuel oil)…

Mục đích này chiếm khoảng 90% lượng dầu khí

2. Phi năng lượng 

Dầu, mỡ bôi trơn và bảo quản;



Hoá dầu (5% dầu thô cung cấp trên 90% hoá chất);



Bitum;



Dung môi.

Sự tăng trưởng của thị trường ô tô thế giới 1995

Các nước công nghiệp

2015

Triệu xe

%

Triệu xe

%

38

74

50

50

14

26

42

47

52

100

92

100

Các nước đang phát triển Thế giới

Sự thay đổi dạng năng lượng tiêu thụ đến từ dầu mỏ ở Pháp

Thị trường xăng nhiên liệu ở châu âu

Lượng nhiên liệu tiệu thụ hàng năm ở một số nước Xăng tiệu thụ ở Mỹ 385 triệu tấn/năm

Xăng tiệu thụ ở Châu Âu 113 triệu tấn/năm

 Ở Pháp Xăng/Diesel = 0.4  Ở Mỹ : Xăng/Diesel = 2

Diesel tiêu thụ ở Pháp : 30 triệu tấn/năm

Xăng tiệu thụ ở Pháp: 12 triệu tấn/năm

Lượng nhiên liệu tiệu thụ hàng năm ở một số nước Phân bố tiêu thụ sản phẩm dầu mỏ của một số nước năm 2002

Những vấn đề được đặt ra?

Những vấn đề được đặt ra?

Những vấn đề được đặt ra?

Sulfur compounds + Oxyen → SOx → acids

Những vấn đề được đặt ra?

European emission standards for light commercial vehicles ≤1305 kg, g/km

For Diesel

For Gasoline

Những vấn đề được đặt ra?

European emission standards

Những vấn đề được đặt ra?

• The path toward zero emissions…

Những vấn đề được đặt ra?

• The progression toward zero emissions …

Những vấn đề được đặt ra?

• The path toward zero emissions…

Những vấn đề được đặt ra?

• EU gasoline specifications

Những vấn đề được đặt ra?

• EU gasoline specifications

Những vấn đề được đặt ra?

• European Gasoline specifications trends

Những vấn đề được đặt ra?

World context: High octane gasoline requirement: RON = ... 90 → 92 → 95 → 98 → ???

Why we need High octane gasoline ?

Những vấn đề được đặt ra?

World context: • High RON, • Low sulfur content, • Low benzene content, • Limited aromatics content, • Limited olefins content, • No lead

Những vấn đề được đặt ra?

• Xu hướng phát triển của nhiên liệu xăng:  Tăng chỉ số octane;  Giảm hàm lượng lưu huỳnh;  Giảm dần hàm lượng Ar và Benzen;  Hạn chế hàm lượng Olefins.

Những vấn đề được đặt ra?

Typicaly gasoline pool

Typicaly gasoline pool

composition in USA

composition in EU

(before 2000)

(before 2000)

Những vấn đề được đặt ra? 

The mechanism of the development of vehicles and fuels

Những vấn đề được đặt ra? 

Yêu cầu về chất lượng nhiên liệu ngày càng cao nhằm hạn chế sự ô nhiễm môi trường ngày càng trầm trọng;



Cần cải tiến đồng thời nhiên liệu và động cơ để thỏa mãn yêu cầu về chất lượng môi trường đồng thời nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu;



Nhiều quá trình đã được phát triển và ứng dụng tại nhà máy lọc dầu nhằm thỏa mãn chất lượng nhiên liệu và nâng cao lợi nhuận.

Xăng thương phẩm Gasoline

Giới thiệu chung  Nhiên liệu dùng cho động cơ đánh lữa cưỡng bức bằng bugie được gọi chung là xăng;  Thành phần chính của xăng là các hợp chất hữu cơ nhận được trực tiếp từ dầu mỏ hay các quá trình chế biến dầu mỏ tại các nhà máy lọc dầu cùng một số phụ gia nhằm tăng cường tính chất cho sản phẩm;  Hầu hết các cấu tử trong xăng tồn tại trạng thái lỏng ở nhiệt độ thường (trừ n-butane) và có nhiệt độ sôi trong khoảng 30-215oC;  Xăng được xem là sản phẩm quan trọng bậc của nhà máy lọc dầu.

Giới thiệu chung Các yêu cầu cơ bản của xăng thương phẩm như sau: 1. Khởi động tốt khi đang ở nhiệt độ thấp; 2. Động cơ hoạt động không bị kích nổ; 3. Không kết tủa, tạo băng trong bình chứa; 4. Không tạo nút hơi trong hệ thống cung cấp nhiên liệu; 5. Dầu bôi trơn bị pha loãng bởi xăng là ít nhất; 6. Trị số octan ít bị thay đổi khi thay đổi tốc độ động cơ; 7. Các chất độc hại thải ra môi trường càng ít càng tốt. Để đạt đạt được các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật thì xăng thương phẩm được phối trộn từ nhiều nguồn khác nhau.

Sơ đồ nhà máy lọc dầu

Bảng chỉ tiêu chất lượng xăng thương phẩm của Việt Nam

Gasoline: NSRP’s refinery product specifications

Gasoline: NSRP’s refinery product specifications

Specified Gasoline - TCVN 6776:2013

Specified Gasoline - TCVN 6776:2013

Nguyên lý hoạt động của động cơ xăng

Nguyên lý hoạt động của động cơ xăng An intake stroke

A power stroke

A compression stroke

An exhaust stroke

Đặc điểm hoạt động của động cơ xăng

Sự lan truyền của màng lữa

Đặc điểm hoạt động của động cơ xăng  Mỗi chu trình hoạt động được thực hiện lần lượt bốn kỳ trong 2 vòng quay của trục khuỷ;  Nhiên liệu được phối trộn với không khí để tạo hỗn hợp cháy trước khi nạp vào xylanh ;  Quá trình cháy của nhiên liệu chỉ được thực hiện khi bugie bật lửa hoặc khi màng lửa lan truyền đến.

Quá trình cháy của nhiên liệu không xảy ra cùng một lúc mà xảy ra trong khoảng thời gian nhất định. Quá trình được bắt đầu từ bugie rồi lan truyền theo một mặt cầu với một vận tốc nhất định.

Hiện tượng kích nổ trong động cơ xăng • Knocking (also called knock, detonation) in spark-ignition internal combustion engines occurs when combustion of the fuel/air mixture in the cylinder starts off correctly in response to ignition by the spark plug, but one or more pockets of air/fuel mixture explode outside the envelope of the normal combustion front; • “When unburned fuel/air mixture beyond the boundary of the flame front is subjected to a combination of heat and pressure for a certain duration (beyond the delay period of the fuel used), detonation may occur”.

Hiện tượng kích nổ trong động cơ xăng • Detonation is characterized by an instantaneous, explosive ignition of at least one pocket of fuel/air mixture outside of the flame front; 

A local shockwave is created around each pocket and the cylinder pressure may rise sharply beyond its design limits.

Engine knock

Quá trình cháy kích nổ trong động cơ xăng  Quá trình cháy trong động cơ xăng được xem là bình thường khi nhiên liệu chỉ được cháy khi có màng lữa lan đến, vận tốc của màng lửa vào khoảng 15 - 40 m/s;  Khi phần lớn nhiên liệu trong buồng cháy tự bắt, khi đó hầu như nhiên liệu bắt cháy cùng lúc, vận tốc màng lửa có thể lên đến 300m/s, kết quả làm cho nhiệt độ, áp suất tăng đột ngột và gây ra những sóng xung kích va đập vào piston, xylanh tạo ra những tiếng gỏ kim loại, Hiện tượng này được gọi là hiện tượng cháy kích nổ .

Quá trình cháy kích nổ trong động cơ xăng 

Engine knock is a soud that is made when the fuel igintes too early inthe compression stoke;



•

Severe knock causes severe engine damage, such as: Decreased thermal efficiency of engine;

•

Increased compounds

the in

the

toxic exhaust

gas; •

Possibility

of

mechanical

damage to the engine.

Tác hại của sự cháy kích nổ  Giảm công suất của động cơ;  Giảm tuổi thọ của động cơ;  Thải nhiều chất độc hại ra môi trường.

Chỉ số octane (Octane Number: ON)  Chỉ số octan là một đại lượng quy ước để đặc trưng cho khả năng chống lại sự kích nổ của xăng, giá trị của nó được tính bằng phần trăm thể tích của iso-octan (2,2,4-trimetylpentan) trong hỗn hợp của nó với n-heptan khi mà hỗn hợp này có khả năng chống kích nổ tương đương với khả năng chống kích nổ của xăng đang khảo sát.  Trong hỗn hợp này thì iso-octan có khả năng chống kích nổ tốt nên chỉ số octane của nó được quy ước bằng 100, còn n-heptan có khả năng chống kích nổ kém nên chỉ số octane của nó được quy ước bằng 0.

Chỉ số octane (Octane Number: ON) Tuỳ theo phương pháp xác định chỉ số octane mà ta có nhiều giá trị khác nhau: • Phương pháp nghiên cứu : RON • Phương pháp động cơ : MON • Độ nhạy của xăng : S = (RON - MON) • Chỉ số chống kích nổ: Antiknock = (RON+MON)/2 • Chỉ số octan trên đường: RdON • RON của R100 hay RON = RON – RONR100

Chỉ số octane (Octane Number: ON) • Octane values is measured in a standard engine, developed by cooperative Fuel Research (CFR) engine.

RON

MON

Điều kiện đo của hai phương pháp này như sau RON và MON đều được đo trên cùng một loại động cơ CFR (Cooperative Fuel Research) Các thông số làm việc

RON

MON

• Tốc độ quay

600

900

• Gốc đánh lửa sớm độ trục khuỷu

13

14  16

• Nhiệt độ của không khí hút vào °C

48

38

• Nhiệt độ của hỗn hợp nhiên liệu °C

-

149

Giá trị của chỉ số octan phụ thuộc vào điều kiện tiến hành đo, yếu tố có ảnh hưởng lớn nhất đến giá trị thu được là tốc độ quay hay vận tốc của động cơ.

S = RON – MON gọi là độ nhạy

Chỉ số octan (IO, ON) Chỉ số octan trên đường (Road ON)

 Giá trị của RdON có thể cao hơn hoặc thấp hơn RON.  RdON có thể đo trên máy động lực kế dạng satxi hoặc được xác định theo công thức : Road ON = RON – S2/a • S độ nhạy • a hệ số từ 4.6  6.2 phụ thuộc vào tỷ số nén của động cơ RON của phần cất ở 100°C

 RON của R100  RON = RON – RON của R100

Các giải pháp làm tăng octane

 Phương pháp hoá học (CCR, Alkylation...);  Dùng phụ gia;  Dùng các cấu tử có octane cao để phối trộn.

Chỉ số octan của một số nguồn phối trộn xăng

Chỉ số octan của một số nguồn phối trộn xăng

Vapor Pressure • Vapor pressure or equilibrium vapor pressure is defined as the pressure exerted by a vapor in thermodynamic equilibrium with its condensed phases (solid or liquid) at a given temperature in a closed system; ď †

The equilibrium vapor pressure is an

indication

of

a

liquid's

evaporation rate. It relates to the tendency of particles to escape from the liquid (or a solid); ď †

A substance with a high vapor pressure at normal temperatures is often referred to as voliatile.

Reid Vapor Pressure • In reality, vapor pressure is usually measured in a bomb Reid, result obtained called vapor pressure Reid (RVP); • RVP is defined as the absolute vapour pressure exerted by a liquid at 100 °F (37.8 °C) as determined by the test method ASTM-D323;

Áp suất hơi bảo hoà  Áp suất hơi là một đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất các phân tử trong pha lỏng có xu hướng thoát khỏi bề mặt của nó để chuyển sang pha hơi ở nhiệt độ và áp suất nhất định. Như vậy áp suất hơi bảo hòa chính là áp suất hơi mà tại đó thể hơi nằm cân bằng với thể lỏng.  Áp suất hơi bảo hòa thường được đo bằng phương pháp của Reid nên được ký hiệu là RVP (Reid Vapor Pressure). Áp suất thu được là áp suất tương đối, áp suất này được đo ở 100oF (37,8oC).

Áp suất hơi bảo hoà Áp suất hơi bảo hòa cao:  Khả năng khởi động nguội tốt;  Dễ tạo nút hơi trong hệ thống ống dẫn;  Mất mát vật chất lớn.

Áp suất hơi bảo hòa thấp:  Khởi động nóng tốt;  Hạn chế hiện tượng nút hơi;  Giảm mất mát vật chất.

Cần phải được giới hạn trong phạm vi nhất định

TCVN 6776:2005, áp suất hơi Ried : 43 ÷ 75 KPa

Thành phần cất  Đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa phần trăm bay hơi theo nhiệt độ hoặc ngược lại được gọi là đường cong chưng cất;  Tùy theo thiết bị được sử dụng mà ta có nhiều loại đường cong khác nhau như : ASTM, TBP, đường cong flash (Equilibrium flash vaporization).

Thành phần cất  Đối với các sản phẩm thì người ta hay sử dụng đường cong chưng cất đơn giảm ASTM D86;  Sơ đồ thiết bị như hình vẽ.

Thành phần cất • Initinal Boiling Point (IBP): The temperature at which the first drop of distillate appears after commencement of distillation in the standard ASTM laboratory apparatus; • Final Boiling Point (FBP): The maximum temperature observed on the distillation thermometer when a standard ASTM distillation is carried out; • After the IBP, distillation is continued and the temperature of the vapour and the

cumulative volume

percent

collected

are

simultaneously reported (5 percent: T5, 10 percent: T10, 15 percent: T15, 20 percent : T20 and etc...); • A distillation curve plots temperature versus the amount of distillate collected or inverse.

Thành phần cất Typical results for an ASTM D86 distillation of a gasoline

FBP

IBP

Losses

Residue

Thành phần cất

Thành phần cất

Thành phần cất

Gasoline volatility should be arranged according to weather conditions particularly ambient temperature.

Thành phần cất • IBP, T10 should be concerned: • Start up at cold temperatures; • Vapor lock; • Evaporation losses.

• T50 should be concerned the acceleration.

• T90, FBP should be concerned : • Power; • Spark plug fouling; • Pollution.

Thành phần cất 1. Phần ảnh hưởng đến khả năng cháy hết của nhiên liệu Vùng hóa hơi thấp

A

2. Phần ảnh hưởng đến sự pha loãng dầu bôi trơn 3. Phần ảnh hưởng đến tính kinh tế

B

4. Phần ảnh hưởng đến khả năng khởi động và tăng tốc 5. Phần ảnh hưởng đến khả năng đóng

C

băng Vùng hóa hơi cao

6. Phần ảnh hưởng đến khả năng khởi động nguội 7. Phần ảnh hưởng đến xử lý nhiên liệu nóng

% chưng cất

Thành phần cất  Khả năng cháy hết và tính kinh tế (A) • Nhiệt độ sôi cuối (FBP) • Phần cất > 90%

Giá trị quá thấp:  Tăng tiêu hao nhiên liệu;  Giảm đóng cặn trên Piston và Xilanh;  Giảm chất độc hại ra môi trường.

Giá trị quá cao:  Giảm tiêu hao nhiên liệu;  Tăng khả năng làm loãng màng dầu bôi trơn;  Tăng hàm lượng chất độc hại trong khói thải.

TCVN 6776:2005, PF max 215oC

Thành phần cất  Khả năng tăng tốc (B) Phần cất 50% (0-50%)  Nếu các giá trị nhiệt độ tương ứng quá lớn hay khả năng bay hơi kém thì động cơ sẽ tăng tốc kém nhưng hạn chế được khả năng đóng băng;  Khi các giá trị nhiệt độ tương ứng quá bé hay khả năng bay hơi quá lớn thì động cơ sẽ khởi động và tăng tốc dễ dàng (nhanh chóng đạt được vận tốc mong muốn); tuy nhiên khả năng đóng bằng trong bộ chế hào khí cũng tăng lên.

T50%, max: 120oC (TCVN 6776:2005)

Thành phần cất  Khả năng khởi động khi nguội (C) • Phần cất 0-10%

 Khởi động;

• E70

 Nút hơi và mất mát vật chất

 Khi IBP, t10 quá bé hay E70 quá lớn thì động cơ dễ khởi động nhưng dễ gây ra các tác hại: Tạo nút hơi, mất mát vật chất;  Khi động cơ đã nóng thì điều kiện này có thể gây ra hiện tượng kích nổ do nạp nhiều phần nhẹ;  Khi IBP, t10 quá lớn hay E70 quá bé thì động cơ khó khỏi động nguội nhưng sẽ khởi động nóng tốt.

T10%, max: 70oC (TCVN 6776:2005)

Quy định về độ bay hơi của xăng không chì ở châu Âu

Fuel Volatility Index

Tính chất

Áp suất hơi

E70

FVI

E100

E180 PF Cặn

Đơn vị

Giá trị giới hạn của các loại khác nhau 1

2

3

4

5

6

7

8

KPa nim

35

35

45

45

55

55

60

65

KPa max

70

70

80

80

90

90

95

100

% nim

15

15

15

15

15

15

15

20

%max

45

45

45

45

47

47

47

50

max

900

950

1000

1050

1100

1150

1200

1250

% nim

40

40

40

40

43

43

40

43

%max

65

65

65

65

70

70

70

70

% nim

85

85

85

85

85

85

85

85

215

215

215

215

215

215

215

215

2

2

2

2

2

2

2

2

oC

max

%max

FVI = RVP + 7 E70

Khối lượng riêng  Khối lượng riêng của xăng thay đổi tùy theo quy định của từng Quốc gia hay khu vực, thông thường ρ = 720-780 kg/m3;  Khối lượng riêng ảnh hưởng đến tiêu thụ nhiên liệu (ρ tăng 45% → tiêu thụ giảm 3-5%);  Giới hạn dưới được đặt ra nhằm đảm bảo công suất cực đại của động cơ;  Giới hạn trên được đặt ra nhằm hạn chế ô nhiễm môi trường;

Khối lượng riêng Test method ASTM D1298

Test method using Pycnometer

Hàm lượng benzen và Aromatic  Benzen là hóa chất có thể gây ung thư cho con người;  Benzen hay nhóm hợp chất thơm là những hợp rất bền nên khi bị đốt chúng thường cháy không hết, một phần tạo benzen, khói đen trong khí xã (PM and soot).

Benzen trong khí thải động cơ xăng phụ thuộc vào hàm lượng aromatic Hàm lượng aromatic Hàm lượng benzen trong khí chưa cháy trong khí xả (%) trong nhiên liệu (%)

1% benzen trong nhiên liệu 3% benzen trong nhiên liệu

20

1.5

2.25

35

2

2.9

50

2.5

3.5

Cần phải khống chế hàm lượng của benzen cũng như hàm lượng của các aromatic trong thành phần của xăng.

Hàm lượng nhựa thực tế (Existent gum)  Hàm lượng nhựa thực tế của xăng là phần cặn còn lại không bay hơi trong điều kiện thí nghiệm;  Nhựa ở trong xăng có thể đến từ một số phụ gia (phụ gia tẩy rữa) hoặc nhựa (resins) trong các cấu tử phối trộn;  Khi hàm lượng nhựa cao có thể gây nên cặn lắng trong hệ thống hoặc ảnh hưởng đến hệ thống lọc nhiên liệu.

Cần phải khống chế hàm lượng của nhựa cũng như hàm lượng của các olefin trong thành phần của xăng.

TCVN 6593:2006 (ASTM D 381-04) giá trị max: 5mg/100ml

Độ ổn định oxy hóa (Oxydation stability)  Trong quá trình tồn chứa xăng có thể tiếp xúc với không khí, khi đó oxy sẽ tấn công lên nối đôi của hợp chất olefins để tạo ra các hợp chất không mong muốn.  Các hợp chất không mong muốn được tạo ra do oxy hóa thường được gọi “hàm lượng nhựa tiềm ẩn” (potential gum);  Khả năng tạo nhựa được đánh giá thông qua độ ổn định oxy hóa.

TCVN 6776:2005  Độ ổn định oxy hóa, min: 480 phút  Hàm lượng olefin, max: 38% vol (EURO 2)

Các hợp chất lưu huỳnh và tác hại của chúng  Lưu huỳnh trong xăng thương phẩm có thể tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như H2S, RSH…  Tùy theo dạng tồn tại mà chúng gây ra những tác hại khác nhau;  Khí H2S là chất có mùi khó chịu;  Sự có mặt của RSH, H2S và lưu huỳnh tự do được xác định bằng phép thử Doctor tets (ASTM-D4952-96)  RSH và H2S gây ăn mòn trực tiếp thiết bị. Khả năng ăn mòn của chúng được đánh giá bằng phép thử ăn mòn tấm đồng (ASTM-D130)  Tổng hàm lượng lưu huỳnh có trong xăng sẽ được xác định bằng nhiều tiêu chuẩn khác nhau.

Xác định hàm lượng lưu huỳnh

Xác định hàm lượng lưu huỳnh • Three standards are available for determination of total sulfur: • Lamp - Gravimetric Method (D-90); • CO2 - O2 Lamp Method (D-1266); • Bomb Method (D-129).

• The sulfur oxides formed during combustion are absorbed and oxidized to sulfuric acid (H2SO4) by means of hydrogen peroxide (H2O2) solution that is then flushed with air to remove dissolved carbon dioxide. Sulfur as sulfate in the absorbent is determined acidimetrically by titration with standard sodium hydroxide (NaOH) solution.

Xác định hàm lượng lưu huỳnh • There are also many other methods that widely used in the oil industry for detemination of low levels of sulfur compoumds.

These methods were: • D2622 (WDXRF); • D4294 (EDXRF); • D5453 (UV-Fluorescence); • D3120 (Micro-coulometry); • D1266 (Wickbold combustion).

• In Euro (69 laboratories) from 9 countries use these methods to determine sulfur content in range 5-500 ppm.

Phối trộn xăng thương phẩm Để đạt đạt được các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật thì trong nhà máy lọc dầu hiện nay xăng thương phẩm được phối trộn từ những nguồn sau:          

Xăng chưng cất trực tiếp (FRN); Xăng của quá trình FCC (cat.naphta); Reformate; Xăng của quá trình isomer hoá (Isomerate); Xăng của quá trình alkyl hoá (Alkylate); Xăng các quá trình xử lý bằng hydro; Xăng của quá trình giảm nhớt, cốc hoá (Coker Naphta); Mix C4....

Hợp chất chứa oxy; Phụ gia.

Phối trộn xăng thương phẩm Phối trộn xăng thương phẩm ở Mỹ (trước năm 2000)

Phối trộn xăng thương phẩm ở Châu Âu (trước năm 2000)

Thành phần các nhóm chất trong xăng Số

Thành phần tính theo khối lượng

nguyên tử N-parafin Isoparafin Naphten cacbon

%

%

%

Olefin

Aromatic

%

%

Hợp chất chứa oxy

Tổng %

% 4

5.14

0.3

0

1.49

0

0

6.93

5

1.26

7.84

0

10.11

0

0.5

19.71

6

0.64

6.34

1.19

5.07

1.23

3

17.47

7

0.65

3.22

1.05

1.56

8.11

0

14.59

8

0.48

11.47

0.43

0.34

13.61

0

26.33

9

0.11

1.12

0.16

0.07

9.49

0

10.95

10

0.01

0.09

0.09

0.02

2.80

0

3.01

11

0

0.1

0

0

0.25

0

0.35

12

0

0.61

0

0

0

0

0.61

13

0

0.01

0

0

0

0

0.01

Tổng

8.29

31.1

2.92

35.49

18.66

3.5

99.96

Các cấu tử không xác định chiếm 0.4%

Thành phần các nhóm chất trong xăng Số nguyên

Thành phần tính theo khối lượng

tử cacbon Parafin % Naphten% Olefin% Diolefin% Aromatic

Tổng %

% 4

1.46

0

0.59

0.

0

2.05

5

11.64

0.18

3.16

0.06

0

15.04

6

12.27

1.03

2.09

0.06

2.22

17.67

7

11.52

1.41

1.40

0

12.84

27.17

8

4.26

0.05

0.12

0

16.70

21.13

9

0.65

0

0

0

10.76

11.41

10

0

0

0

0

3.08

3.08

11

0

0

0

0

0.19

0.19

Tổng

41.8.0

2.67

7.36

0.12

45.79

97.74

Các cấu tử không xác định chiếm 2.26 %

Phụ gia cho xăng Ngoài phụ gia dùng làm tăng chỉ số octane, trong xăng thương phẩm luôn chứa một lượng nhất định các phụ gia khác, hàm lượng của chúng thường nằm trong khoảng vài chục đến và trăm phần triệu:

 Chất màu: khoảng 4 mg/l  Phụ gia chống oxy hóa  Phụ gia chống mài mòn souppape  Chất tẩy rữa bề mặt, chống tạo cặn  …

Phụ gia cho xăng 

There are six reasons for using additives in fuels: 

To improve handling properties and stability of the fuel;



To improve combustion properties of the fuel;



To reduce emissions from fuel combustion;



To provide engine protection and cleanliness;



To establish or enhance the brand image of the fuel;



To increase in the economic use of the fuel.

Phụ gia cho xăng 

Motor engine gasoline additives and their functions:

Phụ gia cho xăng 

Motor engine gasoline additives and their functions:

Phụ gia cho xăng 

Additives for Gasoline Distribution Systems 

Antioxidants



Metal deactivators



Antistatic agents



Corrosion inhibitors



Sediment reduction agents



Dyes



Dehazers

Phụ gia cho xăng 

Additives for gasoline vehicle system 

Antiknock additive (was tetra ethyl lead, which is now phased out)



Anti-valve seat recession additive (also phased out due to metallurgy change in the engines)



Carburetor detergents (gradually being phased out due to the introduction of injectors)



Deposit control additives



Deposit modifiers



Friction modifiers



Lubricity improvers

Thank you for your attention

Diesel thương phẩm TS. Trương Hữu Trì

Giới thiệu chung  Nhiên liệu sử dụng cho động cơ Diesel được gọi là nhiên liệu diesel;  Nhiên liệu diesel chứa chủ yếu các hydrocacbon có khoảng nhiệt độ sôi trong khoảng 160-380oC, các cấu tử này thu nhận được từ phân đoạn Gas oil, Kerosen của CDU, LCO của FCC và một số cấu tử khác .  Động cơ diesel được sử dụng rất phổ biến trong lĩnh vực đường bộ, đường sắt, đường thủy và một phần được sử dụng cho các máy móc công nghiệp như tuabin khí, máy phát điện, máy móc xây dựng . . .  Nhu cầu về nhiên liệu Diesel ngày càng tăng, điều này đã đặt ra cho các nhà sản xuất nhiên liệu những thách thức mới, và điều này càng khó khăn hơn bởi những yêu cầu ngày càng khắt khe của luật bảo vệ môi trường.

Phân loại diesel thương phẩm  Việc chọn loại nhiên liệu phù hợp là không đơn giản, phụ thuộc nhiều yếu tố, trong đó quan trọng nhất phải kể đến: kích thước và cấu trúc của động cơ; tốc độ và tải trọng; tần suất thay đổi tốc độ và tải trọng; bảo dưỡng; giá cả và khả năng cung cấp nhiên liệu.

Loại

Tốc độ thấp

Tốc độ trung bình

Tốc độ (V/ph)

Điều kiện vận hành

Phạm vi sử dụng

Tải trọng lớn, tốc độ không

Máy đẩy tàu thủy, máy phát

đổi.

điện.

Tải trọng khá cao, tốc độ

Máy phụ của tàu thủy, máy

tương đối ổn định.

phát điện cố định, bơm.

Nhỏ hơn 375

375 - 1000

Giao thông vận tải, xe lửa, Tốc độ cao

Lớn hơn 1000

Tốc độ và tải trọng thay đổi. máy xây dựng.

Phân loại diesel thương phẩm Tiêu chuẩn Mỹ ASTM D975 phân loại nhiên liệu Diesel thành 03 loại: N01D, N02D, N04D.  Loại N01D : bao gồm các nhiên liệu Diesel dễ hóa hơi từ dầu lửa đến các phần cất trung bình;  Loại N02D : bao gồm các nhiên liệu Diesel có độ hóa hơi thấp hơn;  Loại N04D : bao gồm các nhiên liệu Diesel với phần cất có độ nhớt cao hơn và hỗn hợp các phần cất đó với các nhiên liệu Diesel còn lại.

Phân loại diesel thương phẩm Theo phân loại nhiên liệu Diesel của Pháp thì chúng được chia thành 11 loại như sau: Chỉ tiêu chất lượng Đơn vị Loại A B TLF C °C D E F Khối lượng riêng ở kg/m3 15°C Độ nhớt ở 40°C mm2/s IC đo IC tính toán E250 E350 E370

Giá trị giới hạn Min

Max 5 0 -5 -10 -15 -20

820

860

2 49 46

4.5

65 %vol

85 95

Chỉ tiêu chất Đơn vị lượng

Giá trị giới hạn 0

1

2

3

4

TLF

°C

-20

-26

-32

-38

-44

Điểm vẫn đục

°C min kg/m3 max kg/m3 min mm2/s max mm2/s

-10

-16

-22

-28

-34

800

800

800

800

800

845

845

845

840

840

1.5

1.5

1.5

1.4

1.2

4

4

4

4

4

KL riêng ở 15°C Độ nhớt ở 40°C IC đo

min

47

47

46

45

45

IC tính toán

min

46

46

45

43

43

10

10

10

10

10

95

95

95

95

95

E180 E340

%vol

Phân loại diesel thương phẩm  Nhiên liệu diesel còn được chia làm 2 loại: Loại dùng cho động cơ có tốc độ cao (HSD) và loại dầu diesel nhẹ (LDO);  High speed diesel (HSD) is used most abundantly in a variety of high speed diesel engines oprerating above 750 rpm: Cars, buses, tractors, lorries, barges, speed boats, railway engines, irrigation pumps, and generator sets.  LDO is used for diesel engines, generally of the stationary types operating below 750 rpm.

Sản xuất động cơ Diesel của Renault và PSA (Pháp)

Thị trường động cơ Diesel ở Tây âu

Sự thay đổi về một số dạng năng lượng tiêu thụ đến từ dầu mỏ ở Pháp

What are diesel fuels?

What are diesel fuels?

Commercial diesel fuel is a blend of many refinery streams: • Straight run gas oil; • Kerosene; • Hydrotreated light cycle oil from FCC; • Distillate hydrocracker; • Hydrotreated coker gas oil.

What are diesel fuels?

Tính chất của các cấu tử phối trộn diesel Property

Units

Specific gravity

Hydrocracker

Coker

diesel

diesel

SRD

Kero

LCO

0.8495

0.786

0.8825

0.8488

0.879

Sulfur

Wt %

1.29

0.103

0.24

0.036

0.79

Pour point

oC

-12

-57

-25

4

3

Cetane index

50.6

Diesel index

55.3

64

30.2

oC

286

189

283

313

322

oC

330

223

351

377

377

50% ASTM distillation 95% ASTM distillation

55 30

Thành phần hóa học của Diesel Hydrocarbon compounds

Non Hydrocarbon compounds

 Paraffins

 Sulfur

 Naphthenes

 Nitrogen

 Aromatics  Hybrid

Compounds  “Olefins”

Compounds

Compounds  Oxygen

Compounds

 Resins  Asphaltenes

Thành phần hóa học của Diesel

Thành phần hóa học của Diesel

Nguyên lý hoạt động của động cơ Diesel • Diesel engine is also called compression

ignition

engine; • Diesel fuel is burnt in a compression

ignition

engine where the fuel is atomised and sprayed in the hot compressed air.

Basic geometry of the Diesel engine

Nguyên lý hoạt động của động cơ Diesel Four stroke diesel engine cycle

How Diesel Engines Work.mp4

In a diesel engine, air alone is drawn into combustion chamber and compressed until it is very hot (about 500oC). At this stage, finely atomized fuel is injected at a very high pressure, which is ignited by the heat of compression.

Nguyên lý hoạt động của động cơ Diesel • When fuel is injected into the combustion chamber, ignition does not occur immediately. The interval between the commencement of fuel injected and the commecement of combustion is called the “ignition delay”; • This delay is measure of the ignition quality of the fuel; • The delay period depends on: • Nautre of fuel; • Engine design; • Operating conditions.

Đặc điểm của quá trình cháy trong động cơ diesel  Nhiên liệu chỉ được nạp vào xylanh khi không khí đã được nén và đạt được nhiệt độ cao (khoảng 500oC) sau đó chúng bay hơi, trộn lẫn với không khí rồi tự bắt cháy;  Khi được phun vào nhiên liệu cần phải có thời gian chuẩn bị hay còn gọi thời gian cảm ứng;  Quá trình cháy của nhiên liệu có thể xãy ra ở bất cứ vị trí nào trong buồng cháy mà không cần bugie hay màng lữa lan truyền đến;  Độ giàu Φ=0.2-0.85. Động cơ diezel đòi hỏi phải có tỷ số nén cao từ 14 - 25 (trong khi đó tỷ số này của động cơ xăng khoảng 8 - 12. Do đó động cơ diezel cho công lớn hơn động cơ xăng khi tiêu thụ cùng một lượng nhiên liệu.

Đặc điểm của quá trình cháy trong động cơ diesel

Đặc điểm của quá trình cháy trong động cơ diesel  Thời gian cảm ứng có thể chia thành: • Thời gian cảm ứng vật lý; • Thời gian cảm ứng hoá học.

 Thời gian cảm ứng dài hay ngắn phụ thuộc vào: • Bản chất của nhiên liệu; • Cấu trúc động cơ; • Điều kiện vận hành.

Phương trình phản ứng cháy – Độ giàu  Phản ứng cháy:

 Hệ số tỷ lượng:

 Độ giàu nhiên liệu:

Đặc điểm của quá trình cháy trong động cơ diesel • If this value is too long, the engine may be hard to stard and when the accumulated fuel does ignite the rate of pressure rise may be so great that it causes roughness or diesel knock like knocking in gasoline engine: • Loss of efficiency and power output (giảm công suất); • Increased the toxic compounds in the exhaust gas (tăng chất độc hại trong khói thải); • Possibility of mechanical damage to the engine (giảm tuổi thọ động cơ).

So sánh động cơ Diesel và Xăng • There are some significant differences between diesel engines and gasoline engines: • In

the

diesel

engine, only air is first sucked into a cylinder and then compressed, diesel ignited

fuel

is

by

the

heat compression;

of

So sánh động cơ Diesel và Xăng • In a spark ignition engine, intakes a mixture of gasoline and air and then compresses and ignites this mixture with a spark plug; • There are also differences of the compression ratio.

• The gasoline compresses at a ratio between 8:1 to 12:1 and the diesel, on its hand compress at a ratio of 14:1 to 25:1. Hence follows the higher efficiency for the diesel engine.

So sánh động cơ Diesel và Xăng Áp suất trong buồng cháy

50

Động cơ diezel đòi hỏi phải có tỷ số nén cao từ 14 - 25 (trong khi đó tỷ số này của động cơ xăng khoảng 8 -12).

So sánh động cơ Diesel và Xăng 140

Mức tiêu hao nhiên liệu

120

116

115

124

120 113

100 80 60

ĐC Diesel

40

ĐC Xăng

20 0

D 10,9; V 33,9 D 17,9; V 34,3

D 19; V 29,1

D 5,8; V 41,2

D 2,5; V 11,5

 Hiệu suất sử dụng nhiệt: động cơ diesel có tỷ số nén lớn hơn nên công sinh ra khi tiệu thụ cùng đơn vị thể tích lơn hơn (khoảng 1,3 lần);  Nhiệt trị: Heat value của diesel Heat value của xăng (≈ 10%);  Giá thành của Diesel rẻ hơn xăng: năng lượng tiêu thụ để sản xuất Diesel nhỏ hơn sản xuất xăng khoảng 6% (13% so với 19%).

So sánh động cơ Diesel và Xăng

NSRP’S Specification of Diesel

NSRP’S Specification of Diesel

TCVN 5689:2005 Tên chỉ tiêu

Mức

Phương pháp thử TCVN 6701:2000 (ASTM D2622)

1. Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg, max.

0.05%S

0.25%S /ASTM D5453

2. Chỉ số xêtan (*) , min.

46

ASTM D4737

3. Nhiệt độ cất, 0C, 90% thể tích, max.

360

TCVN 2698:2002 (ASTM D86)

4. Điểm chớp cháy cốc kín, 0C, min.

55

5. Độ nhớt động học ở 40 0C, mm2/s (**) 6. Cặn cácbon của 10 % cặn chưng cất, % khối lượng, max.

2 - 4,5

TCVN 6608:2000 (ASTM D3828) /ASTM D93 TCVN 3171:2003 (ASTM D445) TCVN 6324:1997 (ASTM D189)

0,3 /ASTM D4530

7. Điểm đông đặc, 0C, max.

+6

TCVN 3753:1995 (ASTM D97)

8. Hàm lượng tro, % khối lượng, max.

0,01

TCVN 2690:1995 (ASTM D 482)

9. Hàm lượng nước, mg/kg, max.

200

ASTM E203

10.Tạp chất dạng hạt, mg/l, max.

10

ASTM D2276

11.Ăn mòn mảnh đồng ở 50 0C, 3 giờ, max.

12.Khối lượng riêng ở 15 0C, kg/m3.

13.Độ bôi trơn, µm, max.

14.Ngoại quan. (*) (**)

Loại 1 820 - 860

TCVN 2694:2000 (ASTM D130) TCVN 6594:2000 (ASTM D1298) /ASTM D 4052

460

ASTM D 6079

Sạch, trong

ASTM D 4176

Phương pháp tính chỉ số xêtan không áp dụng cho các loại dầu điêzen có phụ gia cải thiện trị số xêtan.

1 mm2/s = 1 cSt.

TCCS 03:2009/PETROLIMEX Tên chỉ tiêu

Mức DO 0,05S

DO 0,25S

500

2500

Phương pháp thử TCVN 6701:2007 (ASTM D2622-05) /TCVN 7760:2008

1. Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg, max.

(ASTM D5453-06) /TCVN 3172:2008 (ASTM D4294-06)

2. Chỉ số xêtan (*) , min.

46

46

TCVN 3180:2007 (ASTM D4737-04)

Hoặc trị số xêtan, min

46

46

TCVN 7630:2007 (ASTM D613-05)

360

370

TCVN 2698:2007 (ASTM D86-05)

55

55

2,0 - 4,5

2,0 – 5,0

0,3

0,3

+6

+6

0,01

0,01

Loại 1

Loại 1

820 - 860

820 - 870

460

-

3. Nhiệt độ cất, 0C, 90% thể tích, max.

4. Điểm chớp cháy cốc kín, 0C, min.

5. Độ nhớt động học ở 40

0C,

TCVN 6608:2000 (ASTM D3828-05) /TCVN 2693:2007 (ASTM D93-06)

cSt, TCVN 3171:2007 (ASTM D445-06)

min-max 6. Cặn cácbon của 10 % cặn chưng cất, % khối lượng, max.

TCVN 6324:2006 (ASTM D189-05) /ASTM D4530 TCVN 3753:2007 (ASTM D97-05a)

7. Điểm đông đặc, 0C, max 8. Hàm lượng tro, % khối lượng, max.

9. Ăn mòn mảnh đồng ở 50 0C trong 3 giờ, max.

/ASTM D5950 TCVN 2690:2007 (ASTM D 482-03) TCVN 2694:2007 (ASTM D130-04e1)

10.Khối lượng riêng ở 15 0C, kg/m3, TCVN 6594:2007 (ASTM D1298-05) /ASTM D 4052

min-max.

11.Độ bôi trơn, µm, max. (*)

TCVN 7758:2007 (ASTM D6079-04e1)

Phương pháp tính chỉ số xêtan không áp dụng cho các loại nhiên liệu có phụ gia cải thiện trị số xê tan.

Tiêu chuẩn chất lượng của nhiên liệu diesel  Physical properties: Density, Distillation, Viscosity;

 Engine performance and emission: The cetane number, Polyaromatic content, Sulfur content, Conradson Carbon Residue;

 Low temperature characteristic: Cloud point, pour point, cold filter plugging point;

 Related to storage and transportation: Flash point, water content, …

Chỉ số cetane (Cetane number: CN)  Để đặc trưng cho khả năng tự bắt cháy của nhiên liệu diesel người ta đưa ra khái niệm chỉ số cetane, là chỉ số được đo dựa vào thời giam cảm ứng của hỗn hợp nhiên liệu chuẩn;  Chỉ số cetane là đại lượng quy ước được tính bằng phần trăm thể tích của n-cetane (n-C16H34) trong hỗn hợp của nó với αmetylnaphtalen (C11H10) khi hỗn hợp này có khả năng bắt cháy tương đương với nhiên liệu đang xem xét. Trong đó n-cetane là cấu tử có khả năng tự bắt cháy tốt nên chỉ số cetane của nó được quy ước bằng 100, và α-metylnaphtalen là cấu tử có khả năng bắt cháy kém nên chỉ số cetane của nó được quy ước bằng 0.

Chᝉ sᝑ cetane (Cetane number: CN)

Chỉ số cetane (Cetane number: CN) Cetane Method Test Engine Assembly (ASTM D-613, IP 41)

Chỉ số cetane (Cetane number: CN)  Để xác định trị số cetane của nhiên liệu, thường tiến hành đo thời gian cháy trể của chúng trong động cơ thí nghiệm tiêu chuẩn với số vòng quay 900 vòng/ phút và so sánh với thời gian cháy trể của của hỗn hợp nhiên liệu chuẩn nói trên;  Điều chỉnh tỷ số nén để thu được thời gian cháy trể ở 13 độ, nghĩa là: • Gốc phun sớm 13 độ; • Thời điểm bắt cháy ở điểm chết trên.

Chỉ số cetane (Cetane number: CN)  Chỉ số cetane là đại lượng quan trọng của nhiên liệu diesel;  Khi CN quá thấp, thời gian cảm ứng dài, động cơ sẽ khởi động khó khăn và có thể dẫn đến hiện tượng tương tự như hiện tượng kích nổ trong đông cơ xăng: • Giảm công suất; • Giảm tuổi thọ động cơ • Tăng hàm lượng chất độc hại trong khói thải..

Chỉ số cetane (Cetane number: CN)  Khi CN cao thì: • Giảm được tiếng ồn khi cháy; • Tăng hiệu suất nhiệt hay công suất động cơ; • Động cơ khởi động dễ, nhất là khi nhiệt độ thấp; • Giảm chất độc hại trong khói thải.  Chỉ số octane yêu cầu cho động cơ diesel khoảng: CN required: 45 – 55

Chỉ số cetane (Cetane Index: CI)  Chỉ số cetane cho động cơ được yêu cầu thấp (khi so sánh với chỉ số octane) và trong nhà máy lọc dầu thì giá trị này thường đạt được dễ dàng, vì vậy thực tế giá trị này ít đo mà thường được tính toán thông qua các tính chất của nhiên liệu;  Có rất nhiều công thức thực nghiệm được đặt ra để tính toán, giá trị thu được gọi là “chỉ số cetane: Cetane Index”.

• Theo tiêu chuẩn ASTM D 976 CI = 454.74 – 1641.416ρ + 777.74ρ2 – 0.554(T50) + 97.083(log T50)2

ρ : Density at 15oC, g/mL; T50: Mid-boiling temperature, oC.

Chỉ số cetane (Cetane Index: CI) CI = 454.74 – 1641.416ρ + 777.74ρ2 – 0.554(T50) + 97.083(log T50)2

Chỉ số cetane (Cetane Index: CI) • Theo tiêu chuẩn ASTM D 976 CCI = 45.2 + 0.0892T10N + (0.131 + 0.901B)T50N + (0.523 – 0.420B)T90N + 0.00049(T210N – T290N) + 107B + 60B2 Where: • ρ : Densety at 15oC, g/mL; • T10N= T10-215, oC; • T50N= T50-260, oC; • T90N= T90-310, oC; • B = e(-3.5DN)- 1; • DN = ρ – 0.85.

• The calculated cetane index is particularly applicable to straight run fuels, catalytically cracked stocks, and their blends.

Chỉ số cetane (Cetane Index: CI) • CI can also measure from different parameters of the fuel, is termed its diesel index (DI) or aniline point (PA) (ASTM D-611, IP 2) CI = PA – 15.5; with PA : aniline point °C

or CI = 0.72 DI + 10;

API.PA ( F ) where DI  100

Khối lượng riêng  Khối lượng riêng của xăng thay đổi tùy theo quy định của từng Quốc gia hay khu vực, thông thường ρ = 820-860 kg/m3;  Giới hạn dưới nhằm đảm bảo công suất cực đại cho động cơ hay nhằm bảo vệ khách hàng;  Giới hạn trên nhằm hạn chế nồng độ chất độc hại trong khói thải động cơ hay bảo vệ môi trường;  Khối lượng riêng ảnh hưởng đến mức tiêu thụ nhiên liệu (ρ↑ → tiêu thụ↓)

Độ nhớt  Đối với một loại động cơ xác định thì độ nhớt sẽ ảnh hưởng đến kích thước của hạt sương được phun ra hay nói cách khác là ảnh hưởng đến chất lượng của quá trình cháy; • Độ nhớt lớn thì kích thước giọt sương lớn sẽ dẫn đến khả năng cháy kém; • Độ nhớt nhỏ có thể ảnh hưởng đến sự bôi trơn bơm hệ thống phun nhiên liệu. Độ nhớt động học ở 40 0C, mm2/s

2 - 4,5

Độ nhớt  Kinematic

viscosity

is

determined by ASTM D445 test method;  Vicosity is function of time taken in seconds for a given volume

of

through

oil a

to

flow

calibrated

viscometer under specified conditions.

Ä?áť™ nháť›t For transparent products

Viscosity depends on temperature and decreases as the temperature increases, so no numerical value has any meaning unless the temperature is specified.

Thành phần cất  Thành phần cất của nhiên liệu diesel thường không quy định nghiêm ngặt. Đối với diesel thương phẩm (ASTM D86 method): • T sôi đầu khoảng : 160-180°C • T sôi cuối khoảng : 350-385°C  Tiêu chuẩn định rỏ mức độ bay hơi thất nhất và cao nhất của diesel như sau: • E250 nhỏ hơn 65% • E350 lớn hơn 85% • E370 lớn hơn 95%

Thành phần cất  Low boiling components for easy cold starting and fast warm-up;  Heavier components which provide power and fuel economy when the engine reaches operating temperature;  Either too high or too low volatility may promote: •

Decreased thermal efficiency of engine;

•

Increased the toxic compounds in the exhaust gas;

•

Carbon deposits;

•

Oil dilution.

Các hợp chất lưu huỳnh và tác hại của chúng  Diesel thương phẩm thường được phối trộn từ nhiều nguồn với khoảng nhiệt độ sôi trãi dài trong khoảng rộng nên các hợp chất của lưu huỳnh cũng tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như: mercaptan, sulfua…  Tùy theo dạng tồn tại mà chúng gây ra những tác hại khác nhau  Mercaptan có thể gây ăn mòn trực tiếp thiết bị.  Dù tồn tại ở bất kỳ dạng nào thì khi bị đốt cháy chúng cũng gây ra những tác động xấu cho đông cơ và môi trường  Tổng hàm lượng lưu huỳnh có trong diesel sẽ được xác định bằng nhiều tiêu chuẩn khác nhau

Sulfur compounds  Thông qua đồ thị cho thấy lưu huỳnh trong diesel tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau. Do đó chúng có thể gây ra những tác hại khác nhau tùy theo dạng tồn tại và điều kiện cụ thể.

Tác hại của lưu huỳnh  Gây ô nhiễm môi trường dưới dạng mưa acid khi bị đốt cháy;  Gây ăn mòn trực tiếp các thiết bị trong quá trình chế biến tại nhà máy (H2S, RSH);  Làm giảm hoạt tính của bộ xúc tác ba chức năng trên động cơ;  Khi bị đốt cháy thì hợp chất lưu huỳnh có thể tạo acid gây ăn mòn các thiết bị;  Làm tăng chỉ số acid của dầu bôi trơn trong động cơ;  Sự có mặt của lưu huỳnh trong nhiên liệu sẽ làm tăng nồng độ chất độc hại trong khói thải (PM, Soot, NOx);

Tác hại của lưu huỳnh % HC được chuyển hoá

Thực nghiệm cho thấy: • [S]=0,06% wt → PM, soot : 2,1%*.

60

0 %S

• [S]=0,85%wt → PM, soot :5,8% *.

0,05 %S

0,15 %S

40

• [S]=2,9% wt → PM, soot : 12,2% *.

• * deposited on piston and segment

[S]↑ → PM and Soot ↑  = 25oC

20

160

180

200

220

240

(0C)

Nhiệt độ khí vào bộ xúc tác ba chức năng

Tác hại của lưu huỳnh Ảnh hưởng của %S trong diesel lên hàm lượng hạt rắn trong khói thải động cơ

Nhiệt độ vào bộ lọc xúc tác

Ăn mòn tấm đồng  Do các hợp chất lưu huỳnh và oxy gây ra

 TCVN 5689:2005 (ASTM D130) Ăn mòn tấm đồng,ở 50oC, 3h, max: Loại 1

Phương pháp đánh giá hàm lượng lưu huỳnh • Three standards are available for determination of total sulfur: • Lamp - Gravimetric Method (D-90); • CO2 - O2 Lamp Method (D-1266); • Bomb Method (D-129).

• The sulfur oxides formed during combustion are absorbed and oxidized to sulfuric acid (H2SO4) by means of hydrogen peroxide (H2O2) solution that is then flushed with air to remove dissolved carbon dioxide. Sulfur as sulfate in the absorbent is determined acidimetrically by titration with standard sodium hydroxide (NaOH) solution.

Phương pháp đánh giá hàm lượng lưu huỳnh • There are also many other methods that widely used in the oil industry for detemination of low levels of sulfur compoumds.

These methods were: • D2622 (WDXRF); • D4294 (EDXRF); • D5453 (UV-Fluorescence); • D3120 (Micro-coulometry); • D1266 (Wickbold combustion).

• In Euro (69 laboratories) from 9 countries use these methods to determine sulfur content in range 5-500 ppm.

Tiêu chuẩn liên quan đến điều kiện làm việc ở nhiệt độ thấp  Diesel trước khi đi vào bơm phun nhiên liệu thì chúng được bơm qua hệ thống lọc (khoảng vài μm). Ở nhiệt độ thấp các tinh thể (nước, n-p mạch dài) có thể hình thành và gây ảnh hưởng lên hoạt động của hệ thống nạp liệu:  Giảm áp suất trong bơm;  Làm chậm quá trình phun nhiên liệu;  Lượng nhiên liệu phun vào không đều;  Tắt ngẻn hệ thống lọc.

 Để bảo đảm cho quá trình nạp liệu thì nhiên liệu cần phải đạt được các chỉ tiêu sau:  Điểm chảy;  Điểm vẫn đục;  Nhiệt độ lọc tới hạn.

Điểm đông đặc  Nhiệt độ đông đặc là nhiệt độ cao nhất mà ở đó các phân đoạn hay sản phẩm dầu mỏ, trong điều kiện thử nghiệm mất hẳn tính linh động.  Tiến hành đo: • Làm lạnh hổn hợp từ nhiệt độ 32 °C • Bước đo: 3°C • Khi đưa ống nằm ngang, mẩu không bị chảy trong thời gian 5 giấy • Độ lặp lại (repeatability) : 3°C • ‘Độ tái diễn’(Reproducibility) : 6°C

Điểm vẫn đục  Nhiệt độ vẫn đục là nhiệt độ mà ở đó các phân tử n-parafin trong các phân đoạn dầu mỏ hay sản phẩm dầu mỏ, bắt đầu kết tinh và làm giảm độ trong suốt của mẫu thí nghiệm mà ta có thể nhìn thấy.  Tiến hành đo: •

Lượng mẫu : 40 ml

•

Tốc độ làm lạnh :0.5 - 1°C/min

•

Quan sát sự vẫn đục của mẫu

•

Độ lặp lại (repeatability) : 2°C

•

‘Độ tái diễn’(Reproducibility) : 4°C

Nhiệt độ lọc tới hạn (cold filter plugging point)  Nhiệt độ lọc tới hạn là nhiệt độ cao nhất mà ở đó một thể tích xác định mẫu (20ml), khi được làm lạnh trong điều kiện xác định, còn có thể được hút qua một hệ thống lọc quy định (45μm) trong một thời gian xác định (60s).

Thời gian tối thiểu để hút đầy burrette < 60 s

Hút chân không Thời gian hút đầy Burrette (20 ml) Bình ổn nhiệt

Bộ phận lọc

Mẫu

Nhiệt độ chớp cháy  Nhiệt độ chớp cháy là nhiệt độ thấp nhất mà ở đó mẫu thử khi được đun nóng trong điều kiện xác định sẽ bay hơi trộn lẫn với không khí và có thể vụt cháy rồi tắt ngay khi cắt nguồn nhiệt.

• Nhiệt độ chớt cháy cốc kín; • Nhiệt độ chớt cháy cốc hỡ. Ý nghĩa Đặc trưng cho mức độ hoả hoạn của của dầu mỏ hay các sản phẩm trong quá trình chế biến, vận chuyển, bảo quản.

Flash Point â&#x20AC;˘ There are two basic types of flash point measurement: open cup and closed cup.

Open cup

Pensky-Martens closed cup method with an integrated fire extinguisher.

Flash Point • Methods for determine the flash point of a liquid are specified in many standards. For example, testing by the Pensky-Martens closed cup method is detailed in ASTM D93, IP34, ISO 2719, DIN 51758, JIS K2265 and AFNOR M07-019; • Determination of flash point by the Small Scale closed cup method is detailed in ASTM D3828 and D3278, EN ISO 3679 and 3680, and IP 523 and 524; • Test Methods for Cleveland Open Cup • D92-05 • DIN 51 376

Flash Point

Lubricity • Diesel Engines require the diesel fuel to act as a lubricant for their injection systems; • Diesel fuel must have sufficient lubricity to give adequate protection against excessive injection system wear; • The lubricity of diesel fuels evaluated by using a highfrequency reciprocating rig (HFRR) ASTM D6079.

Độ bôi trơn

Hàm lượng nước  Nguồn gốc • Trong dầu thô ban đầu • Quá trình xử lý • Vận chuyển và tồn chứa

 Tác hại • Gây ăn mòn, gỉ • Ảnh hưởng đến quá trình bơm nhiên liệu

 TCVN 5689:2005 (ASTM D95) Hàm lượng nước, max: 200 mg/kg

Carbon Residue â&#x20AC;˘ Carbon residue gives a measure of the carbon depositing tendencies of a diesel fuel after evaporation and pyrolysis under prescribed conditions; â&#x20AC;˘ Different fuels have different tendencies to crack and leave carbon deposits when heated under similar conditions. This property is normally measured by the Conradson or the Ramsbottom coke tests.

Carbon Residue â&#x20AC;˘ In these tests, a sample of the fuel is heated without contact with air under specified conditions and the weight of carbon residue remaining after the test is expressed as a percentage of the weight of the sample; â&#x20AC;˘ The carbon residue of a petroleum product give an indication of the amount of coke that will be formed during thermal processes as well as an indication of the amount of high-boiling constituents in petroleum.

Carbon Residue • For diesel fuel, Carbon Residue on 10 % (V/V) distillation Residue expected to have less than 0.3 %wt (max) (Euro 2).

• Test method ASTM D189/D4530: • The apparatus consists of a porcelain crucible containing a weighed sample of the oil (10g); • The sample is heated at 500°C for a specified period of time until all the volatile content of the oil has evaporated leaving the carbon as residue.

• The carbon content of the sample is calculated as the weight of the carbon left as a percentage of the weight of the original sample.

Ash content • Ash is a measure of the incombustible material present in a fuel and is expressed as a percentage of the weight of the fuel sample; • In the case of distillate fuels, it usually consists of rust, tank scale or sand which settles out readily; • Blends of distillate and residual fuel, e.g. LDO may additionally contain metal oxide derived from oil soluble and insoluble metallic compounds;

Ash content â&#x20AC;˘ Ash is significant because it can give rise to deposit problems such as abrasion, malfunctioning of injectors and high temperature corrosion, particularly with residual fuels; â&#x20AC;˘ Ash is determinated by test method ASTM D-482 or/and IP 4;

Ash content • A small sample of fuel is burned in a muffle furnace at 775°C until all of the combustible matter has been consumed as indicated by the residue and container attaining a constant weight. 

The amount of unburnable residue is the ash content and is reported as percent by weight of the sample;



The maximum ash content is allowed at 0,01% wt

Sediment • Sediment is absolutely undesirable contaminant and should be as low as possible; • The higher the specific gravity and viscosity of a fuel, the greater the quantities of sediment it can hold in suspension; • Large quantities of sediment can affect the combustion of the fuel, and if abrasive, may cause excessive wear of closely fitting parts of fuel pumps and injectors; • It may also clog filters and build up deposits in tanks and piping.

Phối trộn Diesel thương phẩm Để đạt đạt được các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật thì trong nhà máy lọc dầu hiện nay Diesel thương phẩm được phối trộn từ những nguồn sau: 

Gas oil;



LCO và HCO của quá trình FCC;



Kerosen;



Các phần thu được của quá trình giảm nhớt, cốc hoá, các quá trình xử lý bằng hydro;



HC đến từ quá trình tổng hợp Fischer-Tropsch



…

Ngoài những thành phần trên, thì trong diesel thương phẩm còn chứa nhiều hợp phần khác nhằm nâng cao chất lượng (dùng phụ gia)

Nguồn phối trộn diesel thương phẩm GPL

Tháp chưng cất khí quyển

RC

Xăng Nguyên liệu hóa dầu

HDS

Kerosen Gasoil

HDS Dầu hỏa FCC Phần cất

Hydrocracking Giảm nhớt

Chưng chân không

- Khí - Xăng - Gasoil

-Khí -Xăng -Gasoil

Cốc hóa

Phần cặn

Tách ASphalt - FO; Bitum

HDS Chuyển hóa

- Khí - Gasoil - FO

Tính chất một số nguồn phối trộn diesel Nguồn nguyên liệu

Quá trình xử lý

Hiệu suất (% kl)

Dầu thô paraffin

Dầu thô naphten

DA

DA

Phần cất của DSV

FCC

HCK

Phần cặn của RSV

VB

CK

HCK

30.3

32.8

36.7

29.2

47.2

1015

--

515

35

--

0.835

0.825

0.843

0.827

0.856

0.93

0.835

0.845

0.900

0.855

PI

170

180

170

180

170

170

200

170

170

196

PF

370

375

400

350

370

370

358

370

370

343

-5

-2

+1

-10

-20

-5

-14

-4

-8

-15

Điểm chảy (oC)

-12

-9

-6

-18

-33

-14

-25

-18

-20

-26

Chỉ số cetan

50

51

54

54

43

24

58

40

28

50

0.12

0.04

0.83

0.80

0.09

2.8

0.02

2.33

2.10

d

15

4(kg/l)

Điểm vẫn đục (oC)

S (% kl)

Tính chất một số nguồn phối trộn diesel Dạng sản phẩm Tính chất

-Khôi lượng riêng ở 15oC (kg/lit)

LCO

LCO

(HTS)

(BTS)

0.942

VB1

VB2

HCK

CK

0.924

0.866

0.821

0.803

0.936

- Độ nhớt (cSt)

4.6

3.1

5.5

2

2.94

- Lưu huỳnh(%)

2.76

0.68

2.2

1.46

0.006

3.8

- Nitơ ppm

630

110

27

247

6

1000

- Chỉ số brôm

14.9

7.3

229

45.5

179

21

PI

218

199

348

156

333

308

PF

359

296

45.5

293

54.2

360

21.3

18.3

23

39.2

Paraffin

13.7

21.3

33.4

22.4

39.8

4

Naphten

8.8

8.9

17.7

53.3

58.5

31

Mono aromatic

17.1

20.1

10.4

17.4

1.5

Di aromatic

35.8

44.7

1.4

2.8

0.2

Tri aromatic

4.1

0.5

12.2

0.1

0.0

Benzothiophen

15.6

4.3

1.8

4.1

0.0

Dibenzothiophen

4.0

0.3

0.0

0.0

-Thành phần cất (oC)

- Chỉ số cetan

27

- Thành phân hoá học (% kl)

65

Tính chất một số nguồn phối trộn diesel So sánh tính chất của gasoil trước và sau khi khử lưu huỳnh sâu (áp suất chung 27 bar, V.V.H 3) Tính chất - Khôi lượng riêng ở 15oC (kg/lit)

Nguyên liệu (RA)

Sản phẩm

0.846

0.834

0.833

20oC

6.14

5.58

5.52

50oC

2.99

2.81

2.79

1.31

0.07

0.015

65

?

54

PI

217

221

221

50%

294

285

285

90%

341

329

329

PF

358

350

349

54.8

56.4

57.6

Paraffin

40.7

43.2

44.0

Naphten

32.6

31.1

30.9

Mono aromatic

11

18.2

17.6

Di aromatic

7.4

5.9

6.5

Tri aromatic

1.0

0.5

0.4

Benzothiophen

5.4

0.5

0.4

Dibenzothiophen

1.9

0.6

0.2

- Độ nhớt (cSt)

- Lưu huỳnh(%) - Nitơ ppm - Thành phần

cất(oC)

- Chỉ số cetan - Thành phân hoá học(% kl)

Tính chất một số nguồn phối trộn diesel So sánh tính chất của gasoil trước và sau khi khử lưu huỳnh sâu (áp suất chung 27 bar, V.V.H 3) Tính chất - Khôi lượng riêng ở 15oC (kg/lit)

Nguyên liệu: 80% RA+20%LCO

Sản phẩm

0.862

0.85

0.833

20oC

5.55

5.34

5.52

50oC

2.76

2.7

2.79

- Lưu huỳnh(%)

1.16

0.064

0.015

- Nitơ ppm

216

150

54

PI

214

224

221

50%

288

283

285

90%

332

329

329

PF

353

350

349

49

50.4

49

Paraffin

36.5

36.2

36.7

Naphten

24.3

24.3

26.5

Mono aromatic

14.2

23

21.9

Di aromatic

15.4

12

12.6

Tri aromatic

1.8

10.0

0.9

Benzothiophen

5.4

1.5

1.0

Dibenzothiophen

2.4

0.9

0.4

- Độ nhớt (cSt)

- Thành phần cất(oC)

- Chỉ số cetan - Thành phân hoá học (% kl)

Tính chất một số nguồn phối trộn diesel So sánh tính chất của gasoil trước và sau khi khử lưu huỳnh Sản phẩm Tính chất

Nguyên liệu (RA)

P 50 bar; VVH 1

P 75bar; VVH 0.5

0.846

0.825

0.818

20oC

6.14

5.3

5.27

50oC

2.99

2.71

2.6

- Lưu huỳnh(%)

1.31

218

203

PI

217

282

280

50%

294

326

326

90%

341

347

346

PF

358

60.2

65.4

54.8

43.7

45.7

Paraffin

40.7

38.1

50.3

Naphten

32.6

13.7

3.4

Mono aromatic

11

2.8

0.6

Di aromatic

7.4

0.3

0

Tri aromatic

1.0

0.2

0

Benzothiophen

5.4

0.3

0

Dibenzothiophen

1.9

- Khôi lượng riêng ở 15oC (kg/lit) - Độ nhớt (cSt)

- Thành phần

cất(oC)

- Chỉ số cetan - Thành phân hoá học (% kl)

Ph᝼ gia cho diesel ď &#x2020;

Additives of diesel fuels and their functions :

Ph᝼ gia cho diesel ď &#x2020;

Additives of diesel fuels and their functions :

Phụ gia cho diesel 

Additives for Diesel Distribution System 

Antifoam agents



Antistatic agents



Biocides



Corrosion inhibitors



Sediment reduction agents



Dyes



Demulsifiers



Flow improvers/wax crystal modifiers/wax dispersants Metal deactivators



Markers to check origin



Stabilizers

Phụ gia cho diesel 

Additives for Diesel Vehicle System 

Cetane improvers



Combustion improvers



Deposit control additives



Injector detergents



Lubricity improvers



Friction modifiers

ố

Phụ gia cho diesel Trong diesel thương phẩm luôn chứa một lượng nhất định các phụ gia khác nhau nhằm làm tăng cường hoặc đảm bảo các tính chất kỹ thuật cho sản phẩm.  Phụ gia làm tăng chỉ số cetane (300-1000 ppm)  Chất tẩy rữa bề mặt, chng tạo cặn  Phụ gia chống oxy hóa  Phụ gia chống tạo bọt  Phụ gia chống vi sinh vật  Chất màu  …

Nhiên Liệu cho động cơ máy bay TS. Trương Hữu Trì

Giới thiệu chung  Nhiên liệu cho sử dụng cho động cơ máy bay được chia làm 02 loại chính sử dụng cho 02 loại động cơ hoạt động theo 02 nguyên lý khác nhau.  Xăng máy bay (Aviation gasoline) sử dụng cho động cơ máy bay hoạt động theo nguyên lý của động cơ piston;  Nhiên liệu phản lực (Aviation gas turbine fuel (ATF) or Jet fuel) sử dụng cho động cơ hoạt động theo nguyên lý phản lực.

What are aviation fuels?

• The term aviation fuel, as used in this text, is a collective term that includes aviation gasoline and aviation gas turbine fuel (ATF) or Jet fuel; • Aviation gasoline is used for aviation piston engines; • Jet fuel or ATF is used to power jet engines of aircraft.

Sơ lược về lịch sử phát triển của động cơ sử dụng cho máy bay  Lịch sử chiếc máy bay có thể tính từ ngày 09/09/1890 khi Clement Ader cho thử nghiệm thành công loại thiết bị có thể bay trên mặt đất, chiều dài mỗi chuyến bay khoảng 50 m. Clement Ader đặt tên cho nó là "máy bay".  Ngày 17 tháng 12 năm 1903 người ta đã sản xuất được loại máy bay trang bị động cơ piston với công suất 16 sức ngựa có hai cánh quạt, nhưng bước ngoặc trong ngành hàng không phải đợi đến ngày 20 tháng 9 năm 1904 người ta mới thực hiện được một hành trình bay trọn vẹn.  Động cơ piston cho ngành hành không đã phát triển mạnh mẽ từ năm 1910 đến 1930 và đã đạt được những thành công nhất định dưới gốc độ hiệu suất, nhưng trong thời kỳ nay thì hiện tượng kích nổ của nhiên liệu đã hạn chế việc tăng hiệu suất của động cơ.

Sơ lược về lịch sử phát triển của động cơ sử dụng cho máy bay  Năm 1911 một kỹ sư người Pháp tên la René Lorin đã thiết kế động cơ phản lực đầu tiên trên cơ sở của hoả tiễn, sau đó loại động cơ này đã được phát triễn bởi René Leduc vào năm 1937, những thành công trong lĩnh vực này đã cho phép chế tạo được loại động cơ phản lực kiểu tuabin khí. Loại máy bay này đã được phát triển mạnh mẽ trong thời chiến tranh thế giới thứ hai từ năm 1939 đến 1944 với vận tốc cực đại đạt được đã trải qua từ 300 km/h đến 700 km/h.  Ngày 2 tháng 5 năm 1952 người Anh đã thực hiện được chuyến bay dân dụng đầu tiên bằng máy bay phản lực để đánh dấu một kỷ nguyên mới cho loại động cơ này đồng thời loại bỏ hoàn toàn loại máy bay trang bị động cơ piston.  Những thành công trong lĩnh vực này tiếp tục được phát triển mà đỉnh cao là sự ra đời của chiếc máy bay dân dụng Concorde do người Anh và Pháp hợp tác sản xuất. Vận tốc bay 2172 km/h ở độ cao 16-18 km (chuyến bay thử nghiệm đầu tiên 2-3-1969, đưa và sử dụng dân sự 21-01-1976, đưa và bảo tàng ngày 26-11-2003).

Một số hình ảnh về máy bay Concorde

Xฤ ng mรกy bay

What are aviation fuels?

• Avgas is a highly refined form of gasoline for aircraft. Its formulation is distinct from mogas (motor gasoline) used in cars; • Avgas is formulated for stability, safety, and predictable performance under a wide range of environments; • Avgas is a gasoline with an emphasis on purity, antiknock characteristics (an high ON suited to the engine) and minimization of spark plug fouling; • Avgas has a freezing point (- 60°C), and a distillation range usually within the limits of 30°C - 180°C;

â&#x20AC;¢ Avgas: Volatility

â&#x20AC;¢ Avgas: Composition

Main specification for aviation gasoline

What are aviation fuels?

What are aviation fuels?

Development of Aircraft Piston Engine

Động cơ phản lực

Phân loại nhiên liệu phản lực  Chất lượng nhiện liệu phản lực trên thế giới bị chi phối bởi các tổ chức hiệp hội : • Phân loại của bộ quốc phòng Anh (DERD) • Phân loại của bộ quốc phòng Mỹ (US-MIL) • Phân loại ASTM • Phân loại của hiệp hội vận tải hàng không thế giới (IATA)  Ngoài sự phân loại của các tổ chức trên thì vẫn có một số Quốc gia trên thế giới có những yêu cầu đặc biệt riêng không nằm trong phân loại của các tổ chức trên (Nga). Tuy nhiên, hầu hết các cách phân loại của các Quốc gia và tổ chức trên thế giới đều dựa vào các tiêu chuẩn và phân loại của các tổ chức nêu trên.

Phân loại nhiên liệu phản lực Khối OTAN chia nhiên liệu phản lực thành ba dạng chính: dạng kerosen, dạng kerosen với điểm chớt cháy cao và dạng phân đoạn rộng.

Dạng nhiên liệu 1.Kerosen

2.Kerosen có điểm chớt cháy cao

3.Loại phân đoạn rộng

Phụ gia chống Ký hiệu của Dùng cho dân dụng theo Sử dụng cho mục dích đông

OTAN

tiêu chuẩn ASTM D1655

quân sự

Có

F-34

Không

F-35

Có

F-44

TR5, JP-5

Không

F-43

(TR5/ni*)

Có

F-40

TR4, JP-4

Không

F-45

TRO, Jet A1

Jet B

JP-8,

(TRO/ni*, AVTUR)

(TR4/ni*)

4.Loại có độ ổn định nhiệt cao

Có

TS, JP-7

5.Loại có nhiệt năng thể tích cao

Có

RJ-6, JP-9, JP-10

Không

RJ-4, RJ-5

AVTUR

Phân loại nhiên liệu phản lực  Ở Mỹ, nhiên liệu phản lực dân dụng được chia làm 3 loại sau: • Loại nhiên liệu lấy từ kerosen là Jet-A có điểm băng (freezing point): - 40°C; • Loại nhiên liệu có một phần cất của của xăng là JetA1 cũng tương tự nhưng có điểm băng thấp : - 47°C • Loại có khoảng nhiệt độ sôi rộng (wide cut) Jet-B (30%kerosen và 70% xăng) có điểm băng -60oC.  Trong số những loại kể trên thì loại TRO và JetA1 chiếm chủ yếu cho các may bay dân dụng trên thế giới.

Phân loại nhiên liệu phản lực

Compositions of jet fuels â&#x20AC;˘ Kerosene - type jet fuel (including Jet A, Jet A-1) has a carbon number distribution between about 8 and 16 (carbon atoms per molecule); â&#x20AC;˘ Wide-cut or naphtha - type jet fuel (including Jet B), between about 5 and 15 (carbon atoms per molecule).

Nguyên lý hoạt động của động cơ phản lực Nguyên lý của động cơ phản lực

 Nhiên liệu được phun vào nơi có không khí được nén để đạt được nhiệt độ và áp suất cao sau đó bay hơi để có thể bắt cháy;  Quá trình cháy xãy ra trong dòng khí xoáy có vận tốc chuyển động lớn;  Khác với động cơ máy bay kiểu piston, ở động cơ phản lực không có hiện tượng kích nổ xãy ra.

Nguyên lý hoạt động của động cơ phản lực Nguyên lý của động cơ phản lực

Nguyên lý hoạt động của động cơ phản lực Nguyên lý của động cơ phản lực

Nguyên lý hoạt động của động cơ phản lực

Nguyên lý hoạt động của động cơ phản lực

 Phần nhỏ khí cháy qua tuabin, phần chủ yếu qua tuy-e

động cơ phản lực tuabin  Toàn bộ khí cháy qua tuabin

động cơ phản lực cánh quạt

Nguyên lý hoạt động của động cơ phản lực Nguyên lý của động cơ phản lực

 Dòng không khí: • Phần đi vào vùng cháy chính • Phần dùng làm mát • Phần pha loãng khí cháy: tác động vào cánh turbin

 Sự cháy trong động cơ: • Bougie đánh lửa 1 lần để khởi động (<30 s) • Nhiên liệu phun vào liên tục: duy trì ngọn lửa

Nguyên lý hoạt động của động cơ phản lực

Yêu cầu của nhiên liệu phản lực  Yêu cầu của nhiên liệu phản lực sẽ liên quan đến quá trình trộn lẫn với không khí, sự bức xạ của ngọn lửa và sự tạo thành cặn carbon. Một nhiên liệu có chất lượng tốt cần phải đáp ứng được các yêu cầu sau: • Dễ dàng bốc cháy ở bất kỳ nhiệt độ và áp suất khác nhau trong buồng cháy; • Có khả năng cháy lớn, cháy điều hoà; • Ít tạo cặn; • Không bị tắt trong dòng khí có độ xoáy lớn, nghĩa là quá trình cháy phải có ngọn lửa ổn định.  Ngoài ra khi tính đến điều kiện làm việc ở độ cao lớn (nhiệt độ rất thấp) thì nhiên liệu cần phản bảo đảm tính linh động

Yêu cầu của nhiên liệu phản lực Một cách tổng quát thì các yêu cầu của nhiên liệu phản lực có thể chia thành 3 nhóm chính như sau:  Những yêu cầu liên quan đến quá trình cháy;  Những yêu cầu liên quan đến điều kiện làm việc ở độ cao lớn (nhiệt độ thấp);  Những yêu cầu liên quan đến quá trình bảo quản, phân phối cho động cơ.

Tiêu chất lượng nhiên liệu phản lực ở Việt Nam Tên chỉ tiêu 1. Ngoại quan: - Quan sát.

- Màu.

- Tạp chất dạng hạt, mg/l max - Hạt tạp chất tại nơi sản xuất, số hạt tích lũy trong đường ống ISO code ³ 4 mm (c) ³ 6 mm (c) ³ 14 mm (c) ³ 21 mm (c) ³ 25 mm (c) ³ 30 mm (c) 2. Thành phần: - Axit tổng, mg KOH/g max - Hydrocacbon thơm, % thể tích max hoặc - Tổng hydrocacbon thơm, % thể tích max - Lưu huỳnh tổng, % khối lượng max - Lưu huỳnh Mercaptan, % khối lượng max hoặc Doctor Test - Thành phần nhiên liệu qua quá trình hydro hóa, % thể tích.

- Thành phần nhiên liệu qua quá trình hydro hóa khắc nghiệt, % thể tích.

3. Tính bay hơi: - Thành phần cất + Điểm sôi đầu, 0C + Nhiên liệu thu hồi: 10% thể tích, 0C max 50% thể tích, 0C 90% thể tích, 0C + Điểm sôi cuối, 0C max + Cặn, % thể tích max + Hao hụt, % thể tích max - Điểm chớp cháy, 0C min -

Khối lượng riêng ở 15 0C, kg/m3.

Mức / yêu cầu Trong, sáng, không có hạt rắn và nước không hòa tan ở nhiệt độ môi trường Ghi kết quả 1,0

IP

Phương pháp thử TCVN / ASTM Nhìn bàng mắt thường

423

TCVN 4354 (D156) / D6045 D 5452

Ghi kết quả Ghi kết quả Ghi kết quả Ghi kết quả Ghi kết quả Ghi kết quả

564 / 565

0,015 25,0

354 156

26,5 0,30 0,0030 Âm tính Ghi kết quả “không” hoặc 100% Ghi kết quả “không” hoặc 100%

436 336

342 30

TCVN 7419 (D3242) TCVN 7330 (D1319) D6379 TCVN 2708 (D1266) / TCVN 6701 (D2622) TCVN 2685 (D3227) TCVN 7486 (D4952)

Ghi kết quả

123

TCVN 2698 (D86)

205,0 Ghi kết quả Ghi kết quả 300,0 1,5 1,5 38,0

170 / 523

TCVN 7485 (D56) / TCVN 6608 (D3828)

min 775 đến max 840

160 / 365

TCVN 6594 (D1298) / D4052

Tiêu chất lượng nhiên liệu phản lực ở Việt Nam (tt) Tên chỉ tiêu 4.

Mức / yêu cầu

IP

Phương pháp thử TCVN / ASTM

Tính chảy: -

-

Điểm băng, 0C

max

Độ nhớt ở - 200C, mm2 / s (cSt) (*)

max

- 47,0

16 / 435 / 528 / 529

TCVN 7170 (D2386) hoặc

71

D5972 / D7153 hoặc D7154

8,000

TCVN 3171 (D445)

5.

Tính cháy: -

Nhiệt lượng riêng thực, MJ/kg

min

42,80

-

Chiều cao ngọn lửa không khói, mm

min

25,0

min

19,0

max

3,00

57

TCVN 7989 (D1840)

max

1

154

TCVN 2694

hoặc chiều cao ngọn lửa không khói, mm và hàm lượng Naphtalen, % thể tích Tính ăn mòn:

6.

-

Ăn mòn mảnh đồng, phân loại

D3338 / D4809 57

TCVN 7418 (D1322)

(2 h ± 5 phút, ở 100 0C ± 1 0C) Tính ổn định:

7.

(D130)

Độ ổn định oxy hóa nhiệt (JFTOT), -

Nhiệt độ thử,

0C

TCVN 7418 (D1322)

323 min

260

TCVN 7487 (D3241)

- Chênh lệch áp suất qua màng lọc, Pa (mmHg)

(**)

- Mức cặn ống, (nhìn bằng mắt thường) 8.

max

25,0;7,50063x10-3 (25,0)

max

Nhỏ hơn 3, cặn không có màu con công hoặc màu bất thường

max

7

Tạp chất: - Hàm lượng nhựa thực tế, mg/100ml

- Trị số tách nước (MSEP): Nhiên liệu có phụ gia chống tĩnh điện min

TCVN 6593 (D381)

70

- hoặc nhiên liệu không có phụ gia chống tĩnh điện

540

TCVN 7272 min

85

(D3948)

Tiêu chất lượng nhiên liệu phản lực ở Việt Nam (tt) Tên chỉ tiêu 9.

Mức / yêu cầu

Độ dẫn điện:

IP 274

Độ dẫn điện, pS/m.

10.Tính bôi trơn:

Phương pháp thử TCVN / ASTM TCVN 6609 (D2624)

min 50 đến max 600

Đường kính vết mài mòn BOCLE, mm 11.Phụ gia:

max

0,85

D5001

(tên và ký hiệu theo tiêu chuẩn Quốc phòng Anh DEFSTAN 91-91/5 nêu trong chứng chỉ chất lượng).

-

Phụ gia chống oxy hóa, mg/l

+ trong nhiên liệu qua quá trình hydro hóa

min 17,0 đến max 24,0

và nhiên liệu tổng hợp (bắt buộc). + trong nhiên liệu không qua quá trình hydro hóa (không bắt buộc)

24,0 max

- Phụ gia chống hoạt tính kim loại, mg/l (không bắt buộc) -

5,7 max

Phụ gia chống tĩnh điện, mg/l

+ Pha lần đầu

Stadis ® 450

3,0 max

+ Pha lần sau Phụ gia chống oxy hóa trong nhiên liệu đã qua quá trình hydro hóa và nhiên liệu tổng hợp là bắt buộc và phụ gia này phải cho vào ngay sau quá trình hydro hóa hoặc quá trình tổng hợp và trước khi sản phẩm hoặc thành phẩm được chuyển sang bảo quản, để ngăn sự peroxy hóa và tạo nhựa sau chế biến.

Không cho phép dùng phụ gia chống đóng băng nếu không có sự nhất trí của tất cả các thành viên trong hệ thống chung.

Loại và hàm lượng các phụ gia đã sử dụng phải nêu trong Chứng chỉ chất lượng hoặc các tài liệu khác liên quan chất lượng. Khi các phụ gia này được pha loãng với dung môi hydrocacbon để cải thiện tính bảo quản, thì trước khi pha loãng phải ghi nồng độ gốc của phụ gia trong báo cáo.

Phụ gia ức chế ăn mòn / Phụ gia cải thiện tính bôi trơn được cho vào nhiên liệu mà không cần sự chấp thuận trước của các thành viên trong hệ thống chung.

Note: VN mới chính thức ban hành tiêu chuẩn về nhiên liệu phản lực năm 1998

Yêu cầu liên quan đến quá trình cháy Tính chất của nhiên liệu liên quan đến quá trình cháy có thể phân thành hai nhóm:  Các tính chất vật lý của nhiên liệu (Độ nhớt, khối lượng riêng, …)  Các tính chất về nhiệt hoá học: • Hàm lượng P+N > 70% • Hàm lượng Ar < 25% • Hàm lượng olefins < 5%

Yêu cầu liên quan đến quá trình cháy Các tính chất vật lý của nhiên liệu

 Độ nhớt: < 8 mm2/s ở -20°C  KL riêng: 775 – 840 kg/m3  E204 > 10%  PF < 300°C

Yêu cầu liên quan đến quá trình cháy Các tính chất về nhiệt hóa học Để đảm bảo cho hiệu suất nhiệt lớn và nhằm kéo dài tuổi thọ cho các vật liệu làm buồng đốt cũng như tuabin và tuy-e thì yêu cầu của ngọn lửa cháy phải sáng, giảm thiểu sự trao đổi nhiệt bằng bức xạ và hạn chế sự hình thành cặn muội (Particulate matter and soot).

Những tiêu chuẩn được đưa ra nhằm bảo đảm các yêu cầu trên là: • Nhiệt trị (net heat value) tối thiểu: 42.8 MJ/kg • Chiều cao ngọn lữa không khói (điểm khói): ≥ 25 mm • Trị số độ sáng : ≥ 45

Điểm khói (smoke point)  Điểm khói hay chiều cao ngọn lữa không khói chính là chiều cao tối đa của ngọn lữa không xuất hiện khói đen khi mẫu được đốt cháy trong hệ thống đèn chuẩn;  Điểm khói phụ thuộc vào bản chất hóa học của nhiên liệu, Parafin cho giá trị lớn nhất còn Aromatic cho giá trị nhỏ nhất;  Điểm khói cho biết chất lượng của quá trình đốt cháy nhiên liệu;  Ví dụ: • Isooctane cho SP = 42.8mm; • 60% Isooctane + 40% Toluen cho SP = 14.7mm.

Chiều cao ngọn lữa không khói • Smoke point (ASTM D1322) 1. Tetrahydronaphtalen C10H12 2. Mezitilen (C6H3(CH3)3) 3. Aromatics extracted from kerosene fraction 4. Kerosen fraction “without” aromatics 5. Cetene, C16H32 6. Cetane, C16H34 Lamp fuel should have a smoke point of 20mm (minimum)

1→2→ 3→4 →5→6

Các tính chất về nhiệt hóa học Trị số độ sáng 18

Trị số độ sáng là một đại lượng quy ước

16

12

Monoaromatic

và được xác định bằng cách so sánh với

10 8

chiều cao ngọn lửa của hai HC là tetralin (1,2,3,4-tetrahydronaphtalen) và

6

Diaromatic

4 2

isooctan với quy ước trị số phát sáng của chúng lần lượt là 0 và 100.

62

60

58

56

54

52

50

48

46

44

42

Trị số độ sáng

Cần phải khống chế hàm lượng Ar (< 25%) Ngoài ra hàm lượng naphtalen (tiền chất sinh ra khói đen) cần phải khống chế < 3% trong trường hợp điểm khói nhỏ hơn 25 mm.

40

0

Ar (% thể tích)

14

đặc trưng cho độ phát sáng của ngọn lửa

Yêu cầu liên quan đến điều kiện làm việc ở độ cao lớn Các thế hệ máy bay dân dụng ngày nay thường bay ở độ cao khoảng 9000  11000 m trong nhiều giờ liền không tiếp nhiên liệu. Ở độ cao này thì nhiệt độ và áp suất bên ngoài vào khoảng -50 oC và 300 mbar.

Vì vậy, nhiên liệu phải thoả mãn các chỉ tiêu sau:  Nhiệt trị  Đô linh động ở nhiệt độ thấp  Hạn chế sự bay hơi và thoát khí …

Nhiệt trị và khối lượng riêng  Xét hai loại nhiên liệu có khối lượng riêng và nhiệt cháy như sau:

• Loại I có  = 0.790 kg/dm3 với PCIv = 34356 kJ/ dm3, PCIm = 43500 kJ/kg • Loại II có  = 0.880 kg/dm3 với PCIv = 37180 kJ/ dm3, PCIm = 42250 kJ/kg  Giả sử thùng chứa của của máy bay có thể tích 10 000 dm3 khi đó lượng nhiệt của hai nhiên liệu tỏa ra khi đốt cháy như sau:

• Loại I: PCIm1 = 0.790*10000*43500 = 343650000 kJ • Loại II: PCIm2 = 0.880*10000*42250 = 371800000 kJ.  ↑ → PCIm ↑ và đồng thời dễ dẫn đến tạo nhiều khói đen  Đối với nhiên liệu cho động cơ phản lực thì người ta nghiên cứu đồng thời khối lượng riêng và nhiệt cháy bởi vì hai đại lượng này có những ảnh hưởng ngược nhau lên hiệu suất sử dụng của nhiên liệu, do đó nó ảnh hưởng lên chiều dài chuyến bay.

Độ linh động ở nhiệt độ thấp  Để đặc trưng cho khả năng làm việc ở nhiệt độ thấp (khoảng - 50oC), người ta đã đưa ra khái niệm: Nhiệt độ biến mất của các tinh thể, đó là nhiệt độ mà ở đó các tinh thể kết tinh trong quá trình làm lạnh sẻ biến mất một cách rỏ ràng khi được đun nóng trở lại.  Trong thực tế do quá trình chế biến, vận chuyển hoặc do hiện tượng thở của các bồn chứa nhiên liệu mà trong thành phần của nó luôn chứa một lượng nước nhất định. Ở nhiệt độ thấp các tinh thể này sẻ kết tinh nó cũng gây ra những ảnh hưởng xấu như các tinh thể paraffin.  Để khắc phục các hiện tượng này thì người ta thương dùng phụ gia chống đông.

Sự bay hơi và thoát khí  Sau khi cách cánh khoảng vài chục phút thì máy bay sẻ đạt được độ cao từ 9000 đến 11000 m, áp suất và nhiệt độ bên ngoài từ 0.3 đến 0.4 bar và 40 đến -50°C. Nhiệt độ của nhiên liệu trong thùng chứa cũng giảm dần nhưng với tốc độ chậm hơn. Như vậy, có một khoảng thời gian nhất định mà ở đó nhiệt độ của nhiên liệu còn khá cao trong khi nhiệt độ và áp suất của môi trường đã xuống rất thấp. Trong những điều kiện này phần nhẹ của nhiên liệu rất dễ bay hơi và các khí hoà tan trong nhiên liệu cũng dễ dàng thoát ra ngoài

 Tránh tối đa sự hoà tan của các chất khí và các phần nhẹ có độ bay hơi lớn  Bắt buộc phải có hệ thống điều chỉnh áp suất ở thùng chứa.

Yêu cầu liên quan đến sự an toàn trong quá trình tồn chứa và phân phối Các tính chất liên quan đến sự an toàn trong tồn chứa và phân phối:  Điểm chớt cháy  Tách loại nước  Hạn chế sự ăn mòn  Độ ổn bền nhiệt (hàm lượng olefin)  Độ dẫn điện

Sơ đồ hệ thống cấp nhiên liệu

Độ ổn định nhiệt  Nhiên liệu cho động cơ phản lực trước khi đi vào buồng cháy nó có thể đi qua một số vùng có nhiệt độ cao và đôi khi nó được dùng như chất tải nhiệt cho dầu bôi trơn, chất lỏng thuỷ lực hay không khí cho hệ thống điều hoà vì vậy nhiệt độ của nhiên liệu có thể tăng lên cao.  Khi có mặt olefins chúng dễ bị oligomer hóa hoặc polymer hóa ở nhiệt độ cao để tạo thành các hợp chất nặng hơn, khi cháy các chất mới hình thành này rất dễ phân hủy tạo chất độc hại trong khói thải;  Vì vậy cần phải khống chế độ bền nhiệt của nhiên liệu.

Thermal Stability Test Method ASTM D3241: Under the severe conditions of this test method, the specimens undergo degradation at a rate that is dependent upon the thermal endurance of the material under examination. â&#x20AC;˘ The sample (450 mL) passes under a pressure of 34,5 bar through a heated aluminum tube at 260°C. After 150 minute, the pressure drop across a 17 Îźm filter placed at the outlet of the heater is mesure.

For Jet A1, the pressure drop should be less than 33 mbar.

Độ dẫn điện  Rất thấp: nhỏ hơn 108 lần so với H2O  Vận chuyển +Cấp phát: dòng tĩnh điện  Phụ gia chống tĩnh điện (anti-statique): Pha lần đầu: • STADIS 450 (hợp chất N-S, sản phẩm của Octel) • Hàm lượng, max: 3mg/l Pha lần sau: • ASA 3 • Hàm lượng, max: 1mg/l EU + TCVN 6426:1998 Độ dẫn điện, ASTM D2624: 50 ÷ 450 pS/m (picosiemens/meter)

Phối trộn nhiên liệu phản lực  Nhu cầu về nhiên liệu phản lực chiếm khoảng 6- 8% so với dầu thô.  Phân đoạn kerosen lấy ra từ tháp chưng cất khí quyển chiếm từ 510%.  Vì vậy không có những ràng buộc liên quan đến phối trộn nhiên liệu.

Thực tế chúng được lấy từ : • Phần chưng cất trực tiếp có nhiệt độ từ 140-150 đến 240 – 280°C • Phần cất này có thể được xử lý bằng hydro nhằm giảm hàm lượng Ar, S

Ngoài ra khi cần thiết thì có thể sử dụng quá trình hydrocrackinh nhằm thu được một lượng lớn nhiên liệu.

Phối trộn nhiên liệu phản lực

Phụ gia cho nhiên liệu phản lực Trong nhiên liệu phản lực luôn chứa một lượng nhất định các phụ gia khác nhau nhằm làm tăng cường hoặc đảm bảo các tính chất kỹ thuật cho sản phẩm.  Phụ gia chống đông  Phụ gia chống oxy hóa (17-24 mg/l)  Phụ gia thụ động hóa kim loại (max 5.7mg/l)  Chất ức chế ăn mòn  Tác nhân chống tĩnh điện (<3mg/l)  Phụ gia chống vi sinh vật  …

Nhiên Liệu FO (Fuel oil) TS. Trương Hữu Trì

Giới thiệu chung  Trong công nghiệp khi cần cung cấp nhiệt cho một quá trình nào đó thì người ta có thể sử dụng nhiều nguồn năng lượng khác nhau như: Hợp chất vô cơ rắn, sản phẩm dầu mỏ (LPG, dầu đốt, cốc), khí tự nhiên hoặc điện.  Dầu đốt (FO – Fuel Oil) thường được sử dụng cho: • Sởi ấm cho gia đình (FOD) • Lò công nghiệp, lò nung, lò hơi, nhà máy • Phát điện, các phương tiện giao thông trọng tải lớn như tàu thuỷ. . .

Giới thiệu chung  Ở châu Âu, dầu đốt được chia ra làm hai loại : Dầu đốt nhẹ; Dầu đốt nặng • Dầu đốt nhẹ: được dùng chủ yếu để sưởi ấm nhà cửa, để chạy các nhà máy nông nghiệp như máy kéo, máy làm đường, ... do đó có tên là dầu đốt gia đình FOD (Fuel Oil Domestic).

• Dầu đốt nặng : dùng cho các lò công nghiệp, các lò nung, lò hơi, nhà máy phát điện, các phương tiện giao thông trọng tải lớn như tàu thuỷ. .  Ở Mỹ, khái niện dầu đốt lò (FO) được áp dụng cho tất cả các loại sản phẩm nhẹ và nặng, từ KO, DO trở lên với các mức chất lượng được quy định theo tiêu chuẩn ASTM-D.396 (FO-N°1 là một dạng của KO, FO-N°2 là một dạng của DO)

Phân loại dầu đốt • The fuel oil are classified into six grades, from number 1 to number 6 fuel oil; Number 1 Number 2

Carbon chain length Boiling point

Number 3 Number 4

Viscosity

Number 5 Number 6

Price

Phân loại dầu đốt • The fuel oil are classified into six grades, from number 1 to number 6 fuel oil; • The boiling point and carbon chain length of the fuel increases with fuel oil number; • Viscosity also increases with number, and the heaviest oil has to be heated to get it to flow; • Price usually decreases as the fuel number increases.

Phân loại dầu đốt • Number 1 fuel oil: is a volatile distillate oil intended for vaporizing pot-type burners. It is the kerosene refinery cut that boils off right after the heavy naphtha cut used for gasoline.

• Number 2 fuel oil: is a distillate home heating oil. Trucks and some cars use similar diesel fuel with a cetane number limit describing the ignition quality of the fuel.

• Number 3 fuel oil: was a distillate oil for burners requiring lowviscosity fuel.

• Number 4 fuel oil: is a commercial heating oil for burner installations not equipped with preheaters. It may be obtained from the heavy gas oil cut.

Phân loại dầu đốt • Number 5 fuel oil: is a residual-type industrial heating oil requiring preheating to (77-104°C) for proper atomization at the burners. It may be obtained from the heavy gas oil cut, or it may be a blend of residual oil with enough number 2 oil to adjust viscosity until it can be pumped without preheating.

• Number 6 fuel oil: is a high-viscosity residual oil requiring preheating to (104-127°C). Residual means the material remaining after the more valuable cuts of crude oil have boiled off.

The residue may contain various undesirable impurities including 2 percent water and one-half percent mineral soil.

Phân loại dầu đốt Table of fuel oils Name

Alias

Alias

Type

Chain Length

No. 1 fuel oil

No. 1 distillate

No. 1 diesel fuel

Distillate

9-16

No. 2 fuel oil

No. 2 distillate

No. 2 diesel fuel

Distillate

10-20

No. 3 fuel oil

No. 3 distillate

No. 3 diesel fuel

Distillate

No. 4 fuel oil

No. 4 distillate

No. 5 fuel oil

No. 5 residual Heavy fuel oil fuel oil

Residual

12-70

No. 6 fuel oil

No. 6 residual Heavy fuel oil fuel oil

Residual

20-70

No. 4 residual Distillate/Resi fuel oil dual

12-70

Phân loại dầu đốt • Fuel oils can be also classified: domestic fuel oil, diesel fuel oil, and heavy fuel oil (Furnace Oil).

• Domestic fuel oil is fuel oil that is used primarily in the home; these are distillate fuel oils → Home-heating oil (popular in Europe); • Diesel fuel oil, also a distillate fuel oil, but residual oil → used to power marine diesel engines; • Heavy fuel oils consist of residual oils blended with distillates → industrial combustion in power plants and furnace).

Phân loại dầu đốt • Fuel oils can also classify by the viscosity and by the sulfur content In France:

BTS: Low Sulfua Content; TBTS: Very Low Sulfua Content

Phân loại nhiên liệu FO (Pháp) Tính chất

Đơn vị

Giá trị

tính

giới hạn

FO N01

N02

N02 BTS

N02 TBTS

Min

15

110

110

110

Max

110

-

-

-

Max

-

40

40

40

Min

70

70

70

70

65

65

65

65

Độ nhớt động học 500C (min) 500C (max)

cSt

1000C (max) Nhiệt độ chớp cháy

0C

Đường cong chưng cất E250 %

max

85

85

85

85

-Hàm lượng lưu huỳnh

%kl

max

2

4

2

1

-Hàm lượng nước

%kl

max

0,75

1,5

1,5

1,5

- Hàm lượng chất không tan

%kl

max

0,25

0,25

0,25

0,25

E350

Phân loại dầu đốt • In Vietnam:

Alias FO N01 FO N02A FO N02B FO N03

Viscosity at 50 0C, cSt

Sulfur content (S%)

Up to 87

Up to 2,0

From 87 to 180 From 180 to 380

Up to 2.5 From 2.0 to 3.5 From 2.0 to 3.5

Phân loại dầu đốt • In Vietnam:

Sơ lược về các sơ đồ chế biến trong nhà máy lọc dầu Khí đốt GPL

Dầu thô

Sơ đồ 01

RC

Chưng cất khí quyển

Xăng

KEROSENE HDS

GAZOLE/FOD

FO

Chất đốt

Khí đốt

GPL

Dầu thô

Chưng cất khí quyển

RC HDS

Xăng

KEROSENE GAZOLE/FOD

Sơ đồ 02 DSV

FCC FO

Chất đốt

Sơ lược về các sơ đồ chế biến trong nhà máy lọc dầu Khí đốt GPL RC

Dầu thô

Xăng

Chưng cất HDS

khí quyển

KEROSENE GAZOLE/FOD

Sơ đồ 03 DSV

FCC

VB

FO Chất đốt

Việc xuất hiện các quá trình chế biến sâu đã làm thay đổi rất nhiều thành phần hoá học của nhiên liệu đốt lò. Sự biến đổi này theo xu hướng làm giảm số lượng và chất lượng của nhiên liệu đốt lò.

Phối trộn dầu đốt (Fuel oils blending)

Fuel oils can blend: • Vacuum gas oil • Coker gas oil • Deasphted oil • Waxy distillates • Straight run • Etc ...

Components Properties • Tính chất đặc trưng của một số cấu tử phối trộn

Tính chất của các nguồn phối trộn dầu đốt công nghiệp Nguồn phối trộn RA

Cặn giảm

LCO

HCO

nhớt

(BTS)

(BTS)

RSV

Tính chất

Độ nhớt ở 100oC (cSt)

46

1500

7500

1

1.7

d415

0.972

1.026

1.040

0.899

0.942

Carbon Conradson (%m)

10.8

18.9

26.9

< 0.1

<0.1

3.2

6.4

16.6

0

0

3.4

4.5

4.8

0.5

1.0

Asphaltène

(%m)

Lưu huỳnh (%m) Nitơ

(ppm)

2500

3000

3500

370

1050

Kim loại

(ppm)

65

215

257

0

0

Ngày nay, nhiên liệu đốt lò thu được từ nhiều quá trình chế biến sâu với các chất pha loảng khác nhau để đạt được những chỉ tiêu sử dụng của nó như độ nhớt, hàm lượng lưu huỳnh, khôi lượng riêng . . .

Những ‘phần cất’ chính của dầu thô Loại dầu thô Phần cất nhẹ

Arabian Light (Middle East) 14

41

Cetane = 50 S = 0.9 wt% (9000 ppm)

(Jet A1, Diesel, Dầu nặng)

Gasoil chân không

26

42

19

Cetane = 45 S = 0.2 wt% (2000 ppm)

54

Cetane = 35 S = 0.1 wt% (1000 ppm)

26

S = 0.3 wt%

S = 2.5 wt%

24

Cặn chưng cất chân không

12

22

(LPG, Naphta, xăng)

Phần cất trung bình

Forcados (Western Africa)

Brent (North Sea)

S = 4 wt%

12

S = 0.6 wt%

S = 1 wt%

8

S = 0.5 wt%

Sự thay đổi về nhu cầu các sản phẩm dầu mỏ

Sản phẩm nhẹ: LPG, Xăng động cơ, Naphta

29.5

30

36

40

Phần cất trung bình: diesel, Jet A1, Dầu hỏa, dầu

30

31

đun nóng

38 45

Sản phẩm nặng: Dầu bôi trơn, dầu đốt lò,

40.5

39 26

bitum, coke

15

Năm 1973

Năm 1980

Năm 1995

Năm 2010

Cùng với sự thay đổi về yêu cầu của các sản phẩm dầu mỏ thì sơ đồ nhà máy lọc dầu cũng đã biến đổi theo để đáp ứng được các yêu cầu đặt ra.

Thành phần hóa học của nhiên liệu FO  Thành phần của nhiên liệu đốt lò là một hỗn hợp phức tạp bao gồm những hợp chất có trọng lượng phân tử lớn, chúng có mặt trong dầu thô ban đầu hay được sinh ra từ các quá trình chuyển hoá sâu  Tổng quát thì chúng được chia thành 3 nhóm chất như sau: • Nhóm dầu (bao gồm các hợp chất parafin, olefin naphten và các hợp chất hydrocacbon thơm) • Nhóm nhựa (bao gồm các HC đa vòng ngưng tụ và có chứa nhiều nhánh) • Nhóm Asphalten (bao gồm các HC đa vòng ngưng tụ, có khối lượng phân tử lớn)

Thành phần hóa học của nhiên liệu FO  Nhóm nhựa tan được trong nhóm dầu để tạo thành một dung dịch thực sự và được gọi tên gọi chung là Malten. Asphalten không tan trong malten mà chỉ bị trương nở trong nhóm chất này khi tồn tại trong dầu đốt để tạo thành một hệ keo cân bằng mà tướng phân tán là Asphalten và môi trường phân tán là dầu và nhựa.

 Ngoài ra trong dầu đốt còn chứa các kim loại như Va, Al, Si…

Compositions of components â&#x20AC;˘ Micelle: Asphaltenes

Chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu FO Để bảo đảm cho quá trình cháy tốt trong các lò đốt, nhiên liệu FO phải đạt được những chỉ tiêu chất lượng quy định để bảo đảm cho việc sử dụng của nó trong các lò đốt cũng như đảm bảo được các chỉ tiêu về việc thải các chất ô nhiễm ra môi trường.  Khối lượng riêng  Độ nhớt  Hàm lượng lưu huỳnh  Nhiệt trị  Hàm lượng cặn …

Khối lượng riêng  Khối lượng riêng là một đại lượng rất quan trọng đối với nhiên liệu FO bởi nó liên quan đến bản chất của nhiên liệu, độ nhớt, độ bay hơi nghĩa là nó liên quan đến quá trình cháy của nhiên liệu;  Trong quá trình xử lý nhiên liệu, nước thường được tách loại bằng phương pháp ly tâm do đó yêu cầu tỷ trọng của nhiên liệu và nước phải khác nhau để đảm bảo cho quá trình tách loại có hiệu quả;  Trong quá trình vận chuyển hay tồn chứa thì nước thường lẫn vào trong nhiên liệu, khi sự chênh lệch tỷ trọng của hai loại này lớn sẻ giúp cho quá trình lắng tách nước cũng tốt hơn.

Khối lượng riêng Density (ASTM D1298)



Density of heavy fuel greater than 0,92 kg/l at 15°C.

Độ nhớt  Ảnh hưởng nhiều đến kích thước của bụi sương; bay hơi trộn lẫn với không khí hay ảnh hưởng đến mức độ cháy hết của nhiên liệu

 Làm tăng trở lực ma sát trong hệ thống bơm;  Đối với một số dầu FO nặng có thể phải gia nhiệt sơ bộ trước khi phun và buồng cháy;  Ở Mỹ, dùng độ nhớt Saybolt universal để đo độ nhớt của dầu FO;  Ở châu Âu dùng độ nhớt Engler và được đo ở 20, 50 và 100°C.

Độ nhớt Viscosity (ASTM D445)

For opaque products

Hàm lượng lưu huỳnh  Lưu huỳnh trong FO tồn tại trong dưới nhiều dạng khác nhau, thông thường là dưới dạng các hợp chất sulfua, disulfua hay dưới dạng di vòng;  Khi bị đốt cháy sẽ chuyển thành SO2 và được thải ra ngoài, khi tiếp xúc với oxy sẽ để chuyển một phần thành khí SO3;  Ở nhiệt độ thấp thì các khí SOx sẻ kết hợp với hơi nước để tạo thành các axit tương ướng và gây ăn mòn rất lớn;  Thực tế thì các axit sulfuaric sẻ gây ăn mòn ở nhiệt độ thấp hơn 150oC, còn axit sulfuarơ chỉ gây ăn mòn ở nhiệt độ thấp hơn 100oC.

Hàm lượng lưu huỳnh  Để hạn chế sự ăn mòn thì người ta thường dùng các phương pháp sau: • Dùng nhiên liệu đốt lò có hàm lượng lưu huỳnh thấp; • Giảm lượng không khí thừa trong dòng khí; • Giử cho bề mặt trao đổi nhiệt lớn hơn nhiệt độ điểm sương của khí; • Dùng một số kim loại hoặc oxyt kim loại (MgO, CaO) để chuyển SO2 thành các hợp chất không ăn mòn: CaO + SO2 + 1/2O2 = CaSO4 Phương pháp này vừa giảm được ăn mòn vừa giảm ô nhiễm môi trường do SO2, SO3

 Ngoài vấn đề ăn mòn thì khi hàm lượng lưu huỳnh càng cao càng làm giảm nhiệt trị của nhiên liệu FO.

Nhiệt trị  Nhiệt trị là một chỉ tiêu chất lượng quan trọng của nhiên liệu đốt lò. Thường thì nhiệt trị của nhiên liệu đốt lò khá cao (>10000 cal/g);  Nếu trong thành phần nhiên liệu đốt lò có nhiều P, ít Ar nhiều vòng và trọng lượng phân tử càng bé thì nhiệt năng của chúng càng cao;  Những thành phần không thuộc loại hydrocacbon trong dầu cặn cũng có ảnh hưởng rất lớn đến nhiệt trị của nó;  Các hợp chất lưu huỳnh trong dầu mỏ tập trung chủ yếu vào dầu cặn. Sự có mặt của lưu huỳnh đã làm giảm nhiệt năng của FO, khoảng 85 kcal/kg tính cho 1% lưu huỳnh.

Nhiệt trị Heating values (determined by ASTM 4809) • May be determined by formulas:

NHVw = 55.5 – 14.4ρ – 0.32 S Where: • NHVw is expressed in MJ/kg; (Net Heating Value) • ρ is the density in kg/l at 15°C; • S is the sulfur content in wt%

Nhiệt trị • Heating values (determined by ASTM 4809)

Nhiệt trị • Heating value of other petroleum products

Cặn carbon  Cặn carbon là phần còn lại sau khi mẫu thí nghiệm trải qua quá trình bay hơi và nhiệt phân trong những điều kiện xác định;  Tùy theo phương pháp tiến hành xác định mà cặn thu được gọi là cặn cacbon conradson hoặc cặn cacbon ramsbotton;  Hàm lượng cặn cacbon conradson trong dầu nhiên liệu đốt lò thường dao động từ 5 - 10% khối lượng, có khi lên đến 20% khối lượng;  Cặn cacbon trong nhiên liệu đốt lò cao nghĩa là khic cháy sẽ làm tăng hàm lượng chất độc hại (PM, Soot) trong khí thải.

Cแบทn carbon Carbon residue

Hàm lượng tro  Tro là lượng cặn thu được sau khi đốt cháy hoàn toàn mẫu, như vậy tro thu được ở đây chủ yếu là các oxyt kim loại;  Tro có nhiều trong nhiên liệu đốt lò sẽ làm giảm hiệu quả sử dụng: • Gây tắc ghi lò; • Giảm khả năng truyền nhiệt của lò; • Ở nhiệt độ cao một số kim loại như vanadi có thể kết hợp với sắt để tạo ra những hợp kim tương ứng có nhiệt độ nóng chảy thấp (khoảng 620-640oC) do đó dễ dẫn đến sự thủng lò ...

Ash content • A small sample of fuel is burned in a muffle furnace at 775°C until all of the combustible matter has been consumed as indicated by the residue and container attaining a constant weight. 

The amount of unburnable residue is the ash content and is reported as percent by weight of the sample;



The maximum ash content is allowed at 0,01% wt

Nước trong nhiên liệu FO  Nước có mặt trong dầu thô hay các sản phẩm có thể từ các nguồn gốc sau: • Trong dầu thô ban đầu; • Do quá trình chế biến tại nhà máy; • Do sự thở của các bồn chứa và quá trình vận chuyển.  Nước trong nhiên liệu có thể gây ra những tác hại như sau: • Sự rít bơm; • Hiện tượng xâm thực; • Quá trình bay hơi lớn dẫn đến hoạt động mỏ đốt không bình thường; • Sự có mặt của nước sẻ gây rỉ trong bảo quan.

Nước trong nhiên liệu FO Water content • If heavy fuel oil is contaminated with seawater → cause corrosion of the fuel handling system, including the fuel injection equipment.

Water content limit of 1% v is specified in the standard

Bitum-Nhựa đường TS. Trương Hữu Trì

Giới thiệu chung  Bitum là một sản phẩm được ứng dụng nhiều trong thực tế cho các công trình giao thông, thuỷ lợi, xây dựng, công nghiệp . . .  Bitum đã xuất hiện từ lâu, nó có thể thu nhận từ công nghiệp chế biến than hoặc công nghiệp chế biến dầu mỏ. Ngày nay bitum được dùng trong thực tế phần lớn đến từ dầu mỏ.  Bitum dầu mỏ được lấy từ cặn của nhiều quá trình xử lý khác nhau: chưng cất trực tiếp, chưng cất chân không, các quá trình cracking, hydrocracking, cốc hóa, quá trình khử atphan, chiết rữa và tinh chế dầu nhờn.

Lĩnh vực ứng dụng của bitum  Xây dựng các công trình giao thông  Chống thấm trong các công trình thuỷ lợi  Chống thấm trong các công trình dân dụng  Dùng làm vật liệu trong xây dựng dân dụng  Sử dụng như sơn chống thấm, chống ăn mòn, chất cất điện.

Trong các ứng dụng trên thì lượng bitum sử dụng cho các công trình công cộng như đường xá, sân bay, cầu cảng, canh mương chiếm khoảng 85%.

Tình hình tiêu thụ bitum năm 2000

Phương pháp sản xuất Có 3 phương pháp sản xuất bitum từ dầu mỏ  Tách các phần nhẹ còn lại trong cặn dầu mỏ  Tách atphan trong quá trình khử atphan từ cặn dầu mỏ  Dùng không khí để oxy hóa ở nhiệt độ cao các phần cặn của quá trình chế biến dầu mỏ.

Bitum thu được từ 2 phương pháp đầu được gọi là bitum gốc, còn ở phương pháp còn lại gọi là bitum oxy hóa

Thành phần hóa học  Thành phần hoá học và cấu trúc bitum rất phức tạp  Phụ thuộc nhiều vào nguồn thu nhận và điều kiện tiến hành  Do đó quá trình nghiên cứu nó thường dựa trên việc phân tách bitum thành các nhóm chất nhờ vào khả năng hoà tan chúng trong các dung môi khác nhau.

Xử lý Bitum bằng dung môi  Khi cho Bitum hoà tan trong dung môi sulfua cacbon (CS2) thì ta thu được một hàm lượng nhỏ (thường không quá 2%) chất rắn không tan, chất này được gọi là cacboit  Cho Bitum hoà tan trong dung môi CCl4, phần không tan thu được tiếp tục hoà tan trong dung môi CS2, khi đó ta thu được hai phần như sau: • Phần thứ nhất không tan trong dung môi CS2 đó chính là cacboit • Phần thứ hai tan trong dung môi CS2)được gọi là cacben (thường thì hàm lượng của cacben không quá 0.2%)  Nếu cho bitum vào tan trong dung môi là các hydrocacbon no nhẹ như pentan, hexan, heptan, octan thì phần tan trong các dung môi này được gọi là malten phần không tan là một chất rắn màu đen được gọi là asphalten

Xử lý Bitum bằng butanol-I BITUM

Trích ly bằng Butanol-I

Asphalten

Malten

Trích ly bằng heptan

Trích ly bắng aceton ở - 32oC

Asphalten

Nhựa

Dầu parafin

Dầu ‘HC vòng’

Ví dụ: với nguyên liệu là dầu của Mêxico, khi dung môi là pentan thì lượng asphalten thu được là: 33.5% nhưng khi dung môi là n-heptan thì hàm lượng này chỉ có 25.7%. Khi nhiệt độ trích ly tăng lên thì lượng asphalten thu được sẽ giảm.

Cấu trúc của nhóm malten trong bitum  Malten là các hợp chất hydrocacbon và các hợp chất dị vòng. Đây là một chất lỏng nhớt có màu nâu rất đậm. Thành phần nguyên tố của nó có chứa nitơ, oxy, và một hàm lượng lớn lưu huỳnh từ 2.5 đến 5.5% tuỳ theo loại bitum.  Nhóm malten có thể được chia thành dầu (dầu parafin và dầu của HC ở dạng vòng) và nhựa

Dầu parafin: phần nhẹ C76H150S0.07O0.06N0.5

Đây là các hợp chất có mạch dài chứa đồng thời các hợp chất n-paraffin, iso-paraffin, cyclopetylparaffin, cyclohexylparaffin và alcolyaromatic với số nguyên tử cacbon từ 20 đến 32 hoặc lớn hơn 70

Cấu trúc của nhóm malten trong bitum (dầu) Dầu của HC ở dạng vòng: phần trung bình C124H184S0.2O0.8N0.18

 Trong thành phần của chúng chỉ có các nhân thơm được gắn với paraffin hay các vòng no khác. Cấu trúc thường gặp là dạng naphteno - aromatic.  Các vòng thơm ngưng tụ với nhau và không có sự sắp xếp theo một cấu trúc thẳng đối với các nhân.

Cấu trúc của nhóm malten trong bitum (dầu) Dầu của HC ở dạng vòng: phần nặng C274H362S1.4O5.7N1.3

4

Các hợp chất này chứa từ 1 đến 4 nhân thơm, các vòng này có thể là các hợp chất hydrocacbon hoặc các hợp chất dị vòng.

Cấu trúc của nhóm malten trong bitum (dầu) Dạng cấu trúc Naphteno-Aromatic gắn với lưu huỳnh:

 Các hợp chất dị nguyên tố chiếm một tỷ lệ khá lớn, trước hết là các hợp chất của lưu huỳnh tồn tại dưới dạng thiofen, các hợp chất của oxy tồn tại dưới dạng axit, ester đôi khi dưới dạng của phênol.  Nhóm hợp chất này mang đặc tính aromtic khá rỏ rệt, không còn các thành phần paraffin, cấu trúc chủ yếu là naphteno-aromatic với nhánh thẳng gắn trên các vòng.

Cấu trúc của nhóm malten trong bitum (nhựa)  Hàm lượng các hợp chất dị nguyên tố tăng lên nhanh đối với lưu huỳnh và nitơ.  Các hợp chất HC cũng không còn mà thay vào đó là các hợp chất với mạch HC dài kết nối với nhau qua các nguyên tố khác như lưu huỳnh, nitơ.  Trọng lương phân tử của nhựa lớn hơn của dầu, tuy nhiên sự khác biệt này rất khó xác định được chính xác (<1000; 1000 - 2000; 1700 - 3800). Các giá trị này thay đổi trong khoảng rộng phụ thuộc vào nguồn gốc của bitum, loại dung môi, cách tiến hành trích ly thu nhận bitum và cách đo khối phổ.  Như vậy, đối với bitum khi xem xét từ dầu đến nhựa thì ta thấy một sự thay đổi rỏ nét về cấu trúc. Cụ thể là đặc tính aromatic tăng lên kèm theo sự tăng về các hợp chất dị nguyên tố, tăng trọng lượng phân tử và càng về cuối thì tính chất của nhựa mang tính chất của asphalten.

Cấu trúc của nhóm asphaten trong bitum Asphalten là một chất rắn, bở có màu nâu tối, có điểm chảy trong khoảng 120 đến 400oC, tỷ trọng lớn hơn 1, trọng lượng phân tử rất khó xác định, thường lớn hơn 1000. Hàm lượng và tính chất của bitum phụ thuộc và các yếu tố sau: • Loại dầu thô (nguồn nguyên liệu): thay đổi từ nhỏ hơn 1% đến 40% wt bitum.

• Nguồn thu nhận bitum: • Bản chất của dung môi và điều kiện tiến hành trích ly.

Cấu trúc của HC

Như vậy, so với malten thì trong asphalten trọng lượng phân tử, đặc tính aromatic và mức độ ngưng tụ tăng lên, giảm cycloparaffin và mạch nhánh dài, mạch dài nhất có chứa 4 nguyên tử cacbon nhưng chủ yếu là các nhóm mêtyl.

Cấu trúc của nhóm asphaten trong bitum Liên kết của Oxy trong cấu trúc của HC

Trong một vài loại Bitum hàm lượng oxy có thể lớn hơn 8% nhưng thông thường giá trị này không vượt quá 2%. Oxy trong asphalten tồn tại chủ yếu dưới hai dạng cacbonyl và ester, ngoài ra còn có thể tìm được oxy tồn tại dưới dạng cầu nối để tạo ra hợp chất eter.

Cấu trúc của nhóm asphaten trong bitum Liên kết của lưu huỳnh và nitơ trong cấu trúc của HC

 Lưu huỳnh trong asphalten tồn tại dưới dạng vòng ổn định như dạng cấu trúc của thiophen, ngoài ra còn tìm thấy dạng hợp chất chứa nhiều hơn hai nguyên tử lưu huỳnh trong một phân tử.  Nitơ trong asphalten tồn tại dưới dạng vòng ổn định như cấu trúc của pyridin, porpyrin.

Cấu trúc của nhóm asphaten trong bitum

Cấu trúc hệ keo của Bitum  Trong bitum malten tồn tại ở trạng thái lỏng và là môi trường phân tán còn asphalten tồn tại ở trạng thái rắn và là tướng phân tán, hai nhóm chất này sẽ tạo ra một hệ keo.

Cấu trúc hệ keo của Bitum

Asphanlten

Cấu trúc hệ keo của Bitum  Tuỳ theo các micelle có kết tụ với nhau hay không mà bitum có các tính chất khác nhau.

• Khi các micelle kết tụ (flucculation) với nhau thì bitum được gọi là "gel" • Khi các micelle được phân tán (peptization) đều thì bitum được gọi là "sol".  Sự phân tán các micelle có thể xãy ra hoàn toàn nếu như malten chứa một lượng các hợp chất aromatic đủ lớn để tạo ra lực hấp phụ mạnh đối với asphalten, trong trường hợp ngược lại thì sẽ xãy ra kết tụ và thậm chí có sự kết tủa asphalten. Trong trường hợp này ta gọi bitum có cấu trúc gel vì có sự lực hút qua lại của các micelle.

Xu hướng biến đổi trong quá trình bảo quản, sử dụng Trong quá trình bảo quả và sử dụng, các hợp chất kém bền (aromatic) dễ bị oxy hóa tạo ra các hơp chất nặng hơn.

Xu hướng chung của quá trình biến đổi:

Dầu  Nhựa  Asphalten Hàm lượng dầu giảm xuống hàm lượng asphalten tăng theo thời gian

Vai trò của các nhóm chất trong bitum Tỉ lệ của 3 phần dầu, nhựa và asphalten có tầm quan trọng quyết định đến tính chất của bitum  Nhóm asphalten quyết định tính rắn và khả năng gắn kết các vật liệu (khả năng cắm đá) của bitum, khi hàm lượng asphalten cao thì độ cứng càng lớn  Nhóm nhựa quyết định tính dẻo  Nhóm dầu góp phần làm tăng khả năng chịu đựng sương gió, nắng mưa của bitum Như vậy tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng mà yêu cầu về tỷ lệ giữa các nhóm trên khác nhau

Phân loại Bitum  Dựa vào nguồn gốc của vật liệu ban đầu thì Bitum được chia thành 3 loại sau: • Bitum dầu mỏ • Bitum than đá • Bitum thiên nhiên  Dựa vào công nghệ chế biến thì người ta chia Bitum thành 2 loại sau: • Bitum bã • Bitum oxy hoá  Khi căn cứ vào trạng thái vật lý ở điều kiện thường thì Bitum được chia thành 3 loại sau: • Bitum rắn • Bitum đặc • Bitum lỏng.

Chỉ tiêu chất lượng của bitum  Độ xuyên kim  Nhiệt độ chảy mềm  Độ kéo dài  ...

Độ xuyên kim  Để đặc trưng cho độ cứng, độ dính quánh của bitum người ta đưa ra khái niệm độ xuyên kim.  Độ xuyên kim được đo bằng độ ngập sâu của một bộ kim chuẩn trong mẫu thử ở điều kiện thí nghiệm (bộ kim chuẩn có trọng lượng bằng 100g, rơi tự do trong thời gian 5 giấy ở nhiệt độ 25oC) độ xuyên kim được tính bằng 1/10 mm.

Độ kéo dài  Khi nhiệt độ xuống thấp độ dẻo của bitum giảm đi, đồng thời độ dòn tăng lên, trong trường hợp này bitum dễ bị vỡ khi chịu lực tác động từ môi trường bên ngoài. Để đặc trưng cho tính dẻo người ta dùng khái niệm độ kéo dài.  Độ kéo dài của bitum phụ thuộc vào bản chất hoá học của nó, khi hàm lượng nhựa nhiều thì độ kéo dài càng lớn, còn khi asphalten lớn thì giá trị này giảm xuống.

Nhiệt độ chảy mềm Nhiệt độ chảy mềm là nhiệt độ đọc được trên nhiệt kế khi viên bi chuẩn chứa trong mẫu thử rơi xuống chạm đến đáy của một bộ dụng cụ thí nghiệm.

Phân loại Bitum Thực tế bitum thường phân chia dựa vào tính chất sử dụng của nó mà cụ thể là dựa vào độ xuyên kim hoặc độ xuyên kim và nhiệt độ chảy mềm để phân chia thành các loại khác nhau.

Phân loại Bitum  Ở Viêt Nam, bitum được chia theo độ xuyên kim thành 6 loại như sau:

20/30, 40/60, 60/70, 70/100, 100/150,150/250.  Ở Pháp, bitum được phân chia dựa vào nhiệt độ chảy mềm và độ xuyên kim :

1. 75-30

2. 85-25

3. 90-40

4. 100-40

5. 125-30

6. 135-6

7. 103-13

8. 150-0

9. 170-2

Số đầu là nhiệt độ chảy mềm Số sau là độ xuyên kim trong khoảng xác định

Ô nhiễm môi trường do khói thải động cơ TS. Trương Hữu Trì « Không thể có một xã hội, một nền kinh tế lành mạnh trong thế giới có quá nhiều sự nghèo đói và suy thoái môi trường »

Giới thiệu chung  Ô nhiễm môi trường được xác định bằng sự biến đổi môi trường theo hướng bất lợi đối với cuộc sống của con người, của động vật, thực vật, mà sự ô nhiễm đó chính là do hoạt động của con người gây ra với quy mô, phương thức và mức độ khác nhau, trực tiếp hay gián tiếp tác động, làm thay đổi mô hình, thành phần hóa học, tính chất vật lý và sinh học của môi trường đó.  Trong những thập niên vừa qua, vấn đề ô nhiễm môi trường đã được con người quan tâm và nhiều Quốc gia đã đưa ra những biện pháp nhằm cải thiện môi trường.

Môi trường là gì?

Thành phần của không khí Môi trường là từ chỉ một

Cấu tử

không gia vật chất nào đó.

Tầng đối lưu

%

ppmV (tiền công nghiệp)

ppmV (hiện tại)

Mức tăng (%/năm)

N2

78.084

O2

20.984

Ar

0.943

không gian hữu hạn của một

CO2 Ne

0.033 18.10-4

270

340

0.4

phạm trù vật chất cũng có thể

He CH4 Kr

5.30.10-4 1.70.10-4 1.14.10-4

1

1.7

2

H2

0.50.10-4

Oxyt nitơ Ozone

0.30.10-4 0.09.10-4

0.28

0.3

0.25

0.05-0.2 0.001 0.004 0.0 0.00005 0.0

0.13 0.002 0.006 0.0002

3 2 2 2

0.00015

8

Không gian này có thể là một

lớn đến mức bao quát toàn bộ trái đất.

Khi nồng độ các chất độ hại tăng lên thì môi trường sẽ bị ô nhiễm

Xenon

0.02-0.1.10-4

CO SO2 NH3 C2H4 H2 S CFCs

Tầng bình lưu Ozone Hơi nước

0.1-10.10-4 3-5.10-4

Xuất xứ của vấn đề ô nhiễm môi trường  Năm 1946, tại thành phố Los Angeles thuộc bang California – Mỹ xuất hiện màn sương mù làm cay mắt, viêm đường hô hấp và phổi, gây nghẹt thở làm hàng loạt người già tử vong, cây cối vàng lá. Tác dụng lâu dài làm tăng tỷ lệ người bị bệnh đường hô hấp, khả năng hô hấp của trẻ em giảm 10-15%, số người chết sớm hàng năm khoảng 1600 người.  Sau này các nhà khoa học đặt tên cho hiện tượng này là ‘mù quang hóa’ đó là một dạng khói trắng gây ra bởi NOx, HC thải ra từ khói thải động cơ và dưới tác dụng của ánh sáng chiếu xạ đã xãy ra các phản ứng hóa học để tạo ra ozon, các loại andehyt, axit nitric, peroxyt … rất có hại cho sức khỏe con người.

Xuất xứ của giới hạn ô nhiễm môi trường  Năm 1959, thành phố Los Angeles thuộc bang California –Mỹ cũng là nơi đề nghị cần phải hạn chế hàm lượng các chất độc hại có trong khói thải động cơ  Năm 1970, hiện tượng mù quang hóa đã cũng xãy ra ở Tokyo – Nhật.  Những năm trở lại đây thì hiện tượng này đã cũng xãy ra ở nhiều thành phố trên thế giới (Hông Công, Bắc kinh…)

Cơ chế hình thành ozon

Xuất xứ của giới hạn ô nhiễm môi trường  Năm 1971, chính quyền Mỹ mới định ra được giới hạn hàm lượng các chất độc hại có trong khói thải động cơ (đây là giới hạn cho pháp đầu tiên trên thế giới) CO

HC

NOx

Năm g/mile

g/km

g/mile

g/km

g/mile

g/km

1971

23

14.3

2.2

1.37

4

2.48

1975

12

7.45

0.5

0.31

1

0.62

 Ngày nay các giới hạn đều được tính bằng phần triệu (ppm: parts per million) và các giá trị cũng đã thay đổi theo xu hướng giảm dần chất độc hại trong khói thải.

Quá trình đốt cháy nhiên liệu  Cháy lý tưởng:

 Quá trình cháy trong thực tế luôn sinh ra những hợp chất khác : • Oxyt nitơ (NO, N2O, NO2 gọi chung là NOx ) • Monoxyt cacbon (CO)

Các chất gây đọc hại đến

• Hydrocacbon chưa cháy (HC) • Các hạt rắn nhỏ (particular matter)

con người và môi trường

• Bồ hống . . .  Ngoài ra trong nhiên liệu ban đầu thường chứa thêm lưu huỳnh nên trong khói thải còn có thêm khí SOx (SO2, SO3)

Tác hại của các chất có trong khói thải Tác hại đối với con người Tác hại của CO:  CO tác dụng đối với hồng cầu trong máu tạo thành một hợp chất bền vững do đó nó làm giảm hồng cầu trong máu từ đó làm giảm khả năng hấp thụ oxy của hồng cầu để nuôi dưỡng tế bào cơ thể.

HbO2 + CO  HbCO + O2  Mức độ nguy hiểm của khí CO Nồng độ (ppm)

Tác hại

10

Trúng độc mãn tính, khó thở, tim đập mạnh

30

Cảm giác tê dại – thành kinh thực vật tê liệt

500

Khó thở và gấp gáp, nhức đầu

1000

Chết người

Tác hại của các chất có trong khói thải Tác hại đối với con người Tác hại của NOx:  NO là chất khí không màu, không mùi, không tan trong nước, NO có thể gây nguy hiểm cho cơ thể do tác dụng với hồng cầu trong máu làm giảm khả năng vận chuyển oxi gây thiếu máu.  NO2 là chất khí màu nâu nhạt, mùi của nó có thể bắt đầu được phát hiện ở nồng độ 0.12ppm.  NO2 dễ hấp thụ bức xạ tử ngoại, dễ hoà tan trong nước và tham gia phản ứng quang hoá.  NO2 là loại khí có tính kích thích, khi tiếp xúc với niêm mạc tạo thành axit qua đường hô hấp hoặc hoà tan vào nước bọt rồi vào đường tiêu hoá, sau đó vào máu.

Tác hại của các chất có trong khói thải Tác hại đối với con người Tác hại của NOx:  Nồng độ NOx và mức độ gây nguy hiểm Nồng độ (ppm)

Tác hại

0.5

Hít phải 3-12 tháng sẽ gây sưng phổi

1.0

Cảm nhận được mùi hôi

2.5

Nếu liên lục phát xạ trong 7 giờ thì cây cối vàng lá

5.0

Mùi hôi khó chịu

50

Gây ho, sặc, đau đầu và choáng

80

3-5 phút sẽ gây tức ngực

100-150

30-60 phút sẽ phù phổi, tắt thở

Tác hại của các chất có trong khói thải Tác hại đối với con người Tác hại của HC và bồ hóng:  HC trong khói thải là một hỗn hợp bao gồm nhiều chất khác nhau như benzen, metan, etan, etylen . . . các khí chứa oxy như rượu, axit, xeton, andehyt . . .  Andehyt có mùi khó chịu, gây tác dụng kích thích mủi, mắt và niêm mạc  HC thơm đặc biệt benzen là chất gây ra bệnh ung thư mạnh  HAP (hydrocacbon polyaromactic) hấp phụ trong các hạt hữu cơ như bụi, bồ hóng đi vào cơ thể gây ung thư  Bồ hóng tồn tại dưới dạng các hạt rắn có đường kính trung bình khoảng 0.3 m nên rất dễ xâm nhập sâu vào phổi, bị giữ lại ở đó, phản ứng với màng nhầy gây hại đến sức khoẻ.

Tác hại của các chất có trong khói thải Tác hại đối với con người Tác hại của SOx:  Các oxit lưu huỳnh là những chất háo nước, vì vậy khi nhiệt độ hạ thấp xuống thì nó kết hợp với nước để tạo thành axit tương ứng, các axit này có thể theo đường hô hấp để vào sâu trong phổi gây ảnh hưởng đến sức khoẻ con người.

Tác hại của các chất có trong khói thải Tác hại đối với môi trường Thay đổi nhiệt độ khí quyển  CO2 gây hiệu ứng nhà kính làm tăng nhiệt độ của quả đất. Sự tăng nhiệt độ này được giải thích như sau:

Tác hại của các chất có trong khói thải Tác hại đối với môi trường Sự nóng lên của trái đất và băng tan ở bắc cực

Mưa axit  Do các chất khí có tính axit như SOx, NOx có mặt trong dòng khí thải  Mưa axit làm tăng độ axit của đất, huỷ diệt rừng, mùa màng, gây nguy hại đối với sinh vật dưới nước, nguy hại đối với người và động vật, làm hỏng nhà cửa, cầu cống và các công trình

Tác hại của các chất có trong khói thải Tác hại đối với môi trường Tầng ozon và lỗ thủng tầng ozon  Tầng ozon được xem là cái ô bảo vệ loài người và thế giới động vật tránh khỏi tai họa do bức xạ tia tử ngoại của mặt trời gây ra, nó giữ vai trò quan trọng đối với khí hậu và sinh thái trái đất.  Khí sinh ra do khói thải động cơ như CH4, NOx và các chất hữu cơ là nguyên nhân gây suy giảm tầng ozon

Nguồn gây ô nhiễm không khí  Một cách tổng quát thì người ta chia các nguồn ô nhiễm trong môi trường không khí thành 3 nhóm chính: • Nguồn ô nhiễm tự nhiên (thiên nhiên): nguồn ô nhiễm này xãy ra do cháy rừng, do hoạt động của núi lửa, do đại dương, do thực vật…

• Nguồn ô nhiễm nhân tạo (do sự tác động của con người)  Người ta phân biệt các nguồn gây ô nhiễm do đốt nhiên liệu thành các nhóm: • Do phương tiện giao thông (nguồn ô nhiễm di động): bao gồm giao thông đường bộ, giao thông đường sắt, giao thông đường thuỷ, hàng không.

• Các cơ sở công nghiệp đốt nhiên liệu: than, dầu, khí.

• Các quá trình sản xuất công nghiệp đặc biệt là quá trình sản xuất hoá chất, sản xuất vật liệu, luyện kim, và khai thác mỏ, . . .

• Do đốt các loại phế thải đô thị, sinh hoạt, xây dựng công trình, cháy rừng

Nguồn thải ô nhiễm do công nghiệp Nguồn thải ô nhiễm do công nghiệp (năm 1982) Nguồn gây ô nhiễm Giao thông vận tải: • Xe ôtô chạy xăng • Xe ôtô chạy dầu diezen • Máy bay • Tàu hoả và các loại khác Cộng Đốt nhiên liệu: • Than • Dầu • Khí đốt tự nhiên • Gỗ, củi Cộng 3. Quá trình sản xuất công nghiệp 4. Xử lý chất thải rắn 5. Hoạt động khác: • Cháy rừng • Đốt các chất nông nghiệp • Đốt rác thải bằng than • Hàn đốt xây dựngCộng Tổng cộng toàn bộ

CO

Các chất ô nhiễm chính (triệu tấn) Bụi SOx HC

53,5 0,2 2,4 2,0 58,1

0,5 0,3 0,0 0,4 1,2

0,2 0,1 0,0 0,5 0,8

13,8 0,4 0,3 0,6 15,1

5,0 0,5 0,0 0,8 7,3

0,7 0,1 0,0 0,9 1,7 8,8 7,1

7,4 0,3 0,2 0,2 8,1 6,8 1,0

18,3 3,9 0,0 0,0 22,2 6,6 0,1

0,2 0,1 0,0 0,4 0,7 4,2 1,5

3,6 0,9 4,1 0,2 8,8 0,2 0,5

6,5 7,5 1,1 0,2 15,3 91,0

6,1 2,2 0,4 0,1 8,7 25,7

0,0 0,0 0,5 0,0 0,5 30,2

2,0 1,5 0,2 0,1 7,7 29,1

1,1 0,3 0,2 0,0 1,5 18,7

NOx

Ô nhiễm không khí do hoạt động xây dựng Nguồn ô nhiễm do sinh hoạt của con người gây ra Chất ô nhiễm chủ yếu

Nguồn nhân tạo chủ yếu Đốt nhiên liệu than đá và dầu mỏ

SO2

Chế biến quặng có chứa S Công nghiệp hóa chất

H2S

CO

Xử lý nước thải

Nhân tạo

Thiên nhiên

Núi lửa

146

6 -12

3

300 -100

300

>3000

50

60- 270

Phân hủy sinh hóa

4

100 – 200

Quá trình sinh hóa trong đất

>17

100 – 450

Các quá trình sinh hóa

88

Núi lửa Các quá trình sinh hóa trong đầm lầy Cháy rừng

Khí thải của ôtô

Các phản ứng hóa học

Đốt nhiên liệu

NH3

Chế biến phế thải

Hydrocacbon

Nguồn thiên nhiên

Đốt nhiên liệu

NO2

N2O

Lượng chất ô nhiễm (106 t/ năm)

Nguồn gây ô nhiễm

Gián tiếp, khi sử dụng phân bón

Hoạt động sinh học của vi sinh vật trong đất

gốc nitơ Đốt cháy nhiên liệu, khí thải, các quá trình hóa học

CO2

Đốt nhiên liệu

CH: 300-1600 Terpen:200

Phân hủy sinh học

1,5. 104

15.104

Sự hình thành chất độc hại trong khói thải động cơ Với quá trình cháy thực tế ở động cơ, thì trong khói thải ngoài CO2 và H2O luôn có thêm những hợp chất khác tạo ra : • Oxyt lưu huỳnh S02, SO3 (gọi chung SOx) • Oxyt nitơ (NO, N2O, NO2 gọi chung là NOx ) • Monoxyt cacbon (CO) • Hydrocacbon chưa cháy (HC) • Các hạt rắn nhỏ (particular matter) • Bồ hống . . .

Sự hình thành NOx trong quá trình cháy của động cơ ôtô NOX được hình thành chủ yếu do sự kết hợp giữa oxi và nitơ của không khí ở điều kiện nhiệt độ cao.

Trường hợp động cơ đánh lửa cưỡng bức.

Trong động cơ này thì những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự hình thành NOx là: • Độ giàu của hỗn hợp nhiên liệu • Lượng khí thải hồi lưu lại buồng cháy • Góc đánh lửa sớm.

Nồng độ NOx

Nồng độ NOx phụ thuộc vào độ giàu của hỗn hợp công tác

NOx

0.8

0.9

1.0

1.1

Độ giàu

Sự hình thành NOx trong quá trình cháy của động cơ ôtô Trường hợp động cơ đánh lửa cưỡng bức.

Nồng độ NOx phụ thuộc vào lượng khí thải hồi lưu lại buồng cháy

Sự hình thành NOx trong quá trình cháy của động cơ ôtô Trường hợp động cơ đánh lửa cưỡng bức.

Nồng độ NOx phụ thuộc vào góc đánh lửa sớm

Sự hình thành NOx trong quá trình cháy của động cơ ôtô Trường hợp động cơ Diesel. Động cơ diesel thường hoạt động với hỗn hợp nghèo (thừa oxy), như vậy ở đây NOx tạo ra phụ thuộc hoàn toàn vào nhiệt độ cực đại đạt được trong buồng cháy

Nồng độ NOx phụ thuộc độ giàu trung bình

Sự hình thành CO trong quá trình cháy của động cơ Diesel  Khi nhiên liệu bị đốt cháy trong điều kiện không đủ oxy thì một phần nhiên liệu không cháy sẻ chịu tác động của nhiệt độ cao và bị phân huỷ hoặc cháy không hoàn toàn để tạo thành monoxyt cacbon (CO). Ngoài ra ở trong điều kiện có nhiệt độ cao thì một phần khí CO2 hình thành có thể bị biến đổi thành CO. Phương trình phản ứng: • 2C + O2  2CO • C + CO2  2CO  Trong động cơ thì những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự hình thành CO là: • Độ giàu của hỗn hợp nhiên liệu • Áp suất nạp • Góc đánh lửa sớm • Hệ số khí ‘sót’

Sự hình thành CO trong quá trình cháy của động cơ Diesel Ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm  Nếu nhiên liệu được phun vào quá trễ, quá trình cháy kéo dài trên đường giãn nở, khi đó nhiệt độ giảm nhanh làm giảm khả năng cháy của nhiên liệu, do đó làm tăng nồng độ CO Ảnh hưởng của hệ số khí sót  Hệ thống hồi lưu khí xả EGR lắp trên các động cơ hiện đại để khống chế nồng độ NOx đồng thời cũng góp phần làm giảm nồng độ CO ở chế độ tải thấp

Sự hình thành hydrocacbon chưa cháy Trường hợp động cơ đánh lửa cưỡng bức.

Sự hình thành HC trong động cơ đánh lửa cưỡng bức có thể do các nguyên nhân sau đây:  Sự tôi màng lửa khi tiếp xúc với thành  Không gian chết không cháy được do màng lửa bị dập tắt (đây được xem là nguyên nhân chủ yếu)  Nhiên liệu bị hấp thụ vào lớp dầu bôi trơn trên bề mặt xi lanh trong giai đoạn nạp và nén  Cháy không hoàn toàn (cháy cục bộ hay bỏ lửa) do sự thay đổi độ giàu, thay đổi góc đánh lửa sớm hay hồi lưu khí xả, đặc biệt là khi giảm tốc độ  Muội than trong buồng cháy cũng có thể gây ra sự gia tăng mức độ ô nhiễm.

Các vị trí trong động cơ có thể phát sinh HC

Không gian chết trong động cơ có thể phát sinh HC

Đây được xem là nguyên nhân chủ yếu phát sinh HC chưa cháy

Sự hình thành hydrocacbon chưa cháy Trường hợp động cơ Diesel.  Khi độ giàu quá lớn hoặc quá bé đều làm giảm khả năng tự bắt cháy, do đó làm tăng nồng độ HC chưa cháy  Mức độ phát sinh HC trong động cơ Diesel phụ thuộc nhiều vào điều kiện vận hành, ở chế độ không tải hay tải thấp nồng độ HC cao hơn ở chế độ đầy tải  Không gian chết ở động cơ Diesel không gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến nồng độ HC trong khí xả  Ảnh hưởng của lớp dầu bôi trơn bám trên mặt gương xilanh, của lớp muội than cũng như ảnh hưởng của sự tôi màng lửa đối với quá trình hình thành HC trong động cơ Diesel nhìn chung không đáng kể so với động cơ đánh lửa cưỡng bức

Sự hình thành bồ hóng trong động cơ Diesel  Bồ hóng do quá trình cháy không hoàn toàn của nhiên liệu sinh ra (nguyên nhân chính)  Nguyên nhân • Hạt nhiên liệu lỏng di chuyển trong buồng cháy có thể gặp nhiệt độ cao chúng phân hủy trước khi bay hơi • Sự tập trung cục bộ hơi nhiên liệu ở những vùng có nhiệt độ cao  Ngoài ra, một phần nhỏ dầu bôi trơn trong buồng cháy có thể bị phân hủy ở nhiệt độ cao.

Thành phần của bồ hóng trong động cơ Diesel Thành phần của bồ hóng bao gồm những thành phần sau:  Cacbon  Dầu bôi trơn không cháy  Nhiên liệu chưa cháy hoặc cháy không hoàn toàn:  Sunfat: lưu huỳnh trong nhiên liệu bị ôxy hoá thành SO2, hoặc (SO4)2 Các chất khác: Lưu huỳnh, canxi, phốtpho, sắt...  Thành phần hạt bồ hóng còn phụ thuộc vào tính chất nguyên liệu, đặc điểm quá trình cháy, dạng động cơ cũng như thời gian sử dụng động cơ

Dạng tồn tại:  Dạng đơn  Dạng tích tụ

Dạng tồn tại của hạt bồ hóng trong động cơ Diesel Dạng đơn:  Tồn tại ở nhiệt độ trên 5000C  Hạt bồ hóng là sự kết hợp của các lớp sơ cấp hình cầu (mỗi một hạt sơ cấp hình cầu này chứa khoảng 105  106 nguyên tử cacbon)  Dạng đơn này được gọi là phần không hoà tan ISF (Insoluble Fraction) hay thành phần rắn SOL (Solid).

Dạng tích tụ:  Các hạt bồ hóng liên kết lại với nhau và tồn tại ở nhiệt độ thấp hơn 5000C  Hạt bồ hóng này được bao bọc bởi thành phần hữu cơ nặng ngưng tụ và hấp thụ trên bề mặt hạt: HC chưa cháy, HC bị ôxy hoá (xeton, este, ete, axit hữu cơ) và các hydrocacbon đa nhân HAP.  Dạng tích tụ này có thể còn có thêm các phần của S, N2 . . . những hạt này được gọi là thành phần hữu cơ hoà tan SOF (Soluble Oganic Fraction)  Trong khí xả động cơ thành phần này có thể chiếm từ 5  80%

Dạng tồn tại của hạt bồ hóng trong động cơ Diesel

Cấu trúc chuổi bồ hóng

Dạng hạt sơ cấp

Dạng tồn tại của hạt bồ hóng trong động cơ Diesel

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành hạt bồ hóng  Khi nhiên liệu có thành phần cacbon càng cao thì nồng độ bồ hóng càng lớn  Độ giàu càng lớn hơn 1 thì bồ hóng sinh ra càng nhiều  Nếu oxy có thừa trong hỗn hợp cháy thì nó có thể oxy hoá bồ hóng sau khi chúng được hình thành, do đó làm giảm nồng độ bồ hóng cuối cùng có mặt trong sản phẩm cháy

Giải pháp nhằm giảm thiểu nồng độ chất độc hại Một cách tổng quát thì các giải pháp này được chia thành ba hướng như sau:  Cải thiện động cơ và tối ưu hoá quá trình cháy  Cải thiện nhiên liệu bằng, sử dụng nhiên liệu sạch hay dùng nhiên liệu thay thế  Xử lý chất ô nhiễm trước khi thải ra môi trường.

Giải pháp nhằm giảm thiểu ô nhiễm ngay tại nguồn Động cơ xăng Ba chất ô nhiễm chính cần quan tâm là NOx, HC và CO.  Để làm giảm nồng độ các chất ô nhiễm, đặc biệt là HC, người ta tăng cường sự phối trộn của nhiên liệu và không khí nhằm giúp cho quá trình cháy tốt hơn, hạn chế việc xuất hiện những vùng “chết”  Gia tăng chuyển động rối có thể thực hiện bằng cách sau: • Gia tăng vận tốc xoáy lốc của hỗn hợp trên đường ống nạp • Sử dụng hai xupap nạp khi động cơ làm việc toàn tải và một xupap khi làm việc ở tải cục bộ • Tạo ra một tia khí phun vào đường nạp phụ có kích thước nhỏ hơn đường nạp chính.  Ở động cơ làm việc với hỗn hợp nghèo, việc làm giảm nồng độ các chất ô nhiễm trong khí xả cũng có thể được thực hiện riêng rẽ hay đồng thời hai giải pháp sau: • Tổ chức quá trình cháy với độ giàu rất thấp • Hồi lưu một bộ phận khí xả (EGR: Exhaut Gas Recirculation)

Giải pháp nhằm giảm thiểu ô nhiễm ngay tại nguồn Động cơ Diesel Ba chất ô nhiễm chính cần quan tâm là CO, HC và bồ hóng.

Các biện pháp chính nhằm hạn chế nồng độ chất ô nhiễm: • Tăng tốc độ phun để làm giảm nồng độ bồ hóng do tăng tốc độ hoà trộn nhiên liệu - không khí.

• Tăng áp suất phun, đặc biệt là đối với động cơ phun trực tiếp.

• Kết thúc nhanh quá trình phun để làm giảm HC.

Hồi lưu khí xả là một trong những biện pháp hiệu quả nhất để giảm mức độ phát sinh NOx trong động cơ Diesel.

Giải pháp nhằm giảm thiểu ô nhiễm ngay tại nguồn Động cơ Diesel Thay đổi góc phun sớm

Hồi lưu khí xả là

Giải pháp liên quan đến nhiên liệu Động cơ Diesel Cải thiện chất lượng nhiên liệu diesel đồng nghĩa với việc tối thiểu hàm lượng lưu huỳnh và Aromatic. Có ba quá trình cần khảo sát ảnh hưởng đến chất lượng nhiên liệu Diesel.  Quá trình Hydrotraitement  Quá trình Hydrodesulfuration  Tổng hợp nhiên liệu Diesel theo phương pháp Fisher-Tropsch và quá trình oligomer hoá.  ...

Xử lý hổn hợp khí cháy trước khi thải ra môi trường Sơ lược về quá trình xử lý  1960: ở Mỹ cũng như Châu Âu đã nghiên cứu xử lý khói thải bằng bộ xúc tác  Bộ xúc tác oxi hoá trên được sử dụng đầu tiên và hoạt động với hỗn hợp giàu  Tiếp theo là hệ xúc tác lưỡng tính, hệ thống này bao gồm bộ xúc tác khử, bộ cung cấp khí và bộ xúc tác oxi hoá.  1975: sử dụng bộ xúc tác ba chức năng trên động cơ đánh lửa cưỡng bức làm, loại xúc tác được ứng dụng rộng rãi nhất hiện nay  Hiện nay có các loại bộ xúc tác sau được sử dụng trên động cơ: • Xúc tác ba chức năng • Bộ xúc tác oxi hoá dùng cho động cơ Diesel • Khử oxit nitơ trong môi trường có sự hiện diện của oxi  Bên cạnh sử dụng các bộ xử lý xúc tác, việc đưa bộ lọc hạt rắn vào ứng dụng trên động cơ Diesel cũng góp phần đáng kể vào việc giảm lượng bồ hóng phát sinh

Thành phần của khói thải của động cơ xăng Hợp chất

Thành phần

O2

0.2  2 %

NO

0.01  0.4 %

N2 O

< 100 ppm

CO

0.1  6 %

H2

0.5  2 %

HC chưa cháy*

0.51 %

SO2­

15  60 ppm

CO2

10  13.5 %

N2

70  75 %

H2O

10  12 %

Hợp chất có tính oxi hoá

Hợp chất có tính khử

Các hợp chất khác

* HC chưa cháy bao gồm các HC và sản phẩm của quá trình oxi hoá không hoàn toàn (aldehyt, xeton…)

Xúc tác ba chức năng Bộ xúc tác cho phép xử lý đồng thời ba hợp chất CO, HC và NOx bởi các phản ứng oxi hoá khử và bị khử thành các hợp chất không độc hại.

Xúc tác ba chức năng Phản ứng oxy hóa:

Phản ứng khử: Phản ứng không mong muốn

 Hai phản ứng oxi hoá diễn ra thuận lợi khi độ giàu nhỏ hơn hay bằng 1  Ba phản ứng phân huỷ NO diễn ra thuận lợi trong hỗn hợp giàu

Độ giàu bằng 1

Xúc tác ba chức năng

Khung chất mang ceramic.

Khung chất mang kim loại.

Thành phần của khói thải của động cơ diesel Động cơ Diesel vận hành với hỗn hợp nghèo, khi so sánh với thành phần khói thải của động cơ xăng thì:  Hàm lượng CO, HC thấp hơn nhiều  Hàm lượng NOx cao hơn  Xuất hiện các hạt rắn nhỏ, bồ hóng  Có mặt O2 trong khói thải SO2 → SO3

Sự có mặt của O2 trong khói thải sẽ giúp cho xúc tác oxy hóa hoạt động hiệu quả.

Tuy nhiên vấn đề còn lại ở đây là nhiệt độ làm như hình bên Kết quả thử nghiệm trên động cơ ô tô nhẹ theo chu trình ECE+EUDC (Economic Commission for Europe + Extra Urban Driving Cycle) cho thấy bộ xúc tác oxy hoá trên động cơ Diesel có thể làm giảm 35% CO, 30%HC, 25% đối với hạt rắn ‘hoà tan’

Giảm thiểu hàm lượng NOx  Hồi lưu khí thải  Nhiều giải pháp nhằm thực hiện phản ứng NO2 → N2 + O2 • Sử dụng các chất khử là ure hoặc amoniac NO + NH3 + O2 → N2 + H2O (có thể giảm được 70- 80% NO, nhưng kỹ thuật thì chưa áp dụng được) • Sử dụng các chất khử là HC NO + HC → N2 + CO2 + H2O (có thể giảm được 40-80% NO ở điều kiện tối ưu) Thực tế:  Nhiệt độ của bộ xúc tác thấp hơn (150-250°C so với 400-500°C)  VVH quá lớn  Nồng độ HC trong khói thải quá ít (nhỏ hơn 20-40 lần)

Xử lý bồ hóng bằng phương pháp lọc Đa số hạt bồ hóng có đường kính trung bình khoảng 1 m.

Lõi lọc bằng lưới sợi gốm

Nhược điểm: Lưới lọc bị tắt rất nhanh do hạt bồ hóng bám vào Lõi lọc bằng sợi thép mạ nhôm

Cần phải sử dụng các giải pháp như đốt, rung, rửa hay dùng dòng khí nén thổi ngược