Quá trình lấy mẫu dầu mỡ bôi trơn

1

MỤC LỤC

Đề mục Trang

MỤC LỤC ............................................................................................... 1

GIỚI THIỆU VỀ MÔ ĐUN ....................................................................... 6

CÁC HÌNH THỨC HỌC TẬP CHÍNH TRONG MÔ ĐUN ......................... 8

YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ HOÀN THÀNH MÔ ĐUN ................................ 8

BÀI 1. PHÂN LOẠI CÁC SẢN PHẨM DẦU MỎ ....................................... 9

1. Vai trò của các sản phẩm dầu mỏ ...................................................... 9

2. Sản phẩm nhiên liệu ......................................................................... 10

3. Sản phẩm phi nhiên liệu ................................................................... 10

4. Hóa phẩm và dung môi dầu mỏ ........................................................ 11

5. Kiểm tra số lƣợng và chất lƣợng đầu vào......................................... 11

6. Thị trƣờng dầu thô ............................................................................ 12

BÀI 2. XUẤT NHẬP NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM ............................ 14

1. Kiểm tra số lƣợng của nguyên liệu và sản phẩm. ............................. 14

2. Kiểm tra chất lƣợng của nguyên liệu và sản phẩm. .......................... 18

3. Kiểm tra bồn bể chứa ...................................................................... 19

4. Lập thẻ kho, thẻ bồn. ........................................................................ 20

5. Tiến hành quá trình xuất nhập nguyên liệu và sản phẩm. ................. 21

6. Thực hành ........................................................................................ 21

BÀI 3.LẤY MẪU NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM .................................. 23

1. Giới thiệu sơ lƣợc về mẫu ................................................................ 23

2. Lấy mẫu xăng, dầu Diesel và nhiên liệu phản lực ............................. 25

3. Lấy mẫu mỡ bôi trơn và bitum .......................................................... 28

4. Làm sạch dụng cụ sau khi lấy mẫu ................................................... 29

5. Thực hành: XÁC ĐỊNH ĐỘ CHẢY MỀM CỦA BITUM –

ASTM D 36 ...................................................................................... 29

BÀI 4. KHÍ VÀ KHÍ HÓA LỎNG ............................................................ 32

1. Đặc điểm chung của khí tự nhiên và khí dầu mỏ .............................. 32

2. Thành phần và phân loại khí ............................................................ 33

2

3. Khí tự nhiên và khí hóa lỏng ............................................................. 34

4. Khí dầu mỏ hóa lỏng ........................................................................ 36

5. Phƣơng pháp hóa lỏng khí ............................................................... 38

6. Vận chuyển và tồn chứa khí ............................................................. 40

7. Thị trƣờng khí ................................................................................... 41

8. Thực hành ........................................................................................ 44

BÀI 5. CONDENSAT ............................................................................ 45

1. Thành phần hóa học của condensat ................................................. 45

2. Các chỉ tiêu của condensat ............................................................... 46

3. Cách xác định các chỉ tiêu của condensat ........................................ 46

4. Ứng dụng của condensat ................................................................. 47

5. Thực hành: XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN CHƢNG CẤT PHÂN

ĐOẠN .............................................................................................. 47

BÀI 6. XĂNG ........................................................................................ 52

1. Khái niệm chung ............................................................................... 52

2. Thành phần hóa học của xăng. ........................................................ 52

3. Nguyên lý làm việc của động cơ xăng. ............................................. 53

4. Các yếu tố ảnh hƣởng đến tính chất cháy của nhiên liệu

trong động cơ xăng. Trị số octan. .................................................... 55

5. Các biện pháp nâng cao trị số octan của xăng: Phụ gia và

phƣơng pháp hóa học...................................................................... 59

6. Đánh giá chất lƣợng của xăng thƣơng phẩm dựa trên các

tính chất ........................................................................................... 62

7. Thị trƣờng ........................................................................................ 64

8. Thực hành: XÁC ĐỊNH ĐIỂM ANILIN – ASTM D 611 ....................... 66

BÀI 7. NHIÊN LIỆU PHẢN LỰC ........................................................... 69

1. Động cơ phản lực ............................................................................. 69

2. Ảnh hƣởng của thành phần hóa học đến tính chất cháy của

nhiên liệu phản lực ........................................................................... 70

3. Các tiêu chuẩn của nhiên liệu phản lực: Chiều cao ngọn lửa

không khói, nhiệt trị, tỷ trọng, độ linh động ....................................... 72

3

4. Các loại nhiên liệu phản lực khác nhau ............................................ 73

5. Thực hành: XÁC ĐỊNH CHIỀU CAO NGỌN LỬA KHÔNG

KHÓI - ASTM D1322 ....................................................................... 78

BÀI 8. DẦU HỎA DÂN DỤNG .............................................................. 82

1. Thành phần hóa học ......................................................................... 82

2. Cách xác định các chỉ tiêu đặc trƣng. ............................................... 82

3. Tiêu chuẩn của dầu hoả dân dụng ................................................... 84

4. Các lĩnh vực ứng dụng. .................................................................... 86

5. Thực hành: XÁC ĐỊNH ĐIỂM CHỚP CHÁY CỐC KÍN -

ASTM D 56 ...................................................................................... 87

BÀI 9. NHIÊN LIỆU DIESEL (DO) ........................................................ 90

1. Thành phần hóa học của DO ............................................................ 90

2. Nguyên lý họat động của động cơ diesel .......................................... 90

3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình cháy của nhiên liệu

trong động cơ diesel ........................................................................ 91

4. Các tiêu chuẩn của DO ..................................................................... 92

5. Làm sạch nhiên liệu diesel ............................................................... 94

6. Tồn chứa và vận chuyển DO ............................................................ 95

7. Thực hành: XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG LƢU HUỲNH - ASTM

D1266 .............................................................................................. 95

BÀI 10. NHIÊN LIỆU ĐỐT LÕ (FO) ...................................................... 99

1. Giới thiệu về nhiên liệu đốt lò ........................................................... 99

2. Các chỉ tiêu của nhiên liệu đốt lò ...................................................... 99

3. Thành phần và phân loại ................................................................ 101

4. Thực hành: XÁC ĐỊNH ĐỘ NHỚT ĐỘNG HỌC - ASTM D

445 ................................................................................................. 102

BÀI 11. SẢN PHẨM BITUM ................................................................ 108

1. Thành phần và phân loại bitum ....................................................... 108

2. Đặc trƣng hóa lý của bitum ............................................................. 109

3. Công nghệ sản xuất bitum .............................................................. 110

4. Tồn chứa, vận chuyển .................................................................... 111

4

5. Thực hành: XÁC ĐỊNH ĐỘ XUYÊN KIM CỦA MỠ VÀ BITUM

– ASTM D 217 ............................................................................... 111

BÀI 12. DẦU NHỜN ĐỘNG CƠ ......................................................... 116

1. Thành phần hóa học của dầu nhờn ................................................ 116

2. Phân loại dầu nhờn: Dầu bôi trơn và dầu động cơ ......................... 117

3. Công nghệ sản xuất dầu gốc .......................................................... 119

4. Phụ gia ........................................................................................... 120

5. Sản xuất dầu nhờn thƣơng phẩm ................................................... 121

6. Các đặc trƣng hóa lý và tiêu chuẩn của dầu bôi trơn ...................... 122

7. Các lĩnh vực ứng dụng và thị trƣờng .............................................. 123

8. Thực hành: XÁC ĐỊNH ĐỘ TẠO BỌT CỦA DẦU NHỜN –

ASTM D 892 .................................................................................. 123

BÀI 13. DẦU NHỜN CÔNG NGHIỆP ................................................. 127

1. Giới thiệu chung về dầu nhờn công nghiệp .................................... 127

2. Phân loại dầu nhờn công nghiệp .................................................... 128

3. Các loại dầu công nghiệp chuyên dùng: Dầu nhờn truyền

động, dầu máy nén, dầu nhờn thủy lực, dầu cách điện,v.v... ......... 130

4. Thực hành: XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH TÁCH KHÍ CỦA DẦU

NHỜN - ASTM D 3427 .................................................................. 137

BÀI 14. MỠ BÔI TRƠN ...................................................................... 141

1. Thành phần và phân loại ................................................................ 141

2. Các đặc trƣng vật lý ....................................................................... 146

3. Sản xuất mỡ bôi trơn từ dầu nhờn gốc và chất làm đặc ................. 147

4. Phụ gia cho mỡ bôi trơn ................................................................. 150

5. Phân loại mỡ tồn chứa ................................................................... 151

6. Xác định các chỉ tiêu của mỡ bôi trơn ............................................. 151

7. Thực hành: XÁC ĐỊNH ĐIỂM NHỎ GIỌT CỦA MỠ - ASTM

D 566 ............................................................................................. 152

BÀI 15. DẦU NHỜN TỔNG HỢP VÀ CHẤT LỎNG CHUYÊN

DÙNG ............................................................................................ 155

1. Vai trò của dầu nhờn tổng hợp ....................................................... 155

5

2. Phân loại dầu nhờn tổng hợp ......................................................... 155

3. Điều chế dầu nhờn tổng hợp .......................................................... 156

4. Chất lỏng chuyên dùng ................................................................... 157

5. Các chỉ tiêu chất lƣợng của dầu nhờn tổng hợp và chất lỏng

chuyên dùng .................................................................................. 158

6. Ứng dụng của dầu nhờn tổng hợp và chất lỏng chuyên dùng ........ 159

7. Thực hành: XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG TÁCH NƢỚC CỦA DẦU

NHỜN – ......................................................................................... 159

BÀI 16. CÁC LOẠI HOÁ PHẨM VÀ DUNG MÔI DẦU MỎ .................. 163

1. Giới thiệu chung về dung môi công nghiệp. .................................... 163

2. Dung môi và xăng dung môi. .......................................................... 164

3. Naphta công nghiệp ....................................................................... 166

4. Các hóa phẩm dầu mỏ. .................................................................. 171

5. BTX ................................................................................................ 173

6. Thực hành: XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ MÀU SAYBOLT – ASTM D

156 ................................................................................................. 175

PHỤ LỤC............................................................................................ 178

TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................... 181

6

GIỚI THIỆU VỀ MÔ ĐUN

Vị trí, ý nghĩa, vai trò mô đun

Sản phẩm dầu mỏ là vật chất luôn có một vai trò rất quan trọng và không

thể thiếu đƣợc trong đời sống con ngƣời. Với tính chất phổ biến kiến thức

trong lĩnh vực hoá chất, những kiến thức về các sản phẩm dầu mỏ của modun

này là rất cần thiết không những cho những ai hoạt động trong ngành Hoá dầu

mà còn giúp cho mọi ngƣời có đƣợc sự hiểu biết đầy đủ nhất về các sản

phẩm từ dầu mỏ, qua đó có thể sử dụng chúng hiệu quả nhất.

Mục tiêu của mô đun

Mô đun nhằm trang bị cho học viên có đủ kiến thức căn bản về các sản

phẩm dầu mỏ, từ đó nâng cao sự hiểu biết của mình qua một số vấn đề cụ thể

sau đây:

- Hiểu đƣợc tất cả các tính chất, tiêu chuẩn và ứng dụng của các sản

phẩm dầu mỏ.

- Lựa chọn các phụ gia phù hợp để pha chế sản phẩm dầu.

- Pha chế đƣợc các sản phẩm dầu mỏ.

- Đánh giá đƣợc chất lƣợng của các sản phẩm dầu mỏ.

Mục tiêu thực hiện của mô đun

Khi hoàn thành mô đun này học viên có khả năng:

- Mô tả tính chất và ứng dụng của các sản phẩm dầu mỏ.

- Kiểm tra nguyên liệu đầu vào.

- Xác định các chỉ tiêu đặc trƣng của sản phẩm dầu mỏ.

- Lựa chọn phụ gia và pha chế các sản phẩm dầu mỏ.

- Đánh giá chất lƣợng của sản phẩm dầu mỏ.

- Thực hiện các thí nghiệm của môđun trong PTN hóa dầu.

Nội dung chính của mô đun

Bài 1: Phân lọai các sản phẩm dầu mỏ

Bài 2: Xuất nhập nguyên liệu và sản phẩm

Bài 3: Lấy mẫu nguyên liệu và sản phẩm

Bài 4: Khí và khí hóa lỏng

Bài 5: Condensat

Bài 6: Xăng

Bài 7: Nhiên liệu phản lực

Bài 8: Dầu hỏa dân dụng

7

Bài 9: Nhiên liệu Diesel (DO)

Bài 10: Nhiên liệu đốt lò (FO)

Bài 11: Sản phẩm Bitum

Bài 12: Dầu nhờn động cơ

Bài 13: Dầu nhờn công nghiệp

Bài 14: Mỡ bôi trơn

Bài 15: Dầu nhờn tổng hợp và chất lỏng chuyên dùng

Bài 16: Các loại hóa phẩm và dung môi dầu mỏ

8

CÁC HÌNH THỨC HỌC TẬP CHÍNH TRONG MÔ ĐUN

Học trên lớp các kiến thức cơ bản về các sản phẩm dầu mỏ

Tự nghiên cứu tài liệu liên quan đến các sản phẩm dầu mỏ.

Thuyết trình và thảo luận từng nội dung của mô đun theo nhóm.

Xem trình diễn và thực hành pha chế các sản phẩm hóa dầu, sử

dụng dụng cụ, trang thiết bị thí nghiệm; bài tập tính toán.

Tham quan các nhà máy hóa dầu, các cơ sở sản xuất hóa chất, các

kho chứa sản phẩm, hệ thống xuất nhập sản phẩm, các trạm phân

phối sản phẩm (cây xăng), viện nghiên cứu, phòng thí nghiệm - Khảo

cứu thị trƣờng cung cấp các sản phẩm dầu mỏ.

YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ HOÀN THÀNH MÔ ĐUN

Về kiến thức

Hiểu rõ bản chất của từng loại sản phẩm dầu mỏ thông qua tất cả

các tính chất đặc trƣng, tiêu chuẩn kỹ thuật và ứng dụng của các sản

phẩm dầu mỏ.

Biết đƣợc các phƣơng pháp sản xuất, cách pha chế và lựa chọn các

phụ gia phù hợp để pha chế sản phẩm dầu.

Đánh giá đƣợc chất lƣợng của các sản phẩm dầu mỏ.

Nắm đƣợc các yêu cầu cần thiết trong công tác an toàn, bảo quản,

phòng chống cháy nổ đối với các sản phẩm dầu mỏ.

Về kỹ năng

Nhận biết đƣợc một cách sơ bộ bằng trực quan các sản phẩm dầu

mỏ.

Thực hiện đƣợc các thí nghiệm nhƣ: xác định các chỉ tiêu cần thiết

đặc trƣng cho các sản phẩm dầu và pha chế sản phẩm dầu.

Mô tả chính xác cấu hình và nguyên lý vận hành của dụng cụ thiết bị

phòng thí nghiệm liên quan đến các sản phẩm dầu mỏ.

Sử dụng thành thạo và đúng kỹ thuật các dụng cụ và thiết bị trong

phòng thí nghiệm.

Viết thu hoạch và trình bày đƣợc các qui trình công nghệ tại các nơi

sản xuất sau thời gian đi tham quan thực tế.

Về thái độ

Nghiêm túc trong học tập và tìm kiếm tài liệu.

Chủ động tìm kiếm các thông tin trên mạng.

9

BÀI 1. PHÂN LOẠI CÁC SẢN PHẨM DẦU MỎ

Mã bài: HD B1

Giới thiệu

Từ dầu mỏ và khí hydrocacbon, bằng quá trình chế biến hoá học có thể

tạo ra hàng loạt các sản phẩm quý giá khác nhau. Các sản phẩm của công

nghiệp chế biến dầu – khí (công nghiệp lọc dầu và công nghiệp hoá dầu) bao

gồm những chủng loại chính sau: Các sản phẩm năng lƣợng, các sản phẩm

phi năng lƣợng và các sản phẩm hoá học.

Mục tiêu thực hiện

Học xong bài này học viên sẽ có khả năng:

Mô tả vai trò của các sản phẩm dầu mỏ.

Kiểm tra số lƣợng đầu vào khi sử dụng các sản phẩm lọc dầu trong

điều kiện của PTN hóa dầu.

Kiểm tra chất lƣợng của các sản phẩm lọc dầu.

Thực hiện các thí nghiệm làm trong PTN.

Nội dung chính

1. Vai trò của các sản phẩm dầu mỏ

Hàng ngàn sản phẩm dầu mỏ đƣợc sử dụng hàng ngày trong đời sống

bình thƣờng của mỗi chúng ta. Lấy một ví dụ cụ thể: Hãy thử xem xét mối

quan tâm của sinh viên chúng ta và thử tìm những sản phẩm dầu mỏ nào

đƣợc sử dụng trong gần một tiếng đồng hồ chuẩn bị trƣớc khi đến trƣờng.

Ngƣời sinh viên đƣợc đánh thức bằng chiếc đồng hồ báo thức đƣợc làm bằng

sản phẩm dầu mỏ, trên ngƣời anh ta đang bận bộ quần áo pijama đƣợc may

bằng chất liệu từ dầu mỏ, từ công tắc điện để bật đèn sáng căn phòng, các

vật dụng trong lúc làm vệ sinh: xà phòng, kem đánh răng, dầu gội đầu, nƣớc

hoa,.. cho đến các đồ vật xung quanh nhƣ tivi, máy vi tính,... cũng đƣợc làm

từ các sản phẩm dầu mỏ. Trên đƣờng đến trƣờng, ngƣời sinh viên này còn sử

dụng cả phƣơng tiện và nhiên liệu cũng là các sản phẩm từ dầu mỏ.

Vì tầm quan trọng và những ảnh hƣởng sâu rộng của nó cho nên ngày

nay thật khó có thể tƣởng tƣợng đƣợc cuộc sống của con ngƣời sẽ ra sao

nếu không có các sản phẩm từ dầu mỏ. Tuy vậy, nhƣng phần lớn những

ngƣời sử dụng chúng ta không bao giờ có thể hiểu hết đƣợc mối liên hệ giữa

dầu thô (một chất có mùi hôi, bẩn thỉu, đen sẫm, nhầy nhụa) với những vật

10

dụng sáng đẹp, thơm tho, có giá trị, ... mà ngƣời sinh viên sử dụng trên đây.

Mối liên hệ này chỉ có thể dễ dàng nhìn thấy nếu ngƣời ta hiểu đƣợc dầu mỏ

là gì và nó đƣợc hình thành và đƣợc ra sao.

2. Sản phẩm nhiên liệu

Sản phẩm nhiên liệu là sản phẩm quan trọng nhất của ngành công nghiệp

dầu khí, 80-90% sản lƣợng dầu – khí khai thác đƣợc của thế giới đã đƣợc sử

dụng vào mục đích này. Sản phẩm nhiên liệu bao gồm hai loại chính nhƣ sau:

2.1 Sản phẩm khí

Sản phẩm khí tập trung chủ yếu ở hai loại là: khí thiên nhiên và khí dầu

mỏ hóa lỏng. Khí thiên nhiên đƣợc khai thác từ các mỏ khí, thành phần chủ

yếu là mêtan, đƣợc đƣa đến nơi tiêu thụ ở dạng khí bằng đƣờng ống, hoặc ở

dạng nén trong các bồn thép chịu áp cao và cũng có khi đƣợc hóa lỏng thành

khí thiên nhiên hóa lỏng. Khí dầu mỏ hỏa lỏng có thành phần chủ yếu là

propan và butan, đƣợc sản xuất bằng cách nén khí đồng hành từ các mỏ dầu

hoặc khí từ các quá trình chế biến dầu mỏ ở các nhà máy lọc dầu.

Mặc dù có thành phần và nguồn gốc hình thành khác nhau, nhƣng các

sản phẩm khí nêu trên đều có nhiều ứng dụng giống nhau: chúng không

những làm nhiên liệu sạch cho các lò đốt công nghiệp nhiệt độ cao, cho tuốc

bin khí và lò hơi chạy tuốc bin khí để sản xuất điện, cho động cơ đốt trong

thay cho xăng,… mà chúng còn làm nguyên liệu cho các quá trình hóa dầu,

sản xuất phân đạm urê, mêlamin,…và các hợp chất hữu cơ cơ bản nhƣ

mêtanol, formaldehyd,…

2.2 Sản phẩm lỏng

Các sản phẩm nhiên liệu lỏng bao gồm các loại nhiên liệu cho động cơ,

nhiên liệu cho các lò công nghiệp và nhiên liệu cho sinh hoạt.

Đặc điểm quan trọng nhất của sản phẩm nhiên liệu từ dầu khí là sử dụng

thuận tiện,hiệu quả sử dụng nhiệt cao, dễ tự động hoá quá trình điều khiển, ít

gây ô nhiễm, cung ứng dễ dàng đến các khoảng cách xa, đồng thời thoả mãn

nhu cầu lớn và đa dạng của sản xuất và đời sống. Mọi sự tìm kiếm các dạng

năng lƣợng khác để thay thế các sản phẩm nhiên liệu từ dầu – khí đều vẫn

còn đang ở phía trƣớc và cho đến nay chỉ mang tính chất hỗ trợ, bổ sung để

đa dạng hoá nguồn cung cấp năng lƣợng cho nhu cầu của con ngƣời.

3. Sản phẩm phi nhiên liệu

Các sản phẩm phi nhiên liệu, tuy không chiếm phần quan trọng về số

lƣợng nhƣ các sản phẩm nhiên liệu, nhƣng đóng vai trò thiết yếu không kém.

Trong các sản phẩm phi nhiên liệu, thì dầu mỡ bôi trơn và bitum (nhựa

11

đƣờng) là hai sản phẩm quan trọng hơn cả. Không có dầu mỡ bôi trơn, không

có động cơ máy móc nào, dù thô sơ hay tinh vi hoàn hảo đến đâu cũng không

thể hoạt động đƣợc. Cũng nhƣ nếu không có bitum, không thể hình dung làm

sao có thể có đƣợc các hệ thống xa lộ, giao thông đô thị hoặc các sân bay

bến cảng hiện đại nhƣ ngày nay.

4. Hóa phẩm và dung môi dầu mỏ

Hóa phẩm dầu mỏ là tên gọi chung cho các hóa chất đƣợc sản xuất từ

dầu mỏ hay còn gọi là các sản phẩm hóa dầu. Về chủng loại hóa phẩm thì vô

cùng đa dạng, phong phú, đƣợc sản xuất và sử dụng cho rất nhiều mục đích

và lĩnh vực khác nhau nhƣ làm dung môi, chất dẻo, các hợp chất thơm, mỹ

phẩm, phân bón, các chất hoạt động bề mặt,…

Dung môi dầu mỏ là hỗn hợp chủ yếu của các hydrocacbon thơm, đƣợc

dùng trong công nghiệp tráng men, sơn dầu và nhuộm. Các sản phẩm điển

hình của dung môi dầu mỏ là: benzen, toluen, xylen.

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ hóa học ngày càng có

nhiều các sản phẩm hóa dầu mới đƣợc hình thành nhằm đáp ứng đƣợc nhu

cầu cuộc sống của con ngƣời.

5. Kiểm tra số lƣợng và chất lƣợng đầu vào

Do bản chất hóa lý, nhiên liệu lỏng khi di chuyển trong chu trình từ khâu

giao nhận, vận chuyển đến tồn trữ, bảo quản và cấp phát để sử dụng sẽ bị

mất mát về lƣợng và chất.

Vì vậy dù dƣới hình thức nào, quá trình giao nhận cũng cần phải tiến

hành việc kiểm tra số lƣợng và chất lƣơng đầu vào và công việc này dựa trên

các nguyên tắc giống nhƣ khi tiến hành các hoạt động thƣơng mại đã đƣợc

pháp luật quy định và bảo vệ. Đồng thời, lại thể hiện đặc điểm riêng của hàng

hoá, có thể nêu mấy nguyên tắc chính khi giao nhận nhƣ sau:

Nguyên tắc thống nhất: trong việc lựa chọn các phƣơng tiện và phƣơng

thức giao nhận, điều kiện và địa điểm giao nhận mà trƣớc hết là thống

nhất về:

Hệ đơn vị đo lƣờng

Dụng cụ đo lƣờng

Phƣơng pháp đo tính

Phù hợp thông lệ mua bán chung

Nguyên tắc đại diện: đây là kết quả của nguyên tắc thống nhất và cần thiết

để ngăn ngừa hoặc giải quyết khi xảy ra tranh chấp giữa các bên.

12

Mẫu đại diện

Tôn trọng tổ chức hoặc cá nhân đại diện.

6. Thị trƣờng dầu thô

Cơ quan Thông tin Năng lƣợng Mỹ (EIA) gần đây đã đƣa ra báo cáo

tháng 1/2007 về tình hình thị trƣờng dầu mỏ thế giới thời gian qua cũng nhƣ

triển vọng năm 2007 và 2008 với những nhận định và dự đoán sau.

Quyết định cắt giảm sản lƣợng dầu thô của Tổ chức Các nƣớc Xuất khẩu

Dầu mỏ (OPEC) trong quý 4/06 đã làm cho lƣợng dự trữ mặt hàng này của

thế giới suy giảm và giúp cho giá dầu duy trì ở mức bình quân 60 USD/thùng.

Sản lƣợng dầu thô của các nƣớc thành viên OPEC trong quý 4/06 đã giảm

bình quân 0,7 triệu thùng/ngày so với quý 3/06, trong đó Arập Xêút chiếm tới

một nửa mức suy giảm trên. Trong khi đó, dự trữ dầu thô của các nƣớc thành

viên Tổ chức Hợp tác và Phát triển (OECD) trong thời gian này cũng giảm

khoảng 1 triệu thùng/ngày.

Dự đoán về mức tăng trƣởng sít sao giữa cung ứng dầu từ các nƣớc

ngoài OPEC và nhu cầu tiêu thụ dầu mỏ toàn cầu cùng với công suất sản xuất

của OPEC gia tăng nhẹ sẽ là yếu tố giúp cho thị trƣờng dầu thô thế giới khá

ổn định và giá dầu có thể chỉ suy yếu nhẹ trong năm 2007. Nếu OPEC điều

chỉnh kế hoạch sản xuất nhằm duy trì dự trữ dầu thô gần bằng các mức thông

thƣờng thì giá dầu năm 2007 dự báo đạt 64-65 USD/thùng, mặc dù giá cả mặt

hàng này có thể liên tục biến động trong suốt cả năm.

Nhu cầu tiêu thụ dầu thô thế giới năm 2007 dự đoán tăng 1,5 triệu

thùng/ngày, cao hơn 0,7 triệu thùng so với mức tăng trƣởng của năm 2006 do

sự hồi phục nhu cầu tiêu thụ dầu thô tại thị trƣờng Mỹ. Trung Quốc đƣợc dự

báo sẽ chiếm khoảng 1/3 mức tăng trƣởng tiêu thụ dầu thô thế giới năm 2007.

Cung ứng dầu thô của các nƣớc ngoài OPEC dự báo tăng 1,1 triệu

thùng/ngày trong năm 2007 nhờ việc triển khai các dự án khai thác dầu mới

tại biển Caspi, Nga, châu Phi, Braxin và Mỹ. Tuy nhiên, sự suy giảm sản

lƣợng dầu tại các thị trƣờng chính nhƣ Biển bắc, Trung Đông, Mêxicô và Nga

sẽ hạn chế mức tăng trƣởng sản lƣợng tiềm năng từ những dự án trên.

Dự báo công suất dƣ dôi của OPEC sẽ tăng lên sau quyết định cắt giảm

sản lƣợng gần đây. Trong trƣờng hợp cán cân tăng trƣởng cung cầu dầu thô

thế giới diễn ra cân bằng, nhƣ dự đoán của Tổ chức Năng lƣợng Thế giới

(EIA), thì công suất dƣ dôi của OPEC có thể đạt bình quân trên 2 triệu

thùng/ngày, mức cao nhất kể từ năm 2002.

13

Bất chấp triển vọng ổn định trên, thị trƣờng dầu thô thế giới sẽ tiếp tục đối

mặt với xu hƣớng biến động giá cả trong ngắn hạn. Giá dầu có thể tăng lên

nếu thời tiết hoặc những vấn đề an ninh gây gián đoạn đến hoạt động sản

xuất dầu của OPEC và các nƣớc ngoài OPEC. Tuy nhiên, giá dầu cũng có thể

giảm xuống nếu tăng trƣởng tiêu mặt hàng này chững lại, hoặc trong trƣờng

hợp Arập Xêút huỷ bỏ việc cắt giảm sản lƣợng.

Năm 2008, nhu cầu tiêu thụ dầu thô thế giới dự báo tăng 1,5 triệu

thùng/ngày, nguồn cung dầu thô của các nƣớc ngoài OPEC tăng 1,1 triệu

thùng/ngày và công suất dầu thô của OPEC tăng 1 triệu thùng/ngày.

14

BÀI 2. XUẤT NHẬP NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM

Mã bài: HD B2

Giới thiệu

Nguyên liệu và các sản phẩm dầu mỏ là các loại vật chất có số lƣợng và

chất lƣợng rất dễ bị biến đổi trong quá trình tồn chứa, vận chuyển, xuất nhập

dƣới ảnh hƣởng của môi trƣờng nhƣ nhiệt độ, ánh sáng, không khí và nƣớc.

Nội dung của phần này nêu lên các vấn đề liên quan đến việc xuất nhập

nguyên liệu và các sản phẩm dầu mỏ.



Mô tả các phƣong pháp xuất nhập nguyên liệu và sản phẩm.

Kiểm tra số lƣợng và chất lƣợng nguyên liệu và sản phẩm.

Kiểm tra bồn bể chứa.

Lập thẻ kho, thẻ bồn bể.

Thực hiện các thí nghiệm làm trong PTN hoặc lấy số liệu của nhà

máy

Nội dung chính

1. Kiểm tra số lƣợng của nguyên liệu và sản phẩm.

Trong việc kiểm tra số lƣợng, lựa chọn các phƣơng tiện, phƣơng thức

giao nhận cần phải thống nhất về các vấn đề sau:

1.1 Hệ đơn vị đo lƣờng

Các đơn vị đo lƣờng sử dụng trong ngành xăng dầu là các đơn vị đo phù

hợp với TCVN 6065- 1995/ASTM D 1250/ API.2540/IP.200, bao gồm:

a. Hệ mét

Thể tích : lít, m3

Nhiệt độ: 0C

Khối lƣợng riệng ở 15 oC: kg/l, kg/m3

Khối lƣợng : kg, tấn

Trong buôn bán quốc tế cho phép đo tính xăng dầu thông qua các bảng

tính sẵn còn có hệ sau đây:

b. Hệ đo Mỹ: gồm các đơn vị đo:

Chiều dài: inches, foot…

Nhiệt độ: oF (Fahrenheit)

15

Tỷ trọng: API Gravity

Dung tích: US barrels, US Gallons

Trọng lƣợng: Long ton, Pound …

c. Hệ đo Anh: gồm các đơn vị đo:

Chiều dài: Inchs, Foot…

Nhiệt độ: oF (fahrenheit)

Tỷ trọng: Specific Gravity 60/60oF (còn gọi là Relative Density

60/6oF)

Dung tích: barrels, 1m. Gallons.

Trọng lƣợng: Short Ton, Pound…

Tất cả các hệ nói trên khi tính toán thể tích xăng dầu đều phải quy về

nhiệt độ chuẩn (60 oF đối với hệ Anh-Mỹ; 15 oC đối với hệ Mét)

1.2 Các phƣơng tiện đo lƣờng xăng dầu

1.2.1 Phƣơng tiện đo lƣờng xăng dầu

Theo TCVN 01- 2000, phƣơng tiện đo sử dụng để xác định số lƣợng

xăng dầu trong giao nhận và thanh toán là các phƣơng tiện đo nằm trong

danh mục bắt buộc phải kiểm định nhà nƣớc theo Pháp lệnh đo lƣờng Việt

Nam, bao gồm:

Đồng hồ xăng dầu (gọi tắt là lƣợng kế) kiểm định theo tiêu chuẩn

ĐLVN 22:1998.

Cột đo nhiên liệu đƣợc kiểm định theo ĐLVN 10:1998

Xitéc ôtô, đƣợc kiểm định theo ĐLVN 05:1998.

Bảng dung tích (barem) bể chứa đƣợc lập theo ĐLVN 28:1998 (bể

trụ đứng ) và ĐLVN 29:1998 (bể trụ nằm ngang).

Barem xà lan xăng dầu (gọi tắt là xà lan) đƣợc kiểm định ĐLVN

25:1998.

Bình đong các loại đƣợc kiểm định theo ĐLVN 12:1998.

1.2.2 Các phƣơng tiện đo phối hợp:

là các dụng cụ dùng để phối hợp đo tính xác định số lƣợng xăng dầu

nhƣ: thƣớc đo, nhiệt kế, và tỷ trọng kế.

a. Đo nhiệt độ: phù họp với tiêu chuẩn ASTM – D 1086

Để đo nhiệt độ xăng dầu, hiện nay có rất nhiều loại nhiệt kế khác nhau đã

đƣợc công nhận là tiêu chuẩn ASTM/API/IP, đặc biệt là nhiệt kế tự động.Tiêu

chuẩn này qui định: cho phép sử dụng tất cả các loại nhiệt kế tiêu chuẩn dùng

để đo xăng dầu trong hầm tàu, xà lan, Xitec, wagon, và bể chứa đảm bảo có

16

sai số nhƣ sau:

Đo trọng tài: sai số tối đa cho phép là 0,2 oC, thang đo có chỉ thị tối thiểu

là 0,2 oC.

Đo tính giao nhận thông thƣờng: sai số tối đa cho phép là 0,5 oC, thang

đo có chỉ thị tối thiểu là 0,5 oC.

Kết cấu nhiệt kế thủy ngân: nhiệt kế thủy ngân tiêu chuẩn đƣợc cố định

vào giá đỡ bằng gỗ cứng có cốc bao xung quanh bầu nhiệt kế. Cốc bao đƣợc

làm bằng kim loại màu để tránh gây tia lửa điện khi va chạm.

Phƣơng pháp đo: (phù hợp với tiêu chuẩn ASTM- D- 1086)

Thời gian đo: đối với nhiệt kế cốc bao:

+ Dầu sáng: phải ngâm trong xăng dầu không ít hơn 5 phút.

+ Dầu đốt lò: không ít hơn 15 phút

+ Đối với nhiệt kế điện tử: chỉ đọc kết quả sau khi trên màn hình giá trị

của bộ chỉ thị đã ổn định.

Đọc và ghi kết quả đo: kết quả đƣợc đọc chính xác đến nửa vạch thanh

chia nhỏ nhất của nhiệt kế, vì vậy kết quả đƣợc làm tròn tƣơng ứng nhƣ sau:

+ Đối với mẫu trọng tài: làm tròn đến 0,1 oC

+ Đối với mẫu giao nhận thông thƣờng: làm tròn đến 0,25 oC.

b. Đo tỷ trọng: theo tiêu chuẩn ASTM – D- 1298

Phân loại và tiêu chuẩn: sử dụng các loại tỷ trọng kế (Hydrometer) theo

đúng tiêu chuẩn ASTM-E.100 và phù hợp với điều kiện đo. Đối với quá trình

giao nhận xăng dầu trong nƣớc: thống nhất sử dụng tỷ trọng kế theo hệ đo

mét (đo giá trị tỷ trọng).

Phƣơng pháp đo: theo tiêu chuẩn ASTM –D 1298

Độc lập lại giữa hai lần đo đo trên cùng một mẫu thử theo cùng một

phƣơng pháp tại hai phòng thí ngiệm khác nhau: 0,0015 g/cm3.

c. Đo chiều cao mức chứa xăng dầu:

Thƣớc đo: chuyên dùng có quả dọi theo đúng tiêu chuẩn bằng thép

mỏng, có chiều dài thích hợp, có vạch chia đến mm và đã đƣợc kiểm định nhà

nƣớc về đo lƣờng. Sai số cho phép của thƣớc đo: + 0.1% .

Các loại thƣớc đo khác nhƣ thƣớc đo bằng siêu âm, thƣớc đo điện tử

cũng đƣợc phép sử dụng với điều kiện phải là thƣớc đo có sai số tƣơng

đƣơng và đƣợc kiểm định nhà nƣớc.

Thuốc thử dầu và thuốc thử nƣớc: dạng kem mịn, chỉ thị màu rõ ràng,

vạch cắt chính xác đạt yêu cầu kỹ thuật đo lƣờng.

17

Phƣơng pháp đo: kiểm tra tên, số hiệu của bể chứa, kiểm tra tình trạng

công nghệ (van nối vào bể, độ kín…). Chuẩn bị đầy đủ dụng cụ đo, biên bản

đo bể và bút viết, giẻ lau sạch, khăn tay thích hợp.

+ Mở nắp lỗ đo của bể cần đo (lƣu ý phải đứng trƣớc chiều gió). Thả

thƣớc và quả dọi vào bể cần đo theo đúng vị trí đo, rãnh kim loại màu nhằm

đề phòng cháy nổ.

+ Kiểm tra chiều cao tổng của lỗ đo.

+ Đối với xăng dầu dễ bay hơi: đo sơ bộ kiểm tra chiều cao mức xăng

dầu đang chứa, sau đó lau sạch thƣớc đo trong khoảng cần đo, bôi một lớp

mỏng thuốc cắt xăng dầu và thuốc thử nƣớc, thả từ từ thƣớc xuống bể chứa.

Khi thƣớc đo cách đáy một khoảng gần 200mm- 250mm thì dừng lại, chờ giây

lát cho mặt dầu ổn định rồi mới tiếp tục thả thƣớc xuống một cách nhẹ nhàng

cho đến khi thƣớc chạm đáy (chú ý phải kiểm tra chiều cao tổng của lỗ đo và

thƣớc đo). Chờ vài giây để cho các loại thuốc thử kịp tác dụng sau đó kéo

nhanh thƣớc lên để đọc kết quả (đọc số lẻ trƣớc số chẵn sau).

+ Đo 3 lần cho một bể chứa, sai lệch giữa các lần đo không vƣợt quá +

2mm đối với bể chứa cố định và không vƣợt quá + 3 mm đối với bể chứa

không cố định nhƣ hầm tàu, xà lan…Kết quả đo là giá trị trung bình của 3 lần.

+ Xác định nƣớc tự do trong các loại xăng dầu có độ nhớt cao: khi đo,

thƣớc đo và quả dọi phải bảo đảm ở vị trí hoàn toàn thẳng đứng. Cần đảm

bảo có đủ thời gian cần thiết cho thuốc thử kịp phản ứng đổi màu. Sau khi kéo

thƣớc lên, dùng dung môi thích hợp để rửa sạch lớp sản phẩm cần đo phía

ngoài, sau đó đọc phần cắt của thuốc thử để xác định nƣớc.

1.2.3 Sử dụng phƣơng tiện đo lƣờng xăng dầu:

Tất cả các phƣơng tiện đo nêu trên đều đƣợc sử dụng trong quá trình

giao nhận và mua bán xăng dầu. Đối với tàu dầu, tuy không nằm trong danh

mục, nhƣng để giao nhận xăng dầu phải có barem dung tích đƣợc kiểm định

theo tiêu chuẩn quốc gia hoặc quốc tế hiện hành.

Tại các bến xuất, nếu có đồng thời nhiều thiết bị đo thì phải sử dụng các

thiết bị đo theo thứ tự ƣu tiên bắt buôc nhƣ sau:

Đối với đƣờng thủy: lƣợng kế, barem bể, xà lan, tàu dầu.

Đối với đƣờng bộ: lƣợng kế, Barem xitéc ôtô, xitec đƣờng sắt, bể chứa.

Đối với bán lẻ: cột đo nhiên liệu, bình đong, ca đong…

Các phƣơng tiện đo lƣờng và vận tải dùng để giao nhận xăng dầu phải

bảo bảm các yêu cầu về an toàn môi trƣờng, phòng chống cháy nổ. Khi giao

18

nhận phải thống nhất thực hiện việc niêm phong, kẹp chì phƣơng tiện đo và

vận tải xăng dầu. Con niêm dùng để niêm phong hàng hóa có tính pháp lý khi

đƣợc đăng ký mẫu mã và kiểu dáng công nghiệp.

2. Kiểm tra chất lƣợng của nguyên liệu và sản phẩm.

Kiểm tra đánh giá chất lƣợng của nguyên liệu và sản phẩm trong quá

trình giao nhận mua bán, trong tồn chứa bảo quản và khi đƣa nó vào sử dụng

cần đƣợc tiến hành đúng theo các qui trình, để phát hiện và xử lý kịp thời các

truờng hợp mất phẩm chất của nhiên liệu, ngăn chặn chúng gây tác hại cho

thiết bị, máy móc. Để kiểm tra đầy đủ các chỉ tiêu chất lƣợng của các nguyên

liệu và sản phẩm dầu mỏ, các cơ sở thử nghiệm phải có các dụng cụ, thiết bị

thí nghiệm phù hợp để có thể tiến hành xác định các chỉ tiêu chất lƣợng theo

TCVN hay ASTM.

Một phòng hóa nghiệm hiện đại ngoài đội ngũ nhân viên thử nghiệm lành

nghề và hệ thống quản lý chất lƣợng ISO, còn cần phải có các trang thiết bị

cần thiết cho việc kiểm tra chất lƣợng, các thiết bị bao gồm:

Thiết bị xác định trị số Octan: theo ASTM D2699

Thiết bị chƣng cất tự động: theo D86

Thiết bị xác định áp suất hơi nƣớc bão hòa: theo D323

Thiết bị đo độ ổn định Oxy hóa của xăng: theo D525

Thiết bị kiểm tra độ ăn mòn tấm đồng: theo D130

Thiết bị xác định hàm lƣợng lƣu huỳnh S và chì Pb: theo D4294

Dụng cụ đo tỷ trọng: theo D287

Trình tự các công việc của quá trình kiểm tra chất lƣợng: lấy mẫu,

phân tích mẫu, xử lý kết quả thử nghiệm để xác định sự phù hợp với

yêu cầu kỹ thuật.

Mẫu đại diện của nguyên liệu và sản phẩm: đƣợc dùng để xác định

các tính chất hóa, lý từ đó tính thể tích chuẩn, giá cả và sự phù hợp

với các yêu cầu thƣơng mại và quản lý. Việc lấy mẫu xăng dầu để

kiểm tra chất lƣợng đƣợc qui định theo TCVN 6777:2000 (ASTM

D.4057-95).

Phân tích mẫu: theo các chỉ tiêu kỹ thuật đặc trƣng của từng loại sản

phẩm, phƣơng pháp phân tích theo tiêu chuẩn ASTM hoặc TCVN.

Xử lý kết quả thử nghiệm để xác định sự phù hợp với yêu cầu kỹ

thuật:

Có một thực tế đặt ra là, các tính chất của nguyên liệu và sản phẩm, hàng

19

hóa nói chung, đƣợc xác định bằng các phƣơng pháp thử tại các phòng hóa

nghiệm tiêu chuẩn để kiểm tra sự phù hợp với các yêu cầu kỹ thuật. Hai hoặc

nhiều lần đo một chỉ tiêu của cùng một mẫu thử theo bất kỳ một phƣơng pháp

nào cũng sẽ không cho kết quả chính xác nhƣ nhau.

Vậy nên, Tổ chức ASTM sau nhiều năm nghiên cứu và thu thập số liệu

công phu đã đƣa ra tiêu chuẩn ASTM D 3244-96 đƣợc chuyển dịch tƣơng

đƣơng thành TCVN 6702:2000 với nội dung:

Quy định các hƣớng dẫn cho hai bên đối tác, thông thƣờng là bên

cung ứng và bên nhận để có thể so sánh và kết hợp các kết quả thử

nghiệm độc lập thu đƣợc khi có sự tranh chấp về chất lƣợng sản

phẩm.

Đồng thời, nó cũng quy định phƣơng pháp so sánh giá trị thử nghiệm

thu đƣợc với một giới hạn yêu cầu kỹ thuật.

3. Kiểm tra bồn bể chứa

Vấn đề mất mát về số lƣợng và chất lƣợng, đƣợc gọi chung là hao hụt

trở nên đáng quan tâm trong quá trình xuất nhập nguyên liệu và sản phẩm.

Có thể quan sát thấy các hiện tƣợng nhƣ bay hơi, rò rỉ, tràn vãi, giảm

phẩm cấp,... trong hầu hết các công đoạn của quá trình, tại tất cả các phƣơng

tiện chứa, thiết bị tham gia vào quá trình đó.

Việc kiểm tra bồn bể thƣờng xuyên giúp làm giảm đƣợc sự hao hụt về số

lƣợng, chất lƣợng, do bay hơi, đồng thời ngăn ngừa đƣợc các sự cố gây ra

cháy nổ, những rủi ro về ô nhiễm môi trƣờng do xăng dầu, gây thiệt hại cho

cộng đồng.

Các công việc sau đây cần phải tiến hành trong công tác kiểm tra bồn bể

chứa:

Kiểm tra thƣờng xuyên tình trạng đáy, thân bể và các thiết bị của bể

(van, ống nhập, xuất, van xã nƣớc,... phải ở trạng thái đóng kín,

không rò chảy.

Để giảm hao hụt do bay hơi, nếu có thể nên cho ngầm các bể chứa

hoặc sơn màu sáng bạc cho các bể chứa để giảm thiểu sự ảnh

hƣởng của nhiệt độ môi trƣờng, trong những ngày nắng nóng có thể

tiến hành tƣới mát để giảm nhiệt độ cho bể.

Cần đảm bảo nguyên tắc giảm thiểu khoảng trống trong bể, ngƣời ta

thấy rằng với cùng một bể chứa nếu chứa thƣờng xuyên ở mức 90%

sẽ giảm hao hụt đi 35 lần so với khi chứa ở mức 20% dung tích bể.

20

Bố trí các bể chứa để hợp lý việc xuất nhập đƣợc thực hiện đúng

nguyên tắc cấp hàng cũ, giữ hàng mới. Đặc biệt lƣu ý tránh để lẫn

nƣớc vào nhiên liệu, vì nƣớc cũng là yếu tố gây biến tính các sản

phẩm dầu mỏ.

Cấn tuân thủ chế độ xúc rửa bể chứa và các phƣơng tiện khi chuyển

loại sản phẩm chứa. Trong điều kiện Việt Nam, thời hạn xúc rửa bể

chứa đối với bể chứa xăng ôtô, nhiên liệu phản lực tối đa là 2 năm;

đối với dầu hỏa và dầu diesel tối đa là 4 năm và nhiên liệu đốt lò tối

đa là 5 năm.

4. Lập thẻ kho, thẻ bồn.

Cần quan tâm đúng mức đến việc giảm hao hụt nhiên liệu để giảm chi phí

sản xuât. Đó là kết quả của nhiều khâu công tác song trƣớc hết là tổ chức

quản lý. Để có thể phát hiện kịp thời việc giảm phẩm cấp nhiên liệu hoặc hao

hụt lớn, thậm chí gây tranh chấp giữa các bên cung cấp và nhận hàng cần có

hệ thống theo dõi xăng dầu trong bể chứa, tối thiểu là sổ đo bể, thẻ kho, thẻ

bồn, sổ lý lịch bể chứa và các thiết bị công nghệ đi kèm cũng nhƣ lý lịch vận

hành của từng thiết bị sử dụng nhiên liệu đó.

Việc lập thẻ kho, thẻ bồn giúp cho việc quản lý sản phẩm có hiệu quả

hơn, cho chúng ta biết các thông tin về sự biến động nhiều ít của các loại

hàng, các mặt hàng nào không còn tồn kho. Khi quản lý bằng tay, thẻ kho

thƣờng dùng bìa cứng có nhiều màu sắc khác nhau các số nhập xuất. Hiện

nay, phần lớn các thẻ kho, thẻ bồn đƣợc quản lý bằng các chƣơng trình phần

mềm.

Nội dung trong các thẻ kho, thẻ bồn cho biết các thông tin cụ thể sau:

a. Tại nơi nhận/xếp hàng:

Tên phƣơng tiện nhận hàng

Số hiệu lƣợng kế: số lƣợng hiển thị qua lƣợng kế, nhiệt độ thực tế

tại lƣợng kế họng xuất

Tỷ trọng ở 15oC

Số lít thực xuất qui về lít/15oC

b. Tại phƣơng tiện nhận hàng:

Hàng xuất từ bể nào? Mức chứa trong bể trƣớc và ssau khi xuất?

Lƣu lƣợng bơm trung bình, m3/giờ

Số lít thực xuất qua lƣợng kế qui về lít/15oC?

Số lít thực nhận tại phƣơng tiện theo kết quả giám định sau khi xuất

21

5. Tiến hành quá trình xuất nhập nguyên liệu và sản phẩm.

Quy trình xuất nhập nguyên liệu và sản phẩm bằng lƣợng kế đƣợc tiến

hành theo các bƣớc sau:

Bƣớc 1: Kiểm tra trƣớc khi xuất:

Kiểm tra ban đầu đối với tàu, xàlan: thực hiện kiểm tra độ sạch của hầm

hàng và công nghệ để kiểm soát nƣớc tự do trong khi bơm xuất hàng cho

phƣơng tiện.

Kiểm tra lƣợng kế: đại diện của phƣơng tiện hoặc khách hàng đƣợc phép

phối hợp với kho hàng kiểm tra tình trạng công nghệ và yêu cầu kỹ thuật

lƣợng kế nhƣ: kiểm tra chứng chỉ kiểm định lƣợng kế và tình trạng các niêm

phong, kẹp chì sau kiểm định.

Đọc và ghi chỉ số tổng ban đầu của lƣợng kế. Quay bộ đếm tức thời của

lƣợng kế về chỉ số không (0).

Bƣớc 2: Kiểm tra lƣợng kế khi đang xuất:

Nếu có nghi vấn về sai số của lƣợng kế phải dùng lƣợng kế chuẩn đấu

nối tiếp vào hệ thống để kiểm tra.

Nếu sai số của lƣợng kế công tác vƣợt quá giới hạn cho phép thì lập biên

bản và thông báo ngay cho cấp quản lý trực tiếp biết để xử lý cụ thể.

Bƣớc 3: Kiểm tra lƣợng kế sau khi xuất hàng:

Bảo đảm nguyên trạng niêm phong, kẹp chì nhƣ trƣớc khi xuất.

Đọc và ghi các giá trị hiển thị trên lƣợng kế bao gồm: giá trị trên bộ đếm

tổng và bộ đếm tức thời để biết và so sánh.

Kiểm tra mức chứa tại sau khi xúât hàng và tình trạng nƣớc tự do, nếu

có.

Bƣớc 4: Đo tính, giám định và lập biên bản giao nhận tại tàu, xà lan: đo tính,

lập biên bản giao nhận tại tàu ở bến xếp hàng đƣợc thực hiện theo TCVN

3569-1993

Lƣu ý: sau khi xuống hàng, nếu kiểm tra và phát hiện thấy có nƣớc tự do

trong hầm hàng thì phải xử lý, bơm vét không để lại nƣớc trong hầm hàng.

Nếu không thể hút vét đƣợc nƣớc lên thì mới tiến hành đo, xác nhận vào

biên bản giao nhận những dấu hiện về nƣớc (hoặc vết nƣớc) thực tế đo đƣợc

tại các điểm đo hàng và tại các lỗ đo kiểm tra nƣớc, cung cấp cho cảng tiếp

nhận có đủ thông tin để nhận hàng hóa chính xác hơn.

6. Thực hành

Tổ Bộ môn tổ chức cho sinh viên tham quan một trạm xăng dầu hoặc

22

kho xăng dầu để xem cách kiểm tra bồn bể chứa, qui trình xuất nhập

nguyên liệu và các sản phẩm, các qui định an toàn trong quá trình

xuất nhập nguyên liệu.

Ghi chép các số liệu liên quan đến số lƣợng, chất lƣợng làm cơ sở

để lập thẻ kho, thẻ bồn và phân tích số liệu trong giờ học tiếp theo.

23

BÀI 3. LẤY MẪU NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM

Mã bài: HD B3

Giới thiệu

Công việc đầu tiên cần thực hiện trƣớc khi phân tích xác định các chỉ tiêu

của nguyên liệu và sản phẩm đó là vấn đề lấy mẫu và xử lý kết quả thử

nghiệm để xác định sự phù hợp với yêu cầu kỹ thuật.



Mô tả các cách lấy mẫu nguyên liệu và sản phẩm.

Lấy mẫu các sản phẩm nhiên liệu khác nhau.

Lấy mẫu sản phẩm phi nhiên liệu: Mỡ bôi trơn và bitum.

Thực hiện các thí nghiệm làm trong PTN hóa dầu.

Nội dung chính

1. Giới thiệu sơ lƣợc về mẫu

Nguyên tắc chính của quy trình là phải lấy đƣợc mẫu hoặc một số mẫu

cục bộ từ các vị trí trong bồn chứa hoặc thùng chứa theo cách thức nào đó

sao cho mẫu hoặc hỗn hợp mẫu thu đƣợc thực sự đại diện cho dầu mỏ hoặc

sản phẩm dầu mỏ”

Mẫu: là một phần đƣợc lấy từ toàn bộ thể tích có chứa hoặc không chứa

các thành phần có cùng mhững tỷ lệ, đại diện cho toàn bộ thể tích đó.

Mục đích lấy mẫu:

Giao/ nhận

Kiểm tra/ Thử nghiệm

Tính hao hụt

Tính giá cả…

Phù hợp với các yêu cầu quản lý và thƣơng mại.

Mẫu đại diện: là mẫu có các tính chất vật lý và hoá học giống nhƣ đặc

tính trung bình của khối chất đƣợc lấy mẫu, trong mức giới hạn về độ tái lập

của các phƣơng pháp thử nghiệm đƣợc dùng để xác định các tính chất này.

Mẫu cục bộ: là một mẫu ở một vị trí xác định trong bể chứa hoặc từ một

đƣờng ống tại một thời gian xác định.

Các phƣơng pháp lấy mẫu:

Lấy mẫu thủ công (ASTM D4057 tƣơng ứng TCVN 6777)

24

Lấy mẫu tự động (ASTM D4177 tƣơng ứng TCVN 6022)

Các phƣơng pháp lấy mẫu cho các sản phẩm đặc biệt nhƣ LPG

(ASTM D1265), Dầu thủy lực (ANSI B93.19 và B93.44) Dầu cách

điện (ASTM D923)…

Các thuật ngữ và định nghĩa cơ bản:

Mẫu toàn mức (All-levels sample): Mẫu đƣợc lấy bằng cách thả bình lấy

mẫu đến gần đáy bồn chứa (cần tránh nƣớc tự do), sau đó mở bình lấy mẫu

và kéo lên với tốc độ (không đổi) sao cho bình chứa chứa khoảng 75% thể

tích của nó (không quá 85%)

Mẫu di động (running sample) : Mẫu thu đƣợc bằng cách thả bình lấy

mẫu từ bề mặt dầu xuống sát đáy và quay ngƣợc lên bề mặt đỉnh dầu với một

tốc độ (không đổi) sao cho bình chứa chứa khoảng 75% thể tích của nó

(không vƣợt quá 85%) (đảm bảo rằng không có nƣớc tự do vào bình lấy

mẫu).

Mẫu cục bộ (spot sample): Mẫu đƣợc lấy ở một vị trí xác định trong bể

chứa hoặc từ đƣờng ống ở một thời gian xác định trong quá trình bơm

chuyển.

Mẫu hớt (mẫu bề mặt –surface sample): Mẫu cục bộ đƣợc lấy từ bề mặt

của chất lỏng

Mẫu đỉnh (top sample):

Mẫu cục bộ thu đƣợc kể từ bề

mặt chất lỏng 15 cm

Mẫu lớp trên (upper

sample): Mẫu cục bộ lấy ở

mức 1/6 chiều sâu cột chất

lỏng kể từ bề mặt

Mẫu lớp giữa (middle

sample): Mẫu cục bộ lấy ở

mức ½ chiều sâu cột chất lỏng

kể từ bề mặt

Mẫu lớp dƣới (lower

sample): Mẫu lấy ở mức 5/6 chiều sâu cột chất lỏng kể từ bề mặt

Mẫu cửa xuất (outlet sample): Mẫu cục bộ đƣợc lấy tại mép dƣới của cửa

xuất của bể

Mẫu xả (drain sample) và mẫu đáy (bottom sample): Trong xitec ô tô thì

hai mẫu này là nhƣ nhau.

Hình 3.1 Các vị trí lấy mẫu cục bộ bể tụ đứng

25

Đối với bể trụ đứng hoặc hầm tàu, xà lan: mẫu cục bộ có thể

bao gồm mẫu trên, mẫu giữa, mẫu dƣới , mẫu đáy, mẫu xả,

mẫu cửa xuất, mẫu bề mặt, mẫu mái phao.

Đối với bể trụ nằm ngang: mẫu cục bộ bao gồm các mẫu đƣợc

rút ra ở các mức chứa tƣơng đƣơng với % chiều cao chứa tính

theo đƣờng kính và cũng đƣợc phân ra làm ba nhóm: nhóm

mẫu trên, nhóm mẫu giữa và nhóm mẫu dƣới.

Đối với tuyến ống: mẫu cục bộ bao gồm mẫu tỷ lệ với dòng

chảy, mẫu múc.

Mẫu gộp: (composite sample): là mẫu pha trộn từ các mẫu cục bộ theo tỷ

lệ thể tích.

Mẫu gộp bể trụ đứng: là mẫu đƣợc trộn từ các mẫu trên, mẫu

giữa và mẫu dƣới theo tỷ lệ: 1Trên +2 Giữa +1 Dƣới. Trong đó

mẫu trên: là mẫu cục bộ đƣợc lấy ra từ điểm giữa của 1/3 mức

chứa phía trên bể; mẫu giữa là mẫu cục bộ đƣợc lấy ra tại điểm

giữa cột chất lỏng trong bể; mẫu dƣới là mẫu cục bộ đƣợc lấy

ra tại điểm giữa của 1/3 mức chứa phía dƣới bể.

Mẫu gộp của bể trụ nằm ngang: bao gồm các phần bằng nhau

của ba mẫu cục bộ : Trên + Giữa + Dƣới , trong đó các mẫu

trên, giữa, dƣới đƣợc lấy ở các mức và trộn đều theo tỷ lệ thể

tích.

Mẫu gộp đối với các phƣơng tiện tồn chứa phức tạp: (nhƣ hầm

tàu xà lan): là hợp phần của các mẫu thông thƣờng (mẫu

running) đƣợc lấy ra ở tất cả các hầm chứa xăng dầu cùng loại

và đƣợc pha trộn theo tỷ lệ thể tích xăng dầu thực chứa tại các

hầm đó.

2. Lấy mẫu xăng, dầu Diesel và nhiên liệu phản lực

Các sản phẩm dầu mỏ nhƣ xăng, nhiên liệu phản lực, dầu diesel, dầu

FO, dầu thô… có áp suất hơi (RVP) nhỏ hơn hoặc bằng 101kPa (14.7 psi)

đƣợc chứa trong các bể chứa, xe ôtô xitec, xe tải, tàu, xà lan. Những sản

phẩm thể đặc hay nửa lỏng có thể hóa lỏng bằng cách gia nhiệt cũng có thể

áp dụng qui trình này, miễn là các sản phẩm này thực sự lỏng tại thời điểm lấy

mẫu.

26

Bảng 3.1. Quy trình lấy mẫu đối với các chất lỏng khác nhau

Loại chất lỏng Phƣơng tiện tồn

chứa

Quy trình lấy mẫu

Chất lỏng có áp suất hơi 13.8

kPa đến 14.7kPa

Bồn chứa, tàu, xà

lan, xe bồn

Lấy mẫu bằng chai

Lấy mẫu cục bộ

Chất lỏng có áp suất hơi nhỏ

hơn 101kPa (14.7psia)

Bồn chứa có vòi Lấy mẫu tại vòi


hơn 101kPa (14.7psia)

Đƣờng ống Lấy mẫu tại đƣờng

ống


hơn 13.8kPa

Bồn chứa, tàu, xà

lan



hơn 13.8kPa

Dòng chảy hở Lấy mẫu cục bộ


hơn 13.8kPa

Thùng, can Lấy mẫu bằng ống

lấy mẫu

Chất lỏng hay nửa lỏng có áp

suất hơi nhỏ hơn 13.8kPa

Dòng chảy hở, bồn

hở, xe bồn, phuy


Dầu thô Bồn chứa, tàu, xà

lan, xe bồn, đƣờng

ống

Lấy mẫu tự động



Lấy mẫu bằng vòi

2.1 Bình chứa mẫu

- Trơ với chất lấy mẫu

- Dễ rót, dễ đổ vào, dễ làm sạch

- Có thể trộn mẫu dễ dàng

- Không làm thay đổi tính chất của mẫu khi vận chuyển , tồn chứa

2.2 Các loại dụng cụ chứa mẫu

- Bình thuỷ tinh

- Bình nhựa (không dùng bình nhựa polyethylene thông thƣờng)

- Can thiếc

2.3 Các loại nắp đậy

- Nút bấc

- Nút thuỷ tinh

27

- Nắp nhựa

- Nắp vặn bằng kim loại

- Không dùng nắp bằng cao su

2.4 Thiết bị lấy mẫu:

2.5 Qui trình lấy mẫu:

1. Kiểm tra độ sạch của bình chứa mẫu, cốc hoặc chai lấy mẫu và chỉ

dùng thiết bị sạch và khô

2. Ƣớc lƣợng mức chất lỏng trong bể, dùng thƣớc đo nếu cần

3. Gắn dây, đóng nắp lie vào cốc hoặc chai lấy mẫu

4. Thả thiết bị lấy mẫu xuống vị trí cần thiết

5. Tại vị trí đã định, kéo nút lie ra bằng cách giật mạnh dây lấy mẫu

6. Tại vị trí đã định, chờ đủ thời gian để chai/cốc đƣợc làm đầy hoàn

toàn

7. Kéo thiết bị lấy mẫu lên

8. Kiểm tra xem chai/cốc có đầy không, nếu không lặp lại qui trình từ

bƣớc d)

9. Đậy nắp bình chứa mẫu và dán nhãn

10. Nếu chỉ cần mẫu cục bộ để tổ hợp mẫu thì bất kỳ đâu cũng phải lấy

xong mẫu, dùng ống đong đo từng lƣợng mẫu riêng rồi đổ vào bình

chứa mẫu.

Trong nhiều trƣờng hợp lấy mẫu thủ công chất lỏng, sản phẩm đƣợc lấy

mẫu có chứa cấu tử nặng (ví dụ nƣớc tự do), cấu tử này có xu hƣớng tách ra

khỏi cấu tử chính. Khi đó việc lấy mẫu thủ công theo các điều kiện dƣới đây:

Hình 3.2 Các thiết bị lấy mẫu bằng chai/cốc

28

- Thời gian phải đủ lâu để cấu tử nặng tách ra và lắng xuống

- Dự đoán mức cấu tử nặng đã lắng xuống để lấy đƣợc mẫu đại diện

trên mức này, nếu không mẫu đại diện sẽ có chứa phần các cấu tử

nặng

- Một trong các điều kiện trên không đảm bảo thì việc lấy mẫu thực

hiện theo phƣơng pháp lấy mẫu tự động (TCVN 6022)

Các lƣu ý khi lấy mẫu thủ công

Mẫu để thực hiện các phép thử tính chất hóa và lý bắt buộc phải theo qui

trình lấy mẫu, với các yêu cầu cụ thể về số lƣợng và bảo quản mẫu.

Việc lấy mẫu nên đƣợc tiến hành trƣớc khi đo lƣợng hàng trong bể, đo

nhiệt độ và các thao tác khác có thể gây xáo trộn sản phẩm trong bể; lấy mẫu

theo thứ tự : trên đỉnh, lớp trên, lớp giữa, lớp dƣới, cửa xúât, dƣới cửa xúât,

toàn phần, đáy và di động.

Dụng cụ lấy mẫu phải đƣợc làm sạch trƣớc khi đƣợc dùng để lấy mẫu,

đối với sản phẩm dầu sáng có thể làm sạch bình chứa mẫu bằng cách xúc

bình bằng cách xúc bình bằng chính sản phẩm trƣớc khi lấy mẫu sản phẩm

đó.

Lƣợng các mẫu riêng để pha trộn thành mẫu gộp đai diện cho nhiều bể

(nhiều hầm) là căn cứ tỷ lệ thể tích hàng chứa trong bể tƣơng ứng. Phải bảo

riêng từng mẫu (không gộp) để tiện thử lại khi cần.

Nên giảm tối thiểu số lần chuyển các mẫu từ bình chứa nọ sang bình

chứa kia giữa các thao tác lấy mẫu và thử nghiệm. Sự thất thoát các

hydrocacbon nhẹ, mất nƣớc do bám dính hoặc nhiễm bẩn mẫu sẽ ảnh hƣởng

đến kết quả thử.

Các mẫu phải đƣợc chứa trong các bình chứa kín để ngăn ngừa sự thất

thoát các cấu tử nhẹ. Trong thời gian lƣu giữ, phải bảo quản mẫu tránh ánh

sáng, nguồn nhiệt hoặc các điều kiện nhiệt bất lợi làm mẫu bị chuyển, xuống

cấp.

3. Lấy mẫu mỡ bôi trơn và bitum

Kiểm tra sự đồng nhất, so sánh hình thái, độ đặc của mỡ ở gần sát mặt

ngoài của thùng chứa với lớp mỡ bên trong, cách bề mặt ít nhất 15 cm. Khi

các vật thùng chứa của một lô hay một chuyến hàng cùng đƣợc mở thì so

sánh tất cả các vật chứa đã mở đó.

Nếu không nhận thấy sự khác biệt trong mỡ, lấy một phần mỡ với khối

lƣợng đủ tại vị trí gần trung tâm cách bề mặt ít nhất là 7,5 cm. Dùng thìa sạch,

to hoặc dao xén lấy mỡ cho vào thùng chứa sạch. Nếu có sự khác biệt nhau

29

của mỡ tại các vị trí khác nhau, lấy 2 mẫu riêng, một mẫu lấy ở lớp trên mặt,

gần thành của thùng chứa, và mẫu kia lấy ở giữa, cách bề mặt ít nhất 15 cm,

và gửi mẫu cho phòng thí nghiệm nhƣ là các mẫu riêng biệt.

4. Làm sạch dụng cụ sau khi lấy mẫu

Các bình chứa mẫu phải sạch, không chứa các chất có thể gây bẩn cho

sản phẩm đƣợc lấy mẫu (ví dụ: nƣớc, bụi, xơ sợi, các chất tẩy rửa, naphta, và

các dung môi khác…). Trƣớc khi dùng lại bình chứa nhƣ can, chai phải đƣợc

tráng sạch bằng dung môi thích hợp. Có thể dùng các dung môi tẩy cặn để

rửa vết cặn. Tráng kỹ bằng nƣớc máy, sấy khô bình bằng một dòng khí sạch,

không bụi, nóng ở nhiệt độ 400C hoặc cao hơn. Các bình mới không cần rửa.

Trong phần lớn các trƣờng hợp, các dụng cụ lấy mẫu không rửa bằng xà

phòng và nƣớc nhƣ đối với các loại bình chứa, can. Trƣớc khi dùng phải kiểm

tra sạch sẽ và nguyên vẹn của các bình chứa/lấy mẫu.

5. Thực hành: XÁC ĐỊNH ĐỘ CHẢY MỀM CỦA BITUM – ASTM D 36

5.1 Phạm vi ứng dụng

Phƣơng pháp thử nghiệm này chủ yếu đƣợc dùng cho các sản phẩm

bitum. Trong bài này điểm chảy mềm đƣợc xác định bằng phƣơng pháp kiểm

định truyền thống vòng và bi (ring and ball method) theo tiêu chuẩn ASTM D

36.

5.2 Mục đích và ý nghĩa

Nhằm xác định độ cứng của bitum. Ngoài ra nhiệt chảy mềm của bitum

còn có ý nghĩa quan trọng trong quá trình tồn trữ và vận chuyển.

5.3 Tóm tắt phƣơng pháp

Điểm chảy mềm là nhiệt độ mà tại đó sự hóa mềm của mẫu bitum nằm

trong vòng, dƣới tác dụng của nhiệt, đủ để viên bi đặt trên nó rơi và kéo bitum

xuống.

5.4 Tiến hành thực nghiệm

5.4.1 Thiết bị – hóa chất

a. Thiết bị

Bộ thiết bị đo điểm chảy mầm của bitum bao gồm:

Bi bằng thép - Vòng bằng thép

Vòng định tâm cho bi - Nhiệt kế

Hệ thống gia nhiệt

b. Hóa chất

Nƣớc cất

30

Glyxerin

Etylenglycol

5.4.2 Chuẩn bị mẫu:

Gia nhiệt mẫu cẩn thận, khuấy đều để tránh nhiệt cục bộ cho đến khi mẫu

chảy đƣợc.

Chú ý: khuấy thận trọng để tránh tạo bọt cho mẫu.

Đối với mẫu ashphalt, gia nhiệt không quá 2 giờ để nhiệt độ không cao

hơn 110oC so với điểm chảy mềm dự đoán.

Đối với mẫu nhựa đá, gia nhiệt không quá 30 phút để nhiệt độ không cao

hơn 55oC so với điểm chảy mềm dự đóan.

Nếu cần lặp lại thử nghiệm, không gia nhiệt trở lại mẫu trên, lấy mẫu mới

để tiến hành lại từ đầu.

Gia nhiệt hai vòng đồng thau đến xấp xỉ nhiệt độ chảy đƣợc của mẫu và

đặt chúng trên tấm đồng thau phẳng, nhẵn đã đƣợc bôi một lớp mỏng dầu

silicon.

Rót với một lƣợng hơi thừa bitum vào trong mỗi vòng và sau đó để nguội

trong không khí ít nhất 30 phút. Đối với loại bitum mềm ở nhiệt độ thƣờng, làm

nguội mẫu ít nhất 30 phút trong không khí ở nhiệt độ thấp hơn ít nhất 10oC so

với điểm chảy mềm dự đoán. Từ lúc rót mẫu đến kết thúc thử nghiệm không

kếo dài quá 4 giờ.

Khi mẫu đã nguội, cắt bỏ phần bitum thừa bằng một con dao hay spatula

đƣợc hơ nóng nhẹ, để lớp bitum ngang bằng với mặt trên của vòng.

5.4.3 Chọn chất tải nhiệt

Sử dụng nƣớc cất đối với mẫu có nhiệt độ chảy mềm từ 30 đến 80oC.

Nhiệt độ bể lúc khởi đầu là 5 1oC

Sử dụng glyxerin đối với mẫu có nhiệt độ chảy mềm từ 80 đến 157oC.


Sử dụng etylenglycol đối với mẫu có nhiệt độ chảy mềm từ 30 đến 110oC.


5.4.4 Quy trình thử nghiệm

Lắp bộ dụng cụ bao gồm vòng chứa mẫu, vòng định tâm và nhiệt kế vào

đúng vị trí. Cho chất lỏng tải nhiệt vào bể đến chiều cao 105 3mm. Nếu sử

dụng etylen glycol cần dùng quạt hút để hút khí độc. Dùng kẹp đặt hai viên bi

thép vào dƣới đáy bể để chúng đạt đến nhiệt độ khởi đầu nhƣ những bộ phận

khác của dụng cụ.

31

Đặt bể vào trong nƣớc đá hay gia nhiệt nhẹ, nếu cần thiết để đạt và duy

trì nhiệt độ khởi đầu trong vòng 15 phút. Chú ý tránh làm bẩn chất lỏng tải

nhiệt.

Dùng kẹp để lấy viên bi ở đáy bể đặt vòng định tâm.

Gia nhiệt bể sao cho nhiệt độ tăng với tốc độ không đổi 50C/phút. Giữ cho

bể tránh bị gió, dùng các tấm chặn nếu cần thiết. Không tính trung bình tốc độ

tăng nhiệt độ trong quá trình thử nghiệm. Sai số tối đa cho phép cho mỗi phút,

sau 3 phút đầu, là 0,50C. Không chấp nhận các kết quả mà tốc độ tăng nhiệt

độ không nằm trong giới hạn cho phép.

Ghi nhiệt độ cho mỗi vòng và bi tại thời điểm bitum bao quanh viên bi rơi

chạm vào mặt tấm dƣới.

Chú ý: không hiệu chỉnh phần nhô ra của nhiệt kế. Nếu 2 nhiệt độ cách

nhau quá 10C, phải làm lại thí nghiệm.

5.5 Báo cáo kết quả

Ghi kết quả điểm chảy mềm và chất lỏng tải nhiệt sử dụng.

Đối với mẫu bitum cho trƣớc, điểm chảy mềm xác định trong nƣớc sẽ

nhỏ hơn so với trong glyxerin.

Để chuyển điểm chảy mềm trong nƣớc ở nhiệt độ hơi cao hơn 800C sang

điểm chảy mềm trong glyxerin, cộng thêm + 4,20C đối với mẫu asphalt và

+1,70C đối mẫu nhựa than đá. Nếu điểm chảy mềm trong nƣớc 850C, làm lại

thử nghiệm với chất tải nhiệt là glyxerin.

Điểm chảy mềm trong glyxerin nhỏ hơn 84,50C đối với asphalt và nhỏ

hơn 82,00C đối với nhựa than đá đƣợc chuyển sang điểm chảy mềm trong

nƣớc bằng hệ số hiệu chỉnh - 4,20C đối với mẫu asphalt và -1,70C đối với mẫu

nhựa than đá. Nếu điểm chảy mềm trong glyxerin 800C đối với asphalt và

77,50C đối với nhựa than đá, làm lại thử nghiệm với chất tải nhiệt là nƣớc.

Điểm chảy mềm (SP) trong etylen glycol chuyển sang điểm chảy mềm

trong nƣớc và glyxerin từ các công thức sau:

Asphalt : SP(glyxerin) = 1,026583 SP(etylen glycol) 1,334968 (0C)

SP(nƣớc) = 0,974118 SP(etylen glycol) 1,44459 (0C)

Nhựa than đá: SP(glyxerin) =1,044795 SP(etylen glycol) 5,063574

SP(nƣớc) = 1,061111 SP(etylen glycol) 8,413488

5.6 Độ chính xác

Độ lập lại: 3oC.

Độ tái lập lại: 6oC.

32

BÀI 4. KHÍ VÀ KHÍ HÓA LỎNG

Mã bài: HD B4

Giới thiệu

Khí thiên nhiên bắt đầu làm thay đổi trật tự năng lƣợng thế giới khi sản

xuất kinh doanh toàn cầu chuyển từ việc sử dụng các dạng năng lƣợng truyền

thống nhƣ than và dầu mỏ sang khí thiên nhiên với số lƣợng các cơ sở hoá

lỏng khí ngày càng tăng lên.



Mô tả thành phần của khí tự nhiên và khí dầu mỏ.

Mô tả vai trò của khí hóa lỏng.

Hiểu đƣợc qui trình hóa lỏng khí

Kiểm tra khí hóa lỏng trong điều kiện PTN .

Nội dung chính

1. Đặc điểm chung của khí tự nhiên và khí dầu mỏ

Khí tự nhiên đƣợc khai thác từ các mỏ khí, còn khí dầu mỏ hoặc khí đồng

hành (mang ý nghĩa là khí đi theo cùng dầu mỏ) đƣợc khai thác từ các mỏ dầu

đồng thời với quá trình khai thác dầu.

Một đặc điểm chung của khí tự nhiên và khí dầu mỏ là chúng đều đƣợc

hình thành trong các lớp xốp phía dƣới lòng đất sâu. Khi nằm trong vỉa dƣới

áp suất cao, chúng đƣợc hoà tan trong dầu mỏ. Sau khi khai thác lấy ra khỏi

vỉa do áp suất giảm, chúng thoát ra khỏi dầu tạo nên khí dầu mỏ. Khí có thành

phần gồm: mêtan, êtan, propan và butan, cùng một ít pentan đi kèm, trong đó

propan và butan chiếm tỷ lệ cao.

Đối với khí tự nhiên, thành phần hydrocacbon cũng chỉ bao gồm những

hợp chất nhƣ trong khí dầu mỏ, chỉ khác là sự phân bố tập trung chủ yếu vào

các hydrocacbon nhẹ là mêtan và êtan.

Do thành phần chủ yếu là các khí hydrocacbon nhẹ, nên khí tự nhiên và

khí dầu mỏ đều dể đƣợc hóa lỏng ở điều kiện thƣờng. Tính chất quan trọng

này làm cho khí tự nhiên và khí dầu mỏ trở nên linh hoạt hơn trong việc sử

dụng.

33

2. Thành phần và phân loại khí

2.1. Thành phần

Đặc trƣng chủ yếu của khí tự nhiên và khí dầu mỏ bao gồm hai phần:

phần hydrocacbon và phi hydrocacbon.

2.1.1 Các hợp chất hydrocacbon

Trong thành phần khí hydrocacbon, mêtan chiếm hàm lƣợng lớn nhất

(>90%), hàm lƣợng các hydrocacbon khác trong dãy đồng đẳng của nó nhƣ:

êtan – C2H6, propan – C3H8, iso-butan, n-butan không cao (thƣờng không quá

vài phần trăm). Hàm lƣợng hydrocacbon từ C5 trở lên không đáng kể.

Hàm lƣợng của các cấu tử trên thay đổi tuỳ theo nguồn gốc của khí. Ví

dụ, trong khí tự nhiên chứa chủ yếu mêtan, các khí nặng hơn C3 C4 rất ít,

còn trong khí đông hành, hàm lƣợng các khí C3 C4 cao hơn.

Bảng 4.1. Thành phần khí tự nhiên và khí đồng hành khai thác đƣợc ở

một vài mỏ của Việt Nam.

Thành phần Khí đồng hành (% thể tích) Khí tự nhiên (% thể tích)

Bạch Hổ Đại Hùng Rồng Tiền Hải Rồng (mỏ khí)

Mêtan 71,59 77,25 76,54 87,64 84,77

Êtan 12,52 9,49 6,98 3,05 7,22

Propan 8,61 3,83 8,25 1,14 3,46

i-Butan 1,75 1,34 0,78 0,12 1,76

n-Butan 2,96 1,26 0,94 0,17

Pentan, C5+ 1,84 2,33 1,49 1,46 1,3

Nitơ, CO2 0,72 4,5 5,02 6,42 1,49

2.1.2 Các hợp chất phi hydrocacbon

Ngoài thành phần chính là hydrocacbon, trong khí tự nhiên và khí dầu mỏ

còn chứa các hợp chất khác nhƣ: CO2, N2, H2S, H2, He, Ar, Ne,... Trong các

loại khí trên, thƣờng Nitơ chiến phần lớn. Đặc biệt, có những mỏ khí chứa He

với hàm lƣợng khá cao nhƣ các mỏ khí tự nhiên ở Mỹ: mỏ Kandas chứa

1,28% He, mỏ Texas chứa 0,9% He. Có những mỏ khí chứa nhiều H2S: mỏ

Lag của Pháp chứa H2S với hàm lƣợng 5%.

Ngƣời ta có thể sử dụng các mỏ khí đó làm nguồn nguyên liệu để sản

xuất các khí trơ, thu hồi H2S để phục vụ cho công nghiệp.

2.2. Phân loại

Trong thiên nhiên thƣờng tồn tại các loại khí hydrocacbon, bao gồm: khí

34

tự nhiên, khí ngƣng tụ, khí đồng hành trong quá trình khai thác dầu mỏ và các

loại khí thứ cấp sinh ra trong quá trình chế biến dầu tại các nhà máy lọc dầu.

Khí hydrocacbon trong tự nhiên đƣợc phân loại theo nguồn gốc nhƣ dƣới

đây:

Khí tự nhiên: là các khí chứa trong các mỏ khí riêng biệt. Trong khí này

thành phần chủ yếu là khí mêtan – CH4 (từ 93 đến 99%), còn lại là các khí

khác nhƣ êtan - C2H6, propan – C3H8 và rất ít butan – C4H10.

Khí đồng hành: là khí nằm lẫn trong dầu mỏ, đƣợc hình thành cùng với

dầu, thành phần chủ yếu là các khí nặng nhƣ: propan, butan, pentan,... (còn

gọi là khí dầu mỏ).

Khí ngƣng tụ (condensat): thực chất là dạng trung gian giữa dầu mỏ và

khí (phần cuối của khí và phần đầu của dầu), bao gồm các hydrocacbon nhƣ:

propan, butan và một số hydrocacbon lỏng khác nhƣ pentan, hexan, thậm chí

hydrocacbon naphtenic và aromatic đơn giản. Ở điều kiện thƣờng, khí ngƣng

tụ ở dạng lỏng. Khí ngƣng tụ là nguyên liệu quý để sản xuất khí dầu mỏ hoá

lỏng và sử dụng trong công nghiệp tổng hợp hóa dầu.

Ngƣời ta còn phân loại khí theo hàm lƣợng hydrocacbon từ propan trở

lên:

Khí ẩm: là khí giàu propan, butan và các hydrocacbon nặng (từ propan

trở lên trên mức 150g/m3). Từ khí này ngƣời ta chế đƣợc xăng khí, khí hoá

lỏng (LPG) và các hydrocacbon riêng biệt cho công nghệ tổng hợp hữu cơ.

Khí khô: là khí chứa ít hydrocacbon nặng (từ propan trở lên, dƣới mức

50 g/m3). Khí này đƣợc sử dụng làm nhiên liệu cho công nghiệp và đời sống,

làm nguyên liệu cho nhà máy phân đạm, sản xuất ethylen, axetylen, êtanol,...

3. Khí tự nhiên và khí hóa lỏng

3.1. Khí tự nhiên:

Khí tự nhiên (viết tắt là NG) đƣợc khai thác từ các mỏ khí, đó là hỗn hợp

của các hydrocacbon và phi hydrocacbon, .

Trong khí tự nhiên thành phần chủ yếu là mêtan (chiếm đến trên 90%),

ngoài ra còn một khối lƣợng nhỏ hydrocacbon có phân tử lƣợng cao hơn và

một số khí không thuộc loại hydrocacbon nhƣ nitơ, CO2, H2S, He,...

Khí tự nhiên có thể chia thành các loại sau:

Khí không đồng hành: có số lƣợng đáng kể, là khí tự do, nằm dƣới

lòng đất và không tiếp xúc với dầu thô trong mỏ dầu.

Khí đồng hành: là khí tự do nằm trong các mỏ dầu.

Khí hoà tan: là khí tan trong dầu thô nằm dƣới các mỏ dầu.

35

Ứng dụng trƣớc tiên của khí tự nhiên là sử dụng làm nhiên liệu sinh nhiệt,

tiếp đó là sử dụng làm nguồn hydro trong các nhà máy để sản xuất NH3.

Thông thƣờng, khí tự nhiên đƣợc đƣa đến nơi tiêu thụ ở dạng khí bằng

mạng đƣờng ống, hoặc ở dạng nén trong các chai thép chịu lực. Khí này

đƣợc gọi là Compressed Natural Gas – CNG.

3.2. Khí tự nhiên hoá lỏng

Khí tự nhiên hoá lỏng (viết tắt là LNG) là hỗn hợp các hydrocacbon đƣợc

tách ra từ khí thô, hoặc trong các nhà máy chế biến.

Thành phần chủ yếu của LNG là phần ngƣng (condensate), nó có tính

chất và ứng dụng tƣơng tự phân đoạn nhẹ nhất của dầu thô.

Hình 4.2. Thể tích của khí tự nhiên hóa lỏng giảm đi 600 lần.

Ý nghĩa quan trọng của việc hoá lỏng khí tự nhiên là do sự giảm 600 lần

về thể tích làm cho công việc vận chuyển, bảo quản trở nên thuận lợi hơn rất

nhiều.

Khí tự nhiên hoá lỏng có thể ở dạng thô (chƣa phân tách) hoặc có thể

tách ra thành từng cấu tử. Các cấu tử và hỗn hợp các cấu tử có thể tách ra từ

khí tự nhiên là:

Êtan: là hydrocacbon no, sôi ở

nhiệt độ -88 oC, hóa lỏng ở áp suất

cao và nhiệt độ dƣới 18 oC. Trong

công nghiệp hóa dầu, êtan đƣợc

tách toàn bộ ra khỏi khí LNG để

sử dụng làm nguyên liệu sản xuất

ethylene – một dạng hoá chất cơ

bản nhất của công nghiệp hóa

dầu.

Propan: là hydrocacbon no, sôi ở

-42 oC, hoá lỏng ở ngay nhiệt độ

thƣờng dƣới áp suất trung bình.

Hình 4.3. Cấu trúc phân tử của các

hydrocacbon chủ yếu trong LPG

36

Propan thƣơng phẩm có thể chứa êtan, butan và khí lọc dầu hóa lỏng với các

hàm lƣợng khác nhau.

Butan: là hydrocacbon no, tồn tại ở dạng lỏng dƣới điều kiện thƣờng. Nó

có thể đƣợc phân tách thành n-butan (sôi ở 0 oC) và iso-butan (sôi ở 11,7 oC).

Xăng tự nhiên: là hỗn hợp các hydocacbon tách ra và thu đƣợc từ khí tự

nhiên, chứa chủ yếu là pentan và các hydrocacbon nặng hơn.

Khí tự nhiên hoá lỏng đƣợc sử dụng làm nhiên liệu trong nhiều ngành

kinh tế quốc dân nhƣ năng lƣợng, công nghiệp, giao thông vận tải, khí đốt dân

dụng và tỏ ra có ƣu thế hơn so với các loại nhiên liệu khác. Chẳng hạn nhƣ

trong ngành năng lƣợng, sử dụng khí tự nhiên để sản xuất điện sẽ giảm giá

thành từ 30 đến 40%. Xây dựng nhà máy chạy bằng khí đốt, vốn đầu tƣ sẽ

giảm 20% so với nhà máy chạy bằng than. Ở các nƣớc khác nhƣ New

Zealand, tất cả các phƣơng tiện giao thông trên đƣờng phố đều dung nhiên

liệu LNG, LPG và đã tiết kiệm đƣợc 50% phí tổn nhiên liệu. Bên cạnh đó, khi

dùng LNG, tuổi thọ của động cơ tăng lên gấp nhiều lần do nó có khả năng

giảm mài mòn; ngoài ra giảm ô nhiễm môi trƣờng do giảm đáng kể lƣợng SOx,

COx, NOx trong khí thải.

4. Khí dầu mỏ hóa lỏng

Khí dầu mỏ hoá lỏng (viết tắt là LPG) là khí thu đƣợc từ quá trình chế

biến dầu đƣợc hóa lỏng, bao gồm hỗn hợp các loại hydrocacbon khác nhau.

Thành phần hoá học chủ yếu của LPG bao gồm các hydrocacbon

parafinic nhƣ: propan và butan. Ngoài ra tuỳ thuộc vào phƣơng pháp chế biến

mà trong thành phần của nó còn có thể có mặt một lƣợng nhỏ olefin nhƣ

propylen, butylen.

Khi hoá lỏng, thể tích của các hydrocacbon giảm, ví dụ: 1 lít propan lỏng

cho 270 lít hơi ở 1 at, 1 lít butan lỏng cho 238 lít hơi ở 1 at. Vì vậy, cũng nhƣ

LNG, LPG có thể vận chuyển, tàng trử một cách dễ dàng và thuận tiện.

LPG đƣợc sản xuất bằng cách nén khí đồng hành hoặc khí từ các quá

trình chế biến dầu mỏ ở các nhà máy lọc dầu dƣới áp suất không cao lắm 10

– 15kg/cm2. Khí dầu mỏ hóa lỏng cung cấp cho các hộ tiêu thụ dƣới dạng

lỏng, chứa trong các chai thép hoặc xitec chịu áp.

Hiện nay trên thị trƣờng Việt Nam có sản phẩm LPG của nhiều công ty

kinh doanh khác nhau, thành phần propan và butan cũng khác nhau: LPG của

Elf Gas Saigon có tỷ lệ Propan/Butan là 20/80, của Petrolimex 30/70 và của

Saigon Petro 50/50.

Đặc tính hoá lý của các loại LPG thƣơng phẩm đƣợc tham khảo trong

37

bảng sau:

Bảng 4.2. Đặc tính hoá lý của các loại LPG thƣơng phẩm

Đặc tính

Loại LPG

100% Propan

(Propagas)

100%

Butan

(Butagas)

Hỗn hợp Butan –

Propan, 50/50

(Saigon Petro)

Tỷ trọng g/cm3 (15 oC) 0,507 0,580 0,541

Áp suất hơi kg/cm2 (40 oC) 13,5 3,2 9,2

Thành phần:

- C2 (Êtan)

- C3 (Propan)

- C4 (Butan)

- C5 (Pentan)

1,7

96,2

1,5

0,0

0,0

0,4

99,4

0,2

0,0

51,5

47,5

1,0

Nhiệt cháy, Kcal/kg 11.070 10.920 10.980

Nhiệt lƣợng toả ra khi đốt cháy (gọi tắt là nhiệt cháy) của propan là

11.070 Kcal/kg, trong khi của butan là 10.920 Kcal/kg. Mặt khác, áp suất hơi

tạo ra ở 20 oC của propan là 14 kg/cm2, của butan là 3,86 kg/cm2. Qua đó cho

thấy LPG càng nhiều propan, nhiệt cháy có cao hơn một ít và sử dụng đƣợc

triệt để vì bốc hơi hoàn toàn ở nhiệt độ môi trƣờng, ngƣợc lại, LPG có nhiều

butan, bình thép không cần áp lực cao, vì áp suất hơi không lớn ở nhiệt độ

môi trƣờng nhƣng thƣờng không sử dụng đƣợc triệt để nếu nhiệt độ môi

trƣờng thấp. Nói chung LPG có thể có thành phần propan và butan khác

nhau, nhƣng chất lƣợng không có gì khác nhau đáng kể. Việc lựa chọn sử

dụng loại này hay loại khác thƣờng là do thói quen của ngƣời tiêu dùng.

Ở Việt Nam, nhu cầu tiêu thụ LPG ngày càng tăng, có thể tham khảo ở

bảng sau:

Năm 1998 1999 2000 2001 2002 2005 2010 2015

Lƣợng LPG

(ngàn tấn)

170

200 316 403 521 558 1054 1593

Ở nhiều nƣớc, LPG có thể sản xuất dƣới dạng 100% propan hoặc 100%

butan. Ở Nhật, cung cấp cho dân cƣ LPG dƣới dạng 100% propan vì thời tiết

lạnh, propan dễ bốc hơi hơn butan, còn cung cấp cho công nghiệp LPG dƣới

dạng 100% butan vì dễ vận chuyển, tồn chứa và trong điều kiện sản xuất dễ

38

trang bị các thiết bị đun nóng LPG để bốc hơi hoàn toàn khi sử dụng.

Ngày nay trên thế giới có xu hƣớng sử dụng LPG thay cho nhiên liệu

xăng để chạy ôtô, do nó có nhiều ƣu điểm hơn hẳn so với các loại nhiên liệu

khác là nhiên liệu cháy hoàn toàn, không có khói, không có tro, không có lẫn

các tạp chất gây ăn mòn các phƣơng tiện bồn bể chứa, không ô nhiễm. Hàm

lƣợng khí thải độc hại nhƣ: NOx, COx rất ít.

5. Phƣơng pháp hóa lỏng khí

Việc chuyển hoá khí thành nhiên liệu đốt là hƣớng sử dụng quan trọng và

có hiệu quả cao, do đó công nghệ hoá lỏng khí đã và đang đƣợc phát triển

trên phạm vi toàn cầu.

Thông thƣờng các hydrocacbon trong thành phần khí tự nhiên ở điều

kiện thƣờng có nhiệt độ sôi rất thấp. Trong quá trình hoá lỏng khí, các khí có

nhiệt độ sôi thấp sẽ đƣợc làm lạnh xuống dƣới điểm sƣơng của nó. Nhiệt độ

sôi ở điều kiện thƣờng và nhiệt độ ngƣng tụ tại áp suất đã cho đối với một cấu

tử của khí tự nhiên đƣợc xem ở bảng sau:

Bảng 4.3. Nhiệt độ sôi ở và nhiệt độ ngƣng tụ đối với một số cấu tử

Khí Nhiệt độ sôi

ở đk thƣờng

Nhiệt độ ngƣng tụ (oC) tại các áp suất khác nhau

(atm)

0.068 0.231 0.4661 1.163 2.327

Metan -161.4 -159 -144 -133 -92 -71

Êtan -89 -91 -63 -44 15,5 -

Propan -42 -46 -12 +12 - -

iso-butane -11.7 - - - - -

n-butane -0.5 - - - - -

Để dễ dàng đạt đƣợc nhiệt độ ngƣng tụ, ngƣời ta cho khí sôi ở nhiệt độ

cao hơn dựa trên nguyên lý: nhiệt độ sôi của một chất sẽ thay đổi khi áp suất

xung quanh chúng bị thay đổi. Nếu áp suất xung quanh tăng thì nhiệt độ sôi

của chất đó sẽ tăng, và ngƣợc lại, nếu áp suất xung quanh giảm thì nhiệt độ

sôi sẽ giảm.

Để sản xuất khí tự nhiên hoá lỏng LNG và khí dầu mỏ hoá lỏng LPG,

ngƣời ta vừa nén (tăng áp suất) nhằm tăng nhiệt độ điểm sôi, vừa làm lạnh

(giảm nhiệt độ) đến nhiệt độ dƣới điểm sƣơng, tại đó khí sẽ ngƣng tụ và đƣợc

hoá lỏng. Dƣới đây là trƣờng hợp điển hình của quá trình hoá lỏng khí

propane và n-butane:

39

Bảng 4.4. Nhiệt độ sôi đối với một số cấu tử

Khí Điểm sôi °C Trạng thái ở 20°C Khí hoá lỏng

propane - 42 Khí

Áp suất:

Điểm sôi:

Trạng thái:

14 atm

38°C

lỏng

n-butane - 0.5 Khí

Áp suất:

Điểm sôi:

Trạng thái:

2.6 atm

38°C

lỏng

Khí propane sôi ở nhiệt độ -42 oC. Trong điều kiện áp suất bình thƣờng

và nhiệt độ là 20oC propane ở trạng thái khí. Tuy nhiên, nếu tăng áp suất lên

14 lần so với áp suất khí quyển thì nhiệt độ sôi của nó sẽ tăng lên đến +38 oC.

Ở nhiệt độ này và áp suất 14 atm, propane chuyển sang tồn tại ở trạng thái

lỏng.

Tƣơng tự nhƣ propane, khí butan sôi ở -5 oC, nhiệt độ này sẽ tăng lên

+38 oC bằng cách nâng áp suất của nó lên 2,6 atm, khi đó butane đƣợc hoá

lỏng.

Trong thực tế, ngƣời ta hoá lỏng khí bằng các phƣơng pháp sau:

Phƣơng pháp ngƣng tụ khí ở nhiệt độ thấp: đây là phƣơng pháp có

hiệu quả và kinh tế hơn cả, khí ngƣng tụ ở nhiệt độ -25 oC đến - 35 oC, áp

suất 30 atm đến 40 atm. Khí từ xí nghiệp khai thác đƣợc nén bằng máy nén

khí, sau đó đƣợc làm lạnh và đƣa vào thiết bị sấy khí. Khí sau khi đƣợc sấy

đƣa qua thiết bị sinh hàn làm nguội và đƣa vào thiết bị ngƣng tụ nhiệt độ thấp.

Tại đó khí nén đƣợc làm lạnh tới nhiệt độ âm cần thiết, sau đó đƣa sang bộ

phận tách khí, ở đó một phần hydrocacbon đã ngƣng tụ, hoá lỏng và đƣợc

tách ra.

Phƣơng pháp hấp thụ nhiệt độ thấp: dựa trên cơ sở của hai quá trình

chuyển khối cơ bản: hấp thụ và khử hấp thụ. Bản chất vật lý của quá trình là

sự cân bằng giữa dòng khí và lỏng do sự khuyếch tán chất từ pha này sang

pha khác. Khi đạt cân bằng bền động lực của sự khuyếch tán đƣợc xác định

bằng hiệu số áp suất riêng phần của các cấu tử tách ra trong pha khí và pha

lỏng. Nếu áp suất riêng phần của các cấu tử trong pha khí lớn hơn trong pha

lỏng thì xảy ra quá trình hấp thụ (hấp thụ khí bởi chất lỏng), và ngƣợc lại, nếu

nhƣ áp suất riêng phần của cấu tử bị tách ra ở trong pha khí nhỏ hơn trong

pha lỏng thì xảy ra quá trình khử hấp thụ (thoát khí ra khỏi chất lỏng).

40

6. Vận chuyển và tồn chứa khí

Theo phƣơng thức truyền thống, khí đƣợc vận chuyển cả bằng đƣờng

ống hoặc đƣợc hoá lỏng và vận chuyển bằng tàu. Trong khoảng cách cung độ

từ 3500 – 4000 km, khí tự nhiên dẫn trong đƣờng ống là thuận lợi và giá rẻ.

Trƣờng hợp phải cung cấp đi xa hơn trên 4000 km hoặc phải xuyên qua đại

dƣơng, khí tự nhiên sẽ đƣợc hóa lỏng, vận chuyển bằng các phƣơng tiện đặc

biệt.

Thật không may mắn, vì các mỏ khí thƣờng ở quá xa so với các thị

trƣờng lớn nên không có nhiều khí để vận chuyển bằng đƣờng ống do chi phí

xây dựng đƣờng ống rất tốn kém. Điều này có nghĩa là vận chuyển LNG bằng

tàu hiện nay đƣợc ƣa chuộng hơn.

Những tàu này đƣợc thiết kế đặc biệt, tàu có vỏ bọc kép và đƣợc trang bị

với hệ thống làm lạnh bên trong có khả năng giữ ở nhiệt độ thấp (-160 oC) ở

áp suất khí quyển.

Hình 4.4 Khí đƣợc vận chuyển bằng

đƣờng ống

Hình 4.5 Tàu vận chuyển khí tự

nhiên hoá lỏng

Sau khi vận chuyển đến nơi tiêu thụ, khí đƣợc tồn trữ và chứa trong các

bể chứa. Bên trong bể chứa này đƣợc làm bằng thép không rỉ, xung quanh có

lớp cách nhiệt rất dày. Các bể chứa có thể đƣợc đặt nổi trên mặt đất hoặc xây

dựng ngầm trong lòng đất.

Nhằm tránh những rủi ro gây ra do cháy nổ và giảm thiểu ảnh hƣởng đến

môi trƣờng trong khu vực gần cảng nhập và trên đất liền, trong tƣơng lai khí

hoá lỏng sẽ đƣợc tồn chứa ở ngoài khơi dƣới các dạng nhƣ sau:

- Hệ thống giàn cố định và chuyển đổi (Hình 4.7)

- Hệ thống cầu năng lƣợng (Hình 4.8)

- Bể chứa nổi và hệ thống hoá khí (Hình 4.9)

41

- Kết cấu dựa trên trọng lực (Hình 4.10)

Khi cung cấp cho các hộ tiêu thụ, phải hóa khí trở lại.

Hình 4.6 Hệ thống giàn cố định và

chuyển đổi

Hình 4.7 Hệ thống cầu năng

lƣợng

Hình 4.8 Bể chứa nổi và hệ thống

hoá khí

Hình 4.9 Kết cấu dựa trên

trọng lực

7. Thị trƣờng khí

Thị trƣờng khí thiên nhiên toàn cầu tăng trƣởng 3%/năm trong thời gian

gần đây, trong khi đó LNG tăng vọt với con số 8% trong nửa đầu năm 2005.

Khi thế giới chuyển sang sản xuất điện nhờ sử dụng khí thì nhu cầu khí

thiên nhiên đƣợc dự báo sẽ tăng nhanh hơn so với các hydrocarbon khác. Chỉ

riêng sản lƣợng LNG của Công ty Mitsui (Nhật Bản) cũng đƣợc dự báo sẽ

tăng hơn gấp đôi trong 15 năm tới. Tập đoàn Royal Dutch/Shell dự báo đến

năm 2025, nhu cầu khí sẽ cao hơn nhu cầu dầu mỏ.

Nhờ có quy mô lớn và công nghệ mới, chi phí vốn đối với LNG đã giảm

hơn 1/4 trong thập niên qua. Mặt khác các thị trƣờng LNG lớn ở Đông Bắc Á,

rất xa so với các mỏ khí chính ở Borneo, Australia và Qatar, hoá lỏng khí vẫn

là một phƣơng pháp vận chuyển khí đƣợc ƣa chuộng. Hơn nữa, phần lớn

mức gia tăng sản lƣợng hiện nay và trong tƣơng lai không rơi vào khu vực

Trung Đông mà ở các quốc gia châu Á, Trung Á, Australia và Nga.

42

Hình 4.10. Cảng xuất nhập khí tự nhiên hoá lỏng (LNG)

Cũng theo cách thức tƣơng tự mà Mỹ thống trị thị trƣờng dầu mỏ, các

nền kinh tế nhƣ Nhật Bản, Hàn Quốc và Đài Loan đã thống trị thị trƣờng LNG,

mặc dù hiện Mỹ có nhiều trạm tiếp nhận LNG nhất trên thế giới với phạm vi sử

dụng khí thiên nhiên đƣợc mở rộng trong những thập niên qua.

Tuy nhiên, chỉ riêng Nhật Bản hiện nay đã chiếm khoảng 53% tổng nhu

cầu khí toàn cầu, phần lớn là nhu cầu của các công ty sản xuất điện. Nhƣ

thƣờng lệ, Trung Quốc vẫn chỉ là một thị trƣờng nhỏ trong nhu cầu khí toàn

cầu và ngƣời ta hy vọng nƣớc này sẽ trở thành một thị trƣờng có tốc độ tăng

trƣởng nhanh trong tƣơng lai. Theo Hiệp hội nghiên cứu năng lƣợng đô thị

Thƣợng Hải, công suất sản xuất điện bằng khí thiên nhiên của Trung Quốc

đƣợc dự báo sẽ tăng từ 319 triệu kW trong năm 2000 đến 960 triệu kW vào

năm 2020.

Nhu cầu LNG ở châu Á sẽ tăng hơn 150 triệu tấn vào năm 2015 do nhu

cầu tăng vọt của khu vực Đông Bắc Á. Chỉ riêng nhu cầu LNG của Trung

Quốc đã đƣợc dự báo sẽ tăng gấp đôi từ mức 10 triệu tấn/năm vào năm 2001

đến 20 triệu tấn/năm vào năm 2015. Gần đây, Trung Quốc đã nhập 3 triệu tấn

LNG/năm từ mỏ ở thềm lục địa Tây Bắc Australia. Trung Quốc đang gấp rút

xây dựng một trạm tiếp nhận LNG lớn ở Quảng Đông nhằm cất giữa khối

lƣợng LNG này.

Số lƣợng các trạm tiếp nhận LNG mới cũng tăng lên trên toàn khu vực

châu Á. Nhật Bản đang xây dựng 2 trạm tiếp nhận LNG mới, với kế hoạch xây

dựng 2 trạm tiếp theo đang đƣợc bàn luận đến. Hầu hết nhu cầu khí thiên

nhiên của Nhật Bản đều đƣợc đáp ứng từ khu vực châu Á - Thái Bình Dƣơng,

chủ yếu là từ Indonesia - nƣớc chiếm khoảng 30% LNG nhập khẩu của Nhật

Bản. Malaysia đƣợc dự báo sẽ trở thành nƣớc sản xuất LNG lớn thứ hai thế

43

giới sau khi hoàn thành nhà máy LNG thứ ba của Petronas ở Bintulu,

Sarawak.

Trong nỗ lực tìm kiếm bổ sung nguồn năng lƣợng thiếu hụt, Nhật Bản

đang rất quan tâm đến Sakhalin - hòn đảo dài 960 km ở vùng Viễn Đông Nga,

với thềm lục địa rộng 20.000 km2 có trữ lƣợng khí thiên nhiên ƣớc tính lên tới

2,5 nghìn tỷ m3. Một số nhà phân tích cho biết các trữ lƣợng khí ở phía Đông

Sakhalin có thể bằng tổng trữ lƣợng khí ở Biển Bắc.

Các công ty năng lƣợng quan tâm đến việc phát triển các dự án ở

Sakhalin đang hy vọng sản xuất nhiều khí hơn nữa để đáp ứng 28%/năm nhu

cầu khí thiên nhiên nhập khẩu của Nhật Bản.

Tất cả sự quan tâm LNG ở khu vực Đông Bắc Á dự báo sự bùng nổ trong

các hoạt động xây dựng không chỉ là một vài trạm tiếp nhận mà cả việc đóng

mới nhiều tàu chở LNG đặc biệt. Việc đóng mới những tàu chở LNG cũng

không rẻ chút nào, với mức giá 170 triệu USD. Những xƣởng đóng tàu của

Nhật Bản và Hàn Quốc là những nhà sản xuất chính.

Theo phân tích, mặc dù nhu cầu LNG cao nhƣng khả năng dẫn đến sự

tăng vọt về giá là rất ít. Tăng cầu dẫn đến sự cạnh tranh gay gắt hơn xét về

phía các nhà cung cấp, làm giảm giá và lợi nhuận. Cả hai đề xuất giá của dự

án Sakhalin II đối với các khách hàng Nhật Bản và thoả thuận của Australia

với Trung Quốc đều đề nghị giảm 30% giá so với các dự án khác. Cạnh tranh

giá cả ở châu Á có thể sẽ trở nên gay gắt hơn khi dự án Sakhalin I - một dự

án khác ở Sakhalin - bắt đầu xây dựng đƣờng ống tới Nhật Bản hoặc Trung

Quốc. Một đƣờng ống khác đƣợc đề xuất xây dựng từ Irkutsk, Nga nhằm

cung cấp cho các thị trƣờng Trung Quốc và Hàn Quốc có thể làm tăng áp lực

đối với các chính sách thu hút vốn liên quan đến LNG. Hơn nữa, trong lịch sử,

các hợp đồng LNG là những liên doanh dài hạn. Sự tăng cung cùng với công

suất của các tàu chở dầu ngày càng cao có thể tạo điều kiện cho một thị

trƣờng LNG giao ngay, do đó càng làm giảm giá.

Các quốc gia tiêu thụ đã bắt đầu yêu cầu các thoả thuận ngắn hạn hơn

và tăng tính linh hoạt của các điều khoản. Nhiều thoả thuận của Indonesia với

Nhật Bản sẽ hết hạn vào năm 2010 theo kế hoạch và Nhật Bản đang tìm cách

đạt đƣợc những điều khoản linh động hơn. Với sự cạnh tranh gay gắt từ phía

các nhà sản xuất LNG khác, Indonesia có thể sẽ chấp nhận yêu cầu của Nhật

Bản vì nƣớc này khó mà từ bỏ hàng tỷ đôla lợi nhuận nếu những thoả thuận

đó không đƣợc gia hạn thêm. Theo một dấu hiệu cạnh tranh trên thị trƣờng

khí thiên nhiên châu Á, khi giá LNG giảm, 2 hãng cung cấp khí của Nhật Bản

44

gần đây đã tuyên bố cắt giảm chi phí đối với các khách hàng của mình.

8. Thực hành

Tổ Bộ môn tổ chức cho sinh viên tham quan một trạm chiết nạp khí hoá

lỏng hoặc kho chứa khí hoá lỏng để xem cách kiểm tra bồn bể chứa, qui trình

chiết nạp các sản phẩm khí hoá lỏng, các qui định an toàn trong quá trình

chiết nạp, tiếp nhận hoặc xuất các sản phẩm khí.

Ghi chép các số liệu liên quan đến bài học và phân tích số liệu trong giờ

học tiếp theo.

45

BÀI 5. CONDENSAT

Mã bài: HD B5

Giới thiệu

Ngoài dầu mỏ và khí, còn có một dạng trung gian giữa dầu mỏ và khí, gọi

là condensat hay là dầu thô nhẹ. Condensat là nguồn nguyên liệu để sản xuất

khí hóa lỏng, naphta cho xăng, đồng thời cũng là nguyên liệu quý cho công

nghiệp hóa dầu.


Học xong bàI này học viên sẽ có khả năng:

- Mô tả thành phần hóa học và ứng dụng của condensat trong công

nghiệp.

- Phân tích đƣợc một số chỉ tiêu của condensat nhƣ thành phần cất, tỷ

trọng trong PTN hóa dầu.

Nội dung chính

1. Thành phần hóa học của condensat

Bình thƣờng, trong một số giếng dầu tồn tại cả dầu thô và khí. Giữa hai

pha dầu thô và khí tồn tại một cân bằng pha, trong đó một phần khí bị hòa tan

vào dầu thô. Lƣợng khí hòa tan này phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất trong

giếng dầu. Áp suất càng cao, nhiệt độ càng thấp thì lƣợng khí hòa tan càng

nhiều và ngƣợc lại. Khi nằm sâu trong lòng đất, các mỏ khí ngƣng có nhiệt độ

và áp suất rất cao khoảng 110 atm thì cân bằng pha nêu trên trở thành cân

bằng một pha, có nghĩa là mêtan, êtan và các hydrocacbon nặng hơn sẽ tồn

tại ở dạng trung gian giữa khí và lỏng. Pha

trung gian này đƣợc khai thác lên và đƣợc phân

tách thành hai pha khí và lỏng và pha lỏng này

đƣợc gọi là condensat.

Condensat thực chất là phần đuôi của khí

và phần đầu của dầu mỏ, trong điều kiện

thƣờng ở dạng lỏng, nên còn đƣợc gọi là khí

ngƣng tụ với nhiệt độ sôi cuối khoảng 200oC.

Do đó, trong thành phần của condensat, ngoài

các khí propan, butan, pentan và các khí hydrocacbon nặng còn chứa nhiều

hydrocacbon lỏng khác loại parafinic và aromatic có nhiệt độ sôi đến 200 oC.

Hình 5.1 Condensat

46

2. Các chỉ tiêu của condensat

Condensat có tính chất và thành phần tƣơng tự nhƣ dầu thô nhẹ. So với

xăng tự nhiên, nó nặng hơn, có thành phần phức tạp hơn và nhiều tạp chất

hơn.

Để đánh giá chất lƣợng của condensat có thể dựa vào các chỉ tiêu kỹ

thuật cơ bản trong bảng sau:

Bảng 5.1. Chất lƣợng của condensat

STT Chỉ tiêu kỹ thuật Đặc trƣng chất lƣợng

01 Trị số octan 66 - 68

02 Áp suất hơi bão hòa, KPa 76,5

03 Thành phần cất phân đoạn, oC:

- Điểm sôi đầu

- 10%

- 50%

- 90%

- Điểm sôi cuối

- Cặn cất, %KL

40

44

55

104

150

1,2

04 Tỷ trọng ở 15 oC 0,69

Các số liệu của bảng trên thu đƣợc từ kết quả phân tích mẫu condensat

của mỏ dầu Bạch Hổ của Việt Nam. Với những đặc trƣng kỹ thuật nhƣ trên,

chất lƣợng condensat của mỏ dầu Bạch Hổ là tƣơng đối tốt, thuận lợi để pha

chế tạo ra các sản phẩm xăng dầu có giá trị thƣơng phẩm cao.

3. Cách xác định các chỉ tiêu của condensat

Các chỉ tiêu kỹ thuật của condensat và phƣơng pháp xác định chúng

đƣợc trình bày trong bảng dƣới đây:

Bảng 5.2. Các chỉ tiêu kỹ thuật của condensat

Chỉ tiêu kỹ thuật Đặc trƣng chất lƣợng Phƣơng pháp

ASTM

Khối lƣơng riêng ở 15 oC, kg/l 0,6701 D 1298

Áp suất hơi bão hòa, Psi 11,0 D 323

Ăn mòn lá đồng ở... 1a D 130

Hàm lƣợng lƣu huỳnh (%Wt) 0.013 D 1266

Trị số axít 0.00 D 974

Trị số octan 65.5 D 269

47

Thành phần cất phân đoạn, oC: D 86

- Điểm sôi đầu

- 30%

- 50%

- 70%

- Điểm sôi cuối

- Cặn cất, %Wt

40

51

58

70

147

1,0

Hàm lƣợng nƣớc, %Wt 0.00 D 95

Hàm lƣợng tro, %Wt 0.00 D 482

Hàm lƣợng benzen, %Wt 1.30 D 3606

Hàm lƣơng tạp chất, %Wt 0.00 D 473

Hàm lƣợng Mercaptan, %Wt <0.0001 D 3227

Hàm lƣợng muối, (mg NaCl) 0.00 D 3230

4. Ứng dụng của condensat

Condensat không phải là thành phẩm hay sản phẩm thƣơng mại mà nó

thƣờng đƣợc cung cấp cho các nhà máy lọc dầu và trở thành một hợp phần

của nguyên liệu thô cung cấp cho các phân xƣởng chế biến.

Ứng dụng chủ yếu của condensat là trộn với dầu thô làm nguyên liệu cho

các nhà máy lọc dầu. Từ condensat có thể chế biến để thu đƣợc xăng có trị

số octan không cao. Để xăng có chất lƣợng cao hơn cần phải pha thêm các

phụ gia tăng trị số octan nhƣ Toluol, MTBE,… Tuy nhiên, quá trình này không

kinh tế do giá thành của condensat thƣờng cao hơn xăng thành phẩm. Ở các

nƣớc có ngành công nghiệp lọc hóa dầu phát triển, condensat thƣờng đƣợc

sử dụng làm nguyên liệu cho các nhà máy hóa dầu để sản xuất ethylen và các

sản phẩm nhựa khác.

5. Thực hành: XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN CHƢNG CẤT PHÂN ĐOẠN

5.1 Phạm vi áp dụng

Phƣơng pháp này áp dụng cho chƣng cất khí quyển các sản phẩm dầu

mỏ đƣợc sử dụng trong phòng thí nghiệm để định lƣợng đặc tính giới hạn sôi

của các sản phẩm dầu nhƣ: Xăng tự nhiên, phân đoạn cất nhẹ và trung bình,

condensat, nhiên liệu động cơ đốt trong ôtô, nhiên liệu diesel có hàm lƣợng

sulfur thấp, kerosene…


Phƣơng pháp chƣng cất là cơ sở xác định khoảng sôi của sản phẩm dầu

mỏ bằng chƣng cất mẻ đơn giản.

48

Tính chất bay hơi của hydrocacbon có ý nghĩa quan trọng trong việc giữ

an toàn và sử dụng, đặc biệt trong lĩnh vực sử dụng nhiên liệu và dung môi.

Giới hạn sôi cho biết thông tin về thành phần và sự thay đổi của nhiên liệu

trong lƣu trữ bảo quản và sử dụng. Khả năng bay hơi của các hydrocacbon

xác định khuynh hƣớng tạo hỗn hợp nổ tiềm ẩn.

Tính chất bay hơi là đặc tính tối quan trọng để đánh giá chất lƣợng cho

cả xăng máy bay và xăng ôtô, khả năng khởi động, khả năng đốt nóng, và khả

năng tạo hơi khi vận hành ở nhiệt độ cao hay ở độ cao. Sự hiện diện của cấu

tử có giới hạn sôi cao trong nhiên liệu dẫn đến mức độ hình thành muội than

rắn cao.

Tính chất dễ bay hơi, nó tác động đến tốc độ bay hơi, là chỉ tiêu và yếu tố

quan trọng đƣợc dùng rất nhiều trong dung môi, đặc biệt là trong ngành sơn.

Giới hạn chƣng cất thƣờng đƣợc đƣa vào trong các yêu cầu chất lƣợng

sản phẩm dầu mỏ thƣơng mại, ứng dụng điều khiển quá trình lọc dầu.

Một số thuật ngữ:

Thể tích mẫu (Charge volume): Thể tích của mẫu đem phân tích, 100ml,

đƣợc nạp vào bình chƣng cất.

Sự phân hủy (Decomposition): Hydrocacbon bị phân huỷ nhiệt (Cracking)

sinh ra các phân tử nhỏ hơn có nhiệt độ sôi thấp hơn so với các Hydrocacbon

ban đầu, thậm chí có thề thực hiện phản ứng dehydro hóa.

Ghi chú: Dấu hiệu nhận biết sự phân hủy nhiệt đó là có khói phát ra và

nhiệt độ quan sát đƣợc trên nhiệt kế giảm xuống bất thƣờng.

Điểm sôi đầu (Innital boiling point): Là nhiệt đo tại đó giọt lỏng đầu tiên

ngƣng tụ rơi từ hệ thống sinh hàn xuống ống đong hứng mẫu.

Điểm sôi cuối (Final boiling point): Là nhiệt độ cao nhất đọc đƣợc trên

nhiệt kế.

Phần trăm thu hồi đƣợc (Percent recovered): Thể tích của phần mẫu

ngƣng tụ quan sát đƣợc trong ống đong hứng mẫu ở mỗi nhiệt độ tƣơng ứng

đƣợc tính theo phấn trăm thể tích mẫu đƣợc nạp vào bình cất.

Tổng phần trăm thu hồi (Percent total recovery): Kết hợp phần trăm thu

hồi và phần trăm cặn trong bình cất.

Phần trăm cặn (Percent residue): Thể tích của phần cặn trong bình và

đƣợc tính bằng phần trăm so với thể tích mẫu đem cất.

5.3 Tóm tắt và phƣơng pháp:

Tiến hành chƣng cất 100ml mẫu dƣới điều kiện tƣơng ứng mà mẫu thuộc

nhóm đó. Quá trình chƣng cất đƣợc thực hiện bằng dụng cụ chƣng cất trong

49

phòng thí nghiệm, ở áp suất khí quyển và tƣơng ứng nhƣ chƣng cất một đĩa

lý thuyết. Các số liệu về nhiệt độ theo thể tích chƣng cất đƣợc ghi chép lại một

cách hệ thống và tuỳ theo yêu cầu của ngƣời sử dụng số liệu, mà các kết quả

ghi nhận đƣợc về nhiệt độ, thể tích, cặn, mất mát đƣợc báo cáo.

Sau khi chƣng cất xong, nhiệt độ sôi có thể đƣợc hiệu chỉnh theo khí áp

kế và các số liệu đƣợc xem xét về sự phù hợp theo yêu cầu đặt ra, ví dụ nhƣ

tốc độ chƣng cất... Thí nghiệm đƣợc lặp lại cho đến khi thỏa mãn những yêu

cầu đặc biệt.

Kết quả thƣờng đƣợc báo cáo theo phần trăm bay hơi (percent

evaporated) hay phần trăm thu hồi (percent recovered) theo nhiệt độ tƣơng

ứng, kể cả bảng hay đồ thị của đƣờng chƣng cất.


5.4.1 Thiết bị và hóa chất

Hình 5.2 Thiết bị chƣng cất

- Nhiệt kế, ống đong - Xăng

- Ống sinh hàn - Dầu hỏa, Diesel

- Bể làm lạnh - Nguồn nhiệt

5.4.2 Quy trình thực nghiệm

Dùng ống đong lấy 100 ml sản phẩm dầu mỏ cần nghiên cứu vào bình

cầu. Lắp nhiệt kế 3600C vào bình cầu sao cho mép trên của bầu thủy ngân

nằm ở mức dƣới của ống thoát khí của bình cầu, trục của nhiệt kế trùng với

trục của cổ bình cầu. Lắp vòi của bình cầu vào ống sinh hàn, đầu vòi ngập sâu

vào ống sinh hàn 25- 40 mm nhƣng không chạm vào ống sinh hàn.

50

Khi chƣng cất xăng thì hộp sinh hàn chứa nƣớc đá ở nhiệt độ 0 – 50C.

Khi chƣng các sản phẩm nặng hơn thì làm lạnh bằng nƣớc.

Sau khi đong 100 ml sản phẩm cần nghiên cứu xong, không cần sấy ống

đong, đặt ngay vào dƣới đầu ống sinh hàn sao cho đuôi ống sinh hàn ngập

sâu kghông dƣới 25 mm nhƣng không đƣợc chạm vào thành ống đong, sau

khi đã xác định nhiệt độ sôi đầu có thể cho đầu cuối của ống sinh hàn chạm

vào thành ống đong để mức chất lỏng trong ống đong không bị sóng sánh.

Khi chƣng các nhiên liệu nặng thì ống đong phải làm sạch và khô. Khi

chƣng xăng ống đong phải đặt trong cốc thủy tinh chứa nƣớc nhiệt độ không

quá 50C, muốn vậy phải đặt lên trên miệng ống đong một vật hình móng ngựa

(để ống đong không bị nổi lên) và miệng ống đong phải bịt bằng bông.

Có thể dùng đèn khí hoặc bếp điện có nối thêm biến thế tự ngẫu để điều

chỉnh nhiệt độ.

Khi tăng nhiệt độ sản phẩm sẽ bay hơi ngƣng tụ ở sinh hàn và chảy vào

ống đong. Nhiệt độ sôi dầu là nhiệt độ khi xuất hiện giọt sản phẩm đầu tiên

chảy từ đuôi ống sinh hàn ra.

- Xăng: 5 – 10 phút

- Nhiên liệu phản lực, diesel nhẹ và dầu hỏa: 10 – 15 phút

- Diesel nặng: 10 – 20 phút

Quá trình gia nhiệt phải điều chỉnh sao cho thời gian từ lúc bắt đầu gia

nhiệt cho tới lúc có giọt chất lỏng đầu tiên ở đuôi sinh hàn:

Tốc độ chƣng cất tiến hành sao cho 20 – 25 giọt/giây nghĩa là vào

khoảng 4 – 5 ml/phút.

Ghi lại nhiệt độ ứng với các thể tích sản phẩm trong ống đong đƣợc 10;

20; 30 …90; 97,5; 98%. Trong trƣờng hợp cần thiết ghi nhiệt độ sôi cuối.

Sau khi chƣng đƣợc 90% sản phẩm dầu mỏ điều chỉnh việc gia nhiệt sao

cho thời gian từ lúc chƣng đƣợc 90% sản phẩm đến khí kết thúc việc chƣng

(nghĩa là lúc dừng cấp nhiệt) là 3 – 5 phút.

Đối với việc chƣng dầu hỏa và diesel nhẹ, sau khi chƣng đƣợc 95% sản

phẩm đến lúc kết thúc chƣng không đƣợc quá 3 phút. Ngƣời ta chấm dứt việc

gia nhiệt ở thời điểm mà trong ống đong thể tích của sản phẩm bằng với thể

tích đã đƣợc tiêu chuẩn hóa là 97,5 và 98% đối với từng loại sản phẩm.

Nếu nhiệt độ sôi cuối cần đƣợc xác định thì phải tiếp tục gia nhiệt đến khi

cột thủy ngân của nhiệt kế dâng lên một độ cao nào đó rồi bắt đầu hạ

xuống.ghi nhiệt độ cao nhất này.

Sau khi ngừng gia nhiệt 5 phút, ghi lại phần thể tích ống đong. Phần còn

51

lại trong bình cầu rót vào ống đong có thể tích10 ml để xác định cặn còn

lại.Xác định lƣợng mất mát của quá trình chƣng.

Nếu quá trình chƣng cất tiến hành ở nơi có áp suất lớn hơn 770 mmHg

hay nhỏ hơn 750 mmHg cần lấy hệ số hiệu chỉnh theo công thức:

C = 0,00012(760 – P)(273 + t)

Trong đó: P: là áp suất khí quyển trong quá trình chƣng, mmHg

t: là nhiệt độ theo nhiệt kế, 0C

Nếu P>770mmHg thì lấy nhiệt độ theo nhiệt kế trừ đi hệ số hiệu chỉnh C.

Nếu P<750mmHg thì lấy nhiệt độ theo nhiệt kế cộng với hệ số hiệu chỉnh

C.

Việc xác định thành phần phân đoạn của benzen nặng hay những sản

phẩm tối màu khác, tốc độ gia nhiệt điều chỉnh sao cho từ lúc bắt đầu cho tới

khi thu đƣợc giọt sản phẩm đầu tiên từ 10 – 20 phút. Tốc độ chƣng 8 – 10

giọt/phút, ban đầu với tốc độ 2 – 3 ml/phút sau đó 4 – 5 ml/phút.

Khi chƣng cất nhiên liệu có độ đông đặc lớn hơn - 50C thì tốc độ cấp

nƣớc cho sinh hàn sao cho nƣớc ra khỏi sinh hàn có nhiệt độ từ 30 – 400C.

Các số liệu thu đƣợc biểu diễn dƣới dạng đồ thị.

5.5 Báo cáo kết quả:

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

Nhiệt độ sôi đầu: 40C

Nhiệt độ sôi cuối và các điểm trung gian: 20C

Cặn : 0,2 ml

52

BÀI 6. XĂNG

Mã bài: HD B6

Giới thiệu

Trong các sản phẩm từ dầu mỏ, xăng đóng vai trò quan trọng đặc biệt.

Mỗi biến động của xăng đều gây ra những ảnh hƣởng lớn đến nền kinh tế của

một quốc gia.



- Mô tả thành phần hóa học và ứng dụng của xăng.

- Xác định các chỉ tiêu kỹ thuật chính của xăng thƣơng phẩm nhƣ trị

số octan và thành phần cất trong PTN hóa dầu.

- Đánh giá chất lƣợng của xăng thƣơng phẩm.

Nội dung chính

1. Khái niệm chung

Nhiên liệu dùng cho động cơ xăng của ôtô xe máy,...đƣợc gọi chung là

xăng động cơ. Xăng động cơ là một trong những sản phẩm quan trọng của

công nghiệp chế biến dầu mỏ và ngày nay đã thực sự trở thành một sản phẩm

quen thuộc và không thể thiếu đƣợc đối với con ngƣời. Tuy nhiên, không phải

ai cũng có thể hiểu đƣợc thật đầy đủ về xăng động cơ, bao gồm cả bản chất

hóa học, phẩm cấp chất lƣợng, đối tƣợng sử dụng,...

Xăng động cơ không phải đơn thuần chỉ là sản phẩm của một quá trình

chƣng cất từ một phân đoạn nào đó của dầu mỏ hay một quá trình chƣng cất

đặc biệt khác. Nó là một sản phẩm hỗn hợp đƣợc lựa chọn cẩn thận từ một số

thành phần, kết hợp với một số phụ gia nhằm đảm bảo các yêu cầu hoạt động

của động cơ trong điều kiện vận hành thực tế và trong các điều kiện tồn chứa,

dự trữ khác nhau.

2. Thành phần hóa học của xăng.

Với khoảng nhiệt độ dƣới 180oC, phân đoạn xăng bao gồm các

hydrocacbon từ C5 ÷ C10, C11, cả ba loại hydrocacbon parafinic, naphtenic,

aromatic đều có mặt trong phân đoạn. Tuy nhiên, thành phần số lƣợng các

hydrocacbon rất khác nhau, phụ thuộc vào nguồn gốc dầu thô ban đầu. Chẳng

hạn, từ họ dầu parafinic sẽ thu đƣợc xăng chứa parafin, còn từ dầu naphtenic

sẽ thu đƣợc xăng có nhiều các cấu tử vòng no hơn. Các hydrocacbon thơm

thƣờng có rất ít trong xăng.

53

Ngoài các hydrocacbon, trong phân đoạn xăng còn có chứa các hợp chất

lƣu huỳnh, nitơ và oxy. Các chất chứa lƣu huỳnh thƣờng ở dạng hợp chất

không bền nhƣ mercaptan (RSH). Các chất chứa nitơ chủ yếu ở dạng pyridin;

còn các chất chứa oxy rất ít, thƣờng ở dạng phenol và đồng đẳng. Các chất

nhựa và asphanten đều chƣa có.

Xăng thƣờng đƣợc lấy từ nhiều quá trình lọc hóa dầu khác nhau nhƣ

chƣng cất trực tiếp dầu mỏ, cracking xúc tác (bẻ gẫy mạch), reforming xúc tác

(cải tạo mạch), isomer hóa (đồng phân hóa), Alkyl hóa từ các phân đoạn dầu

mỏ ,...

Trong nhà máy lọc dầu, tất cả các phân đoạn sản phẩm có nhiệt độ sôi

đến 180oC từ các thiết bị công nghệ chế biến dầu thô hoặc các phân đoạn

tách ra từ dầu thô, đều đƣợc gọi là phân đoạn xăng và đều đƣợc dùng nhƣ

một cấu tử để pha trộn thành sản phẩm xăng cuối cùng.

3. Nguyên lý làm việc của động cơ xăng.

Để sử dụng xăng làm nhiên liệu một cách có hiệu quả nhất, phải nắm

vững nguyên lý làm việc của động cơ xăng.

Động cơ xăng là một kiểu động cơ đốt trong, nhằm thực hiện sự chuyển

hóa năng lƣợng hóa học của nhiên liệu khi cháy thành năng lƣợng cơ học

dƣới dạng chuyển động quay.

Theo lý thuyết, có hai chu trình đƣợc áp dụng cho động cơ đốt trong bằng

tia lửa điện là: Động cơ 2 kỳ và động cơ 4 kỳ, trong đó động cơ 4 kỳ phổ biến

hơn.

3.1. Động cơ xăng 2 kỳ

Động cơ 2 kỳ đƣợc sử dụng nhiều cho xe máy nhỏ, thuyền máy, máy

phát điện, cƣa máy, xe trƣợt tuyết và các thiết bị di động hoặc cố định khác.

Kỳ hút Kỳ nén Kỳ phát hỏa Kỳ đốt Kỳ xả

Hình 6.1. Chu trình làm việc của động cơ 2 kỳ

Hỗn hợp nhiên liệu và không khí thông qua lỗ hút, đƣợc đƣa vào hộp trục

khuỷu phía dƣới piston. Hỗn hợp này sau đó sẽ chuyển qua khe chuyển vào

buồng đốt, ở đó nó bị nén khi piston đẩy lên. Bugi điện phát tia lửa đốt hỗn

54

hợp ngay trƣớc khi piston đạt đƣợc điểm chết trên, và áp suất khí đốt sau đó

sẽ đẩy piston xuống cho đến khi khe xả lộ ra cho khí đã cháy thoát ra ngoài.

Chu trình hoạt động kết thúc trong một vòng quay của trục khuỷu. Động

cơ này theo cấu trúc thì đơn giản và vững chắc không có các van hoạt động

nhƣ động cơ 4 kỳ.

Nhƣợc điểm chính của nó là tốn nhiên liệu nhiều hơn vì bị mất đi một

phần hỗn hợp không khí và nhiên liệu

không đƣợc đốt trong lúc đẩy khí thải

thoát ra ngoài, điều này gây ra khó khăn

cho việc đáp ứng các yêu cầu về khí

thải theo tiêu chuẩn môi trƣờng.

3.2. Động cơ xăng 4 kỳ:

Động cơ 4 kỳ là loại động cơ đốt

trong có sử dụng bộ chế hòa khí

(cabuarator) hay còn gọi là bình xăng

con, là bộ phận chuẩn bị xăng trƣớc khi

đƣa vào xylanh.

Chu trình kín 4 kỳ nhƣ sau:

Xăng từ thùng nhiên liệu của phƣơng tiện đƣợc bơm chuyển đến bộ chế

hòa khí, hoặc hệ thống phun nhiện liệu cơ-điện tử, tại đây xăng đƣợc phun

thành bụi sƣơng, bốc hơi và hòa trộn với không khí theo một tỷ lệ xác định tùy

thuộc lƣợng xăng đƣa vào, sau đó hỗn hợp hơi xăng và không khí sẽ phân

phối nạp vào xylanh của động cơ thông qua van hút.

Chu kỳ 1- Hút: Piston đi từ điểm chết trên xuống điểm chết dƣới, lúc này

van hút mở ra để hút hỗn hợp xăng và không khí (NL+KK) đã đƣợc điều chế

trƣớc ở bộ phận chế hòa khí. Lúc này van thải đóng.

Chu kỳ 2 – Nén: Piston đi từ điểm chết dƣới đến điểm chết trên, nén hỗn

hợp (NL+KK), lúc này các van đóng lại để nén ép hỗn hợp (NL+KK). Khi bị

nén, áp suất tăng dẫn đến nhiệt độ tăng, chuẩn bị cho quá trình cháy tiếp

theo. Áp lực nén từ đến 12 kg/cm2 , nhiệt độ nằm trong khoảng 250oC -

350oC.

Chu kỳ 3 - Nổ: Khi piston lên đến điểm chết trên thì bugi đánh lửa đốt

cháy hỗn hợp (NL+KK), áp lực đạt đƣợc khoảng 30 - 40 kg/cm2 và nhiệt độ

tăng lên đến trên 2000oC. Khi cháy, nhiệt năng biến thành cơ năng đẩy piston

xuống điểm chết dƣới, đồng thời truyền chuyển động qua thanh truyền làm

chạy máy.

Hình 6.2 Mô hình động cơ 4 kỳ

Van xả

Xylanh

Van hút

Bugi

piston

Trục khuỷu

Điểm chết trên

Điểm chết dƣới

55

Chu kỳ 4 - Xả: Piston lại đi từ điểm chết dƣới lên điểm chết trên, đẩy sản

phẩm cháy qua van thải ra ngoài.

Khi piston bắt đầu đi xuống thì van hút lại mở ra và lại bắt đầu một chu

trinh trình mới.

Kỳ hút Kỳ nén Kỳ nổ Kỳ xả

Hình 6.3. Chu trình làm việc của động cơ 4 kỳ

Ngày nay, động cơ 4 kỳ đã trở thành loại động cơ hoạt động quan trọng

nhất và đang đƣợc áp dụng rộng rãi cho nhiều loại động cơ ôtô, xe máy khác

nhau.

Chu trình đƣợc hoàn thành trong bốn chu kỳ của piston, nhƣng bugi chỉ

mồi lửa một lần cho hai vòng quay của trục khuỷu.

Đa số các loại ôtô có 4 hoặc 6 xylanh. Tuy nhiên loại động cơ có 8 và 12

xylanh cũng đƣợc thiết kế cho các phƣơng tiện có tính năng cao.

4. Các yếu tố ảnh hƣởng đến tính chất cháy của nhiên liệu trong động cơ

xăng. Trị số octan.

4.1 Quá trình đốt cháy trong động cơ xăng:

Quá trình đốt cháy xăng trong động cơ xăng thƣờng trải qua 4 thì cơ bản:

hút, nén, nổ, xả. Đây là quá trình cháy cƣỡng bức, thực hiện nhờ tia lửa điện

của bugi. Quá trình này diễn ra trong xylanh rất nhanh, nhƣng không phải xảy

ra tức khắc trong toàn bộ thể tích của xylanh, mà bắt đầu cháy từ bugi, sau đó

lan truyền ra dần theo từng lớp mặt cầu lửa với tốc độ lan truyền bình thƣờng

từ 14 – 40 m/s. Để quá trình cháy ổn định, tạo ra áp suất hơi trong xylanh

đƣợc tăng đều đặn, phần hơi xăng bên ngoài cầu lửa chỉ đƣợc bắt cháy khi

mặt cầu lửa lan truyền đến.

Trong trƣờng hợp mặt cầu lửa chƣa lan truyền đến phần hơi xăng còn lại

đã tự bốc cháy do ảnh hƣỡng của nhiệt độ cao và áp suất cao trong xylanh,

toàn bộ hơi xăng trong xylanh sẽ bị bốc cháy tức khắc, với vận tốc lan truyền

nhanh đến 100 lần so với bình thƣờng, nghĩa là khoảng 1.400 – 4.000 m/s.

Kết quả là áp suất tăng vọt một cách đột ngột tạo ra sóng kích nổ, biểu hiện

56

thành tiếng gõ kim loại, tiếng va đập trong động cơ. Hiện tƣợng này đƣợc gọi

là hiện tƣợng cháy bị kích nổ. Trong trƣờng hợp đó, công suất của động cơ

không thể đạt đƣợc tối đa, trong khi tiêu hao xăng lại tăng, nhiệt độ lại bị tăng

quá mức, nhanh chóng làm hƣ các chi tiết động cơ nhƣ: piston, supap (van),

bugi và làm giảm tuổi thọ động cơ do sự va đập của sóng kích nổ. Do đó, yêu

cầu xăng dùng cho động cơ xăng là phải có tính chống kích nổ cao, và đây là

yêu cầu chủ yếu nhất, quan trọng nhất đối với xăng.

4.2. Trị số octan

Hiện tƣợng kích nổ liên quan chặt chẽ đến thành phần hóa học của xăng.

Những hydrocacbon mạch thẳng (n-parafin) dễ bị cháy kích nổ nhất, ngƣợc lại

những hydrocacbon parafin có mạch nhánh (iso-parafin) hoặc hydrocacbon

thơm, cháy không bị kích nổ.

Để đặc trƣng cho tính chống kích nổ của xăng, ngƣời ta dùng hỗn hợp

xăng nhân tạo gồm n-heptane và 2,2,4-trimethylpentane hoặc iso-octan làm

chuẩn so sánh. Khả năng chống kích nổ của n-heptan kém nhất quy ƣớc bằng

0, của iso-octan là cao nhất, quy ƣớc bằng 100. Khi muốn xác định tính kích

nổ của một loại xăng thực tế nào đó, phải pha trộn hỗn hợp xăng nhân tạo

gồm có n-heptan và iso-octan với tỷ lệ sao cho cƣờng độ kích nổ của nó

tƣơng đƣơng với cƣờng độ kích nổ của loại xăng thực tế cần xác định. Số

phần trăm % iso-octan trong hỗn hợp đƣợc gọi là trị số octan của nhiên liệu

tƣơng ứng.

Nhƣ vậy, trị số octan đặc trƣng cho khả năng chống kích nổ của nhiên

liệu trong động cơ. Trị số octan càng cao, tính chống kích nổ của xăng càng

cao.

n-heptane

2,2,4-trimethylpentane

Có hai phƣơng pháp để xác định trị số octan bao gồm:

- Phƣơng pháp nghiên cứu (RON – Research Octane Number)

- Phƣơng pháp môtơ (MON – Motor Octane Number).

Hai phƣơng pháp này khác nhau chủ yếu là điều kiện tiến hành đo trị số

octan, cụ thể là tốc độ quay của môtơ thử nghiệm:

- Theo RON: tốc độ quay của môtơ thử nghiệm là 600 vòng/phút.

- Theo MON: tốc độ quay của môtơ thử nghiệm là 900 vòng/phút.

57

Thông thƣờng cùng một mẫu xăng, trị số octan theo RON bao giờ cũng

cao hơn MON. Chính vì vậy khi nói đến trị số octan của một loại xăng nào đó,

phải phân biệt đó là RON hay MON. Trị số RON thể hiện đặc tính của động cơ

khi chạy trong thành phố, tốc độ chậm nhƣng lại hay thay đổi, tăng tốc độ đột

ngột. Trị số MON thể hiện đặc tính của động cơ khi chạy trên xa lộ có tốc độ

nhanh đều đặn, hoặc động cơ khi chở nặng. Hiệu số của hai trị số RON và

MON của một loại xăng là chỉ thị cho sự thay đổi đặc tính khi động cơ hoạt

động trong hai điều kiện nói trên, và đƣợc gọi là độ nhạy (sensivity) của xăng

đối với chế độ làm việc thay đổi của động cơ. Mức chênh lệch giữa RON và

MON càng thấp càng tốt.

Hiện nay, nhiều nƣớc có xu hƣớng sử dụng giá trị trung bình:

(RON+MON)/2 để đặc trƣng cho tính chống kích nổ của xăng, thay vì dùng

RON hay MON riêng rẽ.

Mỗi loại xăng khác nhau có khả năng chống kích nổ cũng khác nhau. Có

thể sắp xếp khả năng chống kích nổ của các hydrocacbon nhƣ sau:

Hydrocacbon thơm > olefin mạch nhánh > parafin nhánh > naphten có

nhánh > olefin mạch thẳng > naphten > parafin mạch thẳng > parafin mạch

thẳng lớn

Ngƣời ta thấy rằng:

- Các hydrocacbon phân tử nhỏ nhƣ parafin mạch nhánh, các aromat

chỉ cháy đƣợc sau khi điểm hoả, có nghĩa là loại này có khả năng

chống kích nổ tốt.

- Các n-parafin dễ dàng cháy ngay cả khi mặt cầu lửa chƣa lan truyền

tới, gây ra sự cháy kích nổ.

4.3. Trị số octan trên đƣờng

Trị số octan trên đƣờng là trị số octan đƣợc xác định trong động cơ xe

máy đang vận hành thực tế trên đƣờng. Khả năng chống kích nổ của một loại

nhiên liệu nào đó, ngoài sự phụ thuộc chủ yếu vào thành phần hydrocacbon,

còn phụ thuộc vào chế độ làm việc thực tế của động cơ, tức là xe đang chạy ở

tốc độ nhanh chuyển sang tốc độ chậm, ở những nơi đƣờng xấu phải phanh

gấp, thời tiết thay đổi đột ngột, v.v… thì hiện tƣợng cháy kích nổ có thể xảy ra.

Do vậy, ngoài việc đánh giá khả năng chống kích nổ của các hydrocacbon

trong nhiên liệu bằng phƣơng pháp MON hoặc RON, còn phải đánh giá khả

năng chống kích nổ của nhiên liệu bằng phƣơng pháp đo sự thay đổi trị số

octan theo chế độ làm việc, tức là theo sự khác nhau về tốc độ quay của động

cơ, gọi là trị số octan trên đƣờng.

58

Trị số octan trên đƣờng (ký hiệu là OR) đƣợc xác định theo công thức: OR

= RON -(Sa/2), trong đó: S là độ nhạy, tính bằng hiệu số giữa RON và MON; a

là hệ số (từ 4,6÷6,2) phụ thuộc vào tỷ số nén của động cơ.

Nhƣ vậy, loại nhiên liệu nào có độ nhạy càng thấp (tức là chênh lệch giữa

MON và RON càng ít), thì OR càng gần với RON. Nếu hai loại hydrocacbon có

cùng RON nhƣ nhau, nhƣng lọai nào có độ nhạy càng thấp sẽ có khả năng

chống lích nổ càng cao khi làm việc trong các chế độ thay đổi khác nhau; vì

vậy, iso-parafin có nhiều ƣu điểm hơn so với các olefin và hydrocacbon thơm.

4.4. Trị số octan theo phân đoạn cất R – 100oC

Xăng bao gồm nhiều thành phần hydrocacbon có sự khác biệt lớn về khả

năng chống kích nổ. Các hydrocacbon có nhiệt độ sôi thấp, trừ butan, iso-

pentan và benzen, sẽ có trị số octan thấp so với xăng nói chung.

Khi động cơ bắt đầu gia tốc mà tốc độ khởi điểm của nó thấp sẽ xảy ra

sự chia tách của xăng bị hóa hơi trong động cơ. Trong điều kiện nhƣ vậy, với

một khoảng thời gian ngắn, xylanh đƣợc nạp khá nhiều các thành phần

hydrocacbon có nhiệt độ sôi thấp, bốc hơi nhanh nhƣng lại thiếu các

hydrocacbon có nhiệt độ sôi cao (có khả năng chống kích nổ cao hơn). Hiện

tƣợng này dẫn đến sự kích nổ mà ta gọi đó là sự kích nổ ở tốc độ thấp, lý do

là khi động cơ làm việc ở chế độ này, lƣợng xăng đƣa vào xylanh ít và dẫn

đến phần lớn các cấu tử có nhiệt độ sôi thấp, vốn có trị số octan thấp trong

xăng. Mặc dù, sự kích nổ ở tốc độ thấp không gây ra bất cứ một trƣờng hợp

hƣ hỏng động cơ nào, nhƣng nó là loại kích nổ phổ biến nhất, rất dễ dàng

nhận biết ngay.

Một phƣơng pháp phân tích khả năng chống kích nổ của những phần có

nhiệt độ sôi thấp này đã đƣợc phát triển. Phƣơng pháp này bao gồm việc

chƣng cất mẫu và sau đó xác định RON của phần cất có khoảng nhiệt độ sôi

từ nhiệt độ sôi đầu đến 100oC. Trị số RON đƣợc xác định nhƣ vậy gọi là trị số

R -100oC của xăng.

Đối với xăng thƣơng phẩm, R-100oC luôn nhỏ hơn RON. Sự cách biệt

giữa RON và R-100oC gọi là RON. Giá trị này phụ thuộc vào thành phần của

xăng và thƣờng dao động trong khoảng từ 4-12 đơn vị. Đối với xăng thu đƣợc

từ quá trình cracking xúc tác do chứa nhiều iso-parafin nên chêch lệch RON

thấp, có nghĩa là trị số octan phân bố rất đồng đều trong các khoảng nhiệt độ

sôi của xăng. Còn xăng từ quá trình reforming xúc tác, trị số octan phân bố

không đồng đều do các hydrocacbon thơm, là các cấu tử có trị số octan cao

hầu nhƣ nằm ở phần có nhiệt độ sôi cao nên RON thƣờng cao.

59

5. Các biện pháp nâng cao trị số octan của xăng: Phụ gia và phƣơng

pháp hóa học

Bằng quá trình chƣng cất trực tiếp dầu thô sẽ thu đƣợc xăng thô, còn

đƣợc gọi là naphta mà thành phần chủ yếu của nó là các n-parafin, rất ít iso-

parafin và naphten. Phân đoạn xăng thô này có độ bốc hơi tốt, độ ổn định hoá

học cao, nhƣng lại có trị số octan thấp, trị số RON thƣờng từ 65-70 phụ thuộc

vào loại dầu thô, trong khi đó yêu cầu về trị số octan cho xăng động cơ phải

lớn hơn 70. Để nâng cao chất lƣợng của xăng, ngƣời ta sử dụng một số

phƣơng pháp sau đây để tăng trị số octan:

5.1 Phƣơng pháp dùng phụ gia

Trong phƣơng pháp này, phụ gia là các hoá chất đƣợc pha vào trong

xăng nhằm kiềm chế hiện tƣợng cháy bị kích nổ của các hydrocacbon trong

điều kiện các hydrocacbon này bị ôxy hóa bằng các giải pháp eter hóa hoặc

alcohol hóa để bão hòa ôxy trong hỗn hợp nhiên liệu, không để cho tiến trình

ôxy hóa xảy ra sâu sắc thêm. Các loại phụ gia sử dụng đƣợc chia ra làm hai

nhóm nhƣ sau:

Nhóm phụ gia có chì:

Hai hợp chất hữu cơ của chì đƣợc sử dụng nhiều nhất để làm phụ gia

cho xăng là tetrametyl chì – Pb(CH3)4 (TML) và tetraetyl chì Pb(C2H5)4 (TEL).

Thông thƣờng, ngƣời ta lựa chọn một trong hai chất trên cho một loại xăng

nhất định, ít khi dùng hỗn hợp của cả hai chất cùng một lúc.

Chì đƣợc cho vào xăng dƣới dạng các hợp chất hoá học với mục đích

chủ yếu để cải thiện trị số octan cho xăng. Với hàm lƣợng vừa đủ, các chất

phụ gia có tác dụng phá huỷ các hợp chất trung gian hoạt động không bền,

làm giảm nồng độ của nó trong không gian phía ngoài mặt cầu lửa để sự cháy

đƣợc điều hoà tốt hơn, không gây ra hiện tƣợng cháy bị kích nổ. Kết quả là trị

số octan của xăng đƣợc tăng lên. Cơ chế các phản ứng khi dùng phụ gia nhƣ

sau:

Hydrocacbon khi bị ôxy hoá sẽ tạo ra các chất hoạt động không bền:

R-CH3 + O2 R-CH2O-O-H

Chất phụ gia bị phân hủy dƣới áp suất và nhiệt độ cao trong xylanh:

Pb(C2H5)4 Pb + 2C2H5

Pb + O2 PbO2

Tác động của phụ gia bị phân hủy với các chất hoạt động không bền tạo

ra các chất bền không hoạt động:

t, oC

t, oC

60

R-CH2O-O-H + PbO2 R-CHO + PbO + H2O + ½ O2

Chất bền không hoạt động

Kết tủa ôxýt chì PbO sẽ bám trên thành xylanh, ống dẫn làm tắc nghẽn

đƣờng ống nhiên liệu và tăng độ mài mòn. Vì vậy, ngƣời ta cho thêm một số

chất khác nhƣ C2H5Br hoặc C2H5Cl để làm bay hơi PbO đƣa chúng ra ngoài.

Cơ chế các phản ứng nhƣ sau:

C2H5Br C2H4 + HBr

2HBr + PbO PbBr2 + H2O

Các sản phẩm của quá trình là PbBr2 và H2O đều là các chất lỏng, có

nhiệt độ sôi thấp, dƣới áp suất và nhiệt độ cao trong xylanh sẽ dễ dàng bốc

hơi, thải ra không khí và đây chính là nguyên nhân gây ra ô nhiễm môi trƣờng.

Hổn hợp các chất phụ gia có chì và các chất làm bay hơi PbO đƣợc gọi là

nƣớc chì. Nƣớc chì rất độc nên để phân biệt xăng có chì và xăng không chì,

ngƣời ta thƣờng nhuộm màu cho xăng để phân biệt và màu đỏ là màu đặc

trƣng cho xăng có chì.

Nhóm phụ gia không chì:

Nhƣ trên đã nói, các phụ gia có chì là khi pha vào xăng làm tăng trị số

octan (từ 6 đến 12 đơn vị). Tuy nhiên, do tính độc của chì và các yêu cầu bảo

vệ môi trƣờng nên từ những năm 1990 các nƣớc trên thế giới đã thực hiện

việc loại bỏ xăng có chứa phụ gia chì từng bƣớc. Châu Âu đã loại bỏ hoàn

toàn xăng chì vào năm 2000. Hiện nay, nhiều nƣớc đã áp dụng một số giải

pháp hữu hiệu nhằm thay thế cho chì theo hai hƣớng chính:

Tăng tỷ lệ xăng có trị số octan cao từ các quá trình chế biến sâu dầu thô

nhƣ: reforming, alkyl hoá, isomer hoá...khi pha trộn

vào nhiên liệu có trị số octan thấp. Hƣớng này cần

đầu tƣ lớn về mặt công nghệ và làm tăng giá thành

xăng thành phẩm.

Dùng các loại phụ gia không chứa chì, nhƣ

các hợp chất ôxy thay thế cho TEL nhƣ: Metanol,

Etanol, Metyl tert-Butyl Eter (MTBE), Etyl tert-Butyl

Eter (ETBE), tert-Amylmetyl Eter (TAME) ... Các

loại phụ gia này có giá thành tƣơng đối cao và gần đây xuất hiện thêm các lo

ngại về môi trƣờng, sức khỏe nên sẽ hạn chế sử dụng trong tƣơng lai.

Có thể thấy rõ trị số octan của một số phụ gia chứa ôxy điển hình trong

bảng sau:

Hình 6.4 Cấu trúc phân tử

MTBE

t, oC

61

Bảng 6.1. Trị số octan của một số phụ gia chứa ôxy

Phụ gia chứa ôxy RON MON

Mêtanol 127 ÷ 136 99 ÷ 104

Êtanol 120 ÷ 135 100 ÷ 106

Tert-Butanol (TBA) 104 ÷ 110 90 ÷ 98

Metyl tert-Butyl Eter (MTBE) 115 ÷ 123 98 ÷ 105

Etyl tert-Butyl Eter (ETBE), 110 ÷ 119 95 ÷ 104

Tert-Amylmetyl Eter (TAME) 111 ÷ 116 98 ÷ 103

Mêtanol / TBA (50/50) 115 ÷ 123 96 ÷ 104

Từ bảng trên ta thấy, trị số octan RON của MTBE khoảng 115÷ 123, do

đó hỗn hợp 15% MTBE trong xăng có trị số octan gốc là 87 sẽ tạo nên một

hỗn hợp có trị số RON nằm khoảng 92 – 92, làm tăng từ 4 đến 5 đơn vị octan,

tƣơng đƣơng với hàm lƣợng chì từ 0,1 đến 0,15 g/l.

Ở Việt Nam, từ khi quyết định không sử dụng xăng pha chì từ 1/7/2001,

vấn đề xác định loại phụ gia thích hợp phục vụ cho các đơn vị pha chế xăng

trong nƣớc từ nguồn condensate là cần thiết. Nhằm góp phần giải quyết vấn

đề này một số Trung tâm nghiên cứu công nghệ lọc hoá dầu đã nghiên cứu và

chế tạo thử nghiệm phụ gia pha chế xăng trên cơ sở chất nền là

Methylcyclopentandienyl Manganese Tricacbonyl (MMT). Đây là một hợp chất

hữu cơ chứa Manganes hiện đƣợc sử dụng phổ biến thay thế cho chì và đến

nay trên 30 quốc gia chấp nhận việc sử dụng phụ gia chứa MMT trong xăng,

đăc biệt là Canada đã sử dụng chất này trên 20 năm. Tại Mỹ cơ quan bảo vệ

môi trƣờng EPA cũng cho phép sử dụng chất này trong xăng.

5.2 Phƣơng pháp hoá học

Giải pháp pha trộn với các chất phụ gia có chứa ôxy để tăng trị số octan

của xăng chỉ là giải pháp tạm thời. Về lâu dài, giải pháp kinh tế nhất để tăng trị

số octan cho xăng là áp dụng các quá trình chế biến hoá học bằng công nghệ

lọc dầu tiên tiến nhất để chuyển các hydrocacbon mạch thẳng thành mạch

nhánh, hoặc thành hydrocacbon vòng no, vòng thơm có trị số octan cao. Các

công nghệ lọc dầu bao gồm các quá trình nhƣ: cracking xúc tác, reforming xúc

tác, alkyl hoá, isomer hóa,…

Cracking xúc tác: là quá trình bẻ gẫy mạch C-C của các hydrocacbon

trong phân đoạn nặng thành các sản phẩm nhẹ, tƣơng ứng với khoảng sôi

của các sản phẩm nhƣ xăng, kerosen, diesel. Quá trình này đƣợc thực hiện

dƣới tác dụng của xúc tác nên có tính chọn lọc cao, tạo ra nhiều cấu tử có trị

62

số octan cao trong xăng

n-C6H14 C4H8 + C2H6

Reforming xúc tác: là quá trình cấu trúc lại mạch phân tử của các

hydrocacbon dƣới tác dụng của nhiệt độ và xúc tác nhằm tạo ra các cấu tử để

sản xuất xăng có trị số octan cao, sản xuất hydrocacbon thơm và khí H2.

n-C7H16 iso-C7H16

n-C6H14 C6H6 + 4H2

Alkyl hoá: là quá trình đƣa thêm gốc alkyl (-R) vào phân tử chất hữu cơ,

chủ yếu bao gồm hai loại phản ứng là alkyl hoá alcan và alkyl hóa

hydrocacbon thơm. Ngƣời ta sử dụng phản ứng alkyl hóa alcan nhằm tạo ra

xăng có trị số octan cao. Từ các cấu tử ban đầu là khí C4H10 và C4H8 ta thu

đƣợc xăng iso-C8H18 có trị số octan là 100.

iso- C4H10 + C4H8 iso-C8H18

Isomer hoá: là quá trình nhằm biến đổi các hydrocacbon mạch thẳng

thành mạch nhánh. Quá trình này thƣờng áp dụng để nâng cao trị số octan

của xăng. Mặt khác, đây cũng là phƣơng pháp để tạo ra các cấu tử cao octan

pha vào xăng nhằm nâng cao chất lƣợng của xăng.

n-C4H10 iso- C4H10 iso- C4H8 MTBE

Trong phản ứng trên, isomer hóa n-butan thành iso-buten, là cấu tử ban

đầu để tổng hợp MTBE làm phụ gia để pha chế vào xăng.

6. Đánh giá chất lƣợng của xăng thƣơng phẩm dựa trên các tính chất

Để đánh giá chất lƣợng xăng ngƣời ta phải xác định gần 20 chỉ tiêu kỹ

thuật khác nhau, tuy nhiên đối với ngƣời sử dụng xăng thƣơng phẩm, một số

chỉ tiêu và tính chất đƣợc nói tới dƣới đây là đáng quan tâm nhất:

Trị số octan (Octane Number): Chỉ tiêu này đã đƣợc đề cập chi tiết

trong các phần trên. Cần nhắc lại rằng, về nguyên tắc trị số octan càng cao thì

xăng càng tốt, tuy nhiên đối với ngƣời sử dụng điều thiết yếu là phải sử dụng

xăng có trị số octan phù hợp với động cơ mà nhà sản xuất yêu cầu.

Ngƣời ta sử dụng máy đo trị số octan để kiểm tra chất lƣợng xăng

trƣớc khi đem cung ứng cho thị trƣờng.

Hàm lƣợng chì: Trong sản xuất ngƣời ta thƣờng pha thêm nƣớc chì làm

chất phụ gia để nâng cao tính chống kích nổ của xăng. Tuy nhiên, các hợp

chất chì vô cùng độc, gây tổn thƣơng cho hệ thần kinh trung ƣơng, nên hiện

nay trên cả nƣớc đã không còn lƣu hành xăng pha chì, mà thay vào đó là

xăng không pha chì. Hàm lƣợng chì trong xăng không pha chì qui định trong

CH3OH, xtác

H+, -H2

xúc tác, oC

xúc tác, oC

xúc tác, oC

63

TCVN 6776:2000 không đƣợc lớn hơn 0,013mg/lít.

Trong phòng thí nghiệm hàm lƣợng chì đƣợc xác định theo phƣơng pháp

ASTM – D.5059. Ngƣời ta dùng máy quang phổ huỳnh quang tia X để phát

hiện chì trong xăng không chì theo phƣơng pháp tiêu chuẩn này.

Thành phần chƣng cất: Nhiên liệu trong động cơ xăng phải có độ bốc

hơi tốt, thể hiện ở thành phần phân đoạn của chúng, đặc trƣng bởi nhiệt độ

bắt đầu bốc hơi, nhiệt độ kết thúc bốc hơi và nhiệt độ bốc hơi đƣợc 10%,

50%, 90% thể tích xăng khi chƣng cất.

Để dễ dàng khởi động khi động cơ còn nguội yêu cầu xăng ở 60-70oC

phải bốc hơi đƣợc 10% thể tích. Để đƣa động cơ vào chế độ chạy ổn định

hoặc tăng tốc cao, yêu cầu xăng ở 115-120oC phải bốc hơi đƣợc 50% thể

tích. Để xăng cháy hết hoàn toàn trong động cơ, yêu cầu xăng ở 180-190oC

phải bốc hơi đƣợc 90% và ở 195-200oC phải bốc hơi hết toàn bộ.

Xăng có nhiều thành phần nhẹ, nghĩa là ở nhiệt độ thấp hơn 60oC đã bốc

hơi trên 10% thể tích, đông cơ dễ khởi động nhƣng dễ tạo nút hơi trong ống

dẫn xăng khi máy nóng, làm gián đoạn việc cấp xăng gây ra tiếng nổ lụp bụp

hoặc có thể dẫn đến cháy máy.

Phƣơng pháp đánh giá thành phần cất đƣợc thực hiện theo tiêu chuẩn

ASTM – D.86.

Áp suất hơi bão hòa: là áp suất của pha hơi ở trạng thái cân bằng với

pha lỏng, nó là một đặc tính hóa lý quan trọng của nhiên liệu lỏng dể bay hơi.

Chỉ tiêu này ảnh hƣởng trực tiếp đến đặc tính khởi động của động cơ, khả

năng tạo nút hơi khi động cơ hoạt động, hao hụt do bay hơi trong bảo quản và

mức độ nguy hiểm do cháy. Áp suất hơi bão hòa càng cao thì khả năng bay

hơi càng mạnh. Ở nhiệt độ cao, thông thƣờng áp suất hơi bão hòa của xăng ô

tô không lớn hơn 13 psi (67 mmHg).

Phƣơng pháp xác định chỉ tiêu áp suất hơi bão hòa đối với xăng không

chì thực hiện theo tiêu chuẩn: ASTM – D.4953.

Hàm lƣợng lƣu huỳnh: Các nhóm hydrocacbon và các sản phẩm cháy

trong nhiên liệu có khả năng ăn mòn kim loại, sự ăn mòn còn do các tạp chất,

các hợp chất là axít bazơ tan trong nƣớc, hợp chất và nguyên tố lƣu huỳnh

trong xăng là các tác nhân gây ra ăn mòn lớn đến thiết bị, tác dụng với kim

loại làm tăng lƣợng cặn bám lại trong xylanh, xúpáp, bugi,... làm hƣ hại thiết

bị. Thông thƣờng trong xăng có rất ít axít naphtenic có mức ăn mòn kim loại

không đáng kể, ngƣợc lại axít tạo ra trong quá trình tồn chứa có mức ăn mòn

khá mạnh.

64

Khi cháy lƣu huỳnh kết hợp với ôxy tạo thành các hợp chất SO2, SO3 nếu

không có nƣớc chúng không có khả năng ăn mòn, nhƣng khi tan trong nƣớc

chúng tạo thành axít H2SO3, H2SO4 ăn mòn rất mạnh và còn thấm qua khe hở

của vòng găng làm dầu nhớn biến chất, kết quả là các chi tiết này bị ăn mòn

rất nhanh và cặn than ở buồng đốt tăng lên làm giảm công suất và hiệu suất

sử dụng động cơ. Ngoài ra, khí SO2, SO3 còn gây ra ô nhiễm môi trƣờng

thông qua khói thải của động cơ. Hàm lƣợng lƣu huỳnh trong xăng đƣợc tiêu

chuẩn TCVN 6776:2000 qui định là không vƣợt quá 0,15% khối lƣợng.

Phƣơng pháp xác định chỉ tiêu hàm lƣợng lƣu huỳnh đƣợc thực hiện

theo tiêu chuẩn ASTM – D1266 hoặc ASTM-D2622.

Hàm lƣợng hydrocacbon thơm: Các chất thơm (aromatic) tuy làm tăng

trị số octan, nhƣng lại làm tăng các chất cặn, khí thải, kể cả CO. Trong các

aromatic, benzen là chất gây ung thƣ nên phải đƣợc kiểm soát, tiêu chuẩn

TCVN 6776:2000 qui định hàm lƣợng benzen trong xăng không đƣợc vƣợt

quá 5% thể tích.

Trong phòng thí nghiệm, việc xác định hàm lƣợng benzen và toluen trong

xăng đƣợc thực hiện theo phƣơng pháp sắc ký khí ASTM.D3606-96 (TCVN

6073:2000).

Các hợp chất chứa ôxy trong xăng: Khi loại bỏ việc pha chì vào xăng,

ngƣời ta đã phát kiến việc pha một số hợp chất chứa ôxy để tăng trị số octan

của xăng đó là các loại alcol, ete nhƣ: mêtanol CH3OH, etanol C2H5OH, metyl

ter butyl ete CH3-O-C4H9 viết tắt là MTBE, metyl ter amyl ete CH3-O-C5H11 viết

tắt là MTAE...

Nhƣ đã đề cập trong phần Nhóm phụ gia không chì, các hợp chất trên

tham gia vào việc hạn chế hiện tƣợng cháy kích nổ trong động cơ xăng, chúng

không quá độc nhƣ tetraetyl chì. Tuy nhiên, việc sử dụng các hợp chất trên

cũng có hạn chế vì nhiệt lƣợng cháy của chúng thấp, áp suất hơi bão hòa quá

cao, một số chất dễ gây tách lớp trong xăng nếu có lẫn nƣớc. Do đó chỉ đƣợc

phép pha một lƣợng có giới hạn trong xăng.

7. Thị trƣờng

Trên thị trƣờng, ngƣời ta phân loại xăng theo trị số octan. Ở các nƣớc

phát triển, thƣờng có ba loại: xăng thƣờng, xăng cao cấp và xăng thƣợng

hạng (xăng super) nhƣng tùy theo mỗi nƣớc mà mức qui định trị số octan của

mỗi loại có khác nhau.

Xăng thƣờng: là xăng có trị số octan RON không lớn hơn 90 và đƣợc sử

dụng cho các động cơ xe tải, xe gắn máy có tỷ số nén từ 7-8,5. Ở các nƣớc

65

nhƣ Nga và Đông Âu (Ba lan, Hungary, Rumania,...); các nƣớc châu Á nhƣ

Trung Quốc, Singapore, Đài loan, Malaixia, Indonexia, Philipin xăng thƣờng có

RON = 80-86. Trong khi trƣớc đây, tại Mỹ và Tây Âu xăng thƣờng có RON =

90-92.

Xăng cao cấp: là loại xăng có trị số octan từ 93-100 đƣợc sử dụng thích

hợp cho các gắn máy và ôtô du lịch đời mới có tỷ số nén từ 8,8-10. Loại xăng

cao cấp RON 93-98 đƣợc sử dụng phổ biến ở Nga, Đông Âu, Châu Á, Châu

Phi và Mỹ La tinh. Các nƣớc G7 trƣớc đây cũng sản xuất loại xăng này, từ

những năm 80 của thế kỷ trƣớc đã chuyển sang dùng loại xăng có RON = 98-

100, tuy vậy loại xăng có RON = 93-98 vẫn gọi là xăng cao cấp.

Xăng thƣợng hạng: là loại có phẩm cấp cao hơn cả xăng cao cấp, dùng

cho các xe du lịch hạng sang, xe ôtô đua có tỷ số nén lớn hơn 10 có trị số

octan RON =101-103 nhƣ xăng thƣợng hạng Mỹ và xăng 5 sao của Anh.

Từ việc nghiên cứu thị trƣờng và để đáp ứng nhu cầu sử dụng của các

phƣơng tiện giao thông động cơ xăng hiện nay và trong tƣơng lai, các Công ty

xăng dầu trong nƣớc đang cung cấp cho thị trƣờng Việt Nam có 3 loại xăng

không chì có trị số octan RON 90, RON 92 và RON 95.

Dƣới đây là bảng các chỉ tiêu kỹ thuật và phƣơng pháp thử của các loại

xăng trên:

Bảng 6.2. Chỉ tiêu kỹ thuật và phƣơng pháp thử của các loại xăng

Stt Chỉ tiêu chất lƣợng sản phẩm

Phƣơng

pháp thử

theo ASTM

Mức qui định

Mogas

90

Mogas

92

Mogas

95

1 Trị số octan – Octane Number

Phƣơng pháp nghiên cứu RON D2699 Min 90 Min 92 Min 95

2 Hàm lƣợng chì, g/l D 5059-98 Max 0,013

3 Áp suất hơi bão hòa @ 37,8oC,

psi

D 323-99a 6 11,5

4 Ăn mòn lá đồng ở 50oC/3 giờ D 130-00 Max No-1

5 Hàm lƣợng lƣu huỳnh, %Wt D 4294-98 Max 0,15

6 Độ bền ôxy hóa, phút D525-00 Min 240

66

7 Thành phần chƣng cất:

- 10% thể tích, oC



Điểm sôi cuối, oC

Cặn + hao hụt, %V

D 86-00a

Max 70

Max 120

Max 190

Max 210

Max 2,0

8 Khối lƣợng riêng @ 15oC, kg/l D 1298-99 0,700 0,750

9 Hàm lƣợng nhựa thực tế,

g/100ml

D 381-00 Max 5,0

10 Hàm lƣợng benzen, % thể tích D 5580-00 Max 5,0

11 Màu sắc Quan sát Vàng Xanh

lá cây

Xanh

da trời

8. Thực hành: XÁC ĐỊNH ĐIỂM ANILIN – ASTM D 611


Phƣơng pháp này đƣợc áp dụng cho các mẫu nhiên liệu sáng màu nhƣ:

xăng, naphta, dung môi, DO,...


Sự có mặt của hydrocacbon thơm có trong xăng nâng cao tính chống

kích nổ của xăng, tuy nhiên nó làm tăng khuynh hƣớng dẫn đến tạo muội.

Việc nâng cao hàm lƣợng hydrocacbon thơm trong nhiên liệu phản lực làm

giảm khả năng sinh nhiệt của nó, làm kém đi tính bắt lửa và tăng khả năng tạo

muội. Vì thế hàm lƣợng hydrocacbon thơm có trong xăng và nhiện liệu phản

lực đã đƣợc giới hạn ở mức quy định (không quá 35% trong xăng máy bay và

22% trong nhiên liệu phản lực).


Một hỗn hợp gồm 2 thành phần là hỗn hợp hydrocacbon và anilin không

tan trong nhau chia thành 2 lớp, khi tăng nhiệt độ lên thì hỗn hợp trở thành

đồng nhất (tan hoàn toàn). Khi làm nguội từ từ, đến một nhiệt độ xác định nào

đó hỗn hợp lại bắt đầu phân lớp, biểu hiện bằng hiện tƣợng đục lên của dung

dịch. Nhiệt độ ứng với thời điểm xuất hiện hiện tƣợng đục này gọi là điểm

anilin.


8.4.1 Thiết bị - hoá chất

a. Thiết bị

67

Hình 6.5. Thiết bị kiểm tra điểm Anilin

Chú thích:

(1) - Núm điều chỉnh độ sáng của đèn

(2) - Núm điều chỉnh nhiệt độ của thiết bị gia nhiệt

(3) - Núm điều chỉnh tốc độ của motor khuấy

(4) - Mâm: giữ thiết bị chứa mẫu, nhiệt kế, cánh khuấy

(5) - Motor khuấy: giúp cánh khuấy hoạt động

(6) - Giá đỡ: giữ motor khuấy và mâm

(7) - Nút POWER

(8) - Cầu chì

(9) - Thiết bị gia nhiệt

(10) - Hai đầu cắm của đèn và motor

b. Hóa chất

Anilin nguyên chất

Mẫu sản phẩm dầu mỏ cần phân tích

8.4.2 Quy trình thực ngiệm

Đổ vào ống nghiệm chứa mẫu 6ml anilin và 6ml sản phẩm dầu mỏ ban

đầu. Lắp cánh khuấy, nhiệt kế và ống chứa mẫu vào hệ thống (nhƣ hình vẽ).

Chú ý lắp nhiệt kế sao cho bầu thủy ngân của nhiệt kế nằm giữa đƣờng phân

chia của hai chất lỏng anilin và sản phẩm dầu mỏ cần thử nghiệm. Bầu thủy

ngân không đƣợc chạm vào đáy cốc hoặc thành ống.

Sau khi lắp đặt hệ thống nhƣ chỉ dẫn, bật hệ thống gia nhiệt để nâng

68

nhiệt độ của cốc nƣớc đồng thời bật hệ thống cánh khuấy đến khi hỗn hợp

anilin và sản phẩm dầu mỏ hòa tan hoàn toàn (hệ trở nên đồng nhất).

Sau khi hệ trở thành đồng nhất, ngừng gia nhiệt để dung dịch nguội từ từ

trong khi vẫn khuấy trộn cho hệ đồng nhất. Trong quá trình hạ nhiệt độ đến

một thời điểm nào đó hỗn hợp bị vẫn đục. Đọc chính xác nhiệt độ ở thời điểm

này chính xác đến 0,1oC. Đó chính là điểm anillin.

Không tháo dụng cụ, tiếp tục lặp lại quá trình trên 3-4 lần, đến khi nhiệt độ

ghi nhận không lệch quá 0,2oC.


Giá trị điển anilin là giá trị trung bình cộng.

Từ điển anilin tính ra chỉ số Diesel theo công thức sau:

Từ chỉ số Diesel có thể suy ra chỉ số Cetan nhờ vào đƣờng cong thực

nghiệm hay công thức gần đúng sau:

Chỉ số Cetan = 0,77 chỉ số Diesel + 10


Độ lặp lại: Sai số giữa những kết quả thử nghiệm trên cùng điều kiện do

một ngƣời thao tác cho phép chỉ 1 trong 20 lần thử nghiệm.

Điểm Aniline của mẫu Độ lặp lại

Mẫu sạch, sáng màu 0,16oC

Mẫu tối màu 0,3oC

Độ tái lặp: Sai số giữa hai kết quả độc lập trên hai điều kiện máy móc,

con ngƣời khác nhau, cho phép 1 trong 20 thử nghiệm.

Sai số: Tùy thuộc vào khu vực thử nghiệm

Điểm Aniline của mẫu Độ tái lặp

Mẫu sạch, sáng màu 0,5oC

Mẫu tối màu 1,0oC

Chỉ số DieselĐiểm anilin(

oF) x Tỷ trọng (

oAPI)

100

69

BÀI 7. NHIÊN LIỆU PHẢN LỰC

Mã bài: HD B7

Giới thiệu

Nhiên liệu phản lực đƣợc dùng cho máy bay phản lực có sử dụng động

cơ kiểu tuốc bin khí. Yêu cầu nhiên liệu cho loại động cơ này có đặc tính hoàn

toàn khác với các nhiên liệu cho các động cơ thông thƣờng khác.


Học xong bàI này học viên sẽ có khả năng:

- Mô tả tính chất của nhiên liệu phản lực.

- Xác định các tiêu chuẩn chính của nhiên liệu phản lực nhƣ: Nhiệt

cháy,chiều cao ngọn lửa không khói trong PTN .

Nội dung chính

1. Động cơ phản lực

Hoàn toàn khác với động cơ đốt trong, khi động cơ phản lực bắt đầu làm

việc, luồng không khí đƣợc bơm hút vào ống hút khí với vận tốc tƣơng đƣơng

tốc độ máy bay. Không khí vào máy nén và đƣợc nén tới áp suất 3-5 atm,

đồng thời nóng lên đến 200 – 300 oC. Không khí nóng ở áp suất cao sẽ

chuyển vào buồng đốt hở, ở đó nhiên liệu đƣợc phun trực tiếp vào luồng

không khí này, bay hơi tạo thành hỗn hợp cháy. Sau đó tia lửa điện đƣợc bật

lên một lần, làm toàn bộ khối nhiên liệu bốc cháy hầu nhƣ ở áp suất thƣờng.

Hỗn hợp sau khi cháy sinh công rất mạnh ở tuabin và nhƣ vậy đã biến đổi nội

năng dòng khí thành công cơ học. Cơ năng nhận đƣợc trên trục tuabin dùng

để quay máy nén. Phần động năng quan trọng còn lại do hơi nhiên liệu cháy

đƣợc giãn nở ra và phụt mạnh theo ống dẫn khí ra ngoài, tạo ra một phản lực

rất lớn đẩy máy bay lao về phía trƣớc.

Nhiệt độ của hỗn hợp khí khi ra khỏi buồng cháy lên tới 850 – 900oC và

với vận tốc tới 160 – 200 m/s. Để giảm bớt nhiệt độ khí thải, ngƣời ta tăng

lƣợng không khí đƣợc dùng để đốt cháy hơi nhiên liệu lên gấp 3,5 – 4,0 lần

cần thiết.

70

Hình 7.1 Động cơ phản lực

Chú thích:

1. Lối vào của không khí hoặc ống hút khí

2. Máy nén không khí đƣa vào buồng đốt hở

3. Trục quay turbin

4. Buồng đốt chính nhiện liệu

5. Turbin chính để biến một phần động năng của dòng khí thành

chuyển động quay, làm quay turbin máy nén

6. Buồng đốt phụ nhiên liệu

2. Ảnh hƣởng của thành phần hóa học đến tính chất cháy của nhiên liệu

phản lực

Nhiên liệu dùng trong động cơ phản lực đƣợc sản xuất trên cơ sở phân

đoạn kerosen và phân đoạn naphta. Yêu cầu quan trọng của nhiên liệu phản

lực là cần phải có tốc độ cháy cao, dễ dàng tự bốc cháy, có nhiệt năng lớn,

cháy điều hoà, có ngọn lửa ổn định không bị tắt trong dòng không khí có tốc

độ xoáy lớn. Về yêu cầu này thì thành phần của nhiên liệu cần có nhiều n-

parafin mạch thẳng do chúng có nhiệt cháy cao hơn cả so với các loại

naphtenic và aromatic hydrocacbon.

Mặt khác, vì động cơ máy bay phản lực hoạt động trên cao, nhiệt độ môi

trƣờng rất thấp, để đảm bảo cho việc bơm nhiên liệu không bị tắc nghẽn, gián

đoạn, yêu cầu rất khắt khe là nhiên liệu phải có điểm đông đặc từ -40oC và

không có nƣớc lẫn trong nhiên liệu. Vì các máy bay phản lực đều hoạt động

trên cao, áp suất khí quyển giảm mạnh, để tránh tạo nút hơi do sự bốc hơi

quá nhanh trong ống dẫn, nhiên liệu phải có áp suất hơi nằm giữa 140 –

219g/cm2. Đứng về mặt này, các hydrocacbon naphtenic tỏ ra ƣu việt hơn.

1 2 3 4 5 6

71

Còn các n-parafin có phần tử lƣợng lớn dễ tạo tinh thể làm tắc vòi phun và

mất tính linh động, gây nguy hiểm cho máy bay.

Nhiệt năng khi đốt cháy các loại hydrocacbon giảm theo dãy sau:

Parafinic > Naphtenic > Aromatic

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

trọng là trong thành phần nhiên liệu phải đảm bảo sao cho khi cháy hoàn toàn

không tạo cặn cốc bám trong buồng đốt. Về mặt này sự có mặt của các

hydrocacbon aromatic gây ra sự tạo cốc dễ nhất, vì vậy trong thành phần

nhiên liệu động cơ phản lực phải hạn chế hàm lƣợng hydrocacbon aromatic ở

mức dƣới 20%. Mức độ tạo tàn và tạo cốc của các hydrocacbon sắp xếp theo

dãy sau:

Aromatic > mono-olefin > iso-parafin, naphten > n-parafin

Để đánh giá khả năng tạo cặn tạo cốc của nhiên liệu thƣờng dùng chỉ tiêu

chiều cao ngọn lửa không khói, đó là chiều cao tối đa của ngọn lửa không có

khói tính bằng mm, khi đốt nhiên liệu trong đèn dầu tiêu chuẩn. Chiều cao

ngọn lửa không khói càng cao chứng tỏ nhiên liệu cháy càng hoàn toàn.

Chiều cao càng thấp, khả năng tạo cặn cacbon càng lớn. Các n-parafin có

chiều cao ngọn lửa không khói cao nhất.

n-parafin > iso-parafin > naphten > aromat

Đối với nhiên liệu cho động cơ phản lực, yêu cầu tối thiểu của chiều cao

ngọn lửa không khói phải đạt từ 20 – 25 mm.

Nhƣ vậy, trong thành phần kerosen, parafin và naphten là các cấu tử

thích hợp nhất cho quá trình cháy trong động cơ phản lực, hàm lƣợng của

chúng nằm trong khoảng : với parafin từ 30 đến 60% ; với naphten từ 20 đến

45%.

Ngoài thành phần hydrocacbon, trong nhiên liệu phản lực còn có chứa

một số phụ gia nhƣ phụ giá chống oxy hoá, chống ăn mòn, chống đóng băng,

chống tĩnh điện, chống vi khuẩn và khử các hoạt tính của kim loại. Phụ gia của

nhiên liệu phản lực là một vấn đề rất quan trọng, đƣợc quy định trong tiêu

chuẩn Việt Nam TCVN 6426 :1998 đƣợc xây dựng trên cơ sở bản «Yêu cầu

chất lƣợng nhiên liệu hàng không dùng cho hệ thống hoạt động chung».

Về nguyên tắc, nhà cung cấp nhiên liệu phản lực phải nắm rõ đƣợc đầy

đủ các thông tin về sản phẩm do nhà máy lọc dầu cung cấp trƣớc khi quyết

định bổ sung phụ gia. Đồng thời các hóa nghiệm kiểm tra chất lƣợng nhiên

liệu cũng phải nắm rõ các thông tin này mới có thể kết luận nhiên liệu phù hợp

hay không.

72

Những thành phần không phải hydrocacbon chứa trong nhiên liệu đều có

ảnh hƣởng xấu đến tính chất sử dụng của nhiên liệu. Các hợp chất lƣu huỳnh

khi cháy tạo ra SO2, SO3 gây ăn mòn ở nhiệt độ thấp, đồng thời còn gây cặn

bám trong buồng đốt, chủ yếu là nến điện, vòi phun, tuye thoát sản phẩm

cháy, gây trở ngại cho quá trình. Các hợp chất chứa oxy, nhƣ phenol, axít

naphtenic đều làm tăng khả năng ăn mòn của các thùng chứa, ống dẫn nhiên

liệu. Các chất chứa nitơ làm cho nhiên liệu kém ổn định, biến màu. Kim loại

nặng, nhất là vândi, Nikel nằm trong sản phẩm cháy ở nhiệt độ cao, khi đập

vào tuabin chính sẽ gây ra ăn mòn và phá hỏng các chi tiết của tuabin, vì vậy

hàm lƣợng kim loại và tro trong nhiên liệu phải rất nhỏ, khoảng vài phần triệu.

3. Các tiêu chuẩn của nhiên liệu phản lực: Chiều cao ngọn lửa không

khói, nhiệt trị, tỷ trọng, độ linh động

Để đáp ứng những yêu cầu kỹ thuật của động cơ phản lực khi làm việc,

nhiên liệu phản lực phải đạt đƣợc các chỉ tiêu chất lƣợng là: tính chất bay hơi

thích hợp; nhiệt độ cháy cao, tính ổn định hóa học tốt, tính chống ăn mòn phù

hợp, tính lƣu chuyển tốt và đảm bảo an toàn chống cháy nổ.

Một số chỉ tiêu chính của loại nhiên liệu phản lực mà hiện nay đang sử

dụng tại Việt Nam đƣợc nêu trong bảng dƣới đây :

Bảng 7.1. Một số chỉ tiêu chính của loại nhiên liệu phản lực

STT Chỉ tiêu chất lƣợng sản phẩm

Phƣơng pháp

thử theo

ASTM

Mức qui định

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Khối lƣợng riêng ở 15 oC, kg/l

Hàm lƣợng lƣu huỳnh, %Wt

Nhiệt độ chớp cháy TAG, oC

Ăn mòn lá đồng ở 100 oC/ 2 giờ

Hàm lƣợng chất thơm, %V

Độ nhớt động học ở -20oC, cSt

Thành phần chƣng cất

- Điểm sôi cuối, oC

Chiều cao ngọn lửa không khói, mm

Nhiệt độ đông đặc, oC (độ linh

động)

D 1298-99

D1266-98

D 4294- 98

D 56-00

D 130-00

D1319-99

D 445-97

D 86-00 a

D 1322-97

D 2386-97

D 156-00

0,775 – 0,840

Max 0,3

Min 38

Max No 1

Max 22

Max 8,0

Max 300

Min 25

Max -47

Min 25

73

11

12

Màu sắc SAYBOLT

Nhiệt trị, MJ/kg

Tính dẫn điện

D 4809-95

D 2624- 95

Min 42,8

50 - 450

4. Các loại nhiên liệu phản lực khác nhau

Trên thế giới, phân loại và yêu cầu kỹ thuật đối với nhiên liệu phản lực

của các nƣớc rất khác nhau, đặc biệt ở khối châu Âu và Mỹ.

Dựa vào mục đích sử dụng, nhiên liệu phản lực đƣợc chia ra thành 02

nhóm chính là : Nhiên liệu phản lực dân dụng và Nhiên liệu phản lực dùng cho

quân sự.

4.1 Nhiên liệu phản lực dân dụng

Hai tổ chức đóng vai trò chủ chốt trong việc hình thành, duy trì và phát

triển các yêu cầu kỹ thuật cho nhiên liệu phản lực dân dụng là Hiệp hội thử

nghiệm và Vật liệu của Hoa kỳ (ASTM) và Bộ Quốc phòng Vƣơng quốc Anh

(MOD). Các đặc tính kỹ thuật của nhiên liệu phản lực do hai tổ chức này đƣa

ra rất giống nhau nhƣng không hoàn toàn đồng nhất.

Một số quốc gia khác cũng có những yêu cầu đặc biệt riêng cho nhiên

liệu phản lực, nhƣng những yêu cầu đặc biệt trên rất gần giống hoặc đồng

nhất hoàn toàn với những yêu cầu kỹ thuật hoặc của ASTM hoặc của MOD.

Đối với các nƣớc thuộc Liên Xô cũ và các nƣớc Đông Âu thì dựa trên

phân loại theo tiêu chuẩn ГOCT của Nga. Các chủng loại này khác hoàn toàn

với phân loại phƣơng tây tƣơng đƣơng và phân loại của Nga cũng không

đƣợc coi là phân loại bình thƣờng. Tuy nhiên, các nƣớc này thƣờng chấp

nhận loại Jet A1 và một số loại xăng bay khác.

Phân loại và đặc tính kỹ thuật của nhiên liệu phản lực dân dụng theo một

số tiêu chuẩn chính nhƣ sau:

ASTM D 1655: Theo quy định của tiêu chuẩn này ban hành năm 1997,

nhiên liệu phản lực dân dụng gồm: 02 loại có thành phần cất dựa trên gốc

kerosen (Jet A and Jet A-1) và 01 loại có thành phần cất rộng hơn nằm giữa

xăng máy bay và kerosen (Jet B). Nhiên liệu Jet A có nhiệt độ kết tinh cao -40 oC, trong khi Jet A1 có độ kết tinh thấp -47 oC và nó đang đƣợc sử dụng cho

tất cả các chuyến bay thƣơng mại nội địa ở Hoa Kỳ.

Tiêu chuẩn Defence Standard 91: Tiêu chuẩn này của Bộ Quốc phòng

Anh đƣợc duy trì theo yêu cầu của tiêu chuẩn DERD 2494 trƣớc đây cho

nhiên liệu Jet A-1. Đây là loại nhiên liệu đƣợc sử dụng cho hầu hết tất cả các

74

chuyến bay dân dụng ngoài lãnh thổ Hoa Kỳ và các nƣớc Liên Xô cũ. Có một

ít khác nhau về yêu cầu kỹ thuật giữa tiêu chuẩn DEF STAN 91-91 Jet A-1 và

ASTM D 1655 Jet A-1.

Tiêu chuẩn CGSB-3.22: là tiêu chuẩn chung cho nhiên liệu phản lực của

Canada, bao gồm cả nhiên liệu Jet B đƣợc sử dụng một phần tại Canada và

khu vực Alaska.

Tiêu chuẩn ГOCT 10227: là tiêu chuẩn của Nga cho nhiên liệu phản lực,

bao gồm cả nhiên liệu kerosene nhẹ loại TC-1 sử dụng tại các nƣớc thuộc

Liên Xô cũ và một phần các nƣớc Đông Âu cùng với các loại nhiên liệu phản

lực khác nhƣ T-1, T-2 và RT.

Tiêu chuẩn chung (Joint Checklist): ban hành bởi nhóm các công ty

dầu khí đa quốc gia vận hành hệ thống động cơ nhiên liệu phản lực. Nội dung

của tiêu chuẩn này kết hợp những yêu cầu của cả hai tiêu chuẩn ASTM D

1655 và DEF STAN 91-91 trong một tài liệu duy nhất.

Tiêu chuẩn của Hiệp hội vận tải hàng không thế giới (IATA): đã ban

hành «Tài liệu hƣớng dẫn sử dụng các loại nhiên liệu phản lực». Tài liệu này

bao gồm các yêu cầu kỹ thuật cho 04 loại nhiên liệu phản lực: 03 loại nhiên

liệu gốc kerosene (Jet A, Jet A-1, and TS-1) và 01 loại có thành phần cất rộng

hơn (Jet B). Jet A theo các yêu cầu của tiêu chuẩn ASTM, Jet A-1 theo các

yêu cầu của tiêu chuẩn chung (Joint Checklist), TS-1 theo các yêu cầu của

tiêu chuẩn ГOCT của Nga, và Jet B theo các yêu cầu của tiêu chuẩn CGSB

của Canada.

Yêu cầu kỹ thuật của nhiên liệu phản lực theo tiêu chuẩn ASTM 1655 –

1997 đƣợc chi tiết trong bảng sau:

Bảng 7.2. Yêu cầu kỹ thuật của nhiên liệu phản lực

Đặc tính kỹ thuật Jet A or

Jet A-1 Jet B

ASTM

P/pháp thử

Thành phần

- Axít tổng, mg KOH/g, max 0.10 – D 3242

- Hàm lƣợng chất thơm, % vol, max 25 25 D 1319

- Hàm lƣợng S mercaptan% KL, max 0.003 0.003 D 3227

- Hàm lƣợng lƣu huỳnh tổng,% KL, max 0.30 0.3 D 1266, D

1552

Đặc tính bay hơi

a/ Thành phần cất, ºC D 86

75

- 10%, max 205 –

- 20%, max – 145

- 50%, max Báo cáo 190

- 90%, max Báo cáo 245

- Điểm sôi cuối, max 300 –

- Cặn, max 1.5 1.5

- Hao hụt, max 1.5 1.5

b/ Điểm bắt cháy, ºC, min 38 – D 56 or D

3828

c/ Khối lƣợng riêng ở 15ºC, kg/m3 775-840 751-

802

D 1298

hoặc D

4052

d/ Áp suất hơi bão hoà ở 38ºC, kPa,

max

– 21 D 323 hoặc

D 5191

Tính chảy

- Điểm kết tinh, ºC, max -40 / -47 -50 D 2386, D

4305

- Độ nhớt ở –20ºC, mm2/giấy, max 8.0 – D 445

Tính cháy

- Nhiệt trị, MJ/kg, min 42.8 42.8 D 4529, D

3338

- Trị số độ sáng, min 45 45 D 1740

- Điểm khói, mm, min 25 25 D 1322

- Naphtalenes, % vol, max 3.0 3.0 D 1840

- Ăn mòn đồng , 2 giờ ở 100ºC, max No. 1 No. 1 D 130

Độ ổn định

- Nhiệt tụt áp bình lọc, mm Hg, max 25 25 D 3241

- Cặn ống, max Code 3 Code 3

Độ nhiễm bẩn

- Hàm lƣợng nhựa thực tế, mg/100 mL,

max

7 7 D 381

- Phản ứng với nƣớc ở bề mặt, max 1b 1b D 1094

Phụ gia

Độ dẫn điện, pS/m (10-12 -1 m-1) 450 450 D 2624

Hiện nay ở Việt Nam sử dụng loại nhiên liệu phản lực theo tiêu chuẩn

76

quốc tế nên các đặc tính kỹ thuật chính của nhiên liệu phản lực theo tiêu

chuẩn Việt Nam TCVN 6426 :1998 cũng dựa trên tiêu chuẩn ASTM 1655 –

1997.

Bảng 7.2. So sánh tính chất của một số loại nhiên liệu phản lực dân dụn

Nhiên liệu Jet A Jet A-1 TC-1 Jet B

Tiêu chuẩn

Đặc tính kỹ thuật

ASTM

D 1655

DEF

STAN

91-91

ГOCT

10227*

CGSB-

3.22

- Aromatics, % vol, max 25 25.0 22 (% KL) 25.0

Thành phần, ºC:

- Điểm sôi ban đàu – Báo cáo 150 Báo cáo

- 10%, max 205 205 165 Báo cáo

- 50%, max Báo cáo Báo cáo 195 Min 110;

Max 190

- 90% , max Báo cáo Báo cáo 230 245

- Điểm sôi cuối 300 300 250 Báo cáo

- Áp suất hơi, kPa, max – – – 21

- Điểm bắt cháy, ºC, min 38 38.0 28 –

- Khối lƣợng riêng ở 15ºC, kg/m3 775 –

840

775 –

840 – 750-801

- Khối lƣợng riêng ở 20ºC, kg/m3,

min – – 775 –

- Điểm kết tinh, ºC, max – 40 – 47.0 – – 51

- Điểm sƣơng, ºC, max – – – 50 –

- Độ nhớt ở – 20ºC, mm2/giấy,max 8 8.0 – –

- Độ nhớt ở 20ºC, mm2/giây,min – – 1.25 –

- Độ nhớt ở – 40ºC, mm2/giây,max – – 8.0 –

* Một số phƣơng pháp thử của tiêu chuẩn ГOCT hoàn toàn khác so với

phƣơng pháp đã sử dụng, nên giá trị của những đặc tính này không thể so

sánh trực tiếp đƣợc.

4.2 Nhiên liệu phản lực dùng cho quân sự:

Do sự khác nhau của hệ thống vận hành và cung ứng nhiên liệu phản lực

dùng trong dân dụng và trong quân sự và do yêu cầu của các động cơ phản

lực quân sự cần hiệu suất làm việc cao nên Chính phủ Hoa Kỳ và một số quốc

77

gia khác vẫn duy trì các yêu cầu kỹ thuật riêng cho các loại nhiên liệu phản lực

dùng trong quân sự.

Các thông số kỹ thuật của một số loại nhiên liệu phản lực dùng trong

quân đội Mỹ đƣợc đề cập trong bảng sau:

Bảng 7.3. Các thông số kỹ thuật của một số loại nhiên liệu phản lực dùng

trong quân đội Mỹ

Loại

nhiên

liệu

Năm

đƣa

vào

sử

dụng

Thành

phần cất

Ấp

suất

hơi

bảo

hoà

(Reid),

psi

Điểm

đông

đặc

ºC

max

Điểm

bắt

cháy

ºC

min

Ghi chú

JP-1 1944 kerosene – 60 43 Không sử dụng nữa

JP-2 1945 Rộng = 2 – 60 Không sử dụng nữa

JP-3 1947 Rộng 5 - 7 – 60 Không sử dụng nữa

JP-4 1951 Rộng

2 - 3 – 72 Dùng trong Không

quân

JP-5 1952 kerosene – 46 60 Dùng trong Hải quân

JP-6 1956 kerosene – 54 Chƣơng trình XB-70,

Không sử dụng nữa

JPTS 1956 kerosene – 53 43 Độ bền với nhiệt cao

JP-7 1960 kerosene – 43 60 Độ bay hơi thấp, độ

bền với nhiệt cao

JP-8 1979 kerosene – 47 38 Dùng trong không quân

JP-

8+100

1998 kerosene – 47 38 Dùng trong không

quân, nhiên liệu có

chứa chất phụ gia tăng

độ bền với nhiệt cao

JP (Jet Propulsion) – nghĩa là đẩy bằng phản lực.

Theo bảng trên, hai loại nhiên liệu đƣợc sử dụng rộng rãi hiện nay trong

quân sự tại Hoa Kỳ là: JP-5 dùng trong Hải quân và JP-8 dùng trong Không

quân. Cả hai đều có thành phần cất dựa trên phân đoạn kerosene. Sự khác

nhau chủ yếu giữa chúng là điểm bắt cháy, mặc dù có những tính chất nhỏ

78

khác nhau. Nhiệt độ bắt cháy nhỏ nhất của JP-8 là 38°C, trong khi của JP-5 là

60°C. Nhiệt độ này của JP-5 cao hơn làm cho việc vận chuyển nhiên liệu bằng

các máy bay vận tải đƣợc an toàn hơn.

Điểm khác nhau chủ yếu giữa nhiên liệu phản lực dùng trong quân sự và

trong dân dụng là việc sử dụng các chất phụ gia. Thực tế, hai loại nhiên liệu

JP-8 và Jet A-1 rất giống nhau.

5. Thực hành: XÁC ĐỊNH CHIỀU CAO NGỌN LỬA KHÔNG KHÓI - ASTM

D1322


Phƣơng pháp này đƣợc dùng xác định chiều cao ngọn lửa không khói

của nhiên liệu phản lực, nó có liên quan đến việc xác định chỉ số luminometer.

5.2 Mục đích ý nghĩa

Phƣơng pháp kiểm tra này cung cấp cho ta tính chất tạo khói của nhiên

liệu phản lực.

Chiều cao ngọn lửa không khói có liên quan đến thành phần các hợp chất

hyđrocacbon trong nhiên liệu. Thông thƣờng nhiên liệu có chứa nhiều

aromatic thì tạo nhiều khói hơn. Một nhiên liệu có chiều cao ngọn lửa không

khói cao thì có xu hƣớng tạo ít khói.

Chiều cao ngọn lửa không khói có liên quan đến khả năng chuyền nhiệt

bằng bức xạ trong buồng đốt của nhiên liệu.


Mẫu đƣợc đốt bằng bấc đèn kín, nó đƣợc hiệu chỉnh bằng hỗn hợp

hydrocacbon đã biết trƣớc chiều cao ngọn lửa không khói.

Chiều cao cực đại của ngọn lửa khi kiểm tra mẫu nhiên liệu mà không tạo

khói gọi là chiều cao ngọn lửa không khói (smoke point) và có đơn vị là mm.


5.4.1 Thiết bị - hóa chất

79

Hình 7.2 Hệ thống quan sát chiều cao ngọn lửa

Hình 7.3 Thiết bị đo chiều cao ngọn lửa không khói

80

Chú thích

(1) - Ống khói

(2) - Thƣớc đo

(3) - Hê thống lắp đèn

(4) - Lỗ thoát khí

(5) - Núm điều chỉnh

5.4.2 Chuẩn bị mẫu và dụng cụ

Đặt đèn ở nơi dễ thao tác, tiến hành vệ sinh các lỗ thông khí trên thân

đèn.

Bấc phải đƣợc làm khô khoảng 0,5 giờ ở 100 – 110oC và bảo quản trong

bình hút ẩm đến khi sử dụng.

Mẫu có thể để ở điều kiện nhiệt độ bình thƣờng, nếu mẫu quá bẩn thì

phải lọc trƣớc khi kiểm tra.

5.4.3 Hiệu chỉnh dụng cụ

Dụng cụ phải đƣợc hiệu chỉnh trƣớc khi sử dụng, sử dụng hai mẫu chuẩn

có chiều cao ngọn lửa không khói gần nhau để xác định hệ số hiệu chỉnh.

Hệ số hiệu chỉnh = [(As/Ad) + (Bs/Bd)]/2

Trong đó:

As – chiều cao ngọn lửa không khói tiêu chuẩn của mẫu 1

Ad – chiều cao ngọn lửa không khói đo đƣợc của mẫu 1

Bs – chiều cao ngọn lửa không khói tiêu chuẩn của mẫu 2

Bd – chiều cao ngọn lửa không khói đo đƣợc của mẫu 2


Nhúng một phần của bấc đèn đã đƣợc sấy khô vào mẫu, phần chiều dài

đọan bấc đƣợc nhúng vào mẫu không ngắn hơn 125mm. Có thể nhúng lại

phần đầu của bấc vào mẫu sau khi đã lắp bấc đèn vào ống chứa bấc.

Trong trƣờng hợp cần độ chính xác cao thì nên dùng bấc mới.

Cho 20ml mẫu đã chuẩn bị sẵng ở nhiệt độ phòng vào bình chứa mẫu đã

đƣợc làm khô và làm sạch.

Đặt ống chứa bấc lên bình chứa mẫu và gắn chặt vào thân. Mở van xả ở

bình chứa mẫu nhiên liệu. Kéo cho bấc thẳng đứng và cắt phần đầu của bấc

sao cho đọan bấc còn lại nhô ra khoảng 6mm. Đặt hệ thống trên vào bên

trong đèn.

Tiến hành đốt đèn và điều chỉnh chiều cao ngọn lửa khoảng 10mm, duy

trì trong 5 phút. Tăng dần chiều cao ngọn lửa cho đến khi xuất hiện khói ở

đuôi, sau đó giảm từ từ chiều cao ngọn lửa cho đến lúc không còn khói. Ghi

81

nhận giá trị chiều cao ngọn lửa.

Lặp lại thí nghiệm trên 3 lần, nếu các giá trị giữa các lần đo khác nhau

quá 1,0mm thì phải thay bấc mới và tiến hành đo lại.

Sau khi đo xong, lấy bình chứa mẫu ra khỏi đèn, rửa với naphtha và thổi

sạch bằng không khí chuẩn bị cho lần đo kế tiếp.


Kết quả trung bình của 3 lần đo chỉ cho phép sai số với các lần đo không

quá 0,1mm.

Kết quả báo cáo chính xác phải đƣợc hiệu chỉnh với hệ số hiệu chỉnh và

có đơn vị là mm.



một ngƣời thao tác cho phép chỉ 1 trong 20 lần thử nghiệm là không lặp lại.


con ngƣời khác nhau, cho phép 1 trong 20 trƣờng hợp.

82

BÀI 8. DẦU HỎA DÂN DỤNG

Mã bài: HD B8

Giới thiệu

Dầu hoả dân dụng (theo tên gọi cũ là dầu hoả thắp sáng) là một sản

phẩm dầu mỏ đƣợc sử dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày. Nội dung của

bài học này sẽ cung cấp những thông tin về tính chất, ứng dụng của dầu hoả

dân dụng, đồng thời giúp ngƣời học có kiến thức cơ bản để xác định các chỉ

tiêu chính của dầu hoả dân dụng.



- Mô tả tính chất và ứng dụng của dầu hoả.

- Xác định các chỉ tiêu chính của dầu hoả nhƣ: Nhiệt cháy, chiều cao

ngọn lửa không khói. Màu sắc v.v.. trong PTN hóa dầu.

Nội dung chính

1. Thành phần hóa học

Dầu hỏa dân dụng đƣợc sản xuất từ phân đoạn kerosen, với khoảng

cách nhiệt độ sôi từ 200- 310 oC. Thành phần của dầu hoả dân dụng bao gồm

các hydrocacbon với mạch cacbon trong phân tử từ C12 đến C15.

Đặc tính quan trọng nhất của dầu hỏa là chiều cao ngọn lửa không khói,

đặc tính này có liên quan đến thành phần hóa học của dầu hỏa, dầu nhiều

hydrocacbon thơm, thì chiều cao ngọn lửa không khói thấp, ngọn lửa đỏ, tạo

nhiều muội và tàn bám ở tim đèn. Dầu nhiều hyrocacbon parafinic ngọn lửa

sáng đẹp, chiều cao ngọn lửa không khói dài, theo yêu cầu kỹ thuật của nhiên

liệu chiều cao ngọn lửa không khói của dầu hỏa dân dụng phải đạt tối thiểu là

20 mm. Nếu trong nhiên liệu chứa nhiều lƣu huỳnh, không những gây độc hại

trực tiếp cho ngƣời sử dụng mà còn làm cho bóng đèn mờ đi, không đảm bảo

cƣờng độ chiếu sáng của ngọn lửa.

2. Cách xác định các chỉ tiêu đặc trƣng.

Dầu hoả dân dụng phải đáp ứng đƣợc những tiêu chuẩn quy định nhƣ

thành phần cất, thành phần hoá học, màu sắc, chiều cao ngọn lửa không khói,

nhiệt độ bắt cháy, điểm đông đặc, hàm lƣợng lƣu huỳnh,…

Sau đây là một số chỉ tiêu kỹ thuật đặc trƣng, ý nghĩa của nó và các

phƣơng pháp xác định các chỉ tiêu ấy:

Thành phần cất: Thành phần cất phản ánh độ hoá hơi của các loại

83

hydrocacbon có trong dầu hoả. Nếu nhiệt độ sôi ở các phần cất cao thì dầu

hoả khi cháy sẽ tạo thành than ở đầu bấc, bấc sẽ bị tắc do axít naphthenic

đọng lại, vì vậy lƣợng dầu lên bấc sẽ bị giảm và làm cho ngọn lửa khi cháy bị

yếu đi. Tuy nhiên, nếu dầu hoả có giới hạn về nhiệt độ thấp thì cũng có hại vì

rất dễ cháy và gây ra hoả hoạn, dễ bay hơi nên gây ra hao hụt trong khi vận

chuyển và bảo quản.

Thành phần cất của dầu hoả đƣợc kiểm tra, đánh giá bằng phƣơng

pháp tiêu chuẩn ASTM-D.86 và thƣờng đƣợc quy định nhiệt độ sôi ở 10%

và nhiệt độ cuối.

Màu sắc: Màu sắc cho chúng ta biết độ sạch của sản phẩm. Để xác định

màu sắc của dầu hoả cần dùng phƣơng pháp thử đo màu Saybolt. Đây là một

trong những đặc tính quan trọng của dầu hoả.

Việc đo màu Saybolt đƣợc tiến hành theo tiêu chuẩn ASTM-D.156.

Hàm lƣợng lƣu huỳnh: Lƣu huỳnh là một chất gây ăn mòn phá hỏng

các bể chứa và dụng cụ đốt đèn. Do dầu hoả đƣợc sử dụng trực tiếp để thắp

đèn, lƣu huỳnh khi cháy bốc hơi sẽ trực tiếp gây hại đến sức khoẻ con ngƣời.

Để đảm bảo khi thắp sáng đèn lƣu huỳnh cháy không có hại, lƣợng lƣu huỳnh

trong dầu hoả phải thấp hơn 0,3%.

Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng lƣu huỳnh thƣờng đƣợc tiến hành

theo tiêu chuẩn ASTM-D.1266.

Chỉ tiêu kỹ thuật về định tính đối với lƣu huỳnh mercaptan: Chỉ tiêu

này đƣợc đƣa ra nhằm loại bỏ những phản ứng phụ không mong muốn và

giảm mức tối đa mùi hôi không dễ chịu.

Chỉ tiêu này đƣợc xác định bằng phƣơng pháp thử ASTM-D.4952.

Chiều cao ngọn lửa không khói: Đặc tính này cho biết khả năng cháy

đều, sáng trắng, không muội của dầu hoả. Chiều cao ngọn lửa không khói

thƣờng quy định không thấp hơn 20 cm.

Chiều cao ngọn lửa không khói đƣợc xác định bằng phƣơng pháp thử

ASTM-D.1322.

Độ nhớt động học: Chỉ tiêu kỹ thuật này cho biết khả năng chảy và bôi

trơn của dầu hoả. Độ nhớt động học đƣợc xác định ở nhiệt độ 40oC và theo

phƣơng pháp thử ASTM-D.455.

Điểm chớp cháy: Chỉ tiêu kỹ thuật này cho biết về hiểm hoạ cháy và là

cơ sở về mức nhiệt độ để bảo quản, tồn chứa và sử dụng dầu hoả. Điểm

chớp cháy đƣợc xác định bằng phƣơng pháp thử ASTM-D.93.

84

3. Tiêu chuẩn của dầu hoả dân dụng

Trên thế giới, mỗi quốc gia đều có tiêu chuẩn của dầu hoả dân dụng riêng

áp dụng cho quốc gia mình. Sau đây là tiêu chuẩn về dầu hoả dân dụng của

một số nƣớc :

3.1 Tiêu chuẩn của Hoa Kỳ

Dựa vào hàm lƣợng lƣu huỳnh, theo tiêu chuẩn ASTM-D.3699-90, dầu

hoả dùng để thắp sáng đƣợc chia ra làm 02 loại : 1-K ; 2-K. Chi tiết xem bảng

dƣới đây:

Bảng 8.1. Yêu cầu chất lƣợng dầu hỏa

Các chỉ tiêu chất lƣợng Phƣơng pháp

thử

Mức yêu

cầu

Điểm chớp cháy cốc kín, oC, min ASTM-D.56 38


- Điểm cất 10% thể tích, oC, max

- Điểm sôi cuối, oC, max

ASTM-D.86

205

300

Độ nhớt động học ở 40oC,cSt : min/max ASTM-D.445 1,0 / 1,9

Hàm lƣợng lƣu huỳnh, % KL, max

- Loại 1-K / Loại 2-K

ASTM-D.1266

0,04 / 0,30

Lƣu huỳnh mercaptan, % KL, max ASTM-D.3227 0,003

Ăn mòn lá đồng ở 100 oC, 3 giờ, max ASTM-D.130 No3

Điểm đông đặc, oC, max ASTM-D.2386 -30

Màu sắc SAYBOLT ASTM-D.156 +16

Loại dầu hoả dùng cho bếp nấu không ống khói có hàm lƣợng lƣu huỳnh

S thấp (max : 0,04%). Loại dùng cho bếp nấu dạng có ống khói, có hàm lƣợng

lƣu huỳnh cao hơn (max : 0,30%). Điểm cất 10%, max =205 oC và điểm cất

cuối, max = 300 oC.

3.2 Tiêu chuẩn của Nga

Dầu hoả của Nga đƣợc phân thành 5 loại : KO-20, KO-22, KO-25, KO-30

và loại KO đƣợc chế biến từ dầu thô có nhiều lƣu huỳnh.

Các loại khác nhau chủ yếu về tỉ trọng (từ 790 – 840 kg/m3), màu sắc,

thành phần cất (điểm sôi cuối từ 280 oC đến 310 oC) và hàm lƣợng lƣu huỳnh

S (từ 0,05 đến 0,1%), chiều cao ngọn lửa không khói (từ 20 đến 24 mm). Dầu

hoả thắp sáng theo tiêu chuẩn Nga ГOCT 4753-68 cụ thể đƣợc nêu trong

bảng sau :

85

Bảng 8.2. Yêu cầu chất lƣợng dầu hỏa theo Nga

Các chỉ tiêu chất lƣợng

Mức yêu cầu KO từ

dầu hoả

giàu lƣu

huỳnh

KO-30 KO-

25

KO-22 KO-20

Khối lƣợng riêng ở 20 oC, g/cm3,

max

0,790 0,795 0,805/

0,80

0,800 -

Thể tích cất tại :

- 200 oC, % thể tích, min

- 270 oC, % thể tích, min

25

-

20

-

25

-

-

80

-

-

Điểm cất tại 70%, oC, max

tại 98%, oC, max

Điểm cất cuối, oC, max

-

-

280

-

-

290

-

310

-

270

300

-

Màu, đơn vị quy ƣớc, max 1,0 2,0 2,2/

2,0

3,0 2,8

Chiều cao ngọn lửa không khói,

mm, min

30 25 22/24 20 24

Điểm chớp cháy cốc kín, oC, min 48 - - - 40

Điểm đục, oC, max -15 -15 -15 -12 -12

Độ axít mg KOH/100 ml, max 1,3 1,0 1/1,3 1,3 1,0

Hàm lƣợng tro, %KL, max 0,003 0,002 0,003/

0,002

0,005 0,004

Hàm lƣợng lƣu huỳnh, % KL,

max

0,10 0,04 0,05/

0,04

0,10 0,10

Hàm lƣợng kiềm tan trong

nƣớc, tạp cơ học và nƣớc

Không

có

Khôn

g có

Không

có

Không

có

Không có

Phép thử tấm đồng Đạt

đƣợc

Đạt

đƣợc

Đạt

đƣợc

Đạt

đƣợc

Đạt đƣợc

3.3 Tiêu chuẩn của Việt Nam

Năm 1997, Việt Nam đã ban hành tiêu chuẩn dầu hoả dân dụng : TCVN

6240 :1997. Tiêu chuẩn này tƣơng đƣơng với loại 2-K của Hoa Kỳ và đƣợc

nêu trong bảng sau:

86

Bảng 8.3. Yêu cầu chất lƣợng dầu hỏa Việt Nam

Các chỉ tiêu chất lƣợng Phƣơng pháp thử Mức yêu

cầu

Điểm chớp cháy cốc kín, oC, min ASTM-D.93/TCVN

2693-90

38


- Điểm cất 10% thể tích, oC, max

- Điểm sôi cuối, oC, max

TCVN 2698-95

205

300

Hàm lƣợng lƣu huỳnh, % KL, max ASTM-D.129/TCVN

2708-78

0,3

Độ nhớt động học ở 40oC,cSt :

min/max

ASTM-D.445 1,0 - 1,9

Định lƣợng lƣu huỳnh mercaptan ASTM-D.4952 Âm tính

Ăn mòn lá đồng ở 100 oC, 3 giờ, max ASTM-D.130/TCVN

2694-95

No3

Chiều cao ngọn lửa không khói, mm,

max

ASTM-D.1322 20

Màu sắc SAYBOLT ASTM-D.156 +16

4. Các lĩnh vực ứng dụng.

Dầu hỏa dân dụng là loại nhiên liệu gồm các loại dầu đốt chủ yếu dùng

trong sinh hoạt để đun nấu, thắp sáng. Nó đƣợc sử dụng làm nhiên liệu cho

một số loại bếp lò xách tay cho khách du lịch và ở một số quốc gia đang phát

triển.

Nhƣ một nhiên liệu để đun nóng, dầu hoả dân dụng đƣợc sử dụng làm

nguồn nhiệt hỗ trợ dự phòng trong những trƣờng hợp khẩn cấp xảy ra do việc

thiếu cẩn trọng của những ngƣời sử dụng. Không nên dùng các thiết bị gia

nhiệt xách tay sử dụng dầu hoả làm nhiên liệu trong nhà không có ống khói vì

khí thải CO2 thoát ra rất độc.

Đôi khi dầu hoả dân dụng đƣợc dùng làm chất hoà tan trong công nghiệp

sản xuất lắc, vải dầu.

Khi sử dụng dầu hoả dân dụng để thắp sáng hoặc đun nấu, yêu cầu cơ

bản là cháy với ngọn lửa sáng trắng và đều, không có màu vàng, không có

khói muội và mùi khét, tích than rất ít trên bấc đèn, khi cháy tim đèn giảm từ từ

(không quá 13% trong 9 phút), dầu phải đƣợc dẫn lên bấc nhanh.

87

5. Thực hành: XÁC ĐỊNH ĐIỂM CHỚP CHÁY CỐC KÍN - ASTM D 56


Phƣơng pháp xác định điểm bắt cháy cốc kín của sản phẩm dầu mỏ bằng

thiết bị cốc kín Pensky-Martens, áp dụng cho khoảng nhiệt độ 40 – 3600C.

Quy trình này áp dụng cho nhiên liệu chƣng cất: diesel, dầu hoả, nhiên

liệu turbin, dầu nhờn mới và các chất lỏng dầu mỏ đồng nhất.


Dùng để phát hiện các chất dễ bay hơi và dễ cháy nhiễm trong các sản

phẩm dầu mỏ. Nó đánh giá hàm lƣợng các cấu tử nhẹ có trong các mẫu sản

phẩm, từ đó áp dụng vào vấn đề bảo quản, vận chuyển và bảo đảm an toàn.


Mẫu trong cốc thử đƣợc gia nhiệt ở tốc độ quy định. Khi đƣa ngọn lửa

mồi tiêu chuẩn trực tiếp vào bề mặt các mẫu ở các khoảng thời gian đều đặn.

Nhiệt độ chớp cháy là nhiệt độ thấp nhất mà tại đó hơi của mẫu trên bề

mặt cốc thử chớp cháy khi có mồi lửa tiêu chuẩn đƣợc đƣa vào.

5.4 Thiết bị – hóa chất

a. Thiết bi

Hình 8.1. Thiết bị xác định nhiệt độ chớp cháy cốc kín

(1) - Ngọn lửa mồi (6) - Đĩa gia nhiệt

(2) - Lỗ cắm nhiệt kế (7) - Công tắc gia nhiệt

88

(3) - Ống dẫn nƣớc (8) - Ống dẫn gas

(4) - Nắp đậy (9) - Nút điều khiển ngọn lửa mồi

(5) - Bình điều nhiệt (10) - Nút gia nhiệt

b. Hóa chất

Bếp gia nhiệt

Cốc chứa mẫu

Bình gas

Dầu D.O

Kerosel

Axêton

5.4.1 Qui trình thử nghiệm

5.4.2 Chuẩn bị mẫu

Cần ít nhất 75 ml mẫu DO cho mỗi lần thử. Khi lấy mẫu dầu cặn, bình

chứa mẫu phải chứa từ 85-95% mẫu. Đối với các loại mẫu khác phải chứa ít

nhất là 50-85% mẫu.

Các mẫu thử tiếp theo phải lấy từ cùng một bình chứa mẫu, mẫu thứ 2

phải lấy từ bình chứa không chứa ít hơn 50% mẫu. Không mở bình chứa mẫu

khi không cần thiết để tránh mất phần nhẹ hay hấp thụ hơi nƣớc. Bảo quản

mẫu ở nhiệt độ không quá 350C. Bình chứa mẫu phải có nắp trong. Với mẫu

lỏng làm lạnh mẫu và rót mẫu ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ chớp cháy dự kiến

180C.

Không chứa mẫu trong bình thẩm thấu khí. Mẫu quá đặc phải đƣợc gia

nhiệt trong bình chứa đủ để chảy lỏng trong 30 phút ở nhiệt độ thấp nhất

không vƣợt quá 280C dƣới điểm chớp cháy dự kiến. Nếu mẫu vẫn chƣa chảy

lỏng có thể gia nhiệt thêm 30 phút nữa. Sau đó lắc nhẹ theo phƣơng nằm

ngang để trộn đều trƣớc khi chuyển mẫu vào cốc thử.

Mẫu chứa nƣớc hòa tan hay tự do cần đƣợc tách nƣớc bằng CaCl2 hay

bằng cách lọc qua giấy lọc.

5.4.3 Chuẩn bị thiết bị

Đặt thiết bị trên bàn vững chắc tránh nơi gió lùa, không sử dụng trong tủ

hút đang làm việc.

Làm sạch và khô cốc thử và các bộ phận phụ trợ khác trƣớc khi thử

nghiệm.

5.4.4 Tiến hành thử nghiệm

Cẩn thận làm sạch cốc và loại bỏ hết các vết bẩn của lần thử trƣớc.

Dùng ống đong lấy chính xác 50ml mẫu (DO) cần thử nghiệm cho vào

cốc chứa mẫu, mẫu không đƣợc có bọt khí trong suốt quá trình thử nghiệm.

Dùng giấy thấm lau khô vành cốc, lắp cốc vào bể điều nhiệt và đậy kín cốc

chứa mẫu.

89

Đặt bình điều nhiệt lên thiết bị gia nhiệt, lắp nhiệt kế vào nắp đậy của cốc

chứa mẫu (bầu nhiệt kế phải ngập trong mẫu thử).

Tiến hành tăng nhiệt độ lên từ từ với tốc độ tăng khoảng 5-80C/phút (Đối

với mẫu có điểm chớp cháy dự kiến từ 50-1500C) và 10-120C/phút (Với mẫu

có điểm chớp cháy dự kiến lớn hơn 1500C).

Khi cách điểm chớp cháy dự kiến khoảng 300C thì giảm tốc độ tăng nhiệt

độ còn 20C/phút và châm lửa mồi, điều chỉnh ngọn lửa mồi đến kích thƣớc

tiêu chuẩn trên nắp đậy (có đƣờng kính 3,2- 4,8 mm). (không nên mở van ở

bình gas quá lớn – chỉ 3 vòng là đủ)

Khi cách điểm chớp cháy khoảng 180C thì bắt đầu kiểm tra điểm chớp

cháy. Đọc nhiệt độ trên nhiệt kế trƣớc, sau đó cho ngọn lửa mồi vào bề mặt

mẫu thử nghiệm bằng cơ cấu trên nắp, sao cho ngọn lửa hạ xuống vùng hơi

của cốc thử trong vòng 0.5s, lƣu lại ở vị trí thấp trong 1s và nhanh chóng trở

về vị trí cũ. ( Nếu nhiệt độ bắt cháy của mẫu thử thấp hơn 1500C thì cứ tăng

10C thử một lần. Nếu nhiệt độ bắt cháy của mẫu thử cao hơn 1500C thì cứ

tăng 20C thử một lần)

Khi hơi của mẫu thử trong cốc chóp cháy (xuất hiện ngọn lửa chóp cháy

màu xanh) thì ghi lại nhiệt độ này, nhiệt độ đó gọi là điểm chớp cháy cốc kín.

(Mồi lửa có thể gây ra quầng xanh trƣớc điểm chớp cháy thực, cần bỏ qua).

Sau khi phát hiện điểm chóp cháy, tiếp tục nâng nhiệt độ lên 1-20C nữa

và lại thử tiếp tục, nếu không thấy xuất hiện ngọn lửa thì thử nghiệm xem nhƣ

sai, phải làm lại từ đầu.

Đối với mẫu chƣa biết điểm chớp cháy thì phải làm thí nghiệm thăm dò

bằng cách nâng nhiệt độ 40C/phút và sau 40C lại thử một lần. Sau khi xác định

thăm dò đƣợc điểm chớp cháy thì tiến hành thí nghiệm nhƣ trên.


Kết quả báo cáo là nhiệt độ chớp cháy đƣợc làm tròn số đến 0,50C và

theo công thức hiệu chỉnh sau:

T= C+0,25(101,3-K)

T: Là nhiệt độ bắt cháy sau khi đã hiệu chỉnh.

C: là nhiệt độ bắt cháy của mẫu quan sát đƣợc.

K: là áp suất của môi trƣờng thử kPa.


- Nếu điểm chớp cháy lớn hơn 1040C, sai lệch không quá 5,50C.

- Nếu điểm chớp cháy nhỏ hơn 1040C, sai lệch không quá 20C.

90

BÀI 9. NHIÊN LIỆU DIESEL (DO)

Mã bài: HD B9

Giới thiệu

Ngày nay, hầu hết các động cơ có công suất lớn nhƣ: động cơ cho ôtô

vận tải, đầu máy xe lửa, tàu thủy, máy nông nghiệp,...đều sử dụng động cơ

diesel. Nhiên liệu diesel (thƣờng gọi là dầu DO) là một sản phẩm dầu mỏ

đƣợc sử dụng chủ yếu để cho động cơ diesel hoạt động. Nội dung của bài

học này sẽ cung cấp những thông tin về thành phần hóa học, cách xác định

các chỉ tiêu chính, ứng dụng của nhiên liệu diesel, đồng thời giúp ngƣời học

có kiến thức cơ bản để có thể làm sạch nhiên liệu diesel trong điều kiện xác

định.



- Mô tả đƣợc các tính chất, thành phần của nhiên liệu DO.

- Xác định các chỉ tiêu chính của nhiên liệu diesel nhƣ: trị số xetan,

thành phần cất phân đoạn.

- Làm sạch lƣu huỳnh từ nhiên liệu diesel kém phẩm chất trong điều

kiện PTN hóa dầu.

Nội dung chính

1. Thành phần hóa học của DO

Nhiên liệu diesel đƣợc sử dụng làm nhiện liệu cho động cơ diesel, là một

loại nhiên liệu lỏng, nặng hơn dầu lửa và xăng, đƣợc sản xuất chủ yếu từ

phân đoạn gassoil – là sản phẩm cất trực tiếp của dầu mỏ mà gần nhƣ không

qua một giai đoạn biến đổi hóa học nào nữa.

Thành phần hóa học của nhiên liệu diesel bao gồm: 75% là các

hydrocacbon no (chủ yếu là các n-, iso-parafin và cycloparafin); 25% là các

hydrocacbon thơm (bao gồm các naphtalenes và alkylbenzenes). Công thức

hóa học trung bình của nhiên liệu diesel là C12H26, có dãy từ C10H22 đến

C15H32.

2. Nguyên lý họat động của động cơ diesel

Nguyên lý hoạt động của động cơ diesel cũng giống động cơ xăng, phải

qua 4 quá trình : hút, nén, nổ, xả. Tuy nhiên điểm khác biệt là động cơ diesel

không có bugi đánh lửa mà dùng bơm cao áp để phun nhiên liệu trực tiếp vào

buồng đốt để trộn lẫn với không khí nóng ở trong buồng đốt.

91

Do nhiệt độ và áp suất cao, hỗn hợp nhiên liệu và không khí sẽ tự cháy.

Quá trình cháy này sẽ xảy ra ở bất kỳ điểm nào trong không gian xy lanh mà ở

đó hỗn hợp không khí và nhiên liệu thích hợp nhất.

Khi piston đi từ trên xuống dƣới, van nạp mở ra, không khí đƣợc hút vào

xy lanh, sau đó van đóng lại; piston lại đi từ dƣới lên trên, thực hiện quá trình

nén không khí. Do bị nén, áp suất tăng, dẫn đến nhiệt độ tăng có thể lên đến

500-700oC. Khi piston đến gần điểm đầu xylanh, nhiên liệu diesel đƣợc phun

vào xylanh nhờ bơm cao áp dƣới dạng sƣơng, khi gặp không khí ở nhiệt độ

cao sẽ tự bốc cháy. Khi cháy, áp suất tăng mạnh đẩy piston xuống dƣới thực

hiện quá trình dãn nở sinh công có ích và đƣợc truyền qua hệ thống tay biên

làm chạy máy. Piston sau đó lại đi từ dƣới lên trên để thải sản phẩm cháy ra

ngoài qua van thải và tiếp tục thực hiện một chu trình mới.

3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình cháy của nhiên liệu trong động

cơ diesel

Nhiên liệu trong động cơ diesel khi hoạt động, phải bốc cháy và cháy đều

ở trạng thái khí vì vậy tính bay hơi của nhiên liệu có ảnh hƣởng quyết định tới

tốc độ tạo thành chất khí hỗn hợp nhiên liệu với không khí.

Nói chung số vòng quay của máy nổ diesel càng cao, thì yêu cầu về

thành phần bay hơi của nhiên liệu càng chặt chẽ. Phần cất nhẹ nhiều quá sẽ

kèo dài thời kỳ chậm cháy, tính bốc cháy kém, áp suất trong buồng cháy sẽ

tăng lên, máy bị nổ rung dẫn đến hƣ hỏng. Nếu phần cất nặng nhiều quá sự

bay hơi chậm, hạt nhiên liệu sƣơng phun có kích thích hạt lớn, cháy không

hết, có khói đen và lƣợng tiêu phí nhiên liệu tăng lên.

Trong thực tế khi đƣa nhiên liệu vào động cơ phải có thời gian cho nhiên

liệu kịp bay hơi, kịp oxy hóa, kịp bốc cháy, thời gian đó gọi là thời gian cảm

ứng. Nếu thời gian cảm ứng càng dài thì một bộ phận nhiên liệu chƣa kịp oxy

hóa, trong khi một phần khác bị oxy hóa sẽ làm bốc cháy cả khối nhiên liệu bị

cháy cùng một lúc ở điều kiện bắt buộc, tốc độ cháy này rất lớn làm cho áp

suất trong xylanh tăng đột ngột, làm hao tán công suất động cơ và do nhiên

liệu cháy ở trạng thái chƣa bị oxy hóa sâu sắc nên không thể cháy hết tạo nên

nhiều muội, khói và gây hƣ hại cho động cơ. Do đó khi sử dụng ngƣời tiêu

dùng phải chú ý đến việc lựa chọn dầu diesel có thành phần cất thích hợp

trong khoảng từ 170- 350o C.

Nhƣ vậy, để có thời gian cháy trễ ngắn thì trong nhiên liệu phải có nhiều

cấu tử hydrocacbon n-parafin, vì các cấu tử này dẽ bị oxy hóa, tức là rất dễ tự

bốc cháy. Còn các izo-parafin và các hợp chất hydrocacbon thơm rất khó bị

92

oxy hóa nên thời gian cháy trễ dài, khả năng tự bốc cháy kém.

Có thể sắp xếp khả năng oxy hóa (tức là thời gian cảm ứng) theo chiều

giảm dần của các hydrocacbon nhƣ sau:

n-parafin < naphten < n-olefin < izo-naphten < izo-parafin < izo-olefin <

Hydrocacbon thơm

Nhƣ vậy, quy luật về ảnh hƣởng của thành phần hydrocacbon đến tính

chất cháy của nhiên liệu trong động cơ diesel hoàn toàn ngƣợc với động cơ

xăng.

4. Các tiêu chuẩn của DO

Để đánh giá chất lƣợng của nhiên liệu diesel ngƣời ta củng phải xác định

trên dƣới 18 chỉ tiêu kỹ thuật khác nhau, tuy nhiên đối với ngƣời sử dụng

chúng ta cần quan tâm đấn các chỉ tiêu cơ bản sau đây:

4.1. Trị số xêtan

Khả năng tự bốc cháy của nhiên liệu diesel đƣợc đánh giá bằng trị số

xêtan (Cetan Number).

Trị số xêtan của một loại nhiên liệu diesel đƣợc xác định dựa theo khả

năng tự bốc cháy của nhiên liệu pha trộn từ hai chất chuẩn : xêtan (C16H34) là

một hydrocacbon parafinic có khả năng tự bốc cháy cao nhất, qui ƣớc bằng

100 và alpha metyl naphtalen (C11H10) là một hyrocacbon thơm có khả năng

tự bốc cháy thấp nhất qui ƣớc bằng 0. Trị số xêtan chính là hàm lƣợng xêtan

(tính bằng % thể tích) trong hỗn hợp với α-metyl naphtalen có khả năng tự bốc

cháy tƣơng đƣơng với khả năng tự bốc cháy của nhiên liệu cần đánh giá.

Trị số xêtan của nhiên liêụ càng cao, chất lƣợng nhiên liệu diesel càng

tốt, tuy vậy cũng không nên quá cao, thông thƣờng chỉ từ 45 – 55 vì nếu quá

cao nhiên liệu sẽ dễ bị bốc cháy, tạo cốc nhanh ở đầu vòi phun.

Trị số xêtan đƣợc xác định theo phƣơng pháp động cơ với tiêu chuẩn

ASTM-D.613. Tuy nhiên, vì sử dụng phƣơng pháp này đòi hỏi nhiều chi phí và

thời gian nên hiện nay ngƣời ta thƣờng đánh giá khả năng tự bốc cháy của

nhiên liệu diesel thông qua đại lƣợng qui ƣớc khác là chỉ số xêtan (Cetane

Index- CI). Chỉ số xêtan CI đƣợc xác định bằng cách tính toán theo tiêu chuẩn

ASTM – D 976 với biểu thức sau:

CI= -420,34+0,016logG2+0,192 G logM+65,01(logM)2-0,0001809 M2

Trong đó:

G là tỷ trọng Mỹ (API Gravity) đƣợc xác định theo phƣơng pháp ASTM

D.1298

M là nhiệt độ sôi ứng với điểm 50% thể tích, theo oF và xác định theo

93

phƣơng pháp ASTM D.86 đã đƣợc chiệu chỉnh theo áp suất không khí thực

nghiệm.

Tuy còn một số hạn chế, nhƣng việc sử dụng chỉ số xêtan theo phƣơng

pháp ASTM D.976 đã đƣợc áp dụng khá rộng rãi.

Một cách tƣơng tự, phƣơng pháp ASTM D 4737- 96 đƣa ra cách tính

toán chỉ số xêtan trên cơ sở 4 thông số thực nghiệm là tỷ trọng, thành phần

chƣng cất ở 10%, 50% và 90% thể tích.

4.2. Độ nhớt

Độ nhớt đặc trƣng cho tính linh động của một chất lỏng, độ nhớt thay đổi

theo nhiệt độ, giảm đi khi nhiệt độ tăng và ngƣợc lại tăng lên khi nhiệt độ

giảm. Độ nhớt của nhiên liệu diesel là một tính chất vật lý quan trọng, nó quyết

định phun sƣơng và cháy của nhiên liệu, do đó đòi hỏi nhiên liệu phải có độ

nhớt thích hợp, thông thƣờng độ nhớt của diesel trong khoảng từ 1.8 -5 cSt ở

40o C.

Chỉ tiêu độ nhớt đƣợc xác định theo tiêu chuẩn ASTM – D445.

4.3. Tỉ trọng

Tỷ trọng là đại lƣợng đặc trƣng cho độ nặng nhẹ, đặc chắc của nhiên

liệu, đƣợc đo bằng trọng lƣợng riêng của nhiên liệu trên trọng lƣợng riêng của

chất chọn để so sánh, đƣợc xác định ở cùng điều kiện. Tỷ trọng đƣợc dùng để

tính toán, chuyển đổi giữa thể tích và khối lƣợng, để chuyển đổi giữa thể tích

ở nhiệt độ này sang thể tích ở nhiệt độ khác.

Tỷ trọng đƣợc xác định theo phƣơng pháp chuẩn ASTM-D1298

So với các chỉ tiêu khác thì tỷ trọng không phải là yếu tố quan trọng để

đánh giá chất lƣợng của nhiên liệu, tuy nhiên nó cũng có những ý nghĩa nhất

định. Nếu hai nhiên liệu có cùng giới hạn nhiệt độ sôi thì nhiên liệu nào có tỷ

trọng cao hơn thì thƣờng có hàm lƣợng các hydrocacbon thơm và naphthenic

cao hơn. Các nhiên liệu có tỷ trọng thấp thƣờng có chứa nhiều parafin. Nhiệt

trị của nhiên liệu cũng có xu hƣớng giãm khi tỷ trọng tăng.

Tỷ trọng của các sản phẩm dầu mỏ thƣờng đƣợc đặc trƣng bởi trị số oAPI thay cho tỷ trọng d đo bằng kg/l ở nhiệt độ 15,6 oC so với nƣớc ở cùng

nhiệt độ. Đối với nhiên liệu diesel thì trị số oAPI từ 25 đến 40.

4.4. Hàm lƣợng lƣu huỳnh

Nhiên liệu có chứa lƣu huỳnh khi cháy trong buồng đốt kết hợp với oxy,

hơi nƣớc tạo thành axít H2S04 gây nên ăn mòn rất mạnh, vì vậy việc giới hạn

hàm lƣợng lƣu huỳnh trong nhiên liệu là yêu cầu cần thiết, hàm lƣợng lƣu

huỳnh đƣợc xác định theo tiêu chuẩn ASTM – D129 và mức lƣu huỳnh tối đa

94

trong nhiên liệu diesel là 1% khối lƣợng.

4.5. Hàm lƣợng nƣớc và tạp chất

Nƣớc và tạp chất là tác nhân gây ăn mòn, mài mòn thiết bị, và sự hỏng

hóc của động cơ trong khi vận hành, làm tắc bầu lọc… vì vậy đối với nhiên

liệu diesel hàm lƣợng nƣớc và tạp chất qui định không đƣợc vƣợt quá 0.05%

và đƣợc xác định theo tiêu chuẩn ASTM –D 1796.

Bảng 9.1. Bảng các chỉ tiêu kỹ thuật của diesel và phƣơng pháp thử


Phƣơng

pháp thử

theo ASTM

Mức quy định

1

2

3

4

5

6

Chỉ số Xetan

Hàm lƣợng lƣu huỳnh %Wt

Nhiệt độ chớp cháy PM oC

Ăn mòn lá đồng ở 100oC/3 giờ

Hàm lƣợng nƣớc và tạp chất %V

Độ nhớt động học ở 40 oC cSt

D 976-00

D 4294-98

D 93-00

D 130-00

D 2709-96

D 445-97

Min 50

Max 0.5

Min 60

Max No 1

Max 0.05

1,8 – 5.0

7

8

9

10

Thành phần chƣng cất 90% thể tích oC

Khối lƣợng riêng ở 15o C kg/l

Nhiệt độ động đặc, oC

Màu sắc ASTM

D 86-00

D 1298-99

D 97-96a

D 1500-98

Max 370

0.820 – 0.870

Max +9

Max 2.0

5. Làm sạch nhiên liệu diesel

Hiện nay, trên thế giới có xu hƣớng sử dụng ngày càng nhiều động cơ

diesel do động cơ này có tỷ số nén cao hơn so với động cơ xăng nên cho

công suất lớn hơn khi sử dụng cùng một lƣợng nhiên liệu; nhiên liệu diesel rẻ

hơn so với xăng do không phải qua các quá trình chế biến phức tạp; khí thải

của các động cơ diesel không độc hại bằng khí thải của động cơ xăng do

nhiên liệu DO không cần có phụ gia.

Vì các lý do trên, động cơ diesel và nhiên liệu DO ngày càng phát triển và

có ứng dụng rộng rãi.

Việc làm sạch nhiên liệu nhằm nâng cao chất lƣợng, hoàn thiện phẩm

cấp nhiên liệu diesel có ý nghĩa to lớn trong việc nâng cao năng suất thiết bị,

tuổi thọ động cơ, bảo vệ môi trƣờng, cụ thể là vấn đề giảm thiểu hàm lƣợng

95

lƣu huỳnh xuống dƣới 0,5% và các hydrocacbon thơm xuống bằng hoặc dƣới

20% thể tích.

Hiện nay, tại Châu Âu các tiêu chuẩn môi trƣờng về khí thải cùng với các

chính sách ƣu đãi về thuế đã buộc các nhà máy lọc dầu pha giảm một cách

đột ngột hàm lƣợng lƣu huỳnh trong nhiên liệu diesel. Tại Hoa kỳ, từ năm

2006 trở đi ngƣời ta bắt đầu chuyển đổi sang sử dụng nhiên liệu diesel có

hàm lƣợng lƣu huỳnh cực thấp (ULSD) khoảng 15 ppm, theo tiêu chuẩn cũ là

500 ppm. Việc thay đổi này sẽ giúp cải thiện đáng kể tình trạng ô nhiểm môi

trƣờng hiện nay.

6. Tồn chứa và vận chuyển DO

Đôi khi việc tồn chứa ổn định và vận chuyển DO không phải là mối quan

tâm đối với phần lớn ngƣời tiêu dùng, tuy nhiên đối với những ai muốn tồn

chứa nhiên liệu diesel trong khoảng thời gian lâu hơn 1 năm thì cần thực hiện

các bƣớc sau để duy trì tính toàn vẹn của nhiên liệu. Các biện pháp sau đây

nhằm làm tăng các mức độ bảo vệ:

- Mua nhiên liệu diesel sạch, chất lƣợng tốt từ các công ty cung cấp có

uy tín. Giữ cho nhiên liệu khô và mát. Sự hiện diện của nƣớc sẽ làm tăng khả

năng ăn mòn kim loại của bồn chứa và đƣờng ống, cung cấp môi trƣờng cho

các vi sinh vật phát triển.

- Bổ sung chất ổn định thích hợp có chứa chất chống ôxy hóa, diệt khuẩn

và chất ức chế ăn mòn.

- Sử dụng dịch vụ quản lý chất lƣợng nhiên liệu để thƣờng xuyên kiểm

tra nhiên liệu và cần thiết lọc lại nhiên liệu và bổ sung chất ổn định mới. Đây là

một thực tế phổ biến cho việc sử dụng nhiên liệu diesel tại các nhà máy điện.

- Lắp đặt một hệ thống quản lý chất lƣợng nhiên liệu chuyên dụng có thể

tự động kiểm tra, làm sạch nhiên liệu và bổ sung các chất ổn định mới.

7. Thực hành: XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG LƢU HUỲNH - ASTM D1266


Phƣơng pháp này chỉ sử dụng để kiểm tra các sản phẩm nhƣ xăng, dầu

hỏa, DO, nhiên liệu phản lực có hàm lƣợng lƣu huỳnh từ 0,01 đến 0,4% khối

lƣợng.

Mẫu phải cháy hoàn toàn trong đèn, đối với mẫu có hàm lƣợng lƣu

huỳnh cao thì phải pha loãng và phải đảm bảo cháy hoàn toàn.


Chỉ tiêu này đƣợc dùng để xác định hàm lƣợng lƣu huỳnh có trong

96

xăng, dầu lỏng nhằm đánh giá chỉ tiêu chất lƣợng sản phẩm có chứa lƣu

huỳnh.


Dùng thiết bị kiểm tra hàm lƣợng lƣu huỳnh theo tiêu chuẩn ASTM

D1266 đốt một lƣợng mẫu trong hệ thống kín với môi trƣờng gồm 70% CO2

và 30% O2 môi trƣờng không khí sạch. Oxít lƣu hùynh đƣợc hấp thụ và oxi

hóa thành axit sunfuric bởi H2O2. Lƣu huỳnh dƣới dạng sunfat đƣợc chuẩn độ

bằng NaOH.


7.4.1 Thiết bị – hóa chất

a.Thiết bị

Bộ dụng cụ gồm: đèn, ống khói, chụp đèn, bấc đèn bằng cotton

đƣợc chiết sạch bằng dung môi không chứa lƣu huỳnh.

Hệ thống ống phân phối: Bơm chân không, van điều chỉnh, nguồn

cung cấp hỗn hợp khí CO2, O2, hoặc không khí với áp suất khí

khoảng 40 cmH2O và lƣu lƣợng hút chân không khoảng 3 lít/phút.

b. Hoá chất:

Nƣớc cất tinh khiết phân tích, dung môi có hàm lƣợng lƣu huỳnh

không quá 0,001% khối lƣợng hoà tan hoàn toàn mẫu và cháy

không phát khói nhƣ n-heptan, iso-octan và cồn etylic.

Dung dịch HCl (1:10) – Hòa tan 1 thể tích HCl (d=1,19) với 10 thể

tích nƣớc cất, dung dịch H2O2 (1:19) – hòa tan 1 thể tích H2O2 (30%)

với 19 thể tích nƣớc cất, bảo quản trong lọ thủy tinh tối màu có nút

kín.

Chỉ thị metyl đỏ (0,1%)

Dung dịch NaOH 100g/l, dung dịch tiêu chuẩn NaOH 0,05N, đƣợc

bảo quản trong chai thủy tinh bền với kiềm và loại trừ khả năng xâm

nhập CO2.

Chỉ đƣợc dùng ống cao su sạch để nối chai với buret.

7.5 Chuẩn bị dụng cụ và hóa chất

Nếu máy mới sử dụng, cho vào bầu hấp thu 30 ± 2ml nƣớc cất. Mở

nguồn chân không và điều chỉnh sao cho lƣu lƣợng không khí qua mõi bầu

hấp thụ khoảng 3 lít/phút với áp suất 40 cmH2O thấp hơn áp suất khí quyển.

Loại bỏ nƣớc trong bầu hấp thụ và giữ thiết bị ở chế độ này.

Trung hòa dung dịch H2O2 (1:19) trƣớc khi dùng: Cho vào bầu hấp thụ 1

97

giọt metyl đỏ, cho thêm 100ml dung dịch H2O2 và thêm NaOH cho đến khi

dung dịch chuyển từ màu đỏ sang xanh nhạt.

Cho vào bình hấp thụ 30±2ml dung dịch H2O2 đã trung hòa. Nếu cần,

trong quá trình đốt dùng một đèn trống để đối chứng. tiến hành lắp ráp thiết bị.

Đóng van điều chỉnh đốt, mở 100% van áp lực để đạt 40 cmH2O dƣới áp

suất khí quyển. Mở CO2 và O2, hiệu chỉnh sao cho lƣu lƣợng CO2 và O2 qua

bầu hấp thụ thật nhỏ. Áp suất chân không trong ống khói từ 1–2 cmH2O.

Cắt dây tim dài 30 cm lắp vào đèn.


7.4.3 Kiểm soát quá trình đốt

Hầu hết các loại mẫu đều cháy với ngọn lửa màu vàng sáng, kích thƣớc

và hình dáng ngọn lửa phụ thuộc vào tốc độ cung cấp nguồn khí đốt, tính bay

hơi của mẫu, độ chặt của tim và bấc đèn. Điều chỉnh sao cho ngọn lửa cháy

phù hợp với mọi tốc độ cung cấp hỗn hợp khí CO2 và O2 không khí.

Đối với chất dễ bay hơi tim và bấc phải chặt, tim nằm dƣới đầu bấc

khoảng vài mm. Nếu cần thì làm lạnh mẫu. Mẫu càng ít bay hơi thì độ chặt

giữa tim và bấc ít hơn và chiều cao tim dài hơn hoặc hâm nóng mẫu trƣớc.

Cắt bỏ phần (tim) bấc đèn, nếu mẫu chứa hydrocacbon thơm, tim phải

cao hơn bấc đèn khoảng 8mm.

Đốt trong môi trƣờng không khí sao cho ngọn lửa không có khói. Mẫu khó

cháy có thể tăng %O2 trong hỗn hợp CO2 và O2 nhƣng không quá 40% Oxy.

7.4.4 Quy trình đốt trực tiếp

Dùng pipet cho vào mỗi bình mẫu của đèn 10 – 15 ml ( hàm lƣợng lƣu

huỳnh không vƣợt quá 0,05% và 5 – 10 ml khi hàm lƣợng lƣu huỳnh từ 0,05 –

0,4%). Đậy bằng nút sạch, đánh số rồi cân chính xác đến 0,005g, ghi lại số

cân.

Lắp tim đèn vào bình mẫu, đốt đèn bằng ngọn lửa không chứa lƣu huỳnh

(ví dụ nhƣ đèn cồn). Lắp đèn vào hệ thống.

Khi quá trình đốt kết thúc, tắt đèn và cân lại. Tắt đèn cung cấp hỗn hợp

khí. Thổi không khí qua bình hấp phụ khoảng 5 phút để loại trừ CO2, đóng van

chân không.

Rửa ống khói và bầu chặn 3 lần, mỗi lần bằng 10ml nƣớc cất. Nếu mẫu

có chứa chì thì dùng nƣớc nóng để rửa. Cho toàn bộ nƣớc rửa vào bình hấp

phụ rồi tiến hành trung hoà.

Mẫu đối chứng: Mẫu trắng thao tác và điều kiện đốt nhƣ mẫu thực, tháo

ống khói của bầu hấp phụ mẫu trắng, đậy nắp và thổi không khí đốt từ lúc đốt

98

mẫu đến khi kết thúc quá trình đốt. Tắt nguồn khí đốt và thực hiện công việc

kết thúc quá trình đốt giống nhƣ trên. Thông thƣờng lƣu huỳnh trong mẫu đối

chứng rất thấp.

7.4.5 Quy trình pha với dung môi

Thêm 6ml dung môi không chứa lƣu huỳnh vào mỗi bình thuỷ tinh, đậy

nắp, đánh số thứ tự rồi cân chính xác đến 0,005g. Dùng pipet thêm từ 3-4g

mẫu vào mỗi đèn. Đóng nút, lắc đều rồi cân lại, ghi số liệu cân.

Lắp đèn vào hệ thống rồi thực hiện đốt nhƣ trên. Tắt đèn, dùng 2ml dung

môi rửa thành đèn, lắp lại hệ thống và đốt với thời gian đốt mẫu. Lặp lại quá

trình này sao cho đến khi đốt đƣợc 10ml dung môi đƣợc pha loãng.

Trung hoà: Cho vào mỗi bình hấp phụ từ 3 – 4 giọt metyl đỏ, dùng pipet

cho từng giọt NaOH 0,05N khuấy đều trong quá trình trung hoà bằng cách hút

chân không nhẹ bình hấp phụ.


Tính toán hàm lƣợng lƣu huỳnh theo biểu thức sau:

%Wt = 16,03 M (A/10W)

Trong đó:

M: nồng độ đƣơng lƣợng của NaOH

A: số ml dung dịch NaOH dùng để trung hoà bình hấp phụ.

W: số gam mẫu đã đốt

Nếu mẫu có chứa chì thì hàm lƣợng lƣu huỳnh phải đƣợc hiệu chỉnh nhƣ

sau:

%Wt = S – LF

trong đó:

S: hàm lƣợng lƣu huỳnh tính nhƣ trên.

L: hàm lƣợng chì trong mẫu g/Usgal

F: hệ số bằng 0,0015 nếu mẫu chứa phụ gia chì chống kích nổ trong

nhiên liệu hàng không và bằng 0,0035 nếu mẫu chứa tetraethyl hoặc

tetrametyl chì hoặc hỗn hợp cả 2 loại này.

Báo cáo kết quả đến 0,01% với mức hàm lƣợng lƣu huỳnh từ 0,05% trở

lên và nêu rõ phƣơng pháp đã thử

7.7 Sai số:

Độ lặp lại: r = 0,005

Độ tái lặp: R = 0,01 + 0,025S

S: hàm lƣợng lƣu huỳnh tổng của mẫu (%kl)

99

BÀI 10. NHIÊN LIỆU ĐỐT LÕ (FO)

Mã bài: HD B10

Giới thiệu

Trong quá trình chế biến dầu mỏ, hầu hết các phân đọan chƣng cất của

dầu mỏ đều đƣợc tận dụng, trong đó phần nặng đƣợc sử dụng chủ yếu làm

nhiên liệu đốt lò.



- Mô tả tính chất và ứng dụng của nhiên liệu đốt lò trong công nghiệp.

- Xác định các chỉ tiêu chính của nhiên liệu đốt lò nhƣ: Nhiệt cháy, tỷ

trọng, hàm lƣợng kim loại trong PTN hóa dầu

Nội dung chính

1. Giới thiệu về nhiên liệu đốt lò

Nhiên liệu đốt lò FO là phần cặn của công đoạn chƣng cất dầu thô dƣới

áp suất thƣờng, cặn chƣng cất chân không, cặn trong quá trình chế biến sâu

các phân đoạn dầu thô, phần tách chiết ra trong các công nghệ sản xuất dầu

nhờn… thƣờng có tên gọi chung là dầu cặn.

Thành phần chủ yếu của FO là các hydrocacbon có khối lƣợng phân tử

lớn có nhiệt độ sôi trên 350oC, các nhựa asphalten, các hợp chất lƣu huỳnh,

kim loại…

Nhiên liệu dầu đốt lò FO đƣợc sử dụng làm nhiên liệu đốt lò công nghiệp

nhƣ: nung ximăng, nấu thủy tinh, nấu luyện gang thép, lò hơi nhà máy nhiệt

điện, các loại lò hơi công nghiệp… ngoài ra nó còn đƣợc dùng cho các động

cơ tàu biển có tốc độ chậm.

2. Các chỉ tiêu của nhiên liệu đốt lò

Các chỉ tiêu sau đây là đáng quan tâm đối với ngƣời sử dụng:

2.1. Nhiệt trị

Nhiệt trị là nhiệt lƣợng tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn một lƣợng dầu FO

xác định trong điều kiện chuẩn, đơn vị đo nhiệt trị thƣờng sử dụng là: kJ/kg,

kcal/kg, cal/kg. Nhiệt trị thông thƣờng trong dầu FO khoảng từ 9.800- 10.500

kcal/kg.

Chỉ tiêu nhiệt trị đƣợc xác định theo tiêu chuẩn ASTM – D 809.

100

2.2. Độ nhớt

Đối với nhiên liệu đốt lò độ nhớt là một chỉ tiêu quan trọng. Nhắc lại, độ

nhớt còn gọi là ma sát nội, là một chỉ tiêu đặc trƣng cho tính chất của chất

lỏng chống lại sự chảy của chúng tức là sự chuyển dịch từ lớp này so với lớp

khác trong chúng dƣới tác dụng của ngoại lực.

Độ nhớt có thể đƣợc biểu thị bằng độ nhớt động lực học ký hiệu là có

đơn vị tính là Poise (P), centipoise (cP) hoặc độ nhớt động học ký hiệu có

thứ nguyên là mm2/ sec hay là centiStock (cSt). Giữa hai đại lƣợng này có mối

liên hệ = /d, trong đó d là khối lƣợng riêng của chất lỏng tại nhiệt độ mà độ

nhớt động lực học của nó bằng .

Độ nhớt thấp làm thuận lợi cho quá trình bơm, vận chuyển dầu vào hệ

thống lò đốt, cũng nhƣ quá trình phun dầu qua béc phun vào lò, làm cho nhiên

liệu cháy đƣợc hoàn toàn với ngọn lủa ổn định. Đa số các lò hơi hiện đại ngày

nay đều có thêm hệ thống gia nhiệt để làm giảm độ nhớt của dầu đốt lò phù

hợp với thiết kế của béc phun.

Độ nhớt lớn làm cản trở tốc độ phun của nhiên liệu, thậm chí làm tắc vòi

phun. Vì vậy các nhà chế tạo luôn luôn qui định chỉ tiêu kỹ thuật này cho thiết

bị trong các tài liệu catalog kèm theo.

Chỉ tiêu độ nhớt đƣợc xác định theo tiêu chuẩn ASTM- D 445.

2.3. Hàm lƣợng lƣu huỳnh

Hàm lƣợng lƣu huỳnh trong dầu FO có tác hại làm ăn mòn máy móc,

buồng đốt và đặc biệt gây ô nhiễm môi trƣờng do thải ra các khí độc SO2, SO3

trong khói thải. Tuỳ theo nguồn gốc dầu mỏ và quá trình chế biến trong dầu

FO thƣờng có 3 mức lƣu huỳnh nhƣ sau:

- Lƣu huỳng thấp: < 0,5%

- Lƣu huỳnh trung bình : 0,51- 2%

- Lƣu huỳnh cao: > 2,0%

Đối với dầu FO có độ nhớt lớn thì hàm lƣợng lƣu huỳnh cũng rất cao và

ngƣợc lại. Muốn có dầu FO có hàm lƣợng lƣu huỳnh thấp ngoài yếu tố dầu

thô phải có hàm lƣợng lƣu huỳng thấp, công nghiệp chế biến đòi hỏi kỹ thuật

và chi phí rất cao, do vậy nhiên liệu đốt lò có hàm lƣợng lƣu huỳnh thấp

thƣờng bán giá cao so với dầu FO có hàm lƣợng lƣu huỳnh cao. Xu hƣớng

hiện nay ở nhiều nƣớc đặt ra việc kiểm soát hàm lƣợng lƣu huỳnh trong dầu

đốt lò.

Chỉ tiêu hàm lƣợng lƣu huỳnh trong dầu FO đƣợc xác định theo tiêu

chuẩn ASTM- D.129.

101

2.4. Hàm lƣợng tro

Các hợp chất cơ kim và muối có trong nƣớc khoáng của dầu mỏ mang

vào đều nằm trong dầu cặn, khi đốt biến thành tro. Hàm lƣợng tro có liên quan

rất lớn đến chất lƣợng dầu FO.

Tro nhiều sẽ làm giảm hiệu quả sử dụng, chính nó là các loại muối có

nhiệt độ nóng chảy thấp nên bám vào thành lỗ béc phun dầu, làm tắc béc

phun hoặc bám vào thành ống gia nhiệt làm giảm khả năng truyền nhiệt của

ống… Hàm lƣợng tro trong dầu FO đƣợc qui định tối đa là 0,15% khối lƣợng.

Chỉ tiêu hàm lƣợng tro đƣợc xác định theo tiêu chuẩn ASTM- D482.

2.5. Hàm lƣợng nƣớc và tạp chất

Nƣớc và tạp chất có trong dầu FO có thể gây tắc các đƣờng dẫn nhiên

liệu, gây cản trở trong quá trình đốt, tạp chất có thể đọng lại trong các bể chứa

hoặc các màng lọc làm cản trở sự tiếp nhiên liệu cho lò. Mặt khác nƣớc có

trong dầu FO có thể gây rỉ cho bể chứa và các thiết bị liên quan, ngoài ra nó

có thể tạo nhũ với dầu FO trở thành những lớp keo lầy nhầy đọng dƣới đáy

bể, nếu tồn chứa lâu ngày sẽ là bùn.

Chỉ tiêu hàm lƣợng nƣớc và tạp chất đƣợc xác định theo tiêu chuẩn

ASTM- D.473.

3. Thành phần và phân loại

Ngƣời ta có thể dựa trên cấu tạo các dạng lò đốt, độ nhớt hoặc phƣơng

pháp chế biến để phân loại dầu FO. Chẳng hạn, theo tiêu chuẩn ASTM- D396-

98, dầu FO đƣợc phân thành hai nhóm chính sau:

Nhóm FO chƣng cất: gồm các phân đoạn thu đƣợc ở phần trên tháp

chƣng cất, nó là loại FO nhẹ có các thông số tƣơng tự nhƣ diesel và thƣờng

dùng cho các dạng lò bốc hơi hoặc các lò có cấu tạo vòi phun, các loại FO

này đƣợc ký hiệu là No1, và No2.

Nhóm FO cặn là phần cặn thu đƣợc ở các công đoạn chế biến sâu hoặc

hỗn hợp cặn và một phần FO nhẹ. Dầu FO cặn có độ nhớt trung bình cao và

nó cũng đƣợc phân thành nhiều loại theo độ nhớt với ký hiệu là No3, No4, No5,

No6 theo yêu cầu của các loại lò đốt.

Dựa trên độ nhớt động học TCVN 6239-1997, dầu FO đƣợc phân loại cụ

thể nhƣ sau:

FO N-1: là loại nhiên liệu đốt lò có độ nhớt động học ở 50 oC không lớn

hơn 87 cSt và hàm lƣợng lƣu huỳnh không lớn hơn 2,0% khối lƣợng.

FO N-2: là loại nhiên liệu đốt lò có độ nhớt động học ở 50 oC lớn hơn 87

cSt đến không lớn hơn 180 cSt. Dựa theo hàm lƣợng lƣu huỳnh, FO N-2 lại

102

đƣợc chia thành 2 loại:

+ FO N-2A: là nhiên liệu đốt lò có hàm lƣợng lƣu huỳnh không lớn hơn

1,5% khối lƣợng, ký hiệu là FO N-2A (1,5 %).

+ FO N-2B: nhiên liệu đốt lò có hàm lƣợng lƣu huỳnh không lớn hơn 3%

khối lƣợng, ký hiệu là FO N-2B (3%).

FO N-3: là nhiên liệu đốt lò độ nhớt động học ở 50oC lớn hơn 180 cSt đến

không lớn hơn 380 cSt.

Sau đây là bảng các chỉ tiêu kỹ thuật của nhiên liệu đốt lò và phƣơng

pháp thử:

Bảng 10.1. Bảng các chỉ tiêu kỹ thuật của nhiên liệu đốt lò


Phƣơng

pháp thử

theo ASTM

Mức quy định

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Khối lƣợng riêng ở 15o C kg/l

Hàm lƣợng lƣu huỳnh %Wt

Nhiệt độ chớp cháy PM oC

Nhiệt lƣợng kcal/kg

Hàm lƣợng nƣớc %V

Độ nhớt động học ở 50 oC cSt

Tạp chất trích ly %Wt

Hàm lƣợng tro %Wt

Nhiệt độ động đặc, oC

D 1298-99

D 4294-98

D 93-00

D 4809-95

D 95-99

D 445-97

D 437-95

D 482-00a

D 97-96a

Max 0,970

Max 3,0

Min 66

Min 9800

Max 1,0

Max 180

Max 0,15

Max 0,15

Max +21

4. Thực hành: XÁC ĐỊNH ĐỘ NHỚT ĐỘNG HỌC - ASTM D 445


Phƣơng pháp này dùng để đo độ nhớt của các sản phẩm dầu lỏng sáng

và tối màu đồng nhất có tính chất nhƣ chất lỏng Niuton. Bằng cách đo thời

gian chảy của một thể tích chất lỏng qua nhớt kế mao quản thủy tinh đã chuẩn

hóa dƣới tác dụng của trọng lực. Độ nhớt động lực học đƣợc tính bằng cách

nhân độ nhớt động học với tỷ trọng của mẫu.

Khi đo cho dầu cặn F.O trong một vài điều kiện dầu là chất lỏng phi

Niuton cũng đƣợc áp dụng phƣơng pháp này.

Khoảng độ nhớt động học áp dụng cho phƣơng pháp này từ 0.2 –

300.000 cSt (mm2/s) ở tất cả các nhiệt độ.


103

Trong sử dụng dầu bôi trơn, việc vận chuyển, bơm rót, sử dụng nhiên

liệu, vận hành đúng thiết bị phụ thuộc đáng kể vào việc xác định đƣợc độ nhớt

phù hợp của chất lỏng sử dụng.


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

nhớt kế đã chuẩn hóa dƣới tác dụng của trọng lực ở nhiệt độ cho trƣớc. Độ

nhớt động học là kết quả của thời gian chảy đo đƣợc và hệ số nhớt kế.


4.4.1 Thiết bị - hóa chất:

Nhớt kế

Dụng cụ kẹp nhớt kế

Bể ổn nhiệt

Đồng hồ bấm giây

Nhiệt kế

Axít cromic

Axêton

Nhớt

- Nhớt kế: Dùng nhớt kế mao quản bằng thủy tinh theo qui định của

tiêu chuẩn ASTM D446 đã đƣợc kiểm định. Lựa chọn nhớt kế cho phù hợp

với mẫu thử nhƣ: Nhớt kế chảy xuôi dùng cho các mẫu có màu sáng, còn

nhớt kế chảy ngƣợc dùng cho các mẫu có màu tối, dầu F.O. Nhớt kế đƣợc

lựa chọn sao cho thời gian chảy của mẫu thử không nhỏ hơn 200 giây. Hằng

số của nhớt kế đƣợc chọn theo cách sau:

C = /200

C: là hằng số nhớt kế.

: là độ nhớt dự đoán của mẫu.

200: là thời gian chảy tối thiểu của mẫu.

Hình 10.1 Nhớt kế mao quản

104

- Dụng cụ kẹp nhớt kế: Giữ cho nhớt kế ở vị trí thẳng đứng, chỉ lệch ±

1oC về mọi hƣớng đối với nhớt kế có mặt cong theo đƣờng thẳng, chỉ lệch ±

0.3oC về mọi hƣớng đối với nhớt kế có mặt cong lệch khỏi đƣờng thẳng.

- Bể ổn nhiệt: Có thể dùng chất lỏng trong suốt nhƣ glyxerin, dầu nhớt

gốc sáng màu để làm chất ổn nhiệt. Mẫu phải nằm dƣới bề mặt ổn nhiệt là 20

mm và cao hơn đáy ổn nhiệt khoảng 20 mm. Bể ổn nhiệt có thể cài đặt và duy

trì nhiệt độ qui định trong suốt thời gian đo, với khoảng đo từ 15 – 100oC.

Nhiệt độ tại các điểm xung quanh nhớt kế đo của bể không đƣợc khác nhau

nhiều hơn ± 0.02oC. Ngoài khoảng nhiệt độ này thì độ lệch nhiệt độ trong bể

không đƣợc vƣợt quá ± 0.05oC.

- Nhiệt kế: Sử dụng nhiệt kế thủy tinh đã hiệu chỉnh có độ chính xác ±

0.02oC.

- Đồng hồ bấm giây: Sử dụng mọi đồng hồ bấm giây có thể đo đƣợc

0.1s hay tốt hơn, và có độ chính xác trong khoảng ± 0.07% của số đo khi đo

trong khoảng 200 - 900s.

- Dung dịch làm sạch nhớt kế: Axit cromic.

- Dung môi rửa: Naphtha cho đa phần mẫu, đối với dầu cặn rửa ngay

với dung môi thơm nhƣ: Toluen, xylen để loại hợp chất nhựa asphanten.

- Dung môi nhẹ, axeton, nƣớc cất.

4.4.2 Hiệu chuẩn và kiểm định

Dùng dầu nhớt chuẩn (có độ nhớt động học chính xác): Tiến hành xác

định thời gian chảy của dầu nhớt đó trên nhớt kế cần hiệu chuẩn.

Nếu độ nhớt xác định có sai số không nằm trong khoảng ± 0.35% của giá

trị chứng nhận, kiểm tra lại các bƣớc của quy trình, bao gồm hiệu chuẩn nhớt

kế và nhiệt kế, để tìm ra nguồn gốc của sai số. Các nguồn sai số thông

thƣờng nhất là do các hạt bụi lọt vào thân mao quản nhớt kế và sai số đo

nhiệt độ. Cần phải đánh giá đƣợc là kết quả đúng có đƣợc trên mẫu thử

không bao gồm khả năng kết hợp cả các nguồn sai số có thể.

Hằng số C phụ thuộc vào gia tốc trọng trƣờng tại vị trí hiệu chuẩn. Khi gia

tốc trọng trƣờng khác nhau nhiều hơn 0.1%, hiệu chỉnh hệ số hiệu chuẩn nhƣ

sau:

C2 = (g2/g1)xC1

C1: Là hằng số đo đƣợc

g1: Giá trị tại phòng thí nghiệm hiệu chuẩn.

g2: Giá trị tại phòng thí nghiệm thử nghiệm.

105


Cài đặt nhiệt độ cần thử cho bể ổn nhiệt, khuấy và bật đèn chiếu sáng.

Cắm nhiệt kế phù hợp đã đƣợc hiệu chuẩn.

Có thể dùng kính lúp để loại bỏ sai số do quan sát.

Khi nhiệt độ thử thấp hơn điểm ngƣng sƣơng, nạp mẫu bình thƣờng để

đảm bảo hơi nƣớc không ngƣng tụ hay đóng băng trên thành mao quản. Đậy

nút cao su vào ống để giữ lƣợng mẫu tại vị trí và đặt nhớt kế vào bể. Để nhớt

kế đạt đƣợc nhiệt độ của bể, tháo nút và đo.

Nhớt kế sử dụng cho chất lỏng silicon, fluocarbon và các chất lỏng khác

khó rửa bằng các dung môi rửa, sẽ đƣợc dùng riêng trở lại với các chất lỏng

đó, trừ khi hiệu chuẩn. Các nhớt kế này phải kiểm tra hiệu chuẩn thƣờng

xuyên hơn. Dung môi rửa các nhớt kế này không đƣợc sử dụng để rửa các

nhớt kế khác.

4.4.4 Quy trình đo với chất lỏng trong suốt

Nạp nhớt kế theo chỉ dẫn của thiết kế dụng cụ. Nếu mẫu có các hạt rắn

thì cần lọc mẫu qua lƣới No.200 (75 m).

Đối với mẫu có độ nhớt cao cần đo ở nhiệt độ cao để dầu có thể chảy tự

do, dùng các nhớt kế có kích thƣớc thích hợp.

Ngâm nhớt kế có chứa mẫu trong bể ổn nhiệt ít nhất là 30 phút để mẫu

đạt nhiệt độ cần thử. Bể ổn nhiệt có thể đặt từ 4-8 nhớt kế, không đƣợc thêm

hay lấy nhớt kế khác khi đang đo thời gian chảy. Vì nhiệt độ ảnh hƣởng đến

độ nhớt, tránh thay đổi nhiệt độ.

Khi nhiệt độ nhớt kế đạt yêu cầu, điều chỉnh thể tích mẫu đến vạch yêu

cầu sau khi mẫu đạt cân bằng nhiệt độ.

Dùng quả bóp cao su (nếu mẫu không chứa chất dễ bay hơi) hay áp suất

để điều chỉnh mức dầu của mẫu thử ở vị trí trong nhánh mao quản khoảng 7

mm cao hơn vạch mức thời gian thứ nhất. Đo thời gian (s), chính xác đến

0.1s. Cần để vòm khum mẫu đi từ vạch mức thời gian thứ nhất đến thứ hai.

Nếu thời gian nhỏ hơn 200s, thay nhớt kế khác có mao quản nhỏ hơn và lặp

lại phép đo.

Đối với nhớt kế chảy xuôi, dùng quả bóp bơm lên và đo lại lần hai. Nếu

hai lần xác định phù hợp với bảng khả năng đối với sản phẩm, lấy giá trị trung

bình để tính toán kết quả báo cáo. Nếu hai lần đo không phù hợp, lặp lại phép

đo sau khi đã rửa kỹ và làm khô nhớt kế và lọc mẫu.

4.4.5 Quy trình đo với chất lỏng tối màu

Độ nhớt của dầu nhờn, cặn FO, sản phẩm parafin có thể bị ảnh hƣởng

106

bởi chế độ gia nhiệt trƣớc đó. Thƣờng nhớt kế dùng cho chất lỏng đục là loại

chảy ngƣợc.

Đun nóng mẫu trong bình chứa đến 60 ± 2oC trong một giờ. Khuấy kỹ

mẫu bằng que khuấy cho mẫu lỏng đồng nhất. Rót một lƣợng mẫu vào bình

nhỏ có nút, lắp chặt nút bình và lắc mạnh trong một phút để trộn đều.

Nếu mẫu nhiều parafin hoặc độ nhớt cao, có thể tăng nhiệt độ đun lên

trên 60oC để mẫu chảy lỏng hoàn toàn.

Nhớt kế trƣớc khi lấy mẫu cần gia nhiệt để mẫu không bị nguội bám vào

thành nhớt kế lấy mẫu vào nhớt kế theo mức quy định và đặt nhớt kế có mẫu

vào bể ổn nhiệt. Khi nhớt kế đạt nhiệt độ thử không đƣợc thêm hoặc rút bớt

nhớt kế trong bể làm thay đổi nhiệt độ.

Đo thời gian chảy của mẫu khoảng chính xác đến 0,1s, mẫu chảy từ vạch

mức thứ nhất đến mức thứ hai.

Rửa nhớt kế: dùng dung môi rửa, rửa một vài lần sau đó dùng dung môi

nhẹ tráng lại và sấy khô bằng không khí khô cho đến khi không còn vết dung

môi.

Định kỳ làm sạch bằng acid cromic trong vài giờ để loại cặn hữu cơ, rửa

bằng nƣớc và acetone và làm khô bằng cách thổi không khí. Cặn vô cơ có thể

xử lý HCl trƣớc khi dùng acid cromic để làm sạch, đặc biệt nếu nghi ngờ có

muối bari.


Độ nhớt động học: = C x t ( mm2/s )

Trong đó: C: là hằng số nhớt kế (mm2/s2)

t: là thời gian chảy (s)

Độ nhớt động lực học: = x d x 10-3 (mPa.s)

Trong đó: : là độ nhớt động học ( mm2/s )

d: là khối lƣợng riêng mẫu ở nhiệt độ xác định độ nhớt

(kg/m3)


Khả năng xác định (d) – Sai khác giữa hai lần xác định do cùng một thí

nghiệm viên tiến hành trên cùng thiết bị đƣa đến một kết quả đơn, ở điều kiện

vận hành ổn định và đúng phƣơng pháp thử chỉ đƣợc 1 trong 20 trƣờng hợp

vƣợt qua các giá trị sau:

Dầu gốc ở 40 và 100oC 0.0020y 0.20%

Dầu pha chế ở 40 đến 100oC 0.0013y 0.13%

Dầu pha chế ở 150oC 0.015y 1.5%

107

Sáp dầu mỏ ở 100oC 0.0080y 0.80%

Dầu cặn ở 80 và 100oC 0.011 (y + 8)

Dầu cặn ở 50oC 0.017y 107%

Phụ gia ở 100oC 0.00106y1.1

D.O ở 40oC 0.0013 (y +1)

Jet ở -20oC 0.0018y 0.18%

y – Giá trị trung bình của các kết quả đƣợc so sánh

Độ lặp lại(r) – Sai khác giữa các kết quả thu đƣợc do cùng một loại thí

nghiệm viên tiến hành trên cùng thiết bị, ở điều kiện vận hành ổn định và đúng

phƣơng pháp thử chỉ đƣợc 1 trong 20 trƣờng hợp vƣợt các giá trị sau:

Dầu gốc ở 40oC 0.0011x 0.11%

Dầu pha chế ở 40 đến 100oC 0.0026x 0.26%

Dầu pha chế ở 150oC 0.0056x 0.56%

Sáp dầu mỏ ở 100oC 0.0141x1.2

Dầu cặn ở 80 và 100oC 0.013 (x + 8)

Dầu cặn ở 50oC 0.015x 105%

Phụ gia ở 100oC 0.00192x1.1

D.O ở 40oC 0.0043 (x + 1)

Jet ở -20oC 0.007x 0.7%

x – Giá trị trung bình của kết quả đƣợc so sánh

Độ tái lặp (R) Sai khác giữa hai kết quả đơn và độc lập do các thí nghiệm

viên ở các phòng thí nghiệm khác nhau thực hiện, trong điều kiện vận hành ổn

định và đúng phƣơng pháp thử chỉ 1 trong 20 trƣờng hợp đƣợc vƣợt các giá

trị sau:

Dầu gốc ở 40 và 100oC 0.0065x 0.65%

Dầu pha chế ở 40 và 100oC 0.0076x 0.76%

Dầu pha chế ở 150oC 0.018x 1.8%

Sáp dầu mỏ ở 100oC 0.0366x1.2

Dầu cặn ở 80 và 100oC 0.04 (x + 8)

Dầu cặn ở 50oC 0.074x 7.4%

Phụ gia ở 100oC 0.00862x1.1

D.O ở 40oC 0.0082 (x + 1)

Jet ở -20oC 0.019x

108

BÀI 11. SẢN PHẨM BITUM

Mã bài: HD D11

Giới thiệu

Bitum là sản phẩm khá quan trọng của công nghiệp chế biến dầu mỏ và

hóa dầu. Do đƣợc sử dụng nhiều nhất để làm nhựa rãi đƣờng nên ngày nay

khi nói đến bitum là nói đến nhựa đƣờng và thuật ngữ bitum-nhựa đƣờng trở

thành tên quen thuộc khi gọi tên bitum. Nội dung của bài học này sẽ cung cấp

những thông tin về thành phần hóa học và phân loại bitum, các đặc trƣng hóa

lý, công nghệ sản xuất bitum và các ứng dụng của nó.



- Mô tả tính chất, thành phần hóa học và ứng dụng của bitum.

- Xác định các chỉ tiêu chính của bitum nhƣ: Độ kim xuyên, nhiệt độ

chảy mềm trong PTN hóa dầu

Nội dung chính

1. Thành phần và phân loại bitum

Bitum là một loại chất lỏng hữu cơ có độ nhớt cao, màu đen, nhớp nháp

và hòa tan hoàn toàn trong cacbon đisulfua (CS2). Nhựa đƣờng và hắc ín là

hai dạng phổ biến nhất của bitum.

Bitum trong dạng nhựa đƣờng thu đƣợc từ chƣng cất phân đoạn dầu thô.

Bitum là phần nặng nhất và đƣợc phân đoạn với điểm sôi cao nhất.

Bitum trong dạng hắc ín thu đƣợc từ chƣng cất phá hủy các chất hữu cơ,

thông thƣờng từ than.

Bitum là hỗn hợp của các hydrocacbon có phân tử lƣợng lớn và các chất

nhựa asphanten. Phân tử lƣợng có thể từ 2.000 đến 3.000.

Về bản chất bitum là một hệ keo có 3 cấu tử, gồm có các chất asphanten,

nhựa đƣợc phân tán cao trong môi trƣờng các hợp chất hydrocacbon (gọi

chung là dầu nhờn). Asphanten đảm bảo cho bitum có độ rắn và nhiệt độ chảy

mềm cao. Nhựa làm tăng tính chất kết dính và tính đàn hồi của bitum. Dầu

nhờn là môi trƣờng pha loãng, có tác dụng hòa tan nhựa và làm trƣơng nở

asphanten.

Tính chất của bitum phụ thuộc rất nhiều vào sự phân bố 3 cấu tử nói trên.

Độ lxuyên kim tăng (tức là độ cứng giảm) khi tỷ lệ dầu/asphanten tăng và hầu

nhƣ không phụ thuộc vào hàm lƣợng nhựa. Nhiệt độ chảy mềm tăng khi tỷ lệ

http://vi.wikipedia.org/wiki/H%E1%BB%A3p_ch%E1%BA%A5t_h%E1%BB%AFu_c%C6%A1

http://vi.wikipedia.org/wiki/%C4%90%E1%BB%99_nh%E1%BB%9Bt

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Cacbon_%C4%91isulfua&action=edit

http://vi.wikipedia.org/wiki/Nh%E1%BB%B1a_%C4%91%C6%B0%E1%BB%9Dng

http://vi.wikipedia.org/wiki/H%E1%BA%AFc_%C3%ADn

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Ch%C6%B0ng_c%E1%BA%A5t_ph%C3%A2n_%C4%91o%E1%BA%A1n&action=edit

http://vi.wikipedia.org/wiki/D%E1%BA%A7u_m%E1%BB%8F

http://vi.wikipedia.org/wiki/Ch%C6%B0ng_c%E1%BA%A5t_ph%C3%A1_h%E1%BB%A7y

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Than_%28kho%C3%A1ng_ch%E1%BA%A5t%29&action=edit

109

dầu/asphanten giảm và cũng hầu nhƣ không phụ thuộc vào hàm lƣợng nhựa.

Độ dẻo (độ kéo căng) đạt đƣợc cực đại (100cm) khi tỷ lệ dầu/asphanten trong

khoảng từ 2 đến 5.

Trong bitum, các hydrocacbon có cấu tạo rất phức tạp, dạng hỗn hợp của

mạch cacbon thẳng vòng naphten, vòng thơm, vòng ngƣng tụ. Chất nhựa

asphanten cũng là những chất có cấu trúc rất phức tạp, có phân tử lƣợng lớn.

Đặc biệt, ngoài cacbon và hydro, nó còn có chứa các nguyên tố khác nhƣ ôxy,

nitơ, và lƣu huỳnh.

Có nhiều cách phân loại bitum khác nhau, dƣới đây là hai cách phân loại

bitum thông dụng nhất:

Phân loại theo phạm vi áp dụng: bao gồm, bitum nhựa đƣờng, bitum xây

dựng, bitum đặc chủng, bitum có độ nóng chảy cao.

Phân loại dựa vào độ xuyên kim của bitum hoặc mác bitum: có 4 loại, loại

44/60, loại 60/90, loại 90/130 và loại 130/200.

2. Đặc trƣng hóa lý của bitum

2.1. Độ xuyên kim:

Độ xuyên kim đƣợc xác định bằng các thiết bị chuyên dụng và đƣợc tính

bằng mm chiều sâu lún xuống của kim đặc dƣới một tải trọng 100g trong thời

gian 5 giây ở nhiệt độ 0 oC và 25 oC.

Độ xuyên kim biểu thị cho độ cứng, độ xuyên kim nhỏ thì bitum cứng.

2.2. Độ nhớt

Đảm bảo độ xuyên thấm cần thiết của bitum trong đất, pha trộn tốt với

các chất khoáng và bao phủ hoàn toàn các hạt rắn trong quá trình xử lý mặt

đƣờng

2.3. Độ giãn dài

Độ giãn dài tính bằng cm khi kéo căng một mẫu có thiết diện quy định ở

nhiệt độ 25 oC cho tới khi mẫu thử bị đứt ra.

Độ giãn dài biểu thị tính năng dính dẻo, đàn hồi của bitum, cho biết tỷ lệ

giữa các thành phần của bitum.

Những loại bitum đƣợc coi là tốt nếu có khả năng kéo giãn dài lớn (biểu

thị cho độ đàn hồi của bitum). Độ giãn dài càng cao thì chất lƣợng của bitum

càng tốt

2.4. Điểm chớp cháy

Điểm chớp cháy của bitum biểu thị mức độ an toàn phòng cháy của nó.

Việc định chuẩn nhiệt độ chớp lửa rất quan trọng đối với các loại bitum lỏng có

độ đông đặc trung bình vì trong thành phần của chúng có sản phẩm dầu mỏ là

110

chất pha loãng có nhiệt độ chớp lửa tƣơng đối thấp.

2.5. Nhiệt độ chảy mềm

Nhiệt độ chảy mềm biểu thị khả năng chịu nhiệt của bitum, là nhiệt độ tại

đó mẫu bitum tiêu chuẩn sẽ chảy và biến dạng.

Nhiệt độ chảy mềm càng cao thì bitum càng chứa nhiều asphanten và

khả năng chịu nhiệt càng tốt.

Trong các đặc tính trên đây, độ xuyên kim và nhiệt độ chảy mềm đƣợc

xem là 2 đặc tính cơ bản quan trọng nhất của bitum. Với 2 đặc tính này có thể

đánh giá mức độ cứng và mức độ nhạy với nhiệt độ của bitum. Nếu bitum có

cùng một nhiệt độ xuyên kim nhƣ nhau, nhƣng có nhiệt độ chảy mèm khác

nhau thì bitum nào có nhiệt độ chảy mềm thấp hơn sẽ là loại nhạy với nhiệt độ

hơn.

3. Công nghệ sản xuất bitum

Các loại bitum dầu mỏ đƣợc sản xuất theo 3 loại dây chuyền công nghệ

nhƣ sau:

3.1. Công nghệ chƣng cất chân không

Nguyên liệu: mazut và gudron

Mazút là phần cặn dầu mỏ sôi trên 350 oC

Gudron là phần cặn dầu mỏ sôi trên 500 oC, gồm các hydrocacbon có

số nguyên tử cacbon lớn hơn C41, giới hạn cuối cùng có thể đến C80.

Công nghệ chƣng cất chân không thƣờng đƣợc chọn đối với loại dầu mỏ

có nhiều nhựa asphanten để sản xuất bitum từ mazút của nó.

3.2. Công nghệ tách lọc asphan

Nguyên liệu: gudron, dung môi

Công nghệ tách lọc asphan cho sản phẩm chính là dầu đã tách lọc

asphan dùng để sản xuất dầu nhờn cặn, sản phẩm phụ là asphan để sản xuất

bitum.

Bản chất của công nghệ này là hòa tan gudron trong một số dung môi

thích hợp. Thƣờng ngƣời ta chọn propan lỏng C3H8. Trong quá trình này các

chất nhựa asphanten, các hợp chất hydrocacbon đa vòng, các chất chứa kim

loại,... sẽ keo tụ và lắng xuống ở thể rắn gọi là asphan dùng để sản xuất

bitum.

Các hợp phần hydrocacbon khác tan trong dung môi gọi là phần đã loại

asphan đƣợc tách ra để sản xuất dầu nhờn cặn.

3.3. Công nghệ oxy hóa các cặn dầu

Nguyên liệu là các cặn dầu của nhiều quy trình sản xuất khác nhau trong

111

chế biến dầu mỏ nhƣ: cặn chƣng cất (gudron); cặn cracking, cặn tách lọc

asphan; cặn trong sản xuất dầu nhờn.

Bản chất của công nghệ này là oxy hóa các loại cặn dầu bằng oxy không

khí ở nhiệt độ cao để thu đƣợc các phần bitum có chất lƣợng cao. Các bitum

đƣợc sản xuất từ công nghệ oxy hóa gọi là bitum oxy hóa.

Các loại bitum sản xuất từ công nghệ 1 và 2 gọi là bitum cặn.

Để làm tăng thêm chất lƣợng của bitum, ngƣời ta sử dụng một số loại

phụ gia và chất mang để đƣa vào trong bitum. Các chất mang trƣớc hết là các

hợp chất dạng polime nhƣ cao su tự nhiên, cao su nhân tạo,... Các phụ gia

này tạo nên những thuận lợi trong sử dụng bitum để xây dựng đƣờng sá.

4. Tồn chứa, vận chuyển

Bitum và các sản phẩm của bitum (nhựa đƣờng, hắc ín) cần phải đƣợc

chứa trong các thùng chứa hoặc bể chứa nóng đƣợc đặt sao cho tránh bị tràn

hoặc rò rỉ vào hệ thống cống thoát nƣớc và bảo vệ khỏi các chất dễ cháy. Các

thùng chứa cần đƣợc cách ly hoặc lắp các tấm chắn gió xung quanh để giảm

hàm lƣợng ẩm của sản phẩm. Nơi lƣu giữ bitum cần phải xây các bờ ngăn

quanh bể chứa dầu. Các biện pháp ngăn ngừa dầu tràn khi bốc dỡ, chất xếp,

ví dụ nhƣ các thùng để thu hồi dầu rò rỉ ở các điểm tiếp xúc. Tách dầu từ

nƣớc thải đi ra. Ðặt các thùng chứa, bể chứa trong các thùng chắn nƣớc

mƣa.

Nhựa đƣờng có trạng thái đủ cứng để vận chuyển theo các đống rời (nó

chỉ mềm đi khi bị nóng quá) vì thế đôi khi nó đƣợc trộn lẫn với dầu điêzel hay

dầu lửa cho dễ vận chuyển. Vào lúc giao hàng, các chất nhẹ hơn này sẽ đƣợc

tách ra khỏi hỗn hợp.

Việc vận chuyển bitum cần phải đƣợc tuân thủ theo các quy định về bảo

vệ môi trƣờng và các chỉ dẫn an toàn của nhà cung cấp. Nguyên nhân cháy

thƣờng gặp nhất là bắt cháy lập tức khi vật liệu cách ly bị ngâm trong bitumen

nóng rò rỉ ra từ các van bị rò hoặc từ bể chứa quá đầy.

Cháy bitumen có thể dập bằng bột, carbon dioxid, bọt nƣớc. Việc dập lửa

bằng nƣớc có thể gây nổ. Một nguyên tắc rất quan trọng là không đƣợc cho

bitumen nóng tiếp xúc với nƣớc hoặc nhũ tƣơng thừa vì thƣờng làm bể chứa

sôi hoặc phát nổ.

5. Thực hành: XÁC ĐỊNH ĐỘ XUYÊN KIM CỦA MỠ VÀ BITUM – ASTM D

217


http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=D%E1%BA%A7u_%C4%91i%C3%AAzenl&action=edit

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=D%E1%BA%A7u_l%E1%BB%ADa&action=edit

112

Phƣơng pháp này dùng để đo độ đặc của mỡ nhờn bằng cách đo độ

xuyên kim của 1 chóp nón có kích thƣớc, khối lƣợng và thời gian xác

định. Đơn vị đo là 0,1mm.

Bảng 11.1: Bảng xác định cấp độ NLGI

Cấp NLGI (Viện mỡ quốc gia)

Số độ đặc

Khoảng độ xuyên kim làm việc

ở 25 C0

000 445÷ 475

00 430 ÷ 444

0 355 ÷ 385

1 310 ÷ 340

2 265 ÷ 295

3 220 ÷ 250

4 175 ÷ 205

5 130 ÷ 160

6 85 ÷ 115


Độ xuyên kim của các sản phẩm dầu mỏ là thông số phản ánh mức độ

cứng (độ nhớt) của các sản phẩm dạng bán rắn. Qua đó giúp ta chọn lựa sản

phẩm bôi trơn thích hợp cho các thiết bị hoạt động ở các tốc độ và tải trọng

khác nhau.


Sự xuyên qua đƣợc xác định ở 25oC bằng cách thả kim hình nón rơi tự

do qua mẫu mỡ trong 5 giây.



- Máy đo độ xuyên kim

- Côn xuyên kim chuẩn

- Dụng cụ nhồi mỡ

- Dao cắt mỡ

- Bể ổn nhiệt

- Mỡ

- Naphta nhẹ

- Vải, giấy lâu

- Dao gạt

- Dụng cụ đo nhiệt độ

- Máy đo độ xuyên kim – Đo đƣợc độ xuyên kim chính xác đến

0.1mm.

- Côn xuyên kim chuẩn – Phù hợp cho tất cả độ xuyên kim.

113

- Dụng cụ nhồi mỡ – Gồm có cốc, nắp, pippon. Dụng cụ nhồi thủ

công cho phép nhồi với tốc độ 60 ± 10 kỳ đúp trong một phút.

- Dao cắt mỡ – Dùng để chuẩn bị mẫu cho độ xuyên kim bolck.

- Bể ổn nhiệt – Bể nƣớc hay không khí cho phép kiểm soát nhiệt độ

bể 25 ± 0,5oC.

- Dao gạt–Kháng ăn mòn, có lƣỡi cứng rộng 32mm và dài ít nhất

150mm.

- Dụng cụ đo nhiệt độ – Có chiều dài khoảng 20mm và đƣờng kính

bao 3,7mm (vừa có lỗ thông hơi). Có thang đo có số chia đủ nhỏ cho phép

đo đƣợc đến ± 0,5oC. Có khoảng không cho phần trên của bao để giữ đầu

đo ngay phía trên của tấm đục lỗ của dụng cụ nhồi và ở trong khối mẫu.

- Vòng chảy tràn (không bắt buộc) – Dụng cụ để thu hồi mỡ chảy ra

từ bề mặt mẫu. Mẫu này có thể quay lại cốc nhồi cho thử nghiệm kế tiếp.

Hình 11.1 Thiết bị đo độ xuyên kim

Chú thích

(1) - Màn hình hiển thị (9) - Ren

(2) - Các phím số (10) - Kính lúp

(3) - Phím cài đặt giới hạn dƣới (11) - Đèn chiếu sáng

(4) - Phím cài đặt giới hạn trên (12) - Núm chỉnh thô

(5) - Phím cài đặt thời gian đo (13) - Hệ thống đo tự động

(6) - Phím cài đặt thời gian dừng (14) - Núm khóa

114

(7) - Phím bắt đầu đo (15) - Núm tinh chỉnh

(8) - Phím “RESET” (16) - Trục máy xuyên kim


Kích thƣớc mẫu – yêu cầu 1 lƣợng mẫu đủ (ít nhất là 0.4 kg) để làm đầy

cốc của dụng cụ nhào mỡ chuẩn. Nếu mẫu không đủ hay có khoảng xuyên

kim từ NLGI 0÷4, sử dụng phƣơng pháp D 1403. Nếu giá trị xuyên kim toàn

bộ thang chia tính theo phƣơng pháp thử D 1403 cao hơn 200, yêu cầu ít nhất

là 3 lần lƣợng mẫu cần để làm đầy cốc nhào thang ¼ và ½ . Đối với đo xuyên

kim khối, lấy một lƣợng mẫu đủ cứng để có hình dạng, đủ lƣợng cho phép cắt

thành hình lập phƣơng 50 mm.

Độ xuyên kim không làm việc: Đặt cốc không của dụng cụ nhào mỡ hay

bình kim loại kích thƣớc tƣơng đƣơng và mẫu trong bình kim loại vào bể ổn

nhiệt và ổn nhiệt ở 25 ± 0,50C. Chuyển mẫu, tốt nhất là nguyên cục để làm đầy

cốc dụng cụ nhào mỡ. Chuyển sao cho cốc hoạt động ít nhất. Lắc nhẹ cốc để

làm thoát khí và trét đầy mỡ bằng dao thật khéo để có cốc đầy không có túi

khí. Gạt mỡ dƣ bằng miệng cốc, không để có khất bằng lƣỡi dao đặt nghiêng

450. Xác định độ xuyên kim ngay.

Độ xuyên kim làm việc: Chuyển mẫu vào cốc nhồi mỡ sạch để làm đầy

có ngọn (khoảng 13mm ở giữa), tránh đƣa không khí vào bằng cách trét bằng

dao và vừa lắc vừa trét để đuổi không khí. Lấp dụng cụ và để hở lỗ thông, ấn

pitton xuống đáy. Đặt nhiệt kế vào lỗ thông sao cho đầu nhiệt kế ở giữa mỡ.

Đặt máy nhào vào bể ổn nhiệt ở 25oC, cho ổn định ở nhiệt độ đó. Sau khi đƣa

dụng cụ nhào ra khỏi bể. Lau nƣớc dƣ ở mặt ngoài máy nhào. Tháo nhiệt kế

và đóng lỗ thông. Nhào 60 kỳ đúp của pitton trong khoảng 1 phút, và đƣa

pitton về vị trí đỉnh. Mở lỗ thông, bỏ nắp và pitton, chuyển phần mỡ dính trên

pitton vào cốc. Làm bằng bề mặt và thoát khí nhƣ trên.

Độ xuyên kim làm việc kéo dài: Làm nhƣ độ xuyên kim làm việc hai lần

có ổn nhiệt giữa 2 lần ở 25oC trong 1,5h.

Mỡ khối: Dùng máy cắt mỡ cắt mẫu mỡ thành hình lập phƣơng có cạnh

50mm. Cắt vát 1 góc, cắt 3 mặt kề với nó 1 lát khoảng 1,5mm. Chú ý không

chạm vào các mặt mới cắt dùng để thử nghiệm. Ổn nhiệt ở 25oC trong ít nhất

1h.


Làm sạch chóp nón và trục máy xuyên kim bằng vải hay giấy mềm có

thấm dung môi nhẹ không nhựa khi cần.


115

Độ xuyên kim không làm việc: Đặt cốc vào bàn máy xuyên kim, giữ cho

không dao động. Đặt kết cấu giữ chóp nón vào vị trí 0, và chỉnh thiết bị cẩn

thận để đầu chóp nón chạm vào bề mặt ở tâm của mẫu thử. Đối với mẫu có

độ xuyên kim > 400, cốc phải để vào giữ xê dịch trong khoảng 0,3mm so với

đầu chóp nón. Thả trục chóp nón nhanh và cho rơi trong khoảng 5 ± 0,1s. Cơ

cấu thả lỏng không đƣợc kéo trục. Đóng trục ở vị trí cuối thời gian 5s. Ấn nhẹ

kim trục đến khi dừng lại ở trục chóp nón và đọc độ xuyên kim từ vị trí kim.

Nếu mẫu có độ xuyên kim > 200, đặt chóp nón vào tâm cốc, mẫu này chỉ

đƣợc sử dụng cho một thử nghiệm. Nếu mẫu có độ xuyên kim ≤ 200, tiến

hành 3 thử nghiệm trên cùng 1 cốc.

Độ xuyên kim làm việc: Xác định giống nhƣ phần trên. Làm 2 thử nghiệm

kế tiếp trên cùng 1 mẫu. Đƣa trở lại cốc phần tràn ra bằng dao gạt và lặp lại

công đoạn trong phần IV.

Độ xuyên kim làm việc kéo dài: Xác định giống nhƣ phần trên. Làm 2 thử

nghiệm kế tiếp trên cùng 1 mẫu. Đƣa trở lại cốc phần tràn ra bằng dao gạt và

lặp lại công đoạn trong phần IV.

Độ xuyên kim khối: Đặt mẫu thử lên bàn dụng cụ, một mặt đã chuẩn bị

hƣớng lên trên và ấn ở góc để nó nằm chắc chắn trên bàn. Đặt kết cấu giữ

chóp nón chạm vào bề mặt ở tâm của mẫu thử. Xác định giống nhƣ phần trên.

Làm thử nghiệm tại 3 vị trí cách cạnh ít nhất 6mm và càng xa lỗ khí hay vết

nứt trên bề mặt càng tốt. Nếu các kết quả sai khác nhau nhiều hơn 3 đơn vị,

cần làm lại cho đến khi sai khác trong khoảng 3 đơn vị.

Lặp lại quy trình mô tả trong phần III trên mỗi mặt đã chuẩn bị của mẫu.

Báo cáo 1/3 tổng số các trung bình đối với 3 mặt


Báo cáo giá trị trung bình của 3 lần xác định


Bảng 3.2: Độ chính xác

Độ xuyên kim Khoảng xuyên kim Độ lặp lại Độ tái lặp

Không làm việc 85 ÷ 475 8 19

Làm việc 130 ÷ 474 7 20

Làm việc lâu dài 130 ÷ 475 15 27

Khối < 85 7 11

116

BÀI 12. DẦU NHỜN ĐỘNG CƠ

Mã bài: HD B12

Giới thiệu

Thay dầu nhờn là một trong những thói quen cần có đối với hầu hết

những ngƣời đi ôtô, xe máy. Tuy nhiên, không phải tất cả mọi ngƣời đều hiểu

cặn kẽ về những tính năng, cũng nhƣ thông số ghi trên sản phẩm dầu nhờn.

Nội dung của bài học này giúp cho ngƣời học hiểu hơn về các vấn đề liên

quan đến dầu nhờn động cơ.



- Mô tả các tính chất của dầu nhờn động cơ.

- Lựa chọn dầu nhờn phù hợp với động cơ, dựa vào sự phân loại.

- Pha chế dầu nhờn động cơ.

- Xác định các chỉ tiêu chính của dầu nhờn nhƣ: độ nhớt, chỉ số nhớt.

- Thực hiện các thí nghiệm làm trong PTN

Nội dung chính

1. Thành phần hóa học của dầu nhờn

Dầu nhờn có nguồn gốc từ dầu mỏ, nên thành phần hóa học của nó cũng

chủ yếu từ hai nguyên tố chính là: cácbon (C) chiếm từ 84-87% và Hydro (H)

chiếm từ 12-14%, số còn lại từ 0,5-5% là những hợp chất lƣu huỳnh, Oxy,

Nitơ, các hợp chất cơ kim, nhựa asphanten, và một số kim loại nhƣ V, Ni, Fe,

Cu,...

Vì các nguyên tố C và H có khả năng kết hợp với nhau và với nhiều tỷ lệ

khác nhau theo những công thức rất khác nhau, hợp thành vô số những hợp

chất hydrocacbon. Phụ thuộc vào thành phần và hàm lƣợng của các

hydrocacbon mà dầu nhờn có các tính chất khác nhau.

Hàm lƣợng của các parafin mạch thẳng trong dầu nhờn khi chế biến phải

giảm tới mức nhỏ nhất. Mặc khác, các iso-parafin lại là thành phần rất tốt

trong dầu bôi trơn vì chúng có độ ổn định nhiệt cao và tính nhiệt nhớt tốt, nếu

mạch càng dài thì đặc tính này càng thể hiện rõ nét.

Hydrocacbon no đơn và đa vòng (naphten): có cấu trúc xyclohexan gần

với mạch nhánh parafin. Naphten có tính ổn định về nhiệt và hóa học cao, có

độ nhớt là thành phần rất quí và rất quan trọng chiếm tới 70% trong dầu nhờn.

117

Các hydrocacbon thơm đơn và đa vòng (chủ yếu chứa mạch nhánh

alkyl): có tính ổn định nhiệt và nhớt nhiệt rất tốt. Tuy nhiên, các hydrocacbon

thơm có mặt trong dầu nhờn sẽ làm tăng khả năng tạo muội than, ảnh hƣỡng

đến động cơ nên thƣờng hạn chế chúng ở hàm lƣợng nhỏ, đôi khi không có

trong dầu nhờn.

Các hợp chất vòng naphten, vòng thơm và mạch nhánh alkyl trong cùng

một phân tử: Số vòng ngƣng tụ càng nhiều mà mạch nhánh càng ngắn thì tính

chất nhiệt nhớt của cac hydrocacbon càng kém và càng không thích hợp để

làm dầu bôi trơn.

Hydrocacbon chƣa no: có tính chất không bền, dễ bị oxy hóa ở nhiệt độ

cao. Vì vậy thành phần này không nên có trong dầu nhờn, thƣờng bị loại đi

trong quá trình sản xuất dầu gốc.

Ngoài các thành phần hydrocacbon chủ yếu nêu trên, trong dầu nhờn còn

có các hợp chất khác có ảnh hƣởng đến chất lƣợng của dầu nhờn nhƣ: Hợp

chất lƣu huỳnh chỉ cho phép có từ 0,3-0,5% ; hợp chất chứa oxy ở mức giới

hạn, hợp chất chứa Nitơ thƣờng khống chế nhỏ hơn hoặc bằng 0,2% ; các

hợp chất nhựa asphan, hợp chất cơ kim cần hạn chế ở mức tối thiểu nhất.

2. Phân loại dầu nhờn: Dầu bôi trơn và dầu động cơ

Theo ý nghĩa sử dụng, dầu nhờn có hai loại chính, đó là:

- Dầu nhờn có tính chất bôi trơn (gọi là động cơ)

- Dầu nhờn không có tính bôi trơn (dầu công nghiệp)

Có nhiều phƣơng pháp phân loại dầu nhờn động cơ, nhƣng phần lớn đều

dựa vào độ nhớt để phân loại dầu nhờn động cơ.

2.1. Phân loại dầu nhờn theo độ nhớt (theo SAE)

Ở phƣơng pháp phân loại theo độ nhớt, các nhà sản xuất dầu nhớt thống

nhất dùng cách phân loại của Hiệp hội kỹ sƣ ôtô Mỹ SAE (Society of

Automotive Engineers). Các phân loại của SAE tùy thuộc vào sản phẩm dầu

đó là đơn cấp hay đa cấp. Dầu đa cấp có độ nhớt thỏa mãn ở nhiều điều kiện

nhiệt độ khác nhau còn dầu đơn cấp chỉ đáp ứng ở một nhiệt độ nào đó.

Hệ thống phân loại của SAE khá phức tạp, nó liên quan tới nhiều khái

niệm khác nhau. Tuy nhiên, có thể chỉ ra những yếu tố chính. Đối với dầu đa

cấp, sau chữ SAE là tiền tố nhƣ 5W, 10W hay 15W, 20W. Những số đứng

trƣớc chữ "W" dùng để chỉ khoảng nhiệt độ mà loại dầu động cơ đó có độ

nhớt đủ để khởi động xe lúc lạnh. Để xác định nhiệt độ khởi động theo ký tự

này, bạn chỉ cần lấy 30 trừ đi các số đó nhƣng theo nhiệt độ âm. Ví dụ, dầu

10W sẽ khởi động tốt ở âm 20 độ C, dầu 15W khởi động tốt ở âm 15 độ C.

118

Các loại dầu động cơ ở các nƣớc hàn đới thƣờng là loại 5W, 10W, 15W

nhƣng đa số các sản phẩm ở Việt Nam chỉ là loại 15W hay 20W. Mặc dù

không có ý nghĩa quan trọng khi khởi động vì thời tiết ở Việt Nam thƣờng

không quá lạnh, nhƣng để đạt đƣợc các yêu cầu khởi động lạnh, các nhà sản

xuất phải thêm vào các chất phụ gia nên dầu có số càng nhỏ thì càng đắt.

Loại 15W và 20W có mức giá trung bình nên đƣợc các hãng dầu nhờn nhập

về hoặc sản xuất ở Việt Nam.

Đứng sau chữ "W" ở loại dầu đa cấp có thể là chữ 40, 50 hoặc 60. Đây là

ký tự dùng để chỉ khoảng độ nhớt ở 100 độ C của các loại dầu nhờn. Thông

thƣờng, số càng to thì độ nhớt càng lớn và ngƣợc lại. Ví dụ, với xe hoạt động

không quá khắc nghiệt nhƣ động cơ ôtô chẳng hạn, chỉ số này ở khoảng 30,

40 hoặc 50 là đủ. Với những động cơ hoạt động ở vùng nhiệt độ cao, chỉ số

này phải cao hơn, khoảng trên 60. Do sự thay đổi nhiệt độ nên tùy thuộc mùa

mà ngƣời ta dùng loại 40 hoặc 50. Trong mùa đông, trời lạnh, nhiệt độ động

cơ thấp nên chỉ cần dùng loại nhỏ nhƣ 30, 40. Ở mùa hè, nhiệt độ động cơ

cao nên có thể dùng loại 50.

Do đặc tính của dầu đa cấp nên ngƣời ta thƣờng gọi nó là "dầu bốn

mùa". Khi có chữ "W", khách hàng có thể hiểu nó dùng đƣợc cho cả mùa

đông và mùa hè.

Ngoài loại đa cấp, nhiều nhà sản xuất cho ra cả loại dầu đơn cấp và chỉ

có ký hiệu nhƣ SAE 40, SEA 50. Loại dầu này thƣờng đƣợc dùng cho các loại

động cơ 2 kỳ, máy nông nghiệp, công nghiệp...

2.2. Phân loại dầu nhờn theo tính năng (theo API)

Khi phân loại theo tiêu chuẩn này, các nhà sản xuất lại thống nhất phân

theo tiêu chuẩn của Viện dầu mỏ Mỹ API (American Petroleum Institute), tức

là phân loại theo nhóm động cơ.

API phân ra theo cấp S (Service) dùng để dành cho dầu đổ vào động cơ

xăng và C (Commercial) cho các động cơ diesel. Hiện tại, với động cơ xăng,

API phân ra nhiều loại với thứ tự tiến dần từ SA, SB, SC tới mới nhất là SM.

Đối với động cơ diesel, API chia thành CA, CD, CC tới CG, CH và CI. Càng về

sau, chất lƣợng sản phẩm càng tốt do các nhà sản xuất phải thêm vào những

chất phụ gia đặc biệt để thích nghi với những công nghệ động cơ mới.

Trên các sản phẩm dầu động cơ thƣơng mại, các nhà sản xuất thƣờng

ghi đầy đủ các cách phân loại. Tùy thuộc vào đặc điểm động cơ mà những

hãng xe hơi khuyến cáo ngƣời tiêu dùng sử dụng loại dầu nào.

119

3. Công nghệ sản xuất dầu gốc

Dầu thu đƣợc trực tiếp từ dầu mỏ thƣờng chƣa đạt yêu cầu sử dụng

ngay và để dể dàng phân biệt cho giai đoạn chế biến dầu nhờn tiếp theo,

ngƣời ta gọi dầu này là dầu khoáng.

Dầu khoáng sau khi đã đƣợc tách đi những thành phần không mong

muốn nhƣ: nhựa, các hợp chất của lƣu huỳnh, oxy, nitơ, các naphten,

hydrocacbon thơm hoặc hỗn hợp của chúng.đƣợc gọi là dầu gốc.

Quá trinh sản xuất dầu gốc đƣợc tiến hành qua các giai đoạn sau :

Chƣng cất chân không: để tách lấy các phân đoạn riêng biệt dƣa vào

độ nhớt và khoảng nhiệt độ sôi

Mục đích là điều chỉnh độ nhớt và nhiệt độ chất cháy của dầu gốc. Tại

đây, dầu khoáng đƣợc tách thành các phần cất có độ nhớt khác nhau nhƣ

dầu cọc sợi nhẹ, dầu cọc sợi nặng, phân đoạn dầu nhờn nhẹ, phân đoạn dầu

nhờn nặng và phần cặn.

Chiết tách các cấu tử không mong muốn bằng dung môi: Việc chƣng

cất chân không dựa trên sự khác biệt về nhiệt độ sôi không phân loại đƣợc

thành phần hóa học nhƣ parafin, aromat và naphten, do đó quá trình này chƣa

loại bỏ đƣợc các cấu tử không mong muốn. Tiếp theo qua trình này là giai

đoạn chiết tách các cấu tử không mong muốn bằng dung môi nhằm mục đích

cải thiện độ chống lão hóa và đặc tính nhiệt nhớt của dầu gốc.

Những dung môi chọn lọc phổ biến nhất là : furfurol, phenol, nitrobenzen

và N-metyl-2-pyrolyđon. Những dung môi này thƣờng có sự lựa chọn thích

hợp vì nó phụ thuộc vào khả năng phân tách hai nhóm cấu tử khác nhau về

mặt hóa học.

Tách parafin hay loại bỏ sáp: do đây là hỗn hợp các parafin mạch thẳng

và các hydrocacbon khác có nhiệt độ nóng chảy cao và kém hòa tan trong dầu

ở nhiệt độ thấp nên cần phải loại bỏ chúng trong dầu gốc.

Đây là khâu quan trọng và khó khăn nhất, đƣợc thực hiện theo hai qui

trình chính:

Qui trinh 1: bằng cách làm lạnh để kết tinh sáp và dung môi nhằm hòa tan

phần dầu để đƣa vào phần lọc nhanh, tách sáp khỏi dầu.

Quy trinh 2: Cracking chọn lọc để bẻ gãy các phân tử parafin tạo ra

những sản phẩm có mạch parafin nhỏ còn đƣợc gọi là tách parafin dùng xúc

tác. Nguyên liệu đƣợc dùng là rafinat.

Làm sạch bằng hydro: Mục đích của quá trinh này là loại bỏ các hợp

chất hữu cơ có chứa nitơ ảnh hƣỡng rất lớn đến màu sắc và độ bền màu của

120

dầu gốc.

Trong các giai đoạn trên, còn có quá trình tách asphan bằng propan. Các

nguyên liệu đế sản xuất dầu gốc phải đƣa qua quá trình tinh chế loại bỏ

asphan nhằm tách các hợp chất nhựa, asphan và một số hydrocacbon thơm

đa vòng. Nhờ đó dầu thu đƣợc có độ nhớt thấp, giảm xu hƣớng tạo cặn dạng

cốc. Propan đƣợc dùng làm dung môi để tách asphan do có tính chất đặc biệt

là hòa tan parafin rất tốt từ nhiệt độ 40-60oC, khả năng này giảm khi nhiệt độ

tăng và khi đến nhiệt độ tới hạn của propan là 97oC thì tất cả các hydrocacbon

đều trở nên không tan. Trong khoảng nhiệt độ 40-97oC, các hợp chất nhựa và

asphan có phân tử lƣợng cao hầu nhƣ không tan trong propan.

Ngày nay, công nghệ sản xuất dầu gốc không ngừng đƣợc cải tiến để tạo

ra các sản phẩm có chất lƣợng tốt hơn bằng việc áp dụng các công nghệ xử

lý bằng hydro nhƣ hydrocracking, hydroizome hóa...

4. Phụ gia

Phụ gia là những chất hữu cơ, cơ kim và vô cơ, hoặc là những nguyên tố

đƣợc thêm vào dầu nhờn để nâng cao các tính chất riêng biệt cho sản phẩm

cuối cùng.

Sau khi có dầu nhờn gốc, để sản xuất dầu nhờn thƣơng phẩm, ngƣời ta

phải pha thêm các phụ gia nhằm mục đích tăng cƣờng các tính chất sẵn có

hoặc tạo ra những khả năng mà trong dầu nhờn gốc chƣa có. Sau đây là các

chủng loại phụ gia sử dụng chủ yếu cho dầu nhờn động cơ:

Phụ gia chống oxy hóa bao gồm các dẫn xuất của phenol, amin nhƣ:

2,6-di-tert-butyl-p-crezol, phenyl- -naphtalamin. Các chất phụ gia này nhằm

mục đích làm chậm quá trinh oxy hóa của dầu, giảm bớt ăn mòn chi tiết và tạo

cặn

Phụ gia tăng chỉ số nhớt: là các polyme tan đƣợc trong dầu có tác dụng

làm tăng độ nhớt của dầu mỏ, nghĩa là làm cho tốc độ thay đổi độ nhớt của

dầu theo nhiệt độ giảm đi. Các phụ gia này đƣợc chia thành 02 nhóm: dạng

hydrocacbon (copolyme etylen-propylen, polyizobutylen; copolyme styren-

izopren,...) và dạng ester (polymetacrylat, polyacrylat và các copolyme của

ester styenmaleic).

Phụ gia ức chế ăn mòn: có chức năng giảm thiểu việc tạo thành các

peoxyt hữu cơ, axit và các thành phần oxy hóa khác làm xuống cấp động cơ,

bảo vệ ổ đỡ và các bề mặt khác khỏi ăn mòn. Các phụ gia loại này gồm: Di-

thiophotphat kim loại (kẽm), sunphonat kim loại và kim loại kiềm cao, các tác

nhân hoạt động bề mặt nhƣ các axits béo, amin, axit ankylsulfinic, clo hóa

121

parafin,...

Phụ gia tẩy rửa: Với nồng độ 2-10%, các chất tẩy rửa có thể ngăn cản,

loại trừ các cặn không tan trong dầu, cặn sạn, cacbon và các hợp chất chì trên

các bộ phận của động cơ đốt trong. Chúng tác dụng bằng cách hấp thụ lên

các hạt không tan, giữ chúng lại trong dầu nhằm giảm tối thiểu cạn lắng và giữ

sạch các chi tiết của động cơ. Tác nhân quan trọng nhất có tính tẩy rửa là các

phụ gia có chứa kim loại, chúng bao gồm: sunphonat, phenolat, salixylat,

photphonat. Phần lớn sunphonat và salixylat của canxi hoặc magiê đƣợc sử

dụng nhƣ các chất tẩy rửa chức kim loại.

Phụ gia hạ điểm đông: Ở nhiệt độ thấp thì khả năng lƣu động của dầu

sẽ bị giảm, vì vậy cần pha các phụ gia hạ điểm đông đặc nhằm hạ thấp nhiệt

độ đông đặc của dầu. Các phụ gia này là các naphtalen đã đƣợc alkyll hóa,

các alkylphenol mạch dài.

Ngoài ra còn có các loại phụ gia khác nhƣ: phụ gia phân tán (ngăn ngừa,

chống quá trình tạo cặn và lắng đọng trong điều kiện họat động ở nhiệt độ

thấp), chất ức chế, phụ gia chống mài mòn, phụ gia biến tính, giảm ma sát,

phụ gia ức chế tạo bọt.

Phụ gia để pha chế dầu nhờn phải đáp ứng đƣợc yêu cầu: tan trong dầu

gốc, ổn định hóa học, không độc hại, có tính tƣơng hợp và độ bay hơi thấp.

5. Sản xuất dầu nhờn thƣơng phẩm

Để có đƣợc dầu nhờn thƣơng phẩm đáp ứng đƣợc các yêu cầu sử dụng,

phải nghiên cứu để tiến hành loại bỏ các thành phần không có lợi nhƣ: nhựa,

các hợp chất của lƣu huỳnh, oxy, nitơ, các naphten, hydrocacbon thơm hoặc

hỗn hợp của chúng. Ví dụ: parafin có khả năng làm tăng chỉ số độ nhớt nhƣng

lại làm cho dầu mất tính linh động nên cũng cần loại bỏ bớt. Tuy nhiên, công

việc này rất phức tạp và tốn kém, nó chỉ thực hiện đƣợc trong một chừng mực

nhất định. Vì vậy, để tăng cƣờng phẩm chất cho dầu nhờn thành phẩm, buộc

phải pha thêm phụ gia, những chất này làm cải thiện tốt hơn các tính chất sử

dụng của dầu nhờn.

Khi phụ gia đƣợc cho vào dầu gốc với những tỉ lệ xác định sẽ tạo ra dầu

thành phẩm gọi là dầu nhờn.

Dầu nhờn thƣơng phẩm có chất lƣợng cao hay thấp, có đảm bảo tiêu

chuẩn và các chỉ tiêu chất lƣợng hay không là phụ thuộc rất lớn vào việc tinh

chế và công nghệ sản xuất dầu gốc và các phụ gia, cụ thể hơn là qui trình

công nghệ pha chế giữa dầu gốc và phụ gia. Đó là những yếu tố quan trọng

nhất và quyết định tới việc điều chế dầu nhờn thƣơng phẩm có chất lƣợng

122

cao.

6. Các đặc trƣng hóa lý và tiêu chuẩn của dầu bôi trơn

6.1 Độ nhớt

Độ nhớt của một số phân đoạn dầu nhờn là một đại lƣợng vật lý đặc

trƣng cho trở lực do ma sát nội tại của nó sinh ra khi chuyển động. Do vậy, độ

nhớt có liên quan đến khả năng bôi trơn của dầu nhờn.

Để thực hiện nhiệm vụ bôi trơn, dầu nhờn phải có độ nhớt phù hợp, phải

bám chắc lên bề mặt kim loại và không bị đẩy ra ngoài, có nghĩa là nó phải có

ma sát nội tại nhỏ.

Độ nhớt của dầu nhờn phụ thuộc chủ yếu và thành phần hóa học. Các

hydrocacbon parafin có độ nhớt thấp hơn so với các loại khác. Chiều dài và

độ phân nhánh của mạch hydrocacbon càng lớn, độ nhớt sẽ tăng lên. Các

hydrocacbon thơm và naphten có độ nhớt cao. Đặc biệt, số vòng càng nhiều

thì độ nhớt càng lớn. Các hydrocacbon hỗn hợp giữa thơm và naphten có độ

nhớt cao nhất.

Độ nhớt của dầu nhờn thƣờng đƣợc đo bằng poazơ (P). centipoazơ (cP)

– đối với độ nhớt động lực, hoặc stôc (St), centitốc (cSt) – đối với độ nhớt

động học.

6.2 Chỉ số độ nhớt

Một đặc tính cơ bản nữa của dầu nhờn đó là sự thay đổi độ nhớt theo

nhiệt độ. Thông thƣờng, khi nhiệt độ tăng, độ nhớt sẽ giảm. Dầu nhờn đƣợc

coi là dầu bôi trơn tốt khi độ nhớt của nó ít bị thay đổi theo nhiệt độ, ta nói

rằng dầu đó có chỉ số nhớt cao. Ngƣợc lại, nếu độ nhớt thay đổi nhiều theo

nhiệt độ, có nghĩa là dầu có chỉ số nhớt thấp.

Chỉ số nhớt VI (Viscosity Index) là độ nhớt chuyên dùng để đánh giá sự

thay đổi của độ nhớt của dầu nhờn theo nhiệt độ. Quy ƣớc dầu gốc parafin có

độ nhớt ít thay đổi theo nhiệt độ, VI=100; họ dầu gốc naphten có độ nhớt thay

đổi nhiều theo nhiệt độ, VI=0. Chỉ số độ nhớt là một đại lƣợng có tính quy ƣớc

và có thể xác dịnh theo tiêu chuẩn ASTM D2270.

6.3 Điểm bắt cháy

Điểm bắt cháy là nhiệt độ thấp nhất tại đó lƣợng hơi thoát ra trên bề mặt

dầu nhờn đủ để bắt cháy khi ngọn lửa tới gần.

Dầu nhờn thƣờng đƣợc xác định điểm bắt cháy cốc hở theo ASTM-D.92

và cốc kín theo ASTM-D.93. Phƣơng pháp này đƣợc sử dụng để phát hiện

một lƣợng nhỏ các chất dễ bay hơi lẫn trong dầu.

123

Ngoài ra, dầu nhờn còn có một số đặc trƣng hóa lý khác nhƣ: điểm đông

đặc, tỷ trọng, độ bền oxy hóa, ăn mòn đồng, hàm lƣợng tro, trị số axxít và

kiềm,...

7. Các lĩnh vực ứng dụng và thị trƣờng

Trong động cơ, dầu nhờn có nhiều tác dụng nhƣ giảm ma sát giữa hai bộ

phận tiếp xúc trực tiếp với nhau, bôi trơn, giải nhiệt làm mát, làm sạch, làm

kín, chống ăn mòn, bảo vệ kim loại. Tuy nhiên, tác dụng cơ bản nhất của nó

vẫn là giảm ma sát hay là bôi trơn nên độ nhớt là chỉ tiêu có ảnh hƣởng quan

trọng nhất đến chất lƣợng của một sản phẩm dầu nhờn thƣơng mại.

Lĩnh vực ứng dụng chính của dầu nhờn là các động cơ, thiết bị nhƣ môtô,

ôtô, máy kéo, các máy móc, thiết bị công nghiệp,... Ở đây dầu nhờn có tác

dụng bôi trơn, máy móc sẽ bị hỏng ngay nếu không có dầu nhờn. Việc chọn

đúng, sử dụng hợp lý dầu nhờn cũng là vấn đề rất quan trọng vì nếu chọn

đúng thì hệ số ma sát có thể giảm từ 100 đến 1000 lần so với ma sát khô.

Trong thực tế, dầu động cơ chiếm một tỷ lệ khá lớn trong công nghiệp

sản xuất dầu bôi trơn nói chung (khoảng 40%) và đƣợc sử dụng phổ biến.

Thị trƣờng dầu động cơ rất đa dạng, phong phú nhờ có sự ra đời ngày

càng có nhiều các chất phụ gia, cho nên tùy thuộc vào đặc điểm động cơ mà

những hãng xe hơi khuyến cáo ngƣời tiêu dùng sử dụng loại dầu nào. Có thể

tự đánh giá hay lựa chọn cho mình một loại dầu thích hợp, nhƣng tốt hơn cả

hãy hỏi ý kiến của các chuyên gia hay nhờ kỹ thuật viên của hãng tƣ vấn.

8. Thực hành: XÁC ĐỊNH ĐỘ TẠO BỌT CỦA DẦU NHỜN – ASTM D 892


Phƣơng pháp này dùng để xác định tính chất tạo bọt của dầu nhờn tại

một nhiệt độ đặc biệt.


Khuynh hƣớng tạo bọt của dầu nhờn có thể gây nên những vấn đề

nghiêm trọng cho hệ thống khi hoạt động với tốc độ cao, thể tích bơm lớn và

sự bắn tung tóe dầu. Sự thiếu hụt dầu, sự tạo bong bóng hay sự chảy tràn

làm mất mát dầu nhờn có thể gây nên những hỏng hóc cho máy móc.

Phƣơng pháp kiểm tra này sử dụng cho việc đánh giá những loại dầu dùng

cho họat động ở điều kiện bình thƣờng.


Mẫu dầu đƣợc duy trì ở nhiệt độ 24oC và đƣợc sụt qua bằng một dòng

khí có tốc độ không đổi trong 5 phút, sau đó để lắng trong 10 phút. Phần thể

124

tích bọt còn lại đƣợc xác định nhƣ là độ tạo bọt. Thực nghiệm đƣợc lặp lại

trên mẫu thứ hai ở 93,5oC và để cho xẹp bọt ở 24oC.



a. Thiết bị:

- Thiết bị kiểm tra độ tạo bọt

- Bể kiểm tra

- Hệ thống cung cấp khí

- Đồng hồ bấm giây

- Nhiệt kế

Hình 12.1 Thiết bị xác định tạo bọt

b. Hóa chất

- Petroleum distillate

- Toluen

- Axeton

- Petroleum spirit


Tiến hành làm sạch hệ thống ống đong dùng cho kiểm tra mẫu và đầu

vào của hệ thống cấp khí sau mỗi lần sử dụng để tránh gây nên sai số.

Ống đong: Rửa ống đong với phân đoạn cất dầu mỏ, sau đó với dung

môi dầu mỏ. Thực hiện việc sấy khô ống đong trong không khí. Rửa lại ống

đong bằng nƣớc cất, sau đó tráng lại với axeton và tiến hành sấy khô.

Hệ thống khuếch tán khí: làm sạch hệ thống khuếch tán khí với phân

đoạn cất dầu mỏ, toluen, dung môi dầu mỏ. Ngâm hệ thống khuếch tán khí

125

vào 300ml phân đoạn cất dầu mỏ


Qui trình I – Trong trƣờng hợp không lắc và khuấy, rót 200 ml mẫu vào

cốc, gia nhiệt đến 49 3oC và cho phép làm lạnh đến 24 3oC, mẫu phải

đƣợc kiểm tra trong khoảng thời gian 3 giờ sau khi nhúng ống đong chứa mẫu

bể ở nhiệt độ 93,5oC.

Rót mẫu vào ống đong 1000 ml cho đến vạch 190 ml, nhúng ống đong

vào trong bể ổn nhiệt ít nhất là đến vạch 900 ml, sau đó duy trì ở 24 0,5 oC.

Khi nhiệt độ của mẫu bằng với nhiệt độ của bể, nhúng đầu khuếch tán vào

trong bình chứa mẫu và tiến hành sục khí với tốc độ dòng khí khoảng 94 5

ml/phút trong vòng 5 phút 3s tính từ khi bắt đầu xuất hiện bọt khí đầu tiên.

Sau khi hết thời gian sục khí, tắt máy sục khí và ghi nhận thể tích của bọt

(là thể tích tính từ bề mặt của lớp dầu đến bề mặt của lớp bọt). Tổng lƣợng

khí sụt qua hệ thống khoảng 470 25 ml.

Để yên ống đong trong 10 phút 10s và ghi nhận lại thể tích lớp bọt.

Qui trình II – Rót mẫu vào ống đong 1000 ml thứ 2 cho đến vạch 180 ml.

nhúng ống đong vào trong bể ổn nhiệt ít nhất là đến vạch 900 ml, sau đó duy

trì ở 93,5 0,5 oC. Khi nhiệt độ của mẫu bằng với nhiệt độ 93 1 oC, nhúng

đầu khuếch tán vào trong bình chứa mẫu và tiến hành sục khí với tốc độ dòng

khí khoảng 94 5 ml/phút trong vòng 5 phút 3s tính từ khi bắt đầu xuất hiện

bọt khí đầu tiên.

Sau khi hết thời gian sục khí, tắt máy sục khí và ghi nhận thể tích của bọt

(là thể tích tính từ bề mặt của lớp dầu đến bề mặt của lớp bọt). Để yên ống

đong trong 10 phút 10s và ghi nhận lại thể tích lớp bọt.

Qui trình III – Làm tan bọt sau khi kiểm tra ở 93,5oC bằng cách khuấy và

làm lạnh mẫu đến 43,5oC bằng cách để yên ống đong chứa mẫu trong không

khí ở nhiệt độ phòng, sau đó ngâm mẫu vào bể ổn nhiệt ở 24 0,5oC. Khi

nhiệt độ mẫu bằng với nhiệt độ của bể ổn nhiệt, lặp lại việc kiểm tra nhƣ trên

ở nhiệt độ 24oC. Ghi nhận thể tích bọt sau khi sụt khí và để yên.

Một vài lọai dầu nhờn có sử dụng các phụ gia mới có khả năng chống tạo

bọt thì không yêu cầu phải kiểm tra tính tạo bọt, nhƣng sau một thời gian tồn

trữ thì phụ gia này có thể mất đi họat tính và yêu cầu phải kiểm tra lại tính tạo

bọt. Trong trƣờng hợp này ta phải thực hiện quá trình khuấy trộn trƣớc khi

kiểm tra theo quy trình sau:

126

Chuẩn bị một bình chứa sạch có thể tích khỏang 1 lít dùng cho việc

khuấy ở tốc độ cao. Cho 500 ml mẫu có nhiệt độ từ 18 đến 32oC vào bình

chứa và tiến hành khuấy ở tốc độ cao trong 1 phút. Sau đó để yên cho tan bọt

và ổn định đến nhiệt độ 24 3oC ta tiến hành thực hiện quy trình kiểm tra qui

trình I, II, III. Thời gian bắt đầu kiểm tra không quá 3 giờ sau khi khuấy trộn.


Dữ liệu báo cáo đƣợc trình bày trong bảng sau:

Bảng kết quả

Kiểm tra

Khuynh hƣớng tạo

bọt Bọt ổn định

Thể tích bọt, ml (sau

khi sụt khí qua 5

phút)

Thể tích bọt, ml

(sau khi để yên 10

phút)

Không khuấy trộn:

Qui trình I

Qui trình II

Qui trình III

Sau khuấy trộn:

Qui trình I

Qui trình II

Qui trình III



một ngƣời thao tác cho phép chỉ 1 trong 20 lần thử nghiệm là không lặp lại

theo đồ thị 3.


con ngƣời khác nhau, chỉ cho phép 1 trong 20 trƣờng hợp là không lặp lại

theo đồ thị 4.

127

BÀI 13. DẦU NHỜN CÔNG NGHIỆP

Mã bài: HD B13

Giới thiệu

Dầu nhờn công nghiệp (thƣờng đƣợc gọi là dầu công nghiệp) bao gồm

các loại dầu nhờn đƣợc sử dụng để bôi trơn các máy móc công nghiệp và duy

trì hoạt động tất cả các loại máy móc, thiết bị công nghiệp.



- Mô tả đƣợc vai trò của dầu nhờn công nghiệp.

- Phân loại đƣợc dầu nhờn công nghiệp.

- Xác định các tính chất chính của dầu nhờn công nghiệp nhƣ: Độ

nhớt, tỷ trọng.

- Thực hiện các thí nghiệm làm trong PTN

Nội dung chính

1. Giới thiệu chung về dầu nhờn công nghiệp

Tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng mà dầu bôi trơn công nghiệp đƣợc sản

xuất, chế biến có phụ gia hay không phụ gia và những tính chất lý hóa khác

nhau. Dầu nhờn công nghiệp đƣợc chia thành hai nhóm lớn nhƣ sau:

Nhóm dầu công nghiệp thông dụng: là dầu dùng cho các cơ cấu hoạt

động của máy móc thiết bị ở điều kiện tải trọng thấp và nhiệt độ thấp, không

có những yêu cầu đặc biệt về chất lƣợng.

Dầu công nghiệp thông dụng không có chất phụ gia và có thể đƣợc sử

dụng trong bất kỳ cơ cấu thiết bị nào hoạt động với trọng tải nhẹ. Dầu công

nghiệp thông dụng không có yêu cầu đặc biệt về chất lƣợng, trừ tính bôi trơn.

Vì vậy, dựa vào độ nhớt để đánh giá mức độ ổn định, khả năng chống lão hóa

của loại dầu này.

Nhóm dầu công nghiệp đặc biệt: là loại dầu nhờn chuyên dụng, dùng

để bôi trơn từng thiết bị riêng biệt.

Dầu nhờn chuyên dụng là dầu nhờn đảm bảo khả năng làm việc của các

máy móc thiết bị công nghiệp, các máy gia công kim loại và các thiết bị khác

có chế độ hoạt động chuyên dụng.

Dầu nhờn chuyên dụng dùng cho các máy móc có cơ cấu tốc độ cao, hệ

thống thủy lực của các thiết bị công nghiệp truyền động bánh răng dẫn hƣớng

trƣợt trong máy cắt gọt kim loại, máy cán thép. Dầu tuabin, dầu máy nén, dầu

128

cách điện, dầu xylanh, dầu chân không và dầu máy khoan đều thuộc nhóm

dầu nhờn chuyên dụng.

2. Phân loại dầu nhờn công nghiệp

Căn cứ những đặc trƣng về mặc hóa lý hoặc mục đích sử dụng, tổ chức

tiêu chuẩn quốc tế ISO đã tiến hành các bƣớc phân loại đƣợc đối với dầu

công nghiệp nhƣ

2.1 Phân loại theo độ nhớt (tiêu chuẩn ISO .3448):

Dầu bôi trơn công nghiệp đƣợc sản xuất chủ yếu từ dầu khoáng và do

điều kiện làm việc của dầu bôi trơn công nghiệp không quá khắt khe nhƣ dầu

động cơ nên độ nhớt là chỉ tiêu quan trọng nhất để phân loại chúng cho các

mục đích sử dụng khác nhau.

Tiêu chuẩn ISO .3448 đã phân loại độ nhớt thành 18 cấp đối với dầu

công nghiệp nói chung và dầu thủy lực nói riêng.

2.2 Phân loại theo công dụng và lĩnh vực sử dụng

Ngoài phân loại theo độ nhớt nói trên, để đơn giản hóa cách phân loại

dầu bôi trơn công nghiệp, trong giao dịch ngƣời ta thƣờng phân loại theo công

dụng và lĩnh vực sử dụng nhƣ:

- Dầu nhờn bôi trơn hệ thống thiết bị dạng hở

- Dầu nhờn truyền động bánh răng

- Dầu máy nén (máy nén khí và máy lạnh)

- Dầu thủy lực

- Dầu cách điện

- Dầu gia công kim loại

- Dầu tuabin

Tiêu chuẩn ISO 67430/0-1981 cũng tiên hành phân loại theo công dụng

và lĩnh vực sử dụng của dầu bôi trơn và phân thành 18 loại.

Tuy nhiên, do sự phân loại theo tiêu chuẩn ISO 6743/0-1981 là tổng

quan và để giúp cho ngƣời sử dụng dễ tra cứu, lựa chọn nhanh các loại dầu

cần thiết, tổ chức ISO đã tiếp phân sâu thêm thành 4 nhóm dầu bôi trơn công

nghiệp thep các tiêu chuẩn sâu:

- Tiêu chuẩn ISO 6743/1-1981: phân loại theo nhóm A: hệ bôi trơn hở

- Tiêu chuẩn ISO 6743/2-1981: phân loại theo nhóm F: trục chính, ổ

trục, mối nối

- Tiêu chuẩn ISO 6743/3-1981: phân loại theo nhóm dầu máy nén

(máy lạnh và bơm chân không)

129

- Tiêu chuẩn ISO 6743/4-1981: phân loại theo nhóm cho dầu thủy lực

Ngoài ra, ISO cũng ban hành tiêu chuẩn ISO 3498-1979: phân loại cho

nhóm vật liệu bôi trơn máy cái.

2.2.1 Tiêu chuẩn ISO 6743/1-1981: tiêu chuẩn này phân loại chi tiết cho dầu

nhờn nhóm A của tiêu chuẩn ISO 6743/0 áp dụng cho hệ bôi trơn hở.

Nhóm dầu này bao gồm dầu khoáng tinh chế và chƣa tinh chế dùng để

bôi trơn hệ bánh răng hở, cán thép, các cơ cấu tải trọng nhẹ và tải trọng lớn.

2.2.2 Tiêu chuẩn ISO 6743/2-1981: tiêu chuẩn này phân loại chi tiết cho dầu

nhớn nhóm F của tiêu chuẩn ISO 6743/0, áp dụng cho trục chính, ổ trục và

các mối nối ổ trục. Nhóm dầu này bao gồm dầu khoáng tinh có pha phụ gia,

dùng để bôi trơn cácc cơ cấu tốc độ nhanh. Trong phân loại này có đƣa điều

kiện sử dụng dầu trong các chi tiết máy và giới hạn lực chọn dầu nhờn theo

thành phần phụ gia.

2.2.3 Tiêu chuẩn ISO 6743/3-1981: tiêu chuần này phân loại chi tiêt cho dầu

nhờn nhóm D của tiêu chuẩn ISO 6743/0, áp dụng cho máy nén (máy nén khi

có máy lạnh và bơm chân không).

Tiêu chuẩn này qui định loại và chế độ làm việc của máy nén và bơm

chân không, đồng thời hƣớng dẫn sử dụng dầu bôi trơn để phù hợp với điều

kiện sử dụng và đảm bảo hoạt động an toàn cho máy nén tĩnh về phƣơng

diện chống cháy nổ.

2.2.4 Tiêu chuẩn ISO 6743/4-1981: phân loại theo nhóm cho dầu thủy lực

Tiêu chuẩn này áp dụng cho dầu thủy lực pha phụ gia và không pha phụ

gia, cho chất lỏng tổng hợp , dung dịch hóa chất dùng trong truyền động thủy

lực khối, truyền động cơ thủy lực và truyền động thủy lực động.

2.2.5 Tiêu chuẩn ISO 3498-1979: phân loại cho nhóm vật liệu bôi trơn máy

cái.

Tiêu chuẩn ISO 3498-1979 cho phép các nhà chế tạo thiết bị có thể

hƣớng dẫn sử dụng dầu nhờn và mỡ nhờn bôi trơn cho máy cái, trong đó có

thể loại bỏ những giới hạn không cần thiết, hoặc hƣớng dẫn cách sử dụng

những sản phẩm dầu có trong tƣơng lai.

Trong phân loại theo tiêu chuẩn này có đƣa ra những yêu cầu đặc biệt

của nhà chế tạo máy đối với dầu nhờn và cho biết rõ vật liệu bôi trơn phải phù

hợp khi tiếp xúc với các chi tiết máy hoặc tiếp xúc với vật bịt kín là cao su.

2.2.6 Phân loại theo Hiệp hội chế tạo truyền thông bánh răng Mỹ (AGMA)

: Phân loại dầu nhờn cho truyền động bánh răng của thiết bị công nghiệp còn

130

đƣợc các tập đoàn chế tạo bánh răng của Mỹ nghiên cứu và lập ra, trong đó

có dầu nhờn khoáng pha phụ gia chống oxy hóa, chống ăn mòn, có khả năng

đẩy nƣớc và mức độ sạch của dầu, chống kẹt xƣớc.. Ngoài chỉ số nhớt

(không nhỏ hơn 90) và độ bền ôxy hóa, phân loại AGMA còn đánh giá khả

năng chống ăn mòn, chống rỉ, chống tạo bọt, đẩy nƣớc và độ sạch dầu. Đối

với dầu có pha phụ gia chống kẹt xƣớc, nó còn đánh giá thêm khả năng

chống kẹt xƣớc và tính hòa tan của phụ gia.

3. Các loại dầu công nghiệp chuyên dùng: Dầu nhờn truyền động, dầu

máy nén, dầu nhờn thủy lực, dầu cách điện,v.v...

3.1. Dầu nhớt truyền động

3.1.1 Yêu cầu chung: Để đảm bảo hoạt động bình thƣờng của hệ thống

truyền động, dầu truyền động phải có các yêu cầu cơ bản nhƣ sau:

- Đảm bảo tính chống ăn mòn và mài mòn

- Có đặc tính nhớt - nhiệt tốt (đảm bảo chỉ số nhớt cao và tính bôi trơn

tốt ở nhiệt độ làm việc của dầu)

- Không gây ăn mòn trên chi tiết truyền động

- Có độ ổn định oxy hóa nhiệt tốt

- Có tính bảo vệ tốt

- Không độc hại

Truyền động bánh răng trong thiết bị công nghiệp chia làm 2 nhóm:

- Nhóm truyền động bánh răng đặc biệt và bánh răng trục vít

- Nhóm truyền động bánh răng trục và bánh răng côn với vòng quay

đầu tiên của bánh răng khi quay sẽ lăn mà không trƣợt.

Truyền động bánh răng trục vít gồm có:Trục khuỷu; Côn xoắn; Hypoit

Truyền động bánh răng của thiết bị công nghiệp thƣờng gây ra 3 dạng

mài mòn: Mài mòn thông thƣờng; Mài mòn dính; Mài mòn dạng mẻ.

Điều kiện làm việc của truyền động bánh răng công nghiệp rất khác nhau.

đề vận hành tốt đối với chúng, phải sử dụng loại dầu nhờn có phụ gia đa chức

năng (mở rộng chủng loại phụ gia) với độ nhớt của dầu gốc từ 12mm2/s ở

50oC đến 52 mm2/s ở 100oC.

Đặc tính quan trọng của dầu nhờn đối với truyền động bánh răng là tính

bôi trơn và tính chống ôxy hóa. Để xác định, lựa chọn dầu gốc và phụ gia cho

từng loại truyền động bánh răng cụ thể là phải dựa vào tải trọng, tốc độ quay

cụ thể của từng trƣờng hợp và nhiệt độ cụ thể trong vùng truyền động.

3.1.2 Phân loại

131

Ở Mỹ và Tây Âu có 2 hệ thống phân loại đối với dầu nhờn truyền động

ôtô, máy kéo:

- Phân loại theo độ nhớt của Hội kỹ sƣ ôtô Mỹ (SAE)

- Phân loại theo đặc tính sử dụng của Viện dầu mỏ Mỹ (API)

3.1.2.1 Phân loại SAE

Theo SAE , dầu truyền động cho ôtô, máy kéo đƣợc chia thành 6 chủng

loại và ký hiệu theo số: SAE 75W, SAE 80W, SAE 85W, SAE 90W, SAE

140W, SAE 250W và tƣơng ứng với độ nhớt của dầu nhớt ứng với từng

chủng loại dầu nói trên.

Dầu nhờn loại SAE 75W, 80W, 85W và loại dầu tƣơng ứng cho các mùa

SAE 80 W/90, 80W/140 nên dùng ở những nƣớc có khí hậu lạnh trong mùa

đông hoặc các mùa khác.

3.1.2.2 Phân loại API

Với kết cấu của hệ truyền động và điều kiện vận hành khác nhau (tốc độ

và tải trọng), yêu cầu và đặc tính của dầu nhờn cũng khác nhau nên có thêm

hệ thống phân loại API.

Theo phân loại API, dầu nhờn đƣợc cia tƣơng ứng với từng kiểu và mức

độ tải trọng của truyền động bánh răng, gồm 6 nhóm sau: GL1, GL2, GL3,

GL4, GL5, GL6. Nên sử dụng một loại dầu nhờn cho bộ phận truyền động

chính và các bộ phận truyền động khác của ôtô cho hợp lý để giảm bớt chủng

loại dầu nhờn và tránh đƣợc việc tra dầu không đúng chủng loại.

Dầu truyền động đa dụng đƣợc chỉ đối với các loại dầu đảm bảo đƣợc

hoạt động của hệ truyền động làm việc ở các điều kiện khác nhau: momen

quay lớn, và tốc độ thấp, momen quay nhỏ và tốc độ cao, tôc độ cao và có tải

trọng va đập, tốc độ cao và có tải trọng cao, nghĩa là dùng cho cả xe tải và xe

nhỏ.

3.1.2.3 Phân loại dầu nhờn truyền động theo yêu cầu đặc chủng

Phân loại theo đặc chủng đối với dầu truyền động ở Tây Âu và Mỹ:

phân loại theo SAE và API chỉ mới đƣa ra đƣợc yêu cầu tổng thể đối với dầu

truyền động mà chƣa chỉ ra đƣợc toàn bộ chỉ tiêu chất lƣợng của nó.

Các yêu cầu đầy đủ về đặc tính lý hóa và đặc tính sử dụng cũng nhƣ giới

hạn cho phép của chúng đƣợc liệt vào nhóm dầu truyền động đặc chủng. Ở

Tây Âu và Mỹ dầu truyền động ôtô đƣợc chia thành 2 loại đặc chủng:

Dầu truyền động đặc chủng dùng cho các hãng chế tạo ôtô

Dầu truyền động đặc chủng dùng cho quân đội.

132

Hai loại dầu đặc chủng này đƣa ra yêu cầu về đặc tính lý hóa và đặc tính

sử dụng dầu nhờn, quy định khối lƣợng và phƣơng pháp kiểm nghiệm đánh

giá chất lƣợng. Do yêu cầu đặc chủng về quân sự, dầu truyền động của Mỹ

thuộc loại tiên tiến nhất và phù hợp nhất với các yêu cầu hiện đại.

Phân loại theo đặc chủng đối với dầu truyền động thủy lực: đặc

chủng này bao gồm các loại dầu đƣợc sản xuất đáp ứng với các yêu cầu kỹ

thuật của hãng máy kéo. Ngoài việc đáp ứng các yêu cầu truyền động còn

phải phù hợp với hoạt động thủy lực và hộp số tự động. Với truyền động chính

của máy kéo ngƣời ta thƣờng dùng loại dầu truyền động SAE 80, SAE 90,

SAE 140.

Phân loại theo đặc chủng đối với dầu truyền động – cơ thủy lực: đặc

chủng này có các đặc tính tốt hơn nhƣ chịu nhiệt thấp, tính ma sát, tính chống

mài mòn và tính chống oxy hóa.

3.2 Dầu bôi trơn cho máy nén

3.2.1 Yêu cầu chung: Dầu máy nén phải bảo đảm đƣợc chức năng sau:

Bôi trơn, làm giảm ma sát, chống mài mòn

Làm mát máy

Làm kín buồng nén

Chống ăn mòn

Ngoài ra dầu máy nén còn phải bảo đảm chức năng của mình trong điều

kiện làm việc của máy nén nhƣ: nhiệt độ thay đổi, các chế độ nhiệt khác nhau,

tiếp xúc với các khí nén khác nhau.

Dầu bôi trơn cho máy nén lạnh cần có các tính chất nhƣ: trơ với tác nhân

làm lạnh, ổn định hóa học tốt, ổn định nhiệt độ cao để không bị biến chất dầu

ở vùng nhiệt độ cao, nhiệt độ đông đặc thấp.

3.2.2 Phân loại: có 3 loại dầu máy nén chủ yếu:

Dầu máy nén khí

Dầu máy nén lạnh

Dầu bơm chân không

3.2.2.1 Dầu máy nén khí: là loại dầu có dải độ nhớt nằm trong khoảng

4mm2/s đến 20mm2/s hoặc hơn thế ở 100oC.

Yêu cầu chung đối với dầu máy nén khí :

Có độ nhớt và chỉ số phù hợp

Có nhiệt độ nóng chảy thấp

133

Có nhiệt độ chớp cháy và nhiệt độ đốt cháy cao

Có nhiệt độ tự bắt cháy cao

Có tính ổn định thủy phân tốt

Có tính chống ôxy hóa, tính tẩy rửa và tính phân tán tốt

Tính tạo bọt, tính hòa tan thấp

Có tính trộn lẫn và tính chống ăn mòn tốt

Tiêu chuẩn chủ yếu để lựa chọn dầu máy nén khí là tùy thuộc vào loại khí

đƣợc nén và kiểu thiết kế của máy nén.

Thông thƣờng khí nén có 4 loại: không khí, khí trơ, khí hydrocacbon, khí

có hoạt tính hóa học.

Đối với dầu máy nén khí gốc dầu mỏ thƣờng có thêm các chất phụ gia

sau:

Các chất ức chế oxy hóa chống tạo sơn và cặn nhựa, làm chậm quá

trình ăn mòn các ổ trục kim loại.

Các chất ức chế rỉ

Các hợp chất phân cực có tác dụng cải thiện khả năng bôi trơn khi

có mặt nƣớc

Các tác nhân chống mài mòn và chống tạo bọt.

Dầu nhờn tổng hợp đƣợc dùng cho các máy nén khí. Các poly-alkylglycol

đƣợc sử dụng trong việc nén các khí hydrocacbon nhƣ khí tự nhiên và các khí

có trong quá trình lọc dầu. Việc sử dụng loại dầu bôi trơn tổng hợp này sẽ

tránh đƣợc việc tụt độ nhớt trong buồng nén và hiện tƣợng rửa trôi lớp bôi

trơn, tránh gây ra hiện tƣợng cháy khô. Poly-alkylenglycol là loại dầu bôi trơn

thích hợp, đƣợc dùng trong những trƣờng hợp mà nhiệt độ nén lên đến 2000C

mà không gây ra bất kỳ một loại cặn rắn nào trong sử dụng.

3.2.2.2 Dầu máy nén lạnh: Dầu bôi trơn dùng cho máy nén lạnh có độ nhớt

thấp hơn và có các đặc điểm sau:

Có tính chất chống mài mòn ở nhiệt độ thấp, tức là dầu phải có độ

nhớt thích hợp để dễ văng tóe ra ở nhiệt độ thấp gần cửa hút, chống

mài mòn ở đuôi xylanh và trong cacte dầu.

Trơ với tác nhân làm lạnh

Có độ ổn định hóa học tốt

Có độ ổn định nhiệt cao để chống lại ảnh hƣởng gây biến chất dầu

134

do nhiệt độ cao ở cửa xả của máy nén.

Bôi trơn các máy nén lạnh là vấn đề quan trọng dùng trong công nghiệp,

trong các kho lạnh, tàu lạnh và máy lạnh dùng để bảo quản, niêm cất và các

máy điều hòa không khí.

Thông thƣờng khí amoniac đƣợc dùng làm lạnh trong các nhà máy lớn

ngoài ra còn dùng khí flohydrocacbon hoặc clohydrocacbon tan trong dầu để

làm lạnh.

Yêu cầu chung đối với dầu máy nén lạnh:

Có độ nhớt đúng

Có tính bền hóa học cao

Có độ ổn định ôxy hóa tốt

Có tính linh động ở nhiệt độ thấp tốt

Có khả năng pha trộn tốt

Để dầu máy nén lạnh có nhiệt độ nhỏ giọt thấp thƣờng sử dụng các dầu

gốc chế biến từ naphtalen. Các dầu gốc từ dầu thô parafin phải đƣợc khử sáp

kỹ vì có thể kết tủa thành các hydrocacbon rắn trong các halogen

hydrocacbon lạnh, làm tắc các bộ phận điều tiết và đƣờng ống của máy lạnh,

gây ảnh hƣởng đến quá trình trao đổi nhiệt.

Các loại dầu bán tổng hợp là hỗn hợp của dầu khoáng và alkyl-benzen

tổng hợp hoặc các alkyl aromatic hoàn toàn tổng hợp đƣợc sử dụng trong dầu

máy lạnh. Các dầu này có tính ổn định nhiệt độ tốt, nhiệt độ đông đặc tốt,

nhiệt độ đông đặc thấp và tính trộn lẫn đƣợc với các tác nhân lạnh mong

muốn.

Các loại dầu bôi trơn gốc hydrocacbon tổng hợp hiện nay đƣợc sử dụng

rộng rãi trong các máy nén lạnh.

3.2.2.3 Dầu bơm chân không: thuờng sử dụng dầu có tính nhớt cao, các dầu

gốc dầu mỏ dùng cho bơm chân không tốt nhất là các phần cất dầu hẹp có độ

nhớt đủ cao. Các dầu này có nhiệt độ chớp cháy cao và không chứa các cấu

tử có nhiệt độ sôi thấp.

Thƣờng sử dụng các dầu chuyên dùng có áp suất hơi thấp ở nhiệt độ

làm việc cho các bơm chân không để tạo chân không cao và siêu cao. Chúng

đƣợc sản xuất từ việc chƣng cất các dầu khoáng gốc naphtalen hoặc parafin

và có độ ổn định ôxy hóa và độ ổn định nhiệt độ tốt. Ngoài ra ngƣời ta còn sử

dụng các este tổng hợp dùng làm dầu bơm chân không.

135

3.3 Dầu nhờn thủy lực:

3.3.1 Yêu cầu: Dầu thủy lực (còn gọi là chất lỏng thủy lực) là một loại dầu

truyền động, dùng trong hệ thống thủy lực để truyền lực từ một vật này sang

vật khác. Dầu nhờn thủy lực là một trong những nhóm dầu công nghiệp quan

trọng nhất và đang đƣợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, đặc biệt trong

các máy công cụ, cơ cấu lái.

Dầu thủy lực hoạt động trong trong điều kiện động và có áp.

Dầu nhờn thủy lực là dầu khoáng đƣợc sản xuất từ dầu gốc qua khâu

tinh chế sâu, không có phụ gia hoặc phụ gia tăng độ nhớt, chống mài mòn,

chống oxy hóa, chống phân tán, chống tạo bọt. Dầu nhờn thủy lực hoạt động

ở khoảng nhiệt độ rộng, trong điều kiện khí hậu khác nhau nên phải có tính

nhớt nhiệt tốt. Chỉ số nhớt phải cao hơn các loại dầu nhờn có nguồn gốc từ

dầu mỏ thông thƣờng.

3.3.2 Phân loại: Nhóm dầu thủy lực có rất nhiều sản phẩm khác nhau và tính

chất khác nhau do có sự khác biệt rất lớn giữa các hệ thống thủy lực và điều

kiện môi trƣờng hoạt động khác nhau. Theo tiêu chuẩn quốc tế, các tiêu

chuẩn ISO 3448, ISO 6074, ISO 6743 là tiêu biểu cho sự nổ lực trong các giải

pháp tìm ra cách phân loại đối với chất lỏng thủy lực.

3.3.2.1 Phân loại theo độ nhớt: tiêu chuẩn ISO 3448-75 dùng cho dầu nhờn

công nghiệp và dầu thủy lực, cơ sở của sự phân loại theo tiêu chuẩn này là độ

nhớt ở 0oC. Dầu nhờn bôi trơn và dầu nhờn thủy lực đƣợc phân ra 18 loại và

có khoảng độ nhớt từ 2 đến 1500mm2/s ở 40oC.

3.3.2.2 Phân loại theo đặc tính và mục đích sử dụng:

Dầu nhờn thủy lực dùng cho máy móc công nghiệp chia làm 5 nhóm:

Nhóm dầu khoáng không có phụ gia: dùng trong kích thủy lực, máy ép

thủy lực, hệ thủy lực của thiết bị máy cái.

Nhóm dầu có phụ gia chống ăn mòn, chống oxy hóa: dùng trong hệ

thủy lực máy công nghiệp. Hạn chế sử dụng trong hệ truyền động thủy lực và

trong kết cấu máy bơm không có nhu cầu chống mài mòn cao.

Nhóm dầu phụ gia chống ăn mòn, mài mòn và chống ôxy hóa: sử

dụng rộng rãi trong hệ thủy lực của các thiết bị công nghiệp.

Nhóm dầu thủy lực có tính nhiệt nhớt cao: dùng trong hệ thủy lực của

các máy móc tinh xảo, có lập trình để hệ thủy lực hoạt động tự động và chính

xác.

Dầu thủy lực đa năng: dùng cho hệ thủy lực máy cái cắt gọt kim loại và

136

bôi trơn máy cái định hƣớng. Sử dụng cho hệ tự động hóa về các thiết bị khác

làm việc dƣới áp suất cao để bôi trơn máy dẫn hƣớng có hệ thống thủy lực

dùng dầu.

3.4 Dầu cách điện

Dầu cách điện là một chất lỏng điện môi, cần đảm bảo tính cách điện có

bộ phận dẫn điện của thiết bị điện (biến thế điện, tụ điện, cáp điện). Vì vậy dầu

biến điện còn đƣợc gọi là dầu biến thế. Dầu cách điện gồm có 3 loại:

Dầu nhờn biến thế

Dầu tụ điện

Dầu cáp điện

Dầu cách điện đƣợc dùng trong môi trƣờng dẫn nhiệt nhƣng phải có khả

năng tắt mạch nhanh trong bộ ngắt mạch. Dầu cách điện phải làm việc với

thời gian dài rất khó thay thế, vì vậy tính quan trọng nhất của dầu biến thế là

độ bền chống oxy hóa.

Do tồn chứa và sử dụng lâu nên khi dầu biến thế bị lão hóa dần, tính

cách điện của nó cũng bị giảm dần. Các sản phẩm lão hóa trong dầu bám trên

bề mặt thiết bị sẽ làm hỏng tính dẫn nhiệt và cách điện. Vì vậy, yêu cầu cao về

tính ổn định chống oxy hóa là hết sức cần thiết khi lựa chọn dầu gốc và

nguyên liệu để sản xuất dầu cách điện.

Thực tế dầu biến thế đƣợc sản xuất từ phân đoạn tinh của dầu mỏ không

có parafin và ít lƣu huỳnh.

Yêu cầu đối với dầu cách điện:

- Cách điện tốt

- Hoàn toàn không có nƣớc và tạp chất

- Nhiệt đông đặc thấp (dƣới -45oC: nhằm giữ đƣợc độ linh động của

dầu ở nhiệt độ thấp)

- Có độ nhớt cần thiết

- Nhiệt độ bắt cháy cao (không thấp hơn 135oC đến 150oC)

3.4.1 Yêu cầu đối với dầu biến thế: đây là loại dầu đặc chủng, không thể

thay thế bằng các loại dầu nhờn khác, thời hạn sử dụng khoảng 5-10 năm, tùy

thuộc vào tần súât của trạm biến thế.

Dầu biến thế phải có tính cách điện cao, có khả năng tản nhiệt mát, có độ

bền oxy hóa cao, có thời gian làm việc lâu dài. Dầu biến thế không có tác

dụng hóa học đến sơn cách điện, lõi sắt từ, khả năng chịu điện áp cao, độ dẫn

điện riêng phải rất nhỏ. Các tính này liên quan đến thành phần hóa học của

137

dầu gốc.

Hiện tƣợng tạo nhũ cần phải tránh vì có hại cho tính cách điện của dầu.

Khi vận hành dầu biến thế cần định kỳ kiểm tra chất lƣợng dầu để tránh sự cố

cháy nổ.

3.4.2 Yêu cầu đối với dầu tụ điện: dùng để tráng và tẩm lớp cách điện của tụ

điện dầu. Tính chất đặc biệt của dầu tụ điện là tính bền điện môi, ngoài ra dầu

tụ điện không bay hơi trong điện trƣờng có hiệu điện thế cao. Chỉ tiêu quan

trọng của dầu tụ điện là độ bền oxy hóa.

3.4.3 Yêu cầu đối với dầu cáp điện: dùng để tẩm và làm môi trƣờng cách

điện trong cáp điện dầu. Yêu cầu phải có tính điện môi tốt và tính bền điện môi

cao, khi sử dụng dầu trong thời gian dài, không nhờn, không thay đổi tính điện

môi, bảo đảm cho dầu có tính bến oxy hóa.

4. Thực hành: XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH TÁCH KHÍ CỦA DẦU NHỜN - ASTM D

3427


Phƣơng pháp thử nghiệm đề cập đến khả năng thoát hơi của một loại

dầu tuabin để tách khí thoát ra khỏi nhiên liệu này.

Tiêu chuẩn này không nhằm mục đích chuyên sâu vào tất cả các vấn đề

an toàn. Nhƣng nhất thiết ngƣời sử dụng phải nắm rõ cách vận hành phƣơng

pháp thử nghiệm. Đó là trách nhiệm của ngƣời sử dụng tiêu chuẩn này để

thiết lập sự an toàn hợp lý, bảo vệ sức khỏe đồng thời xác định phạm vi ứng

dụng trƣớc khi sử dụng.


Sự hòa lẫn giữa dầu nhờn với không khí trong một số chi tiết thiết bị nhƣ:

đệm bích, các bánh răng truyền động, bơm và các ống dẫn dầu có thể xảy ra

sự phân tán các bọt khí li ti khắp trong thể tích dầu. Nếu thời gian trong bồn

chứa quá ngắn, bọt khí sẽ nổi lên trên bề mặt dầu, hỗn hợp khí và dầu sẽ tuần

hoàn trong hệ thống dầu nhờn. Điều này có thể dẫn đến ta không thể duy trì

đƣợc áp suất của dầu (đặc biệt là đối với bơm ly tâm) không đủ các màng dầu

trong đệm và các bánh răng truyền động và dẫn đến hệ thống thủy lực hoạt

động bị thiếu hụt áp hoặc không thực hiện đƣợc.

Đây là phƣơng pháp thử nghiệm đo thời gian khí thoát ra đến một hàm

lƣợng tƣơng đối thấp là 0,2% thể tích dƣới sự tiêu chuẩn hóa đã cài đặt các

điều kiện thử nghiệm và từ đó cho phép so sánh khả năng tách bọt khí của

các loại dầu dƣới các điều kiện thử nghiệm thông qua thời gian tách. Ý nghĩa

138

của phép thử này đã không đƣợc thiết lập một cách đầy đủ. Tuy nhiên, trạng

thái bọt và độ nhạy thấp của một số hệ thống điều khiển áp suất các tuabin có

thể liên quan đến tính thoát khí của dầu. Áp suất hệ thống kế và áp suất hệ

thống không thay đổi khác nhau. Ngày nay, ứng dụng của phƣơng pháp thử

này đƣợc tìm thấy ở các tuabin đƣợc sản xuất ngoài nƣớc Mỹ. Hàm lƣợng khí

càng cao thì thời gian lƣu càng ngắn và điều này không phụ thuộc vào loại

dầu đƣợc sử dụng.


Khí nén đƣợc cho đi qua dầu thử nghiệm đã đƣợc gia nhiệt ở các nhiệt

độ 25, 50 hay 75oC. Sau đó, ngƣng thổi khí, thời gian cần thiết để khí lẫn trong

dầu thoát ra ngoài giảm xuống còn 0,2% thể tích đó là thời gian tách bọt khí

(đơn vị là phút)



a. Thiết bị

- Bình thử nghiệm: Đƣợc chế tạo từ thủy tinh Bosilicat, gồm ống mẫu có

bọc lớp ổn nhiệt lắp khít với đầu vào ống mao dẫn khí, đãi màng ngăn và ống

ra của khí. Hai bộ phận của bình thử nghiệm nên đƣợc đánh dấu riêng và tốt

nhất là dùng nhƣ một cặp. Các bộ phận thay thế có thể đƣợc dùng với điều

kiện là do kết quả tƣơng ứng với bình thử nghiệm phù hợp với các kích cỡ

quy định.

- Áp kế: có thang đơn vị khoảng từ 0 ÷ 35,5KPa.

- Nhiệt kế ASTM: có độ chính xác cao. Giới hạn của nhiệt kế từ -20oC ÷

102oC với thang chia độ 0,2oC và phù hợp với các yêu cầu của nhiệt kế 12C

đƣợc mô tả trong ASTM E1.

- Bộ gia nhiệt: Gia nhiệt khí nén đến nhiệt độ đo. Ống xoắn lò xo bằng

đồng nhúng trong bể hoàn lƣu ở 25oC nhƣng khi gia nhiệt lên phải đạt 50 và

70oC. Điều này có thể thực hiện thông qua bể nƣớc hoặc dùng hơi khí tách ra

hay dùng bộ biến nhiệt bằng điện. Nhiệt độ của bình khí tới bình thử nghiệm

đƣợc đo bằng nhiệt kế và nhiệt kế phải đáp ứng các đặc điểm đã nêu trên hay

dùng các công cụ đo khác phù hợp.

- Bể hoàn lƣu: thể tích bể khoảng 10 lít, có tốc độ dòng 10 lít/phút và có

thể duy trì cel thử nghiệm ở nhiệt độ nhƣ trên sai số nhiệt độ ±0,1oC.

Chú ý: Nƣớc sử dụng trong bể phải có hiệu ứng tĩnh điện nhỏ nhất.

Dùng các bình thủy tinh với “glass host fittings” để hoàn lƣu bể nƣớc 75oC. Có

thể dẫn đến nguy hiểm. Khi dầu đƣợc bơm theo tốc độ yêu cầu thì sự phản áp

139

(đối áp) khi áp suất vƣợt quá 70 Kpa (10 psi) của áp kế có thể xảy ra dẫn đến

làm rạng nứt dụng cụ thủy tinh hay làm bung các vòi ống nối. Để khắc phục

tình trạng trên ta dùng một van giảm áp đặt vào để giới hạn áp suất cao nhất

là 70KPa. Nói chung, nên dùng màn chắn an toàn theo yêu cầu.

- Cân tỷ trọng: độ chính xác tới 0,0005 g/ml với quả cân hình tròn hay

hình nón cụt thể tích 5ml hay 10ml, dày 80 ± 1,5mm. Nếu quả cân có nhiệt kế

thì phải dùng đƣợc ở khoảng nhiệt độ từ 25÷75oC

- Lò: có khả năng điều chỉnh nhiệt độ đến 100oC

- Đồng hồ bấm giờ: có khả năng đọc đƣợc đến 0,1 phút

b. Hóa chất

- Thuốc thử PA có độ tinh khiết cao.

- Độ tinh khiết của nƣớc: nếu không có chỉ dẫn khác, nói đến nƣớc ta

sẽ hiểu theo nghĩa thuốc thử nƣớc đã đƣợc định nghĩa phân loại II

trong D 1193

- Axeton: có đặc tính quy định trong D 329

- Không khí: khí nén

- Axit chrome sulfuric: hòa tan 50g Natri dicromat trong một lít sulfuric

đậm đặc (98%). Chứa vào chai thủy tinh có nút nhám.


Làm sạch bên trong bình thử nghiệm, gồm cả ống dẫn khí vào và quả cân

chì và các dụng cụ thủy tinh khác có tiếp xúc với mẫu trƣớc mỗi phép đo theo

cách sau:

Súc rửa dầu cặn bám trên dụng cụ thí nghiệm bằng 1,1,1-tricloetan và

dùng không khí nóng để làm khô dụng cụ sau khi đã rửa sạch.

Làm sạch thiết bị bằng cách nhúng chìm trong axit crome sulfuric, đồng

thời ngâm thiết bị tối thiểu là 12h ở nhiệt độ phòng để các vết bẩn silicon sạch

hoàn toàn.

Rửa với nƣớc cất.

Rửa với aceton và làm khô bằng cách thổi khí nén sạch.

Chú ý: trong quá trình thổi khí làm khô sẽ xuất hiện dầu dạng sƣơng mờ.

Bình thử nghiệm phải đƣợc đậy nắp, hoặc ống dẫn khí ra phải đƣợc nối với lỗ

thoát khí để các vùng có vết dầu dạng sƣơng mờ thoát ra ngoài.


Lắp thiết bị thử nghiệm: đặt nhiệt độ bể tuần hoàn và bộ gia nhiệt khí nén

tới mức nhiệt độ cần thiết để duy trì dầu ở nhiệt độ thử nghiệm. Không khí nén

sẽ mất nhiệt từ điểm đo nhiệt (điểm đặt nhiệt kế) đến khi đi vào dầu. Mức

140

nhiệt độ của bể và không khí cần cho thí nghiệm phải đƣợc thiết lập cho thiết

bị, điều này thực hiện bằng cách chạy thử có cặp nhiệt kế trong dầu.

Nhiệt độ thử nghiệm phụ thuộc vào độ nhớt của dầu ở 40oC nhƣ sau:

- Dầu có độ nhớt μ < 9.0 cSt thì nhiệt độ thử nghiệm là 25oC

- Dầu có độ nhớt μ = 9.0 cSt thì nhiệt độ thử nghiệm là 50oC

- Dầu có độ nhớt μ > 9.0 cSt thì nhiệt độ thử nghiệm là 75oC

Gia nhiệt nhẹ 200ml dầu đã đƣợc đo độ nhớt, nhiệt độ gia nhiệt cần cao

hơn nhiệt độ thử nghiệm là 10 oC

Rót 180 ml mẫu vừa gia nhiệt vào bình thử nghiệm.

Để cho mẫu đạt đến nhiệt độ thử nghiệm, thƣờng sau khoảng 20 phút

Gia nhiệt nhẹ quả cân của tỷ trọng đến nhiệt độ thử nghiệm trong bể

không khí, bằng cách dùng 1 bình trụ thủy tinh có nắp đậy đƣợc đặt trong bể

tuần hoàn. Khi quả cân đạt đến nhiệt độ thử nghiệm, nhúng quả cân vào mẫu

cẩn thận không để bong bóng khí bám vào quả cân. Gắn quả cân vào đòn cân

tỷ trọng bằng dây platin sao cho đáy quả cân cách đáy bình thử nghiệm

10±2mm

Đọc giá trị tỷ trọng từ cân chính xác đến 0,001g/ml và đó là tỷ trọng ban

đầu do

Đƣa quả cân trở vào bể khí và đặt lại chỗ cũ với ống dẫn khí vào. Sau 5

phút, bắt đầu cung cấp khí đến 20,0 KPa qua áp kế ở nhiệt độ cần thiết đề

duy trì dầu ở nhiệt độ thử nghiệm. Duy trì nhiệt độ và áp suất thử nghiệm

bằng cách điều chỉnh nếu cần thiết.

Sau thời gian 420 ±1 giây tắt khí và tháo thanh ống dẫn khí vào bình thử

nghiệm ra. Ngay lúc đó, bấm thời gian đo và nhúng quả cân vào trong hỗn

hợp phân tán giữa dầu và khí cắm dây platin đến đòn cân và duy trì khoảng

cách từ đáy quả cân đến đáy bình hình trụ là 10±2mm

Chú ý: Trong trƣờng hợp các loại dầu thô có độ phân tán lớn giữa dầu và

khí thì đầu trên của quả cân lúc đầu có thể nằm trong lớp bọt và do đó tỷ trọng

đọc đƣợc lần này có thể bị sai.

Thay đổi chế độ cân tới còn 0,2% thể tích khí (ứng với do = 0,0017) và

ghi nhận thời gian từ lúc khóa khí cho tới cân vƣợt qua điểm 0. Ghi thời gian

tới 15 phút (độ sai lệch gần đúng 1 phút). Nếu cân không đạt đến điểm 0, sau

30 phút theo dõi thì dừng không tiếp tục làm thử nghiệm.


Báo cáo thời gian tách bọt khí trong số phút ở .....oC

141

BÀI 14. MỠ BÔI TRƠN

Mã bài: HD B14

Giới thiệu

Trong những trƣờng hợp cần bôi trơn những chi tiết máy không có điều

kiện châm nhớt thƣờng xuyên hoặc phải làm việc tải trọng nặng, những loại

nhớt máy nói trên đƣợc chuyển sang dạng dẻo quánh, còn gọi là mỡ đặc hoặc

mỡ bôi trơn.



- Mô tả tính chất và ứng dụng của mỡ bôi trơn.

- Lựa chọn đƣợc mỡ bôi trơn cho các loại máy móc khác nhau.

- Điều chế mỡ bôi trơn từ dầu nhờn và chất làm đặc khác nhau.

- Thực hiện các thí nghiệm làm trong PTN hóa dầu.

Nội dung chính

1. Thành phần và phân loại

Mở bôi trơn là các chất bôi trơn dạng lỏng đƣợc làm đặc bằng các chất

phụ gia dạng rắn nhằm tạo nên các tính chất mà chỉ riêng các chất bôi trơn

dạng lỏng không có.

1.1. Thành phần mỡ bôi trơn

Trong thành phần của mỡ bôi trơn, các chất bôi trơn lỏng có thể là dầu

khoáng hoặc các dung dịch có tính bôi trơn khác. Chất làm đặc có thể là bất

cứ vật liệu nào phù hợp với các dung dịch và tạo ra cấu trúc dạng rắn hay bán

lỏng. Các thành phần khác có thể là các chất phụ gia, các chất biến đổi đƣợc

đƣa vào để tạo ra các tính chất đặc biệt hoặc biến đổi sản phẩm hiện có.

Thông thƣờng, mỡ bôi trơn là hỗn hợp dầu khoáng hoặc dầu tổng hợp

với 6% đến 25% chất làm đặc dạng rắn thích hợp và một số loại phụ gia. Các

chất lỏng, nhờn làm nhiệm vụ bôi trơn, chất làm đặc có nhiệm vụ giữ dầu và

chống chảy dầu, còn một số thành phần phụ gia khác đƣợc sử dụng để cải

thiện các đặc tính cần thiết của mỡ.

Mỡ bôi trơn đƣợc sản xuất với thành phần chất lỏng là dung dịch của dầu

khoáng. Các dầu này có thể có độ nhớt nằm trong dải tƣơng đƣơng với

kerosine đến các nhiên liệu gốc loại nặng nhất.

Trong một số loại mỡ đặc biệt, có thể sử dụng các sản phẩm nhƣ sáp,

142

vazolin hoặc asphan. Mặc dù các loại nguyên liệu này không hoàn toàn là các

chất bôi trơn dạng dung dịch nhƣng chúng thể hiện những chức năng giống

nhƣ các thành phần lỏng trong các loại mỡ thông thƣờng. Tất cả các loại mỡ

có nguồn gốc từ dầu khoáng đều thỏa mãn các tính năng hoạt động, các ứng

dụng trong công nghiệp ôtô và các ngành khác.

Ngày nay, với ƣu điểm là: có thể cho phép thiết bị làm việc ở điều kiện

nhiệt độ cao, thấp và nhiệt độ biên độ nhiệt có thể thay đổi vƣợt ra ngoài dải

cho phép nên các loại mỡ chế tạo từ các dung dịch tổng hợp cũng thƣờng

đƣợc sử dụng.

1.2 Phân loại mỡ bôi trơn

Do mỡ bôi trơn rất đa dạng và chủng loại không ngừng mở rộng, đổi mới

theo yêu cầu phát triển của ngành chế tạo máy, chế tạo động cơ và các lĩnh

vực kỹ thuật hóa học khác… cho nên, cũng nhƣ dầu nhờn, việc phân loại mỡ

bôi trơn là rất khó khăn, thậm chí sự phân loại nhiều khi cũng tồn tại hết sức

tƣơng đối so với thời gian, không gian.

Mặc dù vậy, các tổ chức tiêu chuẩn hóa cũng đã từng bƣớc tiếp cận,

sàng lọc để việc phân loại mỡ đƣợc tiện dụng và phát huy hiệu quả nhất cho

các nhà chế tạo máy và ngƣời sử dụng.

Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5688 – 1992 mỡ bôi trơn đƣợc phân

loại thành 3 nhóm chính:

- Mỡ chống ma sát

- Mỡ bảo quản

- Mỡ làm kín

Trong mỗi nhóm này, mỡ lại đƣợc tiếp tục phân nhỏ theo tính năng sử dụng

hoặc theo đặc tính kỹ thuật

1.2.1 Mỡ chống ma sát:

Mỡ chống ma sát đƣợc dùng để bôi trơn, ngăn cách hai bề mặt tiếp xúc

nhằm giảm ma sát và mài mòn các chi tiết của máy móc, thiết bị. Mỡ chống

ma sát đƣợc phân chia thành 4 loại nhƣ sau:

1.2.1.1. Mỡ thông dụng:

Mỡ thông dụng nhiệt độ thƣờng: là mỡ xà phòng canxi, có nhiệt độ nhỏ

giọt > 75oC

- Đặc tính kỹ thuật: chịu nƣớc tốt, độ ổn định keo cao, các tính chất

bảo vệ tốt, độ ổn định cơ học thấp.

143

- Công dụng: bôi trơn các cụm ma sát thô của máy móc, thiết bị,

phƣơng tiện vận tải, máy móc nông nghiệp, dụng cụ cầm tay, bản lề,

trục vít bánh răng… làm việc trong khoảng nhiệt độ từ - 30 đến 70oC.

Mỡ thông dụng nhiệt độ tƣơng đối cao: là mỡ xà phòng natri- canxi, có

nhiệt độ nhỏ giọt > 120oC.

- Đặc tính kỹ thuật: chịu nứơc kém, độ ổn định keo thấp, độ ổn định cơ

học cao.

- Công dụng: bôi trơn các ổ lăn, ổ trƣợt ở động cơ điện, bánh xe ôtô,

các cụm ma sát của quạt, máy đúc… làm việc trong môi trƣờng có

độ ẩm thấp, nhiệt độ từ -20oC đến +110oC.

1.2.1.2. Mỡ đa dụng:

Mỡ đa dụng là mỡ xà phòng liti, có nhiệt độ nhỏ giọt > 160oC

- Đặc tính kỹ thuật: chịu nƣớc tốt, độ ổn định keo và cơ học cao, có tính

bám dính tốt

- Công dụng: bôi trơn tất cả các ổ lăn, ổ trƣợt, bản lề, các cơ cấu truyền

động, các cụm ma sát máy móc và thiết bị, các phƣơng tiện vận tải…

làm việc trong điều kiện độ ẩm tƣơng đối cao, công suất thiết bị lớn

và có nhiệt độ từ 40 đến 150oC.

1.2.1.3. Mỡ đặc dụng:

Mỡ chịu nhiệt: là mỡ xà phòng phức canxi hoặc mỡ hữu cơ, có nhiệt độ

nhỏ giọt > 200oC

- Đặc tính kỹ thuật: chịu nƣớc trung bình, độ ổn định keo và độ ổn định

hóa học cao.

- Công dụng: bôi trơn tất cả các cụm ma sát, ổ lắc, ổ bi của máy móc và

thiết bị… làm việc trong khoảng nhiệt độ trên 150oC.

Mỡ chịu lạnh: là mỡ xà phòng liti tạo nên từ dầu có độ nhớt thấp.

- Đặc tính kỹ thuật: chịu nƣớc tốt, độ ổn định keo thấp, độ ổn định cơ học

trung bình.

- Công dụng: bôi trơn các cụm ma sát trong các thiết bị kỹ thuật của hàng

không, radio kỹ thuật, cơ điện… làm việc ở tải trọng không lớn và

nhiệt độ thấp đến -40oC.

Mỡ bền hóa học: là mỡ hydrocarbon hoặc silicagen

- Đặc tính kỹ thuật: chịu nƣớc tốt, có tính bảo vệ cao trong môi trƣờng ăn

mòn, độ ổn định keo < 10%, độ ổn định cơ học trung bình.

144

- Công dụng: bôi trơn các cụm ma sát, làm kín các mối nối ren, van trong

các cụm thiết bị hóa học hoặc thiết bị máy móc làm việc trong môi

trƣờng ăn mòn. Bảo vệ bề mặt kim loại chống ăn mòn.

1.2.1.4. Mỡ chuyên dụng:

Mỡ chuyên dùng là mỡ đƣợc sản xuất phục vụ cho những yêu cầu đặt

hàng riêng của từng ngành.

Mỡ dụng cụ chính xác:

- Đặc tính kỹ thuật: chịu nƣớc tốt, độ bám dính cao, có tính chống mài

mòn, chống ăn mòn và bảo quản tốt.

- Công dụng:bôi trơn các cụm ma sát của dụng cụ, các máy móc chính

xác nhƣ vô tuyến điện tử hàng hải, hệ thống tự động, các roto của

con quay làm việc trong điều kiện khắc nghiệt, các chi tiết máy đồng

hồ, hệ thống tay đòn, các máy quang học…

Mỡ máy điện:

- Đặc tính kỹ thuật: chịu nƣớc tốt, độ bay hơi thấp, tính chống ăn mòn và

mài mòn tốt.

- Công dụng: bôi trơn các ổ lăn của máy điện.

Mỡ máy công cụ:

- Đặc tính kỹ thuật: bền nhiệt, chịu nƣớc tốt, độ ổn định keo và hóa học

tốt, độ ổn định chống ôxy hóa cao.

- Công dụng: bôi trơn các cụm ma sát của máy công cụ, thiết bị nâng

chuyển, thiết bị luyện kim. Khoảng nhiệt độ làm việc tƣơng đối rộng.

Mỡ máy khoan: là loại mỡ đƣợc sản xuất trên cơ sở dầu nặng và có độ

nhớt cao.

- Đặc tính kỹ thuật: chịu nƣớc và chống mài mòn tốt, độ ổn định keo, ổn

định cơ học và chống ôxy hóa cao.

- Công dụng: làm giảm ma sát cột ống khoan, giảm mài mòn và ma sát ở

điểm tựa của các choòng xoay.

Mỡ máy hàng không:

- Đặc tính kỹ thuật: các chỉ tiêu kỹ thuật đều tốt, có nhiệt độ nhỏ giọt trên

160oC.

- Công dụng: bôi trơn các cơ cấu thiết bị bay.

Mỡ đƣờng sắt:

- Đặc tính kỹ thuật: chịu nƣớc kém, bền nhiệt, chống mài mòn và ăn mòn

145

tốt.

- Công dụng: bôi trơn các ổ trục, ổ lăn của toa xe, các cơ cấu phanh hãm

của tàu hỏa.

Mỡ đƣờng biển: là mỡ xà phòng nhôm, có nhiệt độ nhỏ giọt > 80oC

- Đặc tính kỹ thuật: có tính bám dính và bảo quản tốt, chịu nƣớc mặn rất

tốt.

- Công dụng: bôi trơn các cụm ma sát của máy tàu biển. Làm việc trong

môi trƣờng có độ ẩm cao, ăn mòn lớn và trong khoảng nhiệt độ từ 0

đền 60oC.

1.2.2. Mỡ bảo quản

Mỡ bảo quản đƣợc dùng để ngăn ngừa ăn mòn các cho tiết kim loại và

máy móc khi bao gói vận chuyển và bảo quản.

Mỡ bảo quản đƣợc phân thành 2 loại nhƣ sau:

1.2.2.1. Mỡ bảo quản quân dụng: là mỡ hydrocacbon, vazơlin, có khả năng

bám dính cao và có nhiệt độ nhỏ giọt > 60oC.

Đặc tính kỹ thuật: độ ổn định keo và ổn định hóa học cao, độ bay hơi

thấp, có tính chịu nƣớc và bảo vệ tốt.

Công dụng: tạo màng phủ trên bề mặt các chi tiết máy bằng kim loại để

bảo vệ chống ăn mòn trong quá trình bao gói, vận chuyển, bảo quản và sử

dụng… làm việc ở nhiệt độ đến 50oC.

1.2.2.2. Mỡ dùng cho cáp

Mỡ dùng cho cáp có nhiệt độ nhỏ giọt > 60oC

Đặc tính kỹ thuật: chịu nƣớc tốt, độ bám dính với kim loại cao, tính chất

chống ma sát và bảo vệ tốt.

Công dụng: ngăn ngừa ăn mòn và giảm ma sát giữa các sợi cáp kim loại.

1.2.3 Mỡ làm kín: là mỡ dùng dùng để làm kín các khe hở, các mối nối ren và

mối nối di động (kể cả hệ thống chân không)

Mỡ làm kín đƣợc chia làm 3 loại sau:

1.2.3.1 Mỡ van:

Đặc tính kỹ thuật: chịu nƣớc tốt, độ bám dính cao, nhiệt độ nhỏ giọt ổn

định keo cao.

Công dụng: làm kín các vòng đệm của máy bơm, các van chắn cửa

đƣờng ống, đặc biệt là các van chắn làm việc trong điều kiện áp suất cao và

van thiết bị cấp phát.

146

1.2.3.2 Mỡ ren: có chứa lƣợng lớn bột kim loại nhẹ nên có tính độc hại.

Đặc tính kỹ thuật: chịu nƣớc tốt, độ bám dính cao

Công dụng: bôi trơn các mối nối ren của các thiết bị khoan, ống dẫn dầu

khí để dễ dàng lắp đặt các mối ren chịu tải trọng và nhiệt độ cao. Bôi trơn các

mối ren trong các khí tài chịu tải trọng thấp để dễ dàng tháo lắp.

1.2.3.3 Mỡ chân không và làm kín: đƣợc sản xuất bằng cách làm đặc dầu

gốc parafin có độ nhớt cao bằng Xerezin có chứa cao su tự nhiên. Loại mỡ

này có nhiệt độ nhỏ giọt > 50oC.

Đặc tính kỹ thuật: có khả năng bám dính và bảo quản cao, giống nhƣ cao

su.

Công dụng: làm kín các mối nối di động của hệ thống chân không và làm

kín các khe hỡ của thiết bị để ngăn bụi, hơi ẩm lọt vào bên trong máy khi bao

gói và bảo quản thiết bị máy móc trong thời gian dài.

2. Các đặc trƣng vật lý

2.1. Độ đặc

Độ đặc đƣợc định nghĩa là mức độ mà các vật liệu dẻo chống lại sự biến

dạng dƣới tác dụng của một lực. Đối với mỡ bôi trơn, nó là phép đo mối liên

hệ với độ cứng và độ xốp, ngoài ra còn có thể chỉ đƣợc một số điều về tính

chất dòng và tính chất phân bố.

Độ đặc đƣợc ghi trong thuật ngữ của ASTM –D.217 là: độ đâm xuyên

chóp hình côn của mỡ bôi trơn (thƣờng gọi là độ xuyên kim). Độ đặc cũng

giống nhƣ độ nhớt thay đổi theo nhiệt độ và do vậy phải đƣợc ghi ở một nhiệt

độ cụ thể.

Độ đâm xuyên của chóp hình côn hay độ xuyên kim của mỡ đƣợc xác

định bằng thiết bị xuyên kim theo tiêu chuẩn.

Độ đâm xuyên đƣợc xác nhận nhƣ độ đâm xuyên nguyên bản, độ đâm

xuyên không hoạt động, độ đâm xuyên hoạt động và độ đâm xuyên hoạt động

trong thời gian kéo dài.

Độ đâm xuyên nguyên bản đƣợc xác định ở ngay chính hợp đựng mỡ và

không tác động gì trƣớc khi xác định, mục đích xác định độ cứng hay mềm

trong khi cất giữ sản phẩm.

Độ đâm xuyên không hoạt động đƣợc xác định trên mẫu đƣa vào cốc

kiểm tra với sự tác động tối thiểu. Giá trị này chỉ ra một số điểm liên quan đến

quá trình chuyển mỡ từ thùng chứa đến thiết bị sử dụng mỡ. Giá trị mà

147

thƣờng đƣợc báo cáo đó là độ đâm xuyên hoạt động, nó đƣợc xác định sau

khi mẫu đã đƣợc tác động 60 vòng trong máy thử nghiệm của ASTM. Nó

đƣợc xem là phép thử đáng tin cậy nhất vì số lần tác động đến mẫu đƣợc

khống chế và có thể lặp lại.

Độ đâm xuyên hoạt động trong thời gian kéo dài đã đƣợc đề cập đến

trong các phép kiểm tra ổn định cấu trúc và cơ tính.

2.2. Độ nhớt biểu kiến:

Độ nhớt biểu kiến là tỷ số giữa áp suất và tốc độ dịch chuyển ở nhiệt độ

không đổi.

Mỡ không bị trƣợt cho đến khi có một lực đủ lớn tác động vào. Nếu áp

suất càng tăng thì tốc độ trƣợt càng tăng một cách tỷ lệ và độ nhớt đƣợc đo

bằng tỷ số giữa áp suất và tốc độ trƣợt giảm đi.

Độ nhớt biểu kiến thay đổi theo hai yếu tố là nhiệt độ và tốc độ trƣợt, vì

vậy nó cần xác định ở nhiệt độ và tốc độ trƣợt nhất định.

Độ nhớt biểu kiến đƣợc dùng để dự đoán các tính chất phân bố và vận

hành của mỡ, hơn nữa nó có thể liên quan đến momen khi khởi động và vận

hành trong cơ chế bôi trơn của mỡ và nó rất có lợi cho việc dự đoán các xu

hƣớng dẫn đến sự thất thoát mỡ.

2.3. Điểm nhỏ giọt:

Điểm nhỏ giọt của mỡ là nhiệt độ tại đó xuất hiện một giọt mỡ rơi xuống

từ lỗ của cốc thử trong điều kiện kiểm tra đƣợc mô tả theo tiêu chuẩn ASTM.

Điểm nhỏ giọt của mỡ không những chỉ ra tính năng chống lại bất cứ sự

mài mòn nào mà nó thể hiện rằng ở nhiệt độ cao hơn điểm nhỏ giọt, nó làm

giảm tính năng hoàn hảo trong quá trình hoạt động.

Điểm nhỏ giọt không xác định nhiệt độ tối đa có thể sử dụng với mỡ vì

vậy rất nhiều yếu tố khác cần đƣợc quan tâm khi dùng mỡ bôi trơn trong điều

kiện nhiệt độ cao. Chỉ số này có lợi cho việc cải thiện đặc tính cũng nhƣ quản

lý chất lƣợng trong quá trình sản xuất mỡ.

3. Sản xuất mỡ bôi trơn từ dầu nhờn gốc và chất làm đặc

3.1. Sản xuât mỡ bôi trơn:

Quá trình chế tạo mỡ bôi trơn thƣờng là quá trình khuấy trộn, liên quan

đến việc phân tán các chất làm đặc vào dung dịch và sự đồng nhất các chất

phụ gia hay các chất biến đổi. Quá trình này đƣợc thực hiện bằng nhiều cách.

Trong một số trƣờng hợp, các chất làm đặc đƣợc các nhà sản xuất đƣa

148

vào ở bƣớc hoàn thành sản phẩm và sau đó khuấy trộn với dầu cho đến khi

đạt đƣợc cấu trúc mong muốn của dầu.

Trong phần lớn các trƣờng hợp chất làm đặc là xà phòng kim loại, chất

làm đặc đƣợc hình thành thông qua các phản ứng trong quá trình chế tạo mỡ.

Quá trình hoàn thiện có thể có thể hoặc không liên quan đến sự loạicác khí

xâm nhập vào trong quá trình sản xuất. Ngay trƣớc khi rót mỡ đƣợc lọc để

loại bỏ các bụi tạp có thể đƣợc đƣa vào từ nguyên liệu gốc hay tong quá trình

sản xuất mà có thể ảnh hƣởng đến tính năng hoạt động của mỡ.

Quy trình sản xuất mỡ bôi trơn gồm các công đoạn nhƣ sau:

Xà phòng hóa, trộn dầu với xà phòng:

C17H35COOH + Me (OH)x = (C17H35COO)xMe

Thêm phụ gia

Loại nƣớc

Cắt hỗn hợp đã loại nƣớc vào dầu

Nghiền, tạo độ bóng, độ mịn, độ đồng nhất

Loại khí

Lọc

Bao gói sản phẩm.

Các bƣớc tiến hành cơ bản trên đƣợc sử dụng để chế tạo toàn bộ các

loại mỡ.

Trong những quá trình sản xuất nhất định một vài bƣớc có thể đƣợc thực

hiện đồng thời, trong khi đó ở các quy trình khác chúng đƣợc phân chia theo

thứ tự cụ thể từng bƣớc.

Thiết bị chính cho quá trình sản xuất mỡ gồm có thùng nạp liệu thích hợp

cho xà phòng hóa. Thùng đƣợc thiết kế có bộ phận gia nhiệt và có gắn các bộ

khuấy trộn. Quá trình gia nhiệt có thể là đốt trực tiếp hay bằng hơi nóng. Các

bộ khuấy thƣờng là loại có hai chức năng do đó có hai bộ cánh quay theo

hƣớng ngƣợc nhau. Một bộ cánh đƣợc gắn với lƣỡi dao nạo để gạt những

khối xà phòng từ hai bên thành của thùng nạp liệu.

Thông thƣờng các thùng sản xuất có dạng mở. Tuy nhiên, khi sản xuất

một vài loại mỡ có thể dùng thùng kín hay thùng chịu áp để đẩy nhanh quá

trình xà phòng hóa hay để đạt đƣợc phản ứng theo yêu cầu.

Sau khi xà phòng hóa mỡ đƣợc làm mát cũng nhƣ khi chúng đƣợc gia

nhiệt bằng phƣơng tiện làm mát là thùng hai lớp. Tốc độ làm mát sau khi xà

149

phòng đƣơc tạo thành là rất quan trọng cho sự hình thành cấu trúc tốt của

nhiều loại mỡ, vì vậy đòi hỏi việc khống chế nhiệt độ một cách chặt chẽ.

Cấu trúc có thể bị đổi trong quá trình nghiền. Quá trình nghiền có thể vẫn

tiến hành liên tục đồng thời với quá trình làm mát hoặc chúng có thể thực hiện

riêng lẻ. Nếu thực hiện riêng lẻ thì các bơm tốc độ lớn, các thiết bị đồng nhất,

các máy nghiền keo có thể đƣợc sử dụng. Thông thƣờng mục đích của công

đoạn nghiền là phá cấu trúc dạng sợi hay cải thiện độ phân tán của xà phòng

vào dung dịch bôi trơn. Quá trình nghiền trong thùng sẽ phá đƣợc cấu trúc

dạng sợi, nhƣng quá trình nghiền bằng thiết bị đồng nhất hóa hay các loại

máy nghiền khác đòi hỏi phải cải thiện đƣợc sự phân tán.

Trong quá trình sản xuất, mỡ có thể bị sục khí. Nhìn chung sự sục khí

không làm giảm tính năng bôi của mỡ nhƣng chúng ảnh hƣởng đến hình dạng

bên ngoài. Để cải thiện các yêu cầu của khách hàng một vài loại mỡ gần đây

đã đƣợc loại khí. Có rất nhiều thiết bị đƣợc sử dụng cho mục đích này, nhƣng

về cơ bản chúng đều giống nhau theo cách giàn các màng mỡ mỏng ở trong

chân không. Môi trƣờng chân không sẽ đuổi khí ra và làm cho mỡ sáng ra rất

nhiều.

Công đoạn sản xuất cuối cùng là lọc. nó đƣợc thực hiện với các bộ lọc

dạng lƣới hay các dạng chuyên dụng trên thị trƣờng. Kích cỡ lƣới lọc sử dụng

thay đổi dựa trên mục đích sử dụng cuối cùng của sản phẩm mỡ. Một số loại

mỡ thông dụng rẻ tiền có thể lọc sơ bộ qua lƣới 40 mesh; tuy vậy mỡ sử dụng

trong hầu hết các ứng dụng bao gồm sự bôi trơn các ổ trục có phần tử quay

đòi hỏi lƣới lọc có kích cỡ 100 mesh hay mịn hơn.

Những vấn đề nêu trên là giới thiệu việc sản xuất mỡ với thiết bị ở dạng

đơn giản nhất. Rất nhiều loại mỡ vẫn còn chế tạo theo cách này. Tuy nhiên

những nhà máy sản xuất mỡ ngày nay sử dụng những thiết bị mới hơn và các

công thức phức tạp hơn trong việc chế tạo nhiều loại mỡ.

Quá trình xà phòng hóa đƣợc thực hiện trong các thùng chịu áp mà có

tốc độ trao đổi nhiệt lớn hơn nhiều và sự khuấy trộn đƣợc cải thiện hơn so với

thùng nạp liệu kiểu mỡ cũ.

Khi pha trộn các loại mỡ cần phải xem xét tính tƣơng hợp của chúng.

Nếu chúng không có tính tƣơng hợp thì không đƣợc pha trộn. Cần có sổ tay

kỹ thuật để tra cứu.

3.2. Chất làm đặc mỡ bôi trơn

Các chất làm đặc chủ yếu đã đƣợc sử dụng trong mỡ là các xà phòng

150

kim loại. Những loại mỡ đầu tiên đƣợc chế tạo từ các xà phòng canxi, sau đó

đƣợc làm từ xà phòng natri.

Sau này các loại xà phòng nhƣ nhôm, liti, bari cũng đƣợc đƣa vào sử

dụng. Một vài loại mỡ đƣợc làm từ hỗn hợp các loại xà phòng nhƣ canxi với

natri và đƣợc gọi là các loại mỡ hỗn hợp.

Các loại xà phòng chế tạo từ các kim loại khác cũng đã đƣợc đƣa vào

chế tạo mỡ nhƣng chúng không đƣợc thị trƣờng chấp nhận hoặc là do giá cả

hoặc là do các vấn đề về tính năng hoạt động.

Một vài loại xà phòng kim loại chì cũng đã đƣợc sử dụng nhƣ chất làm

đặc, nhƣng phần lớn các loại xà phòng kim loại chì và kẽm đều đƣợc sử dụng

nhƣ là các chất biến đổi trong mỡ.

Sự biến đổi các loại mỡ chế tạo từ xà phòng kim loại hay các mỡ phức

hợp ngày càng trở nên phổ biến. Các mỡ phức hợp đƣợc chế tạo bằng việc

kết hợp các vật liệu xà phòng kim loại thông thƣờng với các phức chất. Các

phức chất có thể là vô cơ hoặc hữu cơ và có thể liên quan hoặc không liên

quan đến các thành phần kim loại khác.

Một trong số các dầu phức hợp thành công nhất là mỡ phức hợp của

canxi. Chúng đƣợc chế tạo bằng việc kết hợp các vật liệu từ xà phòng canxi

thông thƣờng và phức chất là các axít hữu cơ có phân tử lƣợng thấp. Các mỡ

loại này đƣợc tạo ra với điểm nhỏ giọt rất cao, thƣờng là 500oF (250oC) và nó

còn có tính chất chịu tải rất tốt.

Các loại mỡ phức hợp khác với nhôm, liti, bari đều đã đƣợc chế tạo trong

những ứng dụng nhất định.

Một số chất làm đặc không phải xà phòng cũng đã đƣợc sử dụng, chủ

yếu trong các ứng dụng riêng biệt. Các loại bentonite và oxít silic đƣợc chuyển

hóa và sử dụng để chế tạo các loại mỡ không nóng chảy cho những ứng

dụng ở nhiệt độ cao.

Vì sự ôxy hóa vẫn có thể làm cho các thành phần dầu trong các loại mỡ

trên bị biến chất nên cần phải bôi trơn thƣờng xuyên.

Các chất làm đặc nhƣ polyurea, các bột màu, thuốc nhuộm, và các loại

vật liệu tổng hợp khác cũng đƣợc sử dụng ở một vài trƣờng hợp nhất định.

Tuy nhiên do giá thành cao việc ứng dụng chúng bị hạn chế và chỉ sử dụng ở

những nơi yêu cầu tính năng kỹ thuật nghiêm ngặt.

4. Phụ gia cho mỡ bôi trơn

Các chất phụ gia và chất biến đổi thƣờng đƣợc sử dụng trong mỡ bôi

151

trơn là các chất ức chế ôxy hóa và chống tạo rỉ, các chất cải thiện điểm đông

đặc, các chất chống mài mòn ở áp suất cao, các cấu tử giảm ma sát và các

bột màu hay thuốc nhuộm…

Phần lớn các loại nguyên liệu này đều có chức năng tƣơng tự nhƣ các

nguyên liệu đƣa vào dầu bôi trơn.

Molipden disunfit đƣợc sử dụng trong nhiều loại mỡ để dùng ở những nơi

có trọng tải lớn, tốc độ trên bề mặt thấp và các chuyển động giao động có liên

quan.Trong các ứng dụng này việc sử dụng molysulfied (hay còn gọi là moly)

làm giảm ma sát và mài mòn. Polyethylene và Teflon đƣợc chuyển hoá cũng

có thể đƣợc sử dụng trong các ứng dụng này.

5. Phân loại mỡ tồn chứa

Mỡ đặc bôi trơn chế tạo từ xà phòng canxi thƣờng dùng bôi trơn cho các

máy bơm nƣớc, máy nông nghiệp, trục, các đăng vì khả năng chịu nƣớc tốt.

Mỡ đặc chế tạo từ xà phòng natri thƣờng dùng cho các ổ bi với tốc độ cao vì

có nhiệt độ sử dụng cao. Mỡ đặc chế tạo từ xà phòng aluminium, dùng thích

hợp với các máy ly tâm vì có sức bám dính tốt. Mỡ đặc chế tạo từ xà phòng

litium thƣờng dùng trong máy bay sử dụng trong điều kiện nhiệt độ thấp.

Mỡ bôi trơn thƣờng đƣợc phân chia theo độ cứng: độ cứng cấp 1 (dạng

nhão), cấp 2 (dạng kem), cấp 3 (dạng gần nhƣ rắn). Tùy theo tốc độ quay, độ

kín của ổ trục, vị trí ổ trục, nhiệt độ làm việc, môi trƣờng làm việc, mômen

xoắn lúc khởi động,... mà chọn lựa mỡ với độ cứng phù hợp. Tuy nhiên, còn

phải chọn loại mỡ đƣợc chế tạo từ loại nhớt có độ nhớt phù hợp với tính chất

bôi trơn, để bảo đảm tạo đƣợc màng nhớt có độ dày tối thiểu nhƣng đủ độ tin

cậy khi làm việc.

6. Xác định các chỉ tiêu của mỡ bôi trơn

Các chỉ tiêu của mỡ bôi trơn nhƣ đã nêu trong mục 2, bao gồm: độ đặc,

độ nhớt biểu kiến và điểm nhỏ giọt. Việc xác định các chỉ tiêu trên đƣợc thực

hiện nhƣ sau:

Độ đặc: Khi mẫu đƣợc chuẩn bị theo tiêu chuẩn ASTM D217, chóp hình

côn đƣợc thả ra và cho phép lún ngập vào trong mỡ dƣới sức nặng của nó

trong thời gian 5 giây. Độ sâu mà hình chóp côn đã lún vào trong mỡ đƣợc

đọc với độ chính xác 1/10 mm và đƣợc ghi nhận là độ đâm xuyên của mỡ.

Vì hình chóp côn sẽ lún sâu hơn trong các loại mỡ xốp hơn, độ đâm

xuyên càng cao tức là mỡ càng xốp. Độ đâm xuyên theo tiêu chuẩn ASTM

thƣờng đo ở 25oC.

Ngoài thiết bị chuẩn (ASTM D217), các thiết bị hình côn dạng ½ và ¼

152

(ASTM D.1403) cũng đƣợc sử dụng để đo độ đâm xuyên của các mẫu nhỏ.

Hệ số cân bằng đƣợc sử dụng để hiệu chỉnh độ đâm xuyên xác định từ ASTM

D.1403 về tiêu chuẩn ASTM D217.

Độ nhớt biểu kiến: đƣợc xác định dựa trên tiêu chuẩn ASTM D.1092.

Trong phép thử này mẫu mỡ đƣợc đẩy qua một bộ các ống mao quản với một

tốc độ đƣợc đặt trƣớc. Từ kích thƣớc của ống mao quản, với tốc độ đã biết

trƣớc và áp suất đẩy mỡ qua các ống mao quản trong điều kiện cân bằng ta

sẽ tính đƣợc độ nhớt biểu kiến của mỡ.

Các kết quả ghi nhận một cách hình ảnh là độ nhớt biểu kiến tỷ lệ nghịch

với tốc độ trƣợt ở nhiệt độ không đổi hay nó tỷ lệ nghịch với nhiệt độ ở tốc độ

trƣợt không đổi.

Điểm nhỏ giọt: có hai quy trình đƣợc sử dụng để kiểm tra là ASTM-

D.566 và ASTM-D.2265 (khác nhau ở thiết bị gia nhiệt và do vậy có giới hạn

trên của nhiệt độ cũng khác nhau).

Bình chứa dầu sử dụng trong ASTM-D.566 với giới hạn điểm nhỏ giọt có

thể đo đƣợc là 260oC. Trong ASTM-D.2265 sử dụng là gia nhiệt khung nhôm

với giới hạn đo là 330oC.

Các loại mỡ đƣợc làm đặc bằng xà phòng thông thƣờng không có điểm

nhỏ giọt xác định nhƣng nó có dải nhiệt độ nóng chảy ở đó nó trở nên mềm

hơn. Một vài loại mỡ khác có thể không thay đổi về trạng thái nhƣng phần dầu

tách ra.Trong trƣờng hợp này chỉ có những quy trình kiểm tra chuyên dùng và

đƣợc khống chế để xác định nhiệt độ có thể làm cơ sở để xác định đặc tính

của mỡ.

7. Thực hành: XÁC ĐỊNH ĐIỂM NHỎ GIỌT CỦA MỠ - ASTM D 566


Phƣơng pháp này dùng để xác định độ nhỏ giọt của mỡ nhờn. Phƣơng

pháp không dùng cho nhiệt độ > 288 C0 . Với nhiệt độ cao hơn sử dụng

phƣơng pháp D2265.


Thông thƣờng, nhiệt độ nhỏ giọt là nhiệt độ mà tại đó mỡ chuyển từ trạng

thái bán rắn sang lỏng dƣới điều kiện thử. Sự thay đổi trạng thái này là điển

hình cho mỡ có chứa xà phòng làm đặc loại thƣờng. Mỡ chứa các chất làm

đặc khác xà phòng thông thƣờng sẽ tách dầu mà không làm thay đổi trạng

thái. Phƣơng pháp này có ích giúp cho việc định danh mỡ về chủng loại và để

thiết lập duy trì dấu hiệu kiểm tra chất lƣợng. Kết quả chỉ đƣợc coi nhƣ có ý

nghĩa giới hạn về khía cạnh tính năng vì đây là thử nghiệm tĩnh.

153


Mẫu mỡ chứa trong cốc nhỏ treo trong ống thử đƣợc gia nhiệt trong bể

dầu với tốc độ định trƣớc. Nhiệt độ mà tại đó mà mẫu rơi từ lỗ ở đáy cốc đƣợc

lấy trung bình với nhiệt độ của bể dầu và đƣợc ghi nhận là điểm nhỏ giọt của

mỡ.



- Nhiệt kế -5 ÷ 3000C chia 10/ vạch - Mỡ

- Ống đồng - Cốc thủy tinh 500 ml

- Chén đựng mẫu bằng đồng mạ Crôm - Mảnh giấy lọc

- Chất tải nhiệt - Bếp điện

- Que khuấy - Ống nghiệm chịu nhiệt


Làm sạch cốc và ống thử bằng dung môi spirit.

Chỉ sử dụng cốc sạch. Khi mặt trong của cốc có dấu hiệu bị mòn, bỏ đi.

Khi dùng cốc mới, kiểm tra kích thƣớc bằng cái định cỡ nắp cốc. Kiểm tra

đáy bằng que 2,72 mm dễ dàng xuyên qua, còn que 2,82 mm thì không. Nếu

lỗ nhỏ thì khoan rộng ra, còn lớn quá thì bỏ đi.

Kiểm tra ống thử, bầu nhiệt kế và độ sạch. Kiểm tra dẫn hƣớng vòng lie,

nút trên. Dung sai tổng giữa dẫn hƣớng vòng lie và thành trong của ống thử là

1,5mm.


Nhồi đầy mỡ vào cốc bằng cách ấn miệng rộng vào mỡ. Bỏ mỡ dƣ bằng

dao. Ấn nhẹ cốc, giữ thẳng đứng với miệng nhỏ xuống dƣới. Xuyên que kim

loại từ dƣới lên trên đến khi nó nhô lên 25mm. Ấn que vào cốc sao cho que

kim loại tiếp xúc với đƣờng chu vi thấp và cao của cốc. Giữ tiếp xúc này, xoay

cốc trên que theo ngón trỏ để tạo chuyển động xoắn xuống phía dƣới que để

loại phần mỡ hình chớp dính dọc theo que. Khi cốc đạt đến điểm cuối que, rút

cẩn thận que ra khỏi cốc sao cho màng phẳng không có bọt khí, có độ dày

mong muốn còn giữ lại trong cốc.

Đặt nút lie vào nhiệt kế. Nhờ cái định cỡ độ sâu nhiệt kế đặt trong ống

thử, chỉnh lại vị trí nút lie trên của nhiệt kế sao cho đáy bầu nhiệt kế vừa khít

vào cái định cỡ độ sâu.

Thay cái định cỡ bằng cốc mỡ sao cho nhiệt kế đƣa vào nằm ở độ sâu

đã định. Khi đó bầu nhiệt kế không chạm vào mẫu mỡ cũng nhƣ cốc.

Treo ống thử vào thiết bị nhƣ chỉ dẫn.

154

Tiến hành gia nhiệt với tốc độ 4 – 7 C0 /phút đến khi đạt nhiệt độ khoảng

17 C0 dƣới điểm nhỏ giọt dự kiến. Khi đó giảm tốc độ gia nhiệt xuống 1–

1,50C/phút. Sự khác nhau giữa buồng gia nhiệt và ống thử là 1 – 2 C0 . Khi

nhiệt độ tăng, mỡ sẽ đều đặn nhô ra khỏi lỗ cốc. Khi giọt mỡ rớt xuống, ghi

nhiệt độ của 2 nhiệt kế và lấy giá trị trung bình chính xác đến 1 C0 làm điểm

nhỏ giọt.

Nếu mỡ chảy thành dạng sợi thì chỉ ghi nhận nhiệt độ khi giọt mỡ chạm

đáy.

Có thể thực hiện đồng thời nhiều mẫu cùng 1 lúc, miễn là hai mẫu có xấp

xỉ cùng nhiệt độ nhỏ giọt.


Báo cáo nhiệt độ nhỏ giọt chính xác đến 1 C0

Điểm chảy của mở đƣợc tính theo công thức sau:

DP = ODP + [(BT - ODP)/3]

Trong đó:

DP: Điểm chảy, oC

ODP: Nhiệt độ điểm chảy quan sát đƣợc từ nhiệt kế,oC

BT: Nhiệt độ của buồng gia nhiệt, đọc từ màn hình máy, oC.

Bảng kết quả:

Tên mẫu ODP BT DP


Độ lặp lại: 7 C0

Độ tái lặp: 13 C0

155

BÀI 15. DẦU NHỜN TỔNG HỢP VÀ CHẤT LỎNG CHUYÊN DÙNG

Mã bài: HD B15

Giới thiệu

Do nhu cầu bôi trơn của thiết bị và máy móc công nghiệp ngày càng đa

dạng nên đã ra đời một loại dầu nhờn mà dầu gốc đƣợc tổng hợp từ các hợp

chất hữu cơ có phân tử lƣợng thấp hơn dầu khoáng.



- Mô tả các đặc tính và ứng dụng của dầu nhờn tổng hợp.

- Xác định các chỉ tiêu chính của dầu nhờn tổng hợp nhƣ: độ nhớt và

nhiệt độ chớp cháy.

- Thực hiện các thí nghiệm làm trong PTN .

Nội dung chính

1. Vai trò của dầu nhờn tổng hợp

Dầu nhờn chủ yếu đƣợc sản xuất từ dầu khoáng mà nguồn gốc của nó đi

từ dầu mỏ. Tuy nhiên các tính chất của dầu nhờn

đi từ dầu khoáng, dù đã đƣợc xử lý sâu bằng nhiều

phƣơng pháp xử lý bằng hydro... cũng không thỏa

mãn đƣợc các yêu cầu bôi trơn của các máy móc

và thiết bị công nghiệp hiện đại của ngành hàng

không, quân sự,... Vì vậy, để đáp ứng đƣợc nhu

cầu trên ngƣời ta đã sáng chế ra một loại dầu

nhờn mà dầu gốc đƣợc tổng hợp từ các hợp chất

hữu cơ có các nhóm chức là các ester, rƣợu đa

chức,...

Dầu nhờn tổng hợp có nhiều ƣu điểm hơn dầu

khoáng nhƣ: khoảng nhiệt độ làm việc rộng (từ -

55oC đến 320oC), vẫn giữ đƣợc tính chất bôi trơn ở

nhiệt độ cực thấp, tính bền, chống lại oxy hóa, bốc hơi ở nhiệt cao, đặc biệt có

các tính chất riêng nhƣ có thể hoàn toàn không cháy hoặc có thể hòa lẫn

trong nƣớc,...

2. Phân loại dầu nhờn tổng hợp

Hiện nay, có hai phƣơng pháp phân loại phổ biến đối với dầu nhờn tổng

hợp :

Hình 15.1. Dầu nhờn

tổng hợp

156

- Phân nhóm theo loại dầu có cùng tính chất đặc trƣng

- Phân nhóm theo tính chất hóa học cơ bản.

Trong bảng dƣới đây, theo phƣơng pháp phân loại phân nhóm theo tính

chất hóa học cơ bản, trinh bày 4 nhóm dầu đƣợc phân loại và các ứng dụng

tƣơng ứng với từng loại trong nhóm :

Bảng 15.1. Phân loại phân nhóm theo tính chất hóa học và ứng dụng

Các nhóm dầu tổng hợp Ứng dụng

1. Nhóm dầu hydrocacbon tổng hợp Dầu động cơ turbin, dầu máy nén và

dầu bánh răng

2. Nhóm dầu ester hữu cơ Dầu động cơ, động cơ phản lực, dầu

thủy lực, dầu máy nén

3. Nhóm dầu polyglycol Dầu phanh, dầu chịu lửa, dầu máy

nén khí và dầu bánh răng

4. Nhóm dầu ester photphat Dầu nhờn và chất lỏng chịu lửa.

Bốn nhóm dầu trên đây chiếm trên 90% lƣợng dầu tổng hợp hiện đang

đƣợc sản xuất và sử dụng.

3. Điều chế dầu nhờn tổng hợp

Trong thực tế, dầu nhờn tổng hợp thu đƣợc bằng các quá trình phản ứng

hóa học, mà kết quả của các quá trình này là tạo ra các hợp chất hữu cơ có

những tính chất nhƣ mong muốn. Các hợp chất này có thể là các poly- -

olefin, alkylbenzel, các ester hữu cơ,...

Ngày nay, công nghệ sản xuất dầu tổng hợp không ngừng đƣợc cải tiến

để tạo ra các sản phẩm có chất lƣợng tốt hơn bằng việc áp dụng các công

nghệ xử lý bằng hydro nhƣ hydrocracking, hydroizome hóa,…Nguyên liệu cho

các quá trình này là phân đoạn dầu nhờn thu đƣợc bằng cách chƣng cất chân

không phần cặn của dầu mỏ có mạch cacbon từ C20 đến C35.

Một trong những phƣơng pháp điều chế dầu nhờn tổng hợp đó là sử

dụng quá trình hydrocracking (hay còn gọi là cracking dầu mỏ bằng hydro).

Hydrocracking là quá trình bẻ gãy mạch hydrocacbon có sự tham gia của

hydro. Trong quá trình này, đầu tiên các mạch cacbon dài bị bẻ gãy thành các

hydrocacbon ở dạng khí có mạch C-C ngắn nhƣ C2 (ethylen) hoặc C4

(butylen). Sau đó những hydrocacbon này sẽ dần dần kết hợp thành các hợp

chất poly- -olefin từ ethylen, polyisobutylen từ butylen, cũng có thể các hợp

chất có nối đôi, nối ba, mạch phân nhánh và mạch vòng đƣợc hình thành. Do

quá trình có sự hiện diện của hydro nên sản phẩm thu đƣợc đều là các

157

hydrocacbon no.

4. Chất lỏng chuyên dùng

Chất lỏng chuyên dùng đƣợc chia ra thành các nhóm chính sau đây :

4.1. Nhũ cắt gọt kim loại:

Nhũ cắt gọt kim loại đƣợc sản xuất từ dầu khoáng, các chất nhũ hoá, các

phụ gia chống ăn mòn kim loại, phụ gia phân tán.

Nhũ cắt gọt kim loại là dung dịch chuyên dùng để làm mát và bôi trơn

trong quá trình gia công cắt gọt kim loại đặc biệt là kim loại đen, rửa sạch phôi

kim loại, chống han gỉ, hạn chế sự biến động do nhiệt, giảm ma sát bề mặt

làm việc, tăng tốc độ gia công.

4.2. Dầu tách khuôn và dầu kéo dây đồng

Dầu tách khuôn và dầu kéo dây đồng đƣợc pha chế từ dầu tổng hợp cao

cấp, chất nhũ hoá và các phụ gia chống dính và chống ăn mòn.

Dầu tách khuôn đƣợc dùng với nƣớc sạch cho nhũ màu trắng sữa sử

dụng để bôi trơn và làm mát khuôn trong quá trình đúc áp lực nhôm, quá trình

đúc cao su, kéo dây đồng.

Dầu tách khuôn giúp phôi tách ra khỏi khuôn một cách dễ dàng, đảm bảo

độ chính xác của các chi tiết đúc, không gây ăn mòn khuôn và phôi đúc.

Dầu kéo dây đồng có tác dụng chống kẹt xƣớc, đảm bảo độ bóng và

chính xác của dây, không gây ăn mòn cho dây đồng và thiết bị kéo.

4.3. Dầu tách khuôn

Dầu tách khuôn đƣợc pha chế từ dầu khoáng, phụ gia chịu tải, phụ gia

chống dính. Dầu tách khuôn chuyên dùng để bôi trơn đầu chày trong quá trình

ép áp lực nhôm, duy trì quá trình ép đƣợc liên tục, tăng độ bền cho khuôn, tạo

độ bóng cho sản phẩm.

4.4. Dầu nhũ thuỷ lực

Dầu nhũ thuỷ lực đƣợc pha chế từ dầu gốc chất lƣợng cao, chất hoạt

động bề mặt, phụ gia phân tán, chống ăn mòn.

Dầu Nhũ thuỷ lực đƣợc dùng làm chất lỏng thuỷ lực cho cột chống lò và

dàn chống thuỷ lực trong công nghiệp khai thác quặng và than.

4.5. Chất làm mát động cơ

Chất làm mát động cơ đƣợc sản xuất từ ethylene glycol và các phụ gia

chống ăn mòn, phụ gia chống lắng cặn và một số phụ gia khác.

Chất làm mát động cơ đƣợc pha với nƣớc dùng để làm mát động cơ

tránh hiện tƣợng quá nhiệt động cơ, chống ăn mòn các kim loại trong hệ thống

158

làm mát động cơ, chống lắng cặn, bôi trơn các bộ phận chuyển động...

4.6. Dầu rửa các loại

Dầu rửa đƣợc tổng hợp từ các chất hoạt động bề mặt có chọn lọc đạt chỉ

tiêu chất lƣợng về bảo vệ môi trƣờng.

Dầu rửa dùng để tẩy rửa dầu mỡ và các chất bẩn hữu cơ khác bám trên

các đồ gia dụng (nồi, xoong, bát đĩa..) và các loại quần áo bằng lụa tơ tằm,

len, dạ. Dầu rửa không hại da tay, tẩy sách chất bẩn, không độc hại.

Dầu rửa xe máy có tính năng tẩy rửa mạnh, đƣợc dùng để tẩy các chất

dầu mỡ gốc khoáng cũng nhƣ gốc động thực vật, các chất bẩn hữu cơ, bụi,

đất... bám trên xe máy. Dầu rửa xe máy không hại da tay, không gây ăn mòn

kim loại, không gây tróc sơn và làm tăng độ bóng cho xe máy.

Dầu rửa tổng hợp đƣợc dùng để tẩy các chất dầu mỡ gốc khoáng cũng

nhƣ gốc động thực vật, các chất bẩn hữu cơ, bụi, đất... bám trên kim loại, vải

vóc, đồ nhựa, cao su, thuỷ tinh, sành sứ...Dầu không gây độc hại, không gây

ăn mòn kim loại, không làm hƣ hỏng vật rửa.

5. Các chỉ tiêu chất lƣợng của dầu nhờn tổng hợp và chất lỏng chuyên

dùng

Bảng dƣới đây là các chỉ tiêu chất lƣợng của dầu nhờn tổng hợp và chất

lỏng chuyên dụng với các giá trị điển hình và phƣơng pháp thử nghiệm kiểm

tra đánh giá:

Bảng 15.2. Các chỉ tiêu chất lƣợng của dầu nhờn tổng hợp

Chỉ tiêu Giá trị điển

hình

Phƣơng pháp

thử

Tỷ trọng ở 25ºC, kg/l 1,04 - 0,90 ASTM D1298

Độ pH (dung dịch 5% trong nƣớc) 8,5 -9,0 ASTM D1287

Nhiệt độ chớp cháy cốc hở, ºC, min > 150ºC ASTM D 92

Độ nhớt động học (cSt) :

- ở 40ºC

- ở 100ºC

46,5 ±0,5

9±0,5

ASTM D 445

Độ bền nhũ Đạt IP 263/70/1994

Độ ăn mòn tấm gang Đạt IP 125/82/1994

159

Độ ăn mòn tấm đồng Đạt IP 263/70/1994

6. Ứng dụng của dầu nhờn tổng hợp và chất lỏng chuyên dùng

Bảng dƣới đây cho biết những ứng dụng cơ bản nhất của dầu nhờn tổng

hợp và chất lỏng bôi trơn tổng hợp.

Bảng 15.3. Các ứng dụng cơ bản nhất của dầu nhờn tổng hợp

Lĩnh vực ứng dụng Loại dầu nhờn/chất lỏng tổng hợp

1. Với ôtô:

Sản xuât các loại dầu động cơ

Sản xuất các loại dầu bánh răng

Sản xuất các loại dầu phanh

hydrocacbon tổng hợp, ester hữu cơ

hydrocacbon tổng hợp

Polyglycol

2. Với ngành hành không:

Sản xuât các loại dầu turbin khí

Sản xuất các loại chất lỏng thủy

lực

ester hữu cơ

Polyglycol

3. Với các ngành công nghiệp:

Sản xuât chất lỏng thủy lực chống

cháy

Sản xuất các loại dầu turbin khí

Sản xuất các loại dầu máy nén

ester photphat, Polyglycol

ester hữu cơ, hydrocacbon tổng hợp

Polyglycol, hydrocacbon tổng hợp, ester

hữu cơ,

7. Thực hành: XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG TÁCH NƢỚC CỦA DẦU NHỜN –

ASTM D 1401


Phƣơng pháp này dùng để xác định khả năng tách của dầu khoáng và

dầu tổng hợp từ nƣớc.

7.2 Ý nghĩa của phƣơng pháp và sử dụng

Phƣơng pháp kiểm tra này đƣợc xác định khả năng tách của nƣớc trong

dầu đã nhiểm bẩn. Nó có thể dùng để kiểm tra những loại dầu mới hoặc đã

qua sử dụng.


Cho 40ml mẫu và 40ml nƣớc cất vào ống đong và khuấy trong 5 phút ở

54oC, thời gian yêu cầu cho việc phân tách phải đƣợc báo cáo kèm theo kết

quả. Nếu quá trình phân tách xảy ra hoàn toàn hoặc thể tích phần nhũ tƣơng

còn lại sau 30 phút để yên là ít hơn 3ml. Đọc thể tích dầu, nƣớc và lớp nhũ

160

tƣơng tại nhiệt độ kiểm tra.



a. Thiết bị:

- Ống đong: 100ml, có thang đo từ 5 – 100ml và vạch chia nhỏ nhất là

1,0ml.

- Bể gia nhiệt: có thể duy trì nhiệt độ 54 1oC

- Cánh khuấy máy chèo, có kích thƣớc nhƣ sau:

Chiều dài : 120 1,5 mm

Chiều rộng : 19 0,5 mm

Bề dầy : 1,5 mm

- Cánh khuấy đƣợc gắn vào motor khuấy có thể điều chỉnh đƣợc tốc

độ khuấy và tốc độ có thể đạt đƣợc tốc độ 1500 15 rpm.

Hình 15.2 Thiết bị xác định khả năng tách nƣớc của dầu nhờn

b. Hóa chất:

- Nƣớc tinh khiết

- Dung môi làm sạch, hydrocacbon nhẹ (naphtha)

- Axeton

161

- Hóa chất làm sạch: HCl nóng


Phƣơng pháp kiểm tra này rất nhạy với một lƣợng nhỏ chất bẩn, do đó

phải tồn trữ mẫu cẩn thận theo tiêu chuẩn ASTM D4057.


Rửa sạch ống đong bằng dung môi làm sạch, sau đó rửa lại với axeton

và bằng vòi nƣớc.

Làm khô ống đong đến khi không còn giọt nƣớc nào dính trên thành ống

đong.

Làm sạch cánh khuấy với giẻ bằng cotton đã thấm ƣớt với dung mối làm

sạch, sấy khô. Cánh khuấy bị đƣợc cong hay biến dạng thì không đƣợc sử

dụng.


Gia nhiệt nƣớc trong bể ổn nhiệt đến nhiệt độ 54 1oC và duy trì ở nhiệt

độ này trong suốt quá trình thử nghiệm.

Cho nƣớc cất vào ống đong đến vạch 40ml và cho tiếp mẫu cần đo vào

cho đến vạch 80ml, đặt ống đong vào trong bể ổn nhiệt và để yên trong 10

phút.

Lắp hệ thống cánh khuấy vào trong ống chứa mẫu đến vị trí yêu cầu. Bắt

đầu khuấy và quan sát lớp nhũ tƣơng, điều chỉnh tốc độ khuấy cho đến khi đạt

đƣợc tốc độ 1500 15 rpm.

Sau khi khuấy 5 phút, ngƣng khuấy và lấy cánh khuấy ra khỏi ống chứa

mẫu và rửa sạch cánh khuấy (lƣu ý: phải để cho giọt lỏng cuối cùng trên cánh

khuấy nhỏ xuống ống đong). Di chuyển ống đong đến một vị trí khác trong bể

ổn nhiệt, để yên 5 phút (kể từ khi tắt và lấy cánh khuấy ra khỏi ống chứa mẫu)

sau đó lấy ống đong chứa mẫu ra khỏi bể ổ nhiệt, quan sát và ghi nhận thể

tích của lớp dầu, lớp nƣớc và lớp nhũ tƣơng.


Kết quả báo cáo có dạng nhƣ sau:

40-40-0(20): Quá trình phân tách xảy ra hoàn toàn sau 20 phút và có

nhiều hơn 3ml nhũ tƣơng tại thời điểm 15 phút.

39-38-3(20): Quá trình phân tách không xảy ra hoàn toàn, sau khi kết

thúc quá trình phân tách thể tích nhũ tƣơng còn lại là 3ml.

39-35-6(60): Có nhiều hơn 3ml nhũ tƣơng còn lại trong ống đong sau 60

phút, 39ml dầu – 35ml nƣớc và 6ml nhũ tƣơng.

41-37-2(20): Quá trình phân tách xảy ra không hoàn toàn, lớp nhũ tƣơng

162

còn lại sau 20 phút phân tách ít hơn 3ml.

43-37-0(30): Lớp nhũ còn lại ít hơn 3ml sau 30 phút phân tách, thể tích

lớp nhũ tại thời điểm 25 phút là 3ml.

7.6 Sai số

Sai số: không yêu cầu

163

BÀI 16. CÁC LOẠI HOÁ PHẨM VÀ DUNG MÔI DẦU MỎ

Mã bài: HD B16

Giới thiệu

Hoá phẩm dầu mỏ là tên gọi chung cho các hoá chất đƣợc sản xuất từ

dầu mỏ hay còn gọi là các sản phẩm hoá dầu. Về chủng loại, có thể nói là vô

cùng đa dạng và phong phú, chiếm đến 90% các sản phẩm hữu cơ mà con

ngƣời có thể sản xuất đƣợc.



- Mô tả tính chất và ứng dụng của các loại hóa phẩm và dung môi dầu

mỏ.

- Xác định đƣợc một số tính chất chính của dung môi dầu mỏ nhƣ:

Thành phần cất, thành phần hóa học, so màu saybolt, trọng lƣợng

phân tử v.v..

- Thực hiện các thí nghiệm làm trong PTN hóa dầu.

Nội dung chính

1. Giới thiệu chung về dung môi công nghiệp.

Dung môi công nghiệp đƣợc sản xuất từ dầu mỏ, thực chất là một loại

xăng đặc biệt bao gồm các hydrocacbon C4 – C10 đƣợc chƣng cất trực tiếp từ

dầu thô với các giới hạn sôi nhỏ và có độ bốc hơi tốt, nên đƣợc sử dụng nhƣ

các dung môi. Dung môi công nghiệp có đặc tính chung là dung môi không

cực, không có hoặc có rất ít các hợp chất chứa lƣu huỳnh, nên cho phép sử

dụng trong trƣờng hợp tiếp xúc với các kim loại quý, hoặc trong công nghiệp

sản xuất sơn. Vì trong sơn thƣờng có thành phần muối chì hoặc oxýt chì, nếu

có lƣu huỳnh, chúng sẽ tạo ra sulfua chì có màu đen, làm hỏng sơn.

Dung môi công nghiệp đƣợc sử dụng nhiều trong trích ly chất dẻo, dầu

thực vật, công nghiệp cao su, keo dán, công nghiệp nhuộm, công nghiệp hoá

chất, công nghiệp sơn,... Dung môi công nghiệp thƣờng có những loại đƣợc

phân chia theo giới hạn sôi của chúng nhƣ ở bảng sau:

Bảng 16.1. Phân chia dung môi công nghiệp theo giới hạn sôi

Khoảng sôi, oC Lĩnh vực sử dụng

30 - 75 Trích ly chất thơm

40 – 100 Keo dán, tẩy chất bẩn trên len dạ

164

60 – 80 Trích ly chất béo, dầu thực vật, sản xuất mỡ xƣơng

70 – 100 Trích ly chất béo, dầu thực vật, công nghiệp cao su

100 - 130 Công nghiệp cao su, nhuộm tẩy chất bẩn, in

135 – 205 Dung môi nặng cho công nghiệp sơn

White spirit

2. Dung môi và xăng dung môi.

Dung môi là chất lỏng dùng để hoà tan những chất khác. Dung môi nói

chung đƣợc áp dụng rộng rãi để chiết dầu mỡ thực vật, để sản xuất keo trong

công nghiệp cao su và chế tạo vécni và sơn dầu. Ngoài ra dung môi còn đƣợc

sử dụng trong các mục đích kỹ thuật khác nhƣ rửa các chi tiết máy, giặt quần

áo, tổng hợp da nhân tạo,...

Dung môi nói chung bao gồm có:

- Nhóm xăng dung môi, trong đó gồm có xăng dung môi dùng cho

công nghiệp cao su, xăng dung môi dùng trong công nghiệp sơn và

xăng dung môi dùng trong các mục đích kỹ thuật

- Dung môi dầu mỏ

- Ete dầu mỏ

2.1 Xăng dung môi

Xăng dung môi là hỗn hợp của các parafin, các xycloparafin và các

hydrocacbon thơm có giới hạn sôi giữa 150 oC đến 220 oC.

Xăng dung môi là chất lỏng trong suốt, ổn định hoá học, không ăn mòn và

có mùi êm dịu.

Xăng dung môi đƣợc áp dụng rộng rãi để chiết dầu và mỡ thực vật, để

sản xuất keo trong công nghiệp cao su, chế tạo sơn và vécni. Ngoài ra, chúng

còn đƣợc sử dụng cho các mục đích kỹ thuật khác nhau nhƣ rửa các chi tiết

máy, giặt quần áo, tổng hợp da nhân tạo.

2.1.1 Xăng dung môi dùng cho công nghiệp cao su

Là phân đoạn có nhiệt độ sôi thấp, chƣng cất trực tiếp từ dầu mỏ hoặc từ quá

trình reforming xúc tác đã đƣợc khử thơm.

Xăng dung môi có giới hạn khoảng sôi hẹp (80 - 120 oC) nhằm đảm bảo

cho chúng có khả năng bay hơi nhanh. Các loại xăng dung môi đƣợc dùng để

chế biến keo cao su các loại khác nhau.

Hàm lƣợng hydrocacbon thơm trong xăng dung môi theo tiêu chuẩn vệ

sinh công nghiệp không đƣợc vƣợt quá 3%.

2.1.2 Xăng dung môi dùng trong công nghiệp sơn (White spirit)

Xăng dung môi dùng trong công nghiệp sơn đƣợc sản xuất từ phân đoạn

165

xăng chƣng cất trực tiếp từ dầu mỏ và đƣợc chƣng cất lại trong khoảng sôi

hẹp 165 – 200 oC. Hàm lƣợng hydrocacbon thơm đạt tới 16%.

Xăng dung môi (White spirit) hay còn gọi là xăng trắng hoặc xăng thơm,

thuộc họ dung môi hydrocacbon. Về bản chất, xăng dung môi (White spirit) là

một sản phẩm dầu mỏ đƣợc lấy từ cuối phân đoạn xăng và đầu phân đoạn

kerosene.

Xăng dung môi đƣợc sử dụng chủ yếu trong công nghiệp sơn dầu và một

số ngành công nghiệp khác nhƣ làm chất pha sơn, làm khô sơn cho in màu

trên vải. Vì vậy, nó còn có tên là xăng pha sơn. Ngoài ra, nó còn đƣợc dùng

để khử dầu mỡ trên bề mặt kim loại, pha chế chất đánh bóng, lau khô.

Loại xăng này phải hoà tan tất cả các thành phần không bay hơi của sơn,

bay hơi không có mùi, có vận tốc bay hơi đƣợc xác định (không bay hơi

nhanh quá và cũng không bay hơi chậm quá làm ảnh hƣởng đến bề mặt của

sơn).

2.1.3 Xăng dung môi dùng trong mục đích kỹ thuật

Xăng dung môi dùng cho các mục đích kỹ thuật công nghiệp có thành

phần phân đoạn rộng lớn hơn ứng với khoảng sôi 45 – 170 oC. Nó là xăng

đƣợc chƣng cất trực tiếp, không có hydrocacbon loại C2H5-, không có chất

thơm (hàm lƣợng hydrocacbon thơm không quy định).

Xăng dung môi kỹ thuật đƣợc dùng làm dung môi trong ngành công

nghiệp da nhân tạo, dùng để làm sạch vải, rửa kim loại và các chi tiết chống

ăn mòn.

Xăng này có độ sôi đầu là nhỏ nhất so với các loại xăng dung môi (không

thấp hơn 45 oC), là loại chất lỏng dễ bay hơi, độc hại và dễ cháy nổ.

2.1.4 Xăng chiết

Là xăng thông qua quá trình reforming bằng xúc tác, đã đƣợc tách chất

thơm và có thành phần cất hẹp.

Xăng chiết đƣợc dùng chủ yếu trong các nhà máy sản xuất dầu dùng

phƣơng pháp chiết để thu đƣợc dầu thực vật, dùng để tách mỡ khỏi da. Ngoài

ra, xăng chiết cũng đƣợc dùng làm dung môi trong công nghiệp cao su va sơn

dầu (loại làm khô nhanh).

2.2 Dung môi dầu mỏ

Dung môi dầu mỏ là hổn hợp chủ yếu của các hydrocacbon thơm, có

thành phần cất từ 110 – 200 oC.

Dung môi dầu mỏ đƣợc sản xuất chủ yếu từ các quá trình nhiệt phân các

phần cất của dầu mỏ nhƣ dầu hoả - gazoin. Những phân đoạn này thƣờng

166

cho sản lƣợng cao nhất về các loại hydrocacbon thơm nhẹ, đồng thời có hiện

tƣợng tạo cốc tƣơng đối nhỏ. Các phân đoạn dầu hoả -gazoin gốc naphthen

(có chứa 30-60% hydrocacbon naphthen) là nguyên liệu tốt nhất để nhiệt

phân.

Dung môi dầu mỏ đƣợc dùng trong công nghiệp tráng men, sơn dầu và

nhuộm. Các phân đoạn dầu mỏ gốc parafin có lẫn hydrocacbon không no (là

các sản phẩm của quá trình cracking) cũng đƣợc sử dụng để làm nguyên liệu

nhiệt phân. Tuy nhiên, sử dụng các nguyên liệu có hàm lƣợng các hợp chất

không no cao khi nhiệt phân sẽ cho lƣợng cốc tƣơng đối cao, hạ thấp sản

lƣợng khí đốt và hydrocacbon thơm nhẹ.

Với quá trình reforming xúc tác đang đƣợc áp dụng phổ biến đã cho phép

thu đƣợc sản lƣợng khá cao các loại hydrocacbon thơm nhẹ có độ tinh khiết

cao.

Quá trình tách và thu các loại hydrocacbon thơm từ sản phẩm của quá

trình reforming xúc tác nói trên có thể đƣợc thực hiện bằng nhiều phƣơng

pháp nhƣ chƣng cất đồng sôi, tách bằng các dung môi tƣơng ứng, hấp thu

bằng silicagen,...

Trong công nghiệp, thƣờng sử dụng phƣơng pháp tách bằng

dietylenglycol để tách riêng biệt từng loại hydrocacbon thơm và thƣờng đạt từ

75 đến 90%, tuỳ theo từng phƣơng pháp và chất lƣợng sản phẩm cụ thể

Ngƣời ta thƣờng lợi dụng những sự khác biệt trong các tính chất vật lý để

tách những hydrocacbon thơm C8H10 ra thành những chất đồng phân riêng (o-

, m-, p-Xylen và etylbenzen). O-Xylen và etylbenzen đƣợc tách bằng phƣơng

pháp tinh cất, còn p-Xylen đƣợc tách bằng phƣơng pháp kết tinh ở nhiệt độ

thâp.

Dung môi dầu mỏ đƣợc dùng cho công nghiệp sơn và đƣợc dùng để sản

xuất vécni, sơn, sơn tráng men,...

Các sản phẩm điển hình của dung môi dầu mỏ là: benzen, toluen , xylen.

2.3 Ete dầu mỏ

Ete dầu mỏ (Petroleum ether) là hỗn hợp của các loại hydrocacbon dãy

mêtan và thu đƣợc từ các sản phẩm chƣng cất trực tiếp, sản phẩm alkyl hoá

và các sản phẩm tổng hợp. Chúng đƣợc lƣu hành dƣới 2 nhãn mác: 40–70 và

70–100 ứng với giới hạn sôi.

3. Naphta công nghiệp

Naphta công nghiệp thƣờng đƣợc sản xuất và phân phối cho các hãng

công nghiệp theo nhiều con đƣờng khác nhau và thƣờng là hỗn hợp những

167

phức chất hydrocacbon, trừ những hỗn hợp tƣơng đối tinh khiết nhƣ hexan,

toluen. Vì vậy, chúng không thích hợp với cách phân loại khoa học chính xác.

Naphta công nghiệp rất khác nhau, từ hydrocacbon mạch thẳng đến các

chất thơm và trong nhiều trƣờng hợp chúng có chứa cả hợp chất olefin và

naphthen.

3.1 Phân loại

Qua quá trình sử dụng, phân loại nửa kỹ thuật đã đƣợc hình thành gồm 4

loại sau:

- Naphta béo

- Naphta thơm

- Naphta trung bình

- Naphta không mùi

Trong thực tế, một số trƣờng Naphta béo đƣợc chia ra gồm paraphin và

naphthen.

Phần nhiều naphta là phức hợp của các hydrocacbon.

Chất lƣợng của naphta phụ thuộc vào dầu gốc. Nếu naphta có nhiều

parafin và naphthen thì naphta đó đƣợc gọi là Naphta béo.

Trong công nghiệp, naphta cũng đƣợc phân loại theo độ hoà tan. Mức độ

hoà tan đƣợc xác định bởi giá trị Kari-Butanol.

3.1.1 Naphta béo: Những naphta có số Kari-butanol 45 đƣợc gọi là naphta

béo mà không đề cập tới thành phần của chúng

3.1.2 Naphta thơm: Các chất thơm trong naphta công nghiệp bao gồm cả các

loại nhƣ benzen, toluen, xylen với độ hoà tan theo phép thử Kari-butanol là

98. Một số naphta đặc biệt nhƣ alkyl naphtalen đƣợc phân nhóm thuộc loại

thơm có chỉ số hoà tan Kari-butanol nhƣ xylen, toluen.

3.1.3 Naphta trung bình: Nhóm trung bình của naphta công nghiệp bao gồm

các loại naphta chƣng cất thẳng hoặc naphta pha trộn, có chỉ số hoà tan Kari-

butanol từ 45 – 98.

3.1.4 Naphta không mùi: Naphta không mùi bao gồm các nhóm naphta mới.

Nó đƣợc phân loại không theo chỉ số hoà tan vì thực tế nó hầu nhƣ không có

mùi.

Naphta gồm những loại có độ hoà tan từ thấp đến cao, từ những loại có

độ bay hơi rất cao nhƣ hexan cho tới những loại có độ sôi cao, kể cả những

loại có khoảng sôi hẹp.

Khi sản xuất naphta công nghiệp, cần phải chú ý đầu tiên đến những dầu

gốc ban đầu, cụ thể là dầu thô, xăng tự nhiên vì nó là hổn hợp phức tạp của

168

các hydrocacbon. Do vậy, để có thể duy trì đƣợc tính đồng nhất của sản

phẩm, cần có những quy ƣớc phân loại các quá trình chế biến dầu thô và

xăng tự nhiên để sản xuất naphta.

3.2 Các quá trình chế biến naphta công nghiệp

3.2.1 Quá trình chƣng cất

Thực tế các chất naphta béo nhƣ rƣợu khoáng (mineral spirit), dung môi

stoddard, naphta Véc-ni sơn (Vernish Maker & Painters naphta) hoặc viết tắt

là V.M & P, thu đƣợc chỉ từ quá trình chƣng cất. Trong một số trƣờng hợp cần

dùng thêm quy trình xử lý ngọt để cải thiện mùi.

Việc chƣng cất xăng tự nhiên cho ta dung môi có độ tinh khiết tƣơng đối

cao dạng parafin, nhƣ hexan, đó là các sản phẩm có thành phần chƣng cất

tuyệt hảo.

Các loại naphta thơm nhƣ benzen, toluen và xylen nguyên thuỷ đƣợc sản

xuất nhƣ là sản phẩm phụ trong quy trình cốc hoá than.

Sự linh hoạt của các thiết bị chƣng cất hiện đại cho khả năng có thể sản

xuất ra các loại naphta có khoảng sôi theo yêu cầu.

3.2.2 Quá trình reforming: bao gồm các quá trình reforming xúc tác và

hydroforming,... để sản xuất naphta công nghiệp loại trung bình và loại thơm.

Trong thực tế, các quá trình này đã đƣợc phát triển để sản xuất ra nhiên

liệu ô tô có trị số octan cao từ những vật liệu ban đầu có trị số octan thấp. Vì

vậy, những quá trình công nghệ mới này cũng cho phép ta sản xuất naphta

công nghiệp quan trọng nhất.

Reforming là nguồn cho các chất thơm benzen, toluen và xylen.

Hydroforming cho ra các sản phẩm: phía trên là benzen, toluen và xylen;

phía dƣới là naphta công nghiệp có hàm lƣợng alkyl naphtalen cao. Loại này

có thể chƣng cất ra một số naphta công nghiệp có độ hoà tan cao. Những

naphta này rất có ích trong lĩnh vực thuốc trừ sâu làm dung môi cho thuốc trừ

sâu, thuốc diệt cỏ và bảo vệ gỗ.

3.2.3 Quá trình alkyl hoá: là quá trình rất quan trọng đƣa ra những sản phẩm

dung môi không có mùi nhƣ rƣợu khoáng (mineral spirit). Các sản phẩm cặn

của quá trình này đƣợc chƣng cất và đƣợc xử lý cho ra một số dung môi

không mùi mà trƣớc kia phải đƣợc xử lý bằng axít sulfuric nặng.

3.3 Sử dụng và tiêu chuẩn hoá naphta công nghiệp

Trong các ngành công nghiệp hiện đại, thật khó để chỉ ra một cách cụ thể

rằng có một ngành công nghiệp nào đó không sử dụng trực tiếp hoặc gián tiếp

naphta.

169

Những sản phẩm này có phẩm cấp chất lƣợng rất rộng và linh hoạt nhƣ

độ hoà tan, thành phần cất, độ bay hơi,... đìều đó làm cho chúng trở nên vô

giá trong nhiều ngành công nghiệp đặc biệt.

3.3.1 Độ sôi

3.3.1.1 Nhóm naphta béo có những khoảng sôi nhƣ sau:

- Ete dầu hoả (petroleum ether) : 37,8 oC

- Dung môi cao su (rubber solvent) : 65,6 oC

- Rƣợu nhẹ (Light spirit) : 93,3 oC

- Naphta Véc-ni (High flash V.M naphta) : 121,1 oC

- Rƣợu khoáng nhẹ (Light mineral spirits) : 148,9 oC

- Stoddard solvent : 176,7 oC

- Oderless mineral spirit : 204,4 oC

3.3.1.2 Hydrocacbon loại parafin tinh khiết có khoảng sôi nhƣ sau:

- Pentan : 30 – 38 oC

- izo-hexan : 50 – 62 oC

- Hexan : 65 – 70 oC

- izo-heptan : 87 – 93 oC

- Heptan : 95 – 98 oC

3.3.1.3 Đại diện của naphta thơm có khoảng sôi nhƣ sau:

- Benzen công nghiệp : 79 – 80 oC

- Toluen công nghiệp : 95 –100 oC

- Xylen công nghiệp : 130 – 140 oC

3.3.1.4 Nhiều loại naphta thơm khác có khoảng sôi đến 260 oC.

3.3.2 Sử dụng: Dƣới đây là việc sử dụng một vài naphta công nghiệp thông

dụng.

Hexan: Naphta loại parafin này đƣợc ứng dụng lớn nhất trong những quy

trình chiết xuất. Nó đƣợc dùng để chiết xuất dầu đậu tƣơng, dầu bông, dầu

ngũ cốc, dầu lạc, dầu hạt lanh, hạt cacao, mía,...; chiết xuất chất béo, dầu từ

thịt mỡ, xƣơng, lông và mỡ bôi trơn. Ngoài ra, nó đƣợc dùng trong việc sản

xuất bột cao su, keo dính, mực khắc, giầy, mặt nạ trong khâu hoàn thiện da

nhân tạo, trong việc làm sạch các chi tiết chính xác.

Hexan có độ bay hơi cao nhất so với tất cả các loại naphta công nghiệp.

Heptan: Cũng là một loại naphta parafinic đƣợc dùng để thay thế cho

hexan trong điều kiện vận hành đòi hỏi dung môi có độ chớp cháy cao nhƣng

có độ bay hơi thấp hơn.

Dung môi cao su: là loại dung môi chất béo có khoảng sôi thấp đƣợc

170

dùng trong sản xuất bột cao su, chất keo dính, lốp cao su, đệm phanh, mực

khắc, tách béo da, mực và sơn lắc.

Dung môi sơn lắc: đƣợc dùng làm chất pha loãng trong khâu chuẩn bị

lắc và vật liệu bột tổng hợp, nơi mà đòi hỏi làm khô nhanh. Về tốc độ bay hơi

có thể gần bằng với toluen nên khi sử dụng thƣờng phối hợp với toluen.

Véc-ni sơn (V.M & P naphta): thuộc loại naphta nhẹ, naphta tẩy khô,

đƣợc dùng để làm mỏng sơn, vécni và đƣợc dùng trong sơn lắc. Chúng cũng

đƣợc dùng trong sản xuất bột cao su, keo dính, sáp, đánh bóng dƣới dạng

chất làm sạch.

Stoddard solvent: là một loại dung môi đặc biệt dùng để tẩy sạch khô,

có màu và mùi dễ chịu, có điểm bắt cháy cao. Nó đƣợc dùng trong một số

ngành công nghiệp khác nhau, đặc biệt trong tẩy rửa kim loại và tẩy mỡ. Yêu

cầu đối với dung môi loại này là sạch, không bị vẩn đục, không nƣớc, không bị

ôi và biến mùi. Mùi của nó phải là mùi naphta chế biến ngọt.

Alkyl naphtalen: là loại naphta thơm mới đƣợc dùng trong lĩnh vực

thuốc trừ sâu, là những chất hoà tan những tác nhân mạnh nhƣ: DDT

3.3.3 Tiêu chuẩn hoá naphta công nghiệp: Có 15 dung môi công nghiệp

đƣợc tiêu chuẩn hoá theo ASTM (American Society for Testing and Materials)

3.3.3.1 Naphta công nghiệp, loại petroleum spirits và mineral spirit theo

ASTM-D.235, có thành phần cất gần giống nhƣ xăng, cụ thể là:

- Nhiệt độ sôi ở 50% : 177 oC min;

- Nhiệt độ sôi cuối : 210 oC;

- Nhiệt độ bắt cháy : 38 oC min;

- Màu trắng, màu Saybolt : + 21 min.

3.3.3.2 Loại heavy petroleum spirits (heavy mineral spirit) theo ASTM-

D.965

- Điểm sôi đầu : 171 oC min;

- Điểm sôi ở 95% : 238 oC;

- Điểm sôi cuối : 251 oC ;

- Bắt cháy : 51,5 oC.

Heavy petroleum spirit đƣợc dùng nhƣ chất làm mỏng đối với sơn chậm,

vécni.

3.3.3.3 Loại refined solvent naphta theo ASTM-D.838

- Tỷ trọng : 0,850 – 0,870;

- Điểm sôi 5% : 0 oC;

- Điểm sôi ở 90% : 145 oC ;

171

- Điểm khô : 180 oC max.

3.3.3.4 Loại crude light solvent naphta theo ASTM-D.839

- Tỷ trọng : 0,860 – 0,885;

- Điểm sôi 5% : 130 oC;

- Điểm sôi ở 90% : 160 oC ;


3.3.3.5 Loại crude heavy solvent naphta theo ASTM-D.840

- Tỷ trọng 15 oC : 0,885 – 0,970;

- Điểm sôi 5% : 150 oC;

- Điểm sôi ở 90% : 200 oC ;


4. Các hóa phẩm dầu mỏ.

4.1 Izo-Propyl Alcohol:

Izo-Propyl Alcohol (I.P.A) có công thức hoá học là: (CH3)2CHOH và còn

đƣợc gọi là propanol hoặc izopropanol thuộc họ rƣợu no.

Đặc trƣng kỹ thuật của I.P.A nhƣ sau:

- Trọng lƣợng phân tử : 60,10

- Điểm tan : -89,5 oC;

- Điểm sôi : 82,3 oC ;

- Tỷ trọng ở 15 oC : 0,78

I.P.A là một chất lỏng linh động, có mùi dễ chịu, có thể trộn lẫn theo tỷ lệ

bất kỳ với nƣớc và nhiều chất lỏng hữu cơ.

I.P.A là dung môi tuyệt vời cho nhiều chất hữu cơ, đƣợc sử dụng rộng rãi

trong nhiều ngành công nghiệp nhƣ làm dung môi son cho các dầu tự nhiên,

làm tác nhân chiết tách trong hoá mỹ phẩm và dƣợc phẩm.

I.P.A là một trong những nguyên liệu gốc cho tổng hợp hữu cơ, sản xuất

chất tẩy rửa và đánh bóng.

I.P.A còn đƣợc dùng làm chất chống đông, làm cấu tử khử nƣớc, làm

chất phụ trợ khử sáp trong chƣng cất dầu thô.

4.2 Dioctylphtalat:

Dioctylphtalat (D.O.P) hoặc Dietylphtalat:có công thƣc hoá học là:

C6H4(CO2C2H5)2. Nó là một chất lỏng không màu, không trộn lẫn với nƣớc

nhƣng có thể trộn lẫn với nhiều dung môi hữu cơ.

Ứng dụng quan trọng nhất của D.O.P là dùng làm chất dẻo hoá cho

nhựa PVC và các loại polymer khác. Vì vậy, ngƣời ta còn gọi là chất lƣu hoá

nhựa.

172

4.3 Parafin dầu mỏ

Parafin dầu mỏ dạng rắn là các tinh thể hydrocacbon thuộc dãy mỡ, chủ

yếu có cấu tạo mạch thẳng, đƣợc điều chế từ nguyên liệu trong quá trình sản

xuất dầu nhờn.

Tùy thuộc vào mức độ tinh luyện mà chúng có màu trắng, có màu hơi

vàng hoặc có màu từ vàng sáng đến màu nâu sáng.

Các parafin đƣợc áp dụng rộng rãi trong các ngành kỹ nghệ điện tử, thực

phẩm, hƣơng liệu và một số lĩnh vực khác. Chúng là một trong những nguồn

nguyên liệu quan trọng nhất để sản xuất axít béo.

Trong ngành công nghiệp thực phẩm sử dụng các parafin đã đƣợc tinh

luyện kỹ, không đƣợc có mùi, không đƣợc chứa axít, kiềm và các chất sulfat,

clorua, các chất cơ học và nƣớc.

4.4 Xerazin

Xerazin là hỗn hợp các parafin có cấu trúc phân tử dạng izo, với số lƣợng

nguyên tử cácbon trong phân tử từ 36 đến 55.

Xeazin thu đƣợc từ nguyên liệu tự nhiên và đƣợc tổng hợp từ CO2 và H2.

Nguyên liệu là ozokerit tự nhiên và phần kết tủa dầu mỏ gốc naphthen chứa

parafin.

Từ xerazin ngƣời ta làm ra các chế phẩm khác nhau trong ngành hoá học

dân dụng, vazơlin. Xerazin cũng đƣợc sử dụng làm chất đặc trong sản xuất

dầu mỡ bôi trơn, làm chất cách điện trong kỹ nghệ điện và điện tử và làm các

phần sáp nến.

4.5 Izopropylbenzen

Izopropylbenzen là sản phẩm alkyl hoá benzen của phân đoạn propan-

propylen, có sự tham gia cả chất xúc tác là photpho.

Izopropylbenzen đƣợc dùng làm nguyên liệu để tổng hợp metylstyrol, sau

đó metylstyrol lại đƣợc sử dụng làm nguyên liệu để đồng trùng hợp cùng với

butadien thành cao su tổng hợp.

4.6 Pirobenzen

Pirobenzen là hợp chất hydrocacbon, trong đó chủ yếu là hydrocacbon

thơm loại nhẹ và những hydrocacbon thuộc các lớp khác có nhiệt độ sôi dƣới

175 oC.

Pirobenzen đƣợc sử dụng để nâng cao tính chất chống kích nổ cho các

loại xăng máy bay (không quá 10%, do khả năng có thể tách ra từ hỗn hợp

các tinh thể benzen khi ở nhiệt độ thấp.

173

4.7 Naphtalin kỹ thuật

Naphtalin kỹ thuật là một loại hydrocacbon thuộc dãy thơm, kết tinh dƣới

dạng phiến nhỏ, không màu, óng ánh.

Naphtalin kỹ thuật đƣợc điều chế bằng cách làm lạnh naphtalin rồi tách

các tinh thể ra bằng máy ly tâm, sau đó đƣợc làm sạch bằng phƣơng pháp

thăng hoa và đƣợc xuất xƣởng dƣới dạng sản phẩm kết tinh nguyên chất.

Tùy theo điều kiện chế biên và mức độ tinh chế, naphtalin đƣợc sản xuất

ra dƣới nhiều dạng và loại khác nhau:

- Naphtalin tinh thể: dùng để tổng hợp các sản phẩm và bán thành

phẩm hữu cơ, các chất nổ, dƣợc phẩm cũng nhƣ dùng để sản xuất các

dung môi – tetralin và decalin.

- Naphtalin dạng viên, bột và vẩy: đƣợc sử dụng làm thuốc trừ sâu

(chống nhặng, rệp, mọt vải,...)

4.8 Nhựa pec dầu mỏ

Nhựa pec dầu mỏ là một loại chất cặn dạng nhựa, thu đƣợc từ quá trình

chƣng cất nhựa khí đốt nhiệt phân.

Nhựa pec dầu mỏ đƣợc sử dụng làm nguyên liệu để chế biến cốc không

tro gốc dầu mỏ dùng làm điện cực, làm chất thế cho nhựa than đá trong

ngành sản xuất thuốc nổ tri-nitrotoluen, hoặc dùng để làm chất kết dính.

4.9 Lacoil dầu mỏ

Lacoil (dầu lắc) là sản phẩm đƣợc chế biến từ gudron, lấy ra từ quá trình

làm sạch bằng axít sulfuric các phân đoạn thơm chƣa tinh chế, đồng thời pha

thêm phần dầu benzen rồi sau đó hoà tan toàn bộ hỗn hợp vào dung môi, cuối

cùng đem rửa bằng nƣớc và trung hoà cặn axits sulfuric bằng kiềm nhẹ.

Lacoil là nguyên liệu để sản xuất dầu sơn nhân tạo và các loại màng cách

điện.

4.10 Piropolimer

Piropolimer là các sản phẩm trùng hợp của những hydrocacbon không no

nhiệt phân (tức là phần cặn thu đƣợc sau khi tinh cất thứ cấp) có pha thêm

dung môi (dƣới 40%).

Cũng nhƣ Lacoil, piropolimer là nguyên liệu để sản xuất dầu sơn nhân

tạo.

5. BTX

Những hydrocacbon thơm (aromatic) của công nghiệp hoá dầu sản xuất,

chủ yếu là benzen, toluen, xylen (gọi tắt là BTX).

Trƣớc đây, việc sản xuất những hydrocacbon aromatic chủ yếu dựa vào

174

việc thu hồi khí của công nghiệp sản xuất than cốc, nhƣng vì sản lƣợng quá

thấp, không đáp ứng nhu cầu phát triển công nghiệp chất dẻo và sợi hoá học,

nên ngày nay phải dựa vào công nghiệp hoá dầu, vừa có sản lƣợng cao, vừa

có giá thành hạ nên phần hydrocacbon aromatic nhận đƣợc trên cơ sở dầu

mỏ đã chiếm tỷ lệ trên 90%. BTX là nhóm các sản phẩm gốc rất quan trọng

nên các đặc trƣng kỹ thuật của chúng đƣợc đề cập cụ thể nhƣ sau:

5.1 Benzen

Benzen là chất lỏng, không màu, trong suốt, linh động, có mùi đặc trƣng,

dễ bay hơi và có độc tính mạnh. Benzen có công thức hóa học là C6H6 thuộc

họ hydrocacbon thơm.

Benzen đƣợc sản xuất ra bằng phƣơng pháp reforming xúc tác (chất xúc

tác là Al-Pt) ở nhiệt độ 480 - 520 oC và ở áp suất 20 at. Nguyên liệu để tiến

hành reforming là xăng chƣng cất trực tiếp từ dầu mỏ có nhiệt độ sôi phân

đoạn từ 60 đến 85 oC.

Benzen đƣợc dùng làm nguyên liệu gốc để chế biến các loại sợi polyamid

lọai capron và nylon, cao su tổng hợp và chất dẻo trên cơ sở phenol. Ngoài ra,

benzen còn đƣợc dùng làm nguyên liệu để chế biến thuốc nhuộm, dƣợc

phẩm, các chế phẩm nhiếp ảnh, dùng làm dung môi và chất tách ly,...

Trong công nghiệp hóa dầu, benzen đƣợc sử dụng làm nguyên liệu trong

quá trình sản xuất các loại sản phẩm alkyl cũng nhƣ đƣợc sử dụng làm phụ

gia cho nhiên liệu động cơ để tăng trị số octane.

5.2 Toluen

Toluen có tên hóa học là metylbenzen hoặc phenylmetan với công thức

hóa học của toluen là C6H5CH3, thuộc họ hydrocacbon thơm, là chất lỏng

trong suốt, không màu, có mùi đặc trƣng giống nhƣ benzen nhƣng ít độc hơn

benzen.

Toluen hoàn toàn không trộn lẫn với nƣớc nhƣng trộn lẫn hoàn toàn với

hầu hết các chất lỏng hữu cơ, đặc biệt là các sản phẩm dầu mỏ lỏng.

Toluen đƣợc sản xuất ra bằng phƣơng pháp reforming xúc tác (chất xúc

tác là Al-Pt) ở nhiệt độ 480 - 520 oC và ở áp suất 20 at. Nguyên liệu để tiến

hành reforming là xăng chƣng cất trực tiếp từ dầu mỏ có nhiệt độ sôi phân

đoạn từ 85 đến 120 oC.

Toluen là một dung môi dầu mỏ tốt cho nhựa, dầu mỡ nhờn và các sản

phẩm tự nhiên khác, đƣợc sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hóa

chất, sơn, tráng men và y dƣợc, làm dung môi chiết tách và khử dầu mỡ, làm

nguyên liệu để sản xuất chất keo dính, mực in và một số hóa chất quan trọng

175

nhƣ thuốc nổ TNT, toluendiizoxyanat, axít benzoic,... Ngoài ra, ngƣời ta còn

sử dụng toluen nhƣ một thành phần phụ gia có trị số octan cao cho xăng máy

bay và ô tô.

5.3 Xylen

Xylen là chất lỏng không màu, có mùi và cũng có những tính đặc trƣng

tƣơng tự nhƣ toluen.

Xylen là hỗn hợp của ba loại xylen: o-Xylen, m-Xylen và p-Xylen

Xylen đƣợc sản xuất chủ yếu bằng phƣơng pháp reforming xúc tác (chất

xúc tác là Al-Pt) ở nhiệt độ 480 - 520 oC nhƣ benzen và toluen nhƣng ở áp

suất từ 35 - 40 at. Nguyên liệu để tiến hành reforming là xăng chƣng cất trực

tiếp từ dầu mỏ có nhiệt độ sôi phân đoạn từ 120 đến 140 oC.

Xylen là dung môi tốt cho các chất béo, sáp, hắc ín và nhiều loại nhựa.

Xylen đƣợc dùng làm dung môi và chất pha loãng trong sơn, tráng men, làm

nguyên liệu sản xuất mực in, keo dính, mattit, thuốc trừ sâu, chất màu và chất

tẩy rửa tổng hợp.

Xylen kỹ thuật đƣợc dùng làm dung môi của các loại véc ni, thuốc nhuộm,

mattit, dƣợc phẩm cũng nhƣ trong công nghiệp hóa chất để sản xuất xilidin,

chất màu và chất tẩy rửa tổng hợp,...

Trong số các hydrocacbon thơm kể trên, thì benzen và xylen có nhu cầu

cao hơn cả, vì vậy phải sử dụng toluen để chuyển hoá thành benzen và xylen.

BTX đƣợc sử dụng làm nguyên liệu sản xuất ra các sản phẩm thế hệ thứ 2,

bao gồm các loại đƣợc trình bày trên sơ đồ trên.

6. Thực hành: XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ MÀU SAYBOLT – ASTM D 156


Phƣơng pháp này đƣợc áp dụng cho các sản phẩn nhiên liệu sáng màu

nhƣ: Xăng ôtô, xăng máy bay chƣa pha màu, nhiên liệu phản lực, naphtha,

dầu hỏa, sáp dầu mỏ và dầu trắng dƣợc phẩm...


Màu saybolt đánh giá thành phần của các cấu tử nặng có trong sản phẩm

dầu mỏ.

Ngoài ra, thông qua màu saybolt ta có thể đánh giá hàm lƣợng nhựa có

trong sản phẩm dầu mỏ và sự thay đổi tính chất của nhiên liệu trong quá trình

bảo quản và sử dụng.


Màu Saybolt là màu của sản phẩm lỏng, gốc dầu mỏ trong suốt đƣợc

định nghĩa dựa trên thang đo từ –16 (tối nhất) đến + 30 (sáng nhất).

176

Tìm độ cao của cột mẫu sao cho khi nhìn xuyên qua độ dài của cột, màu

của cột mẫu phù hợp với màu của một trong 3 tấm kính chuẩn. Từ độ cao thu

đƣợc và loại kính chuẩn sử dụng, tra bảng tìm đƣợc giá trị màu saybolt.



Máy so màu Saybolt gồm có ống mầu có chia vạch và ống chuẩn, hệ

thống quang học, nguồn sáng và các tấm kính chuẩn mầu.

Hình 16.1. Thiết bị đo màu Saybolt

6.4.2 Chuẩn hóa thiết bị

Tháo tấm kính ra khỏi đáy của ống mẫu. Rửa tấm kính, ống mẫu, ống

chuẩn (rửa bằng xà phòng và nƣớc, tráng lại bằng nƣớc cất và axeton, thổi

khô). Lắp và định vị các ống vào máy.

Bật nguồn sáng, quan sát cƣờng độ sáng của hai nửa trƣờng quang học

với cả hai ống rỗng và màng ngăn 12 mm đã đƣợc tháo ra khỏi đáy ống

chuẩn. Điều chỉnh vị trí nguồn sáng để có đƣợc cƣờng độ sáng ở mổi nửa

trƣờng quang học là nhƣ nhau.

Lắp trở lại màng ngăn 12 mm vào bên dƣới ống chuẩn và đổ nƣớc cất

vào ống mẫu đến vạch 508 mm ( 20 in). Cƣờng độ sáng quan sát đƣợc ở môi

trƣờng quang học cần phải nhƣ nhau đối với máy so màu đƣợc phép sử

177

dụng.


Khi mẫu đục, lọc nó qua giấy lọc, định lƣợng phù hợp cho đến khi nó có

màu sáng.

Khi chuẩn bị mẫu sáp dầu mỏ để thử nghiệm, không đƣợc đun nóng quá

vì có thể xảy ra sự oxy hóa làm biến màu mẫu.

6.4.4 Quy trình đối với dầu sáng và dầu trắng dƣợc phẩm

Tráng ống mẫu bằng một phần của mẫu. Tháo cho mẫu chảy hết, đổ đầy

mẫu vào ống mẫu. So sánh mẫu với chuẩn màu nguyên (chuẩn số 1). Khi

mẫu sáng hơn màu chuẩn thì di chuyển và thay thế nó bằng chuẩn một nữa.

Khi mẫu tối hơn chuẩn nguyên ở độ cao 158 mm (6,25 in) thì đặt thêm một

kính chuẩn nguyên nửa (thành chuẩn số hai).

Chú ý: Mẫu trong ống phải không có bọt khí.

Với chuẩn màu thích hợp và mẫu trong ống mẫu phải ở mức mà màu của

nó rõ ràng và tối hơn màu của chuẩn, thì từ từ xả bớt mẫu qua vòi cho đến khi

màu của mẫu chỉ hơi tối hơn chuẩn màu. Từ điểm này hạ mức mẫu xuống độ

cao gần nhất đúng với độ cao trong bảng màu. Khi màu của mẫu quan sát vẫn

còn tối hơn chuẩn màu thì tiếp tục hạ mức mẫu xuống độ cao tiếp theo trong

bảng rồi lại so sánh.

Lặp lại thao tác này cho đến khi độ cao của mẫu dầu đạt đến mức ở đó

màu của mẫu và chuẩn màu là nhƣ nhau hoặc khác biệt nhau không đáng kể.

Từ điểm này hạ thấp cột mẫu xuống độ cao tiếp theo đã ghi trong bảng mà

màu mẫu rõ ràng sáng hơn chuẩn màu thì ghi số màu ứng với mức cao hơn

gần nhất, đó là màu Saybolt.

Chú ý: Đối với sản phẩm dầu mỏ có màu tối hơn màu Saybolt –16, dùng

tiêu chuẩn ASTM D 1500.

6.4.5 Quy trình đối với sáp dầu mỏ

Đun nóng mẫu sáp cao hơn điểm đông đặc (theo tiêu chuẩn ASTM D

938) từ 8 đến 17oC.

Hơ nóng ống mẫu trƣớc, rót sáp lỏng vào ống mẫu.


Ghi kết quả số màu Saybolt đo đƣợc

Khi mẫu phải xử lý lọc, cần ghi đều này vào trong kết quả.

178

PHỤ LỤC

1. Chuyển đổi gần đúng giữa các đại lƣợng

1 inch 25 mm

1 foot 1/3 mm

1 foot vuông 1/10 m2

1 arce 1 ha

1 feet khối 30 lít

1 thùng 150 lít

1 BTU (British Thermal Unit) 1/4 Kcal

1 Triệu BTU 250 thermi

1 pound 0,5 kg

1 tấn dầu thô 7,3 thùng

1 thùng dầu thô (US Barrel) 0,14 tấn

100 thùng dầu thô/ngày 50.000 tấn/năm

1 triệu tấn dầu thô/năm 20.000 thùng/ngày

Thùng/ngày (B/d) x 49,8 tấn/năm

Tấn/năm x 0,0201 Thùng/ngày (B/d)

Trọng lƣợng riêng gần đúng các sản phẩm dầu khí

Dầu thô 0,80 0,97 tấn/m3 8,0 6,6 thùng/tấn

Xăng 0,71 0,79 tấn/m3 9,0 8,1 thùng/tấn

Dầu hỏa 0,78 0,84 tấn/m3 8,2 7,6 thùng/tấn

DO 0,82 0,92 tấn/m3 7,8 6,9 thùng/tấn

FO 0,19 0,99 tấn/m3 6,9 6,5 thùng/tấn

Nhớt 0,85 0,95 tấn/m3 7,5 6,7 thùng/tấn

Bitum 1,00 1,10 tấn/m3 6,4 3,8 thùng/tấn

1 tấn LNG 1,4 x 103 Nm3 khí thiên nhiên 52,3 x 103 feet khối khí

thiên nhiên tiêu chuẩn

179

2. Chuyển đổi chính xác giữa các đại lƣợng

1 inch = 2,54 cm

1 foot = 12 inch = 30,48 cm

1 dặm trên đất liền (mile terrestre) = 1,609 km

1 dặm trên biển (mile marin) = 1,853 km

1 inch vuông = 929 m2

1 arce = 9 feet vuông = 0,405 ha

1 dặm vuông = 2,590 km2

1 gallon (Mỹ) = 3,7853 lít

1 gallon (Anh) = 4,5459 lít

1 lít 0,264 gallon (Mỹ)

0,222 gallon (Anh)

Thùng (US Barel) = 159,984 lít

= 42 gallon (Mỹ)

= 34,973 gallon (Anh)

1 m3 = 6,2898 thùng (US Barrel)

= 35,3147 feet khối

1 feet khối = 28,317 lít

= 0,1781 thùng

1 tấn Anh (long ton) = 1016 kg

1 tấn Mỹ (short ton) = 907 kg

1 pound (lp) = 453,59 g

oC = 5/9 (oF) - 32

oF = 1,8 (oC) + 32

oAPI = 131,5 d

141,5F60

F60

o

o

3. Chuyển đổi theo tƣơng năng lƣợng

1 tấn LNG = 1,22 tấn dầu thô

= 0,8 tấn FO nặng

= 0,91 tấn LPG thƣơng mại

= 0,90 tấn than đá

Nhiệt năng của các đơn vị nhiên liệu tƣơng đƣơng:

BOE (Barrel Oil Equivalent) = 5,8 x 106 BTU

180

TOE (Ton Oil Equivalent) = 43 x 106 BTU

TCE (Ton Coal Equivalent) = 27,8 x 106 BTU

1000 feet khối khí thiên nhiên (1000 CFNG) = 1 x 106 BTU

Hệ số chuyển hóa theo tƣơng đƣơng năng lƣợng

BOE TEO TCE 1000 CFNG

1 0,14 0,2 5,8

7,41 1 1,6 43,0

4,71 0,64 1 27,3

0,17 0,02 0,04 1

Nhiệt năng của nhiên liệu (BTU/lb)

Dầu thô = 18.300 19.500

Xăng = 20.500

Dầu hỏa = 19.800

DO (Diesel Oil) = 19.200

FO (Fuel Oil) = 18.300

LNG = 22.300

LPG = 21.300

Than đá = 10.200 14.600

181

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Đinh Thị Ngọ – Hóa học dầu mỏ và khí. – Nhà xuất bản KHKT, Hà Nội

2001.

2. Nguyễn Thị Minh Hiền – Công nghệ chế biến khí - ĐHBK Hà Nội 2000.

3. Bộ môn công nghệ hữu cơ hóa dầu trƣờng ĐHBK Hà Nội – Các bàI thí

nghiệm về hóa dầu, Hà Nội 2000.

4. Oil and chemical processing – Public Affairs Department, Esso UK PLC,

Leatherhead, Surrey KT22 8UX, UK.

5. Lê văn Hiếu – Công nghệ chế biến dầu – Nhà xuất bản KHKT, Hà Nội,

2000.

6. Kiều Đình Kiểm – Các sản phẩm dầu mỏ – Nhà xuất bản KHKT, Hà Nội

1999.

7. Trần Mạnh Trí – Dầu khí và dầu khí ở Việt Nam - Nhà xuất bản KHKT,

TP. HCM, 1996.

8. Sukhanov V.P. - Petroleum Processing – English translation, Mir

Publishers, 1982.

9. Ластовкин Г.А., Радченко Е.Д., Рудина М.Г. – Справочник Нефте-

Переработчика, Ленинград «Химия», Ленинградское отделение,

1986.

10. Thí nghiệm chuyên đề dầu khí, Khoa Công nghệ Hoá học và Dầu khí

Trƣờng ĐHBK TP.HCM, năm 2002.

Quá trình lấy mẫu dầu mỡ bôi trơn

Documents