Giáo trình nhiên liệu, dầu, mỡ và chất tẩy rửa trường đh công nghiệp quảng ninh

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH
Chủ biên : ThS . Nguyễn Sĩ Sơn
Trần Đình Hưởng, Trần Thị Thanh, Nguyễn Văn Hậu ( Tham gia)

GIÁO TRÌNH

NHIÊN LIỆU, DẦU, MỠ VÀ CHẤT
TẨY RỬA
DÙNG CHO BẬC CAO ĐẲNG
( LƯU HÀNH NỘI BỘ)

Quảng Ninh, năm 2014


LỜI NÓI ĐẦU
Một trong những nhiệm vụ quan trong khi vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa ơ
tơ, máy móc và các thiết bị công nghiệp khác đều phải sử dụng và chọn đúng các loại
vật liệu. Ngày nay với những thành tựu khoa học kỹ thuật tiến bộ vượt bậc, ngành hóa
dầu đã chế biến được nhiều sản phẩm nhiên liệu dầu mỡ có tính ưu việt. Đối với
phương tiện ơ tơ máy kéo thì việc chọn và sử dụng đúng loại vật liệu có vai trị hết sức
quan trọng nhằm nâng cao độ tin cậy và tuổi thọ cho máy móc và thiết bị khi đó sẽ
phát huy hết cơng suất thiết kế đảm bảo tính kinh tế và hiệu quả khi làm việc. Giáo
trình “ Nhiên liệu, dầu, mỡ và chất tẩy rửa ” Được biên soạn bởi tập thể giảng viên
thuộc bộ ô tô và bộ môn máy thiết bị mỏ do Ths. Nguyễn Sĩ Sơn làm chủ biên, dùng
cho sinh viên Cơ khí ơ tơ làm tài liệu học tập, với mục đích trang bị cho sinh viên
những kiến thức cần thiết về nhiên liệu và vật liệu khai thác khác trên ô tô và Máy và
thiết bị mỏ, giúp sinh viên nắm được bản chất các tính chất vật lý, hóa học của vật
liệu, trên cơ sở đó giúp cho những kỹ sư trong tương lai biết cách chọn và sử dụng
từng loại vật liệu khai thác trong từng nhiệm vụ cụ thể của thiết bị. Ngoài ra tài liệu
cũng làm tài liệu tham khảo cho cán bộ kỹ thuật về xăng dầu và sinh viên ngành có khí

khác.Giáo trình được biên soạn gồm 4 chương:
Chương I: Dầu mỏ và nhiên liệu
Chương II: Xăng, diesel và nhiên liệu sinh học
Chương III: Dầu bôi trơn và dầu truyền động
Chương IV: Mỡ bơi trơn
Trong q trình biên soạn mặc dù đã cố gắng cập nhật thông tin mới nhất về
tính hình phát triển của vật liệu như xăng, dầu, mỡ và vật liệu mới, nhưng chắc chắn
chưa đầy đủ, đảm bảo tính khoa học gắn liền với sự phát triển thực tế của ngành nên
giáo trình cịn những thiếu sót, mong được sự bổ sung và góp ý kiến của bạn đọc để
tài liệu được hồn thiện hơn.
Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về Bộ mơn Ơ tơ, Khoa Cơ Khí- Động lực, Trường
Đại học Cơng Nghiệp Quảng Ninh.

Nhóm tác giả

Biên soạn : ThS. Nguyễn Sĩ Sơn

1


Chương 1 : DẦU MỎ VÀ NHIÊN LIỆU
1.1. Dầu mỏ
1.1.1. Nguồn gốc dầu mỏ
Dầu khí là tên viết tắt của dầu mỏ và khí tự nhiên là các hyđrocacbon có nguồn
gốc từ xác động, thực vật sau một quá trình phân huỷ và chuyển biến cùng với biến đổi
của địa chất tạo thành. Dầu mỏ tồn tại trong tự nhiên dưới dạng những vỉa dầu, thường
ở dạng lỏng, đôi khi ở dạng rắn ngay ở nhiệt độ thường. Trong các mỏ dầu do có áp
suất cao nên có một lượng khí bị hồ tan trong dầu mỏ. Khi khai thác, áp suất giảm,
khí này sẽ tách ra khỏi dầu mỏ và được gọi là khí đồng hành. Khí mà thu được trực
tiếp từ các mỏ chứa tồn khí gọi là khí tự nhiên.

Nguồn năng lượng thu được từ dầu khí chiếm hơn 80% nguồn năng lượng tồn
cầu. Dự tính nguồn năng lượng từ dầu khí chỉ cịn cung cấp cho chúng ta trong vịng
vài chục năm nữa. Vì vậy nguồn năng lượng dầu mỏ ngày càng trở nên vô cùng q
giá.

Hình 1-1. Cơng nghệ khai thác dầu mỏ
Dầu mỏ là một trong những nhiên liệu quan trọng nhất của xã hội hiện đại dùng
để sản xuất điện và cũng là nhiên liệu của tất cả các phương tiện giao thông vận tải.
Hơn nữa, dầu mỏ cũng được sử dụng trong cơng nghiệp hóa dầu để sản xuất các chất
dẻo (plastic) và nhiều sản phẩm khác. Vì thế dầu thường được ví như là "vàng đen".
Tùy theo nguồn tính tốn, trữ lượng dầu mỏ thế giới nằm trong khoảng từ 1.148
tỉ thùng (barrel) (theo BP Statistical Review 2004) đến 1.260 tỉ thùng (theo Oeldorado
2004 của ExonMobil). Trữ lượng dầu mỏ tìm thấy và có khả năng khai thác mang lại
hiệu quả kinh tế với kỹ thuật hiện tại đã tăng lên trong những năm gần đây và đạt mức
cao nhất vào năm 2003. Người ta dự đoán rằng trữ lượng dầu mỏ chỉ đủ dùng cho 50
năm nữa. Năm 2003 trữ lượng dầu mỏ nhiều nhất là ở Ả Rập Saudi (262,7 tỉ thùng),
Iran (130,7 tỉ thùng) và ở Iraq (115,0 tỉ thùng) kế đến là ở Các Tiểu Vương quốc Ả
Rập Thống nhất, Kuwait và Venezuela. Nước khai thác dầu nhiều nhất thế giới trong
Biên soạn : ThS. Nguyễn Sĩ Sơn

2


năm 2003 là Ả Rập Saudi (496,8 triệu tấn), Nga (420 triệu tấn), Mỹ (349,4 triệu tấn),
Mexico (187,8 triệu tấn) và Iran (181,7 triệu tấn). Việt Nam được xếp vào các nước
xuất khẩu dầu mỏ từ năm 1991 khi sản lượng xuất được vài ba triệu tấn. Đến nay, sản
lượng dầu khí khai thác và xuất khẩu hàng năm của Việt Nam đạt vào khoảng 20 triệu
tấn/năm.
Vì tầm quan trọng kinh tế, dầu mỏ cũng là lý do cho những mâu thuẫn chính
trị. Tổ chức các nước xuất khẩu dầu mỏ (OPEC) đã sử dụng dầu mỏ như vũ khí trong

cuộc xung đột Trung Đông và tạo ra cuộc khủng hoảng dầu mỏ vào năm 1973 và
1979.
1.1.2. Thành phần hóa học của dầu mỏ
1.1.2.1. Thành phần nguyên tố của dầu mỏ và khí tự nhiên
Những nhân tố chủ yếu tạo nên các hợp phần của dầu mỏ là cacbon (C) và
hyđrơ (H2). Hàm lượng cacbon chiếm (83,5÷87)% và H2 chiếm (11,5÷14)% khối
lượng dầu mỏ. Hàm lượng H2 trong dầu mỏ cao hơn hẳn so với các khống vật có
nguồn gốc động, thực vật phân huỷ khác, như trong than bùn chỉ là 5%, trong than
bùn thối là 8%. Chính hàm lượng H2 cao so với C giải thích nguyên nhân dầu mỏ tồn
tại ở trạng thái lỏng.
Cùng với C và H2, trong tất cả các loại dầu mỏ đều có lưu huỳnh (S), Ô xy (O2)
và Nito (N). Tổng hàm lượng S,O2,N rất hiếm khi vượt quá (2 ÷ 3)% khối lượng.
Trong số các nguyên tố này, N chiếm phần nhỏ, khoảng (0,001÷0,3)%. Hàm lượng O2
khoảng (0,1÷1)%, tuy nhiên có loại dầu nhiều nhựa O2 chiếm tới (2÷3)%. Hàm lượng
S chiếm phần chủ yếu. Ở loại dầu ít S hàm lượng S chiếm (0,1÷1)% khối lượng (dầu
mỏ Việt Nam có rất ít S, hàm lượng S nhỏ hơn (0,1)%. Loại dầu nhiều S có hàm
lượng S từ (1÷3)% kl và vượt hơn nửa như trong một số dầu mỏ Mêhicô hàm lượng S
lên tới (3,65 ÷ 5,3)%, dầu Uzơbekistan (3,2-6,3)%. Dầu mỏ ít S là dầu ngọt, có giá trị
kinh tế cao, ngược lại dầu mỏ nhiều S là dầu chua, giá trị thấp.
Tồn tại trong dầu mỏ với hàm lượng thấp cịn có một số ngun tố khác, chủ
yếu là các kim loại như Vanadi (V), Niken (Ni), Sắt (Fe), Magiê (Mg), Crôm(Cr),
Titan(Ti), Côban(Co), kali(K), Canxi(Ca), natri(Na) cũng như phốt pho(P) và silic
(Si). Hàm lượng những nguyên tố này rất nhỏ, tuy vậy sự tồn tại của một số ngun tố
cũng gây khó khăn cho các dây chuyền cơng nghệ chế biến dầu, do các hợp chất
vanadi (V) và niken (Ni) đầu độc đa số chủng loại xúc tác hoá dầu. Các nguyên tố kim
loại này thường tồn tại dưới dạng các hợp chất cơ kim, cấu tạo phức tạp có trong phần
cặn dầu.
1.1.2.2. Thành phần hố học của dầu mỏ và khí tự nhiên
Thành phần chủ yếu tạo nên dầu khí là hiđrơcacbon. Hiđrơcacbon là những hợp
chất hữu cơ cấu tạo bởi hai nguyên tố hoá học là H2 và C. Những phân tử các chất

hydrocacbon này khác nhau bởi số lượng nguyên tử C và cách sắp xếp các ngun tử
C, từ đó hình thành nên những nhóm hydrocacbon với cấu trúc hố học khác nhau và
có tính chất dị biệt.
+ Nhóm hyđrocacbon parafin (hydrocacbon no hay ankan (- CnH2n+2).
Trong đó n là số C trong mạch phân tử. ở phân tử hydrocacbon parafin, các
nguyên tử C liên kết với nhau tạo nên mạch cacbon hở, bằng liên kết đơn bền vững,
nên có tên là hydrocacbon no. ở nhiệt độ và áp suất thường hydrocacbon parafin có thể
ở các trạng thái khác nhau.
- Thể khí (khi n=1,2,3,4) như khí mêtan (CH4), êtan (C2H6), Prơpan(C3H8),
butan(C4H10).
Biên soạn : ThS. Nguyễn Sĩ Sơn

3


- Thể lỏng (khi n=5-17) như hexan(C6Hi4), heptan(C7Hi6), octan (C8H18),
nonan(C9H20), đêcan (C10H22), xetan(C16H34).
- Thể rắn (khi n=18 trở lên) như octadecan(C18H38), nonadecan(C19H40).
Cả ba trạng thái của nhóm hydrocacbon parafin đều có trong dầu mỏ. Khi nằm
trong vỉa dầu các hydrocacbon khí ở thể hồ tan trong dầu thơ. Khi ra khỏi vỉa trong
qúa trình khai thác, do áp suất giảm chúng chuyển thành thể khí, đó là khí đồng hành
có thành phần là khí mêtan, êtan, propan, butan và một phần chất pentan(C5H12).
Trong các mỏ khí tự nhiên thành phần khí cũng bao gồm các hydrocacbon từ C1 tới
C5, nhưng nhiều thành phần nhẹ là mêtan hơn.
Các hydrocacbon parafin rắn cũng hồ tan trong các hydrocacbon thể lỏng. Như
vậy có thể hiểu dầu mỏ là một thể hỗn hợp các hydrocacbon, trong đó các
hydrocacbon khí và rắn hồ tan trong các hydrocacbon lỏng. Hydrocacbon parafin có
hai dạng cấu tạo hố học.
- Các nguyên tử C liên kết thành mạch thẳng gọi là dạng normal (n-parafin hay
n-alkan) như n-octan (n-C8H18).

- Các nguyên tử cacbon liên kết thành mạch nhánh gọi là dạng iso (iso-parafin
hay iso-alkan) như iso-octan (2.2.4-trimetylpentan).
Các hydrocacbon parafin có tính ổn định hố học, ít có khả năng tham giá các
phản ứng.
+ Nhóm hyđrocacbon naphten (hyđrocacbon vịng no - C„H2n):
Trong đó n là số C trong mạch phân tử. Ở phân tử hydrocacbon naphten, các
nguyên tử C liên kết với nhau tạo nên một vịng C kín bằng liên kết đơn bền vững, nên
có tên là hydrocacbon vịng no. Loại hydrocacbon naphten chủ yếu là vòng 5 C và
vòng 6C có tên là cyclo-pentan và cyclo-hexan.

Cyclo-pentan

Cyclo-hexan

Ngồi ra cịn tồn tại rất nhiều dẫn xuất kết hợp một gốc alkyl (ký hiệu R) với
một vòng no gọi là alkyl cyclopentan và alkyl cyclohexan.

Ankyl cyclo –pentan
Biên soạn : ThS. Nguyễn Sĩ Sơn

An ky cyclo - Hexan
4


Các hydrocacbon naphten có tính ổn định hố học tốt. Loại hydrocacbon
naphten có mạch nhánh alkyl dài thì có độ nhớt cao.
+ Nhóm hyđrocacbon Aromat (hyđrocacbon thơm CnH2n-6):
Trong đó n chính là số C trong mạch phân tử. Ở nhóm hydrocacbon aromat, có
một chất cơ bản là benzen với cơng thức nguyên là C6H6. Trong phân tử benzen 6
nguyên tử C liên kết với nhau thành một vịng kín có 3 liên kết đơn và 3 liên kết đôi.

Sắp xếp liên hợp với nhau. Trên cơ sở vịng benzen hình thành các hydrocacbon thơm
khác nhau chủ yếu bằng cách thế các nguyên tử H2 bằng các gốc alkyl với độ dài và
cấu trúc mạch khác nhau.

(C6H6, benzen)
(C6H5 - CH3, metyl benzene
Các phân tử hydrocacbon thơm ngưng tụ cấu tạo bởi nhiều vịng benzen có mặt
trong dầu mỏ với hàm lượng một vài %. Các hydrocacbon thơm có khả năng tham gia
phản ứng hố học mạnh, do đó dễ bị ơxy hố và biến chất.Ngồi ra trong dầu mỏ cịn
tồn tại các hydrocacbon lai tạp. Trong thành phần của chúng có cả vịng no, vịng thơm
và nhóm alkyl.
+ Nhóm hyđrocacbon Olefin (hyđrocacbon khơng no CnH2n):
Trong đó n là số C trong mạch phân tử. Ở phân tử hydrocacbon olefin, các nguyên
tử C liên kết với nhau tạo nên một mạch C hở bằng liên kết đơn và liên kết đôi kém
bền vững. Do đó các olefin có hoạt tính cao, kém ổn định, kém bền. Các olefin cũng
có các cấu trúc thẳng (normal) và nhánh (iso). Các hydrocacbon olefin khơng có mặt
trong dầu thơ và khí thiên nhiên, nhưng lại tồn tại với hàm lượng đáng kể trong các sản
phẩm chế biến từ dầu mỏ, nhất là các loại khí, các loại xăng và nhiên liệu khác thu
được từ một số dây chuyền công nghệ chế biến sâu của nhà máy lọc dầu.
CH3
CH2 - CH2

CH3 - CH = CH2

CH3-C-CH = C-CH3
|

(etylen, CH4)

(C3H6, Propylen)

|

CH3
CH3
(C8H16, izo octen)

+ Những thành phần khác:
Trong khí dầu mỏ ngồi các hợp phần hydrocacbon cịn có các khí khác như khí
cacbonic (CO2), Nitơ (N2), khí sunfua hiđrơ (H2S) và các khi trơ argon (Ar), hêli
(He)...
Biên soạn : ThS. Nguyễn Sĩ Sơn

5


Trong dầu có những thành phần phức tạp như các chất nhựa asphalten là các
hợp chất thơm ngưng tụ, có khối lượng phân tử lên tới 1000 đến 2500 hoặc cao hơn
nữa. Nhựa asphanten có tính ổn định hố học kém, dễ bị ơxy hố, dễ làm sản phẩm
dầu mỏ biến chất, đổi màu, dễ tạo cốc và làm ngộ độc các quá trình chế biến xúc tác
trong quá trình chế biến dầu.
Ngồi nhựa asphanten trong dầu thơ cịn có các hợp chất chứa S,N và các kim
loại nặng. Đây đều là những tạp chất làm giảm chất lượng dầu, gây độc hại cho các
quá trình chế biến dùng làm xúc tác, đồng thời gây ăn mòn kim loại và ô nhiễm môi
trường.
1.1.3. Công nghệ chế biến dầu mỏ
1.1.3.1. Chưng cất dầu mỏ
Ngành cơng nghiệp chế biến dầu khí phát triển rất nhanh, nhất là sau chiến
tranh chế biến lần thứ 2 cho đến nay. Theo đánh giá chung thì trong tương lai, dầu khí
vẫn chiếm vị trí rất quan trọng trong lĩnh vực năng lượng và nguyên liệu hoá học.

Dầu mỏ sau khi khai thác qua khâu xử lý tách nước, tách muối được đưa vào
nhà máy lọc dầu để chế biến thành các sản phẩm đa dạng và phong phú. Những cơng
đoạn chủ yếu của q trình lọc dầu là: chưng cất, chuyển hoá xúc tác, chuyển hoá
nhiệt, tách lọc, đối với những nguồn nguyên liệu thích hợp nhằm thu được các loại sản
phẩm cần thiết. Chưng cất dầu mỏ là chế biến trực tiếp dầu mỏ trong các tháp chưng
cất với các điều kiện áp suất và nhiệt độ khác nhau để tách dầu mỏ thành các
phân đoạn riêng biệt có phạm vi độ sơi thích hợp. Trong q trình chưng cất
khơng xảy ra sự biến đổi hố học thành phần dầu mỏ.
a. Chưng cất khí quyển
Dầu mỏ được đưa vào trong lị ống, tại đó dầu được nấu nóng lên (330÷350)0C,
dầu chuyển thành hơi di chuyển lên tháp tinh cất. Tháp có cấu tạo đĩa hoặc vật liệu
nhồi để tăng cường quá trình trao đổi nhiệt và chất giữa hai luồng vật chất ở thể lỏng
và thể hơi vận chuyển ngược chiều nhau, nhờ đó có thể phân chia hỗn hợp hơi dầu mỏ
thành các phân đoạn có phạm vi độ sơi khác nhau. Tuy nhiên cũng cần lưu ý rằng
pham vi độ sôi các phân đoạn chỉ là tương đối có thể thay đổi và phụ thuộc vào yêu
càu chất lượng sản phẩm, vào đặc tính dầu thơ chưng cất và những tính tốn cụ thể của
nhà sản xuất nhằm thu được hiệu quả kinh tế cao nhất. Những phân đoạn chủ yếu của
chưng cất khí quyển là:
- Xăng thơ (naphta) từ (40 ÷ 200)0C.
- Dầu hoả (kerosine) từ (140 ÷ 300)0C.
- Phân đoạn diesel (gas oil) từ (230 ÷50)0C.
- Cặn chưng cất (residue) lớn hơn 3500C.
Phân đoạn naphtan còn gọi là xăng chưng cất, có thể dùng pha chế với các loại
xăng khác dùng làm xăng thương phẩm. Ngồi ra có thể chưng cất xăng thơ thành các
phân đoạn có độ sơi hẹp hơn là naphta nhẹ, naphta trung bình, naphta nặng dùng làm
nguyên liệu cho các quá trình chế biến sấu.
Phân đoạn kerosine (KO) có thể tinh chế dùng làm nhiên liệu phản lực. Ngồi ra
cũng có thể dùng kerosin làm khí đốt hay làm nguyên liệu cho các quá trình chế biến
sâu khác.
Phân đoạn gas oil có thể dùng làm nhiên liệu cho động cơ điêzen (DO), đồng

thời có thể dùng làm nguyên liệu cho quá trình chế biến sâu.
Phân đoạn cặn chưng cất khí quyển cịn gọi là cặn mazut (residue) có thể dùng làm
nhiên liệu đốt lị (FO) hoặc chuyển vào tháp chưng cất khí quyển - chân khơng để tách
Biên soạn : ThS. Nguyễn Sĩ Sơn

6


thành các phân đoạn nặng có phạm vi độ sơi khác nhau.
b. Chưng cất khí quyển - chân khơng
Cặn chưng cất khí quyển được đưa vào tháp chưng cất kkhí quyển - chân
không. Tại đây mazut được phân chia thành 3 phân đoạn và phần cặn:
- Phân đoạn nhẹ (light fraction)
- Phân đoạn trung bình (midle fraction)
- Phân đoạn nặng (heavy fraction)
- Phân đoạn cặn (vacuum residue hay gudron) có độ sôi lớn hơn 5000C.
Ba phân đoạn này sử dụng làm nguyên liệu chế biến ba loại dầu nhờn gốc. Phân
đoạn chưng cất chân khơng có thể dùng làm ngun liệu tách lọc dầu nhờn cặn (bright
stock) hay nguyên liệu sản xuất bitum, hoặc làm nguyên liệu cho công nghệ chế biến
sâu. Sơ đồ tinh chất khí quyển và chân khơng được trình bày như sau.

Hình 1-2. Sơ đồ chưng cất dầu mỏ
1- Lò ống; 2 và 5-Tháp tinh cất; 3-Bộ phận làm lạnh;
4-Bộ phận tách lỏng ; 6-Bộ phận trao đổi nhiệt;
7-Bơm; 8- Cột hóa hơi
1.1.3.2. Chế biến dầu mỏ
Quá trình chưng cất dầu mỏ trình bày ở trên chủ yếu dựa vào tính chất vật lý là
bay hơi và ngưng tụ. Trong q trình chưng cất khơng xảy ra các thành phần
hydrocacbon có trong dầu, do đó hiệu suất và chất lượng các sản phẩm chưng cất
không đáp ứng được yêu cầu sử dụng. Để nâng cao chất lượng cũng như hiệu suất

các loại sản phẩm có giá trị kinh tế, cần có những q trình chế biến sâu. Công nghệ
chế biến sâu (chế biến thứ cấp) dầu mỏ bao gồm một số dây chuyền công nghệ chủ
yếu là các q trình chế biến hố nhiệt và các quá trình chế biến nhiệt xúc tác.
a. Các quá trình chế biến hóa nhiệt
* Cracking nhiệt
Biên soạn : ThS. Nguyễn Sĩ Sơn

7


Dây chuyền cracking nhiệt nhằm phân huỷ các phần cặn của quy trình chưng cất
dầu, dưới tác dụng của nhiệt độ cao thích hợp để thu được những sản phẩm sáng màu.
Dây chuyền visbreaking nhằm phân huỷ các thành phần của nhiên liệu đốt lò bằng
nhiệt độ cao để giảm độ nhớt tới mức phù hợp.
Nguyên liệu của các phân đoạn này là phần cặn chưng cất: mazut và gudron
cũng như các phần cặn của quá trình chế biến sâu khác.
Sản phẩm bao gồm:
- Hỗn hợp khí bao gồm các hydrocacbon no và không no, được sử dụng làm
nguyên liệu hoặc nhiên liệu cho hố dầu.
- Xăng cracking nhiệt có chứa tới 25% hydrocacbon khơng no, do đó tính ổn
định hố học kém.
- Phân đoạn kerosin - gas oil có thể dùng làm nhiên liệu điêzen sau khi làm sạch
bằng hyđrơ, hoặc dùng làm nhiên liệu đốt lị.
- Cặn cracking dùng làm nhiên liệu đốt lị có nhiệt độ cháy cao hơn, nhiệt độ
đông đặc và độ nhớt thấp hơn so với mazut chưng cất trực tiếp.
* Cốc hoá
Dây chuyền cốc hoá nhằm chế hoá nhiệt các phần dầu nặng, cặn dầu để thu
được các loại than cốc và các sản phẩm dầu sáng màu. Nguyên liệu cho quá trình cốc
hoá là gudron, các loại gas oil nặng, các loại cặn dầu, các loại nhựa - asphanten của
các quy trình chế biến khác.

Sản phẩm thu được gồm:
- Các loại than cốc có nguồn gốc dầu mỏ dùng làm điện cực cho cơng nghệ điện
luyện kim.
- Hỗn hợp khí tương tự khí cracking nhiệt có hàm lượng hydrocacbon khơng no
ít hơn.
- Xăng cốc hố có hàm lượng hydrocacbon khơng no tới 60%, rất kém ổn định
cần qua công đoạn làm sạch bằng hydrocacbon để giảm lượng hydrocacbon khơng no
đó, dùng để pha chế loại xăng thường.
- Phân đoạn kerosin - gas oil dùng làm thành phần nhiên liệu điêzen, tuốc bin
khí, đốt lò hoặc dùng làm nguyên liệu cracking xúc tác.
* Nhiệt phân (steam cracking)
Dây chuyền steam cracking là chế hoá nhiệt trong môi trường hơi nước và
nguyên liệu dầu lỏng (phân đoạn naphta hay condensat) hoặc nguyên liệu khí như khí
etan, propan, butan hoặc hốn hợp.
Sản phảm thu được chủ yếu là hỗn hợp khí có nhiều etylen, propylen làm
ngun liệu cho hoá dầu. Sản phẩm lỏng là xăng nhiệt phân có tính ổn định hố học
kém và những sản phẩm có tính năng sử dụng khác.
Nhìn chung các sản phẩm thu được từ các quy trình chế hố nhiệt cho ra các sản
phẩm lỏng sáng màu có chất lượng không cao, ngày nay được sử dụng trong phạm vi
hẹp và được thay dần bằng công nghệ nhiệt - xúc tác. Tuy nhiên một số dây chuyền
vẫn có ý nghĩa quan trọng như steam cracking để thu olefin nhẹ làm ngun liệu cho
tổng hợp hố dầu.
b. Các q trình chế biến hố nhiệt - xúc tác
Các quy trình chế hố dưới tác dụng của nhiệt đơn thuần cho ra các sản phẩm
kém giá trị, do đó người ta sáng tạo ra các công nghệ kết hợp nhiệt với xúc tác để
nâng cao chất lượng các sản phẩm thu được. Các chất xúc tác được sử dụng có tính
Biên soạn : ThS. Nguyễn Sĩ Sơn

8

chọn lọc cao, thúc đẩy các phản ứng dây chuyền hoá đi theo hướng tạo thành các sản
phẩm mong muốn.
* Cracking nhiệt xúc tác
Dây chuyền cracking xúc tác nhằm thu được các sản phẩm dầu sáng màu như
xăng và nhiên liệu diezen nhờ phản ứng phân huỷ các phân đoạn nặng của tác dụng
của xúc tác là alumino silicat dạng vơ định hình hoặc tinh thể zeolit. Ngun liệu sử
dụng là cặn mazut và các phân đoạn gas oil của chưng cất trực tiếp và chế biến sâu.
Sản phẩm thu được gồm:
- Hỗn hợp khí có chứa tới 80 - 90% hydrocacbon no và không no C3 và C4,
được tách lọc thành thành riêng từng phân đoạn thích hợp làm ngun liệu hố dầu.
- Xăng cracking xúc tác có phạm vi độ sôi từ độ sôi đầu tới 1950C, dùng làm
hợp phần cho xăng thương phẩm. Thành phần các nhóm hydrocacbon của xăng
cracking xúc tác: hydrocacbon thơm (20 ÷ 30)%, hydrocacbon khơng no (8 ÷ 15)%,
hydrocacbon naphten(7 ÷ 15)% và hydrocacbon parafin (45 ÷ 50)%. Xăng cracking
xúc tác có chất lượng cao hơn hẳn xăng cracking nhiệt.
- Phân đoạn gas oil nhẹ (150 ÷ 2800C) dùng làm nhiên liệu hợp phần diesel
hoặc tuốc bin khí.
- Phân đoạn (280 ÷ 420)0C dùng làm nguyên liệu sản xuất cacbon kỹ thuật.
- Phân đoạn gas oil nặng sôi trên 4200C dùng làm nhiên liệu đốt lò.
* Reforming xúc tác (platforming)
Dây chuyền reforming xúc tác nhằm thu được xăng có chất lượng cao, hỗn hợp
hydrocacbon thơm và hydro kỹ thuật nhờ quá trình chuyển hoá xúc tác các phân đoạn
naphta của chưng cất hoặc chế biến sâu. Xúc tác sử dụng có thể là hệ đơn kim loại, nhị
kim loại hoặc đa kim loại, chủ yếu là bạch kim (Pt) nên có tên là platforming, với chất
kích hoạt xúc tác dạng axit là flo hoặc clo. Nguyên liệu dùng cho reforming xúc tác
tuỳ thuộc vào nhu cầu sản phẩm nên rất khác nhau:
- Để sản xuất xăng dùng phân đoạn naphta rộng (60,90÷ 180)0C.
- Để sản xuất các hydrocacbon thơm bezen, toluen và xylen dùng các phân đoạn
naphta hẹp có phạm vi độ sơi tương ứng là (62 ÷ 85)0C, (85 ÷ 105)0C, (105 ÷140)0C.

- Yêu cầu trong nguyên liệu hàm lượng S không q (0,0001 - 0,0005)% thể
tích và hàm lượn N khơng quá 0,0001%.
- Sản phẩm thu được bao gồm:
+ Hỗn hợp khí chứa trong nhiên liệu metan, etan, propan và butan, dùng làm
nhiên liệu hoặc được tách lọc thành những hợp phần thích hợp dùng cho tổng hợp hố
dầu.
+ Reformat là hỗn hợp lỏng có thành phần hydrocacbon thơm (40 ÷ 65)%,
hydrocacbon parafin và naphten (34 ÷ 60)%, cịn nhóm hydrocacbon khơng no rất ít
(0,5 ÷ 1,1)%. Sản phẩm này có thể dùng làm hợp phần pha chế xăng thương phẩm, gọi
là xăng reforming và có tính ổn định hố học tốt. Cũng do hàm lượng hydrocacbon
thơm rất cao nên dùng làm nguyên liệu tách lọc các loại hydrocacbon thơm: bezen,
toluen và xylen làm ngun liệu cho hố dầu.
+ Khí hydro kỹ thuật có chứa tới (75 ÷ 85)% thể tíc khí hydro nguyên chất,
được dùng làm nguồn cung cấp hydro cho các quy trình cơng nghệ khác như làm sạch
bằng hydro, hydrocracking, đồng phân hố.
* Hyđrocracking
Quy trình hydrocracking nhằm phân huỷ các nguyên liệu nặng thành các sản
phẩm dầu sáng màu, dưới tác dụng của xúc tác trong môi trường khí hydro. Dưới ảnh
Biên soạn : ThS. Nguyễn Sĩ Sơn

9


hưởng của hydro các hợp chất chứa S, N, O2 có trong ngun liệu được hồn tồn loại
bỏ, các hợp chất khơng no được no hố. Do đó sản phẩm hydrocracking hầu như chỉ là
các sản phẩm sáng màu có độ sạch và bổn định hố cao, khơng có phần cặn dầu.
Nguyên liệu cho quy trình hydrocracking khá phong phú, có thể sử dụng từ phần nhẹ
naphta đến các phân đoạn nặng trong chưng cất chân không, phân đoạn gas oil của
quy trình chế biến sâu, các loại cặn dầu mazut, gudron.
Sản phẩm thu được bao gồm:

- Hỗn hợp khí chủ yếu là khí hydrocacbon no như propan và butan, dùng làm
nguyên liệu cho tổng hợp hoá dầu sau khi xử lý tách lọc.
- Naphta hydrocracking có tính ổn định chống oxy hoá tốt, dùng pha chế xăng
máy bay. Người ta thường chưng cất naphta này thành hai phân đoạn: xăng nhẹ (sôi
đầu tới 850C) dùng pha chế xăng thương phẩm; phần nặng (85 ÷180)0C có thể dùng
làm ngun liệu cho quy trình reforming.
- Kerosin có tính ổn định tốt dùng làm hợp phần cho nhiên liệu phản lực.
- Gas oil dùng làm hợp phần cho nhiên liệu diezen.
* Đồng phân hố
Quy trình đồng phân hố nhằm thu nhiều loại sản phẩm, trong đó có loại xăng
đồng phân có chất lượng cao. Để sản xuất xăng có chất lượng cao, người ta dùng
nguyên liệu là xăng chưng cất nhẹ (từ độ sơi (62 ÷ 70)0C) có nhiều hợp chất
hydrocacbon mạch thẳng. Nhờ tác dụng chuyển hố xúc tác sẽ hình thành nhiều
hydrocacbon mạch nhánh nên tăng thêm chất lượng cho quá trình cháy. Xúc tác sử
dụng trong quá trình cháy là alumino silicat tổng hợp ở dạng zeloit.
1.1.3.3. Chế biến khí
Cơng nghệ chế biến khí dầu mỏ (khí thiên nhiên, khí đồng hành, khí thu được
khi chưng cất dầu và các quá trình chế biến khác) phát triển rất nhanh do có nhiều
thuận lợi, đỡ phức tạp về kỹ thuật lại rẻ tiền hơn so với chế biến các phần dầu nặng
nhiều tạp chất. Ngành công nghiệp này rất đa dạng và phong phú. Sau đây chỉ xem xét
một số dây chuyền cơng nghệ có liên quan tới việc chế biến dầu mỏ thành nhiên liệu,
chủ yếu là các loại xăng.
a. Làm sạch khí
Các hỗn hợp khí hydrocacbon trước khi đi vào chế biến phải được làm sạch rất
cẩn thận nhằm loại bỏcác chất độ cnhư hydro sunfua (H2S), hợp chất mercaptan nhẹ
(RHS). Khí cacbonic (CO2). Quy trình làm sạch có nhiều kỹ thuật khác nhau:
* Làm sạch bằng hố chất
Làm sạch bằng hóa chất nghĩa là thực hiện một phản ứng hoá học giữa chất cần
loại bỏ ở thể khí và một hố chất thích hợp ở thể lỏng hoặc thể rắn.
* Làm sạch bằng phương pháp hấp phụ

Các chất khí cần loại bỏ bằng chất hấp phụ thể rắn như than hoạt tính, zeoit...
sau q trình làm sạch tuỳ thuộc kỹ thuật làm sạch có thể loại bỏ (85 ÷ 99)% các tạp
chất khí lẫn vào hỗn hợp khí hydrocacbon.
b. Làm khơ khí
Ngồi việc loại bỏ các khí tạp chất như trên, yêu cầu hỗn hợp khí phải thật khơ.
Kỹ thuật làm khơ khí phân thành các nhóm.
- Hấp phụ nước bằng các chất hút ẩm thể rắn như silicagen, nhơm oxit hoạt tính,
zeolit NaA.
- Hấp phụ nước bằng hút ẩm thể lỏng như dietylenglycol, trietylenglycol.
Biên soạn : ThS. Nguyễn Sĩ Sơn

10


- Ngưng tụ hơi nước hoặc đóng băng tạo tinh thể nước đá bằng kỹ thuật nén
hoặc làm lạnh.
c. Chưng cất khí
Quy trình chưng cất khí nhằm thu được các khí hydrocacbon nguyên chất riêng
biệt hoặc các phân đoạn khí có độ sạch cao. Nguyên liệu đưa vào các thiết bị chưng
cất khí chia thành hai nhóm:
- Nhóm hydrocacbon no bao gồm khí thiên nhiên, khí đồng hành, khí chưng cất
dầu thơ ở áp suất khí quyển, khí reforming xúc tác và khí Hyđrơcracking.
- Nhóm hydrocacbon khơng no bao gồm khí cracking nhiệt, cracking xúc tác,
khí lị cốc hố, khi steam cracking. Sản phẩm thu được từ các thiết bị chưng cất khí
này rất đa dạng và là nguồn nguyên liệu khơng thể thiếu được cho các quy trình sản
xuất xăng tổng hợp và chế biến hoá dầu.
Sản phẩm từ thiết bị chưng cất hydrocacbon no: Khí etan dùng làm nguyên liệu
steam cracking thu các olefin nhẹ như etylen, propylen cho tổng hợp hố dầu. Khí
propan dùng làm ngun liệu steam cracking, làm LPG, tác nhân làm lạnh. Khí butan
dùng làm LPG, nguyên liệu sản xuất cao su tổng hợp. Tại các nước có khí hậu lạnh có

pha một phần butan vào xăng nhằm tăng áp suất hơi. Khí isobutan dùng làm nguyên
liệu sản xuất xăng alkylat và cao su tổng hợp. Khí isopentan dùng làm nguyên liệu chế
biến cao su isopren, đồng thời có thể pha vào xăng nhằm tăng khả năng cháy trong
động cơ.
Sản phẩm từ thiết bị chưng cất hydrocacbon khơng no: Khí etylen có độ sạch
cao làm nguyên liệu cho chế biến hoá dầu. Phân đoạn propan - Propylen là hỗn hợp
khí propan và propylen (PPF) dùng làm nguyên liệu chế biến xăng polyme, xăng
alkylat và các chế phẩm hoá dầu khác. Phân đoạn butan - butylen là hỗn hợp khí butan
và butylen (BBF) dùng làm nguyên liệu sản xuất xăng polyme xăng alkylat và các chế
phẩm hố dầu khác.
d. Chế biến khí thành các loại xăng
Để thu các loại xăng có chất lượng cao, ngồi quy trình reforming xúc tác, ta
cịn có thể sử dụng các cơng nghệ chế biến khác như alkyl hố, đồng phân hố,
polyme hố.
- Alkyl hố là quy trình thực hiện phản ứng tổng hợp giữa isobutan với các
phân đoạn PPF hoặc BBF dưới tác dụng của xúc tác nhằm thu được xăng alkylat có
chất lượng cao. Chất xúc tác sử dụng trong cơng nghệ này là axit sunfuric (H2SO4)
(96÷98)%, với kỹ thuật tiến bộ hơn dùng xúc tác là axit flohydric (HF). Sản phẩm thu
được gồm:
+ Alkylat nhẹ dùng làm hợp phần pha chế xăng có chất lượng cao.
+ Alkylat nặng, sơi (170 ÷ 3 00)0C dùng làm nhiên liệu diezen.
+ Hỗn hợp khí chủ yếu là khí hydrocacbon no dùng làm nhiên liệu.
e. Polyme hố
Là quy trình thực hiện phản ứng tổng hợp giữa PPF và BBF dưới tác dụng của
xúc tác nhằm thu được xăng polyme hoặc nguyên liệu dùng trong chế biến hoá dầu.
Xúc tác sử dụng là axit ortho phosphoric (H3PO4) trên chất mang hoặc axit sunfuric(
60 – 70)%. Khi tiến hành polyme hoá theo hướng thu nhiên liệu, có các sản phẩm:
- Xăng polyme tuy có khả năng cháy tốt, nhưng chứa nhiều hợp chất khơng no
nên tính ổn định thấp.
- Phân đoạn sơi trên 2050C làm nhiên liệu diezen.

- Phân đoạn propan - propylen (PPF) hình thành trong quá trình chế biến, lại
Biên soạn : ThS. Nguyễn Sĩ Sơn

11


được hồi lưu dùng tiếp làm nguyên liệu.
1.2. Nhiên liệu
1.2.1. Giới thiệu chung về nhiên liệu
1.2.1.1. Giới thiệu chung
- Nhiên liệu là vật chất được sử dụng để giải phóng năng lượng khi cấu trúc vật
lý hoặc hóa học bị thay đổi. Nhiên liệu giải phóng năng lượng thơng qua q trình hóa
học như cháy hoặc q trình vật lý, ví dụ phản ứng nhiệt hạch, phản ứng phân hạch.
Tính năng quan trọng của nhiên liệu đó là năng lượng có thể được giải phóng khi cần
thiết và sự giải phóng năng lượng được kiểm sốt để phục vụ mục đích của con người.
- Mọi dạng sự sống trên Trái đất - từ những cấu trúc vi sinh vật cho đến động
vật và con người, đều phụ thuộc và sử dụng nhiên liệu là nguồn cung cấp năng lượng.
Các tế bào trong cơ thể sống tham gia quá trình biến đổi hóa học mà qua đó năng
lượng trong thức ăn hoặc ánh sáng Mặt trời được chuyển hóa thành những dạng năng
lượng có thể duy trì sự sống. Con người sử dụng nhiều cách thức nhằm biến đổi năng
lượng ở nhiều hình thức thành những dạng phù hợp mới mục đích sử dụng phục vụ
cuộc sống và các q trình xã hội. Ứng dụng giải phóng năng lượng từ nhiên liệu rất
đa dạng trong cuộc sống như đốt cháy khí tự nhiên để đun nấu, kích nổ xăng dầu để
chạy động cơ, biến năng lượng hạt nhân thành điện năng.v v v…
- Các dạng nhiên liệu phổ biến được dùng là dầu, xăng, khí, than đá và các chất
phóng xạ khác.
1.2.1.2. Phân loại
- Theo trạng thái
+ Nhiên liệu lỏng gồm: Xăng, dầu..
+ Nhiên liệu thể khí: Khí thiên nhiên, khí công nghiệp

+ Nhiên liệu thể rắn: Than đá (được dùng sau khi đã hóa khí)
- Theo nguồn gốc
+ Nhiên liệu có nguồn gốc từ dầu khí: Xăng, diesel và khí thiên nhiên
+ Nhiên liệu có nguồn gốc cơng nghiệp: Khí Hidro, khí lị gas
1.2.2. Tính chất lý hóa của nhiên liệu lỏng
1.2.2.1. Trọng lượng riêng, tỉ trọng, khối lượng riêng
- Trọng lượng riêng: Là trọng lượng của nhiên liệu trên một đơn vị thể tích. Đơn
vi đo của trọng lượng riêng là G/cm3 hoặc kG/lit
- Tỷ trọng: Là tỷ số giữa trọng lượng riêng của nhiên liệu ở 200C với trọng
lượng riêng của nước ở 40C. Ký hiệu của tỷ trọng là d20/4. Căn cứ vào tỷ số trên
người ta chia nhiên liệu ra 2 loại:
+ Nhiên liệu nhẹ có d20/4 = 0,65 ÷ 0,8
+ Nhiên liệu nặng co d20/4 = 0,8÷ 0,95
- Khối lượng riêng: Là khối lượng của nhiên liệu trên một đơn vị thể tích, đơn vị
tính là g/cm3 hoặc kg/dm3. Để xác định tỷ trọng của nhiên liệu người ta dùng tỷ trọng
kế.
1.2.2.2. Độ nhớt
- Độ nhớt là tính năng quyết định khả năng lưu động và chất lượng hóa sương
của nhiên liệu, do đó cũng quyết định tính chất cháy của động cơ. Người ta thường
dùng các loại độ nhớt sau:
+ Độ nhớt động lực ( độ nhớt tuyệt đối) : Là chỉ lực cắt khi hai lớp chất lỏng có
diện tích 1cm2 cách nhau 1cm chuyển động ngược chiều với vận tốc 1cm/s. Độ nhớt
Biên soạn : ThS. Nguyễn Sĩ Sơn

12


động lực chính là nội ma sát của chất lỏng, biểu thị sức cản của lớp chất lỏng chuyển
động tương đối với nhau.
Đơn vị đo độ nhớt là Poazơ.

1 Poazơ =100 xawngti Poazơ
+ Độ nhớt động lực học (p): Là tỷ số giữa độ nhớt động lực với khối lượng
riêng của chất lỏng trong điều kiện như nhau.
P = ɳ/d
ɳ: Độ nhớt động lực (poa zơ)
d: Khối lượng riêng của chất lỏng (g/cm3)
p: Độ nhớt động lực học ( Stốc, xăng ti stốc)
1 Stốc = 100 xangti stốc
+ Độ nhớt tương đối: Là tỷ số giữa thời gian (tính theo giây) của 200cm3 nhiên
liệu chảy qua nhớt kế với thời gian chảy của cùng một thể tích nước cũng chảy qua
nhớt kế đó ở 200C.
1.2.2.3. Thành phần chưng cất
- Thành phần chưng cất là tỷ lệ phần trăm các chất chưng cất có nhiệt độ sơi
khác nhau. Thành phần chưng cất là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất đánh giá
phẩm chất của nhiên liệu (tính năng khởi động, tính tăng tốc, tính cháy, cơng suất.
- Thiết bị để xác định thành phần chưng cất là một tháp nhiên liệu. Trong q
trình đun nóng, nhiệt độ của nhiên liệu tăng dần. Các thành phần nhẹ của nhiên liệu
bay hơi trước và sau đó tiếp tục những thành phần nặng hơn. Hơi nhiên liệu được đưa
qua bình chứa qua ống dẫn đến bộ làm lạnh, ngưng tụ lại và được hứng vào cốc đo.
Người ghi lại nhiệt độ khi ngưng đọng từng 10% nhiên liệu để vẽ các đường cong
chưng cất. Các nhiệt độ liên quan đến quan đến tính chất khai thác nhiên liệu là các
nhiệt độ khi chưng cất được :10%, 50%, 90% và 100%(còn gọi là nhiệt độ sôi cuối
cùng của nhiên liệu). Loại nhiên liệu tốt thường có phạm vi nhiệt đơ chưng cất hẹp.
+ Đối với xăng, phạm vi nhiệt độ chưng cất (40 ÷ 200)%
+ Đối với nhiên liệu diesel, phạm vi nhiệt độ chưng cất (200 ÷ 300)%
1.2.2.4. Nhiệt độ bốc cháy
- Là nhiệt độ khi đun nóng nhiên liệu, trong điều kiện nhất định nhiên liệu sẽ
bốc hơi, hỗn hợp với không khí, gặp tia lửa thì bốc cháy. Nhiệt độ bốc cháy đánh giá
độ bốc hơi của nhiên liệu và phản ánh thành phần nhẹ có trong nhiên liệu.
- Nhiệt độ bốc cháy thấp nhiên liệu dễ bay hơi, áp suất hơi bão hòa tăng. Nhưng

khi bảo quản dễ gây hỏa hoạn. Nó cịn dùng làm chỉ tiêu phóng hỏa của nhiên liệu.
1.2.2.5. Nhiệt độ vẩn đục
- Cho nhiên liệu vào ống nghiệm và làm lạnh đến một nhiệt độ nào đó mà ta
thấy trong ống nghiệm xuất hiện những vẩn đục đầu tiên. Nhiệt độ đó gọi là nhiệt độ
vẩn đục của nhiên liệu.
- Nhiệt độ vẩn đục đánh giá độ ổn định vật lý của nhiên liệu ở nhiệt độ thấp.
Căn cứ vào nhiệt độ vẩn đục của nhiên liệu để xác định được khả năng dùng nhiên liệu
đó trong điều kiện nhiệt độ của môi trường là bao nhiêu. Thường nhiệt độ mơi trường
có thể sử dụng được nhiên liệu phải lớn hơn nhiệt độ vẩn đục từ (3 ÷ 5)0C
1.2.2.6. Nhiệt độ đơng đặc
- Khi làm lạnh nhiên liệu đựng trong ống nghiệm đến một nhiệt độ nào đó mà ta
nghiêng ống nghiệm đi một góc 45 độ trong thời gian một phút mà bề mặt nhiên liệu
khơng bị di động, thì nhiệt độ đó gọi là nhiệt độ đông đặc của nhiên liệu.
Biên soạn : ThS. Nguyễn Sĩ Sơn

13


- Nhiệt độ đơng đặc có ý nghĩa lớn đối với nhiên liệu lỏng. Trong điều kiện
nhiệt độ môi trường thấp mà nhiệt độ đông đặc của nhiên liệu cao thì phải hâm nóng
nhiên liệu trong thùng chứa và phải cách nhiệt các ống dẫn nhiên liệu đến động cơ.
Căn cứ vào nhiệt độ đông đặc để xác định nhiệt độ mơi trường có thể sử dụng được
nhiên liệu này. Thông thường nhiệt độ môi trường phải cao hơn nhiệt độ đơng đặc của
nhiên liệu từ (10 ÷ 15)0C.
1.2.2.7. Tạp chất cơ học
Tạp chất cơ học có trong nhiên liệu gây mòn động cơ, gây tắc đường dẫn nhiên
liệu, phá hoại sự làm việc bình thường của hệ thống cung cấp nhiên liệu, nhất là hệ
thống cung cấp nhiên liệu của động cơ diesel. Do đó đối với động cơ cao tốc phải đặc
biệt chú ý không dùng nhiên liệu có lẫn tạp chất cơ học. Nhưng trong q trình vận
chuyển và bảo quản nhiên liệu thì vẫn có tạp chất cơ học lẫn trong nhiên liệu, do vậy

khi sử dụng phải dùng lọc
1.2.2.8. Nước
Nước có trong nhiên liệu chúng sẽ làm giảm nhiệt trị của nhiên liệu. Nước có
trong nhiên liệu phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ, độ ẩm mơi trường, thành phần hóa
học của nhiên liệu. Theo quy định thì nhiên liệu có lẫn nước khơng được vượt quá 1%.
1.2.3. Sản xuất nhiên liệu
1.2.3.1. Sản xuất nhiên liệu từ dầu mỏ
Đầu tiên, dầu mỏ được sử dụng làm nhiên liệu cơ bản để sản xuất hơi nước hay
đốt nóng lị. Nhiên liệu này là phần cịn lại của việc chưng cất đơn giản để sản xuất
xăng và dầu bôi trơn. Việc phát minh ra động cơ đốt trong đã làm thay đổi nhiên liệu
này và xăng động cơ đã trở nên một sản phẩm có nhu cầu lớn và tiếp đó là dầu nặng
hơn cần thiết cho động cơ điezen. Phần cặn là dầu nhiên liệu. Dầu nhiên liệu có
nhiều ưu điểm hơn than và nó thay thế than trong vận tải đường biển và một số ngành
công nghiệp.
Những ưu điểm của nhiên liệu này so với than như sau:
- Nhiệt trị của nó cao hơn than, khơng có tro.
- Dễ lưu kho hơn.
- Dễ khống chế sự cháy hơn, tiết kiệm nhân công, cường độ cháy cao.
- Sạch sẽ hơn trong khi sử dụng và trong khi nạp liệu lên tàu.
Dầu thô được tách thành các phân đoạn bằng các phương pháp chưng cất
chọn lọc trong khí quyển và chân khơng. Dầu thơ cung cấp ngun liệu đầu cho
cơng nghiệp hố dầu và cơng nghiệp hố chất. Nhiên liệu được sản xuất từ dầu mỏ
theo trật tự tăng dần về nhiệt độ chưng cất là: xăng máy bay, xăng ôtô, dầu hoả, nhiên
liệu động cơ phản lực, dầu điezen (DO), dầu madút (FO). Tỉ lệ các nhiên liệu này thu
được từ dầu thô phụ thuộc vào bản chất của dầu. Việc tinh luyện cũng có thể làm thay
đổi đáng kể hiệu suất và tính chất của các phân đoạn. Như chúng ta đã biết, dầu mỏ là
nguồn có chứa một tỉ lệ cao hiđrocacbon khí hồ tan và khí này cần phải được tách
ra khỏi dầu mà khơng làm mất đi các cấu tử có điểm sơi thấp. Việc tách khí đầu tiên
được thực hiên ngay từ giếng khai thác bằng cách giảm áp ở đầu giếng trong thiết bị
hình trống lớn. Khi các khí cịn lại được tách hết thì dầu thơ trở nên an tồn cho các

q trình tiếp theo. Khí “ướt” được tách đầu tiên ở đầu giếng được xử lí bằng hấp thụ
Biên soạn : ThS. Nguyễn Sĩ Sơn

14


hay nén để thu hồi “xăng giếng dầu”. Ở những giếng chỉ có khí và xăng thu được theo
kiểu này người ta gọi là xăng tự nhiên (natural gasoline).
Cách gọi tên dầu thô: Tuỳ thuộc vào chủng loại các hiđrocacbon đa số có trong
thành phần dầu thơ: parafin, naphten, aromat, người ta đặt tên các dầu thô tương ứng
là dầu parafin, dầu naphten khi những phân đoạn nhẹ của dầu có những hiđrocacbon
tương ứng chiếm đa số. Khi những phần nặng nhất của dầu thơ có chứa nhiều
sản phẩm giống asphalt thì người ta gọi loại dầu đó là dầu asphalt.
Bảng 1-1. Thành phần điển hình của các loại dầu thơ
Thành phần của các
Hydrocacbon (% khối lượng)
Parafin
Naphten
Aromat
Asphaltene (đa vịng)

Dầu thơ Parafin
40
18
10
2

Dầu thô
Naphten
12

75
10
3

Dầu thô
asphalt
5
15
20
60

Trong thực tế, tất cả các dầu thô đều chứa hiđrocacbon của ba loại trên. Người
ta thấy rằng những hiđrocacbon naphten là phổ biến nhất (nhưng không phải trong
các phần nhẹ) và ở phần cặn các hiđrocacbon này có chứa các mạch nhánh parafin dài
hay ngắn và chúng che lấp tính chất naphten của phân tử.
Bảng 1-2. Thành phần của các phân đoạn của một số loại dầu thơ
Dầu Parafin
Dầu Oklahome
Dầu Califonia
Phân đoạn (0C)
A*
N*
P*
A*
N*
P*
A*
N*
P*
60 ÷ 95

3
25
72
5
21
73
4
31
65
95 ÷ 122
5
30
65
7
28
65
6
48
46
122 ÷ 150
9
35
56
12
23
55
11
64
25
150 ÷ 200

14
29
57
16
29
55
17
61
22
200 ÷ 250
18
23
59
17
31
52
25
45
30
250 ÷ 300
17
22
61
17
32
51
29
60
31
Chú thích: A*, N*, P* là các chữ viết tắt của kiểu Hidrocacbon tương ứng Aromat,

Naphten, Parafin
Cách gọi tên các dầu thô ở trên cũng khơng tuyệt đối vì thế tuỳ theo thành phần
của ba loại hiđrocacbon người ta còn đặt tên các dầu thô là dầu trung gian. Tuy nhiên,
sự phân loại dầu thô theo cấu tử giàu nhất trong dầu thô như ở trên cũng khơng hồn
chỉnh. Lane và Garton đã đưa ra một cách phân loại được sử dụng rộng rãi nhất
trong thời gian gần đây. Cách phân loại dầu thô của Lane và Garton dựa vào 2 phân
đoạn của dầu thơ:
- Phân đoạn 1: Từ 250°C ÷ 275°C ở áp suất chưng cất là 1 atm và
- Phân đoạn 2: Từ 275°C ÷300°C ở áp suất chưng cất là 40 mmHg.
Phân đoạn (1) được gọi là phân đoạn chìa khóa 1. Phân đoạn (2) được gọi là
phân đoạn chìa khóa 2. Mỗi một phân đoạn trên được phân loại theo kiểu
hiđrocacbon. parafin, trung gian hay naphten theo tỉ trọng của chúng và dầu thô được
phân loại theo bản chất của phân đoạn chìa khóa theo bảng dưới đây:
Biên soạn : ThS. Nguyễn Sĩ Sơn

15


Bảng 1-3. Phân loại dầu thô theo Lane và Garton
Loại dầu
Tỉ trọng của phân đoạn 1
Tỉ trọng của phân đoạn 2
Parafin
≤ 0,8251
≤ 0,8762
Parafin ÷ Trung gian
nt
0,934 ÷ 0,8762
Parafin ÷ Naphten
nt

≥ 0,934
Trung gian
0,8251 ÷ 0,8602
0,934 ÷ 0,8762
Trung gian ÷ Parafin
nt
≤ 0,8762
Trung gian ÷ Naphten
nt
≥ 0,934
Naphten
≥ 0,8602
≥ 0,934
Naphten ÷ parafin
nt
≤ 0,8762
Naphten ÷ Trung gian
nt
0,934 ÷ 0,8762
Theo cách phân loại này, một dầu thơ được gọi là khơng chứa sáp hay có chứa
sáp tùy theo điểm đục của phân đoạn chìa khóa 2 thấp hơn hay cao hơn −15°C. Theo
cách phân loại dầu thơ như trên, có khoảng 85% dầu thơ trên thế giới rơi vào 3 loại
đơn giản là parafin, trung gian và naphten. Các dầu thô parafin - naphten và trung
gian - naphten không thấy tồn tại. Cách phân loại dầu thô của Lane và Garton là một
cách đổi mới về phân loại dầu thơ theo 4 nhóm mà trong nhiều trường hợp người ta
thấy rằng một kiểu hiđrocacbon nào đó có thể chiếm chủ yếu trong một phân đoạn
này và nó cũng có thể chiếm chủ yếu trong một phân đoạn khác. Vì thế những nghiên
cứu chi tiết cần được xác định để phân loại dầu thơ được chính xác hơn. Vì dầu thơ
được đo bằng thể tích, nên hệ số dãn nở nhiệt của chúng rất quan trọng. Giá trị của
đại lượng này bình thường tăng lên với sự giảm khối lượng riêng của dầu trên một

khoảng từ 0,0007 ÷ 0,0010 khi nhiệt độ tăng 1°C. Đối với các phân đoạn dầu thì sự
thay đổi có rộng hơn như sau:
Bảng 1-4. Sự thay đổi hệ số dãn nở nhiệt của các phân đoạn dầu
Phân loại dầu
Sự thay đổi hệ số dãn nở nhiệt
Xăng khối lượng riêng < 0,74 (g/ml)
0,00086
Xăng khối lượng riêng > 0,74 (g/ml)
0,00081
Dầu hỏa
0,00072
Dầu gazoin
0,00064
Nhiên liệu diesel
0,00062
Độ nhớt của dầu mỏ thay đổi rất lớn, thậm chí với các dầu từ cùng một khu vực
khai thác. Độ nhớt tăng lên cùng với khối lượng riêng. Cả hai đại lượng độ nhớt và
khối lượng riêng càng cao nếu các parafin lỏng càng cao. Người ta cũng nhận thấy
rằng: các dầu có cùng khối lượng riêng nhưng độ nhớt thay đổi rất rộng. Sự tăng nhiệt
độ gây nên sự giảm rất nhanh độ nhớt và khi tăng một vài độ thơng thường đã gây
nên dầu có thể chảy tự do. Nhiệt dung riêng của dầu là đại lượng rất quan trọng vì
nó cần thiết để đốt nóng các dầu nhiên liệu trước khi sử dụng. Nhiệt dung riêng giảm
đi gần như tỉ lệ với sự tăng khối lượng riêng.
1.2.3.2. Sản xuất nhiên liệu từ lọc dầu
Để nâng cao giá trị của dầu thô, thông thường dầu thô phải trải qua một số kiểu
chưng cất, các quá trình chế biến và làm sạch lưu huỳnh trước khi đem bán ngoài thị
Biên soạn : ThS. Nguyễn Sĩ Sơn

16

trường. Bước đầu tiên là chưng cất sơ cấp dầu thô sau khi đã loại hết các chất bẩn,
muối và nước thành các phân đoạn đầu tiên gồm xăng, xăng nhẹ, xăng nặng, dầu
gazoin và dầu điezen, tiếp theo giai đoạn cất chân không người ta tách được dầu bôi
trơn từ phần dầu madút. Bản thân dầu thô sau khi đã loại bỏ bùn, cát, nước lẫn
trong đó cũng là một loại nhiên liệu. Nhưng trong thực tế ít khi người ta dùng ngay
dầu thô làm nhiên liệu mà thường tách dầu thô thành các phân đoạn hay các loại
nhiên liệu thỏa mãn các yêu cầu kĩ thuật khác nhau. Việc tách phân đoạn dầu thô
bằng cách chưng cất chọn lọc ở trên có thể nâng cao hiệu quả của nhiên liệu và thỏa
mãn các yêu cầu phức tạp của các nhà công nghiệp sản xuất các loại động cơ xăng,
động cơ điezen, động cơ phản lực khác nhau. Do giao thông ngày càng phát triển, nhu
cầu về xăng và các loại nhiên liệu khác ngày càng tăng cả về số lượng lẫn chất
lượng nên dầu thô được chế biến bằng nhiều phương pháp khác nhau để đáp ứng
nhu cầu của thị trường như:
- Crackinh nhiệt: cung cấp xăng có chỉ số octan cao.
- Crackinh xúc tác: cho xăng (xăng cracking) có chứa hàm lượng olefin thấp
hơn so với crackinh nhiệt nhưng hàm lượng hiđrocacbon phân nhánh cao hơn và chỉ
số octan có khi vượt quá 90.
- Crackinh với hơi nước.
- Hiđrocrackinh
- Refominh xúc tác: cho xăng (xăng refominh - refomat) có đặc tính thơm
cao, chỉ số octan cao.
- Polime hố xúc tác: cho xăng có chứa hiđrocacbon phân nhánh.
- Ankyl hố xúc tác: cho xăng có chứa hiđrocacbon phân nhánh (alkylat).
- Đồng phân hóa xúc tác: cho xăng có chứa hiđrocacbon phân nhánh
(isomerat).
Sau các q trình trên, thơng thường các sản phẩm dầu trước khi sử dụng cần
phải trải qua giai đoạn làm sạch để loại hết các vết lưu huỳnh, nitơ và các chất bẩn
khác. Có nhiều cách làm sạch các sản phẩm dầu: rửa bằng các tác nhân axit (H2SO4)
để loại các hiđrocacbon olefin, rửa bằng dung dịch đioxit chì trong NaOH để

loại các hợp chất sunfua... Ngày nay, người ta thường dùng các phương pháp
hiđro hoá xúc tác, hiđro hóa làm sạch các sản phẩm dầu. Tất cả các q trình vừa nói
ở trên được bố trí trong nhà máy lọc dầu (refinery).
1.2.3.3. Sản xuất nhiên liệu từ bitum (Bituminout Sands)
Dầu mỏ hay các sản phẩm tự nhiên tương tự được tìm thấy trong cát hay khoáng
sét ở lớp tương đối gần của vỏ Trái Đất được gọi là cát bitum. Có nơi cát bitum lộ
thiên gồm dầu asphalt rất nhớt và nước trộn với cát, bùn và sét. Tỉ lệ dầu/nước =
(12÷16) / (3÷15) tính theo phần trăm. Việc tách dầu ra khỏi hỗn hợp cát, bùn và sét
rất khó khăn nhưng đến nay người ta đã tìm được phương pháp tách dầu này. Tất cả
các loại dầu tách được đều là các loại dầu asphalt. Tỉ trọng của chúng thay đổi từ
1,4 ÷ 1,5 và nhiệt trị của dầu vào khoảng 9990 kcal/kg. Như vậy, các dầu thu được
là dầu rất nặng. Khi chưng cất thông thường người ta chỉ thu được 5% phân đoạn sơi
dưới 180°C.
- Phương pháp tách bằng nước nóng. Cát bitum được trộn với 10% (theo trọng
lượng) nước nóng ở 85°C. Sau đó làm ngập bằng nước nóng hơn rồi để yên. Dầu
nổi lên được gạn ra khỏi bể chứa. Bằng phương pháp này người ta có thể thu hồi
được 80% dầu. Hỗn hợp nổi lên chứa 5% khoáng tự nhiên và 30% nước.
- Phương pháp tách bằng nước lạnh. Cát bitum trộn với nước lạnh theo tỉ lệ
Biên soạn : ThS. Nguyễn Sĩ Sơn

17


1/3 và một lượng dầu hoả (kerosine) bằng lượng dầu trong cát trong sự có mặt của
kiềm và tác nhân dính ướt. Dầu nổi lên, được gạn ra và để yên. Hiệu suất thu hồi theo
phương pháp này đạt tới 95% nhưng dầu thơ vẫn cịn chứa tới 3% các khống tự
nhiên.
- Phương pháp chưng cất nóng. Người ta thổi cát dầu cùng với khơng khí vào
thiết bị tách để cung cấp nhiệt cho quá trình tách. Dầu được đốt nóng và tách ra khỏi
cát, sét. Dầu thu được qua phương pháp chưng cất nóng thường có khối lượng riêng

khoảng 0,955 g/cm3 và có các tính chất sau đây:
+ Hàm lượng nước: 0,2%
+ Hàm lượng tro: 0,7%
+ Hàm lượng lưu huỳnh: 4,2%
+ Cặn cacbon Conradson: 6,0%
+ Độ nhớt: 157 centistocks ở 21°C
Các phần chưng cất:
+ 5% ở 180°C
+ 10% ở 230°C
+ 50% ở 340°C
+ 80% ở 360°C
Bằng cách cất trực tiếp, người ta có thể thu được 15% naphta, 85% dầu madút.
Dầu madút này rất dễ bị phá vỡ ở 350°C.
1.2.3.4. Sản xuất nhiên liệu từ dầu nham phiến
Dầu có trong nham phiến đạt trữ lượng khá lớn trên thế giới. Trữ lượng lớn
nhất về dầu nham phiến là ở Liên Xô (trước đây) và Mỹ. Nham phiến chứa dầu là
một loại đá có mầu nâu tới màu đen. Khi phơi nắng có mầu xám tối. Nham phiến này
cứng, giịn và giữ nguyên dạng của nó khi chưng cất mặc dù cấu trúc lớp của đá rất rõ
ràng. Để tách dầu lấy từ nham phiến, người ta dùng phương pháp chưng cất với hơi
nước. Lượng hơi nước được đưa vào tới 40%. Sau đó nham phiến thơ được chưng cất
tới cốc trong các nồi chưng ống. Nồi chưng cốc cuối cùng cho sản phẩm bão hoà và
bền vững hơn. Phép chưng cất này cho xăng thô, dầu không chứa sáp, dầu có sáp. Sáp
được thu hồi bằng cách nén cho kết tinh ở ≈ −10°C. Hai sản phẩm không chứa sáp
được tinh luyện bằng cách xử lí với kiềm hoặc axit và cất lấy dầu điezel. Dầu điezel
gồm hầu hết các parafin và có chất lượng cao, chỉ số xetan cao, nhưng lại khơng
thích hợp cho xăng động cơ vì chỉ số octan thấp (khoảng 58). Sáp được tinh luyện,
được tẩy trắng và được chế tạo thành nến và được dùng như một nhiên liệu.
1.2.3.5. Sản xuất dầu từ than đá
Khi chưng cất khan (khơng có khơng khí) than đá ta sẽ thu được dầu than đá.
Từ dầu than đá thô, bằng cách chưng cất tiếp tục người ta thu được các nhiên liệu sau:

- Các dầu nhẹ, tới 1700C (light oil gồm Benzen và Bezene ligroin)
- Dầu cacbonic từ (170 ÷ 230)0C gồm: Các axit naphtanic, các phenol, các
naphtalen)
- Dầu creosote từ (230 ÷ 270)0C gồm: Các axit naphtenic gọi là xăng động cơ
- Dầu Anthraxen từ (270 ÷ 320)0C gồm: Anthraxen, phenanthrene.
Biên soạn : ThS. Nguyễn Sĩ Sơn

18


- Hắc ín hay chưng cất xa hơn sẽ thu được nhựa đường rắn và dầu.
Xăng động cơ ở phân đoạn cuối của dầu creosote thu được bằng cách xử lí thứ
cấp với hiđro. Benzen chỉ thu được một phần từ nhựa than đá. Phần lớn hơn có thể
thu được bằng cách xử lí khí than đá với hơi nước. Nhựa than đá chứa các
hiđrocacbon đa nhân hoà tan trong benzen. Khơng giống các dầu có nguồn gốc từ dầu
mỏ, dầu than đá có chứa một tỉ lệ lớn các hợp chất chứa oxi (dưới dạng phenol), nitơ
dưới dạng các bazơ hữu cơ. Các thành phần nguyên tố chính của dầu than đá từ cùng
một than nhưng cách tách nhiên liệu khác nhau cũng cho các kết quả khác nhau. Các
dầu than đá nhiệt độ thấp khác đáng kể dầu than đá nhiệt độ cao như khối lượng riêng
thấp hơn, khơng có naphten.
Bảng 1-5. Thành phần ngun tố của dầu than đá theo điều kiện chưng cất
Thành phần nguyên tố
Nồi cất nằm ngang
Nồi cất
Cất ở nhiệt
thẳng đứng
độ thấp
Cácbon
85,9
85,7

83,5
Hidro
6,3
6,3
8,5
Lưu huỳnh
1,2
1,6
0,8
Nito
2,0
1,0
1
Ô xy
4,0
5,4
6,2
Những tính chất khác của dầu than đá là:
- Nhiệt trị thay đổi trong giới hạn tương đối nhỏ.
- Hệ số dãn nở thay đổi rất ít.
- Nhiệt dung riêng của dầu than đá thay đổi từ (0,30 ÷ 0,4) cal/g.độ ở 40°C
và nhiệt dung riêng của các dầu và dầu than đá thay đổi từ (0,3 ÷ 0,3) cal/g.độ ở (15 ÷
40)°C.
1.2.4. Các loại phụ gia trong nhiên liệu
1.2.4.1. Phụ gia chất tẩy rửa và chất chống đông đặc
- Chất tẩy rửa cacbuaratơ đa chức năng, như:
+ Polioxipropylen este và trimetylen điamin naphtenat.
+ Ankylaryl photphat este và N-oleiyl-1,3-propilenđiamin.
+ Các muối photphat este amin...
- Chất tẩy rửa cacbuaratơ: các cacbamat, urê một lần thế, poliamin.v v v..

- Chất phụ gia chống đông đặc: hexylen glycol, polihiđroxiancol + các amin
béo, polihiđroxyancol + N-(phenylsteryl)-1,3-propilenđiamin.
- Các chất tẩy rửa trên cơ sở PBSA:
+ Các hỗn hợp với muối amin của axit sunfonic và poliete...
+ Các hỗn hợp với glycol và ete glycol.
- Tác nhân tẩy rửa không tro: Ankyl nitroamin, ankyl hđroxylamin.
- Các tác nhân tẩy rửa sự hình thành tro:
+ Este sucxinat - muối kim loại.
+ Este của glixerin.
1.2.4.2. Phụ gia khống chế phát thải và cải thiện sự cháy
- Khống chế phát thải:
+ 2-Etylhexamat kim loại.
Biên soạn : ThS. Nguyễn Sĩ Sơn

19


+ BaCO3 + DDimetyletee của etylenglycol.
- Cải thiện sự cháy:
+ 4,4- benzylidden (2,6-dditerrbutyl).
+ amylphenol bi-poliankoxi hố.
1.2.4.3. Phụ gia chống kích nổ
- Tetraetyl chì.
- Tetrametyl chì.
- Các hợp chất khác của chì.
- Các phụ gia khơng chứa kim loại.
- Các phụ gia có chứa oxi trong phân tử (các hợp chất oxigenat).
1.2.4.4. Phụ gia chống tích điện, diệt khuẩn, mầu và phụ gia nhũ hóa
- Phụ gia chống tích điện: Muối photphat của poliamit và naphten kim loại.
- Phụ gia diệt khuẩn: Các imin vòng, naphtanyl imidazolin.

- Chất màu: Chất màu xanh, các hợp chất azo.
- Nhiên liệu được nhũ hoá.
+ Sự nhũ hoá bằng kim loại.
+ Nhiên liệu cacbon.
Câu hỏi ôn tập
1. Các nguyên tố chính và phụ trong dầu mỏ?
2. Có mấy loại Cacbuahydro trong dầu mỏ?
3. Nguyên tố phụ đáng chú ý nhất trong dầu mỏ là gì?
4. Có mấy phương pháp chế biến dầu mỏ hiện nay? Ưu khuyết điểm của từng
phương pháp?
5. Các phản ứng thay đổi khi cracking nhiệt?
6. Tại sao khi cracking xúc tác xăng lại tốt hơn khi cracking nhiệt?
7. Đặc điểm chug của họ aromatic là gì?
8. Thành phần chưng cất là gì? Cách xác định thành phần chưng cất

Biên soạn : ThS. Nguyễn Sĩ Sơn

20


Chương 2: XĂNG, DIESEL VÀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC
2.1. Nhiên liệu xăng
2.1.1. Khái niệm về xăng
- Xăng là chất lỏng dễ bay hơi, khơng màu hoặc có màu vàng, xanh, đỏ..khi
người ta pha vào xăng những chất phụ gia đặc biệt. Xăng khơng hịa tan trong nước,
nhẹ hơn nước, khối lượng riêng 0,67- 0,75kg/l.
- Xăng cịn có thể được gọi là hỗn hợp của các họ cacbuarhydro khác nhau bao
gồm các thành phần nhẹ của dầu mỏ có nhiệt độ sôi 400C đến 2000C. Những nguyên tố
cơ bản của xăng là các bon (C) chiếm đến 80% trọng lượng, hydro (H) chiếm 15%
trọng lượng. Ngồi ra cịn có một số nguyên tố với số lượng không đáng kể, các

nguyên tô đó là oxy, lưu huỳnh, nitơ..
2.1.2. Thành phần hóa học của xăng
2.1.2.1. Hydrocacbon
Với khoảng nhiệt độ sôi dưới 180oC, phân đoạn xăng thu được từ quá trình
chưng cất bao gồm các hydrocacbon từ C5 ÷ C10, C11 Cả ba loại hydrocacbon praranic,
naphtenic, aromic đều có mặt trong phân đoạn này. Tuy nhiên thành phần và số lượng
của các hydrocacbon rất khác nhau, phụ thuộc vào nguồn gốc dầu thô ban đầu. Các
hydrocacbon thơm thường có rất ít trong xăng.
- Ankan: Cần có nhiều iso-ankan để chống kích nổ vì loại hydrocacbon này có
tác dụng chống kích nổ rất cao. Iso-ankan là chất đồng phân của ankan, có cấu tạo
mạch nhánh, rất khó bị gãy mạch, tức rất khó tự cháy. Người ta dùng 2,2,4 iso- octan
làm một trong hai thành phần của nhiên liệu chuẩn để đo tính chống kích nổ của các
loại xăng. Akan tuy tính chất ổn định, khó biến chất nhưng khơng phải là thành phần
lý tưởng của nhiên liệu xăng, do các nguyên tử C được liên kết theo mạch thẳng nên
các mạch C dễ bị gãy, làm cho nó dễ bị cháy, dễ gây hiện tượng kích nổ trong động
cơ.
CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 (n-octan)
- Xyclo-ankan: là loại Hydrocacbon no, thường có 5,6 nguyên tử C trong phân
tử, chúng được liên kết với nhau bằng các mạch thẳng đơn tạo nên một vịng kín.
- Hydrocacbon thơm (aren): là loại hydrocacbon không no, các nguyên tử nối
với nhau thành một vịng kín bằng những liên kết đôi và những liên kết đơn xen kẻ
nhau, cấu tạo điển hình là chất benzen và metylbenzen. Kết cấu trên giúp cho
hydrocacbon thơm có tính ổn định cao, khó tự cháy và là thành phần lý tưởng của
xăng dùng trong động cơ đốt cháy cưỡng bức.
Ngoài ra các olefin, diolefin và axetylen là những hydrocacbon không no, các
nguyên tử C nối với nhau theo mạch thẳng, trong đó có một mạch kép, hai mạch kép
hoặc một mạch ba. Do đó khiến các chất này khó tự cháy, nên cũng thích hợp với
động cơ xăng đốt cháy cưỡng bức.
2.1.2.2. Phụ gia
Để nâng cao chất lượng và tạo thêm một số tính năng mới cho xăng thì sau quá

Biên soạn : ThS. Nguyễn Sĩ Sơn

21


trình chưng cất và chế biến từ dầu mỏ, xăng được pha vào các loại phụ gia. Hai loại
phụ gia điển hình là nước chì và hợp chất chứa oxi.
- Hàm lượng chì: Trong quá trình cháy của hơi xăng trong buồng đốt có sự tạo
thành và tích tụ các hợp chất peoxit. Những chất peoxit này là nguyên nhân dẫn tới
kích nổ khi nồng độ của chúng đạt tới một giới hạn nào đó. Để tránh hiện tượng kích
nổ người ta phải ngăn chặn sự tích tụ của các hợp chất peoxit đó. Một trong các biện
pháp có hiệu quả rõ rệt là pha vào xăng một hỗn hợp có tên là “nước chì”. Nước chì là
tên gọi đơn giản hỗn hợp lỏng có thành phần là hợp chất tetraetyl chì [Pb(C2H5)4] và
bromua etan (BrC2H5) hoặc Dibromua etan (BrC2H4Br). Tác dụng của tetraetyl chì
(TEC) là phá huỷ các hợp chất peoxit và ngăn cản sự tích lũy của chúng trong xilanh,
do đó tránh được hiện tượng kích nổ. Như vậy tetraetyl chì có tác dụng tăng TSOT của
xăng, Bromua etan hoặc dibromua etan được gọi là chất lôi kéo vì chúng giúp cho
muội chì sau q trình cháy khơng đọng lại trong xilanh, piston, bugi, xupáp. mà theo
khí xả ra ngoài.
Pb(C3 H 4)4 ——> Pb + 4CH 3
Pb +O2 —> PbO2

Tạo chất không hoạt động

R - CH3 + O2 = R - CH2OOH (Chất hoạt động)
R - CH\OOH + PbO2 = R - CHO + PbO + H2O + 1/2O2
Kết quả là biến các Peroxyt hoạt động thành các aldehit (RCHO) bền vững, làm
giảm khả năng cháy kích nổ. Nhưng đồng thời PbO kết tủa sẽ bám trên thành xilanh,
ống dẫn, làm tắc đường nhiên liệu và tăng độ mài mịn. Vì vậy người ta phải dùng các
chất mang để đưa PbO ra ngoài, các chất mang này là BrC2H5, cơ chế tác dụng như

sau:
C2 H 5 Br ——> c2 H 4 + HBr
2HBr + PbO -> PbBr2 + H 2O
Các sản phẩm PbBr2, H2O là chất lỏng, có nhiệt độ sơi thấp sẽ bốc hơi và được
khí thải thải ra ngồi.
Nước chì có tác dụng tăng tính chống kích nổ rõ rệt, song nó là một chất độc
gây tổn thương cho hệ thần kinh đối với người bị nhiễm. Vì thế nồng độ giới hạn của
bụi chì trong khơng khí khơng cho phép vượt q 0,005mg/cm3. Cũng do tác hại gây ơ
nhiễm cho mơi trường khơng khí nên trong vịng 20 ÷ 30 năm trở lại đây nhiều nước
trên thế giới và trong khu vực trong đó có Việt Nam đã dần dần hạn chế và đi đến cấm
sử dụng xăng pha chì.
- Các hợp chất chứa ơxy: Từ đầu thập kỷ 70, tại các nước công nghiệp phát triển
do yêu cầu loại bỏ xăng pha chì, người ta đã phát kiến pha vào xăng một số hợp chất
chứa oxy có tác dụng tăng TSOT cho xăng, đó là các loại alcol, ete như metanol
(CH3OH), etanol (C2H5OH), metyl ter, butyl ete (CH3 - O – C4H9) viết tắt là MTBE,
metyl ter. amyl ete (CH3 - O - C5H11) viết tắt MTAE.
Biên soạn : ThS. Nguyễn Sĩ Sơn

22


Những hợp chất này cũng tham gia vào cơ chế ngăn cản sự tích tụ peroxit, nên
hạn chế hiện tượng cháy kích nổ trong động cơ xăng, chúng khơng q độc như
tetraetyl chì. Tuy vậy việc sử dụng các hợp chất trên cũng có hạn chế vì nhiệt lượng
cháy của chúng thấp, áp suất hơi bão hoà quá cao, một số chất dễ gây tách lớp trong
xăng khi bị lẫn nước. Do đó chỉ được pha một lượng có giới hạn vào trong xăng.
Có thể thấy TSOT của một số chất chứa oxy điển hình trong bảng 2.1
Bảng 2-1. TSOT của các hợp chất chứa oxy
Phụ gia chứa oxy

RON

MON

Metanol

127 - 136

99 - 104

Etanol

120 - 135

100 - 106

Tert - butanol (TBA)

104 - 110

90 - 98

Metanol/TBA (50/50)

115 - 123

96 - 104

Metyl ter. butyl ete (MTBE)

115 - 123

98 - 105

Tert-amylmetyl ete (TAME)

111 - 116

98 - 103

Ety tert-butyl ete (ETBE)

110 - 119

95 - 104

Ngoài ra trong nhiên liệu xăng luôn tồn tại các tạp chất như các hợp chất của
lưu huỳnh, nitơ và hợp chất của các kim loại là những chất có có mặt trong dầu mỏ mà
khơng thể loại bỏ hồn tồn trong q trình chế biến xăng.
2.1.3. Các tính chất cơ bản của nhiên liệu xăng
2.1.3.1. Nhiệt trị
Như các loại nhiên liệu khác thì nhiệt trị là tính chất quan trọng nhất của nhiên
liệu xăng, nó ảnh hưởng trực tiếp cơng suất của động cơ. Nhiệt trị có thể xác định trực
tiếp bằng phương pháp đo nhiệt trị, hoặc có thể tính gián tiếp bằng cơng thức Men-đêlê-ép:
Qtk = 33,915.c + 126,0.h -10,89(onl - s) - 2,512(9h+w), MJ/kg
Trong đó:
2,512MJ/kg - nhiệt ẩn của 1kg hơi nước; c - thành phần khối lượng của C
trong nhiên liệu; oni - thành phần khối lượng của O trong nhiên liệu; h thành phần khối lượng của H trong nhiên liệu; w - thành phần khối lượng
của nước trong nhiên liệu; s - thành phần khối lượng của lưu huỳnh trong
nhiên liệu.

So với các loại nhiên liệu khác thì xăng là loại nhiên liệu có nhiệt trị lớn nhất:
Qtk = 44,0 (MJ/Kg)

Biên soạn : ThS. Nguyễn Sĩ Sơn

23


2.1.3.2. Tính bay hơi
u cầu xăng phải có tính bay hơi thích hợp, nếu xăng bay hơi quá dễ sẽ hoá
hơi ngay trên đường ống dẫn, gây hiện tượng nút hơi (nghẽn khí), làm xăng phun ra
lẫn bọt, khơng đảm bảo hơi xăng cung cấp cho động cơ nên động cơ hoạt động không
ổn định. Trong bảo quản, bơm hút, vận chuyển sẽ xảy ra hao hụt quá mức. Xăng bay
hơi kém, làm khó khởi động máy, khó điều chỉnh máy, gây lãng phí nhiên liệu do cháy
khơng hết, tạo muội than, làm loãng dầu nhờn gây hiện tượng mài mịn động cơ nhiều
hơn mức bình thường.

Hình 2-1. Thiết bị chưng cất nhiên liệu
1-Bếp điện; 2- Nhiên liệu thử nghiệm;
3-Nhiệt kế; 4- Bình ngưng; 5- Bình đo.
Người ta dùng thiết bị chưng cất nhiên liệu như hình vẽ để đo tính bay hơi của
xăng

Hình 2-2. Đường cong chưng cất Engler của phân đoạn xăng cracking xúc tác
Tính bay hơi của xăng được đánh giá thông qua các chỉ tiêu sau:
Biên soạn : ThS. Nguyễn Sĩ Sơn

24