Giáo trình nhiên liệu và vật liệu bôi trơn (nghề vận hành máy thi công mặt đường trung cấp)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI

GIÁO TRÌNH
MƠN HỌC: NHIÊN LIỆU VÀ VẬT LIỆU BƠI TRƠN
NGHỀ: VẬN HÀNH MÁY THI CƠNG MẶT ĐƯỜNG
TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP
Ban hành kèm theo Quyết định số: / QĐ-CĐCG ngày ..… tháng...... năm 2022
của Trường cao đẳng Cơ giới

1


Quảng Ngãi, năm 2022
(Lưu hành nội bộ)
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể được phép dùng
ngun bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành
mạnh sẽ bị nghiêm cấm.

2


LỜI GIỚI THIỆU
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 quá 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..
Các dạng nhiên liệu phổ biến được dùng là dầu hỏa, xăng dầu, than đá, chất phóng xạ,
v.v.. Tuy vậy giáo trình này chỉ đề cập đến các loại nhiên liệu sử dụng cho động cơ đốt
trong, đây là các loại nhiên liệu có yêu cầu rất khắt khe để đảm bảo cho động cơ hoạt động
hiệu quả nhất.
Năng lượng truyền thống sử dụng cho động cơ đốt trong là năng lượng nhiệt do đốt
cháy nhiên liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ: xăng, diesel, khí hóa lỏng,…
Quảng Ngãi, ngày

tháng năm 2022

Tham gia biên soạn
1. Phạm Như Cường

Chủ biên

2. …………..............
3. ……….............….

MỤC LỤC
3

TT

4

NỘI DUNG

TRANG


1.

Lời giới thiệu

2

2.

Mục lục

3

3.

10

4.

Chương 1: Tổng quan về nhiên liệu, dầu mỏ và chế biến dầu
mỏ

1. Dầu mỏ

5.

2. Sơ lược về công nghệ chế biến dầu mỏ

13

6.

3. Các sản phẩm của q trình chế biến dầu mỏ

21

7.

Chương 2: Tính chất lý hóa của sản phẩm dầu mỏ

23

8.

1. Màu sắc

24

9.

2. Độ nhớt

24

10.

3. Nhiệt độ chớp lửa và nhiệt độ bắt cháy

25

11.

4. Nhiệt độ vẫn đục và nhiệt độ đông đặc

26

12.

5. Độ ổn định oxy hóa

27

13.

6. Nhiệt trị của nhiên liệu

27

14.

7. Hàm lượng cốc, tro

28

15.

8. Hàm lượng nhựa

28

16.

Chương 3: Nhiên liệu sử dụng cho động cơ đốt trong

31

17.

1. Nhiên liệu xăng

32

18.

2. Nhiên liệu diesel

42

19.

3. Nhiên liệu khí

51

20.

4. Nhiên liệu sinh học

55

21.

Chương 4: Vật liệu bôi trơn

60

22.

1. Khái niệm về ma sát và bôi trơn

63

23.

2. Dầu bôi trơn

65

24.

3. Mỡ bôi trơn

84

5

11


GIÁO TRÌNH MƠN HỌC
Tên mơn học: NHIÊN LIỆU VÀ VẬT LIỆU BƠI TRƠN
Mã mơn học: MH11
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trị của mơn học:
- Vị trí: Mơn học được bố trí dạy sau các mơn học lý thuyết chun mơn nghề. Mơn học này
cũng có thể được bố trí dạy song song với các Mơn học chun mơn nghề.
- Tính chất: Là mơn học chun mơn nghề.
- Ý nghĩa và vai trị của mơn học:
Việc sử dụng tốt phương tiện thi cơng cơ giới có ý nghĩa rất to lớn. Do đó người thợ
khơng chỉ nắm vững cấu tạo, đặc tính kỹ thuật của máy xúc mà còn phải biết được các loại
nhiên liệu và vật liệu bôi trơn để sử dụng cho việc vận hành và bảo dưỡng xe máy trong q
trình thi cơng, nhằm khai thác triệt để năng suất của máy xúc, đảm bảo an tồn cho người và
máy trong q trình vận hành.
Mơn học này trang bị cho học viên những kiến thức cơ bản nhiên liệu và vật liệu bôi
trơn dùng cho máy thi cơng mặt đường.
- Đối tượng: Là giáo trình áp dụng cho học sinh trình độ Trung cấp nghề Vận hành máy thi
công mặt đường.
Mục tiêu của môn học:
- Về kiến thức:
A1. Trình bày được khái niệm, đặc điểm, tính chất, ký hiệu và phạm vi ứng dụng của
các loại nhiên liệu, dầu bôi trơn và mỡ bôi trơn;
A2. Nhận biết được nhiên liệu, dầu bôi trơn, mỡ bôi trơn bằng các giác quan, màu
sắc, tỷ trọng,…

- Về kỹ năng:
B1. Lựa chọn đúng nhiên liệu, dầu bôi trơn, mỡ bôi trơn phù hợp cho từng công việc
vận hành, bảo dưỡng hay sửa chữa những hư hỏng thông thường trên máy thi công mặt
đường;
B2. Đọc được ký hiệu nhiên liệu, dầu bôi trơn, mỡ bôi trơn;
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
C1. Bảo quản được các loại nhiên liệu, dầu, mỡ bôi trơn theo quy định kỹ thuật;
C2. Chấp hành đúng nội quy, quy định về công tác an tồn và vệ sinh cơng nghiệp
1. Chương trình khung nghề Vận hành máy thi công mặt đường
6


Mã
MH/
MĐ

7

Tên mơn
học, Mơn
học

Số tín chỉ

Tổng
số

Thời gian đào tạo (giờ)
Trong đó
Thực

hành/thực
Lý
tập/Thí
thuyết
nghiệm/bài
tập

Kiểm
tra


I
MH 01
MH 02
MH 03
MH 04
MH 05
MH 06
II
II.1
MH 07
MH 08
MH 09
MH 10
MH 11
MH 12
MH 13
MĐ 14
MĐ 15
MĐ 16

MĐ 17
MĐ 18
MĐ 19
MĐ 20
MĐ 21
MĐ 22
MĐ 23

Các mơn học chung/đại
15
255
94
148
cương
02
Chính trị
30
15
13
01
Pháp luật
15
9
5
01
Giáo dục thể chất
30
4
24
Giáo dục quốc phòng – An

02
45
21
21
ninh
03
Tin học
45
15
29
06
Ngoại ngữ (Anh văn)
90
30
56
Các môn học, Môn học chuyên môn ngành, nghề
Các Môn học, môn học kỹ
39
1350
357
947
thuật cơ sở
Vẽ kỹ thuật
04
60
46
10
Dung sai và kỹ thuật đo
02
30

20
8
lường trong cơ khí
Cơ kỹ thuật
03
45
35
7
Điện kỹ thuật
03
45
35
7
Nhiên liệu và vật liệu bơi
02
30
25
3
trơn
An tồn lao động và vệ
02
30
25
3
sinh công nghiệp
Kỹ thuật thi công mặt
02
30
25
3

đường
Bảo dưỡng máy thi công
05
150
34
112
mặt đường
Bảo dưỡng hệ thống điện
trên máy thi công mặt
02
60
20
38
đường
Vận hành máy san
05
150
15
131
Vận hành máy lu
02
60
11
47
Vận hành máy xúc
04
120
18
98
Vận hành máy xúc

04
120
15
101
Vận hành máy ủi
04
120
15
101
Vận hành máy xúc lật
02
60
7
51
Xử lý tình huống khi thi
02
60
7
52
cơng
Thực tập nghề nghiệp
06
180
4
175
Tổng cộng:
54
1605
451
1095

2. Chương trình chi tiết Môn học
Số
Tên các bài

8

Thời gian (giờ)

13
2
1
2
3
1
4
46
4
2
3
3
2
2
2
4
2
4
2
4
4

4
2
1
1
59


trong Môn
học
Chương 1: Tổng quan về nhiên liệu, dầu mỏ
và chế biến dầu mỏ
Chương 2: Tính chất lý hóa của sản phẩm
dầu mỏ
Chương 3: Nhiên liệu sử dụng cho động cơ
đốt trong

TT
1
2
3

Tổng
số

Lý
thuyết

2

2

3

2,5

0,5

12

10

1

1

1

1

2,5

2

4

Chương 4: Vật liệu bôi trơn

11

9

5

Chương 5: Chất tẩy rửa và làm mát

2

2

Cộng:

30

25,5

Thực
hành

Kiểm
tra

3. Điều kiện thực hiện môn học:
3.1. Phòng học Lý thuyết/Thực hành: Đáp ứng phòng học chuẩn
3.2. Trang thiết bị dạy học: Projetor, máy vi tính, bảng, phấn, tranh vẽ....
3.3. Học liệu, dụng cụ, mơ hình, phương tiện: Giáo trình, mơ hình thực hành, bộ dụng cụ
nghề, các mẫu nhiên liệu, vật liệu bôi trơn, chất tẩy rửa, làm mát,…
3.4. Các điều kiện khác: Người học tìm hiểu thực tế về nhiên liệu, dầu mỏ, vật liệu bôi trơn
tại các doanh nghiệp, nhà máy sản xuất.
4. Nội dung và phương pháp đánh giá:
4.1. Nội dung:

- Kiến thức: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức
- Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng.
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:
+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp.
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.
+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học.
+ Nghiêm túc trong quá trình học tập.
4.2. Phương pháp:
Người học được đánh giá tích lũy môn học như sau:
4.2.1. Cách đánh giá
- Áp dụng quy chế đào tạo Trung cấp hệ chính quy ban hành kèm theo Thông tư số
09/2017/TT-BLĐTBXH, ngày 13/3/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh và Xã
hội.
9


- Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại Trường Cao đẳng Cơ giới như sau:
Điểm đánh giá

Trọng số

+ Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1)

40%

+ Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2)
+ Điểm thi kết thúc môn học

60%

4.2.2. Phương pháp đánh giá
Phương pháp
đánh giá
Thường xun
Định kỳ
Kết thúc mơn
học

Phương pháp
tổ chức
Viết/
Thuyết trình
Viết và
thực hành
Vấn đáp và
thực hành

Hình thức
kiểm tra

Chuẩn đầu ra
đánh giá

Tự luận/
A1, A2, C1, C2
Trắc nghiệm/
Báo cáo
Tự luận/
A3, B1, C1, C2
Trắc nghiệm/

thực hành
Vấn đáp và A1, A2, B1, B2, C1,
thực hành
C2,
trên mơ hình

Số
cột

Thời điểm

1

kiểm tra
Sau 10 giờ.

2

Sau 20 giờ

1

Sau 30 giờ

4.2.3. Cách tính điểm
- Điểm đánh giá thành phần và điểm thi kết thúc môn học được chấm theo thang
điểm 10 (từ 0 đến 10), làm tròn đến một chữ số thập phân.
- Điểm môn học là tổng điểm của tất cả điểm đánh giá thành phần của môn học nhân
với trọng số tương ứng. Điểm mơn học theo thang điểm 10 làm trịn đến một chữ số thập
phân, sau đó được quy đổi xúcg điểm chữ và điểm số theo thang điểm 4 theo quy định của

Bộ Lao động Thương binh và Xã hội về đào tạo theo tín chỉ.
5. Hướng dẫn thực hiện môn học
5.1. Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng Trung cấp Vận hành máy thi công mặt đường
5.2. Phương pháp giảng dạy, học tập môn học
5.2.1. Đối với người dạy
* Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gờm: Trình chiếu, thuyết trình
ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, bài tập cụ thể, câu hỏi thảo luận nhóm….
* Thực hành:
- Phân chia nhóm nhỏ thực hiện bài tập thực hành theo nội dung đề ra.
- Khi Thực hành Giáo viên hướng dẫn, thao tác mẫu và sửa sai tại chỗ cho người học.
- Sử dụng các mơ hình, học cụ mơ phỏng để minh họa.
10


* Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nợi dung đề ra.
* Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân cơng các thành viên trong nhóm tìm
hiểu, nghiên cứu theo yêu cầu nội dung trong bài học, cả nhóm thảo luận, trình bày nội
dung, ghi chép và viết báo cáo nhóm.
5.2.2. Đối với người học: Người học phải thực hiện các nhiệm vụ như sau:
- Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp. Các tài liệu tham khảo sẽ được cung
cấp nguồn trước khi người học vào học môn học này (trang web, thư viện, tài liệu...)
- Sinh viên trao đổi với nhau, thực hiện bài thực hành và báo cáo kết quả
- Tham dự tối thiểu 70% các giờ giảng tích hợp. Nếu người học vắng >30% số giờ tích
hợp phải học lại Mơn học mới được tham dự kì thi lần sau.
- Tự học và thảo luận nhóm: Là một phương pháp học tập kết hợp giữa làm việc theo
nhóm và làm việc cá nhân. Một nhóm gồm 2-3 người học sẽ được cung cấp chủ đề thảo
luận trước khi học lý thuyết, thực hành. Mỗi người học sẽ chịu trách nhiệm về 1 hoặc một
số nội dung trong chủ đề mà nhóm đã phân cơng để phát triển và hồn thiện tốt nhất tồn bộ
chủ đề thảo luận của nhóm.
- Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ.

- Tham dự thi kết thúc môn học.
- Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học.
6. Tài liệu tham khảo:
[1]. GS.TS. Nguyễn Tất Tiến, Nguyên lý động cơ đốt trong, Nhà xuất bản Giáo dục, 2000
[2]. Ths. Văn Thị Bông, Nhiên liệu, dầu mỡ và chất lỏng chuyên dùng, Trường Đại học
Bách khoa TP. Hồ Chí Minh
[3]. Ths. Nguyễn Quang Trung, Nhiên liệu và vật liệu bôi trơn, Trường Đại học Bách khoa
Đà Nẵng
[4]. Ths. Đỗ Quốc Ấm, Chuyên đề Nhiên liệu và dầu mỡ, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật
TP. Hồ Chí Minh
[5]. PGS.TS. Nguyễn Văn Nhận, Nhiên liệu và môi chất chuyên dụng, Trường Đại học Nha
Trang

11


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU, DẦU MỎ
VÀ CHẾ BIẾN DẦU MỎ
Mã bài: MH11-01
Giới thiệu:
Nhiên liệu là không thể thiếu đối với động cơ sử dụng trên các loại máy thi cơng mặt
đường. Ứng với loại động cơ có thể sử dụng nhiên liệu xăng hay dầu diesel.
Bài học này giúp cho người thợ vận hành biết được đặc điểm, tính chất của từng loại
nhiên liệu và cách chế biến của từng loại nhiên loại đó.
Mục tiêu:
- Nêu được thành phần của dầu mỏ;
- Trình bày được tính chất của các loại Cacbuahydro có trong dầu mỏ;
- Rèn luyện tính cẩn thận chính xác, đảm bảo an tồn.
Phương pháp giảng dạy và học tập bài mở đầu
Đối với người dạy: Sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn

-

đáp, dạy học theo vấn đề, thao tác mẫu, uốn nắn và sửa sai tại chỗ cho người học); yêu cầu
người học nhớ các giá trị đại lượng, đơn vị của các đại lượng. Các bước quy trình thực
hiện.
Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình trước buổi học, thực hiện thao tác
theo hướng dẫn.
Điều kiện thực hiện bài học
-

-

Phịng học chun mơn hóa/nhà xưởng: Xưởng chun mơn máy thi cơng

-

Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác, mơ hình thực hành
và các mẫu nhiên liệu, vật liệu.....

-

Học liệu, dụng cụ, ngun vật liệu: Chương trình mơn học, giáo trình, tài liệu tham
khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan.

-

Các điều kiện khác: Khơng có

Kiểm tra và đánh giá bài học

-

Nội dung:

 Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức
 Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.
 Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:

+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.
12


+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học.
+ Nghiêm túc trong quá trình học tập.
-

Phương pháp:

 Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng)
 Kiểm tra định kỳ lý thuyết: khơng có

Kiểm tra định kỳ thực hành: khơng có
Nội dung chính:
1. DẦU MỎ
Dầu mỏ thường ở thể lỏng nhớt, nhưng cũng có loại dầu ngay ở nhiệt đô thường đã
đông đặc lại. Dầu mỏ có màu sắc thay đổi từ vàng nhạt tới đen sẫm, có ánh huỳnh quang.
Độ nhớt của dầu mỏ thay đổi trong một khoảng rất rộng, từ 5 tới 100 cSt (10 -6 m2/s) và có
thể hơn nữa. Độ nhớt lớn hơn hàng trăm lần so với nước nhưng tỷ trọng lại thấp hơn. Dầu
mỏ là sản phẩm phân hủy của xác động thực vật trong các lớp trầm tích, dưới tác dụng phá

hủy của các vi khuẩn hiếu khí. Dầu mỏ hình thành và có thể di chuyển khỏi nơi xuất hiện
ban đầu dưới tác động của các quy luật địa - vật lý, hóa - lý tự nhiên. Dầu mỏ sẽ ngừng dịch
chuyển và tồn tại ở những nơi có điều kiện địa chất thích hợp, hình thành những vỉa dầu.
Các vỉa dầu thường ở sâu trong lòng đất khoảng 2.000m trở lên. Muốn khai thác dầu mỏ,
người ta phải khoan những giếng khoan tới vỉa dầu. Dầu mỏ có thể tự phun lên do áp suất
cao tại các giếng dầu hoặc có thể được hút lên bằng các kỹ thuật và phương tiện bơm hút
phù hợp.
Khí dầu mỏ tồn tại ở hai dạng: khí đồng hành và khí thiên nhiên. Ở vỉa dầu, áp suất rất
lớn, một lượng khí dầu mỏ hịa tan trong dầu. Khi khai thác dầu mỏ, áp suất giảm chúng sẽ
chuyển thành thể khí đi kèm theo dầu, gọi là khí đồng hành. Cũng có những mỏ khí tồn tại
riêng khơng có dầu, gọi là khí thiên nhiên. Dầu mỏ và khí thiên nhiên có một ý nghĩa trọng
đại trong sự phát triển của nền kinh tế quốc dân. Từ dầu khí người ta chế biến thành các loại
nhiên liệu cung cấp năng lượng cho hoạt động của phần lớn những chủng loại động cơ, thiết
bị, máy móc. Ngồi nhiên liệu, từ dầu mỏ người ta sản suất các loại dầu mỡ khác nhau, các
loại nhựa đường,.... Cũng từ nhiên liệu dầu khí con người đã tạo lập ra một ngành công
nghiệp hùng mạnh vào bậc nhất trên thế giới là ngành công nghiệp hóa dầu.
1.1.Thành phần của dầu mỏ và khí tự nhiên
1.1.1.Thành phần nguyên tố của dầu mỏ và khí tự nhiên
Những nguyên tố chủ yếu tạo nên các hợp phần của dầu mỏ là cacbon (C) và hydro
(H). Hàm lượng cacbon chiếm 83,5-87% và hydro chiếm 11,5-14% khối lượng dầu mỏ.
Hàm lượng hydro trong dầu mỏ cao hơn hẳn so với các khống vật có nguồn gốc động, thực
vật phân hủy khác, như trong than bùn chỉ là 8%. Chính hàm lượng hydro cao so với cacbon
giải thích nguyên nhân dầu mỏ tồn tại ở trạng thái lỏng.
13


Cũng với cacbon và hydro, trong tất cả các loại dầu mỏ đều có lưu huỳnh (S), oxy (O)
và nitơ (N). Tổng hàm lượng S, O, N rất hiếm khi vượt quá 2-3% khối lượng. Trong số các
nguyên tố này, nitơ chiếm phần nhỏ, khoảng 0,001-0,3%. Hàm lượng oxy khoảng 0,1 – 1%,
tuy nhiên có loại dầu nhiều nhựa oxy chiếm tới 2-3%. Hàm lượng lưu huỳnh chiếm phần

chủ yếu. Ở loại dầu ít lưu huỳnh, hàm lượng S chiếm 0,1-1% khối lượng (dầu mỏ Việt Nam
có rất ít lưu huỳnh, hàm lượng lưu huỳnh nhỏ hơn 0,1%).
Loại dầu nhiều lưu huỳnh có hàm lượng lưu huỳnh lên tới 1-3% khối lượng hoặc hơn
nữa như trong một số dầu mỏ Mexico hàm lượng lưu huỳnh lên tới 3,65-5,30%, dầu
Uzơbekistan 3,2-6,3%. Dầu mỏ ít lưu huỳnh là dầu ngọt, có giá trị kinh tế cao, ngược lại,
dầu mỏ nhiều lưu huỳnh 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),
magie (Mg), crom (Cr), titan (Ti), coban (Co), kali (K), canxi (Ca), natri (Na) cũng như
phốtpho (P) và silic (Si). Hàm lượng những nguyên tố này rất nhỏ, tuy vậy sự tồn tại của
một số nguyên tố này cũng gây khó khăn cho các dây chuyền cho công nghệ chế biến dầu,
do các hợp chất vanadi và niken ảnh hưởng đến đa số chủng loại xúc tác hóa 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.Thành phần hóa học của dầu mỏ và khí tự nhiên
Thành phần chủ yếu tạo nên dầu khí là hydrocacbon. Hydrocacbon là những hợp chất
hữu cơ cấu tạo bởi hai nguyên tố hóa học là hydro (H) và cacbon (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 hóa học khác nhau và có
tính chất dị biệt.
1.1.2.1 Nhóm hydrocacbon parafin (hydrocacbon al-kan hay hydrocacbon no) bao gồm các
hydrocacbon có cơng thức tổng qt C nH2n+2. Trong đó n chính là số cacbon có trong mạch
phân tử. Ở phân tử hydrocacbon parafin, các nguyên tử cacbon liên kết với nhau tạo nên
một mạch cacbon hở, bằng liên kết đơn bền vững nên có tên là hydrocacbon no. Ở nhiệt độ
và áp suất thường (250C và 1bar), hydrocacbon parafin có thể ở các trạng thái khác nhau :
Thể khí (khi n = 1,2,3,3) như khí metan (CH 4), etan (C2H6), propan (C3H8), butan
(C4H10).
Thể lỏng (khi n = 5-17), như hexan (C 6H14), heptan (C7H16), octan (C8H18), nonan
(C9H20), decan (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 hịa tan trong dầu thơ. Khi ra khỏi vỉa trong q trình
khai thác, do áp suất giảm chúng chuyển thành thể khí, đó là khí đồng hành có thành phần là
khí metan, etan, propan, butan, và một phần pentan (C 5H10). Trong các mỏ khí tự nhiên
14


thành phần khí cũng bao gồm các hydrocacbon từ C 1 tới C5, nhưng nhiều thành phần nhẹ là
metan hơn. Các hydrocacbon parafin rắn cũng hòa tan trong các hydrocacbon thể lỏng. Như
vậy có thể hiểu dầu mỏ là một thể hỗn hợp các hydrocacbon, trong đó các hydrocabon khí
và rắn hịa tan trong các hydrocacbon lỏng
Hydrocacbon parafin có hai dạng cấu tạo hóa học:
Các nguyên tử cacbon liên kết thành mạch thẳng gọi là dạng n-parafin hay n-alkan
như n-octan (n-C8H18).
Các nguyên tử cacbon liên kết thành mạch nhánh gọi là dạng iso-parafin hay iso-alkan
như iso-octan (2.2.4-trimetylpentan)

1.2.2.2. Nhóm hydrocacbon naphten (hydrocacbon vịng no) bao gồm các hydrocacbon có
cơng thức tổng quát là CnH2n. Trong đó n là số nguyên tử cácbon trong mạch phân tử. Ở
phân tử hydrocacbon naphten, các nguyên tử cácbon liên kết với nhau tạo nên một vịng
cácbon kín bằng liên kết đơn bền vững, nên có tên là hydrocacbon vòng no. Loại
hydrocacbon naphten chủ yếu là vịng năm cacbon và vịng sáu cacbon có tên là
cyclopentan và cyclohexan.

1.2.2.3. Nhóm hydrocacbon aromat (hydrocacbon thơm) bao gồm các hydro cacbon có cơng
thức tổng qt CnH2n-6. Trong đó n chính là số cácbon trong mạch phân tử. Ở nhóm
hydrocacbon aromat, có một chất cơ bản là benzen với cơng thức nguyên là C 6H6. Trong
phân tử benzen, sáu nguyên tử cacbon liên kết thành một vịng có ba liên kết đơn và ba 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 hydro bằng các gốc alkyl với độ dài
và cấu trúc mạch khác nhau.

15


1.2.2.3. Nhóm hydrocacbon olefin cịn có tên hydrocacbon alken hay hydrocacbon khơng
no, bao gồm các hydrocacbon có cơng thức tổng quát C nH2n. Trong đó n là số cacbon trong
mạch phân tử. Ở phân tử hydrocacbon olefin, các nguyên tử cacbon liên kết với nhau tạo
nên một mạch cacbon 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 cấu trúc mạch thẳng (normal)
và nhánh (izo). 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 các nhiên liệu khác thu được từ một số dây chuyền công nghệ chế
biến sâu của nhà máy lọc dầu.

1.1.2.4. Những thành phần khác
Trong khí dầu mỏ ngồi các hợp phần hydrocacbon cịn có các khí khác như khí
cacbonnic (CO2), khí nitơ (N2), khí sunfua hydro (H2S) và các khí trơ argon (Ar), heli (He)
… 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 cao nhựa chất nhựa có khối lượng phân tử bằng 6001000, cịn asphalten có khối lượng phân tử lên tới 1000-2500 hoặc cao hơn. Nhựa asphalten
có tính ổn định hóa học kém, dễ bị oxy hóa, dễ làm sản phẩm dầu mỏ biến chất, đổi màu, dễ
tạo cốc và làm ảnh hưởng xấu các quá trình xúc tác trong chế biến dầu.
Ngồi nhựa asphlten trong dầu thơ cịn có các hợp chất chứa lưu huỳnh, nitơ và các
kim loại nặng. Đây đều những tạp chất làm giảm chất lượng của dầu, gây độc hai cho quá
trình chế biến dùng xúc tác, đồng thời gây ăn mòn kim loại và ô nhiễm môi trường.
2. SƠ LƯỢC VỀ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU MỎ
16


Nghành công nghiệp chế biến dầu mỏ phát triển rất nhanh, nhất là sau chiến tranh thế
giới lần thứ hai cho tới nay. Theo đánh giá chung trong tương lai lâu dài, dầu mỏ vẫn cịn
chiếm vị trí rất quan trọng trong lĩnh vực năng lượng và nguyên liệu hóa học mà khơng loại

ngun liệu nào có thể thay thế được. Dầu mỏ sau khi khai thác sẽ qua khâu xử lý tách
nước, tách muối và được đưa vào nhà máy lọc dầu để chế biến thành các sản phẩm đa dạng
và phong phú. Công nghệ chế biến dầu mỏ chủ yếu qua ba cơng đoạn chính là tách dầu mỏ
thành các phân đoạn riêng biệt bằng chưng cất, biến đổi thành các dạng hidrocacbon thích
hợp bằng các q trình chế hóa (hình 1.1) và tinh luyện để loại bỏ những thành phần khơng
mong muốn, có hại.
2.1. Chưng cất dầu mỏ
Chưng cất dầu mỏ là chế biến trực tiếp dầu mỏ trong các tháp chưng cất với các điều
kiện về 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 hóa học thành
dầu mỏ.
Q trình chưng cất được tiến hành theo hai giai đoạn:

Hình 1.1. Sơ đồ cơng nghệ chế biến dầu mỏ
2.1.1. Chưng cất khí quyển
Dầu mỏ được đưa vào trong lị ống, tại đó dầu được đun nóng lên tới 330-350 0C,
chuyển thành hơi di chuyển lên tháp tinh cất. Tháp có cấu tạo đĩa hoặc vật liệu nhồi để tăng
17


cường quá trình trao đổi nhiệt và chất giữa hai luồng vật chất ở thể lỏng và thể hơi vận
chuyển nguợc chiều nhau, nhờ đó có thể phân chia hỗn hợp hơi dầu mỏ thành các phân đoạn
có phạm vi độ sôi khác nhau. Tuy nhiên cũng cần lưu ý rằng, phạm vi độ sôi của các phân
đoạn chỉ là tương đối, có thể thay đổi, phụ thc vào u cầu 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 thô (naphtha) từ 40 đến 2000C.
- Dầu hỏa (kerosinc) từ 140-3000C.
- Phân đoạn điêzen (gas oil) từ 230-3500C.
- Cặn chưng cất (residue) độ sôi lớn hơn 3500C.

Phân đoạn naphta cịn gọi là xăng chưng cất, nó có thể dùng pha chế với các loại xăng
khác làm xăng thương phẩm. Ngồi ra có thể chưng cất xăng thơ thành các phân đoạn có
phạm vi sơi hẹp hơn là naphta nhẹ, naphta trung bình, naphta nặng dùng làm nguyên liệu
cho các q trình chế biến sau.
Phân đoạn kerosin (KO) có thể tinh chế dung làm nhiên liệu phản lực. Ngoài ra cũng
có thể dùng kerosin làm khí đốt hay làm ngun liệu cho các dây chuyền công nghệ khác.
Phân đoạn gasoil có thể dùng làm nhiên liệu cho động cơ diezen (DO), đồng thời có
thể dùng làm nguyên liệu cho quá trình chế biến sau.
Phân đoạn cặn chưng chất khí quyển cịn gọi là cặn mazut (resi-duc) có thể dùng làm
nhiên liệu đốt lò (FO) hoặc chuyển vào tháp chưng cất khí quyển – chân khơng để tách làm
các phân đoạn nặng có phạm vi độ sơi khác nhau.
2.1.2. Chưng cất khí quyển – chân khơng
Cặn chưng cất khí quyển được đưa vào tháp chưng cất khí quyển chân khơng. Tại dây
mazut được phân chia thành 3 phân đoạn và phần cặn:
- Phân đoạn nhẹ (lingt fraction)
- Phân đoạn trung bình (midle fraction)
- Phân đoạn nặng (heavy fraction)
- Phần cặn (vacuum residue hay gudron), có độ sơi > 5000C
Ba phân đoạn này sử dụng làm nguyên liệu chế biến ba loại dầu nhờn gốc. Phần cặn
chưng cất chân khơng có thể dùng làm nguyên liệu tách lọc dầu nhờn cặn (bright stok) hay
nguyên liệu sản xuất bitum, hoặc làm nguyên liệu cho công nghệ chế biến sau.
2.2. Các công nghệ chế hóa dầu mỏ
Q trình chưng cất dầu mỏ chủ yếu dựa vào tính chất vật lý là bay hơi và ngưng tụ.
Trong q trình chưng cất khơng xảy ra các q trình hóa học biến đổi thành phần
18


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 biến đổi các thành phần chứa trong dầu mỏ.

2.2.1. Cracking
Cracking là quá trình bẻ gãy mạch cacbon của hydrocacbon. Trong cơng nghệ dầu mỏ,
q trình này được ứng dụng để biến đổi các phân đoạn nặng thành các sản phẩm nhẹ tương
ứng với các khoảng sơi của các sản phẩm như xăng, kerosen, diesel. Có thể thực hiện phản
ứng dưới tác dụng của nhiệt độ (cracking nhiệt) và xúc tác (cracking xúc tác)
Cracking nhiệt là quá trình phân huỷ dưới tác dụng của nhiệt, thực hiện ở nhiệt độ
470-5400C, áp suất 20-70 at. Mục tiêu quá trình nhằm thu hồi xăng từ phần nặng và thu hồi
một số olefin sử dụng trong công nghiệp tổng hợp hố dầu. Ngun liệu của cơng đoạn này
là phần cặn chưng cất mazut và gudron cũng như các phần cặn của quá trình chế biến khác.
Quá trình cracking nhiệt đơn thuần cho ra các sản phẩm kém giá trị, do đó người ta
sáng tạo ra các cơng nghệ kết hợp sử dụng nhiệt với các chất xúc tác (cracking xúc tác) để
nâng cao chất lượng sản phẩm thu đựơc. Các chất xúc tác được sử dụng có tác dụng:
- Tăng tốc độ phản ứng.
- Làm giảm nhiệt độ cần thiết của phản ứng.
- Tăng tính chọn lọc (hướng phản ứng theo hướng cần thiết).
Mục đích của cracking xúc tác nhằm biến đổi các phân đoạn dầu mỏ có phân tử lượng
lớn thành các cấu tử xăng có chất lượng cao. Ngồi ra cịn thu thêm các sản phẩm phụ khác
như khí, nhiên liệu diezen. Các chất xúc tác thường dùng là các alumino silicat dạng vơ định
hình hoặc tinh thể zeolit.
2.2.2. Reforming xúc tác
Dây chuyền reforming xúc tác nhằm thu được xăng có chất lượng cao, hỗn hợp
hydrocacbon thơm và khí hydro kỹ thuật nhờ q trình chuyển hóa xúc tác các phân đoạn
naphta của chưng cất hoặc chế biến sau. Xúc tác sử dụng có thể là hệ đơn kim loại, nhị kim
loại hoặc đa kim loại, chủ yếu là bạch kim (Pt) với chất kích hoạt xúc tác ở dạng axit là flor
(F) hoặc clo (Cl).
Nguyên liệu dùng cho reforming xúc tác tùy thuộc vào nhu cầu sản phẩm nên rất khác
nhau:
- Để sản xuất xăng dùng phân đoạn naphta rộng (60 – 900C tới 1800C).
- Để sản xuất các hydrocacbon thơm benzen, tuloen và xylen dùng các phân đoạn naphta
hẹp có phạm vi độ sơi tương ứng là 62-8500C, 85-1050C và 105-1400C.

Sản phẩm thu được gồm:
- Hỗn hợp khí chứa trong thành phần nhiều metan, etan, propan và butan, dùng làm nhiên
19


liệu hoặc được tách lọc thành những hợp phần thích hợp dùng cho tổng hợp hóa dầu.
- Reformat là hỗn hợp lỏng có thành phần các nhóm hydrocacbon thơm 40-65%,
hydrocacbon pharafin và naphten 34-59%, 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
có tính ổn định hóa học tốt. Cũng do hàm lượng hydrocacbon thơm rất cao nên dùng làm
nguyên liệu tách lọc các loại hydrocacbon thơm: benzen, toluen và xylen làm nguyên liệu
cho hóa dầu.
- Khí hydro kỹ thuật có chứa tới 75-85% thể tích 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 hóa…
2.2.3. Polymer hố (polymerization)
Cơng nghệ sản xuất xăng từ hydrocarbon ở thể khí bằng cách kết hợp hai hoặc nhiều
phân tử hydrocarbon nhỏ thành một phân tử hydrocarbon có nhiệt độ sơi trong phạm vi
nhiệt độ sôi của xăng. Nguyên liệu cho công nghệ polymer hoá thường là butane, propane
hoặc hỗn hợp butane-propane. 100 % sản phẩm thu được là olefin, trong đó chủ yếu là
olefin C8 và C9 . Q trình polymer hố hiện nay thường được tiến hành trong điều kiện áp
suất tới 50 bar, nhiệt độ tới 700 0C và có chất xúc tác.
2.2.4. Isomer hoá và Alky hoá ( isomerization, alkylation )
Trong q trình isomer hố, các parafin thường có cấu trúc mạch thẳng được biến đổi
thành isoparafin có cấu trúc mạch nhánh. Trong q trình alky hố, các phân tử olefin và
isoparafin ở thể khí được kết hợp thành phân tử isoparafin lỏng, thí dụ :
Butene + Isobutane → Isooctane.
Cả hai quá trình trên đều được tiến hành dưới tác dụng của chất xúc tác và nhằm mục
đích tạo ra isoparafin có tính chống kích nổ cao
2.2.5. Hydrocracking

Quy trình hydrocracking nhằm bẻ gãy các mối nối C-C có sự tham gia của hydro.
Dưới ảnh hưởng của khí hydro các hợp chất chứa lưu huỳnh, nitơ, oxy có trong nguyên liệu
được hồn tồn loại bỏ, các hợp chất khơng no được no hóa. Do đó sản phẩm hydrocracking
hầu như chỉ là các sản phẩm sáng màu có độ sạch và tính ổn định cao, khơng có phần cặn
dầu.
Ngun 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 khơng, phân đoạn gas oil của các quy
trình chế biến sau, các loại dầu mazut.
Sản phẩm thu được bao gồm:
- Hỗn hợp khí chủ yếu là khí hydrocacbon no như propan và butan, dùng làm nguyên liệu
20