Nhiên liệu dầu khí - Hoa Hữu Thu Phần 1 ppt

NXB Đại học quốc gia Hà Nội 2007. 120 tr.

Từ khoá: nhiên liệu dầu khí, tính chất của nhiên liệu, cháy hợp thức, cháy không
hoàn toàn, năng suất tỏa nhiệt, nhiên liệu, sản xuất nhiên liệu, lọc dầu, dầu mỏ, than
đá, cát bitum, nham phiến, dầu mỏ, khí thiên nhiên, dầu madút, xăng động cơ, nhiên
liệu khí, phân tích nhiên liệu, nhiệt trị, sự cháy, cơ sở vật lý của sự cháy, cơ sở hóa
học của sự cháy, động học của sự cháy, tự b
ốc cháy, sự nổ, ngọn lửa.
Tài liệu trong Thư viện điện tử ĐH Khoa học Tự nhiên có thể được sử dụng cho
mục đích học tập và nghiên cứu cá nhân. Nghiêm cấm mọi hình thức sao chép, in
ấn phục vụ các mục đích khác nếu không được sự chấp thuận của nhà xuất bản và
tác giả.


Mục lục

MỞ ĐẦU 4
Chương 1 NHỮNG TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA NHIÊN LIỆU 5
1.1 Nhiệt độ bốc cháy của nhiên liệu 5
1.2 Giới hạn nổ của nhiên liệu 7
1.3 Tốc độ truyền lửa 9
1.4 Nhiệt độ ngọn lửa 11
1.5 Sự cháy hợp thức và sự cháy không hoàn toàn 12
1.5.1 Sự cháy hợp thức (Sự cháy hoàn toàn) 12
1.5.2 Sự cháy của các ankan 13
1.5.3 Sự cháy không hoàn toàn 15
1.6 Hiệu ứng phân ly trong ngọn lửa 18
1.7 Năng suất tỏa nhiệt (NSTN hay nhiệt trị) 18

1.7.1 Nhiệt trị tinh và nhiệt trị thô 18
1.7.2 Tính toán nhiệt trị 19
1.8 Cường độ nhiệt 20
Nhiên liệu dầu khí


Hoa Hữu Thu

Chương 2 SẢN XUẤT NHIÊN LIỆU 23
2.1 Sản xuất nhiên liệu từ dầu mỏ 23
2.2 Sản xuất nhiên liệu từ lọc dầu 27
2.3 Sản xuất nhiên liệu từ cát bitum (Bituminous Sands) 31
2.4 Sản xuất nhiên liệu từ dầu nham phiến 32
2.5 Sản xuất nhiên liệu từ dầu than đá 33
Chương 3 CÁC NHIÊN LIỆU TỪ DẦU MỎ, KHÍ THIÊN NHIÊN 35
3.1 Nhiên liệu lỏng nặng (FO) (dầu madút) 35
3.1.1 Bố trí cung cấp dầu cho lò đốt 35
3.1.2 Phun dầu và lò đốt bằng dầu 36
3.1.3 Yêu cầu kĩ thuật đối với dầu madút (FO) 37
3.2 Xăng động cơ 37
3.2.1 Xăng tự nhiên (natural gasoline - casing - head spirit) 38
3.2.2 Xăng thu được bằng cách cất trực tiếp từ dầu thô 39
3.2.3 Xăng crackinh và xăng refominh 40
3.3 Nhiên liệu điezen (DO) 51
3.4 Nhiên liệu khí 56
Chương 4 PHÂN TÍCH NHIÊN LIỆU 64
4.1 Những vấn đề chung 64
4.2 Xác định nhiệt trị 66
Chương 5 71
Cơ sở vật lí và hóa học của sự cháy 71

5.1 Vài nét khái quát về sự cháy 71
5.2 Nhiệt động học và động học của sự cháy 74
5.2.1 Cơ sở nhiệt động học của sự cháy 74
5.2.2 Cơ sở động học của sự cháy 78
5.3 Sự tự bốc cháy. Sự nổ 83
5.3.1 Xác định nhiệt độ tự bốc cháy 86
5.3.2 Giới hạn cho sự tự bốc cháy 90
5.4 Sự phát quang hoá học và ion hoá hóa học 94
5.4.1 Sự phát quang hóa học 95
5.4.2 Ion hoá hóa học 97
Chương 6 ỨNG DỤNG CỦA NGỌN LỬA 100
6.1 Sự tạo thành các hạt cacbon trong ngọn lửa 100
6.2 Sản xuất axit xianhiđric bằng sự đốt cháy 101
6.3 Sự tạo thành nitơ oxit trong ngọn lửa 102
6.4 Sản xuất năng lượng 104
6.4.1 Đốt cháy công nghiệp và dân dụng 104
6.4.2 Sản xuất công cơ học và đẩy 105
6.4.3 Vấn đề an toàn sự cháy 106
Chương 7 PHỤ GIA NHIÊN LIỆU 107
7.1 Phân loại các loại phụ gia nhiên liệu 107
7.1.1 Các phụ gia tẩy rửa và chống đông đặc 107
7.1.2 Chất phụ gia tăng cường độ chảy rót 107
7.1.3 Các phụ gia kìm hãm oxi hoá, ăn mòn và lão hóa 107
7.1.4 Phụ gia khống chế phát thải, khói và giúp đỡ sự cháy 108
7.1.5 Các phụ gia chống kích nổ 108

7.1.6 Các phụ gia chống tích điện, diệt khuẩn, màu và phụ gia nhũ hoá 108
7.2 Phụ gia cho xăng 108
7.3 Nhiên liệu sạch 109
PHỤ LỤC 1 112

PHỤ LỤC 2 114

6

Bảng 1.
Nhiệt độ bốc cháy (°C) của một số nhiên liệu và khí
Nhiên liệu Trong không khí Trong quyển oxi
Metan 580 506
Etan 472 432
n-Pentan 218 208
Toluen 552 516
Xăng (OC73) 300 290
Dầu điezen (chỉ số xetan 60) 247 242
Hiđrosunfua 292 220
Hình 1 trình bày mối liên quan giữa áp suất và nhiệt độ bốc cháy của nhiên liệu
hiđrocacbon. Ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyển, một số khí có nhiệt độ tự bốc cháy ở
trong vùng B. Nhưng ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển, các khí đơn giản như: CH
4
,
C
2
H
4
, có nhiệt độ tự bốc cháy giảm đi khi áp suất tăng (đường C). Với các hiđrocacbon
lớn hơn C
3
thì tồn tại một vùng nhiệt độ tương đối thấp (từ 300°C đến 400°C, vùng A) mà
trong vùng này sự cháy cho hiện tượng “ngọn lửa lạnh”. Nhưng từ trên 400°C, sự cháy có
thể xảy ra hoàn toàn và nhiệt độ bốc cháy lại biến đổi theo đường cong C.

Hình 1.
Ảnh hưởng của áp suất lên nhiệt độ bốc cháy của khí và hơi
Đối với các nhiên liệu dùng cho động cơ điezen, việc xác định nhiệt độ bốc cháy của
chúng được tiến hành trong các động cơ chuẩn ở các điều kiện nhiệt độ và áp suất nhất
định theo phương pháp của Foord. Theo phương pháp này, người ta có thể đo được chính
xác thời gian trễ giữa thời điểm tiêm nhiên liệu vào động cơ và thời gian xảy ra sự cháy.
Thông thường, nhiệt độ tiêu chuẩn ban đầu được lấy là nhiệt độ thấp nhất mà ở đó nhiên
liệu sau một thời gian phân hủy sẽ bùng cháy, thời gian này có thể tới hàng giây. Như vậy
thời gian trễ cháy là quan trọng. Đương nhiên thời gian này có thể rút ngắn bằng cách nâng
nhiệt độ và sẽ không lớn hơn 1/5 ÷ 2/5 giây đối với động cơ điezen tốc độ cao.

8
nạn do sự rò rỉ của khí dễ cháy hay hơi dễ cháy trong không khí. Điều này cũng rất quan
trọng đối với việc sử dụng thực tế các hỗn hợp nhiên liệu trong động cơ đốt trong.
Các yếu tố ảnh hưởng tới các giới hạn cháy là: (1) nhiệt trị, (2) thể tích tương đối
và nhiệt dung riêng của các khí, (3) nhiệt độ bốc cháy. Cả hai giới hạn này còn bị ảnh
hưởng bởi dạng của bình chứa khí, hướng truyền, áp suất và nhiệt độ. Sự truyền hướng
lên trong một ống có đường kính 7,5 cm cho những điều kiện tối ưu nhất. Các giới hạn
của tính dễ cháy của một số nhiên liệu được trình bày trong bảng 3.
Bảng 3.
Các giới hạn của tính dễ cháy của các nhiên liệu khí và lỏng ở
nhiệt độ và áp suất khí quyển (theo % thể tích) trong không khí
Loại khí Giới hạn thấp Giới hạn cao
Khí lò 35 74
Khí than 5,3 31,5
Khí thiên nhiên 4,8 13,5
Khí ướt 6,0 55
Dầu mỏ 1,4 6,0
Benzen 1,4 7,4
Cồn etylic 3,6 18

Ảnh hưởng của sự thay đổi đường kính ống và hướng của dòng nhiên liệu được trình
bày trong bảng 4 (ở đây L hướng lên trên, X là hướng xuống dưới, N là hướng nằm ngang
của dòng).
Bảng 4.
Ảnh hưởng của sự thay đổi đường kính ống và hướng của dòng nhiên liệu trong quá trình cháy
Đường kính ống (cm)
7,5 5 2,5
Hướng dòng nhiên liệu
L N X L N X L N X
Giới hạn thấp
2,60 2,68 2,78 2,60 2,68 2,80 2,73 2,78 2,90
Giới hạn cao
> 80,5 78,5 71,0 78,0 68,5 63,5 70,0 59,5 65,5
Với những hiđrocacbon lớn hơn C
3
các giới hạn trở nên phức tạp do hiện tượng lửa
lạnh. Vùng lửa bình thường tập trung gần hỗn hợp lý thuyết cho sự cháy hoàn toàn, còn
vùng lửa lạnh tập trung gần thành phần hoạt động nhất trong sự cháy chậm.
Bảng 5.
Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất lên giới hạn tính dễ cháy trong
không khí của một số nhiên liệu và khí
Nhiệt độ (°C)
H
2
CO
CH
4

(HT lên)*
CH

4
(HT
xuống)*
17 9,4 - 71,5 16,3 - 70,0 6,3 - 1,9 6,0 - 13,4
100 8,8 - 73,5 14,8 - 71,5 6,0 - 13,7 5,4 - 13,5
200 7,9 - 76,0 13,5 - 73,0 5,5 - 1,6 5,0 - 13,8

10
đối với 5 hiđrocacbon đầu trong dãy ankan có tốc độ truyền lửa vào khoảng 6,1 m trong 1
giây.
Khi sự truyền lửa được nghiên cứu bằng phương pháp ống như ở trên, người ta thấy
rằng tốc độ truyền lửa giảm đi theo đường kính ống tới một giá trị nhất định. Tốc độ truyền
lửa trong ống đường kính 2,54 cm giảm đi một nửa so với trong ống 30,5 cm.
Khi nghiên cứu tốc độ truyền lửa của các nhiên liệu, người ta thấy rằng ở phần trăm
khí thấp thì tốc độ cũng thấp. Khi phần trăm khí tăng lên thì tốc độ truyền cũng tăng lên tới
một cực đại và sau đó lại giảm đi khi đạt tới giới hạn trên của tính dễ bắt lửa. Các tốc độ
thấp nhất, tốc độ của các hỗn hợp giới hạn là như nhau đối với tất cả các khí, vào khoảng
19,8 cm/s (xem hình 2).


Hình 2.
Tốc độ chuyển động đều của ngọn lửa các nhiên liệu khí trong không khí
Tốc độ truyền lửa cũng bị ảnh hưởng bởi sự có mặt của hơi nước. Ví dụ, đối với CO
tốc độ truyền lửa giảm đi đáng kể khi có mặt nước. Những giá trị thu được trong một ống
6,35 cm được trình bày trong bảng 6 sau đây.
Bảng 6.
Tốc độ truyền lửa cực đại của hỗn hợp nhiên liệu khí với không khí
trong ống nằm ngang

Tốc độ (cm/s) với đường kính

ống
Nhiên liệu khí
% nhiên liệu
khí trong hỗn
hợp
2,5 (cm) 5,0 (cm)
Hiđro 35 490 -
Metan 9,5 66 91
Etan 6,5 86 130
Propan 4,6 80 120
Butan 3,7 83 113
Pentan 3,0 82 115