Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ LPG DO và góc phun sớm đến hàm lượng các chất độc hại có trong khí thải động cơ diesel cỡ nhỏ chạy bằng LPG và DO

1


MỤC LỤC

Trang
Mục lục… 1
Danh mục các chữ viết tắt 3
Danh mục các bảng………………………………………………………. 4
Danh mục các hình………………………………………………………. 5
Lời nói đầu………………………………………………………………. 8
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU DÙNG CHO
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG


10
1.1. Yêu cầu đối với nhiên liệu động cơ đốt trong 10
1.2. Phân loại nhiên liệu động cơ đốt trong

12
1.3. Thành phần hóa học của nhiên liệu ĐCĐT 22
1.4. Tính chất lý-hóa của sản phẩm dầu mỏ 25
1.5. Nhiên liệu diesel 32
Chương 2: ẢNH HƯỞNG CỦA NHIÊN LIỆU VÀ GÓC PHUN SỚM
ĐẾN HÀM LƯỢNG CÁC CHẤT ĐỘC HẠI TRONG
KHÍ THẢI CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG



39

2.1. Các chất độc hại trong khí thải của động cơ đốt trong 39
2.2. Cơ chế hình thành các chất độc hại trong khí thải
của động cơ đốt trong

45
2.3. Ảnh hưởng của nhiên liệu đến hàm lượng các chất độc hại
trong khí thải của động cơ đốt trong


56
2.4. Ảnh hưởng của góc phun sớm đến hàm lượng các chất độc hại
trong khí thải của động cơ diesel


62
Chương 3: VẤN ĐỀ SỬ DỤNG KHÍ HÓA LỎNG
CHẠY ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG


67
3.1. Khí hóa lỏng 67
3.2. Động cơ đốt trong chạy bằng LPG 74
Chương 4: THÍ NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ LỆ LPG/DO VÀ
GÓC PHUN SỚM ĐẾN HÀM LƯỢNG CÁC CHẤT ĐỘC
HẠI TRONG KHÍ THẢI CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL ………


86

2

4.1. Mục tiêu và nội dung thí nghiệm

86
4.2. Trang thiết bị thí nghiệm 86
4.3. Phương pháp thí nghiệm

99
4.4. Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của tỷ lệ LPG/DO đến hàm lượng
các chất độc hại trong khí thải động cơ diesel 195S

101
4.5. Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của góc phun sớm nhiên liệu
các chất độc hại trong khí thải động cơ diesel 195S

103
4.6. Kết luận và đề xuất ý kiến 107
Tài liệu tham khảo 109

3

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

STT


1 A American Society for Testing and Materials ASTM
2 B Bảng B
3 C Chất thải dạng hạt PM
4 C Chỉ số Octane MON
5 D Dầu Diesel DO
6 Đ Động cơ đốt trong ĐCĐT
7 Đ Điểm chết trên ĐCT
8 Đ Điểm chết dưới ĐCD
9 H Hình H
10

S Sản phẩm dầu mỏ SPDM
11

L Khí hóa lỏng LPG
12

T Tiêu chuẩn Việt nam TCVN
13

T Tỷ trọng VG
14

T Tetraethyllead TEL
15

T Tetramethyllead TML
16

G Góc phun sớm















4

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang
Bảng 1-1. Phân loại tổng quát nhiên liệu ĐCĐT…………………………. 10
Bảng 1-2. Một số tính chất của khí đốt ….………………………………. 11
Bảng 1-3. Thành phần của một số loại khí lọc-hoá dầu………………….

11
Bảng 1-4. Dầu hoả theo tiêu chuẩn ASTM - D.3699-90…………………. 15
Bảng 1-5. Dầu hoả theo tiêu chuẩn Việt nam TCVN 6240 – 1997.


15
Bảng 1-6. Tính chất nhiệt động cơ bản của một số loại nhiên liệu lỏng …

17
Bảng 1-7. Thang màu Ostwald……………………………………………

23
Bảng 1-8. Chỉ tiêu kỹ thuật của nhiên liệu diesel theo ASTM D975……. 35
Bảng 1-9. Nhiên liệu diesel - PETROLIMEX…………………………

36
Bảng 3.1 : Đặc trưng kỹ thuật của LPG………………………………… 66
Bảng 3.2: Đặc tính lý hóa của các loại LPG thương phẩm………………. 67
Bảng 3.3: So sánh LPG với các loại nhiên liệu cổ điển…………………

68
Bảng 3.4: So sánh LPG với xăng và dầu diesel………………………… 68

Bảng 3.5 : Chỉ số octane của một số chất

69
Bảng 3.6: Chỉ tiêu chất lượng của LPG của PTROLIMEX……………… 69
Bảng 3.7: LPG của Nga theo tiêu chuẩn
NOP

2044 – 75………………
70
Bảng 3-8. Sản lượng và tiêu thụ khí hoá lỏng tại châu Á 71
Bảng 3.9:Mức độ phát sinh ô nhiễm của ô tô sử dụng LPG…… ………

82
Bảng 4-1. Đặc điểm kỹ thuật của động cơ diesel S195…………………… 85
Bảng 4-2. Thông số kỹ thuật của máy phát điện T - 7,5………………… 86
Bảng 4-3. Các thông số của photointerupter ITR-H-0115……………… 90
Bảng 4-4. Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng của tỷ lệ LPG/DO đến hàm
lượng chất độc hại trong khí thải của động cơ D12………………………

99
Bảng 4-5. Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng của góc phun sớm đến hàm
lượng chất độc hại trong khí thải của động cơ D12………………………

101


5

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

H. 1-1 Sơ đồ lò sinh khí……………………………………………………. 12
H. 1-2 Quan hệ giữa VG , DI và CN………………………………………. 32
H. 1-3. Khe hở giữa các cặp siêu chính xác và khả năng lọc……………… 33
H. 1-4. Đường ngưng tụ và đường sôi của hỗn hợp H
2
O - H
2
SO
4

ở áp suất
0,115 at……………………………………………………………………

34
H. 1-5. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến cường độ ăn mòn của hỗn hợp H
2
O -
H
2
SO
4……………………………………………………………………………………………………………


34

H. 2-1. Phổ bức xạ từ mặt trời (a) và mặt đất (b)…………………………

40
H. 2-2. Hiệu ứng nhà kính………………………………………………….

40
H. 2-3. Tỉ lệ % của các chất khí gây hiệu ứng nhà kính…………………… 40
H. 2-4. Biến thiên tỷ lệ NO
2
/NO theo tải và tốc độ quay của động cơ diesel

44
H. 2-5. Đặc điểm biến thiên của  theo tải và tốc độ quay của động cơ
xăng…………………………………………………………………………

46
H. 2-6. Những khu vực xuất hiện hiện tượng tôi màng lửa……………… 46
H. 2-7. Đặc điểm phân bố thành phần hỗn hợp cháy trong tia nhiên liệu ở
động cơ diesel………………………………………………………………

47
H. 2-8: Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí () đến nồng độ
monoxide carbon (CO)……………………………………………………

49
H. 2-9: Ảnh hưởng của  đến hàm lượng các chất CO, NO
x
,và HC trong
khí thải của động cơ xăng…………………………………………………

50
H. 2-10. Quá trình tạo bồ hóng trong động cơ diesel……………………… 52
H. 2-11. Cấu trúc chuỗi bồ hóng và dạng những hạt sơ cấp………………. 52
H. 2-12. Cấu trúc tinh thể graphit và mô hình cấu trúc hạt sơ cấp………… 52
H. 2-13. Ảnh hưởng của số cetane đến hàm lượng CO và HC trong khí thải
của động cơ diesel…………………………………………………………


60
H. 2-14. Ảnh hưởng của góc phun sớm đến áp suất và nhiệt độ trong
xylanh của động cơ diesel

61
H. 2-15. Quan hệ giữa góc phun sớm tối ưu (
opt
) với công suất (N
e
)
61

6

H. 2-16: Ảnh hưởng của góc phun sớm tới mức độ phát sinh ô nhiễm ở
động cơ diesel

63
H. 2-17. Ảnh hưởng của góc phun sớm đến mức độ phát sinh C
n
H
m

và
NO
x

63
H. 3-1. Tỷ lệ sử dụng khí hoá lỏng ở Pháp (a) và ở Hà lan (b) 71
H 3-2: Bộ chế hoà khí dạng màng 76
H. 3-3: Bộ CHK dạng van modul 76
H. 3-5: Tạo hỗn hợp bằng cách dẫn khí ga vào họng bộ CHK nguyên thuỷ 77
H. 3-6: Hệ thống cung cấp nhiên liệu kiểu ống Venturi trên ô tô hiện đại 78
H. 3.7: Cung cấp ga bằng soupape ga 78
H. 3-8: Hệ thống phun nhiên liệu LPG dưới dạng lỏng 79
H. 3-9: Hệ thống bốc hơi giãn nở LPG 80
H. 3-10: So sánh mức độ phát ô nhiễm của ô tô dùng xăng và LPG 82
H. 3-11: So sánh thành phần hydrocarbure trong khí xả của động cơ dùng
xăng và LPG.

83
H. 3-12: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến mức độ phát sinh ô nhiễm của ô tô 83
H. 4-1. Động cơ diesel S195 85
H. 4-2. Máy phát điện 86
H. 4-3. Cụm phụ tải 87
H. 4-4. Cặp nhiệt điện 88
H. 4-5. Cấu tạo của cảm biến tốc độ 89
H. 4-6. Sơ đồ nguyên lý của van điện từ 90
H. 4-7. Hình ảnh thực tế của van điện từ 91
H. 4-8. Bộ vi xử lý trung tâm và vi mạch điều khiển 91
H. 4-9. Điều khiển cấp nhiên liệu 92
H. 4-10. Thiết bị đo độ đục khí thải MDO 2 92
H. 4-11. Thiết bị MGT5 đo hàm lượng HC và CO 93

H. 4-12. Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu 93
H. 4-13. Sơ đồ nguyên lý bộ giảm áp-hoá hơi 94
H. 4-14. Hình ảnh thực tế của bộ giảm áp-hoá hơi 95
H. 4-15. Sơ đồ nguyên lý van tiết lưu 96
H. 4-16. Bộ trộn dạng tấm 96

7

H. 4-17.

Các lá căn điều chỉnh góc phun sớm nhiên liệu 97
H. 4-18. Biến thiên độ đục khí thải theo tỷ lệ LPG/DO 99
H. 4-19. Ảnh hưởng của tỷ lệ LPG /DO đến hàm lượng HC 100
H. 4-20. Ảnh hưởng của tỷ lệ LPG /DO đến hàm lượng CO 100
H. 4-21. Ảnh hưởng của góc phun sớm đến độ đục khí thải ở chế độ n =
1200 v/ph, N
e
= 2,6 kW
102
H. 4-22. Ảnh hưởng của góc phun sớm đến nồng độ HC ở chế độ n =
1200 v/ph, N
e
= 2,6 kW
102
H. 4-23. Ảnh hưởng của góc phun sớm đến nồng độ CO ở chế độ n = 1200
v/ph, N
e
= 2,6 kW
102
H. 4-24. Ảnh hưởng của góc phun sớm đến độ đục khí thải 103

H. 4-25. Ảnh hưởng của góc phun sớm đến nòng độ HCở chế độ n = 1400
v/ph, N
e
= 3,1 kW
103
H. 4-26. Ảnh hưởng của góc phun sớm đến nồng độ CO ở chế độ n = 1400
v/ph, N
e
= 3,1 kW
103
H. 4-27. Ảnh hưởng của góc phun sớm đến độ đc khí thải ở chế độ n =
1600 v/ph, N
e
= 3,6 kW
104
H. 4-28. Ảnh hưởng của góc phun sớm đến nồng độ HC ở chế độ n = 1600
v/ph, N
e
= 3,6 kW
104
H. 4-29. Ảnh hưởng của góc phun sớm đến nồng độ CO ở chế độ n = 1600
v/ph, N
e
= 3,6 kW
104

8

LỜI NÓI ĐẦU
Trên thế giới hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường đang trở nên ngày càng
nghiêm trọng. Ô nhiễm môi trường bắt nguồn từ nhiều nguyên nhân khác nhau, trong
đó khí thải từ động cơ đốt trong của các phương tiện giao thông vận tải là nguồn nguy
hại đáng kể. Bên cạnh đó, sự khủng hoảng của thị trường dầu mỏ trên thế giới khiến
giá xăng dầu leo thang đặt ra vấn đề phải tìm kiếm các nguồn nhiên liệu mới thay thế
cho nguồn nhiên liệu truyền thống nhằm chủ động trong việc cung cấp nhiên liệu. Các
nguồn năng lượng mới trên thế giới đang được ứng dụng ngày càng phổ biến là: khí
Hyđrô, khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG), khí tự nhiên hóa lỏng (LNG), năng lượng mặt trời,
năng lượng gió… Các nguồn năng lượng này không chỉ đem lại những lợi ích to lớn
về kinh tế - xã hội mà còn là các nguồn năng lượng “sạch” bảo vệ môi trường.
Phương án, giải pháp nhằm hạn chế ô nhiễm, bảo vệ môi trường được các quốc
gia trên thế giới lựa chọn chính là ngăn chặn, giảm thiểu và từng bước khắc phục hậu
quả ô nhiễm. Tại châu Âu và Mỹ đa phần đã áp dụng tiêu chuẩn khí thải của phương
tiện giao thông vận tải phải đạt mức tiêu chuẩn Euro 4 vì lo ngại khí thải do các
phương tiện này gây ra ô nhiễm. Ở Việt Nam với sự tăng trưởng mạnh mẽ về kinh tế
đi kèm là sự gia tăng mạnh mẽ các phương tiện giao thông vận tải để đáp ứng nhu cầu
đi lại, lưu thông hang hóa; do đó tình trạng ô nhiễm không khí do động cơ đốt trong
gây ra ngày càng trầm trọng. Chính phủ Việt Nam đã và đang quan tâm rất lớn đến vấn
đề này như : Ban hành Quyết định 249 /2005/QĐ-TTg ngày 10 /10 /2005 của Thủ
tướng Chính phủ về lộ trình áp dụng việc kiểm tra khí thải bắt buộc đối với các
phương tiện cơ giới đường bộ.

Trên thế giới cũng như ở Việt Nam đã có rất nhiều những nghiên nhằm hạn chế
vấn đề ô nhiễm môi trường do động cơ đốt trong gây ra như : thay thế các nhiên liệu
mới có các sản phẩm cháy ít độc hại hơn; cải tiến động cơ nhằm tăng hiệu suất đốt
cháy, ứng dụng “tự động hóa”, “điều khiển” vào quá trình vận hành động cơ nhằm tối
ưu hóa quá trình cháy; thiết kế các loại ống xả có các bộ phận lọc, trung hòa và làm
giảm các loại khí NOx, CO… và thiết kế sản xuất động cơ điện và động cơ “lưỡng
tính” chạy bằng cả xăng và điện (hybryd).

9

Việc sử dụng nhiên liệu thay thế cho các phương tiện vận tải đang trở thành
một xu hướng mới. Đối với các nước phát triển, việc sử dụng song song hai loại nhiên
liệu như xăng - LPG, diezel - LPG… cho động cơ đang trở nên phổ biến vì nó mang
lại hiệu quả trong việc tiết kiệm nhiên liệu và an toàn môi trường.
Nhằm góp phần vào công việc nghiên cứu làm giảm ảnh hưởng của khí thải
động cơ diesel đến môi trường tôi chọn đề tài : “ Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ
LPG/DO và góc phun sớm đến hàm lượng các chất độc hại có trong khí thải động
cơ diesel cỡ nhỏ chạy bằng LPG và DO”
Để hoàn thành được đề tài trên tôi xin chân thành cảm ơn PGS-TS Nguyễn Văn
Nhận đã tận tình hướng dẫn.
Chân thành cảm ơn PGS-TS Quách Đình Liên, PGS-TS Trần Gia Thái cùng các
thầy trong giáo trong khoa Kỹ Thuật Tàu Thủy đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực
nghiệm đề tài.
Chân thành cảm ơn toàn thể CB, NV Trung tâm Đăng kiểm XCG Khánh hòa đã
tạo điều kiện về vật chất cũng như thời gian để tôi hoàn thành đề tài này.
Qua đây tôi xin gửi lời cảm ơn đến các bạn học viên lớp KTTT2008 và các bạn
sinh viên khoa Kỹ thuật tàu thủy đã cùng tôi chung sức trong những ngày thực
nghiệm.
Do thời gian có hạn, trình độ còn non kém nên không thể tránh khỏi những
thiếu xót rất mong có đường thông cảm của quí thầy và các bạn.

Nguyễn Xuân Thu




10

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU
DÙNG CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG


1.1. YÊU CẦU ĐỐI VỚI NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Nhiên liệu dùng cho động cơ đốt trong (ĐCĐT) phải đáp ứng những yêu cầu
cơ bản sau đây :
- Hoà trộn dễ dàng với không khí và cháy nhanh;
- Có nhiệt trị thể tích cao, tức là khi cháy toả ra nhiều nhiệt từ một đơn vị thể
tích nhiên liệu;
- Sản phẩm cháy không gây ô nhiễm môi trường;
- Vận chuyển, bảo quản và phân phối dễ dàng;
- Những yêu cầu đặc biệt khác, tùy thuộc vào chủng loại và đặc điểm riêng
của động cơ, ví dụ : tính chống kích nổ, tính tự bốc cháy, v.v.
Quá trình đốt cháy nhiên liệu ở các loại ĐCĐT hiện nay chỉ được phép diễn ra
trong một thời gian rất ngắn, từ vài phần trăm đến vài phần ngàn của 1 giây. Tuỳ thuộc
vào chủng loại động cơ mà nhiên liệu phải đáp ứng những yêu cầu khác nhau. Ở động
cơ hình thành hỗn hợp cháy bên ngoài và phát hỏa bằng tia lửa như động cơ carburetor
và động cơ phun xăng, nhiên liệu phải là loại dễ bay hơi để hoà trộn nhanh với không

khí đi vào xylanh và phải có tính chống kích nổ đủ cao để đảm bảo hiệu suất nhiệt cao
nhất có thể. Ở động cơ diesel, nhiên liệu sau khi được phun vào buồng đốt phải hoà
trộn đều với không khí và tự phát hỏa trong khoảng thời gian ngắn nhất có thể.
Nhiên liệu khí có ưu điểm lớn nhất là dễ hoà trộn với không khí để tạo thành
hỗn hợp cháy đồng nhất và có tính chống kích nổ cao hơn xăng, vì vậy nó có thể là
nhiên liệu tốt cho động cơ phát hoả cưỡng bức (phát hỏa bằng tia lửa điện). Khi cháy
hoàn toàn, nhiên liệu khí hầu như không để lại tro cặn. Nhược điểm cơ bản của nhiên
liệu khí là có nhiệt trị thể tích thấp, do đó khi sử dụng cho động cơ ôtô phải được chứa
trong các bình có áp suất lớn (tới 200 bar ), tầm hoạt động của ôtô cũng bị hạn chế.

11

Than đá cũng đã từng được sử dụng để chạy ĐCĐT . R. Diesel đã đăng ký tại
Hoa Kỳ ngày 16 tháng 7 năm 1895 bằng sáng chế số 542846, trong đó mô tả loại động
cơ chạy bằng than đá dưới dạng bột tự bốc cháy khi được nạp vào xylanh chứa không
khí bị nén đến áp suất và nhiệt độ cao. Động cơ hoạt động theo nguyên lý nói trên có
hiệu suất khá cao nhưng sớm bị thay thế bằng loại động cơ dùng nhiên liệu lỏng tiện
lợi hơn nhiều. Trong thời gian xẩy ra cuộc khủng hoảng năng lượng ở thập kỷ 70, ý
tưởng sử dụng than để thay thế nhiên liệu gốc dầu mỏ lại được đề cập đến. Nhiều công
trình nghiên cứu sử dụng than bột để chạy động cơ turbine khí, than bột hoà trộn với
nước hoặc dầu để chạy động cơ diesel đã cho những kết quả khả quan.
Cho đến nay, nhiên liệu lỏng vẫn là loại được sử dụng phổ biến nhất cho các
loại ĐCĐT. So với nhiên liệu khí, nhiên liệu lỏng có ưu điểm hơn hẳn là vận chuyển,
bảo quản và phân phối dễ dàng ; có nhiệt trị thể tích lớn , do đó rất thích hợp cho động
cơ trang bị trên các phương tiện cơ giới di động. Nhược điểm của nhiên liệu lỏng là
khó tạo ra một hỗn hợp cháy đồng nhất trong một khoảng thời gian ngắn do đòi hỏi
phải có thời gian để phun nhỏ và hoá hơi nhiên liệu.

12

1.2. PHÂN LOẠI NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Bảng 1-1. Phân loại tổng quát nhiên liệu ĐCĐT
Tiêu chí phân loại Loại nhiên liệu
Trạng thái tồn tại ở
điều kiện áp suát và
nhiệt độ khí quyển
- Khí đốt : khí mỏ, khí lò ga, khí thắp, khí lò cao, khí
hoá lỏng, v.v.
- Nhiên liệu lỏng : xăng, dầu hoả, gas oil, benzol, cồn,
dầu solar, dầu mazout, v.v.
Nguyên liệu để sản
xuất nhiên liệu
- Nhiên liệu gốc dầu mỏ : xăng, dầu diesel, dầu hoả, v.v.
- Nhiên liệu thay thế : xăng tổng hợp, cồn, hydro, v.v.

Mục đích sử dụng
- Nhiên liệu dùng cho động cơ phát hoả bằng tia lửa :
xăng, cồn, khí đốt, v.v.
- Nhiên liệu diesel : gas oil, mazout, khí đốt, v.v.
- Nhiên liệu máy bay : xăng máy bay, nhiên liệu phản
lực.
Công nghệ sản xuất
- Xăng chưng cất trực tiếp
- Xăng cracking
- Xăng reforming
- Nhiên liệu tổng hợp
- Nhiên liệu chưng cất
Theo nhiệt trị
- Nhiên liệu có nhiệt trị cao : xăng, dầu diesel,
mazout,v.v.
- Nhiên liệu có nhiệt trị thấp : khí lò ga, khí lò cao,v.v.

1) Khí mỏ
Khí mỏ, còn gọi là khí tự nhiên (natural gas), là hỗn hợp các loại khí được khai
thác từ các mỏ khí đốt hoặc mỏ dầu trong lòng đất. Khí mỏ có thể được phân loại
thành : khí đồng hành, khí không đồng hành và khí hoà tan.
 Khí đồng hành là khí đốt có trong các mỏ dầu.
 Khí không đồng hành là khí đốt được khai thác từ các mỏ khí đốt trong lòng
đất và không tiếp xúc với dầu thô trong mỏ dầu.
 Khí hoà tan là khí hoà tan trong dầu thô được khai thác từ các mỏ dầu.


13

Bảng 1-2. Một số tính chất của khí đốt [2]

Loại khí đốt


[kg/m
3
]
ON H
[kJ/m
3
]
L
0

[m
3
/m
3
]

H
h
(

= 1)
[kJ/m
3
]
Khí mỏ 0,695 - 34.700 9,5 3.400
Khí lò ga 1,015 - 5.650 1,2 2.600

Carbon monoxide (CO) 1,147 100 12.100 2,4 3.500
Hydrogen (H
2
) 0,082 70 10.200 2,38 3.000
Methane (CH
4
) 0,655 110 36.000 9,5 3.400
Propane (C
3
H
8
) 1,80 - 83.000 23,8 3.300
Butane (C
4
H
10
) 2,37 - 110.000

31 3.400

Bảng 1-3. Thành phần của một số loại khí lọc-hoá dầu [1]
Thành phần
[ % vol ]
Chưng cất
trực tiếp
Nhiệt phân Cracking
xúc tác
Hydrogen (H
2
) 1 12 5 – 6

Methane (CH
4
) 14 – 16 55 – 57 10
Ethane (C
2
H
6
) 3 – 17 5 – 7 3 – 5
Propane (C
3
H
8
) 9 – 28 0,5 16 – 20
Butane (C
4
H
10
) 14 – 34 0,2 42 – 46
Ethylene - 16 – 18 3
Propylene - 7 – 8 6 – 11
Buthylene - 4 – 5 5 – 6
Hydrocarbon có C > 5 14 – 30 2 – 3 5 - 12

Thành phần của khí mỏ có thể rất khác nhau tuỳ thuộc vào vị trí địa lý mà khí
mỏ được khai thác, tuy nhiên chúng đều chứa chủ yếu là methane (CH
4
), ethane
(C
2
H

6
) và một lượng nhỏ các chất khác như dioxide carbon (CO
2
), nitơ (N
2
), helium
(He), v.v.
Ngoài công dụng làm nhiên liệu cho ĐCĐT nói riêng và nhiên liệu nói chung,
khí mỏ còn được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất phân hoá học, vật liệu tổng hợp,
v.v.

14

2) Khí lọc-hoá dầu
Khí lọc-hóa dầu là các loại khí thu được trong quá trình chế biến dầu mỏ, ví dụ
khí thu được trong các quá trình chưng cất trực tiếp, nhiệt phân, cracking, v.v.
3) Khí lò ga
Khí lò ga là khí đốt thu được bằng cách khí hoá các loại nhiên liệu rắn như
than đá, than nâu, than củi, gỗ, v.v. ở nhiệt độ cao. Toàn bộ quá trình khí hoá được tiến
hành trong một loại thiết bị có tên là lò sinh khí. H. 1-1 giới thiệu sơ đồ lò sinh khí và
một số thông số công tác trong quá trình khí hoá than đá [2].


1300
0
C
900 - 1100
0
C
500 - 900

0
C
150 - 500
0
C
KK + H
2
O
KhÝ
lß ga
5
4
3
2
1

H. 1-1 Sơ đồ lò sinh khí
1- Tầng sấy, 2- Tầng chưng cất, 3- Tầng tạo khí,
4- Tầng cháy, 5- Phần chứa tro
Nguyên lý hoạt động của lò sinh khí như sau : không khí được thổi vào lò từ
phía dưới. Ngay phía trên ghi lò, than đá được đốt cháy theo phản ứng toả nhiệt :
C + O
2
= CO
2
+ 406000 kJ/kmol (1.1)
Khu vực diễn ra quá trình cháy nói trên được gọi là tầng cháy, khu vực phía
trên tầng cháy là tầng khử. Tại tầng khử diễn ra 2 loại phản ứng thu nhiệt dưới đây :
CO
2

+ C  2CO - 176000 kJ/kmol (1.2)
H
2
O + C  CO + H
2
- 132000 kJ/kmol (1.3)
Phản ứng (1.2) và (1.3) là các phản ứng 2 chiều. Tỷ số CO / CO
2
được hình
thành ở phản ứng (1.2) và H
2
/ H
2
O ở phản ứng (1.3) phụ thuộc trước hết vào nhiệt độ
tại khu vực diễn ra phản ứng. Ở nhiệt độ 700
0
C , CO/ CO
2
 1 và H
2
/ H
2
O  2,3 ;

15

ở nhiệt độ 1000
0
C , CO/ CO
2

 165 và H
2
/ H
2
O  103. Trong trường hợp sản xuất khí
lò ga từ than đá, người ta thường thổi một lượng nhất định hơi nước vào trong lò cùng
với không khí. Mục đích chính của việc sử dụng hơi nước là làm giảm nhiệt độ ở tầng
cháy nhằm bảo vệ các bộ phận của lò tiếp xúc trực tiếp với than và tro có nhiệt độ cao.
Nếu không có hơi nước, nhiệt độ tại khu vực ngay trên ghi lò có thể đạt tới 1700
0
C.
Ngoài ra, hơi nước cũng có tác dụng làm tăng chất lượng của khí lò ga nhờ tăng hàm
lượng H
2
từ quá trình phân huỷ H
2
O.
Tuỳ theo chiều cao của lò, nhiệt độ tại tầng khử dao động trong khoảng 900 
1100
0
C. Phía trên tầng khử là tầng chưng cất có nhiệt độ được duy trì trong khoảng
500  900
0
C. Tại tầng chưng cất, hầu hết những thành phần dễ bay hơi của nhiên liệu
rắn thoát ra và được hút ra ngoài cùng với các thành phần khác của khí lò ga.
Khí lò ga là một hỗn hợp của CO, H
2
,CH
4
, CO

2
, N
2
, hơi nước, và một số
loại hydrocarbon. Thành phần trung bình của khí lò ga như sau : 27 % CO, 7 % H
2
, 2
% CH
4
, 4 % CO
2
, 58 % N
2
[2].
Khí lò ga được sử dụng làm nhiên liệu cho động động cơ ga, turbine khí, các
ngành luyện kim, thuỷ tinh, đồ gốm, v.v. Nó có ưu điểm là có tính chống kích nổ khá
cao (RON  100), nhưng có nhiệt trị thấp ( H  5650 kJ/m
3
) vì chứa nhiều N
2
.
4) Khí hoá lỏng
Các loại khí đốt chưa hoá lỏng có giá thành thấp, nhưng việc vận chuyển và
phân phối khá phức tạp. Khí đốt thường được cung cấp đến nơi tiêu thụ bằng hệ thống
đường ống từ áp suất cao đến áp suất trung bình rồi áp suất thấp. Khí hoá lỏng có ưu
điểm hơn hẳn so với khí chưa hoá lỏng ở chỗ có nhiệt trị thể tích lớn (nhiệt lượng sinh
ra khi đốt cháy một đơn vị thể tích nhiên liệu), nên thích hợp hơn khi dùng làm nhiên
liệu cho động cơ ôtô và ở những nơi chưa có hệ thống ống dẫn khí đốt.
Khí tự nhiên qua xử lý, chế biến và hoá lỏng được gọi là khí tự nhiên hoá lỏng
(Liquefied Natural Gases - LNG); còn khí đốt thu được trong quá trình chế biến dầu

mỏ rồi hoá lỏng thì được gọi là khí dầu mỏ hoá lỏng (Liquefied Petroleum Gases -
LPG). Thành phần cơ bản của khí hoá lỏng là propane (C
3
H
8
) và butane (C
4
H
10
), ngoài
ra khí hoá lỏng còn chứa một lượng nhỏ các hydrocarbon khác như : ethane (C
2
H
6
),
pentane (C
5
H
10
), ethylene (C
2
H
4
), propylene (C
3
H
6
), buthylene (C
4
H

8
) và các đồng
phân của chúng.

16

Trước kia, khí hoá lỏng được sử dụng chủ yếu làm nhiên liệu cho ĐCĐT,
công nghiệp thuỷ tinh, đồ gốm, gia dụng, v.v. Khi sử dụng để chạy động cơ ôtô, khí
hoá lỏng thường được chứa trong bình dưới áp suất khoảng 16 bar. Hiện nay, ngoài
các ứng dụng trên, khí hoá lỏng còn được phân tách thành các thành tố riêng biệt để
làm nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp khác như sản xuất cao su nhân tạo, vật
liệu tổng hợp, phẩm màu, dược liệu, v.v.
5) Xăng
Xăng là hỗn hợp của nhiều loại hydrocarbon khác nhau có nhiệt độ sôi trong
khoảng 25 ÷ 250
0
C. Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất xăng hiện nay là dầu mỏ. Ngoài
ra, xăng cũng có thể được tổng hợp từ một số loại nguyên liệu khác như than đá, than
nâu, đá phiến nhiên liệu, khí mỏ, v.v. Căn cứ vào mục đích sử dụng, xăng được phân
loại thành : xăng công nghiệp, xăng ôtô và xăng máy bay.
 Xăng công nghiệp là tên gọi chung cho các loại xăng không thuộc nhóm
xăng dùng làm nhiên liệu cho động cơ. Xăng công nghiệp thường là phân đoạn hẹp
của xăng chưng cất trực tiếp với thành phần phân đoạn hẹp, ví dụ : 70 ÷ 120
0
C, 165 ÷
200
0
C, v.v. , được sử dụng trong công nghiệp cao su, sơn, ép dầu và các ngành công
nghiệp khác.
 Xăng ôtô là tên gọi chung cho các loại xăng dùng để chạy động cơ xăng

thường gặp hiện nay, như : động cơ xăng ôtô, xe máy, xuồng cao tốc, động cơ xăng lai
máy phát điện, v.v.
 Xăng máy bay dùng để chạy động cơ máy bay loại piston và turbine khí.
6) Dầu hoả
Dầu hỏa là sản phẩm của quá trình chưng cất dầu mỏ, chứa các loại
hydrocarbon có số nguyên tử carbon trong phân tử từ 9 đến 14, sôi trong khoảng nhiệt
độ 150 ÷300
0
C.
Căn cứ vào mục đích sử dụng, có thể phân biệt : dầu hoả động cơ, dầu hoả kỹ
thuật và dầu hoả dân dụng.
 Dầu hoả động cơ là dầu hoả làm nhiên liệu cho động cơ nhiệt. Trước những
năm 60, dầu hoả đã từng được sử dụng để chạy động cơ phát hoả bằng tia lửa có tỷ số
nén thấp (  5 ) và động cơ diesel thấp tốc. Hiện nay, dầu hoả động cơ chỉ được sử
dụng cho turbine khí và động cơ phản lực.

17

 Dầu hoả kỹ thuật được dùng làm dung môi, nguyên liệu cho các quá trình
nhiệt phân, v.v.
 Dầu hoả dân dụng (gọi tắt là dầu hoả và ký hiệu là KO - Kerosene Oil)
được dùng để thắp sáng, đun nấu, v.v.
Bảng 1-4. Dầu hoả theo tiêu chuẩn ASTM - D.3699-90
Các chỉ tiêu Mức qui định Phương pháp thử
1. Thành phần cất , [
0
C] : - t
10
, max
- FBP , max

205
300
ASTM - D.86
2. Điểm chớp lửa cốc kín , [
0
C] , min 38 ASTM - D.56
3. Độ nhớt động học ở 40
0
C , [cSt] ,
min/max
1,0 / 1,9 ASTM – D.445
4. Hàm lượng sulphur , [ % wt ] , max
- Loại 1- K
- Loại 2- K

0,04
0,03
ASTM - D.1266
5. Hàm lượng mercaptan , [ % wt ] , max 0,003 ASTM - D.3227
6. Điểm đông đặc , [
0
C ] , max - 30 ASTM - D.2386
7. Ăn mòn đồng ở 100
0
C , 3 giờ , max No. 3 ASTM – D.130

Bảng 1-5. Dầu hoả theo tiêu chuẩn Việt nam TCVN 6240 - 1997
Các chỉ tiêu Mức qui định

Phương pháp thử

Thành phần cất , [
0
C ] : - t
10
, max
- FBP , max
205
300
TCVN 2698 - 95
Điểm chớp lửa cốc kín , [
0
C ] , min 38 ASTM - D.93
TCVN 2693 - 90
Độ nhớt động học ở 40
0
C , [ cSt ] 1,0 - 1,9 ASTM – D.445
Hàm lượng lưu huỳnh , [ % wt ] , max 0,3 ASTM - D.129
TCVN 2708 - 78
Hàm lượng mercaptan , [ % wt ] Âm tính ASTM - D.4952
Chiều cao ngọn lửa không khói , [mm ] , min 20 ASTM - D.1322
Ăn mòn đồng ở 100
0
C , 3 giờ , max No. 3 ASTM - D.130
TCVN 2694 - 95


18

7) Gas oil
Gas oil là tên gọi thương mại của phân đoạn dầu mỏ có nhiệt độ sôi trong

khoảng 180 ÷ 360
0
C, chứa các loại hydrocarbon có số nguyên tử carbon trong phân tử
từ 11 đến 18. Gas oil được coi là loại nhiên liệu thích hợp nhất cho động cơ diesel cao
tốc . Ngoài ra, gas oil cũng được dùng làm nguyên liệu trong công nghệ nhiệt phân và
cracking để chế biến thành các sản phẩm có giá trị thương mại cao hơn.
8) Dầu solar
Dầu solar, còn được gọi là dầu diesel tàu thuỷ, là phân đoạn của dầu mỏ có
nhiệt độ sôi trong khoảng 300  400
0
C. Dầu solar được sử dụng cho nhiều mục đích
khác nhau, như : làm nhiên liệu cho động cơ diesel có tốc độ quay trung bình và thấp ;
làm chất bôi trơn-làm mát trong các quá trình cắt, dập, tôi kim loại ; để tẩm da và dùng
trong công nghiệp dệt, v.v.
9) Dầu FO
Dầu FO (Fuel Oil) , còn gọi là dầu đốt lò, là tên gọi chung của loại nhiên liệu
chứa các phân đoạn của dầu mỏ có nhiệt độ sôi > 350
0
C. Tuỳ thuộc vào nhiệt độ
chưng cất, công nghệ chế biến, cách thức pha chế, v.v. , FO có nhiều tên gọi thương
mại khác nhau, như : mazout, dầu cặn, dầu nặng, dầu đốt lò, Bunkier B, Bunkier C,
v.v.
Mazout là phần còn lại sau chưng cất dầu mỏ ở áp suất khí quyển, chiếm
khoảng một nửa khối lượng dầu mỏ. Mazout có độ nhớt và hàm lượng tạp chất cao
hơn nhiều so với các phần chưng cất; nó được sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ
diesel thấp tốc, dùng để đốt lò hoặc là nguyên liệu cho các công đoạn chế biến dầu mỏ
tiếp theo như chưng cất chân không, cracking, v.v.
10) Benzol
Benzol là phần chưng cất của nhựa than (coal tar), chứa khoảng 70 % benzene
(C

6
H
6
), 20 % toluene (C
7
H
8
), 10 % xylene (C
8
H
10
) và một lượng nhỏ các hợp chất
chứa lưu huỳnh (S). Benzol có khả năng chống kích nổ khá cao (RON  105) nên là
loại nhiên liệu tốt cho động cơ phát hoả bằng tia lửa. Trước kia, benzol thường được
sử dụng để hoà trộn với xăng với hàm lượng có thể tới 40 % để làm nhiên liệu cho
động cơ xăng.


19

11) Cồn
Cồn là dẫn xuất của hydrocarbon có chứa nhóm hydroxyl (OH) ở nguyên tử
carbon bão hoà. Tuỳ theo đặc điểm của nguyên tử carbon kết hợp với nhóm OH mà
cồn được gọi là bậc nhất ( CH
2
– OH ) , bậc hai ( CH – OH ) và bậc ba ( C – OH ).
Các hợp chất mà nhóm OH nối với nguyên tử C có nối đôi được gọi là enol, còn nối
với nguyên tử C của vòng thơm thì được gọi là phenol.
Cho đến nay có hai loại cồn được sử dụng ở quy mô công nghiệp làm nhiên
liệu cho động cơ phát hoả bằng tia lửa là ethyl alcohol (C

2
H
5
OH) và methyl alcohol
(CH
3
OH). Chúng được gọi là etanol và metanol nếu không chứa nước.
Etanol là chất lỏng không màu, được sản xuất bằng cách lên men các sản
phẩm nông nghiệp như ngũ cốc, khoai tây, mía đường ,v.v.
Metanol là chất lỏng trong suốt có mùi đặc trưng, được sản xuất bằng cách
chưng khô gỗ hoặc tổng hợp từ than và hydrogen. Khác với etanol, metanol có thể gây
nhiễm độc nặng cho cơ thể con người và động vật khi thâm nhập vào cơ thể.
Cho đến nay đã có rất nhiều công trình nghiên cứu sử dụng metanol và etanol
làm nhiên liệu cho động cơ phát hoả bằng tia lửa. Các kết quả nghiên cứu cho thấy
rằng, etanol và metanol có thể dùng dưới dạng nguyên chất hoặc hỗn hợp với xăng để
chạy động cơ xăng. Trên thị trường Việt Nam gần đây đã xuất hiện loại xăng E5 chứa
5 % etanol dùng cho động cơ xăng. Nếu sử dụng dưới dạng nguyên chất, chỉ cần cải
hoán một số bộ phận của hệ thống cung cấp nhiên liệu và hệ thống khởi động để việc
khởi động động cơ được dễ dàng hơn.
Bảng 1-6. Tính chất nhiệt động cơ bản của một số loại nhiên liệu lỏng [2]
Tính chất Xăng Ethanol Methanol Benzol Gas oil Dầu hoả
Khối lượng
riêng, [kg/dm
3
]
0,72 ÷
0,76
0,789 0,793 0,88
0,84 ÷
0,88

0,81
Áp suất hơi bão
hoà, [bar]
0,60 ÷
0,80
0,18 - 0,3 0,01
0,15 ÷
0,20
Nhiệt trị,
[kJ/kg]
43000 ÷
44000
27000 19500 40500
35000 ÷
44000
40500
L
0
, [m
3
/kg] 11,8 7,3 5,3 10,8 11,7 12,0
Nhiệt ẩn hoá
hơi, [kJ/kg]
315 ÷
350
920 1150 380 - -

20

12) Nhiên liệu sinh học

Đã có nhiều ứng dụng trong việc sử dụng các loại dầu thực vật làm nhiên liệu
chạy ĐCĐT, thay thế các loại nhiên liệu gốc dầu mỏ. Brazin là nước đi đầu trong việc
phát triển các loại nhiên liệu sinh học từ mía, hiện tại ở Brazin có tới 90% ô tô sử
dụng nhiên liệu sạch và nhiên liệu sinh học pha với nhiên liệu có nguồn gốc dầu mỏ,
chúng được cung cấp bởi 5 nhà máy sản xuất với tổng sản lượng 49 triệu lit/năm. Từ
đó nước này đã giảm được hàng chục tỷ USD cho việc không phải nhập khẩu nhiên
liệu. Họ đang dự kiến sản xuất 1.1 tỷ lít diesel sinh học vào năm 2007, với việc tiếp
tục đưa thêm khoảng 5 nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học với tổng công suất 61
triệu lít/ năm. Thị trường châu Âu cũng không phải là nhỏ khi nghị định Kyoto được
đưa vào thực hiện, các quy chế ngặt nghèo về khí thải, mới đây nhất là chỉ thị
2003/30/EC theo đó từ ngày 31/12/2005 thì ít nhất 2% cho đến 31/12/2010 ít nhất
5,75% nhiên liệu dùng để chuyên chở phải có nguồn gốc tái tạo. Tại Đức thì chỉ thị
trên đã được thực hiện sớm, tiếp theo là Áo và Pháp với nhiên liệu chứa 5% có nguồn
gốc tái tạo đã được bán. Ở Mỹ, Áo đã cho xe ô tô động cơ diesel chạy bằng dầu thực
vật từ nhiên liệu là dầu ăn thải ra từ trong các Nhà hàng Tại Achentina một kỹ sư đã
tìm cách phát triển công nghệ sản xuất năng lượng thay thế từ đậu nành chi phí cho
sản xuất chỉ bằng ½ so với diesel truyền thống, ngoài ra Anh cũng có khả năng sản
xuất nhiên liệu nhiên liệu thay thế từ hạt hướng dương, hạt thầu dầu và hạt cọ, sản
xuất cồn etanol từ lúa mì và mía. Kết quả công trình nghiên cứu của hai sinh viên tại
Đại học Auckland (New Zealand), họ đã chứng minh được động cơ chạy bằng dầu
diesel của tàu, xe có thể họat động được nhờ vào hỗn hợp diesel với dầu dừa hoặc chỉ
đơn thuần bằng dầu dừa. Trong bài viết trên tạp chí Journal Science, giáo sư James
Steenbock Dumesic trường đại học Wisconsin Madison, Hoa Kỳ (UW-Madison) và
các đồng nghiệp đã công bố: Hạt ngũ cốc và các nguyên liệu nguồn gốc chứa nhiều
carbonhydrate có thể được biến đổi sang dạng chất lỏng hóa học alkanes không chứa
lưu huỳnh tạo nên chất phụ gia lý tưởng cho phương tiện vận chuyển chạy dầu diesel.
Kết quả, chất dầu diesel từ thực vật này có thể cung cấp cho ta nguồn năng lượng gấp
đôi nguồn năng lượng cần thiết để tạo ra nó Lợi điểm nữa là có thể sử dụng nguồn
nguyên liệu rộng rãi từ thực vật.
Tại Mỹ với mục tiêu giảm 70% dầu nhập khẩu từ Trung Đông vào 2015. Ước

tính năm 2006 sản lượng dầu có thể tăng lên 1 triệu tấn, so với mức 750.000 tấn năm

21

2005. Các nền kinh tế đầu tàu như Trung Quốc, EU, Mỹ, Nhật, và ngay cả những nước
có nguồn nhiên liệu để phát triển nhiên liệu sạch dồi dào như Brazin, Thái Lan,
Indonesia, Malaysia, Ấn Độ,…Cũng đang ra sức phát triển những loại nhiên liệu sạch,
để trong tương lai gần nền kinh tế không phải phụ thuộc vào nguồn cung dầu mỏ.
Trung Quốc là một quốc gia đông dân nhất hiện nay và cũng là một quốc gia có
tốc độ phát triển kinh tế nhanh nhất hiện nay, tuy nhiên nguồn dầu mỏ nước này cũng
không đủ cung cấp ngay trong thời điểm hiện tại. Nên phương án đưa ra của nước này
là phát triển mạnh các loại nhiên liệu sạch và các nguồn khác để đáp ứng nhu cầu sử
dụng trong tương lai gần. Hiện tại Trung Quốc đã có nhiều nhà máy sản xuất nhiên
liệu sạch ở nhiều nơi, và hiện đang có một nhà máy sản xuất nguồn nhiên liệu sạch lớn
nhất thế giới hiện nay ở tỉnh Cát Lâm có sản lượng 600.000 tấn/năm. Và tổng sản
lượng nhiên liệu diesel sinh học của trung quốc hiện vào khoảng 1.5 triệu tấn/năm.
Ấn Độ là một nước đông dân thứ hai trên thế giới, tốc độ tăng trưởng kinh tế
không phải là nhanh nhưng theo dự báo thì vào năm 2010 thì lượng xe tiêu thụ trên thị
trường Ấn Độ sẽ tăng gấp đôi bây giờ, nó sẽ kéo theo nguồn nhập khẩu dầu mỏ của
nước này tăng nhanh như vậy kinh tế nước này phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn cung
dầu mỏ luôn không ổn định. Nguồn dầu cọ nước này đủ cung cấp thay thế nguồn dầu
mỏ hiện tại nên nước này đang cố gắng sản xuất nhiên liệu thay thế từ nguồn dầu cọ để
đáp ứng nhu cầu sử dụng trong nước.
Đông Nam Á là khu vực có điều kiện thiên nhiên ưu đãi nên có nguồn dầu thực
vật được lấy từ nhiều loại cây trong đó vẫn chủ yếu vẫn là cọ và dừa. Thái Lan một
trong những nước trong khu vực đi tiên phong trong việc sản xuất nhiên liệu sạch, theo
đó 10% nhiên liệu sạch sẽ được sử dụng trước 2011. Còn tại Malayxia, một nước có
sản lượng dầu cọ lớn nhất thế giới đã quyết định lấy đó làm nguồn nguyên liệu để sản
xuất dầu diesel sinh học và tới 2007 nước này sẽ sử dụng B5 (pha 5% dầu diesel sinh
học vào dầu diesel) trên diện rộng.

22

1.3. THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA NHIÊN LIỆU ĐCĐT
Dầu mỏ là nguyên liệu gốc để chế biến ra hầu hết các loại nhiên liệu và chất
bôi trơn dùng cho ĐCĐT hiện nay. Hàm lượng các chất hoá học trong dầu mỏ dao
động trong phạm vi như sau : 81-87 % C ; 10-14 % H
2
; 0-6 % S ; 0-7 % O
2
; 0-1,2 %
N
2
. Ngoài ra, trong dầu mỏ còn có rất nhiều nguyên tố khác với hàm lượng rất nhỏ.
Nhiên liệu lỏng được chế biến từ dầu mỏ đều có thành phần hoá học chủ yếu
là carbon (C) và hydro (H
2
). Ngoài ra, chúng cũng có thể chứa một số chất khác với
hàm lượng rất nhỏ như : lưu huỳnh (S), oxy (O
2
), v.v. Thành phần hoá học của nhiên
liệu lỏng thường được thể hiện như sau :
c + h + s + o
f

+ = 1 [kg]
trong đó : c, h, s, o
f
là số phần trăm tính theo khối lượng của các chất carbon, hydro,
lưu huỳnh, oxy, v.v. có trong 1 kg nhiên liệu.
Nhiên liệu khí dùng cho ĐCĐT thường là một hỗn hợp các loại khí cháy và
khí trơ, ví dụ : CH
4
, C
2
H
2
, H
2
, CO, CO
2
, N
2
, v.v. Người ta thường dùng công thức hoá
học của chất khí để thể hiện hàm lượng tính theo % thể tích của chất khí đó và biểu
diễn thành phần của 1 m
3
hoặc 1 kmol nhiên liệu khí như sau :
C
n
H
m
O
r
+ N

2
= 1 [m
3
hoặc kmole]
Mặc dù chỉ có hai nguyên tố chủ yếu là C và H, nhưng dầu mỏ là một chất rất
phức tạp về mặt hoá học. Các nguyên tử C và H trong dầu mỏ có khả năng kết hợp với
nhau theo những cách thức và tỷ lệ rất khác nhau, tạo thành những hợp chất được gọi
là hydrocarbon (C
n
H
m
). Tính chất lý hoá của nhiên liệu và chất bôi trơn được sản xuất
từ dầu mỏ phụ thuộc rất nhiều vào hàm lượng của các nhóm hydrocarbon khác nhau có
trong nguyên liệu gốc. Có thể chia tất cả hydrocarbon có trong dầu mỏ thành 4 nhóm :
parafin, naphthene , hydrocarbon thơm và nhóm các loại hydrocarbon khác.
Parafin là loại hydrocarbon có công thức hoá học chung là C
n
H
2n + 2
. Các
phân tử của parafin thường có cấu trúc mạch thẳng với liên kết đơn giữa 2 nguyên tử
carbon (C) và hoàn toàn được bão hoà bằng những nguyên tử hydro (H) nên được gọi
là hydrocarbon bão hoà. Ví dụ :
C C C C C C C C CHH
H
H
Metane( CH
4
)
H

H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
HHH
n-Propane (C
3
H
8
)
n-Pentane (C
5
H
12
)


23

Chữ n đặt trước tên gọi của các parafin để chỉ đó là loại parafin thường
(normal paraffin).
Trong dầu mỏ, ngoài các parafin thường, còn có các đồng phân của chúng. Đó
là các hydrocarbon có cùng số nguyên tử carbon và hydro trong một phân tử, nhưng có
cấu trúc phân tử khác nhau. Dưới đây là ví dụ về cấu trúc phân tử của 3 đồng phân của
n-heptane là methylhexane, dimethylpentane và ethylpentane. Chúng đều có công
thức hoá học như của n-heptane (C
7
H
16
) nhưng có cấu trúc phân tử kiểu mạch nhánh
với các nhóm methyl (CH
3
) và ethyl (C
2
H
5
) .
3-Ethylpentane (C
7
H
16
)
H H H
HHHHH
H CC CC C H
2,2-Dimethylpentane (C
7
H

16
)
C
H H
2-Methylhexane (C
7
H
16
)
H
H CCCCC C
H HHH H
HH HH H H
H H
H
H
HC C C C CH
H
C
H H H
C
H H H H
H
H H
C
HH
H
C
H H
H

Trong tên gọi của các đồng phân nói trên, methyl và ethyl là tên các nhóm CH
3

và C
2
H
5
; pentane, hexane chỉ số nguyên tử carbon còn lại trong phần cấu trúc mạch
thẳng; các số 2, 3 chỉ vị trí của nguyên tử carbon liên kết với các nhóm methyl và
ethyl.
Naphthene, còn gọi là Cyclane hoặc Cycloparafin, có công thức hoá học
chung là C
n
H
2n
. Phân tử của naphthene có cấu trúc kiểu mạch vòng, trong vòng đó
mỗi nguyên tử C liên kết với 2 nguyên tử C khác bằng mối liên kết đơn. Ví dụ :
Cyclopropane ( C
3
H
6
)
C
C
C
H
H
H
H

H
H
H
H
C
C
C
C C
C
H
H
H H
H
H
H
Methylcyclopentane ( C
6
H
12
)
H H
H


24

Hydrocarbon thơm là loại hydrocarbon có công thức hoá học chung là C
n
H
2n –

6
và cấu trúc phân tử có nhân benzene với 6 nguyên tử C liên kết với nhau bằng 3 liên
kết đôi và 3 liên kết đơn. Ví dụ :
Methylenzene ( C
7
H
8
)
(Toluene)
H
H
C C
C C
C
C
H
H
HH
H
H
H
C
C
CC
CC
H
H
Benzene ( C
6
H

6
)
H
CH H HH C
H
H
H
C
C
CC
CC
H
H
1,4 Dimethylbenzene ( C
8
H
10
)
H
CH H

Olefin (C
n
H
2n
) là loại hydrocarbon có cấu trúc phân tử kiểu mạch thẳng giống
như của parafin nhưng có một liên kết đôi giữa 2 nguyên tử C. Với cùng số lượng
nguyên tử C, phân tử olefin có số nguyên tử H ít hơn, vì vậy olefin được gọi là
hydrocarbon chưa bão hoà. Ví dụ :

Mối liên kết đôi có thể nằm ở bất kỳ vị trí nào. Chữ số đứng trước tên của olefin
chỉ vị trí của mối liên kết đôi tính từ phía có số nguyên tử C ít hơn.
Diolefin (C
n
H
2n-2
) có cấu trúc phân tử giống như của olefin, nhưng có 2 mối
liên kết đôi trong mạch thẳng. Ví dụ :







H H H H H

H - C - C - C = C - C - C - C - H 3- Heptene (C
7
H
14
)

H H H H H H H

H H H

H - C = C - C - C - C = C - C - H 1,5- Heptadiene (C
7
H
12
)

H H H H H H H


25

1.4. TÍNH CHẤT LÝ-HÓA CỦA SẢN PHẨM DẦU MỎ
Tính chất lý-hoá của sản phẩm dầu mỏ (SPDM) có liên quan trực tiếp đến khả
năng và hiệu quả sử dụng của chúng. Có những tính chất như mật độ, độ nhớt, hàm
lượng tạp chất, v.v. được quan tâm đến trong nhiều lĩnh vực sử dụng khác nhau.
Ngược lại, có những tính chất chỉ có ý nghĩa khi SPDM được sử dụng vào một mục
đích cụ thể nào đó, ví dụ : tính chống kích nổ chỉ có ý nghĩa khi SPDM được dùng làm
nhiên liệu cho động cơ phát hỏa bằng tia lửa, tính tự bốc cháy chỉ có ý nghĩa khi
SPDM là nhiên liệu dùng cho động cơ diesel, v.v.
Phần này của luận văn trình bày những thông tin cơ bản nhất về những tính
chất lý-hóa của SPDM có liên quan đến hoạt động của ĐCĐT.
1) Màu sắc
SPDM có thể có những màu sắc tự nhiên hoặc nhân tạo khác nhau, ví dụ :
xăng máy bay 80/87 , 100/130 , 115/145 của Mỹ theo ASTM 910-68T có các màu đỏ,
xanh và đỏ tía, tương ứng ; xăng máy bay -100/130 , -95/130 , -91/115 của Liên
xô cũ theo ГОСΤ 1012-72 có các màu da cam sáng, vàng và lục, tương ứng.
Màu sắc của SPDM có thể được xác định bằng cách so sánh trực tiếp màu của
mẫu thử với thang màu chuẩn, ví dụ : thang màu Ostwald, thang màu UNION NPA,
v.v. hoặc bằng nhiều loại màu sắc kế khác nhau. Hầu hết các phương pháp và dụng cụ
xác định màu của SPDM đều dựa theo một nguyên lý chung là so sánh màu của mẫu

thử với một bộ màu chuẩn.
Bảng 1-7. Thang màu Ostwald [2]
Ký hiệu màu Màu chuẩn Ký hiệu màu Màu chuẩn
1 Không màu 6 Cam đỏ
2 Vàng sáng 7 Đỏ gạch
3 Vàng chanh 8 Đỏ tía
4 Vàng đậm 9 Đỏ tối
5 Cam 10 Đen
Màu sắc không phải là chỉ tiêu chất lượng của SPDM. Tuy nhiên, đôi khi nó rất
có ý nghĩa trong sử dụng. Trong thực tế, màu của SPDM thường được sử dụng vào
những mục đích sau đây :
- Kiểm tra bằng mắt chủng loại SPDM khi tiếp nhận.