bài tập sản phẩm dầu mỏ

1
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Tiến sĩ: Đỗ Chiếm Tài
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM
KHOA DẦU KHÍ
BÀI TẬP
SẢN PHẨM DẦU MỎ
MỤC LỤC
2
Câu 1: Xăng động cơ là gì? Thành phần hóa học của xăng động cơ? Phân loại
xăng động cơ?
Trà lời:
1. Khái niệm
Xăng động cơ là hỗn hợp hydrocacbon ở thể lỏng, dễ bay hơi, không màu. Xăng động cơ
không phải đơn thuần chỉ là sản phẩm của một quá trình chưng cất từ một phân đoạn nào đó
của dầu mỏ hay một quá trình chưng cất đặc biệt khác. Nó là một sản phẩm hỗn hợp được lựa
chọn cẩn thận từ một số thành phần, kết hợp với một số phụ gia nhằm đảm bảo các yêu cầu
hoạt động của động cơ trong những điều kiện vận hành thực tế và cả trong các điều kiện tồn
chứa, dự trữ khác nhau.
Về bản chất hóa học, xăng động cơ là một hợp chất béo hydrocacbon với cấu trúc phân tử
có từ 7 đến 11 nguyên tử cacbon (C) trong mạch liên kết hydrocacbon.
2. Thành phần hóa học của xăng động cơ
Xăng động cơ là một loại nhiên liệu, là một hợp chất hóa học vô cùng phức tạp. Trong
thành phần hóa học của xăng có khoảng 500loại hydrocacbon khác nhau (no và chưa no) và
cả thành phần phi hydrocacbon.
- Thành phần hydrocacbon:
+ Chứa hàm lượng lớn từ C
4
đến C
10
, C

11
+ Nhiệt độ sôi thay đổi từ 30 – 200
0
C
+ Gồm: Paraffin, Naphthenic, Aromatic, Olefin
Tuy nhiên trong đó, 3 dạng hydrocacbon chính thường được dùng để pha chế xăng
thương phẩm là paraffin,aromatic và olefin. Đây là thành phần hóa học cơ bản của xăng.
+ Paraffin: là các hydrocarbon no mạch hở có công thức tổng quát C
n
H
2n+2
+ Naphthenic: là các hydrocarbon no mạch vòng có công thức tổng quát C
n
H
2n
+ Aromatic: là các hợp chất thơm có chỉ số octane cao nhưng đang được giảm dần về
thành phần do yếu tố môi trường, sức khỏe.
+ Olefin: là các hydrocaron không no mạch nhánh, sinh ra trong các quá trình chế biến
thứ cấp.
- Thành phần phi hydrocacbon chiếm một hàm lượng nhỏ gồm:
+ Hợp chất của lưu huỳnh: chủ yếu là mercaptan (RSH) khi cháy tạo ra SO
x
gây ra tính
ăn mòn và ô nhiễm môi trường.
+ Hợp chất của nitơ: khi cháy tạo ra sản phẩm khí là NO
x
gây ảnh hưởng tới môi trường.
+ Hợp chất của oxy: gây nên hiện tượng ăn mòn và tính kém ổn định của xăng.
3.Phân loại xăng động cơ
3

a. Xăng chưng cất
- Chiếm khoảng 15% khối lượng dầu thô ban đầu
- Xăng chưng cất có chỉ số octane thấp 30 - 65
b. Xăng cracking nhiệt
- Xăng cracking nhiệt có trị số octane cao hơn xăng chưng cất (60 – 68) nhưng chưa
đạt chuẩn xăng thường.
- Chứa nhiều olefin, độ bền kém, dễ gây ngưng tụ
- Chứa lượng lưu huỳnh cao (0.5 – 1.2%)
c. Xăng cracking xúc tác
- Chứa hàm lượng olefin thấp hơn so với cracking nhiệt
- Hàm lượng hydrocacbon phân nhánh cao hơn
- Chỉ số octane 87 – 92
- Hàm lượng olefin 9 – 13% làm mất tính ổn định của xăng
d. Xăng reforming - reformate
- Có đặc tính thơm cao
- Chỉ số octane cao 95 – 102
e. Xăng isomerate
- Xăng chứa hydrocacbon phân nhánh
- Có trị số octane cao hơn
f. Xăng alkylate
- Xăng chứa nhiều hydrocacbon phân nhánh
- Chỉ số octane cao
g. Xăng cốc hóa
- Hàm lượng các hợp chất phi hydrocacbon lớn
- Kém ổn định vì chứa lượng lớn các hợp chất không no
4
Câu 2: Một số tính chất kỹ thuật đặc trưng của xăng động cơ? Các phương pháp
sản xuất xăng động cơ?
Trả lời:
Để động cơ hoạt động tốt và có hiệu suất cao, xăng phải tương thích với động cơ, nghĩa là

phải có phẩm chất đáp ứng được một số yêu cầu sau:
- Có khả năng bay hơi đủ tốt
- Cháy điều hòa
- Có nhiệt cháy lớn
- Không tạo cặn
- Không ăn mòn động cơ
- Dễ lưu chuyển
- Khí thải có ít thành phần độc hại với môi trường và con người
Vì vậy, để đánh giá khả năng làm việc và cháy của xăng người ta thường căn cứ vào một
số tính chất hóa lý đặc trưng của chúng.
- Khả năng bay hơi của xăng
- Khả năng cháy kích nổ
- Trị số octan
- Độ bền hóa học của xăng
- Hàm lượng lưu huỳnh tổng
- Hàm lượng benzen
- Hàm lượng photpho
Đây là những tính chất hóa lý đặc trưng cần xét đến để đánh giá phẩm chất xăng
Các phương pháp sản xuất xăng động cơ: xăng động cơ là hỗn hợp phối trộn bởi các
nguồn:
- Xăng của quá trình cracking (FCC)
- Reformate
- Xăng chưng cất trực tiếp
- Xăng của quá trình isomer hóa
- Alkylate
- Xăng của quá trình cốc hóa, các quá trình xử lý bằng hydrogen
- Các phụ gia: Methanol, ethanol, MTBE….
5
Câu 3: Trị số octane là gì? Nguyên nhân gây ra hiện tượng kích nổ? Sự phụ thuộc
của trị số octane vào thành phần nhiên liệu? Phương pháp xác định trị số octane?

Phương pháp tăng trị số octane?
Trả lời:
Trị số octan (Octan number)là một đại lượng quy ước đặc trưng cho khả năng chống kích
nổ của nhiên liệu và được đo bằng % thể tích của iso-octane (2,2,4-trimetylpentan) có trong
hỗn hợp của nó với n-heptan (C
7
H
16)
và có khả năng chống kích nổ tương đương khả năng
chống kích nổ của nhiên liệu thí nghiệm ở điều kiện chuẩn.
Nguyên nhân gây ra hiện tượng kích nổ ở động cơ đốt trong?
Hiện tượng kích nổ bắt nguồn từ việc sử dụng nhiên liệu có khả năng chống kích nổ quá
thấp, khiến cho hỗn hợp khí - nhiên liệu không được đốt cháy một cách điều hoà để tạo ra
nguồn năng lượng tối đa. Cụ thể là quá trình cháy điều hòa sinh ra các bức xạ nhiệt đốt nóng
vùng nhiên liệu chưa cháy phía trước và nếu như nhiên liệu có tính chống kích nổ tốt nó sẽ
không cháy trước khi ngọn lửa lan tới. Chúng sẽ cháy một cách tuần tự cho đến khi hỗn hợp
nhiên liệu hết và cung cấp một công tối đa lên piston. Thực tế, có nhiều phản ứng tiền kích nổ
xảy ra trong vùng hỗn hợp nhiên liệu chưa cháy trong buồng đốt trước khi bề mặt ngọn lửa từ
bugi ập đến. Các phản ứng đó tạo ra các phần tử hoạt động hóa học như các peroxide có khả
năng tự bốc cháy bởi các bức xạ nhiệt trong khi ngọn lửa chưa lan đến. Các phản ứng này có
tốc độ khoảng 1500-2500 m/s, nhanh gấp hằng trăm lần tốc độ cháy bình thường.
Với tốc độ cháy như vậy chúng sẽ gây ra sự tăng đột ngột áp suất trong xi-lanh, giá tri áp
suất tức thời ngay tại thời điểm xảy ra sự kích nổ lên tới 160 atm-170 atm, cao hơn nhiều lần
so với áp suất hoạt động bình thường. Tuy nhiên áp suất tác động lên thành piston lại không
khác mấy so với áp suất hoạt động ổn định khi không có kích nổ. Nguyên nhân là do sự bù
trừ áp suất của hai dòng khí ngược nhau: Một dòng sinh ra do bề mặt lửa lan truyền còn dòng
kia sinh ra từ các điểm kích nổ
Sự phụ thuộc của chỉ số octane vào thành phần của nhiên liệu như thế nào?
Xăng chứa càng nhiều hydrocacbon thơm hoặc iso-paraffin thì cho chỉ số octane càng
cao. Cụ thể ta có khả năng chống kích nổ của các hydrocacbon như sau?

- Hydrocacbon thơm
- Olefin mạch nhánh
- Paraffin mạch nhánh
- Naphthene mạch nhánh
- Olefin mạch thẳng
- Naphthene
- Paraffin mạch thẳng
- Paraffin mạch thẳng lớn
6
Các phương pháp xác định trị số octane: có 2 phương pháp chính
- Phương pháp RON – Research Octane Number (ASTM D 2700)
Đây là phương pháp thông dụng nhất, đo ở 49
0
C (120F), xác định ở tốc độ quay của động
cơ 600 vòng/phút và phù hợp với xe chạy trong thành phố, thường xuyên thay đổi tốc độ và
tải trọng nhẹ.
- Phương pháp MON – Motor Octane Number ( ASTM D 2699)
Phương pháp xác định ở tốc độ quay của động cơ 900 vòng/phút, đo ở 149
0
C, có giá trị
thấp hơn RON và phù hợp với loại xe vận tải đường trường, tốc độ vận hành cao và ổn định.
- Ngoài ra, dựa trên RON và MON người ta còn đưa ra PON (popular octane Number),
RdON (observed Road Octane Number) để chỉ trị số octane của xăng
Các phương pháp tăng trị số octane: có 2 phương pháp thường dùng để tăng trị số octane
đó là:
- Dùng phụ gia: Phụ gia họ cơ kim (Pb, Mn, Fe), phụ gia chứa oxy, phụ gia amine thơm,
…
Phương pháp hóa học: sử dụng các quá trình chế biến thứ cấp như isome hóa, reforming
xúc tác, FCC, alkyl hóa, …
7

Câu 4: Phụ gia cho xăng động cơ: phụ gia oxygenate, phụ gia chứa kim loại, phụ
gia họ amine? Mỗi họ phụ gia cho một vài ví dụ? Ở Nhà máy Lọc hóa dầu Dung
Quất người ta sử dụng phụ gia nào?
Trả lời:
Phụ gia Tác dụng Ví dụ
Giới
hạn
Tác hại
Phụ gia
Oxygenation
- Tăng ON
- Cung cấp oxy
cho phản ứng
cháy hoàn toàn
- Methanol,
Ethanol,
MTBE,
ETBE,
TAME
- Hàm
lượng
Oxy:
<2.7%
khối
lượng
- Tăng RVP
- Gây ô nhiễm
- Dễ gây phân lớp
khi tồn chứa và
bảo quản

- Một số chất gây
ăn mòn rất
mạnh
Phụ gia
chứa kim loại
- Tăng ON
- Ngăn cản sự
tạo thành tác
nhân peroxide
- Giảm các CO
x
,
NO
x
, SO
x
, HC
trong khí thải
- Phụ gia chì:
TEL, TML
- Phụ gia chứa
Mn: MMT
- Phụ gia chứa
Fe: Plutocen
hoặc
Sunazocen
- Phụ gia
chứa Pb
đã cấm sử
dụng

- Phụ gia
chứa Mn
<50mg
Mn/l
- Phụ gia
chứa sắt:
<38mg
Fe/l
- Làm tăng sự
mài mòn
động cơ và
làm hỏng bộ
phần đánh lửa
trong buồng
đốt chính
Phụ gia
họ Amine
- Tăng ON cao
nhất
- Làm ổn định
xăng
- Làm giảm bớt
hay hạn chế
tạp chất trong
xăng
- PT-10515 G
chứa N-
methylaniline
- A-819(Trung
Quốc)- chứa

Amine thơm
- ADA-
KRATA(Nga
)- chứa N-
methyl
Aniline hoặc
monoaniline
- …
- Có xúc tác
: <6% thể
tích
- Không có
xúc tác: 1-
1.3%
- Dễ tạo nhựa
trong động cơ
và bộ phận
đốt trong
8
Câu 5: Công nghệ sản xuất MTBE: lịch sử phát triển, mục đích và ý nghĩa sử
dụng MTBE, cơ sở lý thuyết công nghệ sản xuất MTBE và các công nghệ sản xuất
MTBE (nguyên liệu, phản ứng hóa học, sơ đồ công nghệ).
Trả lời:
MTBE là tên viết tắt của Metyl tert butyl ete là hợp chất chứa oxy có công thức cấu tạo:
MTBE được tổng hợp từ TBA hoặc tổng hợp từ isobutylen với metanol ( đây là hai
phương pháp chính trong công nghiệp). MTBE là cấu tử có trị số octan rất cao do vậy được
sử dụng chủ yếu để pha vào xăng nhằm cải thiện chất lượng xăng và giảm ô nhiễm môi
trường. MTBE có nhiều ưu điểm hơn so với phụ gia Pb ở chỗ MTBE vừa có tác dụng nâng
cao trị số MON của xăng vừa làm tăng khả năng cháyhoàn toàn của nhiên liệu, do đó giảm
khí thải gây ô nhiễm( khí CO ), không làm tăng áp suất hơi bão hoà của nhiên liệu, ổn định

tốt có tính tương thích khi pha chộn với nhiên liệu, tan tốt trong nhiên liệu…
Nhu cầu tiêu thụ MTBE đang tăng nhanh, MTBE là một trong những hoá chất tăng
trưởng mạnh nhất trênthế giới với tốc độ tăng trưởng trung bình 20% mỗi năm (1989
1994).Dù báo đến năm 2010 nhu cầu về MTBE trên toàn thế giới có thể lên tới 29000
tấn/năm. Có nhiều công nghệ sản xuất MTBE của các hãng khác nhautrênthếgiới,
vídụnhưquitrìnhcôngnghệ sảnxuấtMTBEcủa Snamprogatti (Mỹ) sử dụng nguyên liệu là hỗn
hợp khí C
4
chứa isobutylen. Quy trình công nghệ sản xuất MTBE của Huls ( Cộng hoà liên
bang Đức). quá trình của CD Tech dùng nguyên liệu C1 và C5( hỗn hợp khí). Quátrình
ARCO với nguyên liệu từ quá trình đehydrat hoá Tert Butyl Alcohol.
1.Tính chất lí học:
MTBE là chất lỏng không màu, linh động, độ nhít thấp, dễ cháy, tan vô hạn trong các
dung môi hữu cơ và hydrocacbon.
2.Tính chất hoá học:
MTBE khá ổn định dưới điều kiện axit yếu, môi trường kiềm hoặc trung tính.
Nguyên tử oxy O trong phân tử MTBE có một cặp điện tử không chia và các nguyên tử
gốc alkyl -CH3 và -C(CH
3
)
3
có hiệu ứng cảm ứng dương (+I) đã tạo ra cho MTBE (ete) mang
đặc tính của một bazơ. Do đó MTBE tham gia các phản ứng hoá học với các axit.
3. Ứng dụng
Ứng dụng làm phụ gia cao octan trong xăng nhiên liệu . Hiện nay hơn 90% MTBE sản
xuất được làm phụ gia nhằm tăng trị số octan của xăng do MTBE có trị số octan cao :
RON : 115 - 135
MON : 90 - 120
9
Pha trộn đạt hiệu quả cao nhất khi MTBE trộn với xăng dầu parafino và ngược laị khi

trộn với xăng xăng giàu olefin thì áp xuất hơi bão hoà của xăng giảm. Điều này ảnh hưởng
trực tiếp đến khả năng pha trộn Butan vào nhiên liệu do đó làm giảm tính kinh tế của nã. Khi
áp xuất bão hoà giảm xuống thì khả năng pha trộn Butan vào xăng tăng lên , làm tăng triển
vọng kinh tế do Butan là cấu tử dễ tìm , rẻ tiền và có trị số octan cao.
Ngoài mục đích tăng trị số octan cho xăng . Khi thêm MTBE vào xăng sẽ làm giảm áp
xuất hơi bão hoà của xăng do đó làm giảm tính bay hơi đồng thời khi cháy tạo giảm hàm
lượng Hydrocacbon không cháy hết. Mặc dù MTBE có nhiệt cháy thấp hơn một chút so với
xăng nhưng khi trộn khoảng 20%V thì nó không làm giảm công suất của động cơ và mức tiêu
hao nhiên liệu. Đồng thời có tác dụng làm khởi động động cơ dễ dàng lúc nhiệt độ thấp và
ngăn cản quá trình tạo muội trong xilanh.
Những ứng dụng khác:
MTBE cũng được sử dụng làm nguyên liệu hoặc các hợp chất trung gian trong công
nghiệp tổng hợp hưũ cơ hoá dầu. MTBE bị bẻ gãy tạo Metanol . Ngoài ra MTBE còn được
làm nguyên liệu để sản xuất các hợp chất quan trọng khác Metacrolein , axitMetacrylic , iso-
pren , dùng làm dung môi trong quá trình phân tích và làm dung môi chiết.
4. Những ưu, nhược điểm của MTBE khi sử dụng :
Ưu điểm :
- Trị số octan cao
- Độ bay hơi thấp
- Khả năng pha trộn với xăng tốt
- Giảm tạo CO và cháy hết Hydrocabon
- Tính kinh tế không phụ thuộc vào sự trợ giá
- Sản phẩm có thể thay thế một chất khác có giá trị tương đương
- Được chấp nhận trên thị trường.
Nhược điểm :
- Nguyên liệu isobutylen khó tìm và đắt tiền
- Độc hại với môi trường nước.
Tuy vậy hiện phụ gia MTBE vẫn được đánh giá là một trong những phụ gia được sử dụng
rộng nhất trên thế giới để thay thế cho phụ gia chì.
5. Cơ sở hoá học của quá trình sản xuất MTBE:

MTBE được tạo thành bởi phản ứng cộng hợp metyl alcohol(metanol) vào liên kết đôi
hoạt động của isobutylen, phản ứng như sau:
10
Phản ứng này xảy ra trong pha lỏng ở tại điều kiện nhiệt độ 40 - 100
0
C và áp suất 100 –
150psig, đây là phản ứng toả nhiệt nhẹΔH=-37KJ/Kmol. Xúc tác là nhựa trao đổi ion mang
tính axit, phản ứng xảy ra nhanh hơn rất nhiều theo số lượng. Đây là phản ứng thuận nghịch,
phản ứng có cả các cấu tử C
4
khác nhau như: buten, butan, isobutan, …
Vì đây là phản ứng thuận nghịch, do vậy để thu được độ chuyển hoá cao (tức thu được
nhiều MTBE) ta phải lấy lượng metanol hơn so với hệ số tỉ lượng , đồng tìm cách lấy MTBE
ra khái môi trường phản ứng.
Quá trình tổng hợp MTBE là quá trình dị thể Langmuri-Hinshel(L-R).
Động học và cơ chế của phản ứng tổng hợp MTBE
Phản ứng tổng hợp MTBE là phản ứng thuận nghịch, xúc tác axit động học và cơ chế
phản ứng phụ thuộc vào môi trường phản ứng. Điều này có nghĩa là phụ thuộc vào tỷ lệ R =
isobutylen / metanol.
Có thể xem là phản ứng xảy ra theo cơ chế ion với sự proton hoá Isobutylen trước:
Sau đó ion cacbon sẽ tương tác với metanol:
Sau đó:
11
6. Các quá trình công nghệ sản xuất MTBE hiện đang sử dụng trên thế giới
a. Sơ đồ khối của quá trình tổng hợp MTBE
b. Sơ đồ công nghệ của Snamprogetti
1.Thiết bị phản ứng ống chùm
2. Thiết bị phản ứng đoạn nhiệt
3. Tháp tách MTBE
4. Tháp hấp thụ Metanol

5. Tháp tách Metanol
12
Sơ đồ công nghệ này sử dụng nguyên liệu là hỗn hợp C4 từ quá trình cracking hơi nước
hoặc hổn hợp khí FCC-BB. Thiết bị phản ứng thứ nhất là thiết bị ống chùm thực hiện phản
ứng đẳng nhiệt, thiết bị phản ứng thứ 2 thực hiện phản ứng đoạn nhiệt. Xúc tác được sắp xếp
sao cho việc điều khiển nhiệt độ là dễ dàng nhất và độ chuyển hoá đạt xấp xỉ 100%. Nguyên
liệu đầu gồm metanol và hỗn hợp khí C4 giàu iso-buten được đưa vào thiết bị phản ứng ống
chùm (1). Thiết bị này cho phép tiến hành phản ứng ở chế độ đẳng nhiệt. Sau đó, hỗn hợp
phản ứng được đưa sang thiết bị (2) để tiếptục phản ứng theo chế độ đoạn nhiệt. Sản phẩm từ
đáy (2) được dẫn vào tháp tách (3), MTBE lấy ra ở đáy còn lại là metanol và hỗn hợp C4
chưa phản ứng được đưa qua tháp hấp thụ bằng nước (4) để tách hỗn hợp C4 ở trên đỉnh.
Dung dịch hấp thụ metanol được đưa qua tháp (5) để thu hồi metanol cho tuần hoàn trở lại
cùng dòng nguyên liệu đầu đi vào thiết bị phản ứng (1).
c. Công nghệ sản xuất MTBE của Hiils sử dụng nguyên liệu là hỗn hợp khí Raffinal-1
Quá trình tổng hợp MTBE theo công nghệ này độ chuyển hóa iso-buten 99,9% mol.
d. Công nghệ CD-Tech
Công nghệ này có thể sử dụng nguyên liệu là hỗn hợp hydrocacbon C4 hoặc iso-buten từ
quá trình dehyđro hoá iso-butan. Công nghệ CD-Tech sử dụng 2 thiết bị phản ứng. Thiết bị
phản ứng thứ nhất(1) là thiết bị phản ứng đoạn nhiệt, thiết bị phản ứng thứ 2 là thiết bị chưng
13
tách. Thiết bị này vừa thực hiện phản ứng vừa chưng tách.Trong thiết bị phản ứng chưng tách
(2) người ta bố trí những khoảng để chưng tách và những khoảng chứa xúc tác để thực hiện
phản ứng nhằm tăng độ chuyển hoá. Đây là công nghệ mới sử dụng kỹ thuật phản ứng chưng
tách, tháp (3) là tháp tách C4 chưa phản ứng ứng khỏi metanol, (4) là tháp tách Metanol-H
2
O,
công nghệ cho ta độ chuyển hoá iso-buten tới 99,9% mol. Nhiệt mang vào cột chưng tách
được tiết kiệm nhờ nhiệt từ thiết bị phản ứng thứ nhất. Ngoài ra còn có các công nghệ khác
cũng sử dụng nguyên liệu hỗn hợp C4 như công nghệ IFB, công nghệ Phillip.
e. Công nghệ của hãng Phillip

14
Quá trình này được tiến hành như sau:
Iso-buten cùng với metanol nguyên liệu và metanol tuần hoàn đã được làm giàu tới bộ
phận lò phản ứng (1,2) chứa đựng nhựa trao đổi ion axit. ở thiết bị (1) dưới xúc tác cố định ở
giai đoạn 1 được làm lạnh bên ngoài. Công nghệ này cho phép chất xúc tác dễ thay đổi mà
không ngừng hoạt động và đồng thời cho sản phẩm MTBE chất lượng cao. MTBE từ đáy
tháp RWD được làm lạnh trước khi vào bể chứa. Phần lỏng ra khỏi đỉnh có chứa C4S,
Metanol dư và các hydrocacbon nhẹ khác được bay hơi qua van tiết lưu sau đó đi vào tháp
rửa bằng nước, tại đây Metanol được tách ra theo nước vào tháp chưng cất để thu Metanol hồi
lưu lại quá trình ete hóa còn nước quay trở lại tháp rửa khí. Phần khí ra khỏi tháp rửa được xử
lý để hồi lưu lại iso-buten tới nhà máy để dehydro hóa.
f. Công nghệ Ethermax
15
Câu 6: Nhiên liệu phản lực là gì? Các yêu cầu cần phải đảm bảo đối với nhiên liệu
phản lực? Hãy cho biết các tiêu chuẩn kỹ thuật đối với nhiên liệu phản lực? Hãy
cho biết phương pháp xác định chiều cao ngọn lửa không khói của nhiên liệu
phản lực? Ý nghĩa của đại lượng “chiều cao ngọn lửa không khói”?
Trả lời:
1. Khái niệm
Nhiên liệu phản lực là một loại sản phẩm được chưng cất từ dầu mỏ và được dùng cho
các loại máy bay, tên lửa, phi thuyền,… có sử dụng động cơ phản lực kiểu tuabin khí. Chức
năng chủ yếu của nhiên liệu phản lực là cung cấp năng lượng cho máy bay nên nhiệt trị và
chất lượng cháy là những tính chất hoạt động chủ yếu. Các tính chất hoạt động quan trọng
khác là độ ổn định, tính bôi trơn, tính lưu động độ hóa hơi, tính ăn mòn và độ sạch. Ngoài
việc cung cấp năng lượng, nhiên liệu được sử dụng làm chất lỏng thủy lực trong hệ thống
kiểm soát động cơ và chất làm mát cho một số bộ phận của hệ thống nhiên liệu.
Đối với nhiên liệu phản lực, trị số octane không quan trọng mà thay thế vào đó là nhiên
liệu phản lực phải có đặc tính cháy tốt, nhiệt lượng cao.
2. Các yêu cầu cần phải đảm bảo đối với nhiên liệu phản lực
- Bắt cháy tốt

- Không bị tắt khi cháy
- Tốc độ cháy lớn
- Cháy điều hòa
- Cháy hoàn toàn
- Ít tạo cặn
- Nhiệt cháy lớn (trên 11200 kcal/kg)
- Nhiệt độ đông đặc thấp
3. Các tiêu chuẩn kỹ thuật đối với nhiên liệu phản lực
Nhiệt trị: nhiên liệu phản lực nhiệt trị phải lớn hơn 11.200 kcal/kg. Giá trị nhiệt trị của
nhiên liệu phản lực phụ thuộc vào thành phần hóa học của nó. Nhiên liệu chứa nhiều paraffin
thì nhiệt trị cao, vì vậy nhiên liệu cần có nhiều n-paraffin mạch thẳng. Giá trị nhiệt trị của
hydrocarbon thấp nhất là aromatics nên trong nhiên liệu phản lực chứa không nhiều
aromatics.
Chiều cao ngọn lửa không khói: là chiều cao tính bằng mili met của ngọn lửa không khói
đo được nhờ một đèn chuyên dụng có tên là đèn điểm khói (Smoke Point Lamp) theo tiêu
chuẩn ASTM D1322. Đây là tiêu chuẩn để đảm bảo nhiên liệu cháy hoàn toàn, ít tạo cốc, ít
tạo tàn, tránh làm tắc vòi phun, động cơ hoạt động ổn định. Thành phần hóa học quyết định
đến chiều cao ngọn lửa không khói. Hydrocacbon có tỷ số H/C lớn cho ngọn lửa không khói
cao, nghĩa là ngọn lửa ít khói. Các aromatic cháy cho nhiều khói nhất, tức là chiều cao ngọn
16
lửa không khói thấp, còn các paraffin cho ít khói hơn cả. Vì vậy cần giới hạn hàm lượng
aromatics ở mức 20 – 25%.Nhiên liệu phản lực cần có điểm khói tối thiểu khoảng 20 - 25mm.
Về phương diện này, nhiên liệu có càng ít aromatics và càng giàu paraffin càng tốt.
Độ bay hơi: là tính chất quan trọng không bị giới hạn nghiêm ngặt. Độ bay hơi được đặc
trưng bởi áp suất hơi và thành phần cất. Khi khả năng bay hơi tăng thì quá trình cháy thuận
lợi hơn, nhưng dễ gây ra hiện tượng tạo nút hơi, ảnh hưởng xấu đến quá trình nạp nhiên liệu,
làm giảm nhiệt cháy thể tích và giảm tính bôi trơn. Vì vậy yêu cầu nhiên liệu phản lực phải có
áp suất hơi bão hòa khoảng 21 kPa ở 38
0
C.

Khối lượng riêng: khối lượng riêng của nhiên liệu phản lực nằm trong phạm vi 0.775 –
0.840 g/ml. Nếu khối lượng riêng quá nhỏ sẽ làm giảm tổng khối lượng của nhiên liệu máy
bay chở, tổng nhiệt cháy giảm, chiều dài đường bay ngắn lại. Ngược lại, khối lượng riêng lớn
thì tổng nhiệt cháy tăng nhưng độ nhớt tăng, giảm khả năng bay hơi, cháy kém, cháy không
hoàn toàn và gây ô nhiễm môi trường.
Độ linh động: là khả năng chuyển động trong quá trình nạp liệu vào buồng đốt của động
cơ. Ở độ cao trên 10000 m, nhiệt độ thấp (– 56
0
C), n-paraffin dễ dàng bị kết tinh, làm tắc vòi
phun, giảm tính linh động của nhiên liệu, gây khó khăn để nạp nhiên liệu vào buồng cháy và
gây nguy hiểm cho máy bay. Vì vậy, thành phần paraffin trong nhiên liệu phản lực phải được
giới hạn (30-60%), hàm lượng naphthen khoảng 20-45%, hàm lượng aromatics khoảng 20-
25%.
Độ bền nhiệt: nhiên liệu phản lực không chỉ dùng để cung cấp năng lượng cho động cơ
mà còn có vai trò làm dầu bôi trơn, chất lỏng thủy lực, và trong hệ thống điều hòa nên đòi hỏi
nhiên liệu phản lực phải có tính chất bền nhiệt. Độ bền nhiệt của nhiên liệu phản lực phụ
thuộc chủ yếu vào cấu trúc hóa học của các hợp chất có trong thành phần nhiên liệu. Độ bền
nhiệt của paraffin lớn hơn naphthene và aromatic. Ngoài ra, sự có mặt của các thành phần phi
hydrocacbon và chất bẩn cũng làm ảnh hưởng xấu đến độ bền nhiệt. Sự có mặt của oxy ở
nhiệt độ cao sẽ làm một số hydrocacbon (olefins, mercaptane, hợp chất chứa nitơ) bị oxy
hóa, tạo chất ít tan, dễ tách ra ở dạng kết tủa rắn hoặc dạng nhựa.
Tách loại nước: Nước thường ở dạng hòa tan trong nhiên liệu. Khi nhiệt độ thấp (T <
0
0
C), nước bị kết tinh làm tắc vòi phun nhiên liệu. Thực tế, việc hạn chế lượng nước trong
nhiên liệu rất khó, ta cần làm giảm nhiệt độ kết tinh của nước bằng phụ gia chống kết tinh
nước, thường là các lưỡng chức ether – alcol ở hàm lượng < 1500 ppm.
Hàm lượng lưu huỳnh: lưu huỳnh thường tồn tại trong nhiên liệu phản lực dưới dạng S tự
do, mercaptan, hydro sulfide (H
2

S), sulfide, disulfide. Trong quá trình đốt nhiên liệu, hàm
lượng lưu huỳnh làm ảnh hưởng xấu đến tính chất của nhiên liệu do tạo ra SO
2
, SO
3
gây ăn
mòn, tạo cặn bám trong buồng đốt.Vì vậy giới hạn tối đa cho hàm lượng lưu huỳnh là không
quá 0.3% thể tích. Ta thường xác định % lưu huỳnh bằng cách đo độ ăn mòn tấm đồng,
17
bạctheo ASTM D130, dùng ASTM D3227 đối với mercapptan và ASTM D4952 cho H
2
S, S,
mercaptan.
Độ dẫn điện:trong quá trình vận chuyển nhiên liệu và bơm nhiên liệu vào máy bay, nhiên
liệu có thể tích điện gây ra phóng điện, gây nổ. Ta cần sử dụng các phụ gia chống tĩnh điện.
4. Phương pháp xác định chiều cao ngọn lửa không khói của nhiên liệu phản lực
Chiều cao ngọn lửa không khói của nhiên liệu phản lực được đo nhờ đèn điểm khói
“Smoke Point Lamp” theo ASTM D1322. Thứ tự các bước tiến hành:
- Ngâm đoạn bấc có chiều dài tối thiểu 125 mm vào trong mẫu nhiên liệu cần khảo sát,
sau đó đặt ngọn bấc vào wick-tube trong candle
- Cho gần 20 ml mẫu nhiên liệu đã chuẩn bị sẵn ở nhiệt độ phòng, vào trong candle sạch
và khô
- Đặt wick-tube chứa bấc vào trong candle và điều chỉnh bấc về vị trí thích hợp
- Điều chỉnh bấc, có thể cắt để tạo một lớp phẳng ở mặt bấc, chiều cao của bấc nhô lên
so với candle khoảng 6mm
- Đốt cháy ngọn bấc và điểu chỉnh chiều cao ngọn lửa khoảng 10 mm, để cho candle
cháy ổn định trong khoảng 5 phút
- Nâng cao bấc đến khi có chớm khói xuất hiện, sau đó từ từ hạ bấc xuống, điều chỉnh
mắt quan sát sao cho ngọn lửa nhìn được theo vạch chia của thước đo theo phương
thẳng đứng

- Cách quan sát ngọn lửa
18
Hình 6.1. Đèn điểm khói Hình 6.2. Hình dạng ngọn lửa theo tiêu chuẩn
 Công thức tính điểm khói:
W=
Trong đó: R là tỷ số H/C, T là nhiệt độ T
10
5. Ý nghĩa của đại lượng “chiều cao ngọn lửa không khói
Cho biết khả năng cháy đều, sáng trắng, không muội than của dầu mỏ. Chiều cao ngọn
lửa không khói càng cao thì dầu càng tốt.
19
Câu 7: Dầu hỏa là gì? Thành phần hóa học của dầu hỏa? Các yêu cầu cơ bản của
dầu hỏa đun nấu?
Trả lời:
Dầu hỏa hay Kerosen là hỗn hợp của các hydrocacbon lỏng không màu, dễ bắt cháy, thu
được từ chưng cất phân đoạn dầu mỏ ở nhiệt độ 150 °C đến 275 °C (các chuỗi cacbon từ
C
12
đến C
15
)
Thành phần hóa học của dầu hỏa: ảnh hưởng căn bản đối với sự cháy. Dầu hỏa chứa
nhiều hyrocacbon thơm trong khi cháy sẽ tạo nhiều muội khói. Chất keo và axit naphthenic
làm tắc bấc trong muội đèn, làm giảm ánh sáng khi đốt cháy.
Các yêu cầu cơ bản của dầu hỏa đun nấu:
- Dẫn lên bấc nhanh
- Không có màu vàng
- Không có khói đen
- Ngọn lửa cháy sáng
- Không tạo muội trên bấc

20
Câu 8: Diesel là gì? Thành phần hóa học của diesel? Sự khác biệt về đặc điểm
cháy của nhiên liệu trong động cơ diesel so với trong động cơ xăng? Chỉ tiêu chất
lượng của diesel?
Trả lời:
Dầu diesel là một loại nhiên liệu lỏng, sản phẩm tinh chế từ dầu mỏ bằng quá trình chưng
cất trực tiếp, có thành phần chưng cất nằm giữa dầu hỏa và dầu bôi trơn, nặng hơn dầu lửa và
xăng. Chúng thường có nhiệt độ bốc hơi từ 175
0
C đến 370
o
C. Các nhiên liệu Diesel nặng hơn
thì có nhiệt độ bốc hơi từ 315
0
C đến 425
o
C.
Diesel có nguồn gốc dầu khí bao gồm khoảng 75% hydrocacbon no (chủ yếu là n-
paraffin, iso-paraffin và cycloparafin) và 25% hydrocacbon thơm (bao gồm cả naphthalene và
alkylbenzene). Công thức trung bình nguyên liệu diesel thông thường là C
12
H
23
, trải dài
khoảng từ C
10
H
20
đến C
15

H
28
.
Sự khác nhau về đặc điểm cháy của nhiên liệu trong động cơ diesel so với trong động cơ
xăng:
Động cơ diesel sử dụng nhiên liệu là dầu diesel, không có bougie đánh lửa, không có bộ
chế hòa khí, động cơ sinh công nhờ quá trình nén hỗn hợp nhiên liệu và không khí trong xi
lanh.
Động cơ xăng sử dụng nhiên liệu là xăng, có bộ chế hòa khí, sinh công bằng quá trình đốt
cháy hỗn hợp nhiên liệu-không khí trong xi lanh nhờ tia lửa điện ở bougie.
Thì Động cơ Diesel Động cơ xăng
Hút
Hút thanh khí (không khí) vào
xi lanh
Hút hòa khí ( xăng + không khí) vào xi
lanh
Nén
Nén không khí đạt áp suất và
nhiệt độ cao:
P = (30 - 35) Kg/cm²
T = (500 - 600)°C
Cuối quá trình nén, nhiên liệu
được phun sớm vào buồng đốt.
Ép hòa khí với áp suất và nhiệt độ thấp
hơn:
P = (8 - 10) Kg/cm²
T = (200 - 300)°C
Cuối quá trình nén, bougie phát tia lửa
điện đốt cháy hòa khí.
Sinh

Công
Nhiên liệu phun vào buồng đốt
hòa trộn với không khí được nén ở
áp suất và nhiệt độ cao tự bốc cháy.
Hỗn hợp cháy giãn nở sinh công cho
Bugi phát tia lửa điện đốt cháy hòa khí
trong xi lanh. Hòa khí cháy giãn nở sinh
công cho động cơ.
21
động cơ.
Xả
Khí thải được xả ra ngoài qua
van xả.
Khí xả được thải ra ngoài qua van xả.
Chỉ tiêu chất lượng của diesel:
Tên chỉ tiêu Mức Phương pháp thử
1. Hàm lượng lưu huỳnh,
mg/kg, max.
0.0
5%S
0.2
5%S
TCVN
6701:2000
(ASTM
D2622)
/ASTM
D5453
2. Chỉ số cetane , min. 46
ASTM

D4737
3. Nhiệt độ cất (
o
C), 90% thể
tích, max.
360
TCVN
2698:2002
(ASTM
D86)
4. Điểm chớp cháy cốc kín,
o
C, min.
55
TCVN
6608:2000
(ASTM
D3828)
/ASTM
D93
5. Độ nhớt động học ở 40
o
C,
mm
2
/s
2 - 4,5
TCVN
3171:2003
(ASTM

D445)
6. Cặn cácbon của 10% cặn
chưng cất,
% khối lượng, max.
0,3
TCVN
6324:1997
(ASTM
D189)
/ASTM
D4530
7. Điểm đông đặc,
o
C, max + 6
TCVN
3753:1995
(ASTM
D97)
8. Hàm lượng tro, %khối
lượng, max
0,01
TCVN
2690:1995
(ASTM D
482)
9. Hàm lượng nước, mg/kg,
max.
200
ASTM
E203

22
10. Tạp chất dạng hạt, mg/l,
max
10
ASTM
D2276
11.Ăn mòn mảnh đồng ở
50
o
C, 3 giờ, max.
Loại 1
TCVN
2694:2000
(ASTM
D130)
12. Khối lượng riêng ở 15
o
C,
kg/m
3
.
820 - 860
TCVN
6594:2000
(ASTM
D1298)
/ASTM D
4052
13. Độ bôi trơn, μm, max. 460
ASTM D

6079
14. Ngoại quan. Sạch, trong
ASTM D
4176
23
Câu 9: Trị số cetane là gì? Ý nghĩa của trị số cetane? Sự phụ thuộc của trị số
cetane vào thành phần của nhiên liệu diesel? Các phương pháp xác định trị số
cetane?
Trả lời:
Trị số Cetane hay CN là đơn vị đo quy ước đặc trung cho khả năng tự bốc cháy của nhiên
liệu diesel, được đo bằng phần trăm thể tích n-Cetane(C
16
H
34
) trong hỗ hợp của nó với Methyl
napthalene trong điều kiện tiêu chuẩn. Theo quy ước n-Cetane có CN=100 và methyl
Napthalene có CN=0. CN được xác định theo phương pháp ASTM- D.613.
Ý nghĩa của CN:
- Trị số CN ngoài ý nghĩa thước đo chất lượng cháy của nhiên liệu còn ảnh hưởng
đến khả năng cháy kích nổ của nhiên liệu
- Trị số CN khi vượt quá giới hạn thực tế sẽ không cải thiện tính năng của động
cơ về mặt vật chất
Sự phụ thuộc của CN vào thành phần của nhiên liệu diesel:
- Các hydrocarbon khác nhau có trị số Cetane khác nhau: mạch thẳng càng dài thì
CN càng cao ngược lại mạch nhánh, thơm nhiều vòng thì CN càng thấp.
- Phân đoạn chưng cất trực tiếp từ dầu mỏ parafinic bao giờ cũng có CN rất cao
- Diesel sản xuất từ các quá trình cracking có chỉ số Cetane thấp vì chứa nhiều các
thành phần nhẹ và nhiều aromatics do đó phải thêm các phụ gia tăng chỉ số
Cetane
- Có thể tăng trị số CN bằng cách thêm vào các phụ gia thúc đẩy quá trình oxy

hóa như: iso-propyl nitrate, n-butyl nitrate, amyl nitrate… với hàm lượng
khoảng 1.5% thể tích, vói độ tăng khoảng 15-20 đơn vị.
Các phương pháp xác định CN:
Phương pháp đo trực tiếp bằng động cơ chuẩn: ASTM-D613 xác định trị số Cetane
(Cetane Number)
Phương pháp sử dụng công thức tính chỉ số Cetane (Cetane Index) từ nhiệt độ sôi trung
bình và tỷ trọng API
o
(ASTM-D976). Phương pháp nà không thể thay thế cho phương pháp đo
trực tiếp bằng động cơ. Nó chỉ được sử dụng để ước lượng CN với sai số chấp nhận được đối
với các nhiên liệu phù hợp. Có hai công thức tính như sau:
Công thức 1:
CI= -420.34 +0.016G
2
+ 0.192GlgM + 65.01(lgM)
2
– 0.0001809M
2
Trong đó:
24
 G: tỷ trọng API
o
( ASTM-D287 hoặc ASTM-D1289)
 M: nhiệt độ sôi trung bình của DO,
o
F
Công thức 2:
CI= 454.74 -1641.416D + 774.74D
2
-0.554B +97.803(lgB)

2
Trong đó :
 D: tỷ trọng tại 15
o
C, g/ml (ASTM-D1298)
 B: điểm cất 50% (ASTM-D86)
Hạn chế:
- Không áp dụng cho nhiên liệu chứa phụ gia cải thiện CN
- Không áp dụng cho HC tinh khiết, nhiên liệu tổng hợp và sản phẩm chưng cất
than đá
- Không áp dụng cho nhiên liệu và dầu thô có FP thấp hơn 260
o
C
- CN phụ thuộc nhiều vào thành phần HC nên có thể gây ra sự khác biệt rất lớn
giữa CN giữa hai phương pháp.
25