Đồ án Sản xuất dầu Diesel từ dầu nhờn thải

Đồ án tốt nghiệp

Trường đại học Mỏ - Địa chất

Mục lục Lời cảm ơn Lời mở đầu
Chương 1. Tống quan về dầu bôi trơn
1.1.

Giới thiệu về dầu bôi trơn

1.2.

Thành phần dầu bôi trơn động cơ

1.2.1. Dầu gốc
1.2.2. Phụ gia
Chương 2. Tổng quan về quá trình cracking sản phẩm dầu mỏ
2.1

Tổng quan về quá trình cracking sản phẩm dầu mỏ

2.2.

Cracking nhiệt

2.2.1. Nguyên liệu cracking nhiệt
2.2.2. Cơ chế cracking nhiệt
2.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình cracking nhiệt
2.3.

Cracking xúc tác

2.3.1. Nguyên liệu
2.3.2. Cơ sở lý thuyết của quá trình cracking xúc tác
2.3.2.1. Giai đoạn tạo ion cacboni
2.3.2.2. Các phản ứng của ion cacboni
2.3.2.3. Giai đoạn dừng phản ứng
2.3.3.

Xúc tác Cracking

2.3.3.1. Yêu cầu đối với xúc tác
2.3.3.2. Các hợp phần trong xúc tác cracking
2.3.4. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình cracking xúc tác
2.3.5. Một sổ thiết bị, công nghệ cho quá trình cracking xúc tác
Chương 3. Tống quan về dầu diesel
3.1.

Giới thiệu chung về diesel và động cơ diesel

3.1.1. Nhiên liệu diesel
3.1.2. Giới thiệu động cơ diesel
3.1.2.1. Động cơ diesel
3.1.2.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ diesel
3.2.
3.3.

Thành phần
Một số chỉ tiêu hóa lý đặc trưng

3.3.1. Trị số Cetane ( Cetane N)

Cấn Ngọc Hoàng

1

Lọc Hóa Dầu - K49


Đồ án tốt nghiệp

Trường đại học Mỏ - Địa chất

3.3.2. Thành phần chưng cất
3.3.3. Nhiệt độ bắt cháy cốc kín
3.3.4. Hàm lượng lưu huỳnh ( S)
3.3.5. Ăn mòn đồng
3.3.6. Độ nhớt động học
3.3.7. Điểm sương
3.3.8. Điểm đông đặc
3.3.9. Hàm lương tro ( Ash)
3.3.10. Cặn Carbon
3.3.11. Trị số axit
3.3.12. Nhựa thực tế
3.3.13. Nước và các tạp chất cơ học
3.3.14. Nhiệt trị
3.3.15. Tỉ trọng
3.4. Phân loại diesel
3.4.1. Phân loại của một số quốc gia
3.4.2. Tiêu chuẩn Việt Nam về diesel
Chương 4. Quá trình sản xuất dầu Diesel từ dầu nhờn thải

4.1.

Tổng quan

4.1.1. Thành phần của dầu nhờn thải
4.1.2. Ánh hưởng của dầu thải
4.1.3. Tình hình thu gom và tái chế dầu nhờn thải
4.2.

Xử lý sơ bộ dầu nhờn thải cho quá trình tái chế thành nhiên liệu diesel

4.2.1. Chuẩn bị nguyên liệu
4.2.2.

Loại các tạp chất cơ học

4.2.3. Loại nước
4.3.

Quá trình cracking dầu thải

4.3.1. Quá trình cracking nhiệt sản xuất Diesel
4.3.2. Quá trình cracking dầu thải dùng xúc tác H2S04
4.3.3. Quá trình cracking dầu thải dùng xúc tác NaOH
4.4.

Tinh chế sản phấm Diesel của quá trình cracking dầu thải

4.4.1. Chưng cất phân đoạn thu diesel tinh khiết

Cấn Ngọc Hoàng

2

Lọc Hóa Dầu - K49


Đồ án tốt nghiệp

Trường đại học Mỏ - Địa chất

4.4.2. Phương pháp hấp phụ bằng sét trắng đế khử màu và mùi sản phẩm diesel
4.4.3. Tối ưu chất hấp phụ cho quá trình tinh chế sản phâm
4.5. Khảo sát các chỉ tiêu dầu diesel thu được sau khi tinh chế
4.5.1. Các phương pháp đo chỉ tiêu
5.4.2 Ket quả phân tích
Chương 1. Tổng quan về dầu bôi trơn
1.1. Giới thiệu về dầu bôi trơn
Dầu bôi trơn là vật liệu quan trọng trong nền kinh tế của mỗi quốc gia. Tất cả các
máy móc, thiết bị ở các dạng và các kích cỡ khác nhau sẽ không thể thực hiện được chức
năng của mình hiệu quả nếu không có các loại dầu bôi trơn thích hợp. Do đó có rất nhiều
chủng loại tù’ dầu bôi trơn có cấp chất lượng thấp đến rất cao được dụng nhằm đáp ứng các
nhu cầu sử dụng từ đặc biệt đến các loại dầu đa dụng, dùng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.
Trong đó, dầu động cơ là nhóm dầu quan trọng nhất trong dầu bôi trơn. Theo thống
kê trên toàn thế giới chúng chiếm khoảng 40% tống nhu cầu về bôi trơn, còn ở Việt Nam
chúng chiếm khoảng 70% lượng dầu bôi trơn.
Các phương tiên phục vụ cho việc đi lại và sản xuất liên tục được các hãng chế tạo
đối mới về công nghệ, kiểu dáng và thiết kế. Từ đó đến nhu cầu về bôi trơn cho động cơ,
thiết bị cũng trở nên rất đa rạng. Mồi loại dầu bôi trơn sử dụng cho quá trình bôi trơn thì
đều có những tính chất hóa lý riêng nhưng nói chung bao giờ chúng cũng phải thể hiện

được các chức năng cơ bản của mình, đó là:
+ Làm giảm ma sát, giảm cường độ mài mòn, ăn mòn của các bề mặt ma sát nhằm
đảm bảo cho động cơ, máy móc đạt công suất tối đa.
+ Làm sạch, chống tất cả các loại mài mòn đế đảm bảo tuổi thọ sử dụng của động
cơ.
+ Làm mát.
+ Làm kín.
Các chức năng này có được sử dụng và thực hiện tốt công dụng của mình hay không
còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Trong đó, việc lựa chọn loại dầu cho phù họp với yêu cầu
bôi trơn, điều kiện vận hành động cơ, điều kiện làm việc và chế độ bảo dưỡng thay dầu cho
động cơ... cũng ảnh hưởng rất nhiều đến khả năng bôi trơn.
Tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng các loại đông cơ dùng các nhiên liệu khác nhau
như: xăng, diesel... mà có các yêu cầu đặt ra với dầu bôi trơn. Ngoài những yêu cầu chung

Cấn Ngọc Hoàng

3

Lọc Hóa Dầu - K49


Đồ án tốt nghiệp

Trường đại học Mỏ - Địa chất

bắt buộc thì cũng có những yêu cầu riêng đổi với tùng loại động cơ sử dụng nhiên liệu khác
nhau.
Ví dụ : Đối với động cơ bốn thì là loại động cơ đốt trong, cháy cưỡng bức, có sử dụng bộ
chế hòa khí hoặc hệ thống phun nhiên liệu cơ - điện tử. Dầu dùng cho động cơ này phải đạt
được những yêu cầu sau:

-Bảo đảm khởi động máy dễ dàng.
- Chống mài mòn trục cam, tay biên, pittong, gối đờ.
- Chổng tạo cặn lắng và nhựa trong điều kiện làm việc

tải thấp và

điều kiện

nhiệt độ cao, tốc độ cao.
- Luân chuyển dầu nhanh khi nhiệt độ thấp.
1.2. Thành phần dầu bôi trơn động cơ
Thành phần cơ bản của dầu bôi trơn là dầu gốc và các phụ gia

được pha

trộn

đế nâng cao chất lượng của dầu bôi trơn.
1.2.1.Dầu gốc
Dầu gốc là dầu thu được sau quá trình chế biến, xử lý tống hợp bằng các quá trình xử lý vật
lý và hóa học. Dầu gốc thông thường gồm có hai loại là:
-Dầu khoáng -Dầu
tổng hợp
Dầu gốc được sản xuất từ dầu mỏ thông qua các quá trình chế biến được gọi là dầu gốc
khoáng và dầu có nguồn gốc từ thực vật được tống họp qua các quá trình tổng họp hóa học
được gọi là dầu gốc tổng hợp.
Nhưng ngày nay người ta thường sử dụng dầu khoáng hay dầu tống họp là chủ yếu. Với
tính chất ưu việt như giá thành rẻ, sản phẩm đa dạng và phong phú, dầu khoáng đã chiếm
một vị trí quan trọng trong lĩnh vục sản xuất dầu nhờn. Phần lớn dầu gốc được sử dụng là
dầu gốc khoáng thu từ quá trình chưng cất chân không sản phẩm đáy của tháp chưng cất

khí quyển. Thành phần của dầu gốc khoáng thường chứa các hydrocacbon từ C18 - C40,
gồm
Paraíĩn mạch thẳng và mạch nhánh.
Naphten có cấu trúc vòng xyclohexan gắn với mạch nhánh paraíĩn.
Aromatic đơn và đa vòng có chứa mạch nhánh ankyl.
Các hợp chất lai hợp trong phân tử có chứa cả ba loại hydrocacbon là paraíìn, naphten,

Cấn Ngọc Hoàng

4

Lọc Hóa Dầu - K49


Đồ án tốt nghiệp

Trường đại học Mỏ - Địa chất

aromatic.
Các hợp chất hữu cơ trong phân tủ' có chứa các dị nguyên tố như o, s, N.
Tuy nhiên, trong điều kiện đặc biệt như trong điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt thì dầu gốc
được thay thế một phần hay hoàn toàn bằng dầu tổng họp (các hydro, este hữu cơ...).
1.2.2. Phụ gia
Phụ gia là các chất hữu cơ, vô cơ hoặc nguyên tố có tác dụng cải thiện một hay nhiều tính
chất nhất định của dầu gốc.
Phụ gia dùng đế pha chế bôi trơn phải đảm bảo một số yêu cầu chung như: tan được
trong dầu gốc, bền về hóa học, tương hợp với dầu gốc và các loại phụ gia khác, độ bay hơi
thấp, hoạt tính kiểm tra được. Nồng độ các phụ gia nằm trong khoảng 0,01-5%, trong
những trường hợp đặc biệt có thể lên tới 10%.Tuy chiếm một tỉ lệ không lớn nhưng nó
đóng vai trò sống còn và quyết định tới chất lượng của một loại dầu nhờn thương phẩm.

Dầu gốc chứa các phân tử hydrocacbon nặng và có các tính chất hóa lý tương tự như dầu
thành phẩm. Tuy nhiên, người ta không thể sử dụng ngay loại dầu này bởi tính chất hóa lý
của nó chưa đáp ứng được nhu cầu bảo vệ động cơ, hoặc sau một thời gian sử dụng nó rất
dễ bị biến chất làm giảm phẩm chất chất lượng không thực hiên tốt vai trò của mình. Để cải
thiện các tính chất đó, người ta pha thêm các phụ gia. Các chức năng chính của phụ gia là:
- Làm tăng độ bền oxi hoá.
- Khử hoạt tính xúc tác của kim loại.
- Chống ăn mòn.
- Chống gỉ.
- Chống sự tạo cặn bám và cặn bùn.
-Giữ các tạp chất bẩn ở dạng huyền phù.
- Tăng chỉ số độ nhót.
- Giảm nhiệt độ đông đặc.
- Làm dầu có thể trộn lẫn với nước.
- Chống sự tạo bọt.
- Ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật.
- Làm cho dầu có khả năng bám dính tốt.
- Tăng khả năng làm kín.
- Làm giảm ma sát.
- Làm giảm và ngăn chặn sự mài mòn.

Cấn Ngọc Hoàng

5

Lọc Hóa Dầu - K49


Đồ án tốt nghiệp

Trường đại học Mỏ - Địa chất

- Chống sự kẹt xước các bề mặt kim loại.
Đối với dầu động cơ thì có ba loại phụ gia quan trọng nhất là: phụ gia tăng chỉ số độ
nhớt, phụ gia chống oxi hóa, phụ gia chống ăn mòn.
Phụ gia tăng chỉ số độ nhót
Chỉ số độ nhớt là một tính chất quan trọng của dầu, bởi nó phải phù hợp với điều kiện làm
việc ở nhiệt độ cao của động cơ. Và trong điều kiện khởi động, nó phải có độ nhớt vừa
phải. Tuy nhiên trong quá trình sử dụng dầu bôi trơn có thế bị oxi hóa hoặc chịu những sự
tác động khác nhau mà làm giảm đi tính nhớt nhiệt và khoảng nhiệt độ làm việc của mình.
Do đó phụ gia tăng chỉ sổ độ nhớt giúp cho dầu nhờn có độ nhớt ít phụ thuộc vào nhiệt độ
nên sẽ bảo vệ động cơ ở nhiều điều kiện khác nhau và giúp động cơ khới động dễ dàng
hơn. Các phụ gia cải thiện chỉ số độ nhớt được chia thành hai dạng cơ bản:
+ Dạng hydrocacbon là các copolymeetylenpropylen, polyizobutylen, copolimestyren butadiene đã hydro hoá...
(-Ovavư-CH,-™-,,
ÓI,

?

L

-CH?

-CH2 -

C-

\

L

"\

W

— C- I n

Polyizobutylen

+ Dạng este là các polimemetacrylat, polyacrylat và các copolime của este styrenmaleic...

!

Copolyme cùa etylen - -CH2 ----------------------------------ỷ-ệCH 2 - CH->)rô-(CIl2 - CI

I-^5

ch3 /

c

propylen - ankylmetacrylat
ch3

Phụ gia chống oxi hóa
Các điều kiện xảy ra phản ứng oxi hóa là: nhiệt độ cao, sự có mặt của không khí và
kim loại của động cơ. Kim loại này là xúc tác cho phản ứng oxi hóa. Trong quá trình oxi hóa
có thể tạo ra các chất sau: hydrocacbon dầu mỏ,

Cấn Ngọc Hoàng

6

Lọc Hóa Dầu - K49


Đồ án tốt nghiệp

Trường đại học Mỏ - Địa chất

andehit, axit hữu cơ, nhựa, vani, sơn, cốc. Lượng dầu mất mát do quá trình oxi hóa là nhỏ.
Tuy nhiên, các sản phẩm của quá trình oxi hóa làm mất tính đồng nhất của dầu do bùn và
các sản phâm không mong muốn phân tán trong dầu. Đó cũng chính là nguyên nhân tạo cặn
và sinh ra các thanh phần ăn mòn động cơ.
Vì vậy phụ gia ức chế oxi hóa giúp dầu không bị phân hủy và không oxi hóa dưới điều kiện
khắc nghiệt như: nhiệt độ cao, áp suất lớn của động cơ. Các chất ức chế quá trình oxi hóa
chủ yếu gồm những loại sau:
+ Các dẫn xuất của phenol:
OII
ch3 ị ch3

CH

3"í:"(Ồn;CH3
CH

2,6 diter butyl paracresol

3

+ Amin thơm: thuộc nhóm này chủ yếu là các diankylphenyl amin
H
R-

-N -

- R

Diankyl phenylamin

ÓI,.......................................6
CH3"í:"(Ồn;CH3..........................7
oc.................................22
CHƯƠNG 4.............................36
Phồn tan Phần hoạt động Phần tan
trong dàu bè mặt

trong

dầu

Phụ gia chống ăn mòn
Trong quá trình hoạt động động cơ sẽ không tránh khỏi sự ăn mòn do nhiều
nguyên nhân khác nhau như tiếp xúc với các tác nhân axit, các hợp chất hoạt động chứa

s...
Vì vậy, dầu bôi trơn động cơ

cần phải pha thêm phụgia chống ăn mòn.

Nó có tác dụng trung hòa các axit sinh

ratrong quá trình động cơ

hoạt động

và bảo vệ các bề mặt kim loại.
Một số phụ gia điển hình như:

Cấn Ngọc Hoàng

7

Lọc Hóa Dầu - K49


Benzothiazol
H

I

Limonen sunfua

h 3c - c - c h 2

Ngoài ra, tùy thuộc vào điều kiện vận hành và làm việc của động cơ mà các nhà
sản xuất pha thêm những loại phụ gia khác nhau. Còn một số phụ gia cũng rất quan
trọng là:
Phụ gia phân tán, tay rủa.
Phụ gia hạ nhiệt độ đông đặc.

Phụ gia tribology.
Phụ gia cực áp.
Chương 2 : Tổng quan về quá trình cracking sản phẩm dầu mỏ
2.1. Tổng quan về quá trình cracking sản phẩm dầu mỏ
Cracking sản phâm dầu mở là quá trình bẻ gãy các hydrocacbon có mạch dài ít giá
trị về kinh tế thành các sản phấm nhẹ hơn, có giá trị kinh tế cao hơn.
Dầu bôi trơn sau một thời gian sử dụng, không đáp ứng đủ các chỉ tiêu cho động cơ
sẽ bị loại bỏ. Dầu bị loại bở này hay còn gọi là dầu thải gần như là không có giá trị về kinh
tế, mà còn làm ô nhiễm môi trường. Nhưng trong thành phần của chúng lại chủ yếu là các
hydrocacbon mạch dài, có sổ nguyên tử cacbon từ: C18-C40 rất thích hợp cho quá trình
cracking để thu được sản phấm rất có giá trị.
Đe cracking dầu bôi trơn thì có 2 phương pháp :

- Cracking nhiệt.
- Cracking xúc tác.

2.2. Cracking nhiệt
Cracking nhiệt là quá trình biến đối nguyên liệu dầu mỏ dưới tác dụng của nhiệt độ
khoảng 470 -ỉ- 540 oc, áp suất 20 -70 atm tạo thành các sản phẩm rắn, lỏng và khí. Thành
phần của về số lượng cũng như chất lượng của sản phấm được quyết định bởi các thông số


của quá trình như: nhiệt độ, áp suất, thời gian phản ứng... Quá trình biến đối nguyên liệu là
một quá trình rất phức tạp, trong đó xảy ra rất nhiều phản ứng có cả nối tiếp và song song.
Mục đích của quá trình là sử dụng nhiệt nhằm chuyển hóa các phân đoạn nặng thành
sản phẩm lỏng có giá trị kinh tế cao (xăng, khí ...) nhằm thu hồi xăng từ phần nặng, thu một
so olefin sử dụng trong công nghiệp tổng hợp hóa dầu.
2.2.1. Nguyên liệu cracking nhiệt
Nguyên liệu phố biến nhất của cracking nhiệt là phân đoạn mazút của chưng cất trục
tiếp, phân đoạn gasoil nặng của quá trinh cracking xúc tác hay cặn năng của quá trình làm

sạch.
2.2.2. Cơ chế cracking nhiệt
- Sự biến đổi paraffin:
CnH2n+2 —► CmH2m + CpH2p+2
Khi n < 4 thì liên kết c - c bền hơn c - H —> xảy ra hiện tượng đứt liên kết c
- H tạo H2.
+ Nhiệt độ cao, áp thấp —> nhiều sản phẩm khí.
+ Nhiệt độ vừa phải (450 - 530oC), áp suất cao —> đứt giữa mạch —> nhiều sản phấm
lỏng.
Cơ chế : Theo Rice nó xảy ra theo cơ chế gốc tự do.
- Tạo gốc tự do:

R - R; —^R' +

- Phát triền chuồi:

RH + H'

R:

RXH + R' ->RH + R;

-

Dìme phản úng : RH
Rị

+ R, —► — R ,

2H' -*H :

Ví dụ:

R - CH 2 - CH 2 - CH, - CH 3

,0

~ >

R

-CH,

-

CH*

+

C'H 2

-

CHi

R - CH2 - ch; -+R'+ ch j

= CH ,

CH, - CH Ị ->H'+ CH : = CH :

- CH - CH ì -> ch; + CH, = CH,
- CH. - CH , -► O/, + R - CH - CH J - c*/í - c//j R - C H , C'H3

CHỳ +R- CH : - CH Ì

2

:

C H J - C*// - C H y - t R - C H : + C7/; = C7/ -c//j

Như vậy, cracking nhiệt tạo ra một lượng lớn etylen, sản phẩm thu được ít nhánh, không
nhiều phản ứng đồng phân hóa, khó thu được sản phẩm vòng, vì vậy mà xăng thu được tù'


quá trình cracking nhiệt có trị số octan thấp.
- Biến đổi của oleíìn :
Trong dầu thô ban đầu thì lượng oleíĩn là không đáng kế, nhưng dưới tác dụng của nhiệt độ
cao thì các hợp chất oleíìn dần tạo thành. Chúng biến đổi đa dạng tùy thuộc vào điều kiện
phản ứng.
+ Nhiệt độ thấp, áp suất cao —> oleíìn dễ trùng hợp.
+ Nhiệt độ tăng —► phản ứng phân huỷ tăng.
+ Ngoài ra, oleíìn còn tham gia phản ứng ngưng tụ, ankyl hoá với naphten tạo thành nhựa
và cốc.
- Biến đối của naphten :
Ưu tiên xảy ra các phản ứng sau :
+ Khử nhánh ankyl.
+ Khử hydro —► oleíĩn vòng —> Aromatic.
+ Phân huỷ naphten đa vòng —► đơn vòng.

+ Khử naphten đơn vòng —► paraíln + oleíìn / dioleíĩn.
Tạo nhiều sản phẩm lỏng và “no” hơn so với nguyên liệu và paraíìn.
- Biến đổi của hydrocacbon thơm : ớ
nhiệt độ cao, theo quy luật sau:
+ Khử nhánh ankyl.
+ Ngưng tụ vòng —> cốc (cacboit).
2.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình cracking nhiệt Nguyên
liệu :
Chất lượng của nguyên liệu là một thông số quan trọng xác định chất lượng của sản phẩm.
Khi điều kiện cracking thay không đối, nếu ta dùng nguyên liệu có thành phần cất khác
nhau sẽ cho những kết quả khác nhau. Khi tăng giới hạn nhiệt độ nhiệt độ sôi của nguyên
liệu, tốc độ của phản ứng cũng tăng


Nguyên liệu

Giới hạn sôi, oc

Hiệu suất xăng (% khối

Phân đoạn ligroil

180 -220

lượng)
12,1

Phân đoạn kerosene

220 - 270

14,9

Phân đoạn gasoil

270 - 300

15,8

Phân đoạn xola

300 - 350

18,0

Bảng . Ảnh hưởng giới hạn nhiệt độ sôi của phân đoạn đến hiệu suất xăng khi cracking
nhiệt.
Mặt khác, hàm lượng hydrocacbon trong nguyên liệu cũng có ảnh hưởng và quyết định đến
chất lượng của sản phẩm.
Nhiệt độ
Neu phản ứng tiến hành ở nhiệt độ vừa phải thì quá trình phân hủy diễn ra với sự thay đối
cấu trúc rất ít. Ví dụ:
+ Neu nguyên liệu chứa nhiều paraíìn —> sản phẩm chứa nhiều paraíĩn.
+ Neu nguyên liệu gasoil chứa một lượng lớn hydrocacbon vòng —» sản phẩm có
nhiều naphten và aromatic.
Trong khoảng nhiệt độ chọn trước, sự thay đối các thông số về nhiệt độ và thời gian phản
ứng có tác dụng tương hỗ lẫn nhau. Đe giữ cho độ sâu biến đổi là như nhau, khi tăng
nhiệt độ cần thiết phải giảm thời gian phản ứng. Đại lượng nhiệt độ phản ứng là thông số
rất quan trọng. Khi tăng nhiệt độ tốc độ phân hủy tăng lên, và ngược lại khi giảm nhiệt độ
thì tốc độ phản ứng trùng hợp lại tăng lên. Giảm nhiệt độ cracking sẽ làm giảm tốc độ của

các phản ứng đa tụ. Như vậy đế tăng hiệu suất các sản phẩm phân hủy (khí, lỏng) và
giảm hiệu suất các sản phẩm đa tụ (cặn nhựa, cốc) cần thiết phải giữ nhiệt độ phản ứng
cao ứng với thời gian phản ứng thích hợp, đó là nhiệm vụ chính của quá trình cracking
nhiệt.
Áp suất
Áp suất xác định trạng thái pha của hệ cũng như chiều hướng và tốc độ của phản ứng. Áp
suất khi cracking phân đoạn gasoil nhẹ cần phải đảm bảo trạng thái lỏng của tác nhân
phản ứng, bởi vì trạng thái lỏng tạo điều kiện tốt cho quá trình, không xảy ra sự quá nhiệt
cục bộ, sự tạo cốc là cực tiểu còn hiệu suất xăng là cực đại. Neu cracking cặn nặng, cần
phải giữ cho hệ thống ở trạng thái pha hỗn hợp hơi - lỏng.
Khi cracking xảy ra trong pha long với nguyên liệu nặng như mazut, gudron thì áp suất


không ảnh hưởng nhiều. Khi áp suất và nhiệt độ cùng cao, vị trí đứt mạch nghiêng về
cuối mạch, điều đó dẫn đến làm tăng hiệu suất sản phẩm khí, sản phẩm lỏng giảm. Còn
nếu chỉ có áp suất cao thì vị trí đứt mạch c - c xảy ra ở giữa mạch, dẫn đến hiệu suất sản
phẩm lỏng tăng.
Thời gian lưu
Thời gian lưu của nguyên liệu trong vùng phản ứng càng lâu thì sản phấm tạo
thành dễ bị ngưng tụ, dẫn đến tạo nhựa, tạo cốc, làm giảm hiệu suất xăng và khí.
Như vậy, đế tăng hiệu suất sản phẩm khí, xăng và giảm hiệu suất phản ứng trùng hợp
(cặn, cốc) thì ở vùng phản ứng, nhiệt độ duy trì cao và thời gian lưu của nguyên liệu
trong vùng phản ứng phải ngắn.
Cracking nhiệt n-Cl 6H34
Nhiệt độ
Độ chuyển hóa
Hiệu suất phản ứng (% Khối lượng

Tỉ lệ

oc

Phân

%

)

Sản phâm phân hủy Sản phẩm trùng
375

55,2

(xăng khí)
55

hợp
44,2

1,26

400

53,5

62,2

37,8

1,65

425

50,8

72,4

27,6

2,26

Từ bảng trên ta thấy, khi nhiệt độ tăng lên, độ chuyển hoá hầu như xấp xỉ nhau, song sản
phẩm phân hủy tăng, còn sản phẩm trùng họp giảm.
Vì vậy đối với mỗi dạng nguyên liệu khác nhau, ta cần nghiên cứu chọn nhiệt độ tối ưu.
Thực tế lại cho thấy rằng trong các quá trình cracking nhiệt công nghiệp, sản phẩm cốc
chủ yếu tạo thành và lắng đọng ở vùng nhiệt độ vừa phải chứ không phải ở vùng nhiệt độ
tối đa.
2.3. Cracking xúc tác
Cracking xúc tác là quá trình chuyển hóa các phân tử lớn của dầu mỏ thành các phân tử
hydrocacbon nhỏ hơn có giá trị kinh tế cao hơn nhờ sử dụng xúc tác hợp lý.
Mục đích của quá trình cracking xúc tác tạo ra nhiên liệu có các chỉ số cao từ các nguyên
liệu là phần cất nặng hơn, chủ yếu là phần cất tò quá trình chưng cất trực tiếp AD và VD


của dầu thô.

2.3.1. Nguyên liệu
Nguyên liệu chủ yếu là các phân đoạn có nhiệt độ sôi tù’ 350 -í- 550oC như VGO,
distillât của quá trình cracking giảm độ nhớt, cốc hóa, cặn AR sạch, VR... cũng có trường
hợp cracking cả phân đoạn tù' 200 -ỉ- 350oC. Nói chung, nguyên liệu phải chứa ít dị

nguyên tố, đặc biệt không chứa nhiều V, Ni (Ni + v<50ppm). Nguyên liệu có chứa
nhiều hợp chất phi hydrocacbon không những gây ngộ độc cho xúc tác mà còn chuyển
vào sản phẩm, làm giảm chất lượng của sản phẩm vì thế nếu chứa nhiều cần phải
hydrotreating. Hydrotreating vừa làm giảm lượng dị nguyên tố đến dưới dăm phần nghìn,
vừa có tác dụng cải thiện nhiều phẩm chất của sản phẩm. Ngoài ra, nguyên liệu cần có cặn
cacbon không quá nhiều thường nhỏ hơn 10%kl, hàm lượng hydro phải không quá bé
(>11,2%).
2.3.2. Cơ sở lý thuyết của quá trình cracking xúc tác
Trong điều kiện tiến hành quá trình cracking xúc tác, một số lượng lớn các phản ứng hóa
học xảy ra và chúng quyết định chất lượng hiệu suất của quá trình. Đó là:
- Phản ứng phân hủy cắt mạch C-C, phản ứng cracking.
- Phản ứng đồng phân hóa.
- Phản ứng chuyển vị hydro, phản ứng ngưng tụ, polyme hóa và phản ứng tạo cốc.
Sự tạo cốc trong cracking là không mong muốn, vì cốc tạo ra thường bám trên bề
mặt của xúc tác, làm giảm hoạt tính và thời gian làm việc của xúc tác. Hiệu ứng nhiệt của
các phản ứng trên khác nhau về dấu cũng như về giá trị. Đa số các phản ứng phân hủy là
các phản ứng thu nhiệt mạnh, còn các phản ứng đồng phân hóa, chuyển vị hydro hóa,
polyme hóa và phản ứng ngưng tụ là các phản ứng tỏa nhiệt yếu. Hiệu ứng nhiệt tổng cộng
của quá trình cracking xúc tác là thu nhiệt, với giá trị thay đối tù' 100-400 kJ/kg nguyên
liệu, tùy theo bản chất của nguyên liệu được sử dụng trong quá trình.
Cơ chế của quá trình cracking xúc tác là cơ chế ion cacboni. Cơ sở lý thuyết này
dựa vào các tâm họat tính là các ion cacboni, chúng được tạo ra khi các phân tử
hydrocacbon của nguyên liệu tác dụng với tâm axit của xúc tác loại Bronsted (H+) hay
Lewis (L). Một cách khái quát, thuyết này đưa ra các giai đoạn sau :
2.3.2.1. Giai đoạn tạo ion cacboni


- Từ hydrocacbon paraffin :
CnH2n+2 + H+ -> +CnH2n+l + H2
—>

+CmH 2m+l + Cn-mH2(n-m) +2

CnH2n+2 + L(H+) -> +CnH2n+l + LH -Từ olefin :
CnH2n + H+ —» +CnH2n+l
CnH2n + L -> +CnH2n+l + LH
- Từ hydrocacbon naphten: Khi hydrocacbon naphten tác dụng với tâm axit của xúc tác hay
ion cacboni khác, sẽ tạo ra ion cacboni mới tương tự như quá trình xảy ra đối với các
paraffm.
-Từ hydrocacbon thơm người ta quan sát thấy sự kết hợp trục tiếp của H+ vào nhân thơm :

Các hydrocacbon thơm có mạch bền đủ dài thì sự tạo thành ion cacboni cũng giống
như trường hợp của paraffin.
2.3.2.2. Các phản ứng của ion cacboni
Khi các ion cacboni được tao ra sẽ lập tức tham gia vào các phản ứng biến đổi khác
như :
- Phản ứng đồng phân hóa:
[R- CHr CHr CH2+] ^ [R-CHrCH+-CH3]
[R-CH:-CH+CH3]
R-C*-CH3 —►

R' + i-C3H6

CH3

- Phản ứng cắt mạch theo quy tắc B (cắt mạch ở vị trí Í3 so với cácbon mang điện tích)
RI - c*- CH2 CH2 - CH3 —► RI-CH=CH2 + CH3C*H2

I

CH3

CH3C*H2

—►

CH3-CH3 + H*

Các ion tiếp tục tham gia các phản ứng đồng phân hóa, cắt mạch tiếp,alkyl hóa hay ngưng
tụ. Biến đổn các ion cacboni tiếp diễn cho đến khi có cấu trúc bền vững nhất.


Độ bền của các ion cacboni có thể xắp xếp theo thứ tự:
lon cácboni bậc 3> lon cácboni bậc 2 >Ion cácboni bậc 1
Độ bền của cacboni sẽ quyết định sẽ quyết định mức độ tham gia các phản ứng tiếp theo
của chúng.Chất lượng sản phẩm được quyết định bởi các phản ứng của các ion cacboni, đặc
biệt là phản ứng phân hủy, đồng phân hóa và chuyển vị hydro.
2.3.2.3. Giai đoạn dừng phản ứng
Giai đoạn này xảy ra khi các ion cacboni kết hợp với nhau, hoặc chúng nhường hay
nhận nguyên tử hydro của xúc tác đế tạo thành các phân tử trung hòa.
2.3.3.

Xúc tác Cracking

2.3.3.1. Yêu cầu đối với xúc tác
Xúc tác được sử dụng đế làm giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng, vì thế mà tăng được
tốc độ phản ứng lên rất nhiều. Bên cạnh đó, dùng xúc tác cracking cho phép phản ứng
cracking tiến hành ở điều kiện mềm hơn. Điều quan trọng hơn là xúc tác có tính chọn lọc.
Chúng có khả năng tăng nhanh hay làm chậm không đồng đều các loại phản ứng mà về
phương diện nhiệt động có thế xảy ra trong cùng những điều kiện như nhau.

Xúc tác cracking có thành phần và cấu trúc phức tạp, hoạt động ở điều kiện khắc nghiệt nên
đòi hỏi những yêu cầu sau:
Hoạt tính cần phải cao vì nó là yêu cầu quan trọng nhất đối với xúc tác dùng trong quá trình
cracking. Hoạt tính của xúc tác được đo bằng hiệu suất xăng so với nguyên liệu của quá
trình cracking xúc tác trên thiết bị tiêu chuẩn và ở điều kiện tiêu chuẩn.
Độ chọn lọc của phải cao vì nó sẽ tăng tốc độ các phản ứng có lợi, đồng thời giảm tốc độ
các phản ứng không mong muốn.
Độ ốn định của xúc tác phải cao: xúc tác phải giữ được những đặc tính chủ yếu (hoạt tính,
độ chọn lọc) của nó sau một thời gian làm việc lâu dài.
Xúc tác phải bền về mặt nhiệt, bền cơ học và bền thủy nhiệt.
2.3.3.2. Các hợp phần trong xúc tác cracking Họp
phần zeolit
Đây là hợp quan trọng quyết định đến hoạt tính và độ chọn lọc sản phẩm của xúc tác.
Chúng chiếm khoảng tù' 10 - 15% kl. Zeolit là các aluminosilicat
tinh thể, có cấu trúc không gian ba chiều với hệ thống mao quản đồng đều và rất trật tự.
Kích thước mao quản của zeolit dao động khoảng từ 3 - 12Ao. Công thức hóa học chung
của zeolit là:


Mx/n[(A102)x.(Si02)y].zH20 Trong đó:

M là

cation bù trừ điện tích khung có hóa trị n.
X, y

là sổ tú' diện nhôm và silic, thay đối theo

khoảng rộng

tùy

thuộc vào thành phần và cấu tạo của zeolit.
z: số phân tử nước kết tinh.
Trong cấu

trúc zeolit chỉ tồn tại dạng liên kết Si -O - Si và AI

tỷ số Si/Al

trong cấu trúc luôn lớn hơn hoặc bằng 1.

- o - Si do đó

Trong cấu trúc của zeolit đơn vị cơ bản là một cation (SÌ4+ hoặc A13+) được bao quanh
bởi 4 ion 02-. Neu A13+ mang điện tích âm. Đế trung hòa điện tích này cần phải có mặt
của một cation M+ được gọi là ion bù trừ điện tích khung và chúng có thể trao đối điện tích
với các ion khác. Qua cầu oxy, các tứ diện SĨ04 và A104 liên kết với nhau tạo thành mạng
lưới tinh thế của zeolit.
Chất nền
Chất nền đóng vai trò là chất mang, là chất dẫn nhiệt, pha loãng, làm tăng độ bền cơ học.
Chúng chiếm từ 20 - 60%kl. Thông thường, pha nền chia thành 2 phần:
- Pha nền hoạt động: là các aluminosilicat vô định hình, nhôm oxit... pha nền hoạt động có
tính axit yếu.
- Pha nền không hoạt động: là các chất trơ như silic oxit.
Chất phụ gia
Chất phụ gia cải thiện quá trình cháy cốc, tạo nhiều C02, hạn chế sự thải nhiều SOx trong
khí thải. Chúng thường là hợp chất của các nguyên tố đất hiếm, của Mg. Chất phụ gia
chống hoạt tính kim loại như MgO, CaO, RE203.
2.3.4. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình cracking xúc tác Tốc độ nạp liệu

Là tỷ số giữa lượng nguyên liệu được nạp trong một đơn vị thời gian trên lượng xúc tác
trong lò phản ứng và được ký hiệu bằng M/H/M.
Khi tăng tốc độ nạp liệu sẽ làm giảm độ chuyến hoá và ngược lại vì tốc độ nạp liệu là đại
lượng ngược với thời gian phản ứng. Khi sử dụng xúc tác có độ hoạt tính cao ta có thế tăng
tốc độ nạp liệu khi ấy sẽ tăng năng suất của thiết Tỷ lệ xúc tác / Nguyên liệu
Tỷ lệ xúc tác zeolit/ nguyên liệu, còn gọi là bội số tuần hoàn xúc tác (X/RH). Với loại xúc
tác zeolit thì X/RH = 10/1 còn xúc tác vô định hình X/RH = 20/1. Khi thay đối tỷ lệ X/RH
sẽ làm thay đối thời gian lưu của xúc tác trong lò phản ứng và lò tái sinh và thay đối cả
lượng cốc bám trên xúc tác. Ớ chế độ ổn định tỷ lệ X/RH tăng sẽ làm tăng độ chuyển hóa
và giảm hàm lượng cốc bám trên xúc tác, khi đó thời gian tiếp xúc giữa xúc tác và nguyên


liệu giảm nhưng hoạt tính trung bình của xúc tác lại tăng lên.
Nhiệt độ
Nhiệt độ trong lò phản ứng khi vận hành trong khoảng 47(H540oC. Khi nhiệt độ tăng lên
thì tốc độ phản ứng phân hủy nhanh hơn nhưng cũng thúc đấy các phản bậc 2 như khử
hydro tăng lên dẫn đến tăng hiệu suất hydrocacbon thơm và olefin. Khi đó C1-C3 trong khí
tăng, C4 giảm, tỷ trọng và trị số octan của xăng tăng lên. Khi nhiệt độ cao hiệu suất xăng
giảm, hiệu suất khí tăng và cốc không tăng.
Áp suất
Khi áp suất tăng thì hiệu suất xăng tăng lên, hiệu suất C1-C3 giảm, hàm lượng olefin và
hydrocacbon thơm giảm dẫn tới trị số octan của xăng giảm.
Nguyên liệu và xúc tác
Chất lượng của nguyên liệu đầu vào và lựa chọn chất xúc tác cũng rất quan trọng.
Nó sẽ quyết định đến chất lượng của sản phẩm cũng như chi phí xây dựng phân xưởng
công nghệ.
2.3.5. Một sổ thiết bị, công nghệ cho quá trình cracking xúc tác
- Công nghệ của Kellog
Sự vận chuyến xúc tác được thực hiện theo phương thắng đứng rất thuận lợi vì có thể dùng
van chặn đế điều khiển quá trình tuần hòan của xúc tác. Qúa trình cracking được thực hiện

hòan tòan trong lò phản ứng dạng ổng đứng (lò ống đứng). Hệ thống xyclon được đặt ngay
cửa ra của ống đứng. Trong lò tái sinh xúc tác và không khí tiếp xúc ngược chiều nhau. Đặc
điểm chính của model này là vòi phun nguyên liệu được cải tiến nhằm tăng cường sự tiếp
xúc giữa xúc tác và nguyên liệu, bộ phận làm nguội được thay đổi bằng cách từ đặt ở pha
đặc thay cho pha lõang trong lò tái sinh đế tránh ăn mòn, mài mòn trang thiết bị do xúc tác
và nhằm làm tăng tốc độ truyền nhiệt. Sơ đồ :


Công nghệ RFCC của Keilog

- Công nghệ của hãng Shell
Shell có nhiều đóng góp trong việc phát triển cracking xúc tác phần cặn nặng (RFCC). Quá
trình Shell LRFCC (Long Residue FCC) để cracking xúc tác cặn nặng và rộng, có bộ phận
làm nguội xúc tác đế tránh sự đốt cháy quá nhiệt. Thiết bị trình bày trong hình sau:


Bs> phán tach
bui

Hệ thòĩií
xyclon
Sãnphằ
m

KhiUht
t

xl .

Ló tái

ánh

Buòitgdo
t

Khónik
hi

Làm
lanh

xốc tac

Ngavèn
IKIK

Hen áp iiiảt
cao

Công nghệ RFCC của Shell

nir
ơc


Chương 3. Tổng quan về dầu Diesel
3.1. Giới thiệu chung về diesel và động cơ diesel
3.1.1. Nhiên liệu diesel
Dầu Diesel là một loại nhiên liệu lỏng nặng hơn dầu hỏa và xăng, sử dụng cho động cơ
Diesel (đường bộ, đường sắt hay đường thủy) và một phần được sử dụng cho các loại máy

móc công nghiệp như tuabin khí, máy phát điện, máy móc xây dựng...
Ngày nay động cơ Diesel đã phát triển mạnh mẽ, đa dạng hoá về chủng loại cũng như kích
thước và được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống sản xuất và sinh hoạt
của con người bởi tính ưu việt của nó so với động cơ xăng. Do vậy, nhu cầu về nhiên liệu
Diesel ngày càng tăng, điều này đã đặt ra cho các nhà sản xuất nhiên liệu những thách
thức mới, và điều này càng khó khăn hơn bởi những yêu cầu ngày càng khắt khe của luật
bảo vệ môi trường.
Trong nhà máy lọc dầu thì nhiên liệu Diesel được lấy chủ yếu từ phân đoạn gasoil của quá
trình chưng cất dầu mỏ. Đây chính là phân đoạn thích hợp nhất đế sản xuất nhiên liệu
Diesel mà không cần phải áp dụng những quá trình biến đối hóa học. Tuy nhiên, đế đảm
bảo về số lượng ngày càng tăng của nhiên liệu Diesel và việc sử dụng một cách có hiệu
quả các sản phẩm trong nhà máy lọc dầu thì thực tế nhiên liệu Diesel luôn được phối liệu
tù’ các nguồn khác như: Phân đoạn gasoil của quá trình hydrocracacking, phân đoạn
gasoil từ quá trình FCC, các sản phẩm của quá trình oligome hóa, dime hóa, trime hóa,
giảm nhớt, HDS...
3.1.2. Giới thiệu động cơ diesel
3.1.2.1. Động cơ diesel
Động cơ diesel đã ra đời từ rất lâu và nhờ vào những ưu điếm vượt trội như hiệu suất
mômen xoắn cao, bền đặc biệt là tiết kiệm nhiên liệu và khả năng duy trì công suất trong
những điều kiện hoạt động rộng, động cơ diesel được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp
như dùng làm cho động cơ xe tải, máy xây dựng, máy nông nghiệp và công nghiệp nhẹ...
Nó cũng được dùng cho các nhà máy điện và tàu thủy...
về nhiều khía cạnh thì động cơ diesel giống với động cơ xăng. Cả hai đều là động cơ đốt
trong và 4 thì. Những điểm cơ bản của động cơ diesel là :
- Không khí được hút vào trước trong buồng đốt và sau khi không khí được nén ở áp
suất tạo ra môi trường ở nhiệt độ rất cao thì nhiên liệu mới được bơm cao áp phun vào.
- Nhiên liệu tự bốc cháy khi không khí được nén ở áp suất và nhiệt độ cao trong buồng
đốt.

- Công suất của động cơ diesel không bị chi phối bởi van tiết lưu điều tiết không khí vào
mà nó được quyết định bởi tỉ lệ không khí và nhiên liệu. Đây chính là nguyên nhân mà
động cơ diesel có công suất cao hơn động cơ xăng dụng buzi đánh lửa.
- Động cơ diesel luôn hoạt động ở chế độ “cơ động“ nhất, đảm bảo lượng không khí
được đưa vào xilanh luôn cao hơn cần thiết đế đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu.
Động cơ diesel cũng được chia thành nhiều loại, với kích thước, công suất và tốc độ
khác nhau, về công suất, có loại chỉ vài sức ngựa nhưng cũng có loại rất lớn vài nghìn
sức ngựa với đường kính xilanh lên đến 1050 mm.
Tốc độ của động cơ thuờng tỉ lệ nghịch với công suất và kích thước của chúng và thường
nằm trong khoảng 100^4000 vòng/phút (với động cơ ôtô có thể cao hơn). Có thế chia
động cơ diesel thành 3 cấp như sau :
Loại
Tôc độ (v/ph)
Điều kiện vận hành
Tốc độ thấp

Nhỏ hơn 375

Tải trọng lớn, tôc độ Máy đây tàu thủy, máy phát
không đổi

Tốc độ trung

375 - 1000

bình
Lớn hơn 1000

điện

Tải trọng khá cao, tốc độ Máy phụ của tàu thủy, máy
tương đối ổn định

Tốc độ cao

Phạm vi sử dụng

phát điện cố định, bơm.

Tôc độ và tải trọng thay Giao thông vận tải, xe lửa,
đổi

máy xây dựng.

Thông thường động cơ diesel hoạt động với tôc độ gân như không đôi và thường có tải
trọng cao hơn động cơ xăng.
Sự khác nhau về tốc độ quay, kích thước... dẫn tới yêu cầu về nhiên liệu của mỗi
loại động cơ diesel cũng khác nhau. Vì vậy, chọn loại nhiên liệu phù hợp là không đơn
giản, nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó quan trọng nhất là :
- Kích thước và cấu trúc của động cơ.


- Tốc độ và tải trọng.
-Bảo dưỡng.
- Giá và khả năng cung cấp nhiên liệu.
3.1.2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ diesel Để hiểu được những tác động
hóa lý của nhiên liệu diesel lên tính chất sử dụng và vận hành của động cơ diesel, trước hết
chúng ta sẽ đi tìm hiếu cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của động cớ diesel và những đặc
điếm chung nhất của loại động cơ này.
Đặc điểm dễ nhận ra ở loại động cơ diesel là nhiên liệu được phun trực tiếp vào buồng đốt,

và cũng giống như động cơ xăng, động cơ diesel có 2 loại: 2 thì và 4 thì.
* Cấu tạo và hoạt động của loại động cơ diesel 4 thì:
- Cấu tạo:
Van*ỉ(đ6ngj

Va»)húi{mà)VôiphunNLCỉ

cùng

2

v»n

tongVan

Piston

1. Thi hút 2.
Thi

nẻn 3.Thì

nỗ 4.Thỉ

xả

- Nguyên tắc hoạt động :
Động cơ diesel loại 4 thì phải trải qua 4 hành trình : hút, nén, no, xả.
+ Thì hút: Van nạp liệu sẽ mở ra, đồng thời piston di chuyển xuống điểm chết dưới. Khi
đó, van xả đóng lại và không khí được hút vào xylanh.

+ Thì nén: Van hút đóng lại và piston bắt đầu di chuyển ngược lại từ điểm chết dưới lên
điểm chết trên. Đây là giai đoạn không khí bị nén ép, tạo ra một môi trường có nhiệt độ
rất cao. Thường thì nhiệt độlúc nay vào khoảng 540
oc.


+

Thì nổ: Vào gần cuối kì nén, nhiên liệu sẽ được bơm cao áp phun vào buồng đốt. Trong

thực tế thì khi bơm vào phải có đủ thời gian cho nhiên liệu kịp bay hơi và kịp oxi hóa và
bốc cháy. Thời gian đó rất ngắn và được gọi là “kỳ cảm ứng“. Áp lực khi cháy nô sẽ tạo ra
lực cưỡng bức đây piston xuống điểm chết dưới. Giai đoạn này cả van hút và van xả đều
đóng lại. Do nhiệt độ và áp suất cao, hỗn họp nhiên liệu và không khí sẽ tụ’ cháy. Quá
trình cháy này sẽ xảy ra ở bất cứ điểm nào trong không gian xylanh mà ở đó hỗn hợp
không khí và nhiên liệu thích hợp nhất.
+ Thì xả: Theo quán tính của bánh đà, piston sau khi vượt qua điểm chết dưới sẽ tiếp tục đi
lên điểm chết trên. Khi đó van xả sẽ được mở ra để xả hết hỗn hợp khí cháy ra ngoài và
cũng theo quán tính của bánh đà, sau khi xả hết khí cháy thì piston lại tiếp tục chuyến động
tù' điếm chết trên xuống điểm chết dưới và một chu trình mới lại được bắt đầu.
* Cấu tạo và hoạt động của loại động cơ diesel 2 thì
- Cấu tạo:

- Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý hoạt động của loại này tương tự’ như động cơ 4
thì. Điếm khác biệt là giai đoạn hút và xả không thực hiện được một cách riêng rẽ. Mà quá
trình xả sẽ được xảy ra ở giai đoạn cuối, khi hỗn hợp cháy giãn nở. Hành trình này xảy ra
sớm hành trình nén. Cụ thế, khi quá trình hút đang ở giai đoạn cuối thì quá trình nén đã
diễn ra. Trợ giúp cho hành trình, hầu hết không khí được hút vào để gia tăng về mặt áp
suất. Dòng không khí đi vào và dòng khí gas đi ra khỏi xylanh được kiếm soát bởi một van

nhỏ tiêu chuấn nằm phía đầu xylanh qua một lỗ nhở xuyên qua thành xylanh.
Ưu điểm: so với động cơ 4 thì cùng kích cỡ thì công suất động cơ 2 kì lớn hơn.
Nhược điếm: Khí thải của loại này thì nhiều hơn loại 4 thì và không tiết kiệm nhiên
liệu.
Tuy nhiên, với điều kiện khắt khe về nồng độ khí thải thì hiện nay động cơ 4 thì
được sử dụng phổ biến hơn cả.
Sự cháy của nhiên liệu trong động diesel thực tế trải qua 3 gia đoạn chính: giai
đoạn cảm ứng, giai đoạn cháy, giai đoạn xả. Tất cả các giai đoạn này đều phụ thuộc vào
cấu tạo của vòi phun nhiên liệu, nhiệt độ, áp suất và tốc độ nhiên liệu được phun vào
buồng đốt, tốc độ lan truyền của ngọn lửa và điều chủ yếu vẫn là phụ thuộc vào thành phần
cũng như các tính chất hóa lý của nhiên liệu diesel. Vì vậy vấn đề chất lượng của diesel là
rất quan trọng, cần được quy định rất cụ thể thành tiêu chuẩn và theo từng chỉ tiêu chất
lượng, sao cho phù họp với yêu cầu của động cơ.
3.2.

Thành phần
Trong quá trình chưng cất dầu mỏ thành các phân đoạn, ta thu được phân đoạn dầu

diesel có nhiệt độ sôi 25(H350oC, có chứa hydrrocacbon với số nguyên tử cacbon từ C16C22.
Phần lớn trong phân đoạn này là n- paraíìn và iso- paraíĩn còn hydrocacbon thơm
chiếm không nhiều. Các n- paraĩin mạch dài có độ kết tinh cao, chúng là nguyên nhân gây
mất ôn định của phân đoạn ở nhiệt độ thấp. Trong phân đọan diesel thì ngoài naphten và
vòng thơm hai vòng là chủ yếu, những hợp chất ba vòng bắt đầu tăng lên. Đã xuất hiện
những hợp chất có cấu trúc hỗn hợp giữa naphten và vòng thơm.
Hàm lượng các hợp chất chứa s, N và o bắt đầu tăng nhanh. Các hợp chất của lưu
huỳnh chủ yếu ở dạng dị vòng disulfua. Các hợp chất chứa oxy dạng axit naphtenic có
nhiều và đạt cực đại ở phân đoạn này. Ngoài ra còn những chất dạng phenol như dimetyl
phenol. Nhựa cũng xuất hiện nhưng ít và trọng lượng phân tử cũng thấp, chỉ khoảng 300400 đ.v.c.
3.3. Một số chỉ tiêu hóa lý đặc trưng

3.3.1. Trị số Cetane (Cetane N)
Trị số cetane: là một đơn vị đo quy ước cho tính đặc trung cho tính tự bốc cháy của nhiên
liệu diesel và được đo bằng % thế tích hàm lượng n-cetane (C16H34 trong hỗn hợp của nó
với metyl naptalen có trị số cetane = 0 và n- cetane có trị số cetane = 100).
Trị số cetane được xác định bằng phương pháp thử ASTM-D613 (Vol 05.04). Trị số


cetane, ngoại ý nghĩa là thước đo chất lượng cháy của nhiên liệu còn ảnh hưởng đến sự
cháy kích nổ. Yêu cầu của trị số cetane phụ thuộc thuộc vào thiết kế, kích thước đặc điểm
của sự thay đối tốc độ và tải trọng của động cơ, phụ thuộc vào điếm khởi động, điều kiện
khí quyến.
Sự gia tăng trị số cetane khi vượt quá giá trị thực tế sẽ không cải thiện tính năng của động
cơ về mặt vật chất. Vì vậy trị số cetane nên quy định thấp tới mức có thế để đảm bảo dễ
mua.
Phương pháp tính toán thông dụng nhất là dùng công thức xác định chỉ số cetane từ nhiệt
độ sôi trung bình và tỉ trọng API. Công thức này được cụ thể hoá thành tiêu chuẩn ASTMD976. Để thuận tiện trong quá trình sử dụng, từ công thức này người ta đã tính toán và đưa
ra đường đặc tính, tù' đó có thế tra trực tiếp ra chỉ số cetane.
Cần lưu ý rằng phương pháp tính toán không thế thay thế được phương pháp đo trực tiếp
bằng động cơ, mà trái lại, nó chỉ là một công cụ cho phép dự đoán trị số cetane với độ
chính xác có thế chấp nhận được nếu được áp dụng cho các loại nhiên liệu phù hợp.
3.3.2. Thành phần chưng cất
Thành phần chưng cất (hay còn gọi là độ bay hơi) của cacbuahydro trong nhiên liệu nói
chung thường có ảnh hưởng rất lớn đối với các tính năng của các động cơ diesel, đặc biệt
là các động cơ diesel tốc độ trung bình và tốc độ cao, chúng có ảnh hưởng quan trọng tới
tính an toàn.
Thành phần cất được xác định bằng phương pháp thử ASTM-D86 hoặc TCVN 2698-2005.
Trong phương pháp này, người ta tiến hành chưng cất một mẫu nhiên liệu sau đó ghi lại
mối quan hệ giữa nhiệt độ và thể tích nhiên liệu cất được. Các tiêu chuân kỹ thuật của các
sản phấm dầu mỏ nói chung đều phải bao gồm các giới hạn khẳng định các sản phẩm có
độ hoá hơi phù hợp.

Yêu cầu về độ bay hơi của nhiên liệu phụ thuộc vào thiết kế, kích thước, bản chất của sự
thay đổi tốc độ và tải trọng của động cơ. Nó cũng phụ thuộc vào sự khởi động và điều kiện
khí quyến. Đối với những động cơ có sự thay đối thường xuyên về tốc độ và tải trọng như
hoạt động của xe tải hay ôtô, thì nhiên liệu có độ bay hơi lớn càng có tính năng tốt, đặc biệt
là về khói và mùi. Tuy nhiên cần xét thêm về hiệu quả kinh tế, nhất là khi diesel được chế
tạo tù' những phần nặng hơn...
Độ bay hơi thích hợp của diesel thay đối theo tốc độ và kích thước động cơ. Nhiên liệu có
độ bay hơi quá thấp sẽ làm giảm công suất của động cơ, tăng mức hao phí nhiên liệu
diesel, khả năng nguyên tử hoá kém. Ngược lại, nếu nhiên liệu có độ bay hơi quá cao cũng