Nhiên liệu dầu khí - Chương 2

Nhiên liệu dầu khí
NXB Đại học quốc gia Hà Nội 2007.
Tr 23 – 34.


Từ khoá: Sản xuất nhiên liệu, nhiên liệu dầu khí, nhiên liệu, dầu khí, dầu mỏ, lọc
dầu, than đá, dầu nham phiến.

Tài liệu trong Thư viện điện tử ĐH Khoa học Tự nhiên có thể được sử dụng cho
mục đích học tập và nghiên cứu cá nhân. Nghiêm cấm mọi hình thức sao chép, in
ấn phục vụ các mục đích khác nếu không được sự chấp thuận của nhà xuất bản và
tác giả.


Mục lục

Chương 2 SẢN XUẤT NHIÊN LIỆU .........................................................................2
2.1 Sản xuất nhiên liệu từ dầu mỏ ..........................................................................2
2.2 Sản xuất nhiên liệu từ lọc dầu ..........................................................................6
2.3 Sản xuất nhiên liệu từ cát bitum (Bituminous Sands)......................................10
2.4 Sản xuất nhiên liệu từ dầu nham phiến ...........................................................11
2.5 Sản xuất nhiên liệu từ dầu than đá..................................................................12






Chương 2. Sản xuất nhiên liệu

Hoa Hữu Thu

2

Chương 2
SẢN XUẤT NHIÊN LIỆU
2.1 Sản xuất nhiên liệu từ dầu mỏ
Đầu tiên, dầu mỏ được sử dụng làm nhiên liệu cơ bản để sản xuất hơi nước hay đốt
nóng lò. Nhiên liệu này là phần còn lại của việc chưng cất đơn giản để sản xuất xăng và
dầu bôi trơn. Việc phát minh ra động cơ đốt trong đã làm thay đổi nhiên liệu này và xăng
động cơ đã trở nên một sản phẩm có nhu cầu lớn và tiếp đó là dầ
u nặng hơn cần thiết cho
động cơ điezen. Phần cặn là dầu nhiên liệu. Dầu nhiên liệu có nhiều ưu điểm hơn than và
nó thay thế than trong vận tải đường biển và một số ngành công nghiệp.
Những ưu điểm của nhiên liệu này so với than như sau:
1 - Nhiệt trị của nó cao hơn than, không có tro.
2 - Dễ lưu kho hơn.
3 - Dễ khống chế sự cháy hơn, tiết kiệ
m nhân công, cường độ cháy cao.
4 - Sạch sẽ hơn trong khi sử dụng và trong khi nạp liệu lên tàu.
Dầu thô được tách thành các phân đoạn bằng các phương pháp chưng cất chọn lọc
trong khí quyển và chân không. Dầu thô cung cấp nguyên liệu đầu cho công nghiệp hoá
dầu và công nghiệp hoá chất. Nhiên liệu được sản xuất từ dầu mỏ theo trật tự tăng dần về
nhiệt độ chưng cất là: xăng máy bay, xăng ôtô, dầu hoả
, nhiên liệu động cơ phản lực, dầu
điezen (DO), dầu madút (FO). Tỉ lệ các nhiên liệu này thu được từ dầu thô phụ thuộc vào
bản chất của dầu. Việc tinh luyện cũng có thể làm thay đổi đáng kể hiệu suất và tính chất
của các phân đoạn. Như chúng ta đã biết, dầu mỏ là nguồn có chứa một tỉ lệ cao

hiđrocacbon khí hoà tan (từ 40 ÷ 200 thể tích ở đ
iều kiện tiêu chuẩn trong một thể tích
dầu lỏng) và khí này cần phải được tách ra khỏi dầu mà không làm mất đi các cấu tử có
điểm sôi thấp. Việc tách khí đầu tiên được thực hiên ngay từ giếng khai thác bằng cách
giảm áp ở đầu giếng trong thiết bị hình trống lớn. Khi các khí còn lại được tách hết thì
dầu thô trở nên an toàn cho các quá trình tiếp theo. Khí “ướt” được tách đầu tiên ở đầu
giếng được xử lí b
ằng hấp thụ hay nén để thu hồi “xăng giếng dầu”. Ở những giếng chỉ
có khí và xăng thu được theo kiểu này người ta gọi là xăng tự nhiên (natural gasoline).
Thành phần hoá học của dầu mỏ: Thành phần nguyên tố thay đổi trong phạm vi rất
nhỏ, ví dụ:
Cacbon
74,5 ÷ 87,1, trung bình là 84,5
Lưu huỳnh
0,1 ÷ 3,5
Hiđro
11,5 ÷ 14,5, trung bình là 12,5
Nitơ, oxi
0,1 ÷ 0,5
Cách gọi tên dầu thô: Tuỳ thuộc vào chủng loại các hiđrocacbon đa số có trong
thành phần dầu thô: parafin, naphten, aromat, người ta đặt tên các dầu thô tương ứng là
3
dầu parafin, dầu naphten khi những phân đoạn nhẹ của dầu có những hiđrocacbon tương
ứng chiếm đa số.
Khi những phần nặng nhất của dầu thô có chứa nhiều sản phẩm giống asphalt thì
người ta gọi loại dầu đó là dầu asphalt.
Bảng 8.
Thành phần điển hình của các loại dầu thô
Thành phần của các
hiđrocacbon (% khối

lượng)
Dầu thô parafin
Dầu thô
naphten
Dầu thô asphalt
Parafin 40 12 5
Naphten 18 75 15
Aromat 10 10 20
Asphaltene (đa vòng) 2 3 60
Trong thực tế, tất cả các dầu thô đều chứa hiđrocacbon của ba loại trên. Người ta
thấy rằng những hiđrocacbon naphten là phổ biến nhất (nhưng không phải trong các phần
nhẹ) và ở phần cặn các hiđrocacbon này có chứa các mạch nhánh parafin dài hay ngắn và
chúng che lấp tính chất naphten của phân tử.

Bảng 9.
Thành phần của các phân đoạn của một số loại dầu thô
Dầu Grosnưi parafin Dầu Oklahome Dầu California
Phân đoạn (°C)
A* N* P* A* N* P* A* N* P*
60 ÷ 95 3 25 72 5 21 73 4 31 65
95 ÷ 122 5 30 65 7 28 65 6 48 46
122 ÷ 150
9 35 56 12 23 55 11 64 25
150 ÷ 200 14 29 57 16 29 55 17 61 22
200 ÷ 250 18 23 59 17 31 52 25 45 30
250 ÷ 300 17 22 61 17 32 51 29 40 31
A*, N*, P* là các chữ viết tắt của kiểu hiđrocacbon tương ứng: Aromat,
Naphten, Parafin
Cách gọi tên các dầu thô ở trên cũng không tuyệt đối vì thế tuỳ theo thành phần của
ba loại hiđrocacbon người ta còn đặt tên các dầu thô là dầu trung gian. Bảng 8 và 9 trình

bày thành phần phần trăm của các loại dầu thô điển hình.
Tuy nhiên, sự phân loại dầu thô theo cấu tử giàu nhất trong dầu thô như ở trên cũng
không hoàn chỉnh. Lane và Garton đã đưa ra một cách phân lo
ại được sử dụng rộng rãi
nhất trong thời gian gần đây. Cách phân loại dầu thô của Lane và Garton dựa vào 2 phân
đoạn của dầu thô:
(a) phân đoạn từ 250°C ÷ 275°C ở áp suất chưng cất là 1 atm và
(b) phân đoạn từ 275°C ÷300°C ở áp suất chưng cất là 40 mmHg.
Phân đoạn (a) được gọi là phân đoạn chìa khóa 1. Phân đoạn (b) được gọi là phân
đoạ
n chìa khóa 2. Mỗi một phân đoạn trên được phân loại theo kiểu hiđrocacbon: parafin,
4
trung gian hay naphten theo tỉ trọng của chúng và dầu thô được phân loại theo bản chất
của phân đoạn chìa khóa theo bảng dưới đây:
5

Bảng 10.
Phân loại dầu thô theo Lane và Garton
Loại dầu thô
Tỉ trọng 15,5/15,5°C
của phân đoạn chìa
khóa 1
Tỉ trọng 15,5/15,5°C của
phân đoạn chìa khóa 2
Parafin
≤ 0,8251 ≤ 0,8762
Parafin ÷ Trung gian
nt
0,934 ÷ 0,8762
Parafin ÷ Naphten

nt
≥ 0,934
Trung gian
0,8251 ÷ 0,8602 0,934 ÷ 0,8762
Trung gian ÷ Parafin
nt
≤ 0,8762
Trung gian ÷ Naphten
nt
≥ 0,934
Naphten
≥ 0,8602 ≥ 0,934
Naphten ÷ Parafin
nt
≤ 0,8762
Naphten ÷ Trung gian nt 0,934 ÷ 0,8762
Theo cách phân loại này, một dầu thô được gọi là không chứa sáp hay có chứa sáp
tùy theo điểm đục của phân đoạn chìa khóa 2 thấp hơn hay cao hơn −15°C.
Theo cách phân loại dầu thô như trên, có khoảng 85% dầu thô trên thế giới rơi vào
3 loại đơn giản là parafin, trung gian và naphten. Các dầu thô parafin - naphten và
trung gian - naphten không thấy tồn tại.
Cách phân loại dầu thô của Lane và Garton là một cách đổi mới về phân loại dầu thô
theo 4 nhóm mà trong nhiều trường hợp người ta thấy r
ằng một kiểu hiđrocacbon nào đó
có thể chiếm chủ yếu trong một phân đoạn này và nó cũng có thể chiếm chủ yếu trong
một phân đoạn khác. Vì thế những nghiên cứu chi tiết cần được xác định để phân loại dầu
thô được chính xác hơn.
Vì dầu thô được đo bằng thể tích, nên hệ số dãn nở nhiệt của chúng rất quan trọng.
Giá trị của đại lượng này bình th
ường tăng lên với sự giảm khối lượng riêng của dầu trên

một khoảng từ 0,0007 ÷ 0,0010 khi nhiệt độ tăng 1°C. Đối với các phân đoạn dầu thì sự
thay đổi có rộng hơn như sau:
Phân đoạn dầu
Sự thay đổi hệ số dãn nở nhiệt /°C
“Xăng” khối lượng riêng < 0,740 (g/ml) 0,00086
khối lượng riêng > 0,740 (g/ml) 0,00081
Dầu hoả 0,00072
Dầu gazoin 0,00064
Nhiên liệu điezen 0,00063
Độ nhớt của dầu mỏ thay đổi rất lớn, thậm chí với các dầu từ cùng một khu vực khai
thác. Độ nhớt tăng lên cùng với khối lượng riêng. Cả hai đại lượng độ nhớt và khối lượng
riêng càng cao nếu các parafin lỏng càng cao.
Bảng 11.
Giá trị nhiệt dung riêng của một số dầu thô tại các địa điểm khác nhau
Địa điểm Khối lượng riêng g/cm
3
Nhiệt dung riêng (cal/(C/g)
Pensylvania 0,810 0,500
California 0,960 0,398
Nga 0,908 0,435
Burna 0,924 0,406
Scottland 0,880 0,406