Các nhiên liệu từ dầu mỏ và khí thiên nhiên

35

Chương 3
CÁC NHIÊN LIỆU TỪ DẦU MỎ, KHÍ THIÊN
NHIÊN
3.1 Nhiên liệu lỏng nặng (FO) (dầu madút)
Như trên đã trình bày, dầu madút là phân đoạn nặng thu được khi chưng cất dầu thô
parafin và asphalt ở áp suất khí quyển và trong chân không. Các dầu FO có điểm sôi cao.
Trong kĩ thuật đôi khi người ta còn chia thành dầu FO nhẹ và FO nặng. Vì thế, các đặc
trưng hoá học của dầu madút có những thay đổi đáng kể nhưng không phải tất cả các đặc
trưng này ảnh hưởng tới việc sử dụng chúng làm nhiên liệu và các kỹ thuật sử dụng để đạt
hiệu quả cao.
Một trong những tính chất quan trọng nhất của dầu madút là độ nhớt được xác định ở
những nhiệt độ quy định, ví dụ ở 20°C và 50°C. Nói chung các từ “nặng” và “nhẹ” được sử
dụng để mô tả các nhiên liệu dầu madút có độ nhớt cao và thấp tương ứng. Những dầu cặn
có độ nhớt cao (> 7000 giây) thông thường phải trải qua bước crackinh nhẹ để phá vỡ
những phân tử nặng và do đó làm giảm độ nhớt của dầu. Quá trình này cũng gây nên sự
thất thoát dầu dưới dạng khí và quá trình được gọi là visbreaking.
Tính chất quan trọng thứ hai của dầu madút là điểm chớp cháy. Điểm chớp cháy cực
tiểu của tất cả các dầu là 65,5°C (~ 150°F).
Tính chất quan trọng thứ 3 của dầu madút là hàm lượng nước. Bởi vì các dầu nặng có
tỉ trọng gần bằng tỉ trọng của nước nên phải giữ dầu không tiếp xúc với nước trong quá
trình sản xuất và bảo quản vì nếu lẫn nước rất khó tách ra khỏi dầu. Tính chất cuối cùng là
các dầu không được chứa cặn sa lắng bởi vì các cặn này sẽ tập trung dần dần ở đáy bể
chứa.
Vì thế, yếu tố cơ bản trong việc sử dụng các dầu madút là khống chế sự cháy của
chúng và chọn lọc cấp dầu cho mục đích sử dụng thích hợp về mặt kĩ thuật như kích thước
buồng đốt cháy, bản chất của thiết bị, kiểu cách và kích thước thiết bị đốt, phương pháp
phun nhiên liệu. Dĩ nhiên, giá cả cũng là một yếu tố bởi vì việc sử dụng các dầu có độ nhớt
cao cần cung cấp nhiệt cho các ống đốt nóng trong các bể chứa, do đó các trạm tiêu thụ sẽ
có giá thành cao.

3.1.1 Bố trí cung cấp dầu cho lò đốt
Dầu cấp cho lò đốt trong công nghiệp cần phải khan nghĩa là loại bỏ hết các hạt nước
phân tán trong dầu và các hạt rắn trong đó. Nhưng hầu hết các thiết bị cung cấp không thể
đáp ứng được yêu cầu này. Khi dầu được cấp bằng cách rót từ các bể chứa thì thông
thường phải sử dụng một cặp bể. Ở đây, ta phải đốt nóng bằng hơi nước để tăng cường
việc tách nước và tăng cường độ chảy lỏng của dầu. Sở dĩ người ta phải dùng kỹ thuật đốt
nóng vì: Ở nhiệt độ thường, việc tách các hạt nước trong dầu rất chậm do sự khác nhau về

Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn


36

khối lượng riêng giữa chúng rất nhỏ và với độ nhớt cao của dầu thì các hạt lơ lửng này vẫn
tồn tại không thể loại hết được. Khi đốt nóng dầu có hai thay đổi rõ ràng xảy ra: (1) độ
nhớt của dầu bị giảm đi rất nhanh và (2) dầu dãn nở nhiều hơn nước và vì thế sự khác nhau
về khối lượng riêng trở nên lớn. Những hệ số dãn nở tương đối của dầu nặng và của nước
tương ứng là 0,00070 /độ và 0,000476 /độ, vì thế cần đốt nóng để tách được nước ra khỏi
dầu.
Dầu có thể được đốt nóng sơ bộ đến trên điểm chớp cháy nhưng phải ở dưới áp suất
cao và cơ bản là phải đạt được độ mềm để dầu có thể chảy hay phun qua các van. Nhiệt độ
của dầu phải đồng đều và áp suất phải giữ không đổi.
Khi phun không khí hay dầu thì việc cấp dầu có thể thực hiện từ một bể chứa nhiên liệu
hay nhiều bể ở độ cao đủ để tạo thành dòng chảy cần thiết. Vì các dầu rất nhớt không thể
phun một cách có hiệu quả nên việc đốt nóng là cần thiết. Thông thường để đốt nóng người
ta dùng một thiết bị đốt nóng bằng hơi nước bố trí ngay trên đường cấp dầu.
Trong thực tế nhiệt độ cần thiết để bơm dầu là: 38 ÷ 120°C (100 ÷ 250°F) còn nhiệt độ
cần thiết để phun dầu vào lò đốt là: 65,5 ÷ 150°C (150 ÷ 300°F). Ví dụ, dầu có khả năng
bơm được ở nhiệt độ 38°C có độ nhớt khác nhau thì nhiệt độ bơm thay đổi như sau:

Độ nhớt, ở 38°C (st) Nhiệt độ bơm, °C
200

7,5

600

15,5

1500

27,0

Trong các thiết bị phun bằng áp suất, các thiết bị lọc được trang bị giống hệt nhau ở cả
hai phía hút và đẩy của máy bơm dầu. Lưới lọc trong thiết bị lọc của phía hút có kích
thước mắt lỗ lớn hơn so với lưới ở phía phun. Thông thường cỡ lưới phụ thuộc vào độ lỏng
của dầu được sử dụng. Do kĩ thuật phát triển, ngày nay người ta dùng các thiết bị lọc khác
hiệu quả hơn việc dùng lưới lọc như thiết bị lọc dòng chảy (streamline filter) hay thiết bị
lọc “Autoclean”. Trong thiết bị lọc Autoclean, dầu đi từ bên ngoài qua nhiều tấm thép
mỏng đã được khoan lỗ với khoảng hở rất nhỏ giữa các lỗ. Giữa các tấm thép có nhiều dao
bằng thép mỏng được giữ cố định. Khi dầu đi qua thiết bị này các cặn bẩn bị giữ lại và rơi
vào bồn chứa, sau đó bị loại ra ngoài.

3.1.2 Phun dầu và lò đốt bằng dầu
Để dầu cháy hoàn toàn thì dầu phải trộn thật đều với không khí. Về mặt lý thuyết, điều
này có thể thực hiện khá dễ dàng đối với hơi dầu, song rất khó thực hiện được đối với các
dầu nặng. Vì để hoá hơi dầu, phải tăng nhiệt độ, mà tăng nhiệt độ sẽ dẫn đến phá vỡ phân
tử dầu và tạo nên cặn cốc trong thiết bị hoá hơi và thiết bị đốt cháy bằng kim loại. Tuy
nhiên, vẫn có thể áp dụng được đối với các dầu có nhiệt độ sôi thấp như dầu hoả, dầu trung
gian. Người ta có thể thực hiện được sự hoá hơi bằng cách cho một lượng không khí thích

hợp vào thiết bị hoá hơi.
Với các dầu nặng hơn (như dầu FO nặng, nhẹ) có thể dùng các máy phun khác nhau để
chuyển dầu thành các hạt nhỏ với không khí đưa vào lò đốt. Để tăng diện tích tiếp xúc

Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn


37

dầu/không khí người ta dùng thiết bị phun cỡ cực đại từ 1 ÷ 1,5 nghìn lỗ trên một cm2.
Ngoài ra lò đốt còn có nhiệm vụ:
-

Nâng nhiên liệu từ một mức thấp hơn lên mức cao hơn.

-

Đưa vào một phần hay tất cả hỗn hợp nhiên liệu/không khí được trộn đều với
một tốc độ sao cho động lượng của nó sẽ kéo theo một lượng không khí phụ
cần thiết để có được độ dài ngọn lửa mong muốn.

-

Giữ tuyến lửa bền vững và ngọn lửa thích hợp với hình dạng của lò.

-

Hoàn chỉnh sự cháy của những giọt dầu nhỏ trước khi ngọn lửa bị làm lạnh tới khi
khói bốc lên.

Nếu lò cho một ngọn lửa nghiêng một góc hẹp, tốc độ cao thì không khí cháy bị hút
vào ngọn lửa do tác dụng của thiết bị phun.

3.1.3 Yêu cầu kĩ thuật đối với dầu madút (FO)
Đối với các dầu madút, yếu tố quan trọng hàng đầu là nhiệt trị cao, điểm chớp cháy
cao, không có vết nước và các hạt rắn. Ngoài những yếu tố này ra, cần phải lựa chọn dầu
cho thích hợp với những điều kiện đặc biệt để sử dụng và lưu trữ dầu. Nếu việc tàng trữ
phải đốt nóng không có khả năng thực hiện được thì nên chọn dầu có độ nhớt thấp. Nếu
việc đốt nóng có khả năng thực hiện được thì các dầu nặng hơn và rẻ hơn có thể sử dụng
được, thêm vào đó kiểu lò cũng có ý nghĩa trong việc chọn lựa.
Ví dụ, ở Anh những yêu cầu ở trên được chia thành các cấp độ khác nhau và các cấp
độ cũng có thể bị thay đổi. Với các dầu madút dùng cho động cơ đi biển của Anh như sau:
Cấp độ
Điểm chớp cháy (min), °C
Độ nhớt , Redwood I ở 380°C, mm2 / s(max)
Hàm lượng nước (max), %
Nhiệt trị, kcal / kg (min)

E

F

65
250
1

G

65

65

H
65

450 2500 7000
1

1,5

1,5

10120 9990 9990 9990

Trong các yêu cầu kĩ thuật đối với dầu madút thì yếu tố độ nhớt là quan trọng nhất,
bởi vì độ nhớt thay đổi rất nhiều theo nhiệt độ. Nếu ở nhiệt độ thấp, độ nhớt lớn thì
không thể điều khiển được sự chảy của dầu.
Hàm lượng lưu huỳnh và tro không quan trọng lắm trong nhiều ứng dụng, song nếu
dùng làm nhiên liệu luyện kim thì hàm lượng lưu huỳnh và tro có thể ảnh hưởng tới vật
liệu bị đốt nóng, tức là các sản phẩm luyện kim.
Một yếu tố quan trọng cuối cùng đó là phải xem xét xem dầu madút đó là dầu chưng
cất hay dầu cặn, bởi vì dầu cặn có chứa một tỉ lệ cao asphalt mà dầu chưng cất không có.
Những loại dầu này được dùng trong các mục đích khác nhau để không ảnh hưởng tới vật
liệu chịu đốt nóng.

3.2 Xăng động cơ

Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn

38

Trước khi nền công nghiệp ôtô phát triển, nhiên liệu thu được chỉ bằng cách chưng cất
dầu thô. Phân đoạn naphtha được chưng cất lại cho xăng có khoảng nhiệt độ sôi trong một
vùng nhất định. Đó là sản phẩm cuối để đưa vào sử dụng. Việc tinh luyện bằng cách rửa
với axit và kiềm nhằm mục đích loại bỏ những lượng nhỏ các olefin và cải thiện màu của
xăng. Việc chưng cất trực tiếp dầu thô là bước xử lí đầu tiên dầu thô và phần xăng động cơ
được gọi là xăng trực tiếp (Straight run spirit). Xăng này là phân đoạn tương đối không bị
biến đổi của dầu thô nguyên thuỷ.
Vì nhu cầu của xăng ôtô, máy bay ngày càng tăng nên hiệu suất xăng, chất lượng xăng
cần phải ngày càng được cải thiện. Vì thế, công nghiệp lọc dầu đã đưa vào các quá trình
crackinh các phân đoạn dầu nặng, refominh phân đoạn naphtha nặng, polime hoá các olefin
nhẹ, ankyl hóa isobutan bằng các olefin... Bằng các phương pháp này sản lượng xăng động
cơ thu được từ dầu mỏ tăng lên, và chất lượng xăng cũng tăng. Vì những biến đổi hoá học
kể trên nên tên gọi các xăng thu được từ công nghiệp lọc hoá dầu khá phức tạp.

3.2.1 Xăng tự nhiên (natural gasoline - casing - head spirit)
Xăng tự nhiên hay xăng thu được từ khí giếng dầu. Khí giếng dầu chứa chủ yếu 5
hiđrocacbon parafin (từ C1 đến C5). Ngoài ra, còn có thêm một lượng nhỏ hiđrocacbon
phân nhánh và vòng có điểm sôi rất gần với các hiđrocacbon parafin ở trên (bảng 14).
Bảng 14.
Những tính chất của các hiđrocabon trong khí giếng dầu
Nhiệt độ sôi
(°C)

Nhiệt độ tới hạn
(°C)

Áp suất tới hạn
(at)

− 164

− 95,5

50

Etan

− 84

34

50

Propan

− 44

97

44

n-Butan

+ 0,3

-

-

− 17

-

-

n-Pentan

36

197

33

iso-Pentan

30

194

33

n-hexan

69

250

30

Metan

iso-Butan

Về ý nghĩa thực tế và kinh tế: hai hiđrocacbon đầu tiên không thể ngưng tụ còn các
hiđrocacbon khác cao hơn đều có thể thu hồi được. Thông thường chỉ những hiđrocacbon
cao hơn propan tạo nên xăng tự nhiên.
Có ba phương pháp được sử dụng để thu hồi hiđrocacbon ngưng tụ:
1 - Nén theo các giai đoạn và làm lạnh.
2 - Hấp thụ vào trong dầu sau đó giải hấp thụ lấy hiđrocacbon.
3 - Hấp phụ trên than hoạt động.
Các quá trình (1) và (2) là phổ biến nhất. Quá trình thu hồi được điều khiển để đảm
bảo thu hồi hoàn toàn các pentan và tất cả các hiđrocacbon cao hơn. Trong quá trình đó,

Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn


39

một tỉ lệ đáng kể butan đã hoà tan vào trong đó và như vậy sản phẩm có một áp suất hơi có
thể là quá cao đối với xăng ôtô. Một xăng tự nhiên không chứa butan có áp suất hơi Reid là
1,4 kg/cm2 ở 38°C; nhưng nếu xăng chứa 25% butan thì áp suất hơi Reid sẽ tăng lên tới 2,3
kg/cm2. Trong xăng không có butan thì tỉ lệ các hiđrocacbon được tạo nên như sau: các
pentan lớn gấp hai lần hexan, hexan lớn hơn hai lần so với heptan và octan bằng heptan.
Công dụng chính của xăng tự nhiên là dùng để sản xuất các xăng theo yêu cầu của thị
trường bằng cách trộn xăng tự nhiên với các xăng khác. Vì mục đích này áp suất hơi của
xăng hỗn hợp càng cao càng tốt, vì người ta thấy rằng áp suất hơi càng cao thì chỉ số octan
càng cao.

3.2.2 Xăng thu được bằng cách cất trực tiếp từ dầu thô
Thành phần hoá học của xăng cất trực tiếp đã tinh luyện được nghiên cứu cẩn thận hơn
nhiều so với bất kỳ phân đoạn nào của dầu mỏ. Các xăng này gồm các hiđrocacbon
parafin, naphten và aromat. Chúng không chứa các olefin hay các dẫn xuất vòng của
propan, butan hay heptan. Các dẫn xuất vòng có thể là xiclopentan và xiclohexan, thậm chí
có cả benzen và toluen. Tỉ lệ các loại hiđrocacbon thay đổi rất rộng tuỳ theo nguồn dầu
(xem bảng 15).
Như vậy, các naphten và parafin là các cấu tử chính. Xăng cất trực tiếp từ dầu parafin
rất giàu parafin (~70%); dầu trung gian có hàm lượng parafin tới 50%, còn dầu thô asphalt
có hàm lượng parafin khoảng 3% trong xăng cất trực tiếp. Các xăng giầu naphten và
aromat không phổ biến. Dầu thô Borneo cho xăng cất trực tiếp giàu hiđrocacbon aromat.
Bảng 15.
Thành phần của các xăng cất trực tiếp phụ thuộc vào nguồn dầu
Thành phần (%)

Khối lượng riêng
ở 15°C (g/cm3)

Điểm kết thúc
(°C)

Pensylvania

0,732

207

7

18

75

Oklahoma

0,739

177

10

29

61

Texas

0,750

150

33

21

57

Mehico

0,727

200

10

35

55

Romania

0,736

150

12

30

54

Aromat

Naphten Parafin

Xăng cất trực tiếp thường lấy trong giới hạn từ 40°C ÷ 200°C. Trong khoảng nhiệt độ
này những hiđrocacbon cao cũng bay hơi tạo nên thành phần của xăng (bảng 16).
Bảng 16. Các hiđrocabon trong xăng cất trực tiếp
+ Các n-parafin
Công thức Nhiệt độ sôi (°C)

Khối lượng riêng
ở 20°C (g/cm3)

Nhiệt dung riêng
(cal/g.°C)

Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn

Nhiệt hoá hơi
(cal/g)


40

Pentan

C5H12

37

0,63

-

85,5

Hexan

C6H14

69

0,66

0,527

70,4

Heptan

C7H16

98

0,68

0,507

76,5

Octan

C8H18

125

0,78

0,505

71,0

Nonan

C9H20

150

0,72

0,503

-

+ Các naphten
Công thức

Nhiệt độ sôi
(°C)

Khối lượng riêng
3
ở 20°C (g/cm )

Nhiệt dung riêng
(cal/g.°C)

Nhiệt hoá hơi
(cal/g)

Xiclo-pentan
C5H10

49,5

0,754

-

-

Xiclo-hetan C6H12

81,4

0,779

0,506

87

Xiclo-heptan
C7H14

118,0

0,811

-

-

Xiclo-octan C8H16

150,6

0,839

-

-

Xiclo-nonan
C9H18

172,0

0,770

-

-

Chúng ta thấy rằng đối với một xăng, tỉ lệ của phần cất càng cao ở một nhiệt độ thấp
thì mức độ bay hơi của xăng càng cao. Nhưng xăng cất trực tiếp theo kiểu này bản thân nó
chưa thể là xăng thích hợp cho động cơ ôtô vì các đặc trưng sử dụng của xăng chưa thỏa
mãn.

3.2.3 Xăng crackinh và xăng refominh

3.2.3.1

Giới thiệu chung

Những đặc trưng cơ bản của một xăng ôtô là gì ?

Những đặc trưng này gồm hai loại:
1 - Những đặc trưng gắn liền với đường cong chưng cất (xem phụ lục 2);
2 - Những đặc trưng gắn thành phần hoá học của các hiđrocacbon có mặt trong xăng.
Để hiểu rõ vấn đề này, chúng ta theo dõi quá trình của xăng từ bình chứa tới khi ra
khỏi động cơ đốt trong.
Xăng đi tới bộ chế hoà khí qua ống dẫn. Nếu xăng quá dễ bay hơi, nó sẽ hoá hơi một
phần dưới tác dụng của nhiệt toả ra từ động cơ và hình thành trong ống dẫn những bọt khí.
Bọt khí này làm gián đoạn dòng xăng chảy vào bộ chế hoà khí. Bởi vậy, cần thiết phải điều
chỉnh ngay tại nhà máy lọc dầu áp suất hơi của xăng ở dưới một giới hạn thích hợp mà áp
suất này trong mùa đông sẽ cao hơn mùa hè.
Xăng tiếp tục đi qua bộ chế hoà khí tạo nên một hỗn hợp với không khí. Người ta dễ
dàng nhận thấy rằng dạng của đường cong chưng cất xăng có một ảnh hưởng đáng kể trước

Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn


41

hết lên sự chế hoà khí, sau đó lên cách mà hỗn hợp xăng/không khí (kk) sẽ hoạt động
trong động cơ.
Khi khởi động động cơ, hỗn hợp nhiên liệu và không khí cần phải tương đối giầu để có
thể bốc cháy mặc dù xăng bị ngưng tụ khá nhiều khi bị tiếp xúc với các ống làm lạnh. Nói
chung, người ta chấp nhận nhiệt độ sôi của điểm 10% đặc trưng cho khởi động máy. Nhiệt
độ sôi này thường nằm trong khoảng giữa 50°C và 60°C đối với các ôtô và máy bay.

Sự làm việc bình thường của động cơ và đặc biệt khi tăng tốc phụ thuộc vào sự hoá
hơi hoàn toàn của toàn bộ nhiên liệu, người ta chấp nhận rằng nhiệt độ sôi của điểm trung
bình, điểm 50%, đảm bảo hoạt động này. Đối với các xăng thông thường, nhiệt độ này
thường nằm giữa 90 và 110°C.
Điểm sôi cuối cùng, cần thiết là xăng không chứa các phân tử nặng khó bay hơi hoàn
toàn trong các điều kiện bình thường, nếu không có thể gây nên sự hoà loãng nhanh dầu
của cacte. Mặt khác, sự có mặt của các phân tử nặng có thể gây nên những bất tiện khác
đối với động cơ khi động cơ quay nhanh bởi vì sự cháy của các phân tử nặng không
nhanh bằng các phân tử nhẹ. Với các động cơ 4000 vòng quay hay lớn hơn, động cơ sẽ
thải ra muội do xăng cháy không hoàn toàn.
Những phép đo chính xác đã chứng minh rằng sự phân bố của hỗn hợp xăng/không
khí càng bất thường trong xilanh khi nhiệt độ của điểm 90% càng cao.
Vì tất cả các nguyên nhân này, điểm cuối cùng của đường cong chưng cất nói chung
được giữ ở dưới 190°C đối với các xăng cho ôtô. Còn các xăng cho máy bay, điểm cuối
cùng của đường cong chưng cất là trước 170°C.
Chúng ta thấy rằng việc phân đoạn cẩn thận của xăng là rất quan trọng và các nhà máy
lọc hoá dầu quan tâm đến vấn đề này suốt trong quá trình sản xuất.
Ngược lại, người ta thấy rằng 2 xăng có cùng đường cong chưng cất, cùng một nhiệt
trị nhưng có thể có sự khác nhau rất lớn về hiệu suất trong một động cơ. Sở dĩ như vậy vì
đặc trưng cho xăng còn có khả năng chống kích nổ.
Năm 1927, Graham Edgar đã đưa ra thang octan. Đầu cao là iso-octan (2,2,4trimetylpentan) một chất chậm nổ nhất trong số 18 đồng phân của octan. Đầu thấp là nheptan một chất dễ nổ nhất trong 9 đồng phân của heptan và quy định tương ứng cho
những hiđrocacbon trên các giá trị 100 và 0. Đó là thang chỉ số octan.
Để xác định chỉ số octan của một xăng người ta sử dụng động cơ CFR (Cooperative of
Fuel Research). Đó là động cơ có 1 xilanh và tỉ lệ nén có thể thay đổi được. Tỉ lệ nén có
thể thay đổi bằng cách điều chỉnh sao cho thu được sự nổ của xăng cần xác định chỉ số
octan. Như vậy, sự nổ của xăng tuỳ thuộc vào động cơ. Để các phép đo có tính lặp lại thì
cần phải giữ các điều kiện đo thật chính xác, đặc biệt là chế độ quay của động cơ, chế độ
này sẽ quyết định sự ma sát cũng như thời gian tiếp xúc giữa không khí và hiđrocacbon.
Tùy theo cách làm việc của động cơ người ta có thể thu được:
-

Chỉ số octan nghiên cứu F1 (RON) hay phương pháp F1 với động cơ quay 600
vòng/phút.

-

Chỉ số octan môtơ F2 (MON) hay phương pháp F2 với động cơ quay 900
vòng/phút.

Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn


42

Chỉ số octan môtơ (MON) của một nhiên liệu nói chung thấp hơn chỉ số octan nghiên
cứu (RON). Sự khác nhau giữa hai giá trị RON và MON cho ta biết độ nhạy của nhiên liệu
được nghiên cứu. Thực tế người ta thấy những kết quả đo theo phương pháp môtơ (MON)
là rất thỏa đáng ngay cả đối với xăng có bản chất parafin. Các giá trị MON đặc trưng cho
tính chất của nhiên liệu khi xe đi trên đường vận chuyển dài tốc độ cao. Còn chỉ số RON
lại đặc trưng cho tính chất của nhiên liệu khi xe đi trong thành phố ở tốc độ vừa phải và
thường xuyên phải tăng tốc.
Với xăng máy bay người ta dùng phương pháp F3 với động cơ có số vòng quay là
1200 v/ph. Còn phương pháp F4 đặc trưng cho tính chất nhiên liệu dùng khi máy bay cất
cánh hay máy bay chiến đấu được xác định với động cơ có số vòng quay 1800 v/ph.
Như vậy, chỉ số octan quyết định chất lượng cháy của nhiên liệu và các điều kiện tối
ưu được sử dụng, chỉ số octan gắn liền với khái niệm về hiệu suất sử dụng nhiên liệu.
Hiệu suất nhiệt động học của một vòng hoạt động của động cơ đốt trong ôtô hay máy
bay tăng khi tăng tỉ lệ nén. Nghĩa là tỉ số của thể tích xilanh (ở điểm chết thấp) với thể tích
của xilanh ở điểm chết cao càng lớn. Nhưng có một giới hạn trên cho sự tăng tỉ số nén này.
Ở trên giới hạn này, hiệu suất sẽ giảm đi và xuất hiện tiếng gõ lách cách của kim loại.

Khi động cơ hoạt động bình thường (không có tiếng gõ) sự cháy của hỗn hợp không
khí - nhiên liệu (kk - nl) (được bắt đầu bằng tia lửa từ bugi) được truyền theo các sóng
đồng tâm với tốc độ truyền lửa khoảng vài mét/giây. Tuyến lửa trong khi truyền, nén phần
còn lại của kk - nl chưa bị cháy làm tăng nhiệt độ của hỗn hợp. Những điều kiện nhiệt độ
và áp suất quá cao này thuận lợi cho sự hình thành các hợp chất peoxit kém bền vững.
Khi nồng độ của chúng trong hỗn hợp đạt đến một giá trị thích hợp thì chúng tự phân hủy
một cách đột ngột gây nên sự nổ. Sự nổ này được đặc trưng bằng một tốc độ rất lớn sự
truyền sóng. Sóng này đập vào nắp xilanh và đầu của pittong gây nên tiếng nổ mạnh.
Vậy tiếng gõ lách cách là kết quả của sóng cơ học và nhiệt gây ra.
Sóng cơ học tác động đến động cơ, song người ta có thể chế tạo được các động cơ
không bị ảnh hưởng bởi sóng này. Nhưng hiệu ứng nhiệt lại rất nguy hiểm, cần thiết phải
làm lạnh để loại bớt nhiệt toả ra khi nhiên liệu cháy. Nếu không động cơ bị đốt nóng thuận
lợi cho quá trình tạo peoxit, tạo muội cacbon bám trên đầu pittong. Muội này bị nóng đỏ
gây nên sự tự cháy của nhiên liệu mà không cần bugi đánh lửa và động cơ vẫn tiếp tục
quay khi ta đã ngắt tiếp xúc. Như vậy, đối với một nhiên liệu đã cho sự nổ gắn liền với việc
chế tạo động cơ, hệ số nén, độ rối của dòng kk - nl, dạng của nắp xilanh,... chất lượng của
bugi. Đối với một động cơ đã cho, sự nổ phụ thuộc vào thành phần nhiên liệu. Các yếu tố
trên dẫn tới việc phải sử dụng phương pháp phân loại các nhiên liệu tuỳ theo chất lượng
kháng nổ của chúng trong động cơ. Nguyên tắc của việc phân loại các nhiên liệu là so sánh
chúng trên cùng một động cơ chuẩn tính chất của mẫu nghiên cứu với tính chất của một
hỗn hợp hiđrocacbon tinh khiết lấy làm chuẩn.

Bảng 17.
Các đặc trưng của xăng thường và xăng cao cấp ở Pháp
Quy định

Xăng thường

Hỗn hợp các hiđrocacbon có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp

Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn

Xăng cao cấp


43

Màu

Đỏ

Vàng sáng

Khối lượng riêng (kg/l)

≤ 0,765

≤ 0,770

Đặc trưng chưng cất:
% Thể tích ở 70°C

≥ 10%

% Thể tích ở 140°C

≥ 50%

% Thể tích ở 195°C

≥ 45%

Khoảng cách điểm 5% và điểm 90%

> 60°C

Điểm cuối cùng

≤ 205°C

Cặn (% thể tích)

< 2,5

<3

Áp suất hơi ở 37,8°C:
-

Từ 15/10 đến 30/4 (mùa đông)

≤ 0,8 at

-

Từ 1/5 đến 14/10 (mùa hè)

≤ 0,65 at

Hàm lượng lưu huỳnh (% khối lượng)

< 0,20

Ăn mòn tấm đồng

1b cực đại

Hàm lượng gôm hiện hành

≤ 10 mg/cm3

RON

89 ÷ 92

Hàm lượng chì

≤ 0,40 g/l

-

Động cơ chuẩn đó là động cơ CFR đã nói ở trên

-

Hiđrocacbon chuẩn là:

< 0,15

97 ÷ 99

n-C7H16 có OC = 0 và iso-C8H18 (2,2,4-trimetylpentan) có OC = 100.
Như vậy, một nhiên liệu có chỉ số octan là X, nếu trong động cơ CFR nó gây nên một
tiếng gõ tương đương với tiếng gõ quan sát thấy của một hỗn hợp gồm X phần trăm thể
tích iso-octan và (100 − x) phần trăm thể tích n-heptan.
Ngoài những chất lượng về độ bay hơi và chỉ số octan đã nói ở trên, một nhiên liệu ôtô
không được chứa các hợp chất của lưu huỳnh có mùi hôi, các hợp chất có tính axit ăn mòn
thiết bị chứa xăng cũng như động cơ. Xăng phải không được chứa gôm, vì gôm có thể gây
nên hiệu quả bít nhanh các lỗ phun và supap. Bảng 17 trình bày các đặc trưng của xăng
thường và xăng cao cấp được sử dụng ở Pháp.
Trong thời gian gần đây, quy định của xăng cao cấp đã bị thay đổi và chấp nhận sự có
mặt của những hợp chất hữu cơ chứa oxi như CH3OH, C2H5OH, C4H9OH hay các ete như
MTBE. Nói chung, các hợp chất này có chỉ số octan cao (>100) nhưng chúng có thể gây ăn
mòn thiết bị hoặc gây trở ngại cho sự phối trộn nhiên liệu nếu chúng có lẫn hơi nước.
Để làm tăng chất lượng của xăng người ta có thể dùng xăng crackinh và xăng
refominh.
3.2.3.2

Xăng crackinh

Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn


44

Xăng crackinh là xăng thu được sau quá trình crackinh một phân đoạn nhất định của
dầu thô.
Những tính chất của xăng crackinh:

Các xăng crackinh nhiệt có chỉ số octan đặc biệt cao hơn các xăng chưng cất trực tiếp.

Thông thường chỉ số octan RON của xăng crackinh nhiệt là 70 ÷ 80.
Xăng crackinh nhiệt không bền vững, chúng có khuynh hướng để cho gôm phát triển
tương đối mạnh trong quá trình bảo quản tại kho với sự có mặt của không khí. Tuy nhiên
người ta đã tìm ra các phương pháp làm sạch xăng hay dùng chất kìm hãm tạo gôm cho
phép có thể dùng xăng mà không có bất kỳ một bất tiện nào đối với ôtô.
Nhưng người ta không thể, ngay cả bằng cách tăng cường các biện pháp xử lí hoá học
bằng các chất kìm hãm, làm cho xăng crackinh nhiệt có một độ bền vững đủ để sử dụng
chúng làm xăng máy bay. Ngược lại, crackinh xúc tác cho các kết quả thoả mãn hơn nhiều,
vì thực tế các xăng crackinh xúc tác không chứa những hiđrocacbon đietilenic mà chúng là
những hiđrocacbon kém bền vững nhất.
Chỉ số octan RON > 90 của các xăng crackinh xúc tác là do:
-

Các hiđrocacbon nhẹ của xăng chứa một tỉ lệ lớn các iso-parafin và iso-olefin.

-

Các hiđrocacbon nặng của xăng đặc biệt giầu các hiđrocacbon thơm. Chúng ta biết
rằng chỉ số octan của ba loại hiđrocacbon này lớn hơn nhiều so với chỉ số octan
của các parafin mạch thẳng.

Bảng 18.
Thành phần của phân đoạn hexan (C6) thu được từ xăng của cùng dầu thô nhưng được sản xuất
theo các cách khác nhau
Các parafin trong phân đoạn
C6 (%)

Xăng thu được từ
chưng cất

Xăng crackinh
nhiệt

Xăng crackinh xúc
tác

2-metylpentan

32

18

48

3-metylpentan

16

16

27

2,3-đimetylbutan

1

3

13

2,2-đimetylbutan

-

-

3

Tổng số iso-parafin

49

37

91

n-hexan

51

63

9

100

100

100

Tổng

Bảng 18 cho thấy những hiđrocacbon parafin của phân đoạn hexan được tách ra từ ba
xăng có cùng một nguồn gốc dầu thô nhưng thu được theo ba phương pháp khác nhau.
Chúng ta thấy rằng các parafin của xăng crackinh xúc tác bị phân nhánh hơn rất nhiều
so với các xăng khác.
Còn các phần nặng, chúng ta sẽ thấy thành phần của chúng trên các đồ thị trong
hình 6 và 7 dưới đây khi xử lí cùng một nguyên liệu đầu.

Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn


45

Hình 6.
Thành phần của các loại hiđrocacbon thu được trong
crackinh nhiệt

Hình 7.
Thành phần của các loại hiđrocacbon thu được trong
crackinh xúc tác

3.2.3.3

Xăng refominh

Để nâng cao chất lượng xăng, người ta có thể dùng xăng refominh.
-

Xăng refominh nhiệt có chỉ số octan cao hơn nhiều so với xăng cất trực tiếp từ dầu

thô. Bảng 19 dưới đây trình bày các đặc trưng của xăng refominh nhiệt của 2 phân
đoạn tương đối khác nhau của cùng dầu thô Irắc.
Bảng 19.
Đặc trưng xăng refominh nhiệt của 2 phân đoạn từ cùng nguồn dầu
thô Irắc
Đặc trưng

Phân đoạn 1

Phân đoạn 2

Điểm đầu (°C)

90

125

Điểm cuối (°C)

205

240

Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn


46

RON của nguyên liệu đầu

40

32

RON của phần refominh nhẹ

78

72

RON của phần refominh nặng

71

65

Chúng ta thấy rằng refomat nhiệt có chỉ số octan cao hơn nhiều so với chỉ số octan của
nguyên liệu đầu.
-

Xăng refominh xúc tác. Quá trình refominh xúc tác các hiđrocacbon là một quá
trình rất phức tạp bao gồm:

+ Đehiđro hoá các naphten thành các hiđrocacbon thơm;
+ Đehiđro vòng hoá các parafin thành các naphten;
+ Đồng phân hoá các parafin và naphten thành isoparafin...
Các quá trình này đều dẫn tới các loại hiđrocacbon có chỉ số octan cao. Chính vì thế,
các đặc trưng của xăng refominh xúc tác là rất tốt cho các động cơ ôtô và máy bay. Ví dụ,
chỉ số octan RON là 92,5, điểm chưng cất 50% ở 111°C.
3.2.3.4

Xăng tổng hợp từ khí

Trong các nhà máy lọc hoá dầu có các khí dư:
-

Loại parafin: CH4, C2H6, C3H8, C4H10 và iso-C4H10

-

Loại etilenic: C3H4, C3H6, 1-buten, 2-buten và iso-buten.

Đây là nguồn nguyên liệu quý để tổng hợp các xăng có chỉ số octan cao. Chúng ta biết
rằng các hiđrocacbon có tính kháng nổ cao là các đồng phân phân nhánh, nghĩa là trong
các phân tử này chứa nguyên tử cacbon bậc ba. Sự phân nhánh càng nhiều thì chỉ số octan
của phân tử càng cao. Hơn nữa người ta cũng nhận thấy rằng độ bền của phân tử với sự va
chạm tăng lên khi phân tử “tự tập trung lại” hay dưới tác dụng của hiệu ứng phân nhánh.
Ví dụ đối với hiđrocacbon parafin C7:
- n-heptan: CH3-(CH2)5-CH3 có chỉ số octan 0 (theo quy ước).
- 2-metylhexan : CH3-CH(CH3)-CH2-CH2-CH2-CH3 có chỉ số octan 45.
- 3-metylhexan: CH3-CH2-CH(CH3)-CH2-CH2-CH3 có chỉ số octan 65.
Chỉ số octan tăng lên khi các nhánh tập trung về trung tâm của phân tử:
- 3,3-đimetylpentan: CH3-CH2-C(CH3)2-CH2-CH3 có chỉ số octan 94.
- 2,2,3-trimetylbutan (triptan): CH3-C(CH3)2-CH(CH3)-CH3 có chỉ số octan 105.
Triptan có thể được sử dụng trong một mô tơ mà tỉ lệ nén là khoảng 15/1.
Luật tăng chỉ số octan của các hiđrocacbon parafin với sự tập trung của phân tử vào
phía tâm của nó là rất tổng quát và ta có thể thấy sự thay đổi hoàn toàn tương tự đối với các
hiđrocacbon C6, C8... và nên nhớ rằng “độ nhạy” hay hiệu số giữa RON và MON tăng lên
với sự tập trung của phân tử vào phía tâm của nó.
Nói chung, người ta nhận thấy rằng những hiđrocacbon etilenic riêng biệt có chỉ số

octan cao hơn một chút so với các parafin tương ứng, trước hết là những hiđrocacbon C8.

Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn


47

Mặt khác, độ nhạy và chỉ số octan của hỗn hợp các hiđrocacbon etilenic là cao hơn nhiều
so với độ nhạy và chỉ số octan của hỗn hợp các parafin có cùng số nguyên tử cacbon.
Chỉ số octan của các naphten cao hơn một chút so với chỉ số octan của các parafin
tương ứng nhưng độ nhạy của chúng không cao hơn.
Những hiđrocacbon aromat có chỉ số octan rất cao. Độ nhạy của chúng trong hỗn hợp
cũng rất lớn như chỉ số octan khi nồng độ của chúng trong hỗn hợp nhỏ. Từ những nhận
xét trên đây ta sẽ thực hiện chuyển hoá các khí thành các nhiên liệu có chỉ số octan càng
cao càng tốt. Các phương pháp tổng hợp như sau:
* Polime hoá xúc tác (oligome hoá)

-

Nguyên liệu đầu là các olefin đã nói ở trên.

-

Xúc tác: axit H3PO4, pyrophotphat đồng, quartz tẩm H3PO4 lỏng.

-

Lò phản ứng có chứa chất xúc tác có thể là một thùng lớn hay là những ống phản
ứng có đường kính tương đối nhỏ mà người ta có thể làm lạnh chúng bằng nước.

-

Nhiệt độ phản ứng thông thường là 150 ÷ 220°C và độ chuyển hoá của olefin có
thể đạt tới 85 ÷ 95% chỉ qua 1 vòng phản ứng.

-

Tốc độ cung cấp olefin có thể dùng từ 0,1 ÷ 0,5 m3/h tuỳ theo độ hoạt động của
xúc tác và áp suất có thể đi từ 35 bar ÷ 70 bar.

Để tránh sự phân huỷ của xúc tác, giữ độ hoạt động lâu dài của chúng, người ta thường
đưa khoảng 5% nước vào nguyên liệu đầu và làm lạnh phản ứng, giữ nhiệt độ phản ứng sao
cho không vượt quá 220°C.
Việc polime hoá chọn lọc như đime hoá isobuten hoặc đồng đime hoá isobuten và
buten, tiếp theo là hiđro hoá cho ta những iso-octan có chỉ số octan F3 ~ 100. Các phản ứng
đime hoá chọn lọc này dần dần được thay thế bằng ankyl hoá có tính ưu việt hơn.
* Ankyl hoá hiđrocacbon phân nhánh bằng olefin nhẹ

Những hiđrocacbon bão hoà có chứa nguyên tử cacbon bậc 3 như isobutan,
isopentan... kết hợp dễ dàng với các hiđrocacbon etilenic khi có mặt của các xúc tác như
H2SO4, HF.
C2H4 + iso-C4H10

→

2,2-đimetylbutan,

RON = 92

C2H4 + iso-C4H10

→

2,3-đimetylbutan,

RON = 101

C2H4 + iso-C4H10

→

2,2,4-trimetylpentan, RON = 100

Hai hiđrocacbon đầu tiên, 2,2-đimetylbutan và 2,3-đimetylbutan có chỉ số octan RON
tương ứng là 92 và 101, còn 2,2,4-trimetylpentan có RON = 100 theo định nghĩa. Nếu
chúng ta dùng các iso-olefin, ta sẽ được các sản phẩm sau đây:
→

iso-octan

RON = 92 ÷ 94

iso-C5H10 + iso-C4H10 →

iso-nonan

RON = 90 ÷ 92

→

iso-heptan

RON = 89 ÷ 91

iso-C4H8 + iso-C4H10
C3H6 + iso-C4H10

Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn


48

Trong công nghiệp, nếu dùng H2SO4 làm xúc tác cho các phản ứng trên, thường người
ta phải quay vòng phản ứng nhiều lần đối với iso-butan sao cho giữ được trong lò phản ứng
tỉ lệ iso-C4H10/olefin = (6 ÷ 8)/1. Sở dĩ phải giữ tỉ lệ này vì olefin bị hấp thụ bởi axit H2SO4
rất dễ dàng. Nếu tỉ lệ này càng lớn thì hiệu suất sẽ càng cao và việc tiêu tốn axit H2SO4/1
lít ankylat càng thấp.
Xúc tác H2SO4 nồng độ lúc ban đầu là 98% sau đó có thể kết hợp dùng H2SO4 đã sử
dụng có nồng độ 90%. Thông thường người ta dùng axit H2SO4 với nồng độ ban đầu 98%
và việc tiêu tốn tổng cộng axit là từ 1,5 kg ÷ 6,5 kg /1m3 alkylat.
Nếu H2SO4 không thể tái sinh được thì người ta có thể dùng chúng vào mục đích khác
như để tinh chế dầu bôi trơn. Ankyl hoá với sự có mặt của axit H2SO4 là một phương pháp
đắt tiền do phải tiêu tốn nhiều axit.
Với việc dùng axit HF làm xúc tác thì người ta có thể thu hồi HF ở cuối mỗi một vòng
phản ứng nên sự tiêu tốn axit HF giảm xuống (từ 0,8 ÷ 2,3 kg/m3 ankylat).
3.2.3.5

Xăng không chì

Như chúng ta đã biết, để làm tăng chỉ số octan của xăng, người ta dùng các phụ gia

như Pb(C2H5)4, Pb(CH3)4 hay hỗn hợp Pb(C2H5)4 và Pb(CH3)4. Do sự phát triển quá nhanh
của nền công nghiệp ôtô nên việc tiêu thụ xăng cũng tăng rất nhanh. Mật độ dày đặc ôtô
trên các đường phố đã thải vào không khí một lượng chì không nhỏ và gây nên ô nhiễm
môi trường, gây hại cho sức khoẻ con người. Vì thế, việc dùng xăng không chì ngày càng
phổ biến. Các nước công nghiệp phát triển đã đưa ra nhiều luật từ hạn chế dùng xăng có
chì tiến tới dùng xăng không chì.
Bảng 20.
Thị trường thế giới và châu Âu về việc dùng xăng không chì (tính
đến tháng 6 - 1990)
Các loại nhiên liệu không chì (%)
Nhiên liệu
không chì
Thông thường Eurosuper Supermium
(%)

Nước

Nhật

100

86

-

14

Canada

92

65

4

23

Mĩ

90

60

6

24

Áo

53

30

23

-

Bỉ

30

-

28

2

Phần Lan

50

-

50

-

Pháp

10,5

-

2

8,5

Italia

4

-

4

-

Luxembourg

21

-

19

2

Hà Lan

40

-

33

7

Đan Mạch

45

-

45

-

Bồ Đào Nha

0,2

-

0,2

-

Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn


49

Tây Ban Nha

0,5

-

0,5

-

Anh

25

-

21

4

Thụy Điển

42

-

41,5

0,5

Xăng không chì dùng ở châu Âu chia làm 3 loại:
1 - Mức độ bình thường (Regular-grade) được dùng chủ yếu ở Đức, có RON từ 92 ÷
93 và MON từ 82 ÷ 83.
2 - Nhiên liệu động cơ chuẩn dùng cho tất cả các nước trong khối cộng đồng châu Âu
có RON cực tiểu là 95, MON cực tiểu là 85 (những nước không thuộc cộng đồng châu Âu
cũng dùng là Áo, Phần Lan, Đan Mạch, Thuỵ Điển và Thụy Sĩ, tính đến năm 1990).
3 - Nhiên liệu có chỉ số octan cao RON 98 và MON 88. Các nước dùng xăng này là
Pháp, Hà Lan.

Bảng 20 giới thiệu việc dùng nhiên liệu động cơ xăng không chì trên thế giới.
Toàn bộ châu Âu dùng xăng không pha chì khoảng 118 triệu tấn/năm chiếm khoảng
26% thị trường nhiên liệu.
Như trên đã trình bày, tuỳ thuộc vào giá trị RON và MON người ta chia xăng ôtô
thành các cấp độ khác nhau và như thế thành phần hóa học của chúng cũng khác nhau và
ngay xăng cùng cấp độ (Eurosuper với RON 95, MON 85) cũng có hàm lượng olefin và
aromat khác nhau tuỳ thuộc vào từng quốc gia châu Âu (bảng 21). Bảng 22 cho biết hàm
lượng olefin và aromat trong các xăng có cấp độ khác nhau ở châu Âu.
Bảng 21.
Hàm lượng olefin và aromat của các nhiên liệu không chì châu Âu (cấp độ
Eurosuper với RON 95, MON 85)

Quốc gia

Hàm lượng olefin
(%V)
RON 95

MON 85

Hàm lượng aromat
(%V)
RON 95

MON 85

Tây Đức

7,7

22,4

38,9

45,5

Italia

5,9

13,8

35,3

43,4

Bỉ

7,4

14,4

36,0

45,0

Anh

6,4

9,0

35,8

43,6

Đan Mạch, Thụy Điển

9,1

18,2

42,1

45,6

Phụ gia quan trọng và phổ biến nhất thay thế cho các hợp chất cơ chì là MTBE (metyltec-butylete). Việc sử dụng MTBE trong xăng không chì ở châu Âu được trình bày trong
bảng 23.

Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn


50

Bảng 22.
Sự khác nhau của các loại xăng không chì ở châu Âu
Hàm lượng olefin trung bình Hàm lượng aromat trung bình
(%V)
(%V)

Kiểu xăng
Regular (Đức)

12,1

31,8

Eurosuper (EEC)

7.3

37,6

Superpremium (Pháp)

5,4

50,1

Ta thấy rằng MTBE được dùng trong tất cả các loại xăng. Ngoài MTBE người ta còn
dùng các tác nhân làm tăng chỉ số octan khác là:
-

TAME, (Tec-amylmetyl ete).

-

Metanol với hàm lượng trung bình ~ 1,2 %.

-

Tec-butanol hàm lượng trung bình ~ 1,4 %.

Người ta cũng có thể kết hợp các ancol này với MTBE thêm vào thành phần của xăng
không chì.
Bảng 23.
Việc sử dụng MTBE trong xăng không chì ở châu Âu

Nước

Phần nhiên
chứa MTBE

Kiểu xăng

Hàm lượng MTBE quan sát được (%
liệu trọng lượng)
Cực tiểu

Bỉ

Trung bình

Cực đại

Eurosuper

100

0,8

2,1

4,0

Superpremium

64

1,0

6,8

11,4

Eurosuper

42

0,7

1,1

1,6

Regular

42

0,1

0,5

1,1

Anh

Eurosuper

25

-

4,4

-

Italia

Eurosuper

50

2,2

4,0

6,2

Đức

Sự có mặt của các hợp chất chứa oxi dường như không có bất kì ảnh hưởng gì đến hộp
xúc tác xử lí khí thải. Tuy nhiên, các nhà sản xuất ôtô không muốn có một khoảng quá
rộng về nồng độ của các cấu tử chứa oxi. Bởi vì họ phải nghiên cứu những thành phần
phân cực có thể cho nhiên liệu ôtô để thu được sự cháy thoả mãn trong tất cả các trường
hợp. Ví dụ, sự khác nhau về tỉ lệ đương lượng các cấu tử của xăng do sự thay đổi hàm
lượng MTBE có thể làm thay đổi sự phát thải các sản phẩm chưa cháy hết (CO và CH)
trong giai đoạn đầu khi hộp xúc tác chưa hoạt động.
Nói tóm lại, xăng không chì là một tổ hợp phức tạp của các hiđrocacbon và các phụ gia.
Phụ gia tăng chỉ số octan là các hợp chất chứa oxi như MTBE, CH3OH, C2H5OH, (CH3)3C-

Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn


51

OH, tec-amylmetylete... Thành phần xăng này có thể có thay đổi nhỏ tuỳ thuộc vào khí hậu
và địa hình cụ thể của từng nước sử dụng xăng.
Các nhà nghiên cứu cho rằng phụ gia C2H5OH cho xăng có triển vọng sáng sủa nhất vì
C2H5OH không độc hại, và người ta có thể sản xuất được những lượng rất lớn từ nguồn
nguyên liệu nông nghiệp và dầu mỏ.

3.3 Nhiên liệu điezen (DO)
Khi chưng cất sơ cấp dầu thô ta thu được phân đoạn sôi giữa 200°C và 320°C. Phân
đoạn này được gọi là gazoin hay dầu điezen. Dầu gazoin thu được từ các sản phẩm
crackinh nhiệt và crackinh xúc tác rất khác với gazoin thu được từ chưng cất trực tiếp dầu
thô do thành phần của chúng đã bị biến đổi. Hàm lượng parafin đã bị giảm đi do sự hình
thành các hiđrocacbon không bão hoà và hiđrocacbon thơm, chất lượng nổ và chỉ số xetan
của dầu bị giảm đi.
Tên gọi dầu gazoin có nguồn gốc từ việc dùng dầu này để sản xuất khí thắp sáng bằng

crackinh và mặc dầu ngày nay người ta không còn dùng nữa nhưng tên phân đoạn này vẫn
được giữ nguyên vì những lượng lớn dầu vẫn được dùng để sản xuất khí ướt. Vì mục đích
này, dầu gazoin phải có đặc trưng parafin để khi crackinh nhiệt người ta thu được hiệu suất
cao khí có nhiệt trị lớn. Bởi vậy, dầu gazoin phải là distillat cất trực tiếp từ dầu mỏ parafin.
Nhiên liệu điezen (Diezel fuel) có cùng một khoảng nhiệt độ chưng cất (200 ÷ 320°C)
như dầu gazoin và dĩ nhiên chúng là cùng một nhiên liệu nhưng được sử dụng cho động cơ
nén - nổ (được gọi là động cơ điezen) vì thế chúng được gọi là nhiên liệu điezen. Các động
cơ điezen có rất nhiều dạng và tốc độ, sử dụng một khoảng rất rộng các nhiên liệu từ các
distillat của dầu thô đến các phân đoạn chưng cất dầu than đá và các dầu thực vật.
3.3.1. Dầu gazoin
Vì là một sản phẩm thu được từ chưng cất nên dầu gazoin thay đổi về thành phần
tuỳ theo bản chất của dầu thô nhưng một số tính chất đặc trưng phải được thoả mãn
đó là điểm chớp cháy, khoảng nhiệt độ chưng cất (từ 200 ÷ 320°C). Bảng dưới đây
minh hoạ một số tính chất của dầu gazoin khác nhau tùy theo khối lượng riêng của
chúng.
Bảng 24. Thành phần và tính chất của các dầu gazoin
Tỷ trọng (15,5 / 15,5°C)

0,84

0,88

0,86

Điểm chớp cháy, °C

200

186

186

Độ nhớt Redwood ở 37,7°C

35

33

37

Nhiệt độ khoảng sôi thấp nhất, °C

220

200

210

% chưng cất tới 300°C

65

34

47

Chỉ số xetan

62

34

47

Cặn cacbon Conradson (% trọng lượng)

0,02

0,07

0,02

Điểm rót, °C

−4

−9

−12

Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn


52

Công dụng chính của dầu gazoin là dùng để sản xuất khí ướt và tách benzen từ khí
than (coal gas), nhưng dầu gazoin có thể được dùng làm nhiên liệu cho động cơ điezen tuỳ
thuộc vào chỉ số xetan của nó. Nếu chỉ số xetan cao thì nó rất thích hợp cho các động cơ
điezen cỡ nhỏ và tốc độ cao. Nếu độ nhớt của dầu gazoin cao thì không thích hợp cho các
động cơ điezen chạy đường biển, trong công nghiệp có tốc độ thấp vì việc bơm nhiên liệu

khó khăn.
3.3.2. Nhiên liệu điezen và động cơ điezen
Những tính chất của nhiên liệu điezen được giải thích tốt nhất sau khi nghiên cứu các
đặc trưng của động cơ nén-nổ - động cơ điezen. Sơ đồ động cơ nén-nổ điezen được cho
trên hình 7.

Hình 7
Sơ đồ động cơ nén-nổ điezen

Nguyên lí cơ bản của động cơ này là dựa trên nhiệt nén làm bốc cháy nhiên liệu.
Nhiên liệu được tiêm vào buồng nén mà ở đó không khí đã được nén tới 1 áp lực từ 41,5 45,5 kg/cm2 và đạt tới nhiệt độ ít nhất là 500°C. Nhiệt độ này đủ để làm bốc cháy nhiên
liệu và khí dãn nở làm tăng áp lực lên tới trên 70 kg/cm2. Áp lực này tác động lên pittong
và làm động cơ chuyển động. Trong động cơ nén-nổ 4 kì bình thường, 1 vòng có thể chia
thành 4 kì:
1.

Hút không khí vào xilanh, sau đó van vào đóng lại.

2.

Nén không khí trong xilanh tới một thể tích xác định (trong kì nén này áp suất và
nhiệt độ tăng lên), khi đó nhiên liệu điezen được phun vào buồng nén.

3.

Nhiên liệu cháy. Khí cháy dãn nở trong khi tất cả các van đóng, áp lực tác động
lên đầu pittong làm máy chuyển động.

Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn

53

4.

Van xả mở và khí cháy được thải ra ngoài buồng nén. Kì này hoàn thành 1 vòng
của động cơ và vòng tiếp theo được bắt đầu với việc đóng van xả. Như vậy có 1
kì sinh công và 3 kì không tải cho hai chuyển động của tay quay.

Trong động cơ 2 kì không khí bị nén như trên, nhưng ngay gần đầu kì sinh công, van
xả mở ra và xilanh được quét bằng không khí sạch từ 1 máy bơm sao cho kì trở lại nén
không khí sạch. Nén không khí sạch là cần thiết để đạt hiệu quả của tay quay và động cơ
làm việc mạnh hơn và êm hơn so với động cơ bốn kì có cùng cỡ và tốc độ.
Những thuận lợi chủ yếu của động cơ điezen là sự gọn gàng của động cơ, sạch sẽ và
hiệu quả nhiệt cao, có thể kể ra như sau:
1.

Với mục đích hàng hải, động cơ điezen chiếm chỗ ít hơn so với động cơ hơi nước
có cùng công suất năng lượng.

2.

Nó không tiêu tốn nước vì nước làm lạnh có thể quay vòng.

3.

Với mục đích chạy đường bộ, hệ thống tiêm nhiên liệu của động cơ điezen hiệu
quả hơn động cơ xăng và tiêu tốn nhiên liệu chỉ vào khoảng một nửa cho cùng
một cung đường.

4.

Động cơ có thể xuất phát trong điều kiện lạnh và có thể đạt được công suất hầu
như ngay thức thời, một thuận lợi rất lớn so với bất kì động cơ hơi nước nào.

5.

Được kết hợp với việc sản xuất điện thì động cơ điezen hiệu quả hơn bất kì động
cơ nào khác để cung cấp năng lượng cho việc sử dụng trung gian.

6.

Động cơ điezen làm việc với hiệu suất nhiệt cao khoảng 30 ÷ 35%.

Như trên đã trình bày, trong chu trình làm việc của động cơ điezen, nhiên liệu tự bốc
cháy trong điều kiện nhiệt độ và áp suất tới hạn, không cần mồi lửa từ bugi. Vì thế tính
chất quan trọng của nhiên liệu điezen là chất lượng cháy của nó. Đầu tiên, nhiên liệu phải
có khả năng dễ dàng cháy ở nhiệt độ nén đủ thấp để đảm bảo sự cháy, thậm chí khi xuất
phát ở điều kiện nhiệt độ thấp. Thứ hai, thời gian giữa khi tiêm nhiên liệu vào xilanh và
cháy phải không được quá dài hay quá nhiều dầu trong xilanh khi sự cháy xảy ra và như
thế áp suất cao không cân bằng sẽ sinh ra và động cơ hoạt động không tốt.
Bởi vậy, chất lượng cháy của nhiên liệu điezen phải được đo bằng nhiệt độ cháy tức
thời và bằng các phép thử động cơ được chế tạo đặc biệt để thu được các giá trị số đối với
sự trễ cháy.
Nhiệt độ cháy tức thời (SIT - Spontaneous Ignition Temperature) liên quan rất nhiều
đến hàm lượng hiđro của dầu và đồng thời nó được xem như phép đo sự tiện lợi của việc
dùng nhiên liệu điezen. Một phương pháp chuẩn là điểm chớp cháy trong khí quyển oxi
được xác định bằng cách nhỏ từng giọt dầu vào một cái cốc kim loại được đốt nóng liên
tục.
Một giá trị nhiệt độ thấp của sự tự bốc cháy trong oxi được xem là thuận tiện cho việc

dùng dầu đó. Phép thử này chỉ là một chỉ dẫn rất chung cho sự tiện lợi của việc dùng nhiên
liệu điezen.
Giá trị SIT của xăng ôtô (OC 75) là khoảng 500°C, của dầu điezen (chỉ số xetan 50) là
260°C và của octan là 235°C.

Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn


54

Phương pháp tốt nhất đánh giá chất lượng nhiên liệu điezen là thử trong động cơ,
nhưng một phương pháp thử gần đúng có thể thu được là xác định tỉ lệ parafin trong nhiên
liệu điezen.
Trong trường hợp các nhiên liệu đi từ dầu mỏ thì hàm lượng parafin càng cao thì chất
lượng cháy càng tốt. Điều này không phải luôn đúng với các nhiên liệu thu được từ đá dầu
và các phân đoạn thu được từ than đá.
Một phép thử khác là điểm anilin. Người ta dựa trên thực tế là các hiđrocacbon thơm
trộn lẫn dễ dàng với anilin ở nhiệt độ phòng, nhưng với các parafin cần đốt nóng tới một
nhiệt độ tương đối cao chúng mới trộn lẫn hoàn toàn với anilin. Ví dụ, hiđrocacbon thơm,
hexylbenzen có điểm anilin < −12°C, trong khi đó một parafin (octan) có giá trị là 15,1°C.
Như vậy điểm anilin cao là một chỉ dẫn về hàm lượng parafin cao và như thế tính tiện lợi
sử dụng cao. Điểm anilin được chuyển thành chỉ số điezen theo biểu thức:

Điểm anilin (°F) × Trọng lượng (API)
Chỉ số điezen =
100
Chỉ số điezen không thật tin tưởng như chỉ số xetan nhưng nó là một chỉ dẫn hữu ích
khi không có điều kiện thử động cơ. Về giá trị số, chỉ số điezen thường cao hơn 3 đơn vị so
với chỉ số xetan và nó có thể chuyển thành chỉ số xetan theo công thức sau:
Chỉ số xêtan (tính toán) = Chỉ số điezen + 0,068 × T sôi trung bình (°F) − 22

Khi chất lượng cháy được thử trong một động cơ điezen chuẩn thì kết quả được biểu
thị bằng chỉ số xetan. Xetan là một parafin, C16H34 có chất lượng cháy cao và người ta gắn
cho nó có chỉ số xetan bằng 100. α-Metylnaphtalen là một hiđrocacbon thơm mà người ta
quy ước nó có chỉ số xetan bằng 0. Chúng tạo nên thang đo chỉ số xetan. Vậy chỉ số xetan
của một nhiên liệu điezen là phần trăm theo thể tích của xetan trong hỗn hợp hai
hiđrocacbon xetan và α-metylnaphtalen mà nó có cùng chất lượng nổ như nhiên liệu đó.
Có hai phương pháp xác định chỉ số xetan bằng động cơ. Trong một động cơ điezen,
có một khoảng thời gian trễ cháy xác định từ 0,5 ÷ 10 mili giây giữa thời điểm tiêm nhiên
liệu và thời điểm cháy. Khoảng thời gian trễ cháy này là không đổi đối với một nhiên
liệu đã cho khi đo theo góc quay của tay quay của động cơ. Khoảng thời gian trễ cháy
được dùng làm phép đo chất lượng cháy và được gọi là chỉ số xetan.
-

Phương pháp 1 đo trực tiếp thời gian trễ cháy ở các điều kiện bình thường qua số
độ góc mà tay quay quay. Để làm điều này cần phải dùng một thiết bị ghi được sự
thay đổi áp suất và điểm chính xác khi van mở. Thông thường người ta sử dụng
một chỉ thị tia catot gồm một thiết bị van ion nhiệt kết hợp với áp suất và thời gian
quay và như vậy cho phép đo được góc trễ hay góc quay của maniven.

-

Phương pháp 2 đơn giản hơn. Một hộp điều tốc được gắn vào van tiết lưu và
chúng được gắn vào đầu hút của động cơ. Khi van này đóng lại thì áp suất của hộp
điều tốc bị giảm đi, áp suất nén là nhỏ hơn, thời gian trễ tăng lên cho đến khi
không xảy ra sự nổ và phát ra khói trắng. Áp suất không khí trong hộp điều tốc ở
điểm này được coi như một hàm của thời gian trễ và được so sánh với áp suất

Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn

55

tương tự từ hỗn hợp của nhiên liệu so sánh và kết quả được biểu thị bằng chỉ số
xetan.
Ở Mĩ, người ta dùng một động cơ CFR đã được tiêu chuẩn hoá để tiến hành phép thử
dưới những điều kiện chuẩn về nhiệt độ không khí, tốc độ, tốc độ nhiên liệu và nhiệt độ
làm lạnh. Tỉ lệ nén có thể thay đổi được và được đo so với một thời gian trễ chuẩn. Bởi vậy
ý nghĩa chung của chất lượng cháy là nhiên liệu có thời gian trễ cháy thích hợp trong động
cơ. Một chỉ số xetan cao, vượt quá 48 là cần thiết cho động cơ tốc độ cao nhưng một động
cơ tốc độ thấp không đòi hỏi như vậy bởi vì nó đòi hỏi nhiều thời gian cho sự cháy. Ở nhiệt
độ không khí cao hơn hay sự trộn không khí vào nhiên liệu kĩ càng hơn sẽ cần nhiên liệu
với chỉ số xetan thấp hơn ở cùng một tốc độ. Thật vậy, mối quan hệ giữa tốc độ động cơ và
chỉ số xetan là gần đúng như sau:
Tốc độ động cơ (v/ph)

Chỉ số xetan thích hợp

> 1500

60 ÷ 50

1500 ÷ 800

55 ÷ 45

800 ÷ 400

50 ÷ 35

400 ÷ 100

40 ÷ 30

< 100

30 ÷ 15

Ảnh hưởng của việc sử dụng một nhiên liệu có chỉ số xetan quá thấp là tập trung quá
nhiều nhiên liệu trong xilanh trước khi sự cháy xảy ra, như thế một áp lực cao sẽ được hình
thành và trở nên nghe thấy “tiếng gõ điezen”.
Những phép thử hoá học và vật lí cho nhiên liệu điezen

Một số phép thử cần thiết cho nhiên liệu điezen như: phép thử độ tinh khiết (độ sạch),
hàm lượng tro, chất sa lắng, hàm lượng nước và hàm lượng asphalt. Hàm lượng tro thấp là
rất quan trọng trong việc làm giảm sự hao mòn động cơ. Trong một dầu chưng cất hàm
lượng tro không được quá 0,01%. Hàm lượng chất sa lắng và nước phải không có trong
dầu, nhưng thực tế hàm lượng nước chỉ cần không vượt quá 0,25%. Các asphalt hay các
asphalaten là những chất có thành phần rất phức tạp. Chúng có trọng lượng phân tử lớn và
có khuynh hướng bị cháy không hoàn toàn, gây nên cặn cacbon bám vào động cơ. Có hai
kiểu asphalt chính. Một kiểu được gọi là asphalt cứng, nó không tan trong ete dầu hoả. Một
kiểu khác được gọi là asphalt mềm, nó được kết tủa từ một dung dịch trong ete của dầu khi
thêm ancol vào dung dịch đó. Asphalt mềm gần như không gây nên sự khó chịu như
asphalt rắn. Các động cơ điezen có thể chạy rất tốt khi trong dầu có chứa hàm lượng cao
asphalt mềm. Các động cơ điezen tốc độ rất thấp có thể dùng dầu có chứa từ 4 ÷ 8%
asphalt rắn, nhưng các động cơ tốc độ cao thì hàm lượng asphalt rắn phải nhỏ hơn. Với
thể tích buồng đốt giới hạn, thời gian cần thiết cho sự cháy là ngắn thì dầu có chứa hàm
lượng asphalt rắn > 0,1% là không đảm bảo. Nói chung, các dầu chưng cất cần phải
không chứa các vết asphalt mới dùng tốt cho các động cơ điezen.
Để loại các hạt sa lắng hay các hạt asphalt, thường người ta dùng phương pháp lọc.
Còn để làm tăng chỉ số xetan của dầu hay làm giảm thời gian trễ cháy người ta thường

dùng phụ gia etyl nitrat, C2H5ONO2, iso-amyl nitrat hay axetoperoxit.

Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn


56

Khi thêm các lượng nhỏ từ 1 ÷ 1,5% các chất trên sẽ làm tăng chỉ số xetan lên 23 ÷
29%. Một điều bất tiện là khi thêm các chất làm tăng chỉ số xetan sẽ làm cho động cơ khó
khởi động ở điều kiện lạnh, vì thế việc sử dụng các phụ gia loại này không được phổ biến.

3.4 Nhiên liệu khí
Nhiên liệu khí là các nhiên liệu được đốt cháy ở trạng thái khí trong không khí hay oxi
tạo ra nhiệt sử dụng cho mục đích dân dụng hay công nghiệp. Đặc trưng chính của các
nhiên liệu khí là không chứa các chất bẩn vô cơ, hàm lượng nhiên liệu cao, thuận tiện và
hiệu quả trong sử dụng, nhưng hệ thống dẫn khí, bảo quản và tàng trữ lại đắt nhất trong tất
cả các nhiên liệu. Các nhiên liệu khí quan trọng từ dầu mỏ và khí thiên nhiên là:
-

Khí thiên nhiên (natural gas);

-

Khí hóa lỏng - LPG (Liquified Petroleum Gas);

-

Khí từ nhà máy lọc dầu (refinery gas);

-

Khí được sản xuất từ dầu (Oil gas from oil gasification Processes).

Hai khí quan trọng nhất là hiđro và axetilen được sử dụng rất rộng rãi để hàn, cắt
kim loại, ... Các nhiên liệu khí còn lại được gọi tên là:
-

Khí giàu, nếu nhiệt trị của nó lớn hơn 4000 kcal/Nm3;

-

Khí nghèo, nếu nhiệt trị của nó nhỏ hơn 1500 kcal/Nm3.

Các khí hiđrocacbon là những khí giàu, còn khí lò hay khí sản xuất là những khí
nghèo.
Nhiệt trị không phải là thông số thỏa đáng trong phân loại công nghệ nhiên liệu khí.
Nhiệt thoát ra từ một lò đốt dùng nhiên liệu khí phụ thuộc vào chỉ số Wobbe. Chỉ số này
được xác định như sau:
C.V
Wobbe Index =
√

kcal/Nm3

Tỉ trọng khí

trong đó C.V là nhiệt trị của khí hay hỗn hợp khí.
Bảng 25. Phân loại nhiên liệu khí theo chỉ số Wobbe
Loại nhóm nhiên liệu khí

Chỉ số Wobbe, kcal/Nm3

1

-

2

-

3

7650 ± 380

4

6790 ± 285

5

6400 ± 285

6

5870 ± 240

7

5350 ± 285

Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn


57

Chỉ số Wobbe có thứ nguyên cùng với thứ nguyên của nhiệt trị. Độ bắt cháy nhanh
của khí phụ thuộc vào tốc độ truyền lửa của nó. Các khí giàu có chỉ số Wobbe > 8500 (ví
dụ, khí thiên nhiên từ 9000 đến 13000, LPG từ 18000 đến 22000 kcal/Nm3).
Người ta có thể phân loại nhiên liệu khí dựa vào chỉ số Wobbe (bảng 25).
Thông thường các khí giàu thuộc về nhóm 1, 2; còn các khí nghèo thuộc về nhóm 5, 6,
7.
3.4.1.1 Khí thiên nhiên

Khí thiên nhiên thường là hỗn hợp của các hiđrocacbon parafin mà trong đó metan
(CH4) là thành phần chủ yếu. Khí thiên nhiên tồn tại trong các mỏ khí trong lòng đất, đồng
thời cũng tồn tại trong các mỏ dầu, gọi là khí đồng hành. Khí đồng hành sau khi lấy từ
giếng dầu lên, được xử lí loại bỏ hơi nước và bùn cát phân tán, sau đó được xử lí để thu hồi
phần xăng và khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG). Khi khí thiên nhiên chứa rất ít phần
condensat (< 5 mg/m3) có thể thu hồi được thì người ta gọi là khí thiên nhiên khô, còn khi
khí thiên nhiên chứa phần condensat nhiều hơn (> 50 mg/m3), người ta gọi là khí thiên
nhiên ướt. Phần condensat được thu hồi này chính là xăng tự nhiên và xăng này được sử
dụng để trộn với các nhiên liệu khác. Việc thu hồi condensat từ khí thiên nhiên được thực
hiện bằng cách nén và làm lạnh, hay hấp phụ trên các vật liệu rắn xốp. Thành phần điển
hình và tính chất của khí thiên nhiên được trình bày trong bảng 26.
Khí thiên nhiên ở một số mỏ chứa nhiều N2, CO2 và một lượng heli có khả năng thu
hồi. Đôi khi H2S cũng có trong thành phần khí thiên nhiên, người ta có thể thu hồi lưu
huỳnh dưới dạng nguyên tố. Khí thiên nhiên không có H2S được gọi là khí ngọt.
Khí thiên nhiên được dùng làm nhiên liệu để nấu nướng, sưởi ấm và đốt nóng công
nghiệp. Khí thiên nhiên còn được dùng làm nguyên liệu đầu sản xuất phân bón, và là
nguồn cung cấp cacbon và hiđro cho công nghiệp hóa học.

Bảng 26. Thành phần và tính chất của khí thiên nhiên
Thành phần (% thể tích)

Khí khô và ngọt

Khí ướt và ngọt

CH4

96,91

77,22

C2H6

1,33

11,18

C3H8

0,19

5,83

C4H10

0,05

2,34

C5H12

0,02

1,18

CO2

0,82

0,80

N2

0,68

1,39

Nhiệt trị thô, kcal/Nm3 (khô)

9000

11200

Tỉ trọng (không khí = 1)

0,574

0,741

Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn


58

Sau khi đã được xử lí tại mỏ, khí thiên nhiên được đưa đến các căn hộ qua mạng lưới
ống dẫn (đường kính 0,5 ÷ 0,6 m) với áp suất từ 15 ÷ 30 kg/cm2.
Ở vùng khí hậu lạnh, khí thiên nhiên phải được loại nước (đehiđrat hóa) để tránh sự
tạo thành các tinh thể nước lẫn metan, etan, propan và iso-butan, các tinh thể này bền vững
ở nhiệt độ dưới 19°C.
3.4.1.2 Khí hóa lỏng (LPG)

LPG chủ yếu là hỗn hợp của propan và butan. LPG chủ yếu được sử dụng làm khí
đốt nấu ăn, đốt nóng công nghiệp trong các lò đốt. Các hiđrocacbon C3 và C4 dễ dàng bị
hóa lỏng ở nhiệt độ thường với áp suất nén không lớn lắm. Do đó propan và butan được
hóa lỏng, lưu kho và vận chuyển trong các thiết bị hình trụ bằng kim loại nhẹ. Nói chung,
LPG công nghiệp là hỗn hợp gồm khoảng 80% butan và 20% propan. LPG được sản xuất
từ khí thiên nhiên ướt và từ khí nhà máy lọc dầu. Tính chất các cấu tử chính của LPG
được cho trong bảng 27.
Bảng 27. Tính chất của các cấu tử chính của LPG
Khí tinh khiết
Điểm sôi (°C)
Áp suất hóa lỏng ở nhiệt độ thường (at)
Nhiệt trị thô (kcal/Nm3)
Khí (không khí = 1)
Tỉ trọng
Lỏng
Giới hạn nổ trong không khí (%)
Lượng không khí cháy lý thuyết (Nm3/Nm3)

%S
Nhiệt độ bốc cháy (°C)

butan
– 0,5
3
30608
2
0,5844

propan
– 42
10
23670
1,52
0,5079

1,9 ÷ 8,5
30,94
0,02
500

2,2 ÷ 9,5
23,80
0,02
480

1925
1995
Nhiệt độ ngọn lửa trong không khí (°C)

LPG có nhiệt trị cao, tỉ trọng cao, tỉ lệ cháy với không khí cao và tốc độ truyền lửa
thấp. Vì LPG không mùi nên người ta thường thêm vào LPG các chất có mùi như
mecaptan hay H2S để phát hiện sự rò rỉ của vật chứa hay các đường ống dẫn.
LPG là nhiên liệu dân dụng rất phổ biến vì sử dụng tiện lợi và cho nhiều nhiệt, đồng thời
LPG cũng là một nhiên liệu rất phổ biến cho đốt nóng công nghiệp mà những nhiên liệu
khác khó có thể thay thế.
Propan và butan cũng còn được sử dụng để làm giàu các khí nghèo như “khí thành
phố”. Butan được pha loãng bằng không khí tạo ra những nhiên liệu thích hợp cho tốc độ
đốt nóng có thể điều khiển được. Ví dụ hỗn hợp gồm 20% butan và 80% không khí có
nhiệt trị 6136 kcal/Nm3, và nằm ngoài giới hạn nổ của butan trong không khí. Trong thực
tế, LPG được dùng rộng rãi làm nhiên liệu dân dụng đã được pha loãng bằng khí trơ như
nitơ hay không khí để giảm nhiệt trị của nó, và đảm bảo khống chế được tốc độ đốt nóng
nhằm tránh các nguy hiểm có thể xảy ra khi nhiệt độ cháy quá cao.

Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn


59

Propan và butan còn được dùng để sản xuất nhiều sản phẩm hóa học khác như từ butan
sản xuất axit axetic, butanđien, ... Vì LPG nặng hơn không khí nên LPG có xu hướng chìm
xuống khi các vật chứa bị rò rỉ. Dưới dây là một số đặc trưng của LPG công nghiệp.
LPG gồm 80% butan và 20% propan có nhiệt trị khoảng 29.275 kcal/Nm3, tỉ trọng là
1,9 (so với không khí là 1), lượng không khí cháy lý thuyết tương ứng là 29 Nm3/Nm3.
LPG gồm 70% propan và 30% butan (thường dùng cho mục đích dân dụng) có nhiệt
trị khoảng 25.775 kcal/Nm3, tỉ trọng 1,65 (so với không khí là 1), lượng không khí cháy lý
thuyết là 26 Nm3/Nm3.
3.4.1.3 Khí từ nhà máy lọc dầu

Khi chưng cất dầu thô và thực hiện các quá trình chế biến dầu ở nhà máy lọc dầu

người ta thường thu được các khí:
- Parafin như metan, etan, propan, butan.
- Olefin như etilen, propen, buten.
- Các khí khác như hiđro sunfua, hiđro.
Thông thường các hiđrocacbon C3 và C4 được tách ra khỏi khí nhà máy lọc dầu bằng
cách hóa lỏng và bán trên thị trường dưới dạng các khí LPG. Từ hiđro sunfua người ta thu
hồi lấy lưu huỳnh nguyên tố để sản xuất axit sunfuric. Hiđro và các hiđrocacbon cao hơn
được sử dụng làm nguyên liệu sản xuất trong công nghiệp hóa dầu, còn các khí khác không
thể thu hồi thì được đốt trong không khí để giảm ô nhiễm.
Tùy thuộc vào bản chất của dầu thô và phạm vi chế biến các sản phẩm dầu, thành phần
các khí từ nhà máy lọc dầu có thể như sau:
Propen + propan

40 ÷ 55%

Buten + butan

> 30%

Etilen + etan

8 ÷ 12%

Metan

8 ÷ 10%

Hiđro

6 ÷ 8%

Hiđro sunfua

6 ÷ 8%

Nhiệt trị, kcal/Nm3 (khô)

20,500

Tỉ trọng (so với không khí = 1)

1,35

Hiệu suất khí từ nhà máy lọc dầu dưới dạng LPG tùy thuộc vào các quá trình chế biến
ở nhà máy. Hiệu suất thu hồi LPG thông thường từ các quá trình chế biến được trình bày
trong bảng 28.

Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn