Tài liệu Nhiên liệu xăng dầu và phương pháp ứng dụng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÁO CÁO ĐỀ TÀI NHIÊN LIỆU XĂNG DẦU VÀ PHƯƠNG PHÁP ỨNG DỤNG GVHD: VÕ XUÂN THÀNH Nhóm 4: Nông Đắc Công 12145016 Dương Xuân Trí 12145191 Đoàn Sĩ 12145145 Đinh Duy Tuấn 12145208 Nguyễn Trường Thịnh 12145304 Nguyễn Văn Minh 12145346 TP. HỒ CHÍ MINH – 10/2015 MỤC LỤC 1. Nhiên liệu xăng dầu:......................................................................................................................3 1.1. Nhiên liệu xăng:..........................................................................................................................3 1.1.1. Định nghĩa và lịch sử phát triển:......................................................................................3 1.1.2. Phân loại và phương pháp chế tạo:...................................................................................3 1.2. Nhiên liệu diesel:.....................................................................................................................4 1.2.1. Định nghĩa và lịch sử về nhiên liệu diesel:......................................................................4 1.2.2. Phân loại và phương pháp chế tạo dầu diesel:.....................................................................4 1.2.2. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng dầu diesel:....................................................................5 1.2.3. Ưu,nhược điểm của nhiên liệu diesel:..............................................................................6 2. Đặc tính của nhiên liệu xăng dầu:..................................................................................................6 2.1.Đặc tính nhiên liệu xăng:..........................................................................................................6 2.1.1.Thành phần hóa học của nhiên liệu xăng..............................................................................6 2.1.1.1.Thành phần hydrocacbon..................................................................................................6 2.1.1.2.Thành phần phi hydrocacbon.............................................................................................7 2.1.1.3.Phụ gia cho xăng không chì chủ yếu bao gồm:.................................................................7 2.2.Đặc tính nhiên liệu diesel:.........................................................................................................13 2.2.1.Trị số cetan:.........................................................................................................................13 2.2.2.Tính bay hơi:........................................................................................................................13 2.2.3.Tính nhớt:............................................................................................................................14 2.2.4.Tính bôi trơn:.......................................................................................................................14 2.2.5.Điểm chớp cháy:..................................................................................................................15 2.2.6.Lượng lưu huỳnh:................................................................................................................15 2.2.7.Tính dẫn điện:......................................................................................................................15 2.2.8.Tính ổn định nhiệt:..............................................................................................................16 2.2.9.Tính axit: Tính axit của nhiên liệu diesel nếu không được kiểm soát, có thể dẫn đến giảm sự ổn định nhiên liệu, làm ăn mòn sắt thép và là nguyên nhân của sự hình thành mảng bám trong kim phun.............................................................................................................................16 2.2.10.Cặn cacbon:.......................................................................................................................16 2.2.11.Tro xỉ:.................................................................................................................................16 3. Tình hình tiêu thụ xăng, dầu trên thế giới:......................................................................................17 3.1. Tình hình tiêu thụ xăng dầu:.....................................................................................................17 3.2. Giá dầu thô thế giới...................................................................................................................20 1 3.3. Cơ cấu xuất nhập - khẩu dầu....................................................................................................21 3.4. Cơ cấu dự trữ dầu thô...............................................................................................................22 3.5. Sản lượng khai thác dầu thô ở một số quốc gia trọng điểm.....................................................23 4. Thị trường xăng dầu trong nước.....................................................................................................24 4.1. Diễn biến thị trường xăng dầu Việt Nam năm 2014................................................................24 4.2. Thống kê xuất nhập khẩu xăng dầu trong nước 2014 (hết ngày 15/12)..................................26 2 1. Nhiên liệu xăng dầu: 1.1. Nhiên liệu xăng: 1.1.1. Định nghĩa và lịch sử phát triển: - Định nghĩa: Xăng hay còn gọi là ét-xăng (phiên âm từ tiếng Pháp: essence), là một loại dung dịch nhẹ chứa hyđrocacbon, dễ bay hơi, dễ bốc cháy, được chưng cất từ dầu mỏ. - Công dụng: Xăng được sử dụng như một loại nhiên liệu, dùng để làm chất đốt cho các loại động cơ đốt trong sử dụng xăng, chất đốt dùng trong tiêu dùng, sinh hoạt hàng ngày như đun nấu, một số lò sưởi, trong một số loại bật lửa,.... Làm dung môi hòa tan một số chất, dùng để tẩy một số vết bẩn bám trên vải, kim loại, kính, nhựa... - Lịch sử phát triển: Năm 1860, Nhà máy lọc dầu đầu tiên xây dựng ở Pennsylvanie - Mỹ. Năm 1864, xăng lần đầu tiên được chiết xuất từ dầu hỏa ở một nhà máy lọc dầu ở Mỹ. Năm 1883, đông cơ đốt trong đầu tiên được chế tạo và sử dụng nhiên liệu xăng được chế tạo thành công và tiếp tục phát triển đến ngày nay,có một thời gian từ năm 1930 tới năm 1980 xăng pha chì được sử dụng rộng rãi nhưng do nhiều yêu cầu đặc ra kèm theo đó là các tiêu chuẩn về môi trường nên nhiên liệu xăng cũng phải đáp ứng việc không gây ô nhiễm môi trường,giá xăng dầu thế giới ngày càng tăng cao và nhiên liệu hóa thạch cũng ngày càng cạn kiệt nên vào cuối thế kỉ 20 các giải pháp mới được đưa ra để tìm nhiên liệu thay thế cho xăng.Theo yêu cầu đó xăng sinh học đã ra đời và được sử dụng khá nhiều trên động cơ đốt trong ngày nay.Đến năm 2012 xăng được chế tạo từ không khí(Cacbon dioxit trong không khí với Hydro trong hơi nước) đã được chế tạo thử nghiệm thành công bởi công ty Air Fuel Synthesis ở Anh. 1.1.2. Phân loại và phương pháp chế tạo: -Phân loại: Các loại xăng được sử dụng ở Việt Nam + Xăng Mogas 95(M95): Có mùi,màu vàng được sử dụng cho các phương tiện có tỉ số nén trên 9,5/1 như các xe hơi đời mới,xe đua...có trị số octan là 95. + Xăng Mogas 92(M92): Có mùi đặc trưng,màu xanh lá được dùng cho các phương tiện có tỉ số nén dưới 9,5/1 và có trị số octan là 92. + Xăng Mogas 83(M83): Có mùi đặc trưng, màu vàng, được sử dụng cho phương tiện có tỉ số nén 8/1, có trị số octan là 83. Hiện xăng này không được sử dụng trên thị trường Việt Nam. + Xăng sinh học E5: Xăng sinh học sử dụng Êtanol như là một loại phụ gia nhiên liệu pha trộn vào xăng thay phụ gia chì. Xăng sinh học là hỗn hợp của xăng A92 pha 5% ethanol.Từ ngày 1/1/2015, xăng E5 được bán rộng rãi trên cả nước.Tuy nhiên xăng E5 không thích hợp với các loại xe tăng ga, xe mô tô có tỉ số nén cao.Ở nước ngoài người ta lắp thêm thiết bị vào xe để sử dụng xăng E5,chính vì vậy tâm lý lo ngại khi sử dụng xăng E5 ở Việt Nam vẫn còn tồn tại. 3 - Phương pháp chế tạo: Xăng đầu tiên được sản xuất bằng cách chưng cất,đơn giản là tách tạp chất,nhằm mục đích tăng hiệu suất sản xuất xăng từ dầu mỏ, người ta chia nhỏ thành nhiều quá trình được biết đến với tên gọi quá trình phân tách (cracking). Phân tách nhiệt (thermal cracking), sử dụng nhiệt và áp suất cao, được giới thiệu vào năm 1913 và được thay thế vào năm 1937 bởi phương pháp phân tách sử dụng xúc tác (catalytic cracking) để làm tăng hiệu suất của các phản ứng hóa học và sản xuất được nhiều xăng hơn. Các phương pháp khác sử dụng để tăng chất lượng xăng và tăng nguồn cung gồm có phương pháp trùng hợp, chuyển từ thể khí thành các olefin. Ví dụ: Từ propylene và butylene thành các phân tử lớn hơn trong xăng; ankyl hóa, một quá trình liên kết một olefin với một paraffin ví dụ như isobutane; phương pháp đồng phân hóa, biến đổi từ hydro các bon mạch thẳng sang hydro cacbon phân nhánh; và tái cấu trúc, sử dụng nhiệt hoặc chất xúc tác để sắp xếp lại cấu trúc phân tử. 1.2. Nhiên liệu diesel: 1.2.1. Định nghĩa và lịch sử về nhiên liệu diesel: - Định nghĩa: Diesel là một loại nhiên liệu lỏng, là sản phẩm tinh chế từ dầu mỏ,có thành phần chưng cất nằm giữa dầu hoả (kesosene) và dầu bôi trơn (lubricatingoil), nặng hơn dầu lửa và xăng.- Lịch sử về nhiên liệu diesel: Dầu diesel được đặt theo tên của nhà sáng chế Rudolf Diesel và được dùng trong động cơ đốt trong cùng tên là động cơ diesel.Chiếc xe du lịch đầu tiên được trang bị động cơ diesel được giới thiệu bởi hãng mercedes vào năm 1963 (260D) nhưng thành công hơn là chiếc xe của hãng peugoet (Diesel 402) xuất xưởng năm 1938. Đến năm 1970 thì diesel được dùng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong một cách mạnh mẽ. 1.2.2. Phân loại và phương pháp chế tạo dầu diesel: -Phân loại: Ở Việt Nam hiện nay đang được lưu hành 2 loại dầu diesel + Dầu DO 0,05S có hàm lượng lưu huỳnh không lớn hơn 500 mg/kg áp dụng cho phương tiện giao thông cơ giới đường bộ. + Dầu DO 0,25S có hàm lượng lưu huỳnh không lớn hơn 250 mg/kg dùng cho phương tiện giao thông đường thủy, được khuyến cáo không dùng cho các phương tiện giao thông cơ giới đường bộ. - Phương pháp chế tạo diesel: Trong nhà máy lọc dầu thì diesel được thu nhận từ các quá trình sau: phân đoạn gasoil của tháp chưng cất khí quyển(đây là công đoạn chính để phối trộn),từ phân xưởng crackinh xúc tác,từ phân xưởng hydrocrackinh,từ phân xưởng giảm nhớt,từ phân xưởng cốc hóa,từ phân xưởng tách loại lưu huỳnh kèm theo quá trình chuyển hóa,từ các quá trình tổng hợp như oligome hóa. 1.2.2. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng dầu diesel: 4 - Chỉ số xê tan là đại lượng quy ước đặc trưng cho khả năng tự bốc cháy của động cơ diesel và được tính bằng % của n-xê tan trong hỗn hợp của nó với α -meltynaphtalen khi hỗn hợp này có khả năng tự bốc cháy tương đương với lượng nhiên liệu diesel đang khảo sát.Chỉ số xê tan quá nhỏ thời gian cảm ứng lớn khi nó có thể tự bốc cháy thì khối lượng nhiên liệu trong buồng cháy quá lớn nên quá trình cháy sẽ xảy ra với tốc độ lớn,làm cho áp suất trong buống đốt tăng cao một cách đột ngột và điều này là không tốt cho động cơ. Khi chỉ số xê tan quá lớn thì thời gian cảm ứng nhỏ quá trình tự bốc cháy quá sớm,nhiên liệu phun vào chưa kịp bay hơi đã nhận được một năng lượng quá lớn khi chưa kịp bay hơi đã tự bốc cháy nên công suất động cơ cũng bị giảm theo khói thải ra chứa nhiều chất độc hại cho con người và môi trường sống. - Có khả năng tạo hỗn hợp cháy tốt: Khả năng bay hơi tốt và phun trộn tốt đánh giá qua thành phần phân đoạn, tỷ trọng, độ nhớt và sức căng bề mặt. + Thành phần chưng cất phân đoạn: Nhiệt độ sôi 10% đặc trưng cho phần nhẹ dễ bay hơi của nhiên liệu. Nhiệt độ này cao qua sẽ làm cho động cơ khó khởi động. Nhiệt độ sôi 50% thì chỉ tiêu hay dùng nhất để đánh giá nhiên liệu diesel, nó đặc trưng cho khả năng thay đổi tốc độ của động cơ. Nhiệt độ sôi 90% và nhiệt độ sôi cuối đặc trưng cho khả năng cháy hoàn toàn của nhiên liệu. + Tỷ trọng: Là đại lượng đặc trưng cho độ nặng hay nhẹ của nhiên liệu, là tỷ số giữa trọng lượng riêng của một vật ở một nhiệt độ nhất định và trọng lượng riêng của vật khác được chọn làm chuẩn xác định ở cùng vị trí. + Độ nhớt động học: Là thông số rất quan trọng vì nó cho biết khả năng phun trộn nhiên liệu vào buồng đốt. Độ nhớt của nhiên liệu có ảnh hưởng đến kích thướt và hình dạng của kim phun. - Ít tạo cặn: Yêu cầu này phụ thuộc vào thành phần phân đoạn, độ axit, hàm lượng lưu huỳnh, độ ăn mòn lá động và hàm lượng mercaptan. + Hàm lượng lưu huỳnh: Trong nhiên liệu diesel, lưu huỳnh tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như mercapta, sulphat, thiophen…Các hợp chất của lưu huỳnh trong diesel đều là những chất độc hại. Khống chế hàm lượng lưu huỳnh càng thấp thì càng tốt. + Hàm lượng tro: Là lượng tro còn sót lại sau khi đốt diesel đến cháy hết, được tính bằng phần trăm khối lượng so với lượng mẫu ban đầu. Nói chung hàm lượng tro càng thấp càng tốt. - Tính lưu biến tốt: Để đảm bảo cấp nhiên liệu liên tục. Yêu cầu này được đánh giá bằng nhiệt độ đông đặc, nhiệt độ vẩn đục, tạp chất cơ học, hàm lượng nước và hàm lượng nhựa. 5 1.2.3. Ưu,nhược điểm của nhiên liệu diesel: -Ưu điểm: Diesel thải ra môi trường ít lượng cacbon monoxide, hydrocarbonsand carbon dioxide, những chất thải dẫn đến hiệu ứng nhà kính (sự nóng lên toàn cầu). -Nhược điểm: Một lượng cao các hợp chất nitrogen và các hạt vật chất (bồ hóng) phát ra từ việc đốt nhiên liệu diesel có thể dẫn đến mưa axit, khói và ảnh hưởng tới điều kiện sức khỏe. -So sánh dầu diesel với xăng: + Nhiên liệu diesel có tỷ trọng năng lượng cao hơn xăng. + Dầu diesel nặng hơn, trơn hơn (có tính dầu hơn) nên bay hơi chậm hơn nhiều so với xăng. + Diesel trải qua ít các bước tinh chế hơn sản xuất xăng. 2. Đặc tính của nhiên liệu xăng dầu: 2.1.Đặc tính nhiên liệu xăng: 2.1.1.Thành phần hóa học của nhiên liệu xăng Thành phần hóa học của xăng chính là các hydrocacbon có số nguyên tử từ C 4-C10 thậm chí còn có cả các hydrocacbon nặng như C11,C12 và C13.Ngoài ra thành phần hóa học của xăng còn chứa một hàm lượng nhỏ các hợp chất phi hydrocacbon của lưu huỳnh ,ni tơ ,oxy. 2.1.1.1.Thành phần hydrocacbon Họ farafinic Công thức hóa học chung la CnH2n+2 ,chúng tồn tại dưới 2 dạng: mạch thẳng(n-farafin),mạch phân nhánh (iso-farafin),với các isofarafin thì mạch chính dài,mạch nhánh ngắn,chủ yếu là gốc metyl. Họ olefin Công thức hóc học chung là CnH2n ,được tạo thành từ quá trình chuyển hóa ,đặc biệt là quá trình cracking,giảm nhớt và cốc hóa...các olefin cũng có hai loại là n-farafin và iso farafin. Họ naphatenic Hydrocacbon naphatenic là hydrocacbon mạch vòng no có công thức chung là C nH2n ,các vòng thường có 5 hoặc 6 cạnh,các vòng có nhánh hoặc không có nhánh,hàm lượng của họ này chiếm một lượng tương đối lớn,trong đó các hợp chất đầu dãy thường ít hơn các đồng đẳng của nó,những đồng phân này có nhiều nhánh và nhánh của nó thường rất ngắn ,chủ yếu là các gốc metyl.(-CH3). Họ aromatic Các hợp chất này trong xăng thường chiếm một hàm lượng nhỏ nhất so với ba họ ,và các hợp chất đầu dãy cũng ít hơn các hợp chất đồng đẳng của nó. 6 2.1.1.2.Thành phần phi hydrocacbon Các hợp chất phi hydrocacbon là các hợp chất của O2,S,N2.trong các hợp chất này người ta quan tâm nhiều nhất là hợp chất của lưu huỳnh vì tính ăn mòn và ô nhiễm môi trường. Trong xăng lưu huỳnh tồn tại chủ yếu dưới dạng mercaptan(RSH),hàm lượng của nó phụ thuộc vào nguồn gốc của dầu thô chứa ít hay nhiều lưu huỳnh và hiệu quả xử lý. 2.1.1.3.Phụ gia cho xăng không chì chủ yếu bao gồm: - Methanol. Ethanol. Tertiary-butyl alcohol (TBA). Methyl tertiary-Buthyl ether(MTBE) Dưới đây là các dạng công thức cấu tạo của một số loại xăng: 2.1.2.Đặc tính của xăng Xăng dễ bay hơi, dễ bốc cháy,có mùi đặc trưng . 3 Tỷ trọng d= từ 0.70 đến 0.75 (kg/ m ) Nhiệt độ sôi từ 35-225°C Nhiệt độ tự cháy:246-280 °C 7 Điểm chớp cháy:-40 ℃ Tỷ lệ hóa hơi(kg/l):70 Giới hạn nồng độ cháy,nổ trên(% hỗn hợp với không khí):7,6 Giới hạn nồng độ cháy,nổ dưới(% hỗn hợp với không khí): 1,2 2.1.2.1.Nhiệt trị Bảng số liệu Nguồn:http://cta.ornl.gov/bedb/appendix_a/Lower_and_Higher_Heating_Values_of_Gas_Liquid_a nd_Solid_Fuels.pdf Nhiệt trị là một trong những đặc tính quan trọng nhất, là thông tin cần thiết cho biết về hiệu suất cháy của nhiên liệu. Nhiệt trị được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D240. 8 Nhiệt trị của nhiên liệu là nhiệt lượng thu được khi đốt cháy hoàn toàn 1kg(1m 3)nhiên liệu trong điều kiện tiêu chuẩn(p=760mmHg,t= ℃ ). Người ta chia nhiệt trị làm 2 loại: Nhiệt trị cao là toàn bộ nhiệt lượng thu được sau khi đốt cháy hoàn toàn 1kg(hoặc1m 3) nhiên liệu,trong đó có cả nhiệt lượng do hơi nước trong sản vật cháy ngưng tụ thành nước nhả ra ,sau khi sản vật cháy được làm lạnh tới nhiệt độ trước khi cháy(còn gọi là nhiệt ẩn trong nước). Nhiệt trị thấp là nhiệt lượng thu được trong trường hợp nước có trong sản phẩm cháy vẫn ở trạng thái hơi. Cách xác định nhiệt trị của nhiên liệu rắn và lỏng qua các biểu thức sau: Qtk =Qck -2,512.(9h+w) (MJ/kg) Qtk=33,915C+126,0.h-10,89(Onl – s) -2,512(9h+w) (MJ/kg) Trong đó: Qtk :nhiệt trị thấp của nhiên liệu lỏng Qck :nhiệt trị caocủa nhiên liệu lỏng h: thành phần khối lượng của hidro trong nhiên liệu Onl: thành phần khối lượng của oxy trong nhiên liệu s: thành phần khối lượng của lưu trong nhiên liệu w: thành phần khối lượng của nước trong nhiên liệu 2,512(MJ/kg) nhiệt ẩn của 1kg nước. 2.1.2.2.Tính chất chống kích nổ Tính chất chống kích nổ là khả năng đảm bảo cho ngọn lửa xuất phát từ bugi lan truyền và đốt cháy phần hòa khí phía trước ngọn lửa do bugi tạo ra một cách đều đặn mà không tạo ra kích nổ. Trị số octan (Octane Number) là một đại lượng quy ước đặc trưng cho tính chống kích nổ của nhiên liệu. Trị số này được đo bằng phần trăm thể tích của iso-octan (2,2,4-trimetylpentan) có trong hỗn hợp của nó với n-heptan và có khả năng chống kích nổ tương đương khả năng chống kích nổ của nhiên liệu thí nghiệm ở điều kiện chuẩn. Xăng có trị số octane càng cao thì tính chống kích nổ càng cao. Xăng có trị số octane cao sử dụng cho động cơ có tỉ số nén cao. Nếu sử dụng xăng có trị số octane thấp cho xe có tỉ số nén cao sẽ gây 9 hiện tượng cháy kích nổ. Nếu sử dụng xăng có trị số octane cao cho xe có tỉ số nén thấp thì xăng sẽ cháy khó cháy, cháy không hết tạo cặn than làm bẩn máy, hao xăng. Các loại trị số Octan Có 2 phương pháp đã được ASTM (American Society for Testing Materials - Hiệp hội thử nghiệm vật liệu Hoa Kỳ) đề nghị sử dụng, dần trở nên thông dụng và cuối cùng các nhà kiểm định chất lượng đã thống nhất sử dụng để đo chỉ số Octan tiêu chuẩn mang tính toàn cầu đó là: •Chỉ số Octan nghiên cứu: RON (Research Octane Number) •Chỉ số Octan động cơ: MON (Motor Octane Number) Chỉ số RON được tính khi cho động cơ hoạt động ở điều kiện nhẹ, nhiệt độ 49 ℃ (120 ℃ ) và động cơ quay 600 vòng/ phút. Trong khi đó, chỉ số MON được tính ở điều kiện khắc nghiệt hơn rất nhiều, nhiệt độ hoạt động là 149 ℃ (300 ℃ ) và tốc độ quay của động cơ là 900 vòng/phút. Sau nhiều năm tính toán, chỉ số RON được công nhận là chỉ số có tính chính xác cao hơn khi xác định tới hiệu năng làm việc của động cơ và thường được dùng đơn lẻ khi nhắc tới chỉ số chống kích nổ của xăng. Khi xăng không chì được phát triển, và động cơ có nhiều cải tiến, thay đổi về mặt thiết kế, người ta phát hiện ra rằng chỉ số MON hạn chế hiệu năng làm việc thực tế của động cơ. Và người ta phát triển một chỉ số mới bằng giá trị trung bình của chỉ số RON và MON để phân loại chất lượng xăng.Thông thường, các phương tiện giao thông sử dụng xăng có giá trị octane trung bình cộng của RON và MON từ 87-100. Phương pháp tăng tính chống kích nổ của xăng: Ngoài việc lựa chọn công nghệ tạo ra các loại xăng có tỉ số octane cao, người ta có thể pha thêm vào xăng phụ gia chống kích nổ. Một số loại phụ gia phổ biến: * Nước chì (theo tiêu chuẩn ASTM D3237, ASTM D 2599): Là hỗn hợp lỏng của tetra etyl chì (Pb(C2H5)4) và bromua etan (Br-C2H5) hoặc dibromua etan (BrC2H4-Br). Tác dụng của tetra etyl chì là phá huỷ các hợp chất peoxyt và ngăn cản sự tích luỹ của chúng trong xy lanh là nguyên nhân gây ra cháy kích nổ của động cơ, do đó tetra etyl chì có tác dụng tăng tỉ số octane của xăng. Bromua etan (hoặc dibromua etan) là chất lôi kéo giúp muội chì sau quá trình cháy không đọng lại trong xy lanh, piston, bougie, xupap,… mà theo khói xả ra ngoài. Tuy nhiên nước chì là chất độc nên hiện nay các nước đã cấm sử dụng xăng pha chì. * Các hợp chất chứa oxy như: metanol (CH3OH), etanol (C2H5OH), metyl ter.butyl ete (MTBE – CH3-O-C4H9), metyl ter.amyl ete (MATE – CH3-O-C5H11),… có tác dụng như nước chì nhưng 10 không độc hại. Tuy nhiên, chúng cũng có hạn chế do nhiệt lượng cháy thấp, áp suất hơi bão hoà quá cao, … giá thành cũng quá cao. 2.1.2.3. Tính bốc hơi: Xăng muốn cháy được trong máy thì cần phải bay hơi, trộn với một lượng oxy vừa đủ để đạt được hiệu suất đốt cao nhất, đối với động cơ đốt trong, chúng được trộn với nhau thông qua bộ chế hòa khí. Nếu xăng bay hơi không thích hợp thì máy sẽ không phát huy được hết công suất, hao xăng nhiều và gặp phải những sự cố kỹ thuật sau: + Hiện tượng nghẹt xăng hay nút hơi + Hiện tượng ngộp xăng (sặc xăng) Độ bay hơi của xăng được đánh giá bằng các chỉ tiêu sau: a) Thành phần độ cất (distillation) theo tiêu chuẩn ASTM D 86 - Độ cất đầu (tsd – IBP) - Độ cất 10% thể tích - Độ cất 50% thể tích - Độ cất 90% thể tích - Độ cất cuối (tsc – FBP) Ý nghĩa: - Độ cất đầu và 10% thể tích đặc trưng cho tính khởi động máy, khả năng gây nút hơi và hao hụt tự nhiên. Độ cất đầu thấp hơn quy định càng nhiều thì xăng càng dễ hao hụt, dễ sinh nghẽn khí. Độ cất 10% thể tích cao hơn quy định càng nhiều thì càng khó khởi động máy. - Độ cất 50% thể tích: Biểu thị khả năng thay đổi tốc độ của máy, nếu cao quá quy định, khi tăng tốc thì lượng hơi xăng vào máy nhiều nhưng đốt cháy không kịp do khó bốc hơi nên máy yếu, điều khiển máy khó khăn. - Độ cất 90% thể tích và Độ cất cuối: Biểu thị độ bay hơi hoàn toàn của xăng. Nếu độ cất này lớn quá quy định thì xăng khó bốc hơi hoàn toàn gây nên hiện tượng pha loãng dầu nhờn, làm máy dễ bị mài mòn, lãng phí nhiên liệu. Theo quy định độ sôi đầu không dưới 35 - 40°C. Để dễ dàng khởi động khi động cơ còn nguội yêu cầu ở 60 - 70°C xăng phải bốc hơi được 10% thể tích. Để dễ dàng tăng tốc, đưa máy vào chế độ làm việc ổn định yêu cầu ở 115 - 120°C phải bốc hơi được 50% thể tích. Để xăng cháy hết hoàn toàn trong động cơ, yêu cầu ở 180 - 190°C xăng phải bốc hơi được 90% thể tích và ở 195 - 200°C phải bốc hơi hoàn toàn. b) Áp suất hơi bão hoà Reid (Reid vapour pressure) theo tiêu chuẩn ASTM D 323 Là áp suất hơi xăng ở trạng thái cân bằng với thể xăng lỏng trong bom Reid được đo tại nhiệt độ xác định là 37,8°C (hay 100°F). Áp suất hơi bão hoà Reid có thể được biểu diễn bằng nhiều đơn vị đo áp suất khác nhau như: Psi, Bar, kPa, mmHg, kgf/cm2,… Nó biểu thị cho tính bốc hơi của nhiên liệu động cơ xăng. Dựa vào chỉ tiêu này người ta đánh giá nhiên liệu về tính khởi động, khả năng 11 tạo nút hơi, hao hụt do bay hơi trong bảo quản và mức độ nguy hiểm do cháy. Áp suất hơi bão hoà Reid càng cao thì khả năng bay hơi càng mạnh. Yêu cầu các loại xăng phải đạt tới được áp suất hơi bão hoà Reid phù hợp không quá cao hay quá thấp. 2.1.2.4. Tính ổn định hóa học Là khả năng chống lại sự biến đổi hoá học trong quá trình bảo quản, bơm hút, vận chuyển và môi trường xung quanh.Tính ổn định hóa học ảnh hưởng bởi các yếu tố:nhiệt độ,diện tích tiếp xúc với không khí,độ sạch và khô của vật chứa,mức độ tồn chứa và thời gian tồn chưá. Để đánh giá tính ổn định hoá học, người ta sử dụng các chỉ tiêu: hàm lượng nhựa thực tế và độ ổn định ôxy hoá. a) Hàm lượng nhựa thực tế (Exisstent gum – mg/100ml) theo tiêu chuẩn ASTM D 381 - Lượng cặn rắn còn lại (mg) sau khi làm bay hơi một thể tích xăng nhất định (100ml). Hàm lượng nhựa của các loại xăng không được vượt quá quy định (4 – 5mg/100ml). b) Tính ổn định ôxy hoá (Oxidation stability – phút) theo tiêu chuẩn ASTM D 525 - Khoảng thời gian mà trong xăng không xảy ra sự tạo kết tủa và vẩn đục khi bị ôxy hoá bởi ôxy của không khí tại áp suất và nhiệt độ xác định. Thời gian đo được ở mẫu xăng càng lâu thì tính ổn định càng tốt. 2.1.2.5. Tính ăn mòn kim loại: Xăng có tính ăn mòn kim loại do sự có mặt của các hợp chất lưu hùynh, các axít, keo nhựa chưa tinh chế hết trong quá trình chế biến. Tạp chất cơ học có trong xăng gồm những chất từ bên ngoài rơi vào trong quá trình bơm rót, vận chuyển như cát, bụi, các chất được pha thêm trong quá trình sản xuất, chế biến như nhiên liệu cháy, chất ổn định, … Nước từ bên ngoài rơi vào xăng trong quá trình xuất, nhập, tồn chứa.... Một số phương pháp xác định có tính ăn mòn trong xăng: a) Kiểm nghiệm ăn mòn mảnh đồng (copper strip corrosion) theo tiêu chuẩn ASTM D 130 - Nhằm phát hiện sự có mặt của các hợp chất lưu huỳnh hoạt động (lưu huỳnh tự do, sulfur, mecaptan) có mặt trong xăng, dựa vào sự thay đổi màu sắc của mảnh đồng su khi ngâm vào xăng trong 3 giờ ở nhiệt độ 30°C so với màu sắc của mảnh đồng mẫu. Có 4 cấp màu sắc, cấp 1 là cao nhất. b) Hàm lượng lưu huỳnh tổng số (Total sulfur - %WT) theo tiêu chuẩn ASTM D 1266 12 Đót nhiên liệu trong đèn chuyên dụng, khí sulfur hình thành được dung dịch natri carbonat hấp thụ. Dùng phương pháp chuẩn độ bằng acid clohydric (HCl) chuẩn để xác định lượng natri carbonat còn dư, từ đó tính được hàm lượng lưu huỳnh tổng số. Theo quy định hàm lượng lưu huỳnh tổng số không được vượt quá 0,1 – 0,155%kl. c) Độ acid (Total acid – mg KOH/100ml) theo tiêu chuẩn ASTM D 3242; ASTM D 974 - Độ acid (TAN) biểu thị bằng lượng mg KOH đủ trung hoà lượng acid có trong 100ml nhiên liệu. TAN không được vượt quá 1 – 2mg KOH/100ml. 2.2.Đặc tính nhiên liệu diesel: 2.2.1.Trị số cetan: -Trong chu trình làm việc của động cơ diesel, 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 diesel là chất lượng cháy của nó. - Cetane (C16H34) là một hidrocacbon no dạng mạch thẳng có tính metylnaphtalin, có khả năng tự bốc cháy. - Trị số cetane đặc trưng cho tính tự cháy của nhiên liệu diesel. Do đó, số Cetane càng lớn thì tính tự cháy của nhiên liệu càng cao và ngược lại. - Trị số Cetane là chỉ tiêu chất lượng quan trọng nhất của nhiên liệu diesel, đặc trưng cho khả năng tự bốc cháy của nhiên liệu diesel. Trị số cetane là một đại lượng quy ước, có giá trị (là một số nguyên nhận giá trị từ 0 đến 100) bằng tỷ số phần trăm thể tích của n-cetane (C16H34) trong hỗn hợp với alpha-methyl naphthalene (C10H7CH3) sao cho hỗn hợp này có khả năng tự bốc cháy tương đương với mẫu nhiên liệu diesel trong điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn (theo quy ước thì alpha-methyl naphthalene có trị số cetane bằng 0 và n-heptane có trị số cetane bằng 100). Khi đó thành phần Cetane tính theo % hỗn hợp so sánh được coi là trị số Cetane cần xác định của dầu Diesel. - Trị số cetane yêu cầu thì dựa vào thiết kế và kích cỡ động cơ, tốc độ và tải tự nhiên, sự khởi động và điều kiện áp suất. - Điều quan trọng của trị số cetane là khi trị số này thấp thường dấn tới sự phun dầu trễ trong động cơ. Sự chậm trễ này là nguyên nhân của việc khởi động khó khăn và gây ra những tiếng gõ trong động cơ. Đồng thời, sự phun dầu trễ trong điều kiện thời tiết lạnh cũng là nguyên nhân dẫn tới việc nhiên liệu không được cháy hoàn toàn, do không đủ nhiệt ở trong buồng dốt để cháy nhiên liệu. - Một số nhà máy lọc dầu đã sử dụng chất phụ gia như hexyl nitrat amyl nitrate để tăng trị số cetane. 13 2.2.2.Tính bay hơi: - Khái niệm: Cùng với đặc tính cháy, tính chất bay hơi của nhiên liệu diesel cũng quyết định một phần quan trọng của quá trình cháy của nhiên liệu trong động cơ. Cũng như các nhiên liệu lỏng khác, nhiên liệu diesel có tính chất bay hơi, đặc tính kỉ thuật này quyết định đến tốc độ bay hơi, mức độ bay hơi hoàn toàn và khả năng trộn hòa với không khí khi phun sương trong điều kiện công tác cụ thể của buồng đốt động cơ diesel. - Ý nghĩa: Nếu sử dụng nhiên liệu có tính bay hơi tốt thì sau khi dược phun sương vào xi lanh thì nó sẽ trộn hòa tốt với không khí và kết quả là sự cháy nhanh chóng được bảo đãm, máy hoạt động tốt,thuận lợi. - Việc sử dụng nhiên liệu có tính bay hơi kém thì sẽ làm xuất hiện khả năng hiện tượng cháy không hoàn toàn và động cơ nổ rung có tiếng gỏ lạ, làm lãng phí nhiên liệu, tăng khả năng mài mòn động cơ. + Việc sử dụng nhiên liệu có tính bay hơi còn ảnh hưởng tới tính khởi động động cơ. Thời điểm khởi động động cơ là thời điểm không thuận lợi nhất cho điều kiện tạo hổn hợp và đốt cháy nhiên liệu do không đủ nhiệt độ cao ở cuối quá trình nén. Nếu sử dụng nhiên liệu có tính bay hơi tốt thì việc khởi động động cơ sẽ dễ dàng. + Các yếu tố ảnh hưởng tới tính bay hơi: Nhiên liệu có độ nhớt quá cao,nhiệt độ môi trường. 2.2.3.Tính nhớt: -Tính nhớt được hiểu là sự chống lại sự chảy của chất lỏng. Độ nhớt cao nghĩa là nhiên liệu đậm đặc và không chảy dễ dàng. -Nhiên liệu có độ nhớt không đúng( quá cao hoặc quá thấp) có thể làm cho động cơ hoặc hệ thống nhiên liệu hư hỏng. Dầu diesel phải có độ nhớt tương đối thấp vì nó phải lưu chuyển trong các đường ống và phải phun sương vào các xy lanh của động cơ. Dầu có độ nhờn cao không thể tạo thành sương khi phun ra khỏi kim phun. Những hạt nhiên liệu phun ra khỏi kim phun còn lớn sẽ cháy chậm hơi, nên hiệu suất động cơ sẽ giảm xuống . Tuy nhiên, nếu độ nhớt quá thấp, dầu diesel không thể làm trơn các bộ phận vận chuyển bên trong bơm cao áp cũng như kim phun. Do đó có thể làm hư hỏng các bộ phận này. 2.2.4.Tính bôi trơn: 14 -Đặc tính bôi trơn của nhiên liệu diesel là quan trọng, đặc biệt là cho các máy bơm cao áp loại quay và loại phân phối. Trong những máy bơm, bộ phận chuyển động được bôi trơn bằng nhiên liệu khi nó di chuyển qua các máy bơm, không phải do dầu động cơ. -Nhiên liệu bôi trơn thấp có thể gây mòn cao và để lại vết xước trên các chi tiết. Nhiên liệu bôi trơn cao có thể giảm mài mòn và tuổi thọ linh kiện dài hơn. -Phụ gia cũng được sử dụng để cải thiện tính bôi trơn của nhiên liệu, tuy nhiên những phụ gia này có thể có tác dụng phụ không mong muốn khi sử dụng ở nồng độ quá mức hoặc kết hợp với các chất phụ gia khác. 2.2.5.Điểm chớp cháy: -Điểm chớp cháy được xác định bằng cách nung nóng nhiên liệu trong một buồng kín nhỏ cho tới khi hơi nhiên liệu cháy trên bề mặt chất lỏng. Nhiệt độ lúc này của nhiên liệu được gọi là điểm chớp cháy. -Chúng ta cần phải xác định điểm chớp cháy vì : + Phòng chống cháy nổ khi dầu nhờn làm việc ở nhiệt độ cao. + Tránh tổn thất hoặc hao hụt (bay hơi) nghĩa là dầu nhờn phải làm việc trong môi trường mà nhiệt độ cao nhất tại đó phải thấp hơn nhiệt độ chớp cháy của dầu để tránh tổn thất của dầu nhờn do bay hơi cũng như cháy nổ. -Thông thường nhiệt độ chớp cháy của dầu đã sử dụng không thay đổi nhiều so với dầu mới. Nếu thấp hơn nhiều là do trộn lẫn vô số chất có điểm chớp cháy thấp (nhiên liệu). Nếu cao hơn là do dầu bị nhiểm bẩn hoặc do lẫn với dầu nhờn có độ nhớt cao hơn. 2.2.6.Lượng lưu huỳnh: -Hàm lượng lưu huỳnh trong diesel rất quan trọng, hàm lượng càng nhỏ càng tốt, hàm lượng cao sinh ra axit sunfuric gây ăn mòn động cơ, phá hỏng dầu nhớt bôi trơn, giảm tuổi thọ của động cơ. -Trong nhiên liệu Diesel, dạng tồn tại của lưu huỳnh chủ yếu dưới dạng sulfur, disulfur hay dị vòng; các dạng này không có khả năng ăn mòn trực tiếp mà chúng chỉ gây ăn mòn khi bị cháy trong động cơ để tạo ra SO2, sau đó nó có thể chuyển một phần thành SO3. Phần lớn lượng khí này thoát ra ngoài cùng khí cháy, nhưng có thể một phần kết hợp với hơi nước (nếu có) để tạo ra các axit tương ứng gây ăn mòn các bề mặt chi tiết. 2.2.7.Tính dẫn điện: 15 -Khái niệm: tính chất dẫn điện của nhiên liệu diesel và các sản phẩm dầu mỏ bao gồm các tính chất :tính thấm điện môi,tính dẫn điện,tính nhiễm điện biểu hiện chủ yếu qua độ dẫn điện riêng và hiện tượng nhiễm điện. Hiện tượng nhiễm điện tĩnh xuât hiện khi có sự ma sát giữa 2 vật thể ,điện tích do hiện tượng nhiễm điện mà có , tập trung tới 1 mức nào đó sẽ có thể phát sinh tia lửa điện . -Nhiên liệu diesel là 1 dạng vật chất lỏng có tính điện , biểu hiện của đặc tính kĩ thuật này là ở chỗ khi nó dịch chuyển,cọ sát,va chạm vào thành đô vật đựng hay ống dẫn hoặc khi ở TT tĩnh có dòng khí hoặc dòng chất lỏng khác đi qua...đều có thể sinh ra các điện tích tĩnh và có thể dẫn đến sự phát sinh tia lửa điện gây ra cháy. -Các yếu tố ảnh hưởng đến sự nhiễm điện: ảnh hưởng của độ dẫn điện của nhiên liệu đến sự tạo điện tích tĩnh, ảnh hưởng của bọt không khí (sự có mạt của bọt không khí làm tăng tạo tĩnh điện trong nhiên liệu khi bơm chuyển), ảnh hưởng của các chất cho thêm vào nhiên liệu (tăng ảnh hưởng của mức độ sạch nhiên liệu, giảm ảnh hưởng của hàm lượng nhựa tiềm tàng, tăng ảnh hưởng của nước, tăng ảnh hương của việc lọc, tăng ảnh hưởng của thời gian đun), ảnh hưởng của bản chất nhiên liệu. 2.2.8.Tính ổn định nhiệt: -Truyền nhiệt là một đặc điểm của nhiên liệu diesel trong động cơ diesel. Chỉ một phần nhiên liệu được lưu thông và thực sự đốt. Phần còn lại của nhiên liệu được đưa trở lại bình xăng. Nhiệt độ nhiên liệu lúc này có thể cao hơn nhiệt độ môi trường xung quanh. -Thiếu ổn định nhiệt của nhiên liệu diesel có thể dẫn đến sự hình thành các chất không hòa tan được sau đó có thể gây tắc lưới lọc -Ở nhiệt độ lạnh hơn, việc đưa nhiên liệu đã được làm nóng về một bình nhiên liệu lạnh hơn, có thể gây ra vấn đề ngưng tụ, mà có thể dẫn đến tăng độ ẩm trong nhiên liệu. Vấn đề này có thể dẫn đến tắc lưới lọc và phải thường xuyên bảo trì bộ lọc tách nhiên liệu. 2.2.9.Tính axit: Tính axit của nhiên liệu diesel nếu không được kiểm soát, có thể dẫn đến giảm sự ổn định nhiên liệu, làm ăn mòn sắt thép và là nguyên nhân của sự hình thành mảng bám trong kim phun. 2.2.10.Cặn cacbon: -Cặn carbon là lượng cặn còn lại sau khi cho bay hơi và nhiệt phân nhiên liệu.Cặn cacbon gây nên sự chênh lệch nhiệt độ giữa các điểm có cặn và các điểm không có cặn.Cặn cacbon cũng là nguyên nhân gây ra khói màu đen và giảm hệ số tỏa nhiệt. 2.2.11.Tro xỉ: - Hàm lượng tro thấp là rất quan trọng trong việc làm giảm hao mòn của động cơ.Trong dầu chưng cất hàm lượng tro không vượt quá 0,01%. 16 3. Tình hình tiêu thụ xăng, dầu trên thế giới: 3.1. Tình hình tiêu thụ xăng dầu: Mỹ, nga, trung quốc và nhiều nước lớn trên thế giới có nền kinh tế phát triển mạnh mẽ. Để thúc đẩy và phát triển kinh tế cần có nguồn nhiên liệu lớn đặc biệt là xăng dầu . Nhu cầu về dầu mỏ ngày càng tăng cùng với sự phát triển của xã hội, nền kinh tế của các quốc gia trên thế giới đều phụ thuộc vào xăng dầu trong khi có quá ít hàng hóa hoặc quá đắt để thay thế xăng dầu. Tình hình tiêu thụ xăng dầu trong 6 năm gần đây và dự báo năm 2016. (Nguồn: Tổng hợp opec.org ;; iea.org; bp.com; xangdau.net) Theo biểu đồ ta thấy tình hình tiêu thụ xăng dầu trên thế giới ngày càng tăng cao, trong năm 2010 thế giới tiêu thụ 84.93 triệu thùng/ ngày, sau 5 năm, con số này tăng lên 91.33 triệu thùng/ ngày. Trong 3 quý đầu năm 2015, trung bình mỗi ngày thế giới thiêu thụ 92.79 triệu thùng dầu và với nhịp độ phát triển kinh tế kỹ thuật hiện nay, nhu cầu tiêu thụ dầu thô trên thế giới hàng năm tăng từ 1- 2% / năm, Cơ quan Thông tin Năng lượng Mỹ ( IEA ) dự báo trong năm 2016 con số sẽ đạt 94.08 triệu thùng. 17 Tiêu thụ xăng dầầu ở một sốố khu vực ( Nguốần: Tổng hợp opec.org ; iea.org; bp.com; xangdau.net ) Hiện nay, Châu Á là thị trường tiêu thụ dầu mỏ lớn nhất thế giới: khoảng 30 triệu thùng/ ngày, chiếm gần 30% thế giới. Theo nhu cầu sử dụng dầu mỏ làm nhiên liệu trong giao thông vận tải và làm nguyên liệu trong các ngành công nghiệp từ những nền kinh tế mới nổi như Trung Quốc , Ấn Độ đã làm cho nhu cầu tiêu thụ dầu mỏ của khu vực này tăng nhanh đột biến trong những năm gần đây. Dự báo, nhu cầu tiêu thụ dầu thô tại Châu Á đến năm 2030 có thể đạt tới 42,6 triệu thùng /ngày, chiếm khoảng 38% thế giới. Đứng thứ 2 là thị trường Châu Mỹ với lượng tiêu thụ hơn 24 triệu thùng /ngày, trong đó khu vực bắc mỹ chiếm gần 75% lượng tiêu thụ tương đương với hơn 17 triệu thùng /ngày. 18 Tiêu thụ xăng dầầu ở một sốố quốốc gia ( Nguốần: Tổng hợp opec.org ; iea.org; bp.com; xangdau.net ) Với vị thế là một nước phát triển, dẫn đầu trong các lĩnh vực, hoa kì cũng là quốc gia tiêu thụ xăng dầu nhiều nhất thế giới. Có mức độ tiêu thụ dầu mỗi ngày hiện nay của Hoa Kỳ là 19,0.1 và 19.71 triệu thùng một ngày trong năm và 2 quý đầu năm 2015 tương đương với 3.100.000 m3/ngày. Theo sau Mỹ là trung quốc, quốc gia đông dân nhất thế giới tiêu thụ hơn 10 triệu thùng/ngày. 19