Tài liệu Kiểm soát thất thoát xăng dầu trong tồn chứa và vận chuyển

NGUYỄN QUỐC LỘC BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------------------------- Nguyễn Quốc Lộc CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT HÓA HỌC KIỂM SOÁT THẤT THOÁT XĂNG DẦU TRONG TỒN CHỨA VÀ VẬN CHUYỂN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: KỸ THUẬT HÓA HỌC KHOÁ: 2015A Hà Nội – 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------------------------- Nguyễn Quốc Lộc KIỂM SOÁT THẤT THOÁT XĂNG DẦU TRONG TỒN CHỨA VÀ VẬN CHUYỂN Chuyên ngành : KỸ THUẬT HÓA HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : 1. TS. Đào Quốc Tùy Hà Nội – 2017 Luận văn Thạc sĩ KTHH GVHD: Đào Quốc Tùy LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ kỹ thuật Kiểm soát thất thoát xăng dầu trong tồn chứa và bảo quản là công trình do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Đào Quốc Tùy. Các kết quả nghiên cứu trong luận văn hoàn toàn trung thực, đáng tin cậy, các số liệu, tính toán được là hoàn toàn chính xác và chưa được công bố trong các công trình nghiên cứu nào. Hà Nội, tháng 3 năm 2017 Học viên Nguyễn Quốc Lộc 1 Luận văn Thạc sĩ KTHH GVHD: Đào Quốc Tùy LỜI CẢM ƠN Trải qua một thời gian dài nghiên cứu, tôi đã hoàn thành bản luận văn Thạc sĩ “Kiểm soát thất thoát xăng dầu trong tồn chứa và bảo quản”. Trước hết, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn TS. Đào Quốc Tùy, người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình cho tôi về mặt khoa học và thực nghiệm trong suốt quá trình thực hiện bản luận văn này. Tôi xin trân trọng cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện đào tạo sau Đại học, Viện Kỹ thuật Hóa học trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian qua. Tôi xin trân trọng cảm ơn các bạn bè đồng nghiệp đang công tác tại Công ty Xăng dầu Bình định đã hỗ trợ cung cấp số liệu và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm luận văn. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân và bạn bè đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu, thực hiện luận văn. 2 Luận văn Thạc sĩ KTHH GVHD: Đào Quốc Tùy MỤC LỤC TÓM TẮT BÁO CÁO 5 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ XĂNG DẦU, TỒN CHỨA, BẢO QUẢN 10 1.1 Giới thiệu chung về xăng, dầu 10 1.2 Thành phần hóa học của xăng 10 1.2.1 Thành phần hydrocacbon của xăng 10 1.2.2 Thành phần phi hydrocacbon của xăng 11 1.3 Các chỉ tiêu kĩ thuật của xăng 12 1.3.1 Trị số Octan 12 1.3.2 RVP ( Reid Vapor Pressure) 13 1.4 Đặc điểm của các nguồn dùng để phối trộn xăng 14 1.4.1 Xăng của quá trình reforming 14 1.4.2 Xăng cracking 14 1.4.3 Xăng chưng cất trực tiếp 15 1.4.4 Xăng isomer hóa 16 CHƢƠNG II: THỰC TRẠNG THẤT THOÁT XĂNG DẦU Ở VIỆT NAM 25 2.1 Nguyên nhân gây thất thoát xăng dầu 25 2.1.1 Do tính chất lý hóa của xăng dầu: 25 2.1.2 Trong tồn chứa: 25 2.2. Nguyên tắc xác định hao hụt xăng dầu 26 2.3. Tỷ lệ hao hụt xăng dầu công đoạn nhập 27 2.4. Tỷ lệ hao hụt xăng dầu công đoạn xuất 27 2.5. Tỷ lệ hao hụt xăng dầu công đoạn tồn chứa 27 2.5.1. Tỷ lệ hao hụt xăng dầu công đoạn tồn chứa ngắn ngày 27 3 Luận văn Thạc sĩ KTHH GVHD: Đào Quốc Tùy 2.5.2. Tỷ lệ hao hụt xăng dầu công đoạn tồn chứa dài ngày 28 2.6 Tỷ lệ hao hụt xăng dầu trong công đoạn xúc rửa 28 2.7. Tỷ lệ hao hụt xăng dầu trong công đoạn pha chế 28 2.8. Tỷ lệ hao hụt xăng dầu vận chuyển 29 2.8.1. Tỷ lệ hao hụt xăng dầu vận chuyển đường thủy, đường bộ, đường sắt 29 2.8.2. Tỷ lệ hao hụt xăng dầu vận chuyển bằng đường ống 29 2.9. Tỷ lệ hao hụt xăng dầu công đoạn chuyển tải 30 2.10. Tỷ lệ hao hụt xăng dầu tại cửa hàng bán lẻ xăng dầu 30 CHƢƠNG III: ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG THẤT THOÁT XĂNG DẦU TRONG TỒN CHỨA VÀ VẬN CHUYỂN 38 3.1 Thực trạng hao hụt xăng dầu trong các hoạt động kinh doanh, tồn chứa vận chuyển ở Bình Định 38 3.1.1 Số liệu thống kê hao hụt xăng dầu trong năm 2015-2016 40 3.1.2 Nhận xét về số liệu hao hụt xăng dầu trong năm 2015-2016 54 3.2 Trong tồn chứa 54 3.3 Trong quá trình nhập 55 3.4 Trong quá trình xuất 55 3.4.1 Xuất từ bể vào thùng chứa của xe xitec: 55 3.4.2. Tra nạp xăng dầu cho xe máy (qua cột tra): 56 2.5 Biện pháp chống bay hơi bằng phụ gia 57 CHƢƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 4 Luận văn Thạc sĩ KTHH GVHD: Đào Quốc Tùy DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.Tỷ lệ hao hụt xăng dầu trong công đoạn nhập 30 Bảng 2. Tỷ lệ hao hụt công đoạn xuất đối với xuất cho phương tiện đường thủy 31 Bảng 3. Tỷ lệ hao hụt công đoạn xuất đối với đối với xuất cho phương tiện đường bộ và đường sắt 32 Bảng 4. Tỷ lệ hao hụt xăng dầu đối với tồn chứa ngắn ngày 32 Bảng 5. Tỷ lệ hao hụt xăng dầu đối với ối với tồn chứa dài ngày 33 Bảng 6. Tỷ lệ hao hụt xăng dầu khi súc rửa 34 Bảng 7. Tỷ lệ hao hụt xăng dầu khi pha chế 34 Bảng 8. Tỷ lê hao hụt xăng dầu khi vận chuyển đối với vận chuyển bằng đường thủy 35 Bảng 9. Tỷ lê hao hụt xăng dầu khi vận chuyển đối với vận chuyển bằng đường bộ, đường sắt 35 Bảng 10. Tỷ lê hao hụt xăng dầu khi vận chuyển đối với vận chuyển bằng đường ống 36 Bảng 11. Tỷ lê hao hụt xăng dầu khi vận chuyển đối với hao hụt tồn chứa trong đường ống 36 Bảng 12. Tỷ lệ hao hụt xăng dầu khi chuyển tải 37 Bảng 13. Tỷ lệ hao hụt tại các cửa hàng bán lẻ 37 Bảng 14. Tổng hợp hao hụt xăng dầu trong tháng 1/2015 40 Bảng 15. Tổng hợp hao hụt xăng dầu tháng 4/2015 41 Bảng 16. Tổng hợp hao hụt xăng dầu tháng 7/2015 42 Bảng 17. Tổng hợp hao hụt xăng dầu tháng 8/2015 43 Bảng 18. Tổng hợp hao hụt tháng 10/2015 44 Bảng 19. Tổng hợp hao hụt tháng 11/2015 45 Bảng 20. Tổng hợp hao hụt tháng 12/2015 46 Bảng 21. Tổng hợp hao hụt tháng 1/2016 47 Bảng 22. Tổng hợp hao hụt tháng 4/2016 48 Bảng 23. Tổng hợp hao hụt tháng 7/2016 49 5 Luận văn Thạc sĩ KTHH GVHD: Đào Quốc Tùy Bảng 24. Tổng hợp hao hụt tháng 8/2016 50 Bảng 25. Tổng hợp hao hụt tháng 10/2016 51 Bảng 26. Tổng hợp hao hụt tháng 11/2016 52 Bảng 27. Tổng hợp hao hụt tháng 12/2016 53 Bảng 28. Sự phụ thuộc của sức căng bề mặt vào tỷ lệ phụ gia là dẫn xuất của các axit béo tổng hợp 57 Bảng 29. Ảnh hưởng của phụ gia đến nhiệt độ sôi 10% của xăng 58 6 Luận văn Thạc sĩ KTHH GVHD: Đào Quốc Tùy DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ABD Mật độ khối trung bình AGO Dầu Mazut từ thiết bị chưng cất khí quyển APS Kích thước hạt trung bình o Tỷ trọng API AR Cặn chưng cất khí quyển ASTM Hiệp hội thử nghiệm và vật liệu Hoa Kỳ EP Điểm sôi cuối Fe Sắt Flushing oil Dầu rửa hoặc dầu làm sạch FG Fuel gas – Khí nhiên liệu Bụi Thành phần xúc tác có kích thước hạt nhỏ hơn 20 microns GC, GLC Sắc ký khí, gas/liquid chromatography Gasoline Xăng HCN Phân đoạn Naphtha nặng HCO Heavy Cycle Oil – Dầu giàu hydrocacbon vòng thơm nặng HPS Thiết bị phân tách cao áp ΔH Độ chênh lệch Enthanpy IBP Nhiệt độ sôi đầu K (UOP K) Giá trị đặc trưng khả năng cracking, chỉ số UOP Khí khô Khí khô thành phần Methane, Ethane Knock-out drum Bình tách lỏng ra khỏi dòng khí LCO Light Cycle Oil - Dầu giàu hydrocacbon vòng thơm nặng LPG Khí dầu mỏ hóa lỏng API 7 Luận văn Thạc sĩ KTHH GVHD: Đào Quốc Tùy MON Trị số Octane động cơ MTC Mixed Temperature Control - dòng điều khiển nhiệt MG Max Gasoline – Tối đa hóa xăng MD Max Distalate – Tối đa hóa Diesel NHT Naphtha được xử lý Hydo RON Trị số Octane nghiên cứu VGO Dầu Mazut từ thiết bị chưng cất chân không Wet gas compressor Máy nén sản phẩm đỉnh tháp chưng cất chính – MF 8 Luận văn Thạc sĩ KTHH GVHD: Đào Quốc Tùy TÓM TẮT Trong thời đại hoà nhập và phát triển nền kinh tế của đất nước, hoà chung với nhịp cầu phát triển của thế giới. Đất nước Việt Nam đang không ngừng đổi mới và vươn lên trên con đường công nghiệp hoá, hiện đại hoá. Đảng và nhà nước ta đang coi trọng rất nhiều về xăng dầu cũng như là diezen truyền thống, nó góp phần thúc đẩy sự phát triển kinh tế nước nhà. Hiện nay xăng dầu là một loại hàng hoá hết sức quan trọng và không thể thiếu được trong tất cả các quốc gia, đã và đang trên con đường phát triển sự phồn vinh của đất nước. Như vậy có thể khẳng định rằng trong những thập kỷ gần đây, xăng, diezen truyền thống đã là nguồn nhiên liệu vô giá và đặc biệt quan trọng mà ta cần phải chú trọng và đầu tư. Nó chính là ngành kinh tế mũi nhọn, khẳng định sự phồn vinh và đi lên của mỗi quốc gia, chúng được sử dụng như một chỉ tiêu để đánh giá trong quá trình thiết kế công nghệ và lựa chọn nguyên liệu của một nhà máy lọc dầu. Nhu cầu sử dụng xăng và diezen truyền thống của các nước trên thế giới không ngừng tăng qua các năm. Mặc dù, với sự phát triển kĩ thuật vượt bậc của động cơ phản lực nhưng xăng và diezen vẫn chiếm vị trí hang đầu. Nhu cầu sử dụng xăng trên toàn thế giới chiếm khoảng 20%-30% tổng các sản phẩm dầu mỏ tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng của mỗi nước. Đối với mỗi quốc gia, tuy khác nhau về điều kiện khí hậu, trang thiết bị, nhưng nhu cầu sử dụng nhiên liệu lỏng ngày càng tăng. Song nhìn chung xu hướng sử dụng xăng không chì, xăng sạch trên mỗi quốc gia ngày càng tăng. Đặc biệt là các quốc gia điển hình như, ở Mỹ hiện sử dụng xăng không chì đã lớn hơn 40% - 50% khối lượng nhiên liệu, ở Đức, ý, Pháp,Nhật… có xu thế chuyển xăng thông dụng sang xăng sạch không chì, Việt Năm sử dụng xăng không chì, hàm lượng Benzen trong xăng không chì xuống còn <1% thể tích, mà thay vào đó là sử dụng các phụ gia tăng trị số octan Etanol, MTBE giúp xăng thương phẩm có chất lượng tốt hơn và không tác động đến môi trường. 9 Luận văn Thạc sĩ KTHH GVHD: Đào Quốc Tùy CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ XĂNG DẦU, TỒN CHỨA, BẢO QUẢN 1.1 Giới thiệu chung về xăng, dầu Xăng thương phẩm không phải là sản phẩm của một quá trình nào đó trong nhà máy lọc dầu mà nó là một hỗn hợp được phối trộn cẩn thận từ một số nguồn khác nhau, kết hợp với một số phụ gia nhằm đảm bảo các yêu cầu hoạt động của động cơ trong những điều kiện vận hành thực tế và cả trong các điều kiện vận chuyển, tồn chứa và bảo quản khác nhau. Thành phần hóa học chính của xăng là các hydrocacbon có số nguyên tử từ C4 – C10 thậm chí có cả các hydrocacbon nặng hơn như C11, C12 và cả C13. Ngoài ra trong thành phần hóa học của xăng còn chứa một hàm lượng nhỏ các hợp chất phi hydrocacbon của lưu huỳnh, nitơ và oxy. Với số nguyên tử cacbon như trên, trong thành phần của xăng chứa đầy đủ cả ba họ hydrocacbon và hầu như các chất đại diện cho các họ này đều tìm thấy trong xăng. Mặc dù trong thành phần của dầu mỏ ban đầu không có các hợp chất không no như olefin nhưng trong quá trình chế biến đã xảy ra quá trình cắt mạch hình thành nên các hợp chất đói này, do đó trong thành phần hóa học của xăng thương phẩm còn có mặt các hợp chất đói. Sự phân bố các cấu tử theo số nguyên tử cacbon và theo họ hydrocacbon của một loại xăng super thương phẩm. Các cấu tử không xác định chiếm 2,26% các giá trị được cung cấp bởi IFP. 1.2 Thành phần hóa học của xăng 1.2.1 Thành phần hydrocacbon của xăng Họ parafinic Công thức hóa học chung là CnH2n+2, bao gồm các chất có số nguyên tử như đã nêu trên, chúng tồn tại ở 2 dạng: mạch thẳng (n-parafin) và mạch phân nhánh (i-parafin) với các iso-parafin thì majh chính dài, mạch nhánh ngắn chủ yếu là gốc metyl. Họ olefin Các hydrocacbon olefin có công thức chung là CnH2n, được tạo thành từ các quá trình chuyển hóa, đặc biệt là quá trình cracking, giảm nhớt, cốc hóa… Các olefin này cũng bao gồm hai loại n-parafin và iso-parafin. Họ naphtenic 10 Luận văn Thạc sĩ KTHH GVHD: Đào Quốc Tùy Hydrocacbon naphtenic là các hydrocacbon mạch vòng no với công thức chung là: CnH2n và các vòng này thường 5 hoặc 6 cạnh, các vòng có thể có nhánh hoặc không có nhánh, hàm lượng của họ này chiếm một số lượng tương đối lớn, trong đó các hợp chất đứng đầu dãy thường ít hơn các đồng đẳng của nó, những đồng phân này thường có nhiều nhánh và nhánh lại rất ngắn chủ yếu là gốc metyl (-CH3). Họ aromatic Các hợp chất này trong xăng thường chiếm một hàm lượng nhỏ nhất trong ba họ và các hợp chất đầu dãy cũng ít hơn các hợp chất đồng đẳng của nó. 1.2.2 Thành phần phi hydrocacbon của xăng Trong xăng, ngoài các hợp chất hydrocacbon kể trên còn có các hợp chất phi hydrocacbon như các hợp chất của O2, N2, S. Trong các hợp chất này thì người ta quan tâm nhiều đến các hợp chất của lưu huỳnh vì tính ăn mòn và ô nhiễm môi trường. Lưu huỳnh Trong xăng, hàm lượng của lưu huỳnh phụ thuộc vào nguồn gốc của dầu thô có chứa ít hay nhiều lưu huỳnh và hiệu quả quá trình xử lý HDS. Các chất chứa lưu huỳnh thường tồn tại ở các dạng sau: - Mercaptan (R-SH) - Sunfua và disunfua (R-S-R’ và R-S-S-R’) - Thiophen (lưu huỳnh trong mạch vòng) - Lưu huỳnh tự do (S, H2S). Ảnh hưởng đến chất lượng xăng: Các hợp chất lưu huỳnh làm giảm độ bền hóa học và khả năng cháy hoàn toàn của nhiên liệu động cơ và làm cho chúng có mùi hôi , gây ăn mòn động cơ, thiết bị, đường ống… Chúng còn làm giảm chỉ số chống kích nổ (chỉ số octan) và làm tang lượng phụ gia chì. Nitơ Hàm lượng nitơ trong xăng thường rất nhỏ trong tổng khối lượng xăng. 11 Luận văn Thạc sĩ KTHH GVHD: Đào Quốc Tùy Nito trong xăng tồn tại dưới dạng hợp chất có tính kiềm, trung hòa hoặc axit. Tuy nhiên, những hợp chất có tính kiềm (chỉ có 1 nguyên tử nito) là thành phần chủ yếu. Các dạng khác tồn tại rất ít, chúng có xu hướng tạo phức với kim loại V, Ni (ở dạng porfirin). Ảnh hưởng đến chất lượng xăng: - Hợp chất nito được ứng dụng làm chất sát trùng, chất ức chế ăn mòn,phụ gia cho dầu bôi trơn và bitum, chất chống oxy hóa… - Hàm lượng nito trong xăng cao (10^-4% KL) sẽ dẫn tới tạo khí và cốc hóa mạnh trong quá trình reforming. - Lượng nhỏ hợp chất nito trong xăng có thể tạo lớp nhựa trong piston của động cơ và lắng nhựa trong buồng đốt. 1.3 Các chỉ tiêu kĩ thuật của xăng 1.3.1 Trị số Octan + Định nghĩa trị số octan Trong động cơ xăng có hiện tượng cháy không bình thường gọi là hiện tượng cháy kích nổ (do hiện tượng tự cháy của xăng mà không phải do bugi bật tia lửa điện). Thành phần của xăng gồm nhiều hydrocacbon no nhưng có dạng mạch nhánh và cacbuahydro thơm là các kết cấu bền vững. Xăng có cấu trúc càng bền vững thi tính tự cháy càng kém, do đó khó xảy ra kích nổ và ngược lại. Để đánh giá tính chống kích nổ của xăng, người ta dùng một thông số gọi là trị số OCTAN. 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 % thể tích của iso-octan (2,2,4trimetylpentan) 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. Cách tính trị số octan: Trị số Octan được tính theo thỉ lệ phần trăm lượng xăng iso-octan trong toàn bộ hỗn hợp xăng giữa xăng iso-octan và xăng heptane. Những nghiên cứu thời đó đã chỉ ra rằng với tỉ lệ 90% xăng iso-octan và 10% xăng heptane, động cơ làm việc với hiệu suất tương đương với các loại xăng sử dụng cùng thời kì. Do đó, người ta đưa ra tỉ lệ octan là 90. 12 Luận văn Thạc sĩ KTHH GVHD: Đào Quốc Tùy 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 nh , nhiệt độ 49 C (120 F) 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 C(300 F) 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. 1.3.2 RVP ( Reid Vapor Pressure) Áp suất hơi Reid (RVP) là một biện pháp phổ biến của các biến động của xăng. Nó được định nghĩa như là tuyệt đối áp suất hơi tác dụng bởi một chất lỏng ở 100°F (37.8°C) được xác định bằng phương pháp thử nghiệm ASTM-D-323. Phương pháp kiểm tra đo áp suất hơi của xăng, dầu thô biến động, và các sản phẩm xăng dầu dễ bay hơi khác, trừ các loại khí dầu mỏ hóa lỏng. RVP được nêu trong đơn vị psi nhưng sẽ chính xác hơn là psig vì ASTM-D-323 biện pháp áp lực đo của mẫu trong một căn phòng không sơ tán. Các vấn đề về áp suất hơi là quan trọng liên quan đến các chức năng và hoạt động của xăng-powered, đặc biệt là carbureted, xe. Mức độ cao của sự bay hơi là mong muốn cho mùa đông bắt đầu và hoạt động và mức độ thấp hơn là mong muốn trong việc 13 Luận văn Thạc sĩ KTHH GVHD: Đào Quốc Tùy tránh khóa hơi trong cái nóng mùa hè. Nhiên liệu không thể được bơm khi có hơi trong đường nhiên liệu (mùa hè) và mùa đông bắt đầu sẽ khó khăn hơn khi xăng dầu lỏng trong buồng đốt đã không bay hơi. Do đó, các nhà máy lọc dầu thao tác áp Reid Vapor đặc biệt theo mùa để duy trì độ tin cậy xăng động cơ. Và khả năng bay hơi của xăng càng nhỏ thì càng tốt. 1.4 Đặc điểm của các nguồn dùng để phối trộn xăng 1.4.1 Xăng của quá trình reforming Xăng thu được của quá trình reforming xúc tác được gọi là reformat. Bản chất của quá trình reforming xúc tác là biến các hydrocacbon no, chủ yếu là thành ankyl benzen trên cơ sở xúc tác lưỡng chức: chức axit và chức kim loại. Các thông số cơ bản của quá trình reforming được chỉ ra dưới đây - Cơ chế chính của quá trình: phản ứng qua 3 giai đoạn: loại H2, đóng vòng, loại H2 theo cơ chế cacbocation. - Nhiệt độ: 450 C - 550 C - Áp suất: 3 – 35 atm - Xúc tác: chất xúc tác lưỡng chức như Al2O3/Pt. - Hiệu suất: 80 – 86% * Vài tính chất cơ bản của xăng reforming: - RON cao: 95 – 102 - RVP bé, khoảng từ 45 – 58 kPa - Tỷ khối lớn, nhiệt cháy cao - Thành phần olefin < 3%, naphten < 10%, còn lại là iso-parafin và aromatic. Đây là nguồn nguyên liệu chính để phối trộn tạo xăng có chất lượng cao, chúng có chứa một hàm lượng các chất aromatic cao nên chỉ số octan của nó cao. Tuy nhiên đây cũng là nhược điểm của xăng reformat so với các xăng gốc khác, các hợp chất thơm này khi cháy thường tạo nhiều cặn muội và độc hại đối với môi trường và con người. 1.4.2 Xăng cracking - Xăng từ quá trình cracking xúc tác FCC là nguồn cho xăng lớn nhất trong nhà máy lọc dầu. Hiệu suất và chất lượng xăng phụ thuộc vào chất lượng nguyên liệu, xúc tác và chế độ công nghệ. 14 Luận văn Thạc sĩ KTHH GVHD: Đào Quốc Tùy  Nếu nguyên liệu có nhiều naphten thì xăng có chất lượng cao  Nếu nguyên liệu có nhiều paraffin thì xăng thu được có trị số octan thấp  Nếu nguyên liệu có nhiều lưu huỳnh thì xăng cũng có nhiều lưu huỳnh (chiếm 15% trong tổng lượng lưu huỳnh trong nguyên liệu) - Cơ chế chính của quá trình: cacbocation - Nhiệt độ: 470 - 550 C - Áp suất: 2,5 – 3 atm - Xúc tác: chất xúc tác lưỡng chức Zeolit Y. * Xăng cracking xúc tác có một số đặc điểm sau: - Tỷ trọng: 0,72 – 0,77 - RON: 87 – 92 - MON: 78 – 86 - RVP nhỏ từ 32 – 45 kPa - Thành phần hóa học: 9 – 13% olefin, 20 – 30% aren, còn lại là naphten và isoparafin. Với các tính chất trên, xăng cracking xúc tác là thành phần cơ bản để tạo xăng thương phẩm của xe máy, ô tô. Tuy nhiên, sự có mặt của các olefin chính là nguyên nhân làm mất tính ổn định của xăng. Do đó, cần có biện pháp phối trộn xăng gốc và phụ gia thích hợp để hạn chế điều này. 1.4.3 Xăng chưng cất trực tiếp Phân xưởng chưng cất ở áp suất khí quyển là một phân xưởng quan trọng nhất trong nhà máy lọc dầu, có nhiệm vụ phân chia dầu thô thành nhiều phân đoạn khác nhau. Phần lỏng có nhiệt độ sôi từ 40 - 180 C thu được ở đỉnh sau khi ổn định sẽ cho ta xăng. Loại xăng chưng cất trực tiếp này có chỉ số octan thấp, khoảng 68 – 80 không đáp ứng được yêu cầu cơ bản của hầu hết các động cơ đốt trong hiện nay. Các chỉ tiêu hóa lý khác trong xăng chưng cất đều cao hơn tiêu chẩn như: hàm lượng các hợp chất hydrocacbon no không nhánh hoặc ít nhánh; hàm lượng lưu huỳnh; các hydrocacbon khí bão hòa trong 15 Luận văn Thạc sĩ KTHH GVHD: Đào Quốc Tùy xăng; hàm lượng nhựa… Lượng ít xăng chưng cất này dung để phối trộn, còn phần chính được phân chia thành xăng nh (chủ yếu C5 và C6) xăng nặng (C6 – C11). Phần xăng nh thường làm nguyên liệu cho quá trình isomer hóa, còn phần xăng nặng làm nguyên liệu cho quá trình reforming xúc tác. Một lượng xăng nh khác mà không thể không kể đến đó là sản phẩ của quá trình chế biến khí đồng hành, là phần lỏng tách ra khỏi nhiệt độ thường từ thiết bị tách khí slug catcher, tháp tách, tháp chưng cất ở nhiệt độ thấp trong quá trình chế biến khí. Đó là condensate hay còn gọi là xăng hoang. Condensat có thành phần hóa học và tính chất hóa lý tương tự như xăng nh thu được trong quá trình chưng cất dầu mỏ. Nó chủ yếu chứa HC no, không nhánh hoặc ít nhánh C5 – C6. Trị số octan thường từ 60 – 70. Condensate cũng được isomer hóa, sau đó được sử dụng để pha trộn nhằm tang áp suất hơi bão hòa của xăng thương phẩm. 1.4.4 Xăng isomer hóa Xăng isomer hóa là xăng thu được từ quá trình isome hóa phân đoạn chưng cất nh và condensat. Bản chất của quá trình isome hóa là biến các nC5-C6 (chiếm từ 80 – 98% klg xăng nh ) thành các isoC5-C6 có trị số octan cao hơn. Các thông số kĩ thuật của quá trình isome hóa như sau: - Cơ chế chính quá trình isome hóa: cacbocation - Nhiệt độ: 110 - 180 C - Áp suất: 3 – 30 atm - Xúc tác: chất xúc tác lưỡng chức như Al2O3/Pt, Zeolit/Pt, ZrO/(SO4)2-/Pt… - Hiệu suất: > 95% * Vài tính chất xăng isomer hóa: - Trị số octan từ 83 – 88 - Chênh lệch giữa RON và MON bé (độ nhạy của isomer hóa với chế độ làm việc thay đổi của động cơ bé) - Khối lượng riêng bé - Áp suất hơi bão hòa Ried cao khoảng 80 kPa - Hàm lượng lưu huỳnh, các hợp chất thơm olefin chỉ tồn tại ở trạng thái vết xăng 16 Luận văn Thạc sĩ KTHH GVHD: Đào Quốc Tùy - Xăng isomer hóa chiếm khoảng từ 3 – 5% tổng lượng xăng trên thế giới Gần hai thập kỷ từ sau khi Carl Benz chế tạo chiếc xe chạy bằng động cơ xăng đầu tiên, các chuyên gia kỹ thuật mới nhận ra rằng hiện tượng kích nổ không cho phép họ tuỳ ý tăng sức mạnh của động cơ đốt trong. Những năm cuối thế kỷ 19 đầu thế kỷ 20, lịch sử của động cơ đốt trong bước sang một trang mới. Người khởi xướng cho cuộc cách mạng công nghệ ôtô - xe máy thời kỳ đó là Gottlieb Wilhelm Daimler, nhà thiết kế động cơ người Đức, khi vào năm 1885, ông thử nghiệm thành công loại xe hai bánh chạy bằng động cơ đốt trong một xi-lanh. Song song và độc lập với Wilhelm Daimler, năm 1886, Carl Freidrich Benz nhận được bằng sáng chế về phát minh vận chuyển bằng động cơ dùng xăng với chiếc xe 4 bánh, động cơ làm lạnh trong một xi-lanh. Và ở bên kia bờ Đại Tây Dương, năm 1903, đánh dấu sự ra đời của một trong những hãng xe nổi tiếng nhất hiện nay, Ford Motor Company do Henry Ford thành lập. Lợi nhuận kếch xù thu được từ việc sản xuất xe hơi cộng với sự xuất hiện của hàng loạt các phát minh sáng chế đã kéo tất cả các hãng xe và các nhà phát triển động cơ vào cuộc cạnh tranh gay gắt về công nghệ. Các hãng xe thường xuyên nâng cấp cấu tạo của động cơ bằng cách tích hợp thêm nhiều tính năng mới như hệ thống làm lạnh trong, hệ thống đánh lửa tự động, và điều quan trọng hơn, luôn tin tưởng rằng sức mạnh của động cơ đốt trong có thể tăng lên một cách tuỳ ý, vì theo lý thuyết nhiệt động học, với tỷ số nén càng cao, hiệu suất nhiệt càng gần đến cực đại. Nhưng, vào năm 1912, họ đã phải khống chế tỷ số nén ở dưới một giá trị tới hạn cho phép. Nguyên nhân đưa ra quyết định đi ngược với xu thế phát triển đó là những tiếng nổ lốc cốc xuất hiện khi động cơ đang làm việc, nguy hiểm hơn, hiện tượng này còn phá hủy động cơ chỉ sau vài phút xuất hiện. Vào thời điểm đó, các kỹ sư cho rằng những tiếng lốc cốc có nguyên nhân từ hệ thống đánh điện được cung cấp cho các loại xe có chức năng đề, còn những nhà phát triển động cơ cho biết họ có thể nâng cao sức mạnh và hiệu suất của động cơ nếu hiện tượng đó được khắc phục. 17 Luận văn Thạc sĩ KTHH GVHD: Đào Quốc Tùy Đứng trước thách thức đó, Charles F. Kettering, trưởng phòng nghiên cứu của hãng General Motor đã giao cho người đồng nghiệp Thomas Midgley nhiệm vụ phải tìm ra một cách chính xác nguyên nhân của hiện tượng. Ban đầu, họ sử dụng máy ghi áp lực Dobbie-McInnes và đã chứng minh rằng những tiếng lốc cốc đó không xuất hiện do sự đánh lửa sớm của hệ thống điện, mà nó xuất hiện đúng thời điểm áp suất tăng một cách mãnh liệt sau khi bugi đánh lửa. Tuy nhiên, máy ghi áp lực không thích hợp cho các nghiên cứu sâu hơn, vì vậy Midgley và Bob đã dùng một camera tốc độ cao để quan sát chính xác những gì đang diễn ra khi động cơ làm việc, đồng thời, phát triển một máy hiển thị năng lượng cao để đo mức độ của tiếng nổ. Song song với những thử nghiệm của Thomas Midgley, Sir Harry Ricardo chuyên gia động cơ của quân đội Hoàng gia Anh - đưa ra khái niệm lựa chọn tỷ số nén tối ưu cho các động cơ có tỷ số nén biến đổi. Tuy nhiên, tỷ số mà Ricardo đưa ra không phải là tuyệt đối vì còn rất nhiều các thông số khác như thời gian đánh lửa, tình trạng sạch sẽ, vị trí của chốt đánh lửa, nhiệt độ động cơ. Các hãng xe, những nhà nghiên cứu động cơ cuối cùng phải thừa nhận rằng, họ đã quên không nghiên cứu, không phát triển một thành phần quan trọng ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của động cơ đốt trong: nhiên liệu. Nhiên liệu dùng cho động cơ đốt trong tồn tại một tính chất đặc biệt: nó sẽ tự cháy, tự kích nổ khi bị nén trong xi-lanh dưới áp suất cao, trước cả khi bugi đánh lửa. Từ kết quả của những nhà nghiên cứu đi trước, năm 1927, Graham Edgar, một nhân viên trẻ của hãng Ethyl Corporation tại Mỹ, đưa ra đề nghị sử dụng 2 hydrocacbon để đánh giá mức độ kích nổ cho nhiên liệu: n-heptan và 2,4,4-trimetylpentan, hay còn được gọi một cách không chính xác là iso-octan. Iso-octan có chỉ số chống kích nổ cao, còn n-heptan có khả năng chống kích nổ rất kém và Edgar đã đề nghị sử dụng tỷ số của hai chất này để đánh giá khả năng chống kích nổ của nhiên liệu sử dụng trong các động cơ đốt trong. Ông cũng đã chứng minh rằng, trị số chống kích nổ của tất cả các loại xăng thương mại ngày đó đều có thể quy về tỷ số thể tích n-heptan: octan nằm trong khoảng 60:40 đến 40:60. Như vậy, nếu chúng ta 18