Xem mẫu
- Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
2.4.1.3. Cải thiện IC bằng phụ gia
Như trong phần đàu chúng ta đã thấy nhiên liệu Diesel thương phẩm được phối
trộn từ rất nhiều nguồn với chất lượng rất khác nhau, chẳng hạn như nguồn LCO của
quá trình FFC hay gasoil của các quá trình cốc hoá, giảm nhớt ... chỉ số IC rất thấp.
Khi đó nếu cần nâng cao chỉ số này thì người ta có thể dùng các phụ gia. Phụ gia nhằm
nâng cao chỉ số IC có nhiều loại khác nhau nhưng có thể chia thành hai nhóm như sau:
Nhóm thứ nhất bao gồm các hợp chất peroxyt
Nhóm thứ hai bao gồm các hợp chất nitrat alkyl
Các hợp chất peroxyt đã được biết đến từ lâu nhưng chung ít được ứng dụng vì
đây là các hợp chất rất kém bền và vấn đề giá cả. Trong nhóm thứ hai thì hợp chất 2-
Etylhecxyl nitrat được sử dụng nhiều nhất.
H H H H H H
H
NO3 C C C C C
C
C2H5 H H
H H H
2.4.1.4. Ảnh hưởng của chỉ số IC lên hoạt động của động cơ
Trong thực tế ngày nay các động cơ Diesel có yêu cầu về chỉ số IC vào khoảng
40÷60 tuỳ theo tốc độ của động cơ, với khoảng yêu cầu này thì người ta dễ dàng đạt
được trong các nhà máy lọc dầu. Tuy nhiên điều quan trọng là phải sử dụng loại nhiên
liệu hợp với động cơ theo qui định của nhà chế tạo vì chỉ số này liên quan trực tiếp đến
thời gian cảm ứng.
Khi chỉ số IC giảm xuống thì thời gian cảm ứng sẻ tăng lên điều này sẻ ảnh
hưởng trực tiếp đến quá trình cháy trong động cơ, cụ thể là khi nhiên liệu phun vào có
chỉ số IC nhỏ sẻ có thời gian cảm ứng lớn do đó khi nó có thể tự bắt cháy thì khối
lượng nhiên liệu trong buồng cháy lớn nên quá trình cháy có thể xảy ra với tốc độ lớn
làm cho áp suất trong buồng cháy tăng cao một cách đột ngột, điều này sẻ tạo ra những
tiếng gỏ kim loại, gây nóng máy và làm giảm tuổi thọ của động cơ, ngoài ra khi tốc độ
ThS. Trương Hữu Trì Trang 46
- Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
cháy quá lớn thì một phần nhiên liệu có thể không cháy kịp mà bị phân huỷ do đó làm
giảm công suất và thải ra nhiều chất gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên sự ảnh hưởng
này sẻ ít hơn trong động cơ buồng cháy trước so với động cơ có buồng cháy trực tiếp.
Ngược lại, khi chỉ số IC quá cao thì thời gian cảm ứng sẻ quá nhỏ điều này có
thể dẫn đến quá trình tự bắt cháy quá sớm nên phần nhiên liệu phun vào sau có thể bị
phun vào trong khí cháy có nhiệt độ quá cao nên nhiên liệu không đủ thời gian để bay
hơi thì đã nhận được một lượng nhiệt quá lớn nên nó bị phân huỷ trước khi cháy, trong
trường này công suất của động cơ cũng bị giảm và khói thải ra nhiều chất độc hại cho
con người và môi trường.
2.4.2. Tỷ trọng
≤ 860 kg/m3
Theo tiêu chuẩn của Việt Nam:
ρ15.515.5 ≤ 860 kg/m3
Theo tiêu chuẩn của châu Âu trước 01/01/2000 : 820 ≤
ρ15.515.5 ≤ 845 kg/m3
820 ≤
Theo tiêu chuẩn của châu Âu từ 01/01/2000 :
Có nhiều phương pháp để xác định tỷ trọng, nhưng thông thường nó được xác
định theo 3 phương pháp sau:
Phương pháp dùng picnomet,
Phương pháp dùng phù kế,
Phương pháp dùng cân thuỷ tĩnh.
Trong các phương pháp trên thì phương pháp dùng picnomet là phương pháp cần
đến ít mẫu nhất và cho độ chính xác cao nhất. Như vậy phương pháp này có ý nghĩa
lớn khi có ít mẫu và đòi hỏi độ chính xác cao. Phương pháp này có thể áp dụng cho
các loại mẫu khác nhau. Nhược điểm duy nhất của phương pháp này cần nhiều thời
gian.
Từ nguyên tắc hoạt động của động cơ Diesel ta nhận thấy nhiên liệu trước khi cháy
chúng phải trải qua một quá trình biến đổi từ việc bị phân chia thành các hạt sương sau
khi qua kim phun cao áp, hoá hơi để trộn lẫn với không khí và biến đổi để tự bốc cháy,
các quá trình này đều liên quan trực tiếp đến tỷ trọng của Diesel.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 47
- Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Khi khối lượng riêng lớn thì động năng của dòng nhiên liệu lớn, nhiên liệu bị phun
đi xa hơn khi đó không gian trộn lẫn của nhiên liệu với không khí lớn. Tuy nhiên, khi
nhiên liệu có khối lượng riêng lớn thì thường độ nhớt của nhiên liệu cũng lớn nên khả
năng bay hơi tạo với không khí hỗn hợp tự bóc cháy thấp điều này làm cho quá trình
cháy của nhiên liệu kém.
Nếu như khối lượng riêng lớn quá thì khi phun nhiên liệu có thể va đập vào thành
của buồng cháy, điều này sẻ làm loảng màng dầu bôi trơn trên thành của buồng cháy
gây ra hiện tượng mài mòn.
Ngoài ra khi bị phun vào màng dầu bôi trên thành xylanh thì nhiên liệu sẻ bị hấp
thụ trong màng dầu này, sau đó trong giai đoạn thải khí cháy chúng có thể bay hơi theo
khí cháy và được đẩy ra ngoài làm tăng hàm lượng các chất độc hại trong khí thải.
Khi hai loại nhiên liệu có cùng giới hạn sôi thì nhiên liệu nào có khối lượng riêng
cao hơn thì sẽ có hàm lượng các hydrocacbon thơm và naphtenic cao hơn, nhiên liệu
có khối lượng riêng thấp sẽ chứa nhiều parafin. Tuy nhiên, việc khống chế giá trị tối
đa của khối lượng riêng để tránh đưa vào nhiên liệu các phần nặng gây khó khăn cho
quá trình tự bốc cháy, tăng độ giàu của nhiên liệu làm tăng thải ra khói đen, bồ hóng.
Qua phân tích trên cho thấy khôi lượng riêng của nhiên liệu sẻ có những ảnh
hưởng đến quá trình sử dụng nhiên liệu Diesel qua các thông số sau:
Công suất của động cơ
Tiêu thụ riêng
Hàm lượng CO, HC, Particules trong khói thải.
2.4.3. Thành phần cất
Cũng tương tự như nhiên liệu xăng, nhiên liệu Diesel là một hỗn hợp của rất
nhiều các hợp chất khác nhau có nhiệt độ sôi thay đổi trong khoảng rộng. Thực tế,
trong khoảng phân đoạn của nó thì ở nhiệt độ nào cũng có các hydrocacbon tương ứng
bay hơi, nhưng điều cần quan tâm ở đây là ở một nhiệt độ nhất định thì cường độ bay
hơi của các cấu tử khác nhau là không giống nhau. Vì vậy để đặc trưng cho độ bay hơi
của nhiên liệu Diesel thì người ta dùng hai khái niệm là Thành phần cất. Nhờ khái
ThS. Trương Hữu Trì Trang 48
- Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
niệm này mà ta có thể biết được sự phân bố của các hydrocacbon trong nhiên liệu
Diesel.
Những khái niệm và định nghĩa được dùng ở đây cũng như đã nêu trong phần
nhiên liệu cho động cơ xăng.
Thành cất được xác định theo phương pháp thử ASTM-D86.
Cũng tương tự như xăng, nhiên liệu diesel cũng cần phải có thành phần cất theo
quy định để bảo đảm cho quá trình hoạt động của động cơ bởi độ bay hơi của nhiên
liệu sẻ ảnh hưởng trực tiếp quá trình cháy của nó trong buồng cháy, nhưng điều cần
phải chú ý ở nhiên liệu Diesel là nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối thay đổi trong khoảng
rộng (do nhiên liệu Diesel được phối trộn từ nhiều nguồn có khoảng nhiệt độ rất khác
nhau như đã nêu ở trên và cũng tuỳ theo yêu cầu về chất lượng của nó) nên người ta
thường không quan tâm nhiều như trong động cơ xăng, thường đối với nhiên liệu
Diesel thì người ta quan tâm đến phần trăm chưng cất ở một số nhiệt độ nhất định.
Theo tiêu chuẩn Việt Nam thì có hai giá trị như sau:
Điểm cất ở 50% thể tích là 290 oC (E50)
Điểm cất ở 90% thể tích là 350 oC (E90)
Theo tiêu chuẩn Châu Âu thì có ba giá trị sau được quan tâm:
Ở 250oC thành phần cất thu được phải nhỏ hơn 65%
Ở 350oC thành phần cất thu được phải lớn hơn 85%
Ở 370oC thành phần cất thu được phải lớn hơn 95%
Ở Hoa Kỳ thì người ta phân biệt hai loại gasoil đó là gasoil dùng cho phương
tiện giao thông vận tải và gasoil dùng cho các máy móc công nghiệp, trong loại thứ
nhất thì nhiệt độ ở 90% chưng cất phải nhỏ hơn 288oC, còn loại thứ hai nhiệt độ này
mằn trong khoảng 282 oC ÷ 338 oC.
Tuy nhiên, những giá trị của nhiệt độ sôi đầu cũng không được quá thấp và
nhiệt độ cuối không được quá cao vì điều này sẻ ảnh hưởng xấu đến việc sử dụng
trong động cơ. Nếu nhiệt độ cuối cao quá tức là trong thành phần của nó chứa nhiều
cấu tử nặng làm cho quá trình bay hơi để tạo hỗn hợp tự bóc cháy kém làm tăng quá
ThS. Trương Hữu Trì Trang 49
- Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
trình cháy không hoàn làm giảm công suất của động cơ (thực nghiệm cho thấy công
suất của động cơ sẻ giảm đi khoảng 1 ÷ 5%), tạo nhiều chất gây ô nhiễm môi trường,
làm loảng màng dầu bôi trơn trong buồng cháy hay làm giảm độ nhớt của dầu trong
carter như đã nêu đối với động cơ xăng. Ngược lại, khi nhiệt độ sôi đầu nhỏ nó không
ảnh hưởng trực tiếp công suất của động cơ, nhưng nếu như nhiệt độ đầu quá nhỏ thì
làm tăng độ bay hơi gây mất mát trong quá trình vận chuyển hay bảo quản hay làm
giảm độ nhớt của nhiên liệu có thể gây mài mòn kim phun.
2.4.4. Điểm chớt cháy
Những khái niệm và định nghĩa đã được nêu trong phần nhiên liệu xăng.
Cũng tương tự như trong phần trước, tiêu chuẩn này đặc trưng cho các phần nhẹ
dễ bay hơi trong nhiên liệu, khi phần nhẹ càng nhiều thì khả năng bay hơi càng lớn
điều này sẻ gây ra mất mát vật chất và điều quan trọng hơn cả là nó có thể tạo ra hỗn
hợp nỗ trong quá trình bảo quản và vận chuyển. Vì vậy chỉ tiêu này đặc trưng cho mức
độ an toàn của nhiên liệu Diesel.
Nếu như đối với xăng thì ở điều kiện thường độ bay hơi của nó lớn nên tạo hỗn
hợp với không khí nằm trên giới hạn nỗ thì ngược lại ở đây nhiên liệu Diesel có độ bay
hơi kém, ở điều kiện thường thì nó chỉ tạo được hỗn hợp nằm ở dưới giới hạn dưới của
hỗn hợp nổ. Tuy nhiên khi nhiên liệu Diesel có lẫn những phần nhẹ thì nó có thể tạo ra
những hỗn hợp nổ.
2.4.5. Độ nhớt (µ).
Độ nhớt của nhiên liệu là một đại lượng vật lý đặc trưng cho trở lực do ma sát
nội tại sinh ra ngay trong lòng chất lỏng khi có sự chuyển động tương đối của các phân
tử với nhau.
Độ nhớt có thể được biểu diễn dưới ba dạng chính như sau: độ nhớt động lực
(cP), độ nhớt động học (cSt) và độ nhớt quy ước.
Độ nhớt động lực hay độ nhớt tuyệt đối là đại lượng biểu diễn lực ma sát nội tại
thực sinh ra khi các phân tử chuyển động tương đối với nhau, hai loại độ nhớt còn lại
là những đại lượng chỉ cho biết giá trị tương đối hay gián tiếp.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 50
- Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Độ nhớt động lực được rút ra từ phương trình của Newton về chất lỏng chảy
trong dòng ở chế độ chảy dòng (phần lớn các chất lỏng đều có thể áp dụng được
phương trình này).
Phương trình của Newton được phát biểu như sau: Lực ma sát nội tại sinh ra
giữa hai lớp chất lỏng có sự chuyển động tương đối với nhau sẻ tỷ lệ với diện tích bề
mặt của hai lớp chất lỏng, với tốc độ biến dạng (không phải là gradient vận tốc).
Phương trình được biểu diễn như sau:
dv
F = µ.S .
dz
Trong đó:
F là lực tác dụng từ bên ngoài làm hai lớp chất lỏng chuyển động tương đối với
nhau và chính bằng lực ma sát sinh ra giưa hai bề mặt.
S là diện tích của hai bề mặt.
V là vận tốc tương đối giữa hai lớp chất lỏng.
Z là khoảng cách giữa hai lớp
µ là độ nhớt động học.
Độ nhớt động học có thể biểu theo nhiều đơn vị khác nhau tuỳ theo hệ thống
đơn vị sử dụng, nhưng thông thường thì trong lĩnh vực dầu khí nó thường được đo
trong hệ CGS, trong hệ thống này thìđơn vị của nó là Poise (P), thực tế thì hay dùng
đại lượng ước số của nó là centipoise (cP).
Cũng tương tự như thành phần cất hay tỷ trọng, độ nhớt cũng có những ảnh
hưởng trực tiếp đến hoạt động của động cơ. Thực tế khi độ nhớt quá lớn sẻ làm tăng
tổn thất áp suất trong bơm và trong kim phun, làm tăng kích thước của các hạt sương
nhiên liệu do đó các tia nhiên liệu sẻ bay xa nên nó có thể và đập vào thành của buồng
cháy để gây ra những tác hại như đã nêu trong phần trên.
Ngược lại, khi nhiên liệu có độ nhớt quá thấp sẻ làm tăng lưu lượng thoát ra ở
bơm nạp liệu, như vậy sẻ làm giảm lưu lượng thể tích thực thoát ra ở kim phun (bơm
cao áp). Trong trường hợp này thì kim phun được nâng lên chậm hơn điều này sẻ làm
ThS. Trương Hữu Trì Trang 51
- Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
giảm nhiên liệu cung cấp cho động cơ. Với nhiên liệu Diesel có độ nhớt nhỏ quá thì
khi phun vào xylanh nó sẽ tạo thành các hạt quá mịn, không thể tới được các vùng xa
kim phun có nghĩa là không gian để trộn lẫn giữa nhiên liệu - không khí nhỏ, điều này
làm cho quá trình tạo hỗn hợp tự bóc cháy không tốt đồng thời phần được phun vào
đầu có thể tự bắt cháy quá sớm nên phần phun vào sau có thể bị phun vào trong khí
cháy có nhiệt độ quá cao nên nhiên liệu Diesel không đủ thời gian để bay hơi thì đã
nhận được một lượng nhiệt quá lớn nên bị phân huỷ trước khi cháy. Như vậy, trong
trường này công suất của động cơ cũng bị giảm. Ngoài ra, nhiên liệu Diesel còn có tác
dụng bôi trơn cho bơm cao áp và các lò xo trong bộ phận bơm nên khi độ nhớt quá
nhỏ dễ gây ra sự rít làm mài mòn hệ thống này.
2.4.5. Các chỉ tiêu liên quan đến điều kiện làm việc ở nhiệt độ thấp
Như chúng ta đã biết nhiên liệu Diesel thương phẩm được phối trộn từ rất nhiều
nguồn khác với thành phần hoá học của nó có thể chứa các hydrocacbon có số nguyên
tử cacbon từ 10 ÷ 35. Muốn đảm bảo khả năng bay hơi tạo hỗn hợp tự bóc cháy trong
buồng cháy thì thành phần hoá học của nhiên liệu Diesel phải chứa một hàm lượng
nhất định các hydrocacbon Paraffin, nhưng chính các hợp chất sẻ gây ra cho nhiên liệu
Diesel những khó khăn khi nhiệt độ của môi trường xuống thấp.
Khi nhiệt độ xuống thấp các hydrocacbon n-paraffin có mạch dài sẻ kết tinh,
các tinh thể này có dạng hình kim chúng dễ tạo ra các khung tinh thể để chứa những
phần còn lại, điều này sẻ làm giảm độ linh động của nhiên liệu. Khi nạp liệu cho động
cơ thì nhiên liệu Diesel phải đi qua một hệ thống lọc có một lưới lọc với kích thước
khoảng vài micromet. Trong trường hợp này các tinh thể paraffin có thể làm bít các lỗ
của lưới lọc dẫn đến sai lệch về lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ đồng thời các
tinh thể paraffin này còn có thể gây những ảnh hưởng xấu cho bơm nhiên liệu.
Qua những phân tích ở trên cho thấy việc cần thiết phải có những tiêu chuẩn để
đảm bảo cho nhiên liệu Diesel có khả năng làm việc được ở nhiệt độ thấp.
Trong thực tế, để đặc trưng cho khả năng làm việc của nhiên liệu Diesel ở nhiệt
độ thấp người ta dùng ba khái niệm khác nhau, đó là: Nhiệt độ vẫn đục, Điểm đông
đặc (điểm chảy), Nhiệt độ lọc tới hạn.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 52
- Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Giá trị quy định cho các tiêu chuẩn này phụ thuộc vào từng Quốc gia, từng châu
lục và tuỳ thuộc theo mùa khác nhau và cuối cùng là tuỳ theo loại nhiên liệu Diesel.
2.4.5.1. Điểm vẫn đục
Điểm vẫn đục là nhiệt độ mà ở đó bắt đầu xuất hiện sự kết tinh của các phân tử
paraffin trong hỗn hợp của nó ở điều kiện thí nghiệm.
Việc xác định điển vẫn đục được tiến hành theo các tiêu chuẩn ISO 3015 hoặc
ASTM D2500, trước đây các kết quả quan sát bằng mắt, ngày này nhiều phòng thí
nghiệm đã trang bị các thiết bị bán tự động và kết quả không còn quan sát bằng mắt
nữa mà nó được đọc nhờ hai sợi cáp quang.
Giá trị của điểm vẫn đục thay đổi tuỳ theo Quốc gia hoặc khu vực nhưng thông
thường nó nằm trong khoảng 0 đến -15oC nó cũng có thể lên đến 14oC ở các nước
nóng nhưng cũng có thể xuống - 40oC ở các nước quá lạnh.
2.4.5.2. Điểm đông đặc hay điểm chảy
Điểm đông đặc là điểm mà giá trị của nó chính bằng giá trị của nhiệt độ cao
nhất mà ở đó nhiên liệu Diesel còn có thể chảy lỏng.
Giá trị của điểm đông đặc thay đổi tuỳ theo Quốc gia hoặc khu vực, khoảng
giao động của nó rất rộng từ + 4oC đến -39oC, nhưng thông thường nó nằm trong
khoảng từ - 18oC đến - 30oC.
Việc xác định điển đông đặc được tiến hành theo các tiêu chuẩn ISO 3016 hoặc
ASTM D97.
Trong thực tế thì việc xác định điểm đông đặc cũng tương tự như điểm vẫn đục,
ở đây người ta cho 40 ml nhiên liệu Diesel vào trong ống thuỷ tinh đậy nắp kín có gắn
nhiệt kế, trước hết đun nóng hỗn hợp đến 45oC sau đó làm lạnh với tốc độ xác định
cho đến nhiệt độ lớn hơn khoảng 9oC so với nhiệt độ điểm chảy dự đoán thì ta bắt đầu
thí nghiệm tức là đặt ống nghiệm sang trang thái nằm ngang, nếu nhiên liệu Diesel
trong ống nghiệm bị chảy thì tiếp tục làm lạnh xuống thêm 3oC nữa rồi lặp lại thao tác
trên cho đến khi nhiên liệu Diesel trong ống nghiệm không chảy khi đặt ông nghiệm
nằm ngang trong vòng 5 giây thì ta dùng thí nghiệm. Điểm đông đặc bằng giá trị của
nhiệt độ khi dừng thí nghiệm cộng thêm 3.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 53
- Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
2.4.5.3. Nhiệt độ lọc tới hạn
Hai tiêu chuẩn vừa nêu trên nhằm đánh giá độ linh động của nhiên liệu Diesel
khi đã có sự kết tinh với một lượng đáng kể tức là lượng tinh thể paraffin có thể đủ để
bít phim lọc làm tắt quá trình nạp liệu cho động cơ. Tuy nhiên trong thực tế khi nhiệt
độ giảm một mức độ nào đó mà các tinh thể paraffin chưa xuất hiện hoặc xuất hiện
chưa nhiều nhưng độ nhớt của nhiên liệu Diesel đã tăng lên một cách đáng kể, khi đó
nó sẻ làm giảm tính linh động của nhiên liệu nên nó có thể làm giảm lưu lượng của
nhiên liệu cung cấp cho động cơ, điều này sẻ có những ảnh hưởng xấu đến quá trình
hoạt động của nó. Vì vậy để đảm bảo cho động cơ Diesel làm việc tốt trong điều kiện
này thì người ta đưa ra tiêu chuẩn nhiệt độ lọc tới hạn. (TLF)
Nhiệt độ lọc tới hạn là nhiệt độ cao nhất mà ở đó một thể tích xác đinh của
nhiên liệu Diesel (20ml) không chảy qua được một hệ thống lọc có kích thước xác
định trong khoảng thời gian xác định (60 giây) ở điều kiện thí nghiệm (độ chân không
20mbar).
2.4.6. Hàm lượng lưu huỳnh
Như chúng ta đã biết lưu huỳnh trong dầu thô cũng như trong các sản phẩm của
nó tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau như: Lưu huỳnh dạng nguyên tố, H2S,
mercaptan, sulfua, disulfua, dị vòng . . . tuỳ theo dạng tồn tại của nó mà nó có thể gây
ăn mòn trực tiếp hay gián tiếp.
Nếu như trong nhiên liệu xăng lưu huỳnh tồn tại chủ yếu dưới dạng mercaptan
gây ăng mòn trực tiếp thì trong nhiên liệu Diesel dạng tồn tại này hầu như không còn
nữa mà chủ yếu dưới dạng sulfua, disulfua hay dị vòng 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
nhỏ lọt qua các xecmăng để vào trong carter chứa dầu và khi nhiệt độ trong carter này
xuống thấp thì chúng kết hợp với hơi nước để tạo ra các axit tương ứng gây ăn mòn
các bề mặt chi tiết khi dầu được bơm trở lại các bề mặt bôi trơn.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 54
- Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Trong các động cơ hiện đại ngày nay, nhằm làm giảm hàm lượng các chất gây ô
nhiễm cho môi trường trong khói thải thì động cơ được trang bị bộ xúc tác để chuyển
các chất độc hại thành các chất không hoặc kém độc hại hơn. Khi có mặt các khí SOx
trong dòng khí thải nó sẻ làm giảm hoạt tính, ngộ độc xúc tác và ảnh hưởng đến nhiệt
độ làm việc của bộ xác tác. Sự ảnh hưởng này được thể hiện trên đồ thị sau:
% HC được
chuyển hoá
60
0 %S
0,15%
S
40
0,05%
S
20
18 20 22 24
16
0 ∆θ = 25
oC
0 0 0
0 (0C)
Nhiệt độ khí vào bộ xúc tác
Ngoài ra, khi hàm lượng lưu huỳnh tăng thì nó sẻ làm giảm nhiệt cháy của
nhiên liệu Diesel vì vậy nó sẻ làm tăng hàm lượng các hydrocacbon chưa cháy, bồ
hóng, muội than trong sản vật cháy do đó càng làm mài mòn máy móc. Thực nghiệm
cho thấy :
-Hàm lượng lưu huỳnh khoảng 0,06% khối lượng nhiên liệu thì lượng muội
than sinh ra trên secmăng và piston là 2,1%.
-Hàm lượng lưu huỳnh khoảng 0,85% khối lượng nhiên liệu thì lượng muội
than sinh ra trên secmăng và piston là 5,8%.
-Hàm lượng lưu huỳnh khoảng 2,9% khối lượng nhiên liệu thì lượng muội than
sinh ra trên secmăng và piston là 12,2%.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 55
- Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
2.4.7. Độ ổn định oxy hoá
Nhiên liệu Diesel thương phẩm được phối trộn từ nhiều nguồn khác nhau trong
đó có nhiều nguồn thu được từ các quá trình chế biến sâu mà trong thành phần của nó
có chứa nhiều hợp chất kém bền như olefin, diolefin, aromatic . . .
Trong quá trình chế biến, vận chuyển, bảo quản cũng như trong quá trình nạp
liệu cho động cơ thì nhiên liệu luôn tiếp xúc với các tác nhân gây oxy hoá như oxy,
nhiệt độ và cả sự có mặt của xúc tác thì nhiên liệu sẻ bị biến đổi để tạo ra các hợp chất
như nhựa, cặn . . . đây là các hợp chất có hại của nhiên liệu vì nó có thể gây ăn mòn,
gây tắt nghẽn phim lọc . . . vì vậy cần thiết nhiên liệu Diesel phải đảm bảo được tiêu
chuẩn này.
2.4.8. Độ ăn mòn tấm đồng
Mặc dù phần lớn các thành phần chứa lưu huỳnh đã được loại ra khỏi nhiên liệu
trong quá trình chế biến nhưng việc loại ra toàn bộ là không khó thực hiện về mặt công
nghệ và không kinh tế. Mặc dù phần còn lại trong sản phẩm là không nhiều nhưng sự
tồn tại của nó cùng với sự tồn tại của các hợp chất hữu cơ chứa oxy cũng có thể gây ra
sự ăn mòn mạnh đối với các bộ phận của động cơ. Vì vậy, hàm lượng của các hợp chất
này trong nhiên liệu Diesel cũng cần phải nằm trong một giới hạn nhất định. Giới hạn
này được biểu diễn qua phép thử tính chất ăn mòn tấm đồng.
Tiêu chuẩn việt Nam về độ ăn mòn tấm đồng đối với nhiên liệu Diesel theo
phương pháp thử ASTM-D130 tối đa là mức N1.
2.4.9. Hàm lượng nước
Nước trong nhiên liệu cũng rất nguy hiểm cho động cơ vì chúng gây ăn mòn
mạnh và rỉ, gây trở ngại cho quá trình cháy. Trong quá trình chưng cất khí quyển, phân
đoạn gasoil trước khi được lấy ra luôn phải qua quá trình tripping bằng hơi nước, sau
đó nước đã được tách loại nhưng nó vẫn còn một giới hạn nhất định. Hơn nữa, trong
quá trình bảo quản do sự thở của các bể chứa nên một lượng nước từ hơi ẩm của
không khí sẻ đi vào trong nhiên liệu Diesel.
Hàm lượng nước trong nhiên liệu Diesel được xác định theo phương pháp đo
ASTM-D95.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 56
- Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
2.4.10. Màu sắc
Tuy rằng đây không phải là một chỉ tiêu thực sự về chất lượng sản phẩm nhưng
đối với nhiên liệu Diesel khi có màu sắc nằm ngoài phạm vi màu qui định thì có thể
cho biết đó có thể là, sự biến chất của nhiên liệu, quá trình tạo nhựa . . .
Tiêu chuẩn Việt Nam (phương pháp đo ASTM-D1500 theo thiết bị chuẩn của
hãng Saybolt Universal) thì màu tối đa của nhiên liệu Diesel là mức N2 [6].
2.4.11. Phụ gia dùng cho nhiên liệu Diesel
Như đã được nhắc nhiều lần trong các phần trước thì trong nhà máy lọc dầu
nhiên liệu Diesel luôn được phối trộn từ nhiều nguồn khác nhau, trong đó có những
nguồn có chất lượng tốt nhưng cũng có những nguồn có chất lượng thấp.
Để bảo đảm các tiêu chuẩn cho nhiên liệu Diesel thương phẩm thì bắt buộc phải
có những phân xưởng xử lý. Sự vận hành của phân xưởng này thường tốn kém hơn
nữa sau quá trình xử lý thì hiệu suất thu hồi sản phẩm sẻ giảm xuống, như vậy sẻ
không kinh tế. Trong thực tế ở các nhà máy lọc dầu thì người ta thường xử lý một
phần rồi dùng thêm các loại phụ gia khác nhau để nâng cao các tính chất cần thiết.
Có nhiều loại phụ gia khác nhau được dùng như: Phụ gia chống oxy hoá, phụ
gia cải thiện các tính chất ở nhiệt độ thấp, phụ gia tẩy rữa . . .
ThS. Trương Hữu Trì Trang 57
- Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Chương III
NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG PHẢN LỰC
3.1. Giới thiệu chung về động cơ phản lực và nhiên liệu của nó
3.1.1. Sơ lược về lịch sử phát triển của động cơ phản lực và nhiên liệu của nó
Nhiên liệu cho động cơ phản lực là một loại nhiên liệu được sử dụng cho các
động cơ trên máy bay phản lực, loại động cơ này làm việc trong điều kiện rất đặc biệt
(nhiệt độ và áp suất môi trường thấp, ở độ cao lớn). Vì vậy nhiên liệu cho nó đòi hỏi
một sự khắt khe nhất trong tất cả các loại phương tiện giao thông.
Lịch sử chiếc máy bay có thể tính bắt đầu vào ngày 09/09/1890 khi Clement
Ader cho thử nghiệm thành công loại thiết bị có thể bay trên mặt đất, chiều dài mỗi
chuyến bay khoảng 50 m. Clement Ader đặt tên cho nó là "máy bay".
Ngày 17 tháng 12 năm 1903 người ta đã sản xuất được loại máy bay trang bị
động cơ piston với công suất 16 sức ngựa có hai cánh quạt, nhưng bước ngoặc trong
ngành hàng không phải đợi đến ngày 15 tháng 9 năm 1904 và ngày 20 tháng 9 năm
1904 người ta mới thực hiện được một hành trình trọn vẹn.
Động cơ piston cho ngành hành không đã phát triển mạnh mẻ từ năm 1910 đến
1930 và đã đạt được những thành công nhất định dưới gốc độ hiệu suất, nhưng nó bị
hiện tượng kích nổ của nhiên liệu không chế do đó ở đây người ta cũng sử dụng khái
niệm chỉ số octan như trong nhiên liệu của động cơ xăng.
Năm 1911 một kỹ sư người Pháp tên la René Lorin đã thiết kế động cơ phản
lực đầu tiên nhưng trên hoả tiễn sau đó nó đã được phát triễn bởi René Leduc năm
1937, những thành công trong lĩnh vực này đã cho phép chế tạo được loại động cơ
phản lực thẳng và chuyến bay đầu tiên của nó được thực hiên vào ngày 21/04/1949 ở
Pháp. Sau những thành công này người ta đã chế tạo được các loại động cơ phản lực
kiểu turbine. Sự thành công của loại này diễn ra trong thời chiến tranh thế giới thứ hai
từ năm 1939 đến 1944 với vận tốc cực đại đạt được đã trải qua từ 300 km/h đến 700
km/h.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 58
- Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Ngày 2 tháng 5 năm 1952 người Anh đã thực hiện được chuyến bay dân dụng
đầu tiên bằng máy bay phản lực để đánh dấu một kỷ nguyên mới cho loại động cơ này
đồng thời loại bỏ hoàn toàn loại máy bay trang bị động cơ piston.
Những thành công trong lĩnh vực này tiếp tục được phát triển, nâng cao và được
áp dụng rộng rãi cho đến những năm 1970 và được đánh dấu bằng sự ra đời của chiếc
máy bay dân dụng Concorde do người Anh và Pháp hợp tác sản xuất.
Ngày nay với hơn khoảng 15000 chiếc máy bay dân dụng tồn tại trên toàn thế
giới nó tiêu thụ khoảng 700 000 tấn nhiên liệu.
Như vậy thế hệ đầu tiên của máy bay là loại trang bị động cơ piston nhiên liệu
dùng cho nó được gọi là xăng máy bay. Những thế hệ máy bay tiếp theo được trang bị
động cơ phản lực như động cơ phản lực kiểu thẳng, cánh quạt, turbine. Ngày nay hai
loại cuối cùng này dược sử dụng phổ biến nhất.
Ở trong phần này ta chỉ nghiên cứu nhiên liệu dùng cho hai loại cuối cùng này,
loại này dược gọi chung là nhiên liệu cho động cơ phản lực.
3.1.2. Phân loại nhiên liệu dùng cho động cơ phản lực
Động cơ phản lực đã trãi qua nhiều thế hệ khác nhau từ khi xuất hiện, do đó
nhiên liệu của nó cũng phải thay đổi theo để đáp ứng được các yêu cầu mới. Hơn nữa
sự khác nhau này còn phụ thuộc vào mục đích sử dụng là quân sự hay dân dụng mà
yêu cầu về nhiên liệu cũng có những khác nhau nhất định. Trong thực tế thì nhiên liệu
dùng cho động cơ phản lực gần như giống nhau nhưng chúng được ký hiệu khác nhau
ở Hoa Kỳ và các vùng còn lại.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 59
- Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Sự phân loại của khối OTAN
Dạng nhiên liệu Phụ gia Ký hiệu Sử dụng Sử dụng cho mục
chống đông của cho dân dích quân sự
OTAN dụng theo
tiêu chuẩn
ASTM
D1655
JP-8,
Kerosen Có F-34 TRO,
AVTUR (TRO/ni*,
Không F-35 Jet A1
AVTUR)
Kerosen có điểm chớt Có F-44
TR5, JP-5
cháy cao Không F-43
(TR5/ni*)
Loại phân đoạn rộng Có F-40
TR4, JP-4
Không F-45 Jet B
(TR4/ni*)
Loại có độ ổn định
nhiệt cao
Có
TS, JP-7
Loại có nhiệt năng thể Có RJ-6, JP-9, JP-10
tích cao Không RJ-4, RJ-5
3.1.3. Nhiên liệu cho động cơ phản lực
Như cách phân loại trên thì nhiên liệu cho động cơ phản lực có thể được chia
thành ba dạng chính: Dạng Kerosen, dạng Kerosen với điểm chớt cháy cao và dạng
phân đoạn rộng.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 60
nguon tai.lieu . vn
