BỘ CÔng thưƠng trưỜng cao đẲng công nghiệp tuy hòA
tải về 0.81 Mb.
|
- Điều hướng trang này:
- Ứng dụng của phân đoạn Gasoil nhẹ
- Phân đoạn Gasoil nặng (Phân đoạn dầu nhờn)
- Thành phần hóa học
- Ứng dụng của phân đoạn để sản xuất dầu nhờn
- Ứng dụng của phân đoạn để sản xuất sản phẩm trắng
Phân đoạn Gasoil nhẹGasoil nhẹ, còn gọi là phân đoạn dầu điêzen, có khoảng nhiệt độ sôi từ 250 đến 3500C, chứa các hydrocacbon từ C16 đến C21.
Phần lớn trong phân đoạn này là các n-parafin, izo-parafin còn hydrocacbon thơm rất ít. Hàm lượng các chất chứa S, N, O tăng nhanh. Lưu huỳnh chủ yếu ở dạng disunfua, dị vòng. Các chất chứa oxy (ở dạng axit naphtenic) có nhiều và đạt cực đại ở phân đoạn này. Ngoài ra còn có các chất dạng phenol như dimetylphenol. Trong gasoil đã xuất hiện nhựa, song còn ít, trọng lượng phân tử của nhựa còn thấp (300 đến 400 đ.v.C).
Phân đoạn Gasoil của dầu mỏ chủ yếu được sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ điêzen
1 - Thanh truyền; 2 - Xylanh; 3 - Piston; 4,7 - Vòi phun nhiên liệu 5 - Van nạp không khí; 6 - Van thải sản phẩm; 8 - Điểm chết trên 9 - Điểm chết dưới
Động cơ xăng có tỷ số nén thấp hơn so với động cơ điêzen. Với động cơ xăng, tỷ lệ đó là từ 7/1 đến 11/1, còn động cơ điêzen là từ 14/1 đến 17/1, vì vậy động cơ điêzen có công suất lớn hơn động cơ xăng trong khi tiêu hao cùng một lượng nhiên liệu. Nguyên lý làm việc: Khi piston đi từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới, van nạp mở ra, không khí được hút vào xy lanh; sau đó van nạp đóng lại, piston lại đi từ điểm chết dưới lên điểm chết trên, thực hiện quá trình nén không khí. Do bị nén, áp suất tăng, dẫn đến nhiệt độ tăng có thể tới 500 đến 7000C. Khi piston lên đến gần điểm chết trên nhiên liệu được phun vào xy lanh (nhờ bơm cao áp) dưới dạng sương, khi gặp không khí ở nhiệt cao sẽ tự bốc cháy. Khi cháy áp suất tăng mạnh đẩy piston từ vị trí điểm chết trên xuống điểm chết dưới thực hiện quá trình dãn nở sinh công có ích và được truyền qua hệ thống thanh truyền làm chạy máy. Piston sau đó lại đi từ điểm chết dưới lên điểm chết trên để thải sản phẩm cháy ra ngoài qua một van thải và tiếp tục thực hiện chu kỳ mới.
Nhiên liệu sau khi phun vào xylanh không tự cháy ngay mà phải có một thời gian để oxy hóa sâu các hydrocacbon trong nhiên liệu, tạo hợp chất chứa oxy trung gian, có khả năng tự bốc cháy. Khoảng thời gian đó gọi là thời gian cảm ứng hay thời gian cháy trễ. Thời gian cảm ứng càng ngắn càng tốt, lúc đó nhiên liệu sẽ cháy điều hòa. Như vậy, để có thời gian cháy trễ ngắn thì trong nhiên liệu phải có nhiều các chất n – parafin, vì các cấu tử này dễ bị oxy hóa, tức là dễ tự bốc cháy, còn các izo – parafin và các hợp chất hydrocacbon thơm rất khó bị oxy hóa nên thời gian cháy trễ dài, khả năng tự bốc cháy kém. Có thể sắp xếp thứ tự theo chiều giảm khả năng oxy hóa (tức là thời gian cảm ứng) của các hydrocacbon như sau: n – parafin < naphten < n – olefin < izo – naphten < izo – parafin
Để đặc trưng cho khả năng tự bốc cháy của nhiên liệu điêzen, người ta sử dụng đại lượng trị số xetan. Trị số xetan là đơn vị đo quy ước, đặc trưng cho khả năng tự bốc lửa của nhiên liệu điêzen, là một số nguyên, có giá trị đúng bằng giá trị của hỗn hợp chuẩn có cùng khả năng tự bắt cháy. Hỗn hợp chuẩn này gồm hai hydrocacbon: n – xetan (C16H34) quy định là 100, có khả năng tự bốc cháy tốt và - metyl naphtalen (C11H10) quy định là 0, có khả năng tự bốc cháy kém. Các hydrocacbon khác nhau đều có trị số xetan khác nhau: mạch thẳng càng dài, trị số xetan càng cao, ngược lại, hydrocacbon thơm nhiều vòng, trị số xetan thấp. Nếu trị số xetan quá cao sẽ không cần thiết vì gây lãng phí nhiên liệu, một số thành phần nhiên liệu trước khi cháy, ở nhiệt độ cao trong xylanh bị thiếu oxy nên phân hủy thành cacbon tự do, tạo thành muội. Nếu trị số xetan thấp sẽ xảy ra quá trình cháy kích nổ do: trong nhiên liệu có nhiều thành phần khó bị oxy hóa, khi lượng nhiên liệu phun vào trong xylanh quá nhiều mới xảy ra quá trình tự cháy, dẫn đến cháy cùng một lúc, gây tỏa nhiệt mạnh, áp suất tăng mạnh, động cơ run giật, …gọi là cháy kích nổ. Để tăng trị số xetan có thể thêm vào nhiên liệu các phụ gia thúc đẩy quá trình oxy hóa như: izo – propylnitrat, n – butylnitrat, amylnitrat…với lượng khoảng 1,5% thể tích, chất phụ gia có thể làm tăng trị số xetan lên 15 đến 20 đơn vị.
Với khoảng sôi từ 350 đến 5000C, phân đoạn này bao gồm các hydrocacbon từ C21 đến C35 hoặc có thể lên tới C40.
Do có phân tử lượng lớn, thành phần hóa học của phân đoạn dầu nhờn rất phức tạp: Các n - parafin và izo - parafin ít, naphten và thơm nhiều. Dạng cấu trúc hỗn hợp tăng. Hàm lượng các hợp chất của S, N, O tăng mạnh: hơn 50% lượng lưu huỳnh có trong dầu mỏ tập trung ở phân đoạn này, gồm các dạng như disulfua, thiophen, sulfua vòng… Các chất Nitơ thường ở dạng đồng đẳng của pyridin, pyrol và cacbazol. Các hợp chất oxy ở dạng axit. Các kim loại nặng như V, Ni, Cu, Pd…Các chất nhựa, asphanten đều có mặt trong phân đoạn. Thông thường người ta tách phân đoạn dầu nhờn bằng cách chưng cất chân không phần cặn dầu mỏ, để tránh phân hủy các chất ở nhiệt độ cao.
Mục đích cơ bản của dầu nhờn bôi trơn giữa các bề mặt tiếp xúc của các chi tiết chuyển động nhằm giảm ma sát. Máy móc sẽ mòn ngay nếu không có dầu bôi trơn. Nếu chọn đúng dầu bôi trơn thì hệ số ma sát giảm từ 100 đến 1000 lần so với ma sát khô. Khi cho dầu vào máy với một lớp đủ dày, dầu sẽ xen kẽ giữa hai bề mặt. Khi chuyển động, chỉ có các phần tử dầu nhờn trượt lên nhau. Do đó máy móc làm việc nhẹ nhàng, ít bị mòn, giảm được công tiêu hao vô ích.
Khi ma sát, kim loại nóng lên, như vậy một lượng nhiệt đã sinh ra trong quá trình đó. Lượng nhiệt lớn hay nhỏ phụ thuộc vào hệ số ma sát, tải trọng, tốc độ. tốc độ càng lớn thì lượng nhiệt sinh ra càng nhiều, kim loại sẽ bị nóng làm máy móc làm việc mất chính xác. Nhờ trạng thái lỏng dầu chảy qua các bề mặt ma sát đem theo một phần nhiệt truyền ra ngoài, làm cho máy móc làm việc tốt hơn.
Khi làm việc, bề mặt ma sát sinh ra mùn kim loại, những hạt rắn này sẽ làm cho bề mặt công tác bị xước, hỏng. ngoài ra có thể có cát, bụi, tạp chất ở ngoài rơi vào bề mặt ma sát. Nhờ dầu nhờn lưu chuyển qua các bề mặt ma sát, cuốn theo các tạp chất đưa ra cacte dầu và được lắng lọc đi.
Trong các động cơ có nhiều chi tiết truyền động cần phải làm kín và chính xác như piston – xylanh, nhờ khả năng bám dính tạo màng, dầu nhờn có thể góp phần làm kín các khe hở, không cho hơi bị rò rỉ, đảm bảo cho máy làm việc bình thường.
Bề mặt máy móc, động cơ khi làm việc thường tiếp xúc với không khí, hơi nước, khí thải…làm cho kim loại bị ăn mòn, hư hỏng. nhờ dầu nhờn có thể làm thành màng mỏng phủ kín lên bề mặt kim loại nên ngăn cách được với các yếu tố trên, vì vậy kim loại được bảo vệ.
Theo ý nghĩa sử dụng, dầu nhờn có 2 loại chính, đó là: Dầu nhờn sử dụng cho mục đích bôi trơn (gọi là dầu động cơ) Dầu nhờn không sử dụng cho mục đích bôi trơn (dầu công nghiệp) Trong thực tế, dầu động cơ chiếm một tỷ lệ khá lớn trong công nghiệp sản xuất dầu bôi trơn nói chung (khoảng 40%) và được sử dụng phổ biến.
Độ nhớt của một số phân đoạn dầu nhờn là một đại lượng vật lý đặc trưng cho trở lực do ma sát nội tại của nó sinh ra khi chuyển động. Do vậy độ nhớt có liên quan đến khả năng bôi trơn của dầu nhờn. Để thực hiện nhiệm vụ bôi trơn, dầu nhờn phải có độ nhớt thích hợp, phải bám chắc lên bề mặt kim loại và không bị đẩy ra ngoài, nghĩa là nó phải có ma sát nội tại nhỏ. Độ nhớt của dầu nhờn phụ thuộc chủ yếu vào thành phần hóa học. Các hydrocacbon parafinic có độ nhớt thấp hơn so với các loại khác. chiều dài và độ phân nhánh của mạch hydrocacbon càng lớn, độ nhớt sẽ tăng lên. Các hydrocacbon thơm và naphten có độ nhớt cao. Đặc biệt số vòng càng nhiều thị độ nhớt càng lớn. Các hydrocacbon hỗn hợp giữa thơm và naphten có độ nhớt cao nhất. Độ nhớt của dầu nhờn thường được đo bằng poazơ (P), centipoazơ (cP), hoặc stốc (St), centistốc (cSt).
Một đặc tính cơ bản nữa của dầu nhờn đó là sự thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ. Thông thường, khi nhiệt tăng, độ nhớt sẽ giảm. Dầu nhờn được xem là dầu bôi trơn tốt khi độ nhớt của nó ít bị thay đổi theo nhiệt độ, ta nói rằng dầu đó có chỉ số độ nhớt cao. ngược lại nếu độ nhớt thay đổi nhiều theo nhiệt độ, có nghĩa là dầu có chỉ số độ nhớt thấp. Ta có thể xác định chỉ số độ nhớt VI theo toán đồ ở hình 4.4. Cách xác định như sau: Đặt thước nối 2 điểm giá trị độ nhớt ở 400C và 1000C, điểm cắt sẽ là giá trị chỉ số độ nhớt VI cần tìm.
Hình 4.4. Toán đồ để xác định chỉ số độ nhớt VI
Để thực hiện được chức năng bôi trơn tốt, dầu nhờn phải có độ nhớt khá cao để duy trì được màng dầu liên tục, mặt khác chỉ số độ nhớt phải cao để khi máy móc làm việc ở nhiệt độ thường, cũng như ở nhiệt độ cao độ nhớt đó ít bị thay đổi (có nghĩa là dầu phải có chỉ số độ nhớt cao). Để đạt được mục đích trên, nguyên liệu tốt nhất để sản xuất dầu nhờn gốc là:
Sau khi có dầu nhờn gốc, để sản xuất dầu nhờn thương phẩm, người ta phải pha thêm các phụ gia nhằm mục đích tăng cường các tính chất sẵn có, hoặc tạo ra những khả năng mà trong dầu nhờn gốc chưa có. Phụ gia để pha chế dầu bôi trơn phải đáp ứng được các yêu cầu: tan trong dầu gốc, ổn định hóa học, không độc hại, có tính tương hợp, độ bay hơi thấp và không phản ứng hóa học với nhau. Các loại phụ gia thường là:
Các sản phẩm trắng là tên gọi của ba loại nhiên liệu: Xăng, kerosen, điêzen. Đó là các loại nhiên liệu được sử dụng nhiều nhất, quan trọng nhất. Để làm tăng số lượng các nhiện liệu này, có thể tiến hành phân hủy gasoil nặng bằng phương pháp crăking hoặc hydrocrăking. Với cách này, có thể biến các cấu tử C21 đến C40 thành xăng (C5 đến C11), kerosen (C11 đến C16), điêzen (C16 đến C20), như vậy, nâng cao hiệu suất sử dụng của dầu mỏ.
|
