BỘ CÔng thưƠng trưỜng cao đẲng công nghiệp tuy hòA
tải về 0.81 Mb.
|
- Điều hướng trang này:
- Các chất nhựa và asphanten
- CHƯƠNG 2 TÍNH CHẤT VẬT LÝ ĐẶC TRƯNG CỦA DẦU THÔ VÀ
- Đường cong điểm sôi thực
- Nhiệt độ đông đặc, điểm đông đặc và điểm kết tinh
- Hàm lượng nước trong phân đoạn dầu mỏ
Các chất chứa nitơCác chất chứa nitơ thường có rất ít trong dầu mỏ (0,01 đến 1% trọng lượng), chúng nằm trong phân đoạn có nhiệt độ sôi cao, thường có 1, 2 hoặc 3 nguyên tử Nitơ. Những hợp chất có một nguyên tử nitơ thường có tính bazơ và là loại chính. Một số ví dụ về các hợp chất chứa một nitơ như sau: 
Các chất chứa oxyCác chất chứa oxy trong dầu mỏ thường tốn tại dưới dạng axit, xeton, phenol, ete, este…trong đó các axit và phenol là quan trọng hơn cả, chúng thường nằm ở nhiệt độ sôi trung bình và cao. Các phenol thường gặp là: 
Các kim loại nặngHàm lượng các kim loại có trong dầu thường không nhiều (vài phần triệu). Chúng có trong cấu trúc của các phức kim loại, chủ yếu là phức của hai nguyên tố V và Ni. Ngoài ra còn có một lượng rất nhỏ các nguyên tố khác như Fe, Cu, Zn, Ti… Hàm lượng kim loại nặng nhiều sẽ ảnh hưởng đến quá trình chế biến xúc tác, chúng sẽ làm ngộ độc xúc tác. Vì vậy, đối với quá trình crăcking và reforming, yêu cầu hàm lượng này không được quá 5 đến 10 ppm. Các chất nhựa và asphantenNhựa và asphanten là những chất chứa đồng thời các nguyên tố C, H, O, S, N; có phân tử lượng rất lớn (500 – 600 đvC trở lên). Nhìn bề ngoài chúng đều có màu sẩm, nặng hơn nước, và không tan trong nước. Chúng đều có cấu trúc hệ vòng thơm ngưng tụ cao, thường tập trung nhiều ở phần nặng, nhất là trong cặn dầu mỏ. Tuy nhiên cũng có thể phân biệt được nhựa và asphanten theo các đặc điểm sau đây:
Các chất nhựa và asphanten thường có nhiều ở phần nặng, đặc biệt là phần cặn sau khi chưng cất, chúng đều làm xấu đi chất lượng của dầu mỏ. Sự có mặt của chúng trong nhiên liệu sẽ làm cho sản phẩm bị sẩm màu, khi cháy không hết sẽ tạo cặn, đầu độc xúc tác. Tuy nhiên, dầu mỏ nào chứa nhiều nhựa và asphanten sẽ là nguồn nguyên liệu tốt để sản xuất nhựa đường NướcTrong dầu mỏ, bao giờ cũng có lẫn một lượng nước nhất định, chúng tồn tại ở dạng nhũ tương. Các nguyên nhân dẫn đến sự có mặt của nước trong dầu mỏ, đó là: nước có từ khi thành nên dầu khí do sự lún chìm của các vật liệu hữu cơ dưới đáy biển và nước từ khí quyển ngấm vào các mỏ dầu. Nước trong dầu mỏ chứa một lượng rất lớn các muối khoáng. Các cation và anion thường gặp là: Na+, Ca2+, Mg2+, HCO3-, SO42-…Ngoài ra còn một số oxit không phân ly ở dạng keo như: Al2O3, Fe2O3, SiO2. Khi khai thác dầu, để lắng, nước sẽ tách ra khỏi dầu. Trong trường hợp nước tạo thành hệ nhũ tương bền vững, lúc đó muốn tách nước phải dùng phụ gia phá nhũ. Cần chú ý một số muối khoáng trong nước bị thủy phân tạo ra axit, gây ăn mòn thiết bị theo phản ứng: MgCl2 + 2H2O MgCl2 + 2H2O CHƯƠNG 2TÍNH CHẤT VẬT LÝ ĐẶC TRƯNG CỦA DẦU THÔ VÀPHÂN LOẠI DẦU MỎ
Thành phần cất là một trong những chỉ tiêu quan trọng cần phải xác định đối với các sản phẩm trắng như xăng, kerosen, điêzen. Theo thành phần cất phân đoạn có thể biết được các loại sản phẩm thu và khối luợng của chúng. Các phân đoạn dầu bao giờ cũng gồm rất nhiều các đơn chất khác nhau với nhiệt độ sôi thay đổi. Do vậy đặc trưng cho tính chất bay hơi của một số phân đoạn là nhiệt độ sôi đầu và nhiệt độ sôi cuối. Quá trình chưng cất được thực hiện trong bộ chưng cất tiêu chuẩn Engler. Cho 100 ml mẫu vào bình. Gia nhiệt nhiệt từ từ, tốc độ thông thường từ 4 đến 5 ml sản phẩm trong 1 phút. Khi có giọt lỏng đầu tiên rớt xuống bình hứng thì nhiệt độ sôi lúc đó là nhiệt độ sôi đầu, tiếp đó ghi lại nhiệt độ sôi ứng với 10, 20, 30…, 90% thể tích. Đến khi nào cột thủy ngân trong nhiệt kế từ cực đại tụt xuống đột ngột thì đó là nhiệt độ sôi cuối. Từ các giá trị đó, ta dựng đồ thị phụ thuộc giữa % sản phẩm chưng cất được và nhiệt độ sôi gọi là đường cong chưng cất. Mỗi một loại nhiên liệu, được đặc trưng bởi thành phần chưng cất nhất định. Nhưng nhìn chung, nếu cùng là xăng, hoặc cùng là kerosen thì yêu cầu về khoảng nhiệt độ sôi gần như nhau. Thành phần cất phần đoạn xăng động cơ có ý nghĩa rất quan trọng. Nhiệt độ sôi từ 10 đến 30% có ý nghĩa quyết định khả năng khởi động của động cơ. Khoảng nhiệt độ đó càng thấp động cơ càng dễ khởi động khi máy nguội. Tuy nhiên thấp quá, dễ tạo nút hơi trong hệ thống cấp nhiên liệu gây hao tổn nhiên liệu. Nên nhiệt độ sôi 10% không vuợt quá 700C. Nhiệt độ cất 50% có ý nghĩa quyết định khả năng tăng tốc của động cơ và quá trình đốt nóng động cơ. Nếu nhiệt độ cất 50% quá cao khi thay đổi tốc độ, lượng nhiên liệu trong máy ít, công suất giảm điều khiển xe khó khăn. Do vậy nhiệt độ cất 50% (từ 40% đến 70%) càng thấp càng tốt vì dễ dàng tăng số vòng quay của động cơ lên mức tối đa trong thời gian ngắn nhất. Tuy vậy nếu quá thấp sẽ tạo nút hơi gây thất thoát nhiên liệu (vì vậy không nên vượt quá 1400C). Nhiệt độ cất 90% có ý nghĩa về mặt kinh tế, nếu nhiệt độ 90% cao, xăng không bốc hơi hoàn toàn trong buồng đốt. Xăng ở trạng thái lỏng theo xylanh vọt qua xecmăng vào cate chứa dầu, làm loãng dầu nhờn, làm giảm khả năng bôi trơn và mài mòn động cơ. Nhiệt độ cất cuối đánh giá mức độ bay hơi hoàn toàn và làm loãng dầu nhờn. Nếu nhiệt độ sôi cuối cao quá trì dầu nhờn sẽ bị rửa trôi trên thành xylanh, mài mòn piston, vì thế nhiệt độ sôi cuối không quá được 2050C.
Áp suất hơi bão hòa là một trong các tính chất vật lý quan trọng của các chất lỏng dễ bay hơi. Đây chính là áp suất hơi mà tại đó, thể hơi cân bằng với thể lỏng. Chất lỏng có áp suất hơi bão hòa càng lớn thì điều kiện bảo quản, tồn trữ và vận chuyển càng phải nghiêm ngặt, tuân thủ chặt chẽ các biện pháp an toàn phòng chống cháy nổ. Áp suất hơi bảo hòa Reid là áp suất tuyệt đối ở 1000F (37,80C) đặc trưng đặc trưng cho khả năng bay hơi của phân đoạn xăng. Đó là áp suất hơi bão hòa đo được ở điều kiện của bom Reid ở 37,80C. Đại lượng này càng lớn độ bay hơi càng cao. Áp suất hơi bão hòa được xác định trong dụng cụ tiêu chuẩn gọi là bơm Reid (hình 5.1). Cho xăng vào bình 2, nối thông với bình 1, rồi cho vào bình ổn nhiệt, sau khi ổn định nhiệt độ (37,80C) trong 15 phút thì mở vạn để nối toàn bộ hệ thống với áp kế thủy ngân. Độ chệnh lệch h sẽ cho biết áp suất hơi bão hòa của xăng cần đo. Độ bốc hơi của xăng càng cao, độ chênh h càng lớn. 
Tỷ trọng là tỷ số giữa trọng lượng riêng của một vật ở một nhiệt độ nhất định và trọng lượng riêng của một vật khác được chọn là chuẩn, xác định ở cùng vị trí. Đối với các loại sản phẩm dầu lỏng đều lấy nước cất ở nhiệt độ 40C và áp suất 760 mmHg làm chuẩn. Tỷ trọng của dầu mỏ, hoặc một phân đoạn dầu mỏ ở nhiệt độ t trên trọng lượng riêng của nước ở 40C, ta có thể ghi dt4. Để dễ so sánh, tỷ trọng được biểu thị ở cùng một nhiệt độ, phần lớn các nước đều lấy ở 200C (d204) hoặc 15,60C (tương ứng với 600F) so với nước ở cùng nhiệt độ. Ở một số nước điển hình là Mỹ còn biểu thị tỷ trọng bằng độ 0API. Công thức chuyển đổi tỷ trọng sang độ 0API như sau:
Tỷ trọng của sản phẩm dầu mỏ thay đổi rất nhiều khi nhiệt độ thay đổi, nhưng không phụ thuộc vào áp suất. Tuy nhiên nếu áp suất cao thì có ảnh hưởng chút ít. Có thể xác định tỷ trọng bằng phương pháp như: dùng phù kế, cân thủy tĩnh, picnomet. Phương pháp picnomet là phổ biến nhất, dùng cho bất kể loại chất lỏng nào. Phương pháp này dựa trên sự so sánh trọng lượng của dầu với nước cất trong cùng thể tích và cùng nhiệt độ.
Độ nhớt là tính chất của một chất lỏng, được xem là ma sát nội của chất lỏng và cản trở sự chảy của chất lỏng. nguyên nhân có độ nhớt là do ái lực cơ học giữa các hạt cấu tạo nên chất lỏng. Độ nhớt của dầu mỏ có liên quan đếnquá trình bơm vận chuyển, sự bôi trơn, sự phun nhiên liệu trong các động cơ. Độ nhớt phụ thuộc vào nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng độ nhớt giảm. Độ nhớt động lực (hoặc ): Độ nhớt động lực biểu thị cho các chất lỏng dòng không có gia tốc, được tính bằng công thức: = C
Trong đó: là thời gian chảy của chất lỏng C là hằng số nhớt kế, không phụ thuộc vào nhiệt độ mà chỉ phụ thuộc vào kích thước hình học của nhớt kế. Nếu độ nhớt lớn phải dùng nhớt kế có đường kính mao quản lớn; còn độ nhớt của chất lỏng cần đo nhỏ, thì dùng nhớt kế có đường kính mao quản nhỏ; sao cho thời gian chảy của chất lỏng không quá 200 giây. Độ nhớt động lực được tính bằng poazơ (P) hay centipoazơ (cP). 1 P = 100 cP = 0,1 N.s/ m2 = 1 dyn.s/ cm2 = 1 g/cm.s Độ nhớt động học ():Động nhớt động học là tỷ số giữa độ nhớt động lực học và tỷ trọng nó (cả hai đều xác định ở cùng nhiệt độ và áp suất): 
Trong đó: là độ nhớt động học, tính bằng stôc (St) hoặc centistôc (cSt) là độ nhớt động lực d là trọng lượng riêng, g/cm3 1 St = 1 cm2/s = 100 cSt Xác định độ nhớt động học bằng cách đo thời gian chảy của dầu qua nhớt kế mao quản Pinkêvic. Độ nhớt quy ước (độ nhớt Engler): Độ nhớt quy ước hay độ nhớt biểu kiến, còn gọi là độ nhớt Engler là tỷ số giữa thời gian chảy của 200 ml mẫu ở nhiệt độ thí nghiệm và 200 ml nước cất ở 200C qua ống nhỏ trong dụng cụ đo độ nhớt:
Trong đó: t là thời gian chảy của mẫu ở nhiệt độ t 0 là thời gian chảy của nước ở 200C
Để xác định thành phần phân đoạn của dầu mỏ, thường tiến hành chưng cất trong bộ chưng cất tiêu chuẩn với các điều kiện quy định chặt chẽ, gọi là chưng phức tạp (vừa chưng vừa luyện). Quá trình chưng cất nhưng vậy sẽ cho độ phân chia cao. Sau đó dựng đồ thị quan hệ nhiệt độ sôi - phần trăm sản phẩm chưng cất so với dầu thô (% thể tích hoặc trọng lượng). Đồ thị này gọi là đường cong điểm sôi thực. Từ kết quả thu được xác định điểm sôi thực, có thể xác định thành phần các phân đoạn của dầu mỏ có nhiệt độ sôi đến 2000C, 3000C …đến 4850C (hình 2.2).
Nói chung, đường cong điểm sôi thực là một đường cong quan trọng nhất của dầu mỏ. Nó cho phép đánh giá được thành phần của các phân đoạn có nhiệt độ sôi khác nhau. Ngoài ra còn giúp các nhà công nghệ xác định phương án chế biến để đạt yêu cầu về chất lượng và số lượng các phân đoạn mong muốn.
Điểm anilin là nhiệt độ thấp nhất trong điều kiện xác định, anilin là sản phẩm tương ứng hòa tan vào nhau để tạo thành một hỗn hợp đồng nhất. Khi thành phấn hóa học khác nhau thì giá trị của điểm anilin khác nhau. Hydrocacbon thơm có điểm anilin thấp hơn so với các loại hydrocacbon khác rất nhiều (vì hydrocacbon dễ dàng tan trong anilin hơn). Trong cùng một loại hydrocacbon thì điểm anilin tăng lên theo trọng lượng phân tử. Điểm anilin thông thường được xác định qua phương pháp thể tích bằng nhau giữa anilin và sản phẩm. Anilin dùng để xác định phải không có màu, vừa mới chưng cất. Chỉ dùng phần chưng cất trong khoảng 10 đến 90%. Phương pháp điểm anilin thường được sử dụng để xác định thành phần các hydrocacbon thơm có trong phân đoạn. hàm lượng hydrocacbon thơm càng lớn, điểm anilin càng thấp.
Nhiệt độ chớp cháy là nhiệt độ tại đó, khi phân đoạn dầu mỏ được đốt nóng, hơi hydrocacbon sẽ thoát ra tạo với không khí xung quanh một hỗn hợp mà nếu đưa ngọn lửa đến gần chúng sẽ bùng cháy rồi phụt tắt như là một tia chớp. Như vậy nhiệt độ chớp cháy liên quan đến hàm lượng các sản phẩm nhẹ trong phân đoạn. Dầu càng có nhiều cấu tử nhẹ, nhiệt độ chớp cháy càng thấp.
Có hai phương pháp để xác định nhiệt độ chớp cháy: Phương pháp cốc kín và phương pháp cốc hở. Phương pháp cốc kín thường áp dụng đối với đối với các sản phẩm dễ bay hơi như kerosen, kể cả diesen. Phương pháp cốc hở thường áp dụng đối với các sản phẩm không bay hơi như dầu nhờn. Phương pháp cốc kín bao giờ cũng cho nhiệt độ chớp cháy thấp hơn so với phương pháp cốc hở. Xác định nhiệt độ chớp cháy có ý nghĩa rất quan trọng trong việc tồn chứa và bảo quản nhiên liệu. Nếu nhiệt độ chớp cháy của nhiện liệu thấp, khi bảo quản trong bể chứa ngoài trời nắng nóng phải đề phòng có tia lửa điện ở gần để tránh cháy nổ. Đối với nhiên liệu điêzen cho xe tăng, nếu nhiệt độ chớp cháy thấp, có nghĩa là hàm lượng các cấu tử nhẹ nhiều, rất nguy hiểm cho người ngồi trong đó vì xe tăng phải làm việc trong điều kiện kín hoàn toàn. Khi xác định nhiệt độ chớp cháy của một phân đoạn nào đó, thấy nhiệt độ chớp cháy khác thường, có thể nghĩ rằng trong phân đoạn đã lẫn các nhiên liệu nhẹ.
Đông đặc là một tính chất của dầu mỏ và sản phẩm dầu mỏ. Chúng bị mất tính linh động khi nhiệt độ hạ thấp. Tính linh động mất đi là do sự tạo thành những mạng kết tinh parafin hoặc do độ nhớt tăng mạnh. Mạng tinh thể parafin tạo thành vì trong những sản phẩm dầu mỏ gồm hỗn hợp hydrocacbon có nhiệt độ đông đặc khác nhau. Khi làm lạnh đến một nhiệt độ nhất định, những parafin có phân tử lượng lớn kết tinh trước, những hydrocacbon có phân tử lượng nhỏ hơn sẽ chui vào khung ting thể đó, dẫn đến sự vẫn đục trước khi đông đặc. Thông thường điểm vẫn đục lớn hơn điểm đông đặc từ 3 đến 50C. Sự phụ thuộc nhiệt độ đông đặc vào hàm lượng parafin được biểu diễn qua biểu thức sau:
Trong đó
C là hàm lượng parafin rắn có trong phân đoạn (% trọng lượng) K1, K2 là các hằng số Trong trường hợp hàm lượng parafin thấp, sự đông đặc là do khi giảm nhiệt độ, độ nhớt tăng mạnh làm cho cả khối nhiên liệu động đặc lại. Những tính trên phụ thuộc rất nhiều yếu tố như: tỷ lệ, cấu tạo các hydrocacbon trong sản phẩm dầu mỏ, kiểu làm lạnh, độ nhớt, lượng các chất nhựa và asphanten, hàm lượng nước … Điểm đông đặc: là nhiệt độ cao nhất mà sản phẩm dầu lỏng đem làm lạnh trong điều kiện nhất định không còn chảy được nữa. Điểm vẫn đục: là nhiệt độ mà khi sản phẩm đem làm lạnh trong những điều kiện nhất định, nó bắt đầu vẫn đục do một số cấu tử bắt đầu kết tinh. Điểm kết tinh: là nhiệt độ để sản phẩm bắt đầu kết tinh có thể nhìn thấy bằng mắt thường.
Nhiệt cháy là lượng nhiệt tỏa ra khi đốt cháy một lượng nhiên liệu với điều kiện là nhiệt độ của nhiên liệu trước khi đốt và sản phẩm cháy là 200C. Nhiệt cháy là một trong những đặc tính chủ yếu của nhiện liệu. Khi đốt cháy hoàn toàn các nhiên liệu khí, nhiên liệu lỏng hoặc nhiên liệu rắn đều tạo thành CO2 và H2O và tỏa nhiệt theo phản ứng: 
Trong trường hợp nhiên liệu chứa lưu huỳnh sẽ tạo thành SO2 Nước tạo thành có thể ở thể lỏng hoặc thể hơi. Giá trị nhiệt lượng cao (Qcao) là lượng nhiệt tỏa ra khi tất cả nước trong sản phẩm cháy ở trạng thái lỏng, Qcao = Q1 + Q2:
H2Ohơi Giá trị nhiệt lượng thấp (Qthấp) là lượng nhiệt tỏa ra khi tất cả nước trong sản phẩm cháy ở trạng thái khí. Hiệu giữa nhiệt lượng trên và nhiệt lượng dưới chính là nhiệt lượng cần thiết để nước chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi, nhiệt lượng này gọi là nhiệt hóa hơi của nước.
Nhìn chung nước không hòa tan trong dầu mỏ và các phân đoạn của dầu mỏ. Nhưng khi tăng nhiệt độ thì độ hòa tan của nước trong dầu mỏ sẽ tăng lên. Sự có mặt của nước trong một số phân đoạn dầu gây nguy hiểm cho quá trình sử dụng, chẳng hạn: Nếu trong dầu biến thế có nước sẽ làm giảm độ cách điện. Trong nhiên liệu phản lực có nước sẽ gây nguy hiểm, vì máy bay làm việc ở độ cao lớn, nhiệt độ hạ rất thấp (khoảng – 500C), lượng nước có trong nhiên liệu sẽ tạo thành các tinh thể nước đá là tắc vòi phun, gây gián đoạn cung cấp nhiên liệu. Trong sản suất LPG, khi dãn nở sẽ hạ nhiệt độ, nước sẽ tạo thành các tinh thể nhỏ gây tắc van giảm áp. Do vậy cần phải tách nước ra khỏi các phân đoạn sao cho hàm lượng nước càng nhỏ càng tốt.
Trị số octan là đại lượng đặc trưng cho khả năng chống kích nổ của nhiên liệu. Có hai phương pháp xác định trị số octan, đó là phương pháp nghiên cứu (RON) và phương pháp môtơ (MON). Bản chất của phương pháp này là so sánh độ bền chống kích nổ của nhiên liệu thí nghiệm và nhiên liệu tiêu chuẩn, biểu thị bằng trị số octan. Độ bền chống kích nổ của izo-octan qui ước bằng 100 và của n-heptan bằng 0.
|
1000 đvC
Mg(OH)2
+ 2HCl
là độ nhớt Engler ở nhiệt độ t.
H2Olỏng + Q2