Các sản phẩm dầu mỏ dầu hỏa - Nhiên liệu máy bay

CÁC SẢN PHẨM DẦU MỎ Dầu hỏa - nhiên liệu máy bay  Dầu hỏa dân dụng: o Gồm các loại dầu đốt chủ yếu dùng trong sinh hoạt hằng ngày, đôi khi dùng làm chất hòa tan trong công nghiệp sản xuất lắc, vải dầu; o Trong thành phần chỉ có các parafin và napthen có từ 10 đến 14 nguyên tử cacbon trong phân tử; o Khoảng nhiệt độ sôi thường từ 150 – 300 oC.  Xăng máy bay: o Là nhiên liệu sử dụng cho động cơ cánh quạt, loại động cơ nổ kiểu piston; o Thành phần hóa học gồm có xăng alkyl, isooctan, isopentan, toluen, alkylbenzen, pirobenzen. Thành phần  Nhiên liệu phản lực (Jet fuel): o Là một loại sản phẩm được chưng cất từ dầu mỏ và được dùng cho các loại máy bay, tên lửa, phi thuyền,…có sử dụng động cơ phản lực kiểu tuabin khí; o Ngoài chức năng chính là cung cấp năng lượng, nhiên liệu phản lực còn được dùng làm chất lỏng thủy lực trong hệ thống kiểm soát động cơ và chất làm mát cho một số bộ phận của hệ thống nhiên liệu; o 2 dạng cơ bản của nhiên liệu phản lực:  Dạng dầu hỏa (KO);  Dạng hỗn hợp với thành phần cất có một phần xăng. Thành phần  Thành phần hóa học của nhiên liệu phản lực: ◦ Các HC: Tỉ lệ các HC trong nhiên liệu phản lực nằm trong khoảng sau:  Parafin: 30 – 60%  Naphthen: 20 – 45%  Aromatic: 20 – 25% Trong đó, các parafin và naphthen là các cấu tử thích hợp nhất cho quá trình cháy trong động cơ phản lực. ◦ Phi HC: các thành phần phi HC đều ảnh hưởng xấu đến tính chất nhiên liệu  Hợp chất S: gây xu hướng tạo cặn trong lò đốt, gây ăn mòn động cơ (giới hạn 0,3%kl); mercaptan gây mùi khó chịu và ảnh hưởng xấu đến chi tiết nhựa, ăn mòn hệ thống nhiên liệu (giới hạn: 0,003%kl)  Hợp chất O (phenol, axit naphthenic): tăng khả năng ăn mòn, tạo cặn, tro bám vào buồng đốt (giới hạn trị số axit tổng 0,015mgKOH/g)  Hợp chất N: làm nhiên liệu kém ổn định, biến màu  Kim loại (V, Ni): gây ăn mòn hợp kim, phá hoại các chi tiết của tuabin ◦ Thành phần phụ gia: chống oxi hóa, chống ăn mòn, chống đông đặc, chống tĩnh điện, ngăn sự phát triển vi sinh, chống tạo khói,…. Thành phần  Dầu hỏa dân dụng: o Sản xuất chủ yếu từ phân đoạn kerosene của dầu thô; o Phân đoạn kerosene được xử lý để loại bỏ các aromatics, nhất là loại nhiều vòng do chúng là những chất khi cháy dễ gây muội, khói, chất keo, axit naphthenic làm tắc bấc đèn, giảm ánh sáng khi đốt và tạo ra ngọn lửa vàng. Sản xuất  Xăng máy bay: các thành phần sản xuất xăng máy bay được chế biến từ nhiều quá trình công nghệ khác nhau o Xăng cracking xúc tác nguyên liệu chưng cất nhẹ: có tính chống kích nổ cao; o Xăng chưng cất trực tiếp được sản xuất từ những loại dầu mỏ nahpthenic; o Isoparafin từ quá trình izomer hóa. Tùy theo loại xăng máy bay và tính chống kích nổ của xăng gốc, lượng iso parafin pha thêm vào khoảng 15-20%. Thành phần này có trị số ổn định hóa học và nhiệt cháy cao; o Các thành phần thơm: toluen từ quá trình alkyl hóa benzen, piro benzen là sản phẩm nhiệt phân đã khử toluen của các phân đoạn dầu mỏ (chủ yếu là các HC thơm nhẹ). Các thành phần này làm tăng chỉ số octane của xăng, nhưng lại có tính háo nước và nhiệt cháy thấp, nên được thêm vào hạn chế; o Phụ gia tăng chỉ số octane: tetraetyl chì. Sản xuất  Nhiên liệu phản lực: o Được pha chế từ phần cất trực tiếp dầu mỏ (phân đoạn kerosene); o Phân đoạn kerosene được xử lý để loại bỏ các tạp chất như S, axit. o Các phụ gia được bổ sung nhiều vào nhiên liệu phản lực: phụ gia chống oxy hóa, chống ăn mòn, chống đông đặc, chống tĩnh điện, ngăn sự phát triển của các vi sinh, chống tạo khói, khống chế kích nổ,… Sản xuất Nhu cầu tiêu thụ Jet A1 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 N gà n tấ n / n ăm Jet A1 260 335 295 423 422 445 2001 2002 2003 2004 2005 2006 AAGR = 13,14% - giai đoạn 2001 – 2006 Nhu cầu tăng cao do vận tải hàng không phát triển mạnh STT Thoâng soá chæ tieâu Möùc qui ñònh 1 Ngoaïi quan saïch, saùng 2 Thaønh phaàn caát phaân ñoaïn 10% theå tích, o, maxC 205 Ñieåm soâi cuoái o, maxC 300 caën cuoái, % theå tích, max .1 5 Hao huït ,% theå tích , max .1 5 3 Khoái löôïng rieâng ôû o, kg/m15 C 3 775-840 4 Ñieåm chôùp chaùy coác kín, o, minC 38 5 Ñieåm ñoâng ñaëc, o, maxC -47 6 Ñoä nhôùt ñoäng hoïc ôû - o,ct, max20 C S 8 7 Nhieät löôïng rieâng, /kg, minMJ .42 8 8 Chieàu cao ngoïn löûa khoâng khoùi, mm, min 25 9 Trò soá axit toång, mg /g,maxKOH .0 015 10 Hydrocacbon thôm, % theå tích, max 22 11 haøm löôïng S, %khoái löôïng, max .0 3 12 haøm löôïng mercaptan, %khoái löôïng, max .0 003 13 Haøm löôïng nhöïa mg/ml, max100 7 Các tính chất và sử dụng  Dầu hỏa dân dụng: ◦ Màu sắc: là một đặc tính quan trọng, thể hiện độ sạch của nhiên liệu. Xác định bằng phương pháp đo màu Saybolt; ◦ Thành phần cất: xác định bằng phương pháp chưng cất ASTM D86, phản ánh độ hóa hơi của các loại HC có trong dầu hỏa.  Nếu nhiệt độ sôi phần cất cao: dầu khi cháy tạo thành than axit naphthenic ở đầu bấc, làm lượng dầu lên bấc giảm, bấc cháy yếu đi;  Dầu có nhiệt độ sôi thấp: dễ cháy và gây hỏa hoạn, hao hụt khi vận chuyển, bảo quản. ◦ Hàm lượng S: do dầu hỏa dùng trực tiếp để thắp đèn, nên khi cháy S sẽ bốc hơi trực tiếp gây hại đến sức khỏe con người. Do đó, hàm lượng S giới hạn ở 0,3%kl; ◦ Chiều cao ngọn lửa không khói: cho biết khả năng cháy đều, cháy sáng và không muội của dầu hỏa. ◦ Điểm bắt cháy: cho biết về hiểm họa cháy, và là cơ sở để xác định mức nhiệt độ bảo quản, tồn chứa và sử dụng. Các tính chất và sử dụng  Xăng máy bay: ◦ Tính chống kích nổ và phẩm độ:  Khi hoạt động, động cơ máy bay chủ yếu làm việc với những thành phần hỗn hợp nhiên liệu và không khí khác nhau, và được đặc trung bằng hệ số α (hệ số dư không khí):  Hỗn hợp tương đối nghèo (α = 0,95 – 1,0): động cơ làm việc với chế độ tải trọng trung bình như bay tuần tra;  Hỗn hợp giàu (α = 0,6 – 0,7): động cơ làm việc với tải trọng nặng, tăng cường tối đa công suất như bay cất cánh.  Động cơ máy bay có mức nén trung bình (6-7). Tuy nhiên, do động cơ có sử dụng tăng áp (không khí đưa vào xylanh dưới tác động của áp lực) nên nhiệt độ và áp suất trong xy lanh khá cao, làm cho tốc độ phản ứng oxy hóa nhiên liệu tăng nhanh và dễ gây ra kích nổ  Do đó, xăng máy bay cần có đặc tính chống kích nổ tốt, trong cả 2 trường hợp sử dụng:  Nhiên liệu trong hỗn hợp nghèo: tính chống kích nổ thể hiện bằng trị số octane;  Nhiên liệu trong hỗn hợp giàu: tính chống kích nổ biểu thị bằng phẩm độ. Các tính chất và sử dụng  Xăng máy bay (tt): ◦ Thành phần cất phân đoạn: biểu thị tính hóa hơi của nhiên liệu:  Nhiệt độ phân đoạn 10%: giới hạn trong khoảng 75-88oC  Nếu thấp hơn giới hạn thì có thể tạo nút hơi trong hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ, gây hao hụt do bay hơi kho vận chuyển, bảo quản, gây đóng băng trong bộ chế hòa khí  Nếu cao hơn giới hạn thì khó khởi động động cơ.  Nhiệt độ sôi phân đoạn 50%: biểu thị chất lượng tạo thành hỗn hợp đã được đốt nóng và sự chuyển nhanh từ chế độ hoạt động này sang chế độ hoạt động khác của động cơ. Nhiệt độ chưng cất 50% không được quá 105oC;  Nhiệt độ sôi phân đoạn 90% và nhiệt độ sôi cuối: ảnh hưởng đến độ cháy hết của nhiên liệu, sự tiêu thụ nhiên liệu, sự làm loãng dầu cacte và hiện tượng đọng muội trong xylanh động cơ. Đối với xăng máy bay: không được quá 145oC;  Nhiệt độ sôi phân đoạn 97,5% thể hiện đặc tính bay hơi hoàn toàn của xăng máy bay, không được vượt quá 180oC; Các tính chất và sử dụng  Xăng máy bay (tt): ◦ Nhiệt độ kết tinh: đặc trưng cho tính chất của xăng máy bay ở nhiệt độ thấp. Nhiệt độ kết tinh của nhiên liệu hạn chế ở -60oC, và đảm bảo nhiên liệu phải không có nước để ngăn ngừa sự xuất hiện tinh thể trong hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ. ◦ Nhiệt lượng: ảnh hưởng đến định mức tiêu hao nhiên liệu và cự ly bay của máy bay. Nhiệt trị cháy càng cao thì định mức tiêu hao nhiên liệu càng nhỏ và cự ly bay của máy bay càng lớn. Nhiệt cháy của xăng máy bay không được nhỏ hơn 10.300 kcal/kg; ◦ Tính ổn định hóa học: đặc trưng bằng trị số iot, xác định lượng olefin có trong xăng. Do olefin dễ bị oxy hóa khi tiếp xúc với chi tiết nóng của động cơ, tạo ra cặn nhựa trong đường hút động cơ, trong các van hút và buồng đốt; ◦ Hàm lượng S dưới 0,05% và phải không có axit và kiềm tan trong nước để không gây ăn mòn kim loại, bể chứa và sản phẩm cháy không gây ăn mòn chi tiết động cơ. Các tính chất và sử dụng  Nhiên liệu phản lực: ◦ Tính hóa hơi: rất quan trọng, vì nhiên liệu cần bay hơi trước khi cháy  Nhiên liệu cần dễ hóa hơi  dễ cháy;  Độ hóa hơi cao  mất mát, tạo hiện tượng nút hơi trong hệ thống nhiên liệu  Xác định thông qua: áp suất hơi (ASTM D323), thành phần cất (ASTM D86), và điểm bắt cháy (ASTM D56) ◦ Tính chảy:  Nhiên liệu vận hành ở độ cao lớn, nhiệt độ thấp  cần có tính bơm chuyển được ở nhiệt độ thấp.  Tính chảy được xác định thông qua điểm băng (ASTM D2386) và độ nhớt ở nhiệt độ thấp (-20oC) (ASTM D445) Các tính chất và sử dụng  Nhiên liệu phản lực (tt): ◦ Độ bền nhiệt: nhiên liệu phản lực còn đóng vai trò trao đổi nhiệt trong động cơ và khung máy bay, dùng tải nhiệt từ dầu động cơ, chất lỏng thủy lực và các thiết bị điều hòa không khí. Do đó, nhiên liệu bị gia nhiệt sẽ dễ tạo nhựa kết tụ trên:  Bộ phân lọc nhiên liệu  tăng áp suất lọc & giảm lưu lượng dòng chảy;  Vòi phun nhiên liệu  cản trở vun nhiên liệu;  Trong bộ kiểm soát động cơ  Trên bộ trao đổi nhiệt  giảm hiệu quả truyền nhiệt và lưu lượng dòng nhiên liệu Do đó, nhiên liệu cần ổn định nhiệt Các tính chất và sử dụng  Nhiên liệu phản lực (tt): ◦ Tính cháy, thể hiện qua:  Điểm khói:  Xác định thành phần các dạng hydrocacbon trong nhiên liệu  Điểm khói cao  nhiều parafin, cháy ít khói  Phương pháp xác định: ASTM D1322  Điểm chớp cháy:  Nhiệt độ thấp nhất tại đó hơi nhiên liệu nằm phía trên thể lỏng sẽ bắt cháy khi gặp ngọn lửa mồi.  Thể hiện sự an toàn của nhiên liệu khi tồn trữ  Phương pháp xác định: ASTM D56 (cốc kín), ASTM D 1310 (cốc hở) Các thông số đặc trưng  Nhiên liệu phản lực (tt): ◦ Tính cháy (tt):  Nhiệt trị:  Do không gian chứa trong máy bay hạn chế  nhiên liệu cần có nhiệt trị cao  Nhiên liệu phản lực đòi hỏi nhiệt trị cao, tối thiểu 42,8 MJ/kg  Thành phần nhiên liệu ảnh hưởng đến nhiệt trị, và được dự báo thông qua tỉ trọng Nhiên liệu Tỉ trọng ở 15oC, g/ml Nhiệt trị, tính theo Khối lượng, J/kg Thể tích, MJ/l Xăng máy bay 0,715 43,71 31,00 Nhiên liệu phản lực - Wide cut - KO 0,762 0,810 43,54 43,28 33,18 35,06