NXB Đại học quốc gia Hà Nội 2007. 120 tr.
Từ khoá: nhiên liệu dầu khí, tính chất của nhiên liệu, cháy hợp thức, cháy không
hoàn toàn, năng suất tỏa nhiệt, nhiên liệu, sản xuất nhiên liệu, lọc dầu, dầu mỏ, than
đá, cát bitum, nham phiến, dầu mỏ, khí thiên nhiên, dầu madút, xăng động cơ, nhiên
liệu khí, phân tích nhiên liệu, nhiệt trị, sự cháy, cơ sở vật lý của sự cháy, cơ sở hóa
học của sự cháy, động học của sự cháy, tự bốc cháy, sự nổ, ngọn lửa.
Tài liệu trong Thư viện điện tử ĐH Khoa học Tự nhiên có thể được sử dụng cho
mục đích học tập và nghiên cứu cá nhân. Nghiêm cấm mọi hình thức sao chép, in
ấn phục vụ các mục đích khác nếu không được sự chấp thuận của nhà xuất bản và
tác giả.
Mục lục
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................................ 4
Chương 1 NHỮNG TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA NHIÊN LIỆU............................................... 5
1.1 Nhiệt độ bốc cháy của nhiên liệu..............................................................................5
1.2 Giới hạn nổ của nhiên liệu ........................................................................................7
1.3 Tốc độ truyền lửa ......................................................................................................9
1.4 Nhiệt độ ngọn lửa....................................................................................................11
1.5 Sự cháy hợp thức và sự cháy không hoàn toàn.......................................................12
1.5.1 Sự cháy hợp thức (Sự cháy hoàn toàn) .......................................................................12
1.5.2 Sự cháy của các ankan ................................................................................................13
1.5.3 Sự cháy không hoàn toàn ............................................................................................15
1.6 Hiệu ứng phân ly trong ngọn lửa ............................................................................18
1.7 Năng suất tỏa nhiệt (NSTN hay nhiệt trị) ...............................................................18
1.7.1 Nhiệt trị tinh và nhiệt trị thô........................................................................................18
1.7.2 Tính toán nhiệt trị........................................................................................................19
1.8 Cường độ nhiệt........................................................................................................20
Nhiên liệu dầu khí
Hoa Hữu Thu
Su tm bi:
www.daihoc.com.vn
Chương 2 SẢN XUẤT NHIÊN LIỆU ......................................................................................... 23
2.1 Sản xuất nhiên liệu từ dầu mỏ.................................................................................23
2.2 Sản xuất nhiên liệu từ lọc dầu.................................................................................27
2.3 Sản xuất nhiên liệu từ cát bitum (Bituminous Sands).............................................31
2.4 Sản xuất nhiên liệu từ dầu nham phiến...................................................................32
2.5 Sản xuất nhiên liệu từ dầu than đá ..........................................................................33
Chương 3 CÁC NHIÊN LIỆU TỪ DẦU MỎ, KHÍ THIÊN NHIÊN ....................................... 35
3.1 Nhiên liệu lỏng nặng (FO) (dầu madút)..................................................................35
3.1.1 Bố trí cung cấp dầu cho lò đốt ....................................................................................35
3.1.2 Phun dầu và lò đốt bằng dầu .......................................................................................36
3.1.3 Yêu cầu kĩ thuật đối với dầu madút (FO)....................................................................37
3.2 Xăng động cơ..........................................................................................................37
3.2.1 Xăng tự nhiên (natural gasoline - casing - head spirit) ...............................................38
3.2.2 Xăng thu được bằng cách cất trực tiếp từ dầu thô.......................................................39
3.2.3 Xăng crackinh và xăng refominh ................................................................................40
3.3 Nhiên liệu điezen (DO)...........................................................................................51
3.4 Nhiên liệu khí..........................................................................................................56
Chương 4 PHÂN TÍCH NHIÊN LIỆU ....................................................................................... 64
4.1 Những vấn đề chung ...............................................................................................64
4.2 Xác định nhiệt trị....................................................................................................66
Chương 5 .......................................................................................................................................... 71
Cơ sở vật lí và hóa học của sự cháy.................................................................................................. 71
5.1 Vài nét khái quát về sự cháy ...................................................................................71
5.2 Nhiệt động học và động học của sự cháy ...............................................................74
5.2.1 Cơ sở nhiệt động học của sự cháy...............................................................................74
5.2.2 Cơ sở động học của sự cháy........................................................................................78
5.3 Sự tự bốc cháy. Sự nổ.............................................................................................83
5.3.1 Xác định nhiệt độ tự bốc cháy.....................................................................................86
5.3.2 Giới hạn cho sự tự bốc cháy........................................................................................90
5.4 Sự phát quang hoá học và ion hoá hóa học.............................................................94
5.4.1 Sự phát quang hóa học ................................................................................................95
5.4.2 Ion hoá hóa học...........................................................................................................97
Chương 6 ỨNG DỤNG CỦA NGỌN LỬA .............................................................................. 100
6.1 Sự tạo thành các hạt cacbon trong ngọn lửa .........................................................100
6.2 Sản xuất axit xianhiđric bằng sự đốt cháy ............................................................101
6.3 Sự tạo thành nitơ oxit trong ngọn lửa ...................................................................102
6.4 Sản xuất năng lượng .............................................................................................104
6.4.1 Đốt cháy công nghiệp và dân dụng...........................................................................104
6.4.2 Sản xuất công cơ học và đẩy.....................................................................................105
6.4.3 Vấn đề an toàn sự cháy .............................................................................................106
Chương 7 PHỤ GIA NHIÊN LIỆU........................................................................................... 107
7.1 Phân loại các loại phụ gia nhiên liệu ....................................................................107
7.1.1 Các phụ gia tẩy rửa và chống đông đặc ....................................................................107
7.1.2 Chất phụ gia tăng cường độ chảy rót ........................................................................107
7.1.3 Các phụ gia kìm hãm oxi hoá, ăn mòn và lão hóa ....................................................107
7.1.4 Phụ gia khống chế phát thải, khói và giúp đỡ sự cháy..............................................108
7.1.5 Các phụ gia chống kích nổ........................................................................................108
Su tm bi:
www.daihoc.com.vn
7.1.6 Các phụ gia chống tích điện, diệt khuẩn, màu và phụ gia nhũ hoá ...........................108
7.2 Phụ gia cho xăng...................................................................................................108
7.3 Nhiên liệu sạch......................................................................................................109
PHỤ LỤC 1....................................................................................................................112
PHỤ LỤC 2....................................................................................................................114
Su tm bi:
www.daihoc.com.vn
4
MỞ ĐẦU
Nhiên liệu là những vật liệu có khả năng cung cấp nhiệt lượng. Các vật liệu này có thể
là cây, cỏ trên lớp vỏ Trái Đất, nhiên liệu hoá thạch trong lớp vỏ Trái Đất hay được sản
xuất ra từ các ngành công nghiệp khác nhau. Trước khi bước vào kỉ nguyên công nghiệp,
nhiên liệu chủ yếu sử dụng cho các mục đích dân dụng như: sưởi ấm, thắp sáng, nấu
nướng. Khi nền công nghiệp thế giới phát triển, việc sử dụng nhiên liệu đã thay đổi hoàn
toàn mặc dù tỉ lệ sử dụng cho các mục đích dân dụng vẫn cao và nhu cầu về nhiên liệu cho
công nghiệp ngày càng tăng lên. Ngày nay, năng lượng nguyên tử được sử dụng rộng rãi,
song vai trò của các nhiên liệu đã nói ở trên vẫn rất quan trọng trong đời sống nhân sinh và
hoạt động sản xuất công nghiệp. Trong tự nhiên, nhiên liệu tồn tại ở ba trạng thái: khí, lỏng
và rắn.
Nhiên liệu khí gồm: khí thiên nhiên; khí được sản xuất từ công nghiệp như: khí than,
khí cốc, khí tổng hợp, khí than ướt, khí lò, khí metan từ bùn ao và từ sinh khối, khí hóa
lỏng (LPG).
Nhiên liệu lỏng gồm: dầu mỏ, các phân đoạn dầu đã được tinh luyện, xăng động cơ
các loại, nhiên liệu điezen (DO), dầu nhiên liệu (FO), các phân đoạn chưng cất lỏng thu
được từ cát dầu, đá dầu,...
Nhiên liệu rắn gồm: thực vật phế thải, gỗ và than gỗ, than ở các dạng khác nhau như:
than bùn, than nâu, than bitum, than bán bitum, than antraxit, cốc,...
Trong tài liệu này đề cập đến các nhiên liệu thu được từ dầu mỏ và khí thiên nhiên. Đó
là khí thiên nhiên, khí hoá lỏng (LPG), nhiên liệu cho động cơ xăng, nhiên liệu cho máy
bay cánh quạt, nhiên liệu cho máy bay phản lực, dầu hoả, nhiên liệu cho động cơ điezen
(DO), nhiên liệu cho đốt lò (FO). Đây là những nhiên liệu không thể thiếu trong đời sống
và hoạt động sản xuất của đất nước đang trên đường hiện đại hoá.
Trong tài liệu này cũng đề cập tới cơ sở vật lí và hóa học của sự cháy - một tính chất
đặc trưng của nhiên liệu - đây là một lĩnh vực phức tạp liên quan tới nhiều khoa học khác
nhau. Vì thế, việc đi sâu vào các lĩnh vực này vượt ra khỏi khuôn khổ nội dung của tài liệu.
Ngoài ra tài liệu cũng giới thiệu một số ứng dụng của ngọn lửa trong công nghiệp và các
phụ gia cho nhiên liệu. Tổng hợp nội dung của tài liệu nhằm cung cấp những kiến thức cơ
bản nhất về nhiên liệu cho các sinh viên trong chuyên ngành hóa học dầu mỏ.
Su tm bi:
www.daihoc.com.vn
5
Chương 1
NHỮNG TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA NHIÊN
LIỆU
Trước khi nghiên cứu các nhiên liệu dầu khí và các tính chất của chúng, chúng ta hãy
nghiên cứu những tính chất cơ bản chung của các loại nhiên liệu. Về mặt kinh tế, việc lựa
chọn nhiên liệu cho một mục đích công nghiệp hay một mục đích nào đó phụ thuộc rất
nhiều vào nguồn nhiên liệu, hay sự phổ dụng của nhiên liệu ở khu vực phát triển công
nghiệp cũng là một yếu tố quyết định.
1.1 Nhiệt độ bốc cháy của nhiên liệu
Nhiệt độ của nhiên liệu cần phải được nâng lên đến khi xảy ra sự cháy được gọi là
nhiệt độ bốc cháy của nhiên liệu. Nhiệt độ bốc cháy là đặc trưng cho mỗi loại nhiên liệu.
Nhiệt độ bốc cháy của các nhiên liệu có thể xác định được nhưng phải hết sức cẩn thận, vì
nhiệt độ bốc cháy của nhiên liệu không những phụ thuộc vào bản chất của nhiên liệu mà
còn phụ thuộc vào môi trường trong đó tiến hành xác định nhiệt độ bốc cháy của nhiên
liệu. Nhiệt độ bốc cháy của các nhiên liệu rắn và lỏng rất khó xác định được chính xác vì
chúng phụ thuộc vào các điều kiện trong đó nhiên liệu được đốt nóng.
Với các nhiên liệu khí và hơi, nhiệt độ bốc cháy của chúng cũng là nhiệt độ tự bốc
cháy và phụ thuộc vào điều kiện của các phương tiện được sử dụng để xác định nhiệt độ
bốc cháy. Dù vậy, các giá trị nhiệt độ bốc cháy này vẫn chính xác hơn nhiều so với các
nhiên liệu rắn. Có bốn phương pháp thường được sử dụng để xác định nhiệt độ bốc cháy
của nhiên liệu lỏng và khí.
1. Nhỏ một giọt nhiên liệu lỏng vào một chén nung được đốt nóng có điều khiển
(phương pháp Moore - Holm).
2. Nén đoạn nhiệt đến bốc cháy (phương pháp Dixon - Tizard).
3. Phương pháp cho nổ trong một bình được đốt nóng và hút chân không (phương
pháp Mallard và Le Chatelier).
4. Phương pháp ống đồng tâm (phương pháp Dixon và Coward).
Dùng các phương pháp này để xác định nhiệt độ bốc cháy của hiđrocacbon thì kết quả
khác nhau đáng kể. Theo phương pháp 3, các giá trị về nhiệt độ bốc cháy trong không khí
khi dùng hỗn hợp hợp thức đối với metan là 600°C, pentan là 510°C, octan là 250°C,
benzen là 700°C, xiclohexan là 510°C, propan là 493°C. Trong quyển oxi các giá trị thu
được sẽ thấp hơn. Ví dụ minh hoạ được cho trong bảng 1.
Su tm bi:
www.daihoc.com.vn
