61
a) Quá trình Semet-Solvay
Đây là quá trình quay vòng không xúc tác nhằm sản xuất nhiên liệu khí giàu từ các
phân đoạn dầu nhẹ, nặng, ... Quá trình khí hóa dầu Semet-Solvay là quá trình refominh dầu
với hơi nước ở nhiệt độ cao. Quá trình được thực hiện liên tục trong hai lò phản ứng đặt
song song với nhau. Mỗi mẻ thực hiện trong 4 phút.
Thành phần và tính chất của khí dầu được sản xuất theo phương pháp này như sau:
CH4 40% CnHm 30%
H2 18% N2 6,5%
CO 35% CO2 2,5%
Nhiệt trị thô 10.000 kcal/Nm3 (khô)
Tỉ trọng so với không khí (= 1) 0,72
b) Quá trình Segas
Đây là quá trình quay vòng xúc tác, và có thể tái sinh. Thiết bị của quá trình này gồm
3 bộ phận chính:
- Buồng hóa hơi nguyên liệu đầu (hóa hơi dầu) và sản xuất hơi nước.
- Buồng ở giữa chứa xúc tác (gồm MgO + 1% CaO) - buồng phản ứng.
- Buồng cuối đốt nóng sơ bộ không khí - buồng thu hồi nhiệt.
Quá trình được vận hành như sau: hơi nước được đưa vào đáy buồng thứ nhất để
chuyển thành hơi nước quá nhiệt. Dầu nguyên liệu được phun vào buồng này từ phía trên.
Hỗn hợp dầu và hơi nước quá nhiệt đi qua buồng xúc tác (buồng thứ hai), trong buồng này
quá trình khí hóa xúc tác xảy ra. Khí nóng được dẫn vào buồng thứ 3 để đốt nóng sơ bộ
không khí dùng cho các quá trình khác. Cuối cùng khí dầu đi vào bộ phận rửa và ngưng tụ.
Nhiệt độ ở buồng xúc tác được giữ ở 1000°C
Thời gian một vòng phản ứng khoảng 4 phút.
Thành phần và tính chất điển hình của khí dầu được sản xuất theo phương pháp này
như sau:
CO2 5,8% CnHm 4,2%
O2 0,4% CO 8,3%
H2 50,3% CH4 16,2%
N2 4,8%
Nhiệt trị thô 4.700 kcal/Nm3 (khô)
Tỉ trọng so với không khí (= 1) 0,52
62
c) Quá trình Onia-Gegi
Đây là quá trình vòng và xúc tác như quá trình Segas. Xúc tác được dùng ở đây là
Ni/chất mang.
Nguyên liệu đầu cho quá trình này là các hiđrocacbon nhẹ đến dầu nặng.
Khí dầu được sinh ra dưới tác dụng của xúc tác, nhiệt độ cao (800 ÷ 900°C) và hơi
nước.
CnHm + nH2O → nCO + ( 2
1m + n) H2
Quá trình Onia-Gegi còn sinh ra cốc và một số sản phẩm phụ khác.
Thiết bị của quá trình Onia-Gegi gồm các bộ phận sau:
- Bộ phận chứa xúc tác Ni;
- Bộ phận tái sinh bằng không khí nóng;
- Bộ phận phát hơi nước.
Vận hành quá trình Onia-Gegi gồm hai bước:
- Bước đầu tiên đốt nóng vùng xúc tác lên tới 800 ÷ 900°C;
- Bước thứ hai là khí hóa dầu. Dầu được phun vào vùng xúc tác cùng với hơi nước. Tại
đây dầu được chuyển thành khí dầu. Khí dầu đi qua bộ phận thu hồi nhiệt và đi vào bộ
phận rửa để thu khí đem đi dùng. Sản phẩm khí này cũng còn được gọi là “khí thành phố”.
Thành phần và tính chất điển hình của khí thành phố sinh ra từ khí hóa dầu nặng như
sau:
CO2 10,2% CnHm 5%
CO 17,2% H2 43,8%
CnH2n+2 13,5% O2 0,9%
N2 9,4%
Nhiệt trị thô 4.316 kcal/Nm3
d) Quá trình refominh xúc tác với hơi nước naphta
Naphta sau khi được loại lưu huỳnh được khí hóa bằng hơi nước với sự có mặt của xúc
tác niken.
Quá trình này được thực hiện trong các lò ống chứa xúc tác, được gọi là lò phản ứng
khí hóa. Lò này có dạng 3 lớp ống thép không gỉ chứa đầy xúc tác. Chúng được đốt nóng
trong một lò đốt ở 960°C. Khí thải của lò đốt được dùng để phát hơi nước quá nhiệt.
Hỗn hợp hơi naphta sau khi đã được loại hết lưu huỳnh, hiđro và hơi nước quá nhiệt đi
vào ống phản ứng từ trên đỉnh ống. Phản ứng khí hóa xảy ra tại đây ở áp suất 28 at, nhiệt
độ 840°C.
63
Quá trình refominh với hơi nước naphta được thực hiện hầu hết để sản xuất khí nhiên liệu
và một phần để sản xuất khí tổng hợp trong các nhà máy phân đạm. Sơ đồ quá trình
refominh với hơi nước naphta để sản xuất khí dầu - khí thành phố của hãng ICI được minh
họa trong hình 8.
Hình 8
Quá trình ICI sản xuất khí thành phố bằng refominh với hơi nước
Thành phần và tính chất của khí dầu được sản xuất theo phương pháp này như sau:
CH4 4,8% CO 41,8%
H2 51,7% CH4 0,3%
N2 1,4%
Nhiệt trị thô 2.870 kcal/Nm3 (khô)
Tỉ trọng so với không khí (= 1) 0,52
64
Chương 4
PHÂN TÍCH NHIÊN LIỆU
4.1 Những vấn đề chung
Việc phân tích nhiên liệu hiện nay đã được chuẩn hoá một cách chặt chẽ theo các
chuẩn nhất định tùy thuộc vào từng quốc gia và tổ chức quốc tế. Việc phân tích nhiên liệu
bao gồm các bước sau đây:
- Lấy mẫu nhiên liệu;
- Phân tích nhiên liệu theo chuẩn của các quốc gia.
Ví dụ, đối với nhiên liệu rắn như than, các chỉ tiêu cần phân tích như sau:
- Trước hết là xác định nhiệt trị của nhiên liệu;
- Độ ẩm;
- Hàm lượng chất dễ bay hơi;
- Hàm lượng tro:
+ Phân tích tro: thành phần hóa học của tro
+ Nhiệt độ nóng chảy của tro
- Những thử nghiệm thêm đặc biệt cho than;
+ Hàm lượng bitum
- Nhiệt độ cháy của than.
Đối với các nhiên liệu lỏng
Với các nhiên liệu lỏng, người ta hay sử dụng các tiêu chuẩn ASTM (American
Society for Testing Materials) hoặc của Anh “Standard Methods for testing Petroleum and
its products”. Các đại lượng cần phân tích đối với các nhiên liệu lỏng là:
- Nhiệt trị;
- Tỉ trọng: tỉ trọng được xác định theo phương pháp tỉ trọng kế, ở nhiệt độ chuẩn
15°C. Theo tiêu chuẩn của Mĩ thì người ta xác định độ API (API°):
- Điểm chớp cháy (flash - point): đó là nhiệt độ thấp nhất mà ở đó hơi nhiên liệu bay
ra khỏi dầu với lượng vừa đủ để bốc cháy thành ngọn lửa trên toàn bộ bề mặt mẫu.
141,5
Độ API = − 131,5
Tỉ trọng 60F/60F
65
- Điểm bốc cháy là nhiệt độ mà ở đó hơi thoát ra đủ để cháy và còn duy trì sự cháy
liên tục trong 5 giây.
- Nhiệt độ cháy tức thời - SIT (Spontaneous Ignition Temperature), là nhiệt độ mà ở
đó sự cháy xảy ra khi một nhiên liệu lỏng rơi vào trong một chén nung bằng kim
loại được đốt nóng có điều khiển.
Như vậy điểm chớp cháy sẽ phụ thuộc vào:
+ Áp suất hơi của dầu.
+ Tỉ lệ hơi dầu trong không khí cần thiết để hình thành một hỗn hợp có thể cháy. Tỉ lệ
này sẽ thay đổi rất ít đối với các distillat từ các dầu thô khác nhau, nhưng có một yếu tố sẽ
quyết định sự tạo thành hỗn hợp cháy. Đó là, nếu như máy mở để tiếp xúc với không khí,
hỗn hợp cháy chỉ đạt được ở nhiệt độ cao hơn so với máy đóng kín, vì thế có các phép thử:
điểm chớp cháy cốc kín, cốc hở.
- Độ nhớt.
- Hàm lượng nước trong dầu.
- Phép thử chưng cất: đó là đặc tính chưng cất của các nhiên liệu lỏng trừ các nhiên
liệu có áp suất hơi cao thì phép thử chưng cất không cần làm, các nhiên liệu lỏng
khác cần làm phép thử này.
100 ml mẫu được đưa vào bình cất. Cùng ống đong đó dùng để đong các thể tích các
distillat. Bầu thuỷ ngân của nhiệt kế để ngay dưới nhánh ra của hơi. Ngọn lửa được điều
chỉnh sao cho tốc độ chất lỏng ra là 4 ÷ 5 ml/phút. Điểm sôi đầu tiên là nhiệt độ tại đó giọt
chất lỏng đầu tiên rơi vào bình hứng, và điểm sôi cuối cùng là nhiệt độ cực đại mà nhiệt kế
đạt được khi đáy bình khô cạn. Phép thử chưng cất sẽ ghi nhiệt độ sôi đầu tiên mà ở đó
10% distillat được gộp lại và điểm sôi cuối cùng là toàn bộ thể tích các distillat.
- Hàm lượng lưu huỳnh
- Hàm lượng parafin và naphten
- Cặn cacbon: có hai phép thử cặn cacbon:
1. Cặn cacbon Conradson (Conradson Coking test). Lượng cacbon (coke) còn lại
khi đốt nóng dầu trong 1 chén nung đến nóng đỏ khi không có không khí. Lượng
cacbon này thường được biểu thị dưới dạng phần trăm trọng lượng.
2. Cặn cacbon Ramsbottom
- Hàm lượng asphalt
- Hàm lượng tro
- Hàm lượng kim loại
Đối với các nhiên liệu khí
Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm khí thường căn cứ vào mục đích sử dụng
khí và khi xác định các chỉ tiêu kĩ thuật của khí cũng phải dựa trên các phương pháp chuẩn
thích hợp. Việc phân tích các hiđrocacbon khí có số nguyên tử cacbon trong phân tử từ 1
đến 4 cũng khá phức tạp. Thông thường đối với mỗi một loại khí đều có các tiêu chuẩn
riêng.