Xăng động cơ và Xăng gốc

MỤC LỤC Xăng động cơ Khái niệm Yêu cầu với xăng động cơ Thành phần hóa học của xăng Hợp phần pha xăng Xăng gốc Xăng chưng cất Xăng từ quá trình cracking xúc tác Xăng reforming Xăng isomerisat Xăng ankylat Xăng từ quá trình hydrocracking Xăng từ quá trình polyme hóa Kết luận I. XĂNG ĐỘNG CƠ 1. Khái niệm Xăng là nhiên liệu lỏng nhẹ nhất ở điều kiện thường thu được từ việc chế biến dầu mỏ hóa dầu và khí. Nó chủ yếu chứa các hydrocacbon từ C5 đến C11 và phụ gia, được sử dụng trong các động cơ đốt trong như: ôtô, xe máy, máy bay… 2. Yêu cầu đối với xăng động cơ Xăng và diezen luôn là các sản phẩm dầu mỏ được biết đến nhiều nhất và quan trọng nhất. Cùng với sự gia tăng về số lượng động cơ xăng, động cơ diezen thì nhu cầu về xăng và diezen ngày càng tăng nhanh, bên cạnh những lợi ích mà động cơ này mang lại cho con người thì đồng thời nó cũng thải ra môi trường một lượng lớn các chất độc hại làm ảnh hưởng đến sức khoẻ và cả môi trường sinh thái. Xăng động cơ bắt buộc phải bảo đảm được các yêu cầu không những liên quan đến quá trình cháy trong động cơ, hiệu suất nhiệt mà còn phải bảo đảm các yêu cầu về bảo vệ môi trường. Thông thường xăng động cơ cần đạt được các yêu cầu cơ bản như sau: ☞ Khởi động tốt khi đang ở nhiệt độ thấp. ☞ Động cơ hoạt động không bị kích nổ. ☞ Không kết tủa, tạo băng trong bình chứa và cả trong bộ chế hoà khí. ☞ Dầu bôi trơn bị pha loãng bởi xăng là ít nhất. ☞ Trị số octan ít bị thay đổi khi thay đổi tốc độ động cơ. ☞ Các chất độc hại thải ra môi trường càng ít càng tốt. 3. Thành phần hóa học của xăng: Các hợp chất thơm không nhánh, nhánh ngắn có ON thấp, độc hại với con người à cần loại bỏ Thành phần của xăng Hydrocacbon Nước Dị nguyên tố Naphten Parafin Isoparafin là cấu tử mong muốn nhất, vì chúng có khả năng cháy điều hòa nhất Là hợp phần chiếm tỷ lệ nhiều nhất Aromatic 4. Hợp phần pha xăng Thực tế trong các nhà máy lọc dầu hiện nay xăng động cơ được phối trộn từ những nguồn sau: ① Xăng chưng cất trực tiếp ② Xăng của quá trình FCC ③ Reformat ④ Xăng của quá trình isomer hoá ⑤ Alkylat ⑥ Xăng của quá trình giảm nhớt, cốc hoá, các quá trình xử lý bằng hydro, polyme hóa Nói chung loại ② và ③ là các nguồn chính để phối trộn, phần còn lại phụ thuộc vào yêu cầu về chất lượng của xăng và yêu cầu của từng Quốc gia mà nguồn nguyên liệu và hàm lượng của nó được chọn khác nhau. II. XĂNG GỐC Các cấu tử pha xăng (xăng gốc) chiếm tỷ lệ thể tích chủ yếu trong thành phần của xăng thương phẩm (xăng động cơ). Chỉ một lượng nhỏ các loại phụ gia được sử dụng làm tăng các tính chất cơ bản của xăng và đáp ứng các nhu cầu sử dụng khác nhau. Thành phần và chất lượng của xăng gốc thu được trong quá trình chế biến dầu mỏ và khí cũng khác nhau. Nó phụ thuộc vào bản chất của dầu mỏ, công nghệ và mục đích chế biến. 1.Xăng chưng cất Phân xưởng chưng cất ở áp xuất khí quyển là một phân xưởng quan trọng nhất trong nhà máy lọc dầu có nhiệm vụ phân chia dầu thô thành nhiều phân đoạn khác nhau. Phần lỏng có nhiệt độ sôi từ 40-180oC thu được ở đỉnh sau khi ổn định sẽ cho ta xăng. Loại xăng chưng cất trực tiếp này có chỉ số octan thấp, khoảng 68 – 80 không đáp ứng được yêu cầu cơ bản của hầu hết các động cơ đốt trong hiện nay. Các chỉ tiêu hóa lý khác trong xăng chưng cất đều cao hơn tiêu chuẩn như: hàm lượng các hợp chất hydrocacbon no không nhánh hoặc ít nhánh, hàm lượng lưu huỳnh, các hydrocacbon khí bão hòa trong xăng, hàm lượng nhựa…. Lượng ít xăng chưng cất này dùng để phối trộn, còn phần chính được phân chia thành xăng nhẹ (chủ yếu C5 và C6) và xăng nặng (C6-C11). Phần xăng nhẹ thường làm nguyên liệu cho quá trình isomer hoá, còn phần xăng nặng làm nguyên liệu cho quá trình reforming xúc tác. Bảng 1: Các tính chất kỹ thuật của xăng chưng cất Nhà máy lọc dầu Dung Quất Chỉ tiêu Phương pháp thử Kết quả Khối lượng riêng ở 15 oC, g/cm3 ASTM D287 0.745 Thành phần cất, oC IBP (điểm sôi đầu) 10% 30% 50% 70% 90% EBP (điểm sôi cuối) ASTM D86 85 102 115 127 134 145 160 Hàm lượng Parafin, % kl UOP 880 52,5 Hàm lượng Olefin, %kl UOP 880 0 Hàm lượng Naphthen, %kl UOP 880 36,9 Hàm lượng Aromatic,%kl UOP 880 10,6 Hàm lượng lưu huỳnh, ppm ASTM D-4045 100 Hàm lượng nhựa max, ppb UOP 114 20 Hàm lượng oxi max, ppm UOP 678 2 Một lượng xăng nhẹ khác mà không thể không kể đến đó là sản phẩm của quá trình chế biến khí đồng hành, là phần lỏng tách ra ở nhiệt độ thường từ thiết bị tách khí slug catcher, tháp tách, tháp chưng cất ở nhiệt độ thấp trong quá trình chế biến khí. Đó là condensat hay còn gọi là xăng hoang. Condensat có thành phần hóa học và tính chất hóa lý tương tự như xăng nhẹ thu được trong quá trình chưng cất dầu mỏ. Nó chủ yếu chứa HC no, không nhánh hoặc ít nhánh C5-C6. Trị số trị số octan thường từ 60-70. Condensat cũng được isomer hóa, sau đó được sử dụng để pha trộn nhằm tăng áp suất hơi bão hòa của xăng thương phẩm. Bảng 2 chỉ ra các tính chất kỹ thuật cơ bản của condensat Bạch Hổ. Bảng 2: Thành phần và tính chất lý hóa của Condensat Bạch Hổ Đặc tính kỹ thuật Kết quả Trị số octan RON 65,8 Hàm lượng chì, mg/l < 2,5 Thành phần cất phân đoạn,O C IBP 10% 50% 90% EBP Cặn cuối, %V 36 45 55 97 145 0,8 Thành phần hydrocacbon, %V - n-paraphin - iso-paraphin - Olefin - Naphten - Aromatic (Hydrocacbon thơm) 47,28 39,89 0 10,43 2,40 Ăn mòn tấm đồng ở 50oC/3h 1a Hàm lượng nhựa thực tế, mg/100ml 0,9 Độ ổn định ôxy hóa, phút - Hàm lượng lưu huỳnh, %kl 0,006 Áp suất hơi (Reid) ở 37,8oC, kPa 76,12 Khối lượng riêng (ở 15oC), kg/l 0,6762 Hàm lượng mangan, mg/l < 0,25 MTBE, % thể tích 0,0 Metanol, % thể tích 0,0 Hàm lượng nước 0,0 Benzen, % thể tích 1,39 Ngoại quan Trong suốt 2. Xăng từ quá trình cracking xúc tác FCC Đây là nguồn cho xăng lớn nhất trong nhà máy lọc dầu. Hiệu suất và chất lượng xăng phụ thuộc vào chất lượng nguyên liệu, xúc tác và chế độ công nghệ. Nếu nguyên liệu có nhiều naphten thì xăng có chất lượng cao Nếu nguyên liệu có nhiều parafin thì xăng thu được có trị số octan thấp Nếu nguyên liệu có nhiều lưu huỳnh thì trong xăng cũng có nhiều lưu huỳnh ( chiếm 15% trong tổng lượng lưu huỳnh trong nguyên liệu) Cơ chế chính của quá trình: cacbocation Nhiệt độ: 470-550oC Áp suất: 2,5 - 3 atm Xúc tác: chất xúc tác lưỡng chức Zeolit Y Xăng cracking xúc tác có một số đặc điểm sau: Tỷ trọng 0,72 - 0,77 RON: 87- 92 MON: 78- 86 RVP nhỏ từ 32-45 kPa Thành phần hóa học: 9-13% olefin, 20-30% aren, còn lại là naphten và iso-parafin Với các tính chất trên, xăng cracking xúc tác là thành phần cơ bản để tạo xăng thương phẩm cho ôtô, xe máy. Tuy nhiên, sự có mặt của của các olefin chính là nguyên nhân làm mất tính ổn định của xăng. Do đó, cần có biện pháp phối trộn xăng gốc và phụ gia thích hợp để hạn chế điều này. Bảng 3: Các tính chất kỹ thuật nguyên liệu RFCC và xăng Crackat Nhà máy lọc dầu Dung Quất Chỉ tiêu Nguyên liệu cặn khí quyển Xăng nhẹ Xăng nặng TBP, oC 370+ C5 – 165oC C5  205oC Độ API 26,95 - - Tỷ trọng d154 0,893 0,719 0,736 Thành phần cất, oC IBP 263 35 39 5 % - 43 50 10% 379 47 55 30% 435 60 71 50% 475 72 90 70% - 91 116 90% - 129 160 95% - 144 176 EBP - 159 197 Trị số octan RON MON - - 92,0 79,5 92,1 79,9 TVP, g/cm2 - 498 337 RVP, kPa - 48 32 Hàm lượng lưu huỳnh, ppm 0,55 230ppm 340ppm Hàm lượng olefin, %kl - 43 34 Hàm lượng asphaten, %kl 2,0 - - Hàm lượng sáp , %kl - - - Hàm lượng kim loại, ppm Ni Na - 5 1,6 - - %V cấu tử có nhiệt độ sôi >550 oC 32,4 - - Điểm rót, oC 50 - - Cặn cacbon condensat, %kl 2,66 - - Độ nhớt, CSt 50oC 100oC 43,4 8,8 - - 3. Xăng reformat Xăng thu được của quá trình reforming xúc tác được gọi là reformat. Bản chất của quá trình reforming xúc tác là biến các hydrocacbon no, chủ yếu là C7+thành ankyl benzen trên cơ sở xúc tác lưỡng chức: chức axit và chức kim loại. Các thông số cơ bản của quá trình reforming được chỉ ra dưới đây: - Cơ chế chính của quá trình: phản ứng qua 3 giai đoạn: loại H2, đóng vòng, loại H2 theo cơ chế cacbocation. - Nhiệt độ: 450 – 550oC - Áp suất: 3 - 35 atm - Xúc tác: chất xúc tác lưỡng chức như: Al2O3/Pt, - Hiệu suất: 80 - 86% Vài tính chất cơ bản của xăng reformat như sau: - RON cao: 95- 102 - RVP bé, khoảng từ 45-58 kPa - Tỷ khối lớn, nhiệt cháy cao - Thành phần: olefin < 3%, naphten <10%, còn lại là iso-parafin và aromatic Đây là nguồn nguyên liệu chính để phối trộn tạo xăng có chất lượng cao, chúng có chứa một hàm lượng các hợp chất aromatic cao nên chỉ số octan của no cao. Tuy nhiên đây cũng chính là nhược điểm của xăng reformat so với các xăng gốc khác, các hợp chất thơm này khi cháy thường tạo nhiều cặn muội và độc hại đối với môi trường và con người. Bảng 4: Các tính chất kỹ thuật của xăng reformat Nhà máy lọc dầu Dung Quất Chỉ tiêu Kết quả Tỷ khối ở 15oC 0,81 Hàm lượng C5+, %kl, min 85,5 Trị số trị số octan RON MON 102 91 Áp suất hơi bão hòa RVP, kg/cm2 0,46 – 0,6 Hàm lượng C4-, %V max 1 Hàm lượng aromatic, %V 70 Hàm lượng olefin, %V max 5 Hàm lượng lưu huỳnh, ppm, max 5 Hàm lượng nhựa, ppm 1 Bảng 5: Thành phần và tính chất lý hóa của reformat nhập khẩu Chỉ tiêu Kết quả Trị số octan (RON) 100 Hàm lượng chì, mg/l < 2,5 Thành phần cất phân đoạn, oC - IBP - 10% - 50% - 90% - EBP - Cặn cuối, %V 37 69,4 100 152 184,2 1,0 Thành phần hydrocacbon, %V - n-paraphin - iso-paraphin - Olefin - Naphten - Aromatic (Hydrocacbon thơm) 7,52 28,71 2,88 2,99 45,03 Ăn mòn mảnh đồng ở 50oC/3h 1a Hàm lượng nhựa thực tế, mg/100ml 1,4 Độ ổn định ôxy hóa, phút > 480 Hàm lượng lưu huỳnh, %kl 0,0095 Áp suất hơi (Reid) ở 37,8oC, kPa 55,7 Khối lượng riêng (ở 15oC), kg/l 0,7692 Hàm lượng mangan, mg/l < 0,25 MTBE, % thể tích 12,86 Metanol, % thể tích 0,0 Hàm lượng nước 0,0 Benzen, % thể tích 3,99 Ngoại quan Vàng trong suốt 4. Xăng isomerisat Xăng isomerisat là xăng thu được từ quá trình isome hóa phân đoạn xăng chưng cất nhẹ và condensat. Bản chất của quá trình isome hóa là biến các nC5-C6 (chiếm từ 80 – 98%klg xăng nhẹ) thành các isoC5 -C6 có trị số octan cao hơn. Các thông số kỹ thuật của quá trình isome hóa như sau: - Cơ chế chính quá trình isome hóa: cacbocation - Nhiệt độ: 110 – 180oC - Áp suất: 3 - 30 atm - Xúc tác: chất xúc tác lưỡng chức như: Al2O3/Pt; Zeolit/Pt; ZrO/SO42-/Pt… - Hiệu suất: > 95% Vài tính chất xăng isomerisat như sau: Trị số octan từ 83-88 Chênh lệch giữa RON và MON bé (độ nhạy của isomerisat với chế độ làm việc thay đổi của động cơ bé) Khối lượng riêng bé. Áp suất hơi bão hòa Reid cao khoảng 80kPa Hàm lượng lưu huỳnh, các hợp chất thơm, olefin chỉ tồn tại ở trạng thái vết Xăng isomerisat chiếm khoảng từ 3 – 5% tổng lượng xăng trên thế giới. 5.Xăng ankylat Xăng ankylat thu được từ quá trình ankyl hóa sản phẩm khí của quá trình cracking. Bản chất của quá trình này là thêm gốc –R vào phân tử hợp chất hữu cơ. Các thông số kĩ thuật của quá trình ankyl hóa như sau: Xúc tác: HF (83-91%) hoặc H2SO4 (93-95%) Nhiệt độ: 10-45oC (HF) hoặc 0- 10oC (H2SO4 ) Áp suất: 10-14 atm (HF) hoặc 6 atm (H2SO4 ) iC4/olefin: 10-15 (HF) hoặc 5-8 (H2SO4 ) Xúc tác/ olefin giữ cố định : 1- 2 Một vài tính chất của xăng ankylat như sau: Trị số octan cao trên 95 Nhiệt cháy cao Thành phần: chứa ít olefin và HC đói, mà chủ yếu là các iso-ankan (iso-octan) Xăng ankylat có chất lượng rất cao, thường sử dụng ankylat để pha vào các loại xăng khác nhau nhằm nâng cao chất lượng, đặc biệt là pha vào xăng máy bay để nâng cao nhiệt trị. 6. Xăng từ quá trình hydrocracking Sản phẩm xăng hydrocrakat này có trị số octan tương đối, tuy nhiên còn phụ thuộc vào từng loại nguyện liệu. Hydrocrakat C5 –C6 có RON khoảng 85 đến 89. Hydrocrakat C7-C11 có RON khoảng từ 76 đến 80. Hydrocrakat của C5-C6 cho áp suất hơi bão hòa Reid cao. Trong thành phần của xăng chứa chủ yếu là các hydrocacbon no, ít dị nguyên tố, nên xăng có độ ổn định tốt. 7. Xăng từ quá trình polyme hóa Xăng thu được từ quá trình này được gọi là xăng polyme hóa (polymerat) có trị số octan cao ( khoảng 97 theo RON và 83 theo MON), áp suất hơi bão hòa Reid tương đối cao. Ngày nay, một số nhà máy lọc dầu vẫn tồn tại công nghệ polyme hóa, xem như một giải pháp tạo ra các thành phần xăng có trị số octan cao. Một số xăng phụ khác như: xăng từ quá trình cracking nhiệt, cracking giảm nhớt, xăng cốc hóa ... Đặc điểm của các loại xăng này là hàm lượng các hợp chất phi hydrocacbon lớn, xăng kém ổn định vì chứa lượng lớn các hợp chất không no. III.Kết luận: Trên đây là những tìm hiểu của nhóm 3 về các loại xăng gốc, trong bài làm không tránh được những sai sót. Mong được sự đóng góp ý kiến của thầy giáo và các bạn sinh viên.