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 b ốc 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 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 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 6 Bảng 1. Nhiệt độ bốc cháy (°C) của một số nhiên liệu và khí Nhiên liệu Trong không khí Trong quyển oxi Metan 580 506 Etan 472 432 n-Pentan 218 208 Toluen 552 516 Xăng (OC73) 300 290 Dầu điezen (chỉ số xetan 60) 247 242 Hiđrosunfua 292 220 Hình 1 trình bày mối liên quan giữa áp suất và nhiệt độ bốc cháy của nhiên liệu hiđrocacbon. Ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyển, một số khí có nhiệt độ tự bốc cháy ở trong vùng B. Nhưng ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển, các khí đơn giản như: CH 4 , C 2 H 4 , có nhiệt độ tự bốc cháy giảm đi khi áp suất tăng (đường C). Với các hiđrocacbon lớn hơn C 3 thì tồn tại một vùng nhiệt độ tương đối thấp (từ 300°C đến 400°C, vùng A) mà trong vùng này sự cháy cho hiện tượng “ngọn lửa lạnh”. Nhưng từ trên 400°C, sự cháy có thể xảy ra hoàn toàn và nhiệt độ bốc cháy lại biến đổi theo đường cong C. Hình 1. Ảnh hưởng của áp suất lên nhiệt độ bốc cháy của khí và hơi Đối với các nhiên liệu dùng cho động cơ điezen, việc xác định nhiệt độ bốc cháy của chúng được tiến hành trong các động cơ chuẩn ở các điều kiện nhiệt độ và áp suất nhất định theo phương pháp của Foord. Theo phương pháp này, người ta có thể đo được chính xác thời gian trễ giữa thời điểm tiêm nhiên liệu vào động cơ và thời gian xảy ra sự cháy. Thông thường, nhiệt độ tiêu chuẩn ban đầu được lấy là nhiệt độ thấp nhất mà ở đó nhiên liệu sau một thời gian phân hủy sẽ bùng cháy, thời gian này có thể tới hàng giây. Như vậy thời gian trễ cháy là quan trọng. Đương nhiên thời gian này có thể rút ngắn bằng cách nâng nhiệt độ và sẽ không lớn hơn 1/5 ÷ 2/5 giây đối với động cơ điezen tốc độ cao. 8 nạn do sự rò rỉ của khí dễ cháy hay hơi dễ cháy trong không khí. Điều này cũng rất quan trọng đối với việc sử dụng thực tế các hỗn hợp nhiên liệu trong động cơ đốt trong. Các yếu tố ảnh hưởng tới các giới hạn cháy là: (1) nhiệt trị, (2) thể tích tương đối và nhiệt dung riêng của các khí, (3) nhiệt độ bốc cháy. Cả hai giới hạn này còn bị ảnh hưởng bởi dạng của bình chứa khí, hướng truyền, áp suất và nhiệt độ. Sự truyền hướng lên trong một ống có đường kính 7,5 cm cho những điều kiện tối ưu nhất. Các giới hạn của tính dễ cháy của một số nhiên liệu được trình bày trong bảng 3. Bảng 3. Các giới hạn của tính dễ cháy của các nhiên liệu khí và lỏng ở nhiệt độ và áp suất khí quyển (theo % thể tích) trong không khí Loại khí Giới hạn thấp Giới hạn cao Khí lò 35 74 Khí than 5,3 31,5 Khí thiên nhiên 4,8 13,5 Khí ướt 6,0 55 Dầu mỏ 1,4 6,0 Benzen 1,4 7,4 Cồn etylic 3,6 18 Ảnh hưởng của sự thay đổi đường kính ống và hướng của dòng nhiên liệu được trình bày trong bảng 4 (ở đây L hướng lên trên, X là hướng xuống dưới, N là hướng nằm ngang của dòng). Bảng 4. Ảnh hưởng của sự thay đổi đường kính ống và hướng của dòng nhiên liệu trong quá trình cháy Đường kính ống (cm) 7,5 5 2,5 Hướng dòng nhiên liệu L N X L N X L N X Giới hạn thấp 2,60 2,68 2,78 2,60 2,68 2,80 2,73 2,78 2,90 Giới hạn cao > 80,5 78,5 71,0 78,0 68,5 63,5 70,0 59,5 65,5 Với những hiđrocacbon lớn hơn C 3 các giới hạn trở nên phức tạp do hiện tượng lửa lạnh. Vùng lửa bình thường tập trung gần hỗn hợp lý thuyết cho sự cháy hoàn toàn, còn vùng lửa lạnh tập trung gần thành phần hoạt động nhất trong sự cháy chậm. Bảng 5. Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất lên giới hạn tính dễ cháy trong không khí của một số nhiên liệu và khí Nhiệt độ (°C) H 2 CO CH 4 (HT lên)* CH 4 (HT xuống)* 17 9,4 - 71,5 16,3 - 70,0 6,3 - 1,9 6,0 - 13,4 100 8,8 - 73,5 14,8 - 71,5 6,0 - 13,7 5,4 - 13,5 200 7,9 - 76,0 13,5 - 73,0 5,5 - 1,6 5,0 - 13,8 10 đối với 5 hiđrocacbon đầu trong dãy ankan có tốc độ truyền lửa vào khoảng 6,1 m trong 1 giây. Khi sự truyền lửa được nghiên cứu bằng phương pháp ống như ở trên, người ta thấy rằng tốc độ truyền lửa giảm đi theo đường kính ống tới một giá trị nhất định. Tốc độ truyền lửa trong ống đường kính 2,54 cm giảm đi một nửa so với trong ống 30,5 cm. Khi nghiên cứu tốc độ truyền lửa của các nhiên liệu, người ta thấy rằng ở phần trăm khí thấp thì tốc độ cũng thấp. Khi phần trăm khí tăng lên thì tốc độ truyền cũng tăng lên tới một cực đại và sau đó lại giảm đi khi đạt tới giới hạn trên của tính dễ bắt lửa. Các tốc độ thấp nhất, tốc độ của các hỗn hợp giới hạn là như nhau đối với tất cả các khí, vào khoảng 19,8 cm/s (xem hình 2). Hình 2. Tốc độ chuyển động đều của ngọn lửa các nhiên liệu khí trong không khí Tốc độ truyền lửa cũng bị ảnh hưởng bởi sự có mặt của hơi nước. Ví dụ, đối với CO tốc độ truyền lửa giảm đi đáng kể khi có mặt nước. Những giá trị thu được trong một ống 6,35 cm được trình bày trong bảng 6 sau đây. Bảng 6. Tốc độ truyền lửa cực đại của hỗn hợp nhiên liệu khí với không khí trong ống nằm ngang Tốc độ (cm/s) với đường kính ống Nhiên liệu khí % nhiên liệu khí trong hỗn hợp 2,5 (cm) 5,0 (cm) Hiđro 35 490 - Metan 9,5 66 91 Etan 6,5 86 130 Propan 4,6 80 120 Butan 3,7 83 113 Pentan 3,0 82 115 . không khí của một số nhiên liệu và khí Nhiệt độ (°C) H 2 CO CH 4 (HT lên)* CH 4 (HT xuống)* 17 9,4 - 71, 5 16 ,3 - 70,0 6,3 - 1, 9 6,0 - 13 ,4 10 0 8,8 - 73,5 14 ,8 - 71, 5 6,0 - 13 ,7 5,4 - 13 ,5. 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). nhiệt 20 Nhiên liệu dầu khí Hoa Hữu Thu 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