Giáo Trình Dầu Mỏ Thương Phẩm Thạc Sĩ, Trương Hữu Trí

1. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Chương I
NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ XĂNG
1.1. Giới thiệu chung về nhiên liệu cho động cơ xăng
Nhiên liệu dùng cho động cơ xăng được gọi là xăng, đây là một hỗn hợp chứa
nhiều các hợp chất khác nhau. Khi nghiên cứu về thành phần hoá học của dầu mỏ,
phân đoạn dầu mỏ nói chung hay của xăng thương phẩm nói riêng người ta thường
chia thành phần của nó thành hai nhóm chất chủ yếu đó là các hợp chất hydrocacbon
và các hợp chất phi hydrocacbon.
Nhiên liệu cho động cơ xăng là một sản phẩm quan trọng của nhà máy lọc dầu,
nó đã trở thành một mặt hàng quen thuộc trong đời sống sinh hoạt hàng ngày của con
người cũng như hoạt động sản xuất trong công nghiệp.
Động cơ xăng ra đời sớm hơn động cơ Diesel (được phát minh ra đồng thời ở
Pháp và Đức vào khoảng 1860), nó đã phát triển mạnh mẻ từ sau những năm 50 của
thế kỷ trước. Với nền công nghiệp chế tạo ô tô hiện đại như ngày nay đã cho ra đời
nhiều chủng loại với công suất khác nhau và được áp dụng trong nhiều lĩnh vực của
đời sống sản xuất và sinh hoạt của con người.
Cùng với sự gia tăng về số lượng động cơ xăng, nhu cầu về xăng nhiên liệu
ngày càng tăng nhanh, điều này đã mang đến cho các nhà sản xuất nhiên liệu những cơ
hội và cả những thách thức mới, bởi trong thực tế, 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.
Vì vậy xăng thương phẩm 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 thương phẩm 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.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 1

2. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Không kết tủa, tạo băng trong bình chứa và cả trong bộ chế hoà khí.
Không tạo nút hơi trong hệ thống cung cấp nhiên liệu.
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.
Xăng nhiên liệu thu nhận được trong các nhà máy lọc dầu, ban đầu chỉ từ phân
xưởng chưng cất khí quyển, tuy nhiên hiệu suất thu xăng từ quá trình này rất thấp chỉ
vào khoảng 15% khối lượng dầu thô ban đầu.
Khi nhu cầu về xăng tăng lên thì phân đoạn này không đủ để cung cấp cho các nhu
cầu thực tế, vì vậy bắt buộc con người phải chế biến các phần thu khác nhằm thu hồi
xăng với hiệu suất cao hơn, điều này đã làm xuất hiện các phân xưởng khác như phân
xưởng crắckinh, alkyl hoá . . .
Ngoài lý do vừa nêu ở trên thì do yêu cầu về hiệu suất của động cơ ngày càng tăng
và chất lượng xăng ngày càng cao nên các nhà sản xuất nhiên liệu phải đưa ra nhiều
quá trình sản xuất khác nhằm đảm bảo các yêu cầu của xăng thương phẩm.
Thực tế trong các nhà máy lọc dầu hiện nay xăng thương phẩm được phối trộn từ
những nguồn sau:
Xăng của quá trình FCC
Reformat
Xăng chưng cất trực tiếp
Xăng của quá trình isomer hoá
Alkylat
Xăng của quá trình giảm nhớt, cốc hoá, các quá trình xử lý bằng hydro
Xăng thu được từ các quá trình tổng hợp như Methanol, Ethanol, MBTE.
Nói chung hai loại đầu tiên là các nguồn chính để phôi 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.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 2

3. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Ví dụ:
- Tỷ lệ của các nguồn phối trộn xăng thương phẩm ở Mỹ (trước năm 2000)
34,7
4
4,7131,8
5,6
36,2
Reformat
Naphta nh?
Isomerisat
Alkylat/Polymerisat
Ether
Butan
Xăng FCC
- Tỷ lệ của các nguồn phối trộn xăng thương phẩm ở Tây Âu (trước năm 2000)
49,6
7,655,9
1,8
5,7
27,1
Reformat
Naphta nh?
Isomerisat
Alkylat/Polymerisat
Ether
Butan
Xăng FCC
- Tỷ lệ phối trộn ở Pháp từ năm 2000
Reformat 35% < < 45%
Butan 5%
Xăng FCC 15% < < 25%
Xăng isomer hoá 0% < < 15%
Alkylat 0% < < 20%
MTBE 0% < < 5% (trường hợp đặc biệt <15%)
ThS. Trương Hữu Trì Trang 3

4. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
1.2. Thành phân hoá học của nhiên liệu xăng
1.2.1. Giới thiệu chung về thành phần hoá học của xăng
Như phần trên vừa nêu, xăng thương phẩm không phải là sản phẩm của một quá
trình nào đó trong nhà máy lọc dầu mà nó là một hỗn hợp được phối trộn cẩn thận từ
một số nguồn khác nhau, kết hợp với một số phụ gia nhằm đảm bảo các yêu cầu hoạt
động của động cơ trong những điều kiện vận hành thực tế và cả trong các điều kiện
vận chuyển, tồn chứa và bảo quản khác nhau.
Thành phần hoá học chính của xăng là các hydrocacbon có số nguyên tử từ C4÷
C10 thậm chí có cả các hydrocacbon nặng hơn như C11, C12 và cả C13. Ngoài ra trong
thành phần hoá học của xăng còn chứa một hàm lượng nhỏ các hợp chất phi
hydrocacbon của lưu huỳnh, nitơ và oxy.
Với số nguyên tử cacbon như trên, trong thành phần của xăng chứa đầy đủ cả
ba họ hydrocacbon và hầu như các chất đại diện cho các họ này đều tìm thấy trong
xăng.
Mặc dù trong thành phần của dầu mỏ ban đầu không có các hợp chất không no
như ôlêfin nhưng trong quá trình chế biến đã xãy ra quá trình cắt mạch hình thành nên
các hợp chất đói này, do đó trong thành phần hoá học của xăng thương phẩm còn có
mặt các hợp chất đói.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 4

5. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Sự phân bố các cấu tử theo số nguyên tử cacbon và theo họ hydrocacbon của
một loại xăng super thương phẩm.
Thành phần tính theo khối lượngSố nguyên
tử cacbon
Parafin % Naphten% Olefin% Diolefin% Aromatic% Tổng %
4 1.46 0 0.59 0. 0 2.05
5 11.64 0.18 3.16 0.06 0 15.04
6 12.27 1.03 2.09 0.06 2.22 17.67
7 11.52 1.41 1.40 0 12.84 27.17
8 4.26 0.05 0.12 0 16.70 21.13
9 0.65 0 0 0 10.76 11.41
10 0 0 0 0 3.08 3.08
11 0 0 0 0 0.19 0.19
Tổng 41.8.0 2.67 7.36 0.12 45.79 97.74
Các cấu tử không xác định chiếm 2.26%
Các giá trị được cung cấp bởi IFP
ThS. Trương Hữu Trì Trang 5

6. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Sự phân bố các cấu tử theo số nguyên tử cacbon và theo họ hydrocacbon của
một loại xăng thường thương phẩm.
Thành phần tính theo khối lượngSố
nguyên tử
cacbon
N-parafin
%
Isoparafin
%
Naphten
%
Olefin
%
Aromatic
%
Hợp chất
chứa oxy %
Tổng
%
4 5.14 0.3 0 1.49 0 0 6.93
5 1.26 7.84 0 10.11 0 0.5 19.71
6 0.64 6.34 1.19 5.07 1.23 3 17.47
7 0.65 3.22 1.05 1.56 8.11 0 14.59
8 0.48 11.47 0.43 0.34 13.61 0 26.33
9 0.11 1.12 0.16 0.07 9.49 0 10.95
10 0.01 0.09 0.09 0.02 2.80 0 3.01
11 0 0.1 0 0 0.25 0 0.35
12 0 0.61 0 0 0 0 0.61
13 0 0.01 0 0 0 0 0.01
Tổng 8.29 31.1 2.92 35.49 18.66 3.5 99.96
Các cấu tử không xác định chiếm 0.4%
Các giá trị được cung cấp bởi IFP
ThS. Trương Hữu Trì Trang 6

7. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
1.2.2. Thành phần hoá học của xăng
Khi nghiên cứu về thành phần hoá học của dầu mỏ cũng như các phân đoạn hay
sản phẩm của nó thì người ta thường chia thành phần chúng ra làm hai phần chính là
hydrocacbon và phi hydrocacbon.
1.2.2.1. Thành phần hydrocacbon của xăng
Họ parafinic
Công thức hóa học chung là CnH2n+2, bao gồm các chất có số nguyên tử như đã
nêu trên, chúng tồn tại dưới 2 dạng: mạch thẳng (n-parafin) và mạch phân nhánh (i-
parafin), với các isoparaffin thì mạch chính dài, mạch nhánh ngắn, chủ yếu là gốc
metyl.
Olefin
Các hydrocacbon olefine có công thức chung là CnH2n, được tạo thành từ các
quá trình chuyển hóa, đặc biệt là quá trình cracking, giảm nhớt, cốc hoá . . . Các
olefine này cũng bao gồmhai loại n-parafin và iso-parafin.
Họ naphtenic
Hydrocacbon naphtenic là các hydrocacbon mạch vòng no với công thức chung
là: CnH2n và các vòng này thường 5 hoặc 6 cạnh, các vòng có thể có nhánh hoặc không
có nhánh, hàm lượng của họ này chiếm một số lượng tương đối lớn, trong đó các hợp
chất đứng đầu dãy thường ít hơn các đồng đẳng của nó, những đồng phân này thường
có nhiều nhánh và nhánh lại rất ngắn chủ yếu là gốc metyl (-CH3)
Họ aromatic
Các hợp chất này trong xăng thường chiếm một hàm lượng nhỏ nhất trong ba
họ và các hợp chất đầu dãy cũng ít hơn các hợp chất đồng đẳng của nó.
1.2.2.2. Thành phần phi hydrocacbon của xăng
Trong xăng, ngoài các hợp chất hydrocacbon kể trên còn có các hợp chất phi
hydrocacbon như các hợp chất của O2, N2, S. Trong các hợp chất này thì người ta
quan tâm nhiều đến các hợp chất của lưu huỳnh vì tính ăn mòn và ô nhiễm môi trường.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 7

8. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Trong xăng, S chủ yếu tồn tại chủ yếu ở dạng mercaptan (RSH), hàm lượng của
nó phụ thuộc vào nguồn gốc của dầu thô có chứa ít hay nhiều lưu huỳnh và hiệu quả
quá trình xử lý HDS.
Các hợp chất của các nguyên tử khác có hàm lượng chủ yếu ở dạng vết, trong
đó nitơ tồn tại chủ yếu ở dạng pyridin còn các hợp chất của oxy thì rất ít và chúng
thường ở dạng phenol và đồng đẳng.
1.3. Đặc điểm của các nguồn dùng để phối trộn xăng
1.3.1. Xăng của quá trình reforminh xúc tác.
Xăng thu được của quá trình reforming xúc tác được gọi là reformat. 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 (RON = 95- 102).
1.3.2. Xăng cracking xúc tác:
Đây là nguồn cho xăng lớn nhất trong nhà máy lọc dầu. Trị số octane của xăng
này khoảng 87- 92 tuỳ theo điều kiện công nghệ. Thành phần hóa học chứa tới 9- 13%
hydrocacbon olefine. Sự có mặt của của các olefine này chính là nguyên nhân làm mất
tính ổn định của xăng.
1.3.3. Xăng chưng cất trực tiếp:
Phân xưởng chưng cất ở áp suất 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 hơi thu được ở đỉnh sau khi ổn định ta sẻ thu được xăng. Loại xăng chưng
cất trực tiếp này có chỉ số octan thấp khoảng 54- 65 nên chỉ dùng một lượng ít để phối
trộn còn phần chính được phân chia thành xăng nhẹ (chủ yếu C5 và C6) và xăng nặng.
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.
1.3.4. Alkylat
Trong công nghệ lọc hóa dầu người ta sử dụng quá trình alkyl hóa để sản suất
xăng có trị số octane cao. Ngày nay quá trình alkyl hóa được sử dụng phổ biến ở các
nước trên thế giới. Với quá trình này, người ta đã tạo ra một nguồn phối liệu có trị số
ThS. Trương Hữu Trì Trang 8

9. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
octane cao hầu như không có tạp chất và các hợp chất aromatic đáp ứng yêu cầu sản
suất xăng sạch bảo đảm các yêu cầu về động cơ và môi trường.
1.3.5. Các nguồn phối liệu khác
Ngoài các nguồn chính trên thì xăng còn được phối liệu từ các nguồn khác như:
xăng giảm nhớt, xăng cốc hóa ... đây là các sản phẩm phụ của các quá trình.
Đặc điểm của xăng này là hàm lượng các hợp chất phi hydrocacbon lớn, xăng
kém ổn định vì chứa lượng lớn các hợp chất không no.
Cùng các loại xăng trên thì ngày nay khi yêu cầu về việc giảm các chất gây ô
nhiễm môi trường trong khói thải của động cơ càng khắt khe thì việc dùng các cấu tử
được tổng hợp từ các phản ứng hoá học có trị số octane cao như: MTBE, TAME,
methanol, ethanol.. để phối trộn xăng thương phẩm cũng đang được áp dụng rộng rãi.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 9

10. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
1.4. Nguyên tắc hoạt động và đặc điểm của động cơ xăng
1.4.1. Nguyên tắc hoạt động của động cơ xăng
ThS. Trương Hữu Trì Trang 10

11. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Động cơ xăng là một động cơ nhiệt dùng để biến năng lượng hoá học của nhiên
liệu khi bị đốt cháy thành năng lượng cơ học dưới dạng chuyển động quay. Động cơ
này làm việc theo nguyên tắc một chu trình gồm bốn giai đoạn: nạp, nén, cháy nổ và
giản nở sinh công, thải khí cháy ra ngoài. Sơ đồ nguyên lý như sau:
Hành trình 1-Kỳ nạp.
Piston đi từ điểm chết trên (ĐCT) xuống điểm chết dưới (ĐCD), xupap nạp mở,
xupap thải đóng, trục khuỷu quay từ vị trí ϕ0
= 0 đến 1800
. Trong kỳ nạp tiêu tốn công
kéo piston xuống, thể tích xi lanh tăng lên, áp suất trong xi lanh giảm xuống tạo sự
chênh lệch áp suất, do đó xăng và không khí từ bộ chế hoà khí được hút vào trong xi
lanh. Để tăng lượng kkí nạp trong mỗi chu kỳ thì khi piston đi từ ĐCT xuống, xupap
nạp được mở sớm trước ĐCT một góc ϕ1= 10÷450
và đóng muộn sau ĐCD một góc
ϕ2 = 40-800
. Vì vậy, quá trình nạp trên đồ thị công là: I-a-II, được tiến hành trong
phạm vi góc quay trục khuỷu là ϕ1 + 1800
+ ϕ2.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 11

12. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Đồ thị công và
đồ thị phối khí
Hành trình 2-Kỳ nén
Piston đi từ ĐCD đến ĐCT, cả hai xupap nạp và thải đều đóng, trục khuỷu quay
từ vị trí 1800
÷ 3600
. Trong kỳ nén tiêu tốn công piston đi lên nén hỗn hợp, thể tích xi
lanh giảm trong điều kiện hai van đóng nên áp suất hỗn hợp nhiên liệu trong xi lanh
tăng lên. Để chuẩn bị cho quá trình cháy được tốt thì gần cuối quá trình nén Bugi bật
tia lửa điện sớm trước ĐCT, tại điểm c'. Do vậy, quá trình nén trên đồ thị công là từ
điểm II - c'.
Hành trình 3 - cháy - giãn nở (kỳ công tác)
Piston đi từ ĐCT đến ĐCD, cả hai xupap đều đóng, trục khuỷu đi từ vị trí ϕ =
3600
đến 5400
. Trong hành trình này, nhờ quá trình cháy làm tăng áp lực trong buồng
cháy và áp lực này đẩy piston đi xuống và sinh công, nó bao gồm hai quá trình: cháy
và giãn nở. Quá trình cháy bắt đầu tại điểm c' trước ĐCT một góc đánh lửa sớm ϕ = ϕ1
= 10-300
và kết thúc tại điểm d sau ĐCT, còn quá trình giãn nở bắt đầu từ điểm d và
kết thúc tại III.
Hành trình 4 - thải khí cháy ra ngoài
ThS. Trương Hữu Trì Trang 12

13. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Piston đi từ ĐCD đến ĐCT, xupap thải mở, xupap nạp đóng, trục khuỷu quay từ
vị trí ϕ = 5400
đến 7200
. Trong kỳ thải tiêu tốn công đưa piston đi lên và đẩy sản vật
cháy ra ngoài. Xupap thải được mở sớm tại điểm III trước ĐCD một góc ϕ3, nếu ϕ3
quá lớn sẽ tăng tổn thất công giãn nở ở kỳ cháy. Để quá trình thải triệt để các sản vật
cháy ra ngoài, xupap thải đóng muộn sau ĐCT một góc ϕ4, tại điểm IV. Quá trình thải
được biểu diễn trên đồ thị công là III-b-IV, được tiến hành trong phạm vi góc quay
trục khuỷu là ϕ3+1800+ ϕ4, còn đoạn I-r-IV gọi là đoạn trùng điệp, tức cả hai van nạp
và thải đều mở.
Như vậy, toàn bộ chu trình công tác được thực hiện theo bốn hành trình trong
hai vòng quay của trục khuỷu, trong bốn hành trình này chỉ có một hành trình cháy và
giãn nở là sinh công, còn ba hành trình khác thì phải tiêu tốn công.
1.4.2. Đặc điểm của quá trình hoạt động trong động cơ xăng
Từ việc phân tích hoạt động của động cơ xăng ở trên ta rút ra được những đặc
điểm của động cơ này như sau:
Nhiên liệu trước khi nạp vào xylanh nó đã được phối trộn với không khí để tạo
hỗn hợp cháy, như vậy độ bay hơi của xăng trong buồng cháy không phải là vấn
đề lớn ảnh hưởng đến chất lượng của quá trình cháy.
Quá trình cháy của nhiên liệu chỉ được thực hiện khi bugie bật lửa hoặc khi
màng lửa lan truyền đến.
Khi bugie bật lửa thì quá trình cháy bắt đầu, lúc này hỗn hợp trong buồng cháy
được chia thành hai phần: Phần thứ nhất là khí cháy, phần thứ hai là hỗn hợp
của không khí và nhiên liệu chưa cháy (hỗn hợp công tác), trong điều kiện nhiệt
độ và áp suất cao với sự có mặt của oxy không khí thì các hydrocacbon của
nhiên liệu sẻ bị biến đổi một cách sâu sắc, cụ thể là chúng sẻ bị oxy hoá để tạo
thành các hợp chất có khả năng tự bốc cháy khi mặt lửa chưa lan truyền đến.
Trong trường hợp này, nếu như phần nhiên liệu tự bốc cháy nhiều thì nó sẻ làm
tăng áp suất trong buồng cháy một cách đột ngột và gây ra những sóng xung
kích va đập vào piston, xylanh tạo ra những tiếng gỏ kim loại. Hiện tượng này
được gọi là hiện tượng cháy kích nổ.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 13

14. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
1.5. Chỉ tiêu chất lượng của xăng
Ngày nay động cơ đã trở thành một bộ phận quan trọng trong đời sống sản xuất
và sinh hoạt của con người. Bên cạnh những lợi ích to lớn mà chúng mang lại thì động
cơ cũng đồng thời thải một lượng rất lớn chất độc hại ra môi trường gây ảnh hưởng
đến sức khoẻ con người và ảnh hưởng xấu đến môi trường sinh thái. Vì vậy, cần thiết
phải đặt ra những quy định nhằm hạn chế việc thải các độc hại và thực hiện các quy
định này một cách nghiêm túc.
Ở gốc độ của nhiên liệu thì cần phải đặt ra cho xăng thương phẩm những chỉ
tiêu nhằm bảo đảm được chất lượng đối với người sử dụng và hạn chế được lượng chất
độc hại trong khói thải.
1.5.1. Hiện tượng kích nổ và chỉ số octan
1.5.1.1. Hiện tượng kích nổ
Như vừa nêu ở trong phần trước, khi bugie bật lửa thì quá trình cháy của nhiên
liệu trong buồng cháy mới được bắt đầu tại bugie còn phần nhiên liệu nằm ở vị trị
khác chỉ được cháy khi màng lửa lan truyền đến. Tuy nhiên trong thực tế có một phần
nhiên liệu trong buồng cháy bị oxy hoá dẫn đến quá trình tự bắt cháy khí màng lửa
chưa lan truyền đến. Nếu như phần nhiên liệu tự bắt cháy này đủ lớn để làm tăng nhiệt
độ và áp suất trong buồng cháy một cách đột ngột và tạo ra những sóng xung kích va
đập vào piston, xylanh tạo ra những tiếng gỏ kim loại thì quá trình cháy này được gọi
là cháy kích nổ.
Như vậy, trong buồng cháy luôn tồn tại một sự cạnh tranh giữa quá trình cháy
do màng lửa lan đến (cháy cưỡng bức) và quá trình tự bốc cháy, quá trình cháy nào
chiếm ưu thế là phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau.
Bằng thực nghiệm người ta đã xác định được thời gian của quá trình tự bốc
cháy theo công thức sau:
D = A P-n
EXP(B/T)
Trong đó: A,B là các hằng số thực nghiệm.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 14

15. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Các thông số ảnh hưởng lên thời gian tự bốc cháy bao gồm:
Tỷ số nén
Hệ số đầy
Góc đánh lửa sớm
Nhiệt độ và áp suất vào buồng cháy
Độ giàu
Nhiên liệu
Nhiên liệu ảnh hưởng lên quá trình cháy kích nổ này được thể hiện thông qua một
khái niệm gọi là chỉ số octan
1.5.1.2. Bản chất của hiện tượng cháy kích nổ trong động cơ xăng
Qua phân tích ở trên cho thấy quá trình cháy trong động cơ xăng có thể là bình
thường, có thể là kích nổ chúng phụ thuộc vào bản chất của nhiên liệu, kết cấu và điều
kiện vận hành của động cơ.
Quá trình cháy được gọi là bình thường khi mặt lửa lan truyền đều đặn với vận
tốc trong khoảng 15 ÷ 40 m/s. Còn khi vận tốc lan truyền của mặt lửa quá lớn khoảng
300 m/s thì quá trình cháy trong xylanh xảy ra gần như tức thời kèm theo những tiếng
gỏ kim loại như vừa nêu trên thì được gọi là cháy kích nổ.
Bản chất của hiện tượng kích nổ rất phức tạp, có nhiều quan điểm để giải thích
khác nhau song bản chất của nó là do các hợp chất hydrocacbon trong nhiên liệu nằm
ở trước mặt lửa chịu một điện kiện rất khắc nghiệt nên chúng bị biến đổi hoá học một
cách sâu sắc để tạo ra những hợp chất mới có khả năng tự bùng cháy. Cụ thể trong
điều kiện nhiệt độ và áp suất cao của buồng cháy thì các hydrocacbon kém bền oxy
hoá như paraffin dễ dàng bị oxy hoá để tạo ra các hợp chất chứa oxy như peroxyt,
hydroperoxyt, rượu, xeton, axít . . . trong số các hợp chất này thì đáng chú ý nhất là
các hợp chất peroxyt, hydroperoxyt đây là những hợp chất kém bền dễ bị phân huỷ tạo
ra các gốc tự do để sinh ra các phản ứng chuổi dẫn đến sự tự bốc cháy.
Khi nghiên cứu về hiện này người ta đã đi đến kết luận về khả năng chống lại
sự tự bốc cháy của các hydrocacbon tăng dần như sau:
ThS. Trương Hữu Trì Trang 15

16. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Parafin mạch thẳng < naphten < olefin mạch thẳng < naphten mạch nhánh không no <
parafin mạch nhánh < aromatic.
1.5.1.3. Ảnh hưởng của hiện tượng kích nổ lên động cơ
Hỏng join lót giữa nặp và thân máy
Làm xói mòn piston và nắp
Làm vỡ “cordons” của piston và xecmăng
Làm nóng chảy cục bộ piston và xupap
Ngoài những ảnh hưởng kể trên thì quá trình cháy kích nổ thường kèm theo việc
thải nhiều chất độc hại ra môi trường, làm nóng máy nhanh chóng nên làm giảm nhanh
tuổi thọ của động cơ.
1.5.1.4. Chỉ số octan
Chỉ số octan là một đại lượng quy ước để đặc trưng cho khả năng chống lại sự
kích nổ của xăng, giá trị của nó được tính bằng phần trăm thể tích của iso-octan
(2,2,4-trimetylpentan) trong hỗn hợp của nó với n-heptan khi mà hỗn hợp này có khả
năng chống kích nổ tương đương với khả năng chống kích nổ của xăng đang khảo sát.
Trong hỗn hợp này thì iso-octan có khả năng chống kích nổ tốt, được quy ước bằng
100, ngược lại n-heptan có khả năng chống kích nổ kém và được quy ước bằng 0.
Trong trường hợp trị số octan lớn hơn 100 thì để xác định trị số octan người ta
cho thêm vào xăng một hàm lượng Tetraetyl chì rồi tiến hành đo. Trị số octan được
tính theo công thức sau:
IO = 100 +
( ) 2/12
435216.0472.11736.01
28.28
TTT
T
−+++
Trong đó T là hàm lượng Tetraetyl chì ml
Các yếu tố liên quan đến động cơ ảnh hưởng đến chỉ số octan bao gồm:
Tỷ số nén
Hệ số đầy
Góc đánh lửa sớm
ThS. Trương Hữu Trì Trang 16

17. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Nhiệt độ và áp suất vào
Độ giàu
1.5.1.5. Ý nghĩa của chỉ số octan
Trị số octan là một chỉ tiêu rất quan trọng của xăng khi dùng xăng có trị số
octan thấp hơn so với quy định của nhà chế tạo thì sẻ gây ra hiện tượng kích nổ làm
giảm công suất của động cơ, nóng máy, gây mài mòn các chi tiết máy, tạo khói đen
gây ô nhiễm môi trường. Ngược lại nếu dùng xăng có trị số octan cao quá sẻ gây lãng
phí. Điều quan trọng là phải dùng xăng đúng theo yêu cầu của nhà chế tạo, cụ thể là
theo đúng tỷ số nén của động cơ, khi tỷ số nén lớn thì yêu cầu trị số octan lớn và
ngược lại.
1.5.1.6. Các phương pháp đo chỉ số octan
Thông thường thì chỉ số octan được đo theo hai phương pháp như sau:
Phương pháp nghiên cứu (RON) đo theo tiêu chuẩn ASTM D 2700
Phương pháp mô tơ (MON) đo theo tiêu chuẩn ASTM D 2699
C hai ph ng pháp này u c o trên cùng m t ng c CFR (Cooperative
Fuel Research). ây là ng c có m t xylanh có các thông s nh sau:
Đường kính xylanh: 82.55 mm
Khoảng chạy piston: 114.30 mm
Thể tích xylanh: 661 cm3
Tỷ số nén: 4 ÷ 18
Vận tốc quay khi thử nghiệm là cố định
Độ giàu điều chỉnh được
Để phát hiện ra hiện tượng kích nổ có thể dùng các thiết bị sau:
+ Capteur từ
+ Theo tính hiệu
+ Theo cường độ âm thanh.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 17

18. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Điều kiện đo của hai phương pháp này như sau:
Các thông số làm việc RON MON
Tốc độ quay
Gốc đánh lửa sớm độ trục khuỷu
Nhiệt độ của không khí hút vào o
C
Nhiệt độ của hỗn hợp nhiên liệu o
c
600
13
48
-
900
14 ÷ 16
38
149
Cùng một loại nhiên liệu thì RON thường lớn hơn MON, độ chênh lệch của hai
phương pháp này được gọi là độ nhạy của xăng, độ nhạy càng thấp càng tốt. Paraffin
có độ nhạy thấp còn aromatic có độ nhạy cao. Giá trị của MON cho phép dự đoán khả
năng chống kích nổ ở chế độ vòng quay lớn còn RON thì cho phép dự đoán ở chế độ
vòng quay nhỏ.
Trong hai phương pháp đo ở trên thì tốc độ vòng quay không đổi và động cơ chỉ
có một xylanh, nhưng các động cơ trong thực tế luôn có số xylanh lớn hơn một và khi
động cơ chạy trên đường thì vận tốc của nó luôn thay đổi tức là chế độ vòng quay thay
đổi. Do đó RON và MON thường không đánh giá đúng khả năng chống kích nổ thực
của xăng khi động cơ hoạt động.
Cả hai phương pháp trên đều cho chỉ số octan với một tốc độ động cơ nhất định,
tuy nhiên trong thực tế thì động cơ luôn hoạt động với những tốc độ khác nhau, do đó
RON và MON không đánh giá hết được khả năng chống kích nổ của xăng trong thực
tế.
Để chính xác hơn người ta còn dùng khái niệm chỉ số octan trên đường, ký hiệu
IOR. Chỉ số octan này cũng được đo trên động cơ nêu trên nhưng ở điều kiện đo khác
và điều đáng chú ý là vận tốc quay của trục khuỷu sẻ thay đổi theo quá trình đo. Giá trị
của IOR có thể cao hơn hoặc thấp hơn RON.
Trị số octan trên đường được xác định theo công thức
IOR = RON – S2
/a
Trong đó : S độ nhạy, S = RON – MON
:a hệ số từ 4.6 ÷ 6.2 phụ thuộc vào tỷ số nén của động cơ
ThS. Trương Hữu Trì Trang 18

19. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Mặt khác do xăng chứa nhiều thành phần có sự khác biệt khá lớn về khả năng
chống kích nổ. Thông thường thì phần có nhiệt độ sôi thấp (ngoại trừ izo pentan,
benzen) có chỉ số octan thấp, do đó trong một số chế độ làm việc của động cơ có thể
xãy ra sự chia tách xăng trong động cơ, dẫn đến trong một thời điểm nhất định nào đó
lượng nhiên liệu được nạp vào xylanh chứa nhiều thành phần nhẹ, bốc hơi nhanh
nhưng chỉ số octan lại thấp do đó dễ dẫn đến quá trình cháy kích nổ trong một số chu
kỳ nhất định. Vì vậy, ngoài ba loại trên thì người ta còn đo chỉ số octan của phần cất
có nhiệt độ sôi đến 100o
C và được ký hiệu R-100, giá trị của nó luôn nhỏ hơn RON và
độ chênh lệch này được gọi là ∆RON
1.5.1.7. Các biện pháp làm tăng chỉ số octan
Như trong phần trước ta đã thấy chỉ số octan của xăng chưng cất trực tiếp rất
thấp, số lượng ít không đảm bảo được về chất lượng cũng như số lượng. Vì vậy người
ta cần có các phương pháp nhằm tăng số lượng và chất lượng của xăng. Các phương
pháp này được phân thành ba loại như sau:
Phương pháp hoá học
Thực hiện các phản ứng hoá học để biến đổi cấu trúc của nguyên liệu xăng ban
đầu như RC, FCC, Alkyl hoá, Isomer hoá . . . phương pháp này được dùng rộng rãi và
chiếm đại bộ phận xăng thương phẩm.
Dùng phụ gia
Phương pháp này dùng hoá chất để làm tăng chỉ số octan như nước chì. Phương
pháp này ngày nay gần như bị cấm bởi sự độc hại do chì gây ra.
Phương pháp dùng các cấu tử có chỉ số octan cao
Phương pháp này dùng các cấu tử có chỉ số octan cao để pha trộn vào xăng như
MBTE, EBTE, Methanol, Ethanol . . . phương pháp này ngày nay được khuyến khích
dùng nhiều bởi những ưu điểm về mặt bảo vệ môi trường.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 19

20. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
1.5.2. Tỷ trọng
Tỷ trọng của một chất lỏng là tỷ số giữa khối lượng riêng chất đó so với khối
lượng riêng của nước được đo ở trong những điều kiện nhiệt độ xác định. Như vậy tỷ
trọng là một đại lượng không có thứ nguyên.
Người ta thường ký hiệu là ρt1
t2
, trong đó t1 là nhiệt độ mà tại đó người ta xác
định khối lượng riêng của nước, tương tự như vậy t2 là nhiệt độ mà tại đó người ta đo
khối lượng riêng của chất cần đo.
Trong thực tế ta thường gặp ρ4
20
, ρ4
15
, ρ15.6
15.6
, đối với dầu mỏ và các sản phẩm
của nó thì trong tính toán người ta thường dùng tỷ trọng chuẩn ρ15.6
15.6
.
Ở Mỹ và một số nước khác người ta còn biểu thị tỷ trong thông qua một đại
lượng khác gọi là độ API và giá trị của nó được xác định thồn qua tỷ trọng chuẩn như
sau:
o
API = 6.15
6.15
5.141
ρ
- 131.5
Có nhiều phương pháp để xác định tỷ trọng, nhưng thông thường nó được xác
định theo 3 phương pháp sau:
Phương pháp dùng picnomet
Phương pháp dùng phù kế
Phương pháp dùng cân thuỷ tĩnh.
Theo tiêu chuẩn của châu âu thì giá trị này nằm trong khoảng 720 đến 775 kg/m3
.
Đối với xăng thì việc xác định tỷ trọng không có nhiều ý nghĩa như đối với dầu thô
hay Diesel hoặc một sản phẩm khác, tuy nhiên nó cũng có những ý nghĩa nhất định
trong việc điều khiển độ giàu khi bắt đầu khởi động động cơ, ảnh hưởng trực tiếp lên
nhiệt cháy thể tích do đó ảnh hưởng lên sự tiêu thụ riêng của nhiên liệu, cụ thể khi tỷ
trọng tăng lên thì suất tiêu thụ riêng giảm xuống.
1.5.3. Các chỉ tiêu lên quan đến độ bay hơi
Như chúng ta đều biết xăng thương phẩm là một hỗn hợp của nhiều các hợp
chất hydrocacbon có nhiệt độ sôi thay đổi trong khoảng rộng. Thực tế, trong khoảng
ThS. Trương Hữu Trì Trang 20

21. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
phân đoạn của nó thì ở nhiệt độ nào cũng có những hydrocacbon bay hơi, nhưng ở một
nhiệt độ nhất định thì cường độ bay hơi của các cấu khác nhau là không giống nhau.
Tính chất bay hơi của xăng có ý nghĩa rất lớn trong quá trình bảo quản, vận chuyển
cũng như trong quá trình sử dụng. Vì vậy độ bay hơi của xăng là một tính chất hết sức
quan trọng. Tính bay hơi này được đặc trưng bằng những tính chất như: Thành phần
cất, áp suất hơi bảo hoà, điểm chớt cháy. Nhờ nó mà ta có thể đánh giá sơ bộ về thành
phần, sự phân bố của các cấu tử trong xăng, khả năng bay hơi gây mất mát và mức độ
an toàn trong quá trình vận chuyển cũng như bảo quản và sử dụng.
1.5.3.1. Thành phần cất
Những khái niệm cơ bản
Thành phần cất là khái niệm dùng để biểu diễn phần trăm bay hơi theo nhiệt độ
hoặc ngược lại nhiệt độ theo phần trăm thu được khi tiến hành chưng cất mẫu trong
thiết bị chuẩn theo những điều kiện xác định. Ở đây ta có những khái niệm sau.
Nhiệt độ sôi đầu:
Là nhiệt độ đọc được trên nhiệt kế vào lúc giọt chất lỏng ngưng tụ đầu tiên chảy
ra từ cuối ống ngưng tụ.
Nhiệt độ sôi cuối:
Là nhiệt độ cao nhất đạt được trong qúa trình chưng cất.
Nhiệt độ phân hủy:
Là nhiệt độ đọc được trên nhiệt kế khi xuất hiện các dấu hiệu đầu tiên của sự
nhiệt phân như xuất hiện hơi trắng
Nhiệt độ sôi 10% (t10%), t50%, t90%, t95%, . . :
Là nhiệt độ đọc trên nhiệt kế tương ứng khi thu được 10%, 50%, 90%, 95% . . .
chất lỏng ngưng tụ trong ống thu.
Phần trăm thu hồi được là số ml chất lỏng ngưng tụ thu được trong ống đong có
chia độ tương ứng lúc đọc nhiệt độ.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 21

22. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Ý nghĩa của việc xác định thành phần cất
Ngoài việc đánh giá thành phần hoá học của xăng thì thành phần cất còn có ý
nghĩa rất quan trọng đối với xăng nhiên liệu bởi các giá trị của nó ảnh hưởng trực tiếp
lên khả năng khởi động, khả năng tăng tốc và cả khả năng cháy hoà toàn trong buồng
cháy.
Ảnh hưởng đến khả năng khởi động
Xăng cho động cơ phải có một độ bay hơi nhất định để cho động cơ có thể khởi
động được ở nhiệt độ thấp. Qua nghiên cứu thực tế cho thấy khả năng khởi động của
động cơ ở nhiệt độ thấp phụ thuộc vào nhiệt độ sôi đầu, nhiệt độ sôi 10%, 20%, 30%.
Khi những giá trị này càng thấp thì động cơ càng dễ khởi động, nhưng nếu chúng thấp
quá thì xăng bay hơi quá nhiều do đó dễ gây ra hiện tượng nút hơi làm thay đổi thành
phần của xăng được nạp vào xylanh ở một số chu kỳ nào đó gây ra hiện tượng thiếu
hụt xăng cung cấp cho động cơ, điều này thường dẫn đến quá trình cháy không hoàn
toàn và tạo ra nhiều chất độc hại trong khói thải làm ô nhiễm môi trường. Ngoài ra quá
trình bay hơi lớn sẻ gây mất mát vật chất và cũng gây ô nhiễm. Ngược lại khi những
giá trị quá lớn nghĩa là xăng khó bay hơi thì động cơ rất khó khởi động khi đang ở
nhiệt độ thấp.
Ảnh hưởng lên khả năng tăng tốc
Khi chuyển từ chế độ chậm sang chế độ nhanh, động cơ đòi hỏi lượng xăng nạp
vào phải đủ lớn và bay hơi nhanh để bảo đảm cho quá trình cháy cung cấp nhiệt. Độ
bay hơi này phụ thuộc vào nhiệt độ sôi đầu đến nhiệt độ sôi t50%, t60%,
Cũng tương tự như trên, khi những nhiệt độ sôi này càng nhỏ thì độ bay hơi
càng tốt tạo điều kiện tốt cho quá trình cháy tốt. Ngược lại khi những giá trị này lớn
thì quá trình hoá hơi không tốt do đó dễ dẫn đến quá trình cháy không hoàn toàn tạo ra
nhiều chất độc hại trong khói thải gây ô nhiễm môi trường.
Ảnh hưởng đến khả năng cháy hết
Nhiệt độ sôi cuối và những nhiệt độ sôi 90%, 95% của xăng phải được giới hạn
nhất định để bảo đảm quá trình cháy tốt. Nếu những giá trị này lớn quá thì quá trình
cháy sẽ không hoàn toàn.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 22

23. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Phần nhiên liệu không cháy hết có thể bị phân huỷ trong điều kiện nhiệt độ cao
làm tăng nồng độ chất độc hại trong khói thải hoặc chúng tồn tại ở trạng thái lỏng và
đọng lại trên thành xy lanh làm loảng màng dầu bôi trơn gây ra hiện tượng mài mòn,
sau đó chúng được xecmăng đưa xuống carter chứa dầu và làm bẩn dầu bôi trơn.
1.5.3.2. Áp suất hơi bảo hoà
Áp suất hơi là một đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất các phân tử trong
pha lỏng có xu hướng thoát khỏi bề mặt của nó để chuyển sang pha hơi ở nhiệt độ nào
đó. Như vậy áp suất hơi bảo hoà chính là áp suất hơi mà tại đó thể hưoi cân bằng với
thể lỏng.
Áp suất hơi là một hàm số của nhiệt độ và của đặc tính pha lỏng. Sự sôi của một
hydrocacbon nào đó, hay của một phân đoạn dầu mỏ chỉ xảy ra khi áp suất hơi của nó
bằng với áp suất hơi của hệ. Vì vậy, khi áp suất hệ tăng lên, nhiệt độ sôi của phân đoạn
sẽ tăng theo nhằm tạo ra một áp suất hơi bằng áp suất của hệ. Ngược lại, khi áp suất
của hệ giảm thấp, nhiệt độ sôi của phân đoạn sẽ giảm đi tương ứng.
Đối với các hydrocacbon riêng lẻ, áp suất hơi của nó chỉ phụ thuộc vào nhiệt
độ, vì vậy ở một áp suất nhất định chỉ có một nhiệt độ sôi tương ứng.
Đối với một phân đoạn dầu mỏ trong đó bao gồm nhiều hydrocacbon riêng lẽ
thì áp suất hơi của phân đoạn, ngoài sự phụ thuộc vào nhiệt độ, còn phụ thuộc vào
thành phần các hydrocacbon có áp suất riêng phần khác nhau, nghĩa là áp suất hơi của
phân đọan mang tính chất cộng tính của các thành phần trong đó và tuân theo định luật
Raoult: P = ii xP∑
(Pi, xi là áp suất riêng phần và nồng độ phần mol của cấu tử i trong phân đọan).
Áp suất hơi bảo hoà có thể được biểu diễn theo 3 phương pháp khác nhau:
Phương pháp của Reid (PVR).
Phương pháp của Grabner
Phương pháp xác định tỷ lệ lỏng - hơi (V/L).
Trong ba phương pháp trên thì phương pháp của Reid thường được dùng nhiều
nhất. Áp suất thu được là áp suất tuệt đối. Áp suất này được đo ở 100o
F (37,8oC
).
ThS. Trương Hữu Trì Trang 23

24. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Cũng tương tự như thành phần cất, áp suất hơi bảo hoà đặc trưng cho khả năng
khởi động của động cơ ở nhiệt độ thấp. Khi giá trị này lớn thì động cơ dễ khởi động
nhưng nếu giá trị này lớn quá sẻ gây ra hiện tượng nút hơi, thiếu nhiên liệu khi cung
cấp cho động cơ và gây mất mát, nhưng nếu nhỏ quá thì động cơ khó khởi động.
1.5.3.3. Nhiệt độ chớt cháy
Nhiệt độ chớt cháy là nhiệt độ thấp nhất mà tại đó nhiên liệu bay hơi tạo với
không khí một hỗn hợp có thể phụt cháy rồi tắt ngay như một tia chớp khi đưa ngọn
lửa đến gần.
Nhiệt độ chớp cháy được xác định trong hai loại thiết bị cốc kín và cốc hở khác
nhau nên tương ứng ta cũng có hai loại nhiệt độ chớt cháy cốc kín và cốc hở. loại cốc
kín thường dùng cho các loại sản phẩm có độ bay hơi lớn còn loại cốc hở thường dùng
cho các phân đoạn nặng.
Nhiệt độ chớp cháy đặc trưng cho các phần nhẹ dễ bay hơi trong nhiên liệu, khi
phần nhẹ càng nhiều thì khả năng bay hơi càng lớn điều này sẻ gây ra mất mát vật chất
và điều quan trọng hơn cả là nó có thể tạo ra hỗn hợp nỗ trong quá trình bảo quản và
vận chuyển. Vì vậy chỉ tiêu này đặc trưng cho mức độ hoả hoạn của xăng. Đối với
xăng thì ở điều kiện thường độ bay hơi của nó lớn nên tạo hỗn hợp với không khí nằm
ngoài giới hạn nỗ.
Quy định về độ bay hơi của xăng không chi ở châu Âu
Tính chất Đơn vị Giá trị giới hạn của các loại khác nhau
1 2 3 4 5 6 7 8
Áp suất
hơi
KPa nim
KPa max
35
70
35
70
45
80
45
80
55
90
55
90
60
95
65
100
E70 % nim
%max
15
45
15
45
15
45
15
45
15
47
15
47
15
47
20
50
FVI max 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 1250
E100 % nim
%max
40
65
40
65
40
65
40
65
43
70
43
70
40
70
43
70
E180 % nim 85 85 85 85 85 85 85 85
PF o
C max 215 215 215 215 215 215 215 215
Cặn %max 2 2 2 2 2 2 2 2
FVI =PVR (mbar) +7E70
ThS. Trương Hữu Trì Trang 24

25. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
1.5.4. Độ ổn định oxy hoá
Trong quá trình vận chuyển và bảo quản dầu thô cũng như sản phẩm của nó
thường tiếp xúc với không khí nên các hydrocacbon dễ bị oxy hoá tạo thành các sản
phẩm nặng hơn và thường gọi là nhựa, các hợp chất này thường gây ra nhiều ảnh
hưởng xấu đến quá trình hoạt động của động cơ như: Làm tắt nghẽn lưới lọc trong
bơm nạp liệu, gicluer, tạo cặn trong các rãnh của piston và trên xecmăng.
Để đặc trưng cho khả năng chống lại quá trình oxy hoá người ta dùng khái niệm
độ ổn định oxy hoá, nó có thể được xác định theo nhiều phương pháp khác nhau.
Độ ổn định oxy hoá phụ thuộc vào thành phần hoá học của các họ hydrocacbon.
Trong dầu thô cũng như các sản phẩm của nó thì các hydrocacbon có độ ổn đinh hoá
học khác nhau, các hợp chất Aromatic có độ ổn định kém nhất còn các hợp chất
Parafinic có độ ổn định cao nhất, tuy nhiên ở điều kiện nhiệt độ thường thì tốc độ oxy
hoá của các họ hydrocacbon này không lớn.
Trong dầu thô không có các hợp chất olefin, nhưng trong quá trình chế biến,
dưới tác dụng của nhiệt độ các hydrocacbon kém bền nhiệt sẻ bị cắt mạch để tạo thành
các sản phẩm nhẹ hơn trong đó có các hợp chất không no như olefin, ở phần trên
chúng ta đã thấy xăng thương phẩm được phối trộn từ rất nhiều khác nhau trong đó
chủ yếu là các sản phẩm của các quá trình chế biến sâu, trong các sản phẩm này
thường chứa các hợp chất không no. Vì vậy trong thành phần của xăng luôn chứa các
hợp chất olefin, đây là hợp chất kém bền dễ bị oxy hoá tạo nhựa và các hợp chất có hại
khác cho xăng, chính vì lý do này mà ngoài chỉ tiêu về độ ổn định oxy hoá thì còn phải
khống chế hàm lượng của ôlefin trong xăng.
1.5.5. Hàm lượng lưu huỳnh
Trong phân đoạn xăng thu được từ quá trình chưng cất khí quyển hay trong
xăng thương phẩm thì hàm lượng lưu huỳnh không nhiều, chúng có thể tồn tại dưới
nhiều dạng khác nhau tuỳ theo nguồn gốc phối trộn. Trong các dạng tồn tại này thì
người ta quan tâm nhiều nhất đến hợp chất mercaptan (có trong phân đoạn xăng chưng
cất trực tiếp) vì đây là hợp chất có khả năng gây ăn mòn trực tiếp các thiết bị trong tồn
chứa bảo quản, vận chuyển cũng như sử dụng trong động cơ.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 25

26. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Mặc dù hàm lượng các hợp chất này không lớn trong thành phần của xăng
nhưng nó gây ra nhiều ảnh hưởng xấu đến chất lượng của xăng như vừa nêu ở trên.
Khi cháy trong động cơ chúng tạo ra khi SO2, khí này sau đó có thể chuyển một phần
thành SO3, các chất khí này sẻ tạo thành các axit tương ứng khi nhiệt độ xuống thấp,
đây là các chất gây ăn mòn rất mạnh. Ngoài ra khi theo khói thải ra ngoài các chất khí
này sẻ làm nhiễm độc xúc tác trong bộ hệ thống xử lý khí thải và gây ô nhiễm môi
trường khi thải ra khi quyển.
1.5.6. Hàm lượng benzen
Như chúng ta đã biết benzen là một chất độc nó có thể gây chết người khi ở
trong môi trường có hàm lượng benzen cao, với nồng độ thấp thì benzen có thể gây ra
căn bệnh ung thư cho con người.
Quá trình cháy trong động cơ thường không hoàn toàn bởi điều kiện cháy trong
động cơ khá đặc biệt. Trong khí thải của động cơ ngoài các khí CO2, H2O, N2 còn có
thêm một số các chất khác như CO, NOx, SOx, các hydrocacbon chưa cháy, bồ hống .
. . hydrocacbon chưa cháy thực chất là một hỗn hợp các hợp chất hữu cơ như benzen,
butadien, fornaldehyt, acetaldehyt ... các hợp chất này khi thải ra môi trường đều có
hại cho con người và môi trường sinh thái, điều này bắt buộc con người phải xử lý nó.
Có nhiều phương pháp nhằm hạn chế các chất ô nhiễm này như cải tiến cấu trúc
của động cơ, khống chế điều kiện làm việc tối ưu hay cải thiện chất lượng của nhiên
liệu. Trong các giải pháp này thì hai giải pháp đầu tiên rất khó làm giảm hàm lượng
benzen trong khí thải vì benzen là một chất khó cháy nhất trong các hợp chất này. Vì
những lý do này mà người ta bắt buộc phải khống chế hàm lượng benzen và cả hàm
lượng các hợp chất aromatic trong nhiên liệu.
Benzen trong khí thải động cơ xăng phụ thuộc vào hàm lượng aromatic
Hàm lượng benzen trong khí chưa cháy trong khí xả (%)Hàm lượng
aromatic trong
nhiên liệu (%)
1% benzen trong nhiên liệu 3% benzen trong nhiên liệu
20 1.5 2.25
35 2 2.9
50 2.5 3.5
ThS. Trương Hữu Trì Trang 26

27. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Ngoài những tiêu chuẩn quan trọng nêu trên thì một loại xăng thương phẩm còn
phải đạt nhiều tính chất khác như: hàm lượng nhựa, cặn, tro, tiêu chuẩn về màu sắc
các chỉ tiêu về độ kiềm, axxit . . .
Ngày nay, trong thành phần của xăng thương phẩm ngoài phụ gia nhằm nâng
cao chỉ số octan thì người ta còn dụng một số phụ gia khác như phụ gia chống oxy
hoá, phụ gia tẩy rửa . . .
TIÊU CHUẨN VIỆT NAM VỀ XĂNG Ô TÔ KHÔNG CHÌ (TCVN 6776 : 2000)
Xăng không
chìCác chỉ tiêu chất lượng
Phương pháp thử
90 92 95
1.Trị số octan - Theo phương
pháp nghiên cứu (RON)
min ASTM D2699 90 92 95
2. Thành Phần Cất, 0
C
Điểm sôi đầu
10% Thể tích
50% Thể tích
90% Thể tích
Điểm sôi cuối
Cặn cuối
max
max
max
max
max
ASTM D 86
Báo cáo
70
120
190
215
2.0
3. Ăn mòn tấm đồng ở 500
C/3h max TCVN 2694:2000 (ASTM
D130)
1
4. Hàm lượng nhựa thực tế,
mg/100ml
max TCVN 6593:2000 (ASTM
D381)
5
5. Độ ổn định oxy hoá, phút min TCVN 6778:2000(ASTM
D525)
240
6. Hàm lượng lưu huỳnh tổng,
% KL
max ASTM D1266 0.15
7. Hàm lượng chì, g/l max TCVN 6704:2000 (ASTM
D5059)/ASTM D3237
0.013
8. Áp suất hơi bão hoà Ried,
kPa
TCVN 5731:2000 (ASTM
D323)/ASTM D4953
43 - 80
9. Hàm lượng benzen, % thể
tích
max TCVN6703:2000 (ASTM
D3606)
5
10. Khối lượng riêng (ở150
C),
kg/m3
TCVN 6594:2000 Báo cáo
11. Ngoại quan Kiểm tra bằng mắt
thường
Trong suốt,
không có tạp
chất lơ lửng
ThS. Trương Hữu Trì Trang 27

28. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Chương II
NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ DIESEL
2.1. Giới thiệu chung về nhiên liệu diesel
Nhiên liệu Diesel là một loại nhiên liệu lỏng, nặng hơn dầu hỏa và xăng, sử
dụng cho động cơ Diesel (đường bộ, đường sắt, đường thủy) và một phần được sử
dụng cho các loại máy móc công nghiệp như tuabin khí, máy phát điện, máy móc xây
dựng . . .
Ngày nay động cơ Diesel đã phát triển mạnh mẻ, đa dạng hoá về chủng loại
cũng như kích thước và được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống sản
xuất và sinh hoạt của con người bởi tính ưu việt của nó so với động cơ xăng. Do vậy,
nhu cầu về nhiên liệu Diesel ngày càng tăng, điều này đã đặt ra cho các nhà sản xuất
nhiên liệu những thách thức mới, và điều này càng khó khăn hơn bởi những yêu cầu
ngày càng khắt khe của luật bảo vệ môi trường.
Trong nhà máy lọc dầu thì nhiên liệu Diesel được lấy chủ yếu từ phân đoạn
gasoil của quá trình chưng cất dầu mỏ. Đây chính là phân đoạn thích hợp nhất để sản
xuất nhiên liệu Diesel mà không cần phải áp dụng những quá trình biến đổi hóa học.
Tuy nhiên, để đảm bảo về số lượng ngày càng tăng của nhiên liệu Diesel và việc sử
dụng một cách có hiệu quả các sản phẩm trong nhà máy lọc dầu thì thực tế nhiên liệu
Diesel luôn được phối liệu từ các nguồn khác như : Phân đoạn gasoil của quá trình
hydrocracacking, phân đoạn gasoil từ quá trình FCC, các sản phẩm của quá trình
oligome hóa, dime hóa, trime hóa, giảm nhớt, HDS...
2.2. Thành phần hoá học của nhiên liệu Diesel
Như đã nêu trong phần trước, nhiên liệu Diesel thương phẩm được phối trộn từ
nhiều nguồn khác nhau trong nhà máy lọc dầu. Thành phần hoá học của các nguồn này
thay đổi rất nhiều ngay cả khi cùng một nguồn gốc dầu thô. Để xem xét, trước hết ta
xem xét các nguồn dùng để phối trộn nhiên liệu Diesel.
Trong nhà máy lọc dầu thì Diesel thường thu nhận theo các quá trình như sơ đồ sau:
ThS. Trương Hữu Trì Trang 28
Xàng
GPL
RC

29. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Theo sơ đồ này, nhiên liệu Diesel nhận được từ các nguồn như sau:
ThS. Trương Hữu Trì Trang 29

30. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Phân đoạn Gasoil của tháp chưng cất khí quyển (phân đoạn chính để phối trộn)
Từ phân xưởng crackinh xúc tác
Từ phân xưởng hydrocrackinh
Từ phân xưởng giảm nhớt
Từ phân xưởng cốc hoá
Từ phân xưởng tách loại lưu huỳnh kèm theo quá trình chuyển hoá
Từ các quá trình tổng hợp như oligome hoá
2.2.1. Thành phần hoá học của của phân đoạn gassoil
Đây là thành phần chính để phối trộn nhiên liệu Diesel. Trước đây phân đoạn
này được lấy từ tháp chưng cất khí quyển có khoảng nhiệt độ sôi là 250o
C ÷ 350o
C,
với khoảng nhiệt độ sôi này thì thành phần hoá học của gasoil bao gồm các
hydrocacbon có số nguyên tử cacbon từ C16 ÷ C20, hầu hết các nhóm chất có mặt trong
dầu thô đều tìm thấy trong phân đoạn này. Cũng như khi nghiên cứu dầu mỏ hay các
sản phẩm dầu mỏ khác, thành phần hoá học của gasoil được chia thành hai nhóm chất
chính như sau:
2.2.1.1. Nhóm hợp chất hydrocacbon
Nhóm chất này bao gồm các họ như sau: Paraffin, Naphten, Aromatic
Họ Parfinic
Đặc điểm chung về các hydrocacbon parafinic trong phân đoạn này là sự phân
bố giữa cấu trúc thẳng và cấu trúc nhánh ở đây có khác: hầu hết là cấu trúc mạch thẳng
(n-parafin), dạng cấu trúc nhánh đồng phân của chúng thì rất ít và nhành chủ yếu là
gốc mêtyl.
Đáng chú ý là về cuối phân đoạn gasoil, bắt đầu có mặt những hydrocacbon n-
parafinic có nhiệt độ kết tinh cao như: C16 có nhiệt độ kết tinh ở 18,1o
C, C20 có nhiệt
độ kết tinh ở 36,7o
C. Khi những parafin này kết tinh, chúng sẽ tạo ra một bộ khung
phân tử, những hydrocacbon khác còn lại ở dạng lỏng sẽ nằm trong đó, nếu các n-
ThS. Trương Hữu Trì Trang 30

31. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
parafin rắn này có nhiều, chúng sẽ làm cho cả nhiên liệu mất tính linh động thậm chí
có thể làm đông đặc lại ở những nhiệt độ thấp.
Họ Naphten và Aromatic
Những hydrocacbon loại naphten và aromatic trong phân đoạn này bên cạnh
những loại có cấu trúc một vòng có nhiều nhánh phụ đính xung quanh còn có mặt các
hợp chất 2 hoặc 3 vòng.
Ngoài ra trong gasoil đã có mặt các hợp chất hydrocacbon có cấu trúc hỗn hợp
giữa vòng naphten và aromatic như têtralin và các đồng đẳng của chúng.
Ngoài ba họ trên thì trong thành phần của nhiên liệu Diesel luôn chứa một hàm
lượng đáng kể các hợp chất không no như olefin (phần chủ yếu), dien ...các hợp chất
không no này đến từ các quá trình chế biến sâu như FCC, giảm nhớt . . .
2.2.1.2. Nhóm hợp chất phi hydrocacbon
Trong Diesel thương phẩm thì các chất phi hydrocacbon tồn tại dưới nhiều dạng
khác nhau.
Hợp chất của lưu huỳnh
Nếu như trong xăng, lưu huỳnh dạng mercaptan chiếm phần chủ yếu trong số
các hợp chất lưu huỳnh ở đó, thì trong phân đoạn gosoil loại lưu huỳnh mercapten hầu
như không còn mercaptan nữa. Thay thế vào đó là lưu huỳnh dạng sunfua và disunfua,
cũng như lưu huỳnh trong các mạch dị vòng. Trong số này, các sunfua vòng no (dị
vòng) là loại có chủ yếu.
Hợp chất của oxy
Các hợp chất chứa oxy trong phân đoạn gasoil cũng tăng dần lên. Đặc biệt ở
phân đoạn này, các hợp chất chứa oxy dưới dạng axit, chủ yếu là axit naphtenic có rất
nhiều và đạt đến cực đại ở trong phân đoạn gasoil.
Ngoài các axit, các hợp chất chứa oxy trong phân đoạn gasoil còn có các
phenol và đồng đẳng của chúng như crezol, dimetyl phenol.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 31

32. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Hợp chất của nitơ
Các hợp chất của nitơ trong phân đoạn này cũng có ít nhưng chúng có thể nằm
dưới dạng các Quinolin và đồng đẳng, hoặc các hợp chất chứa nitơ không mang tính
bazơ như Pirol, Indol và các đồng đẳng của nó.
Ngoài những hợp chất chứa thuần tuý N2, O2, S thì trong phân đoạn gasoil đã có
mặt các chất nhựa, trọng lượng phân tử của nhựa vào khoảng (300-400). Nói chúng
các chất nhựa của dầu mỏ thường tập trung chủ yếu vào các phân đoạn sau gasoil, còn
trong phân đoạn này số lượng chúng rất ít.
2.2.2. Thành phần hoá học ở các nguồn ngoài phân đoạn gasoil để sản xuất Diesel
Trong các nguồn này thì thành phân hoá học của nó thay đổi rất nhiều. Chúng
không chỉ phụ thuộc vào loại dầu thô mà còn phụ thuộc vào quá trình sử dụng và điều
kiện công nghệ. Các nguồn này có thể chia làm hai nhóm nhỏ:
Nhóm thứ nhất:
Nhóm này bao gồm các loại gasoil nhận được từ các quá trình sau:
Crackinh nhiệt, xác tác
Giảm nhớt
Cốc hoá
Gasoil thu được từ các quá trình này thường có chất lượng rất xấu (chỉ số cetan
thấp, hàm lượng lưu huỳnh cao, các chất kém ổn định nhiều, hàm lượng aromatic và
hợp chất nhựa nhiều). Khi phối trộn trực tiếp thì nhóm gasoil này chỉ chiếm một lượng
nhỏ, nhưng thông thường thì chúng phải qua quá trình xử lý (HDS) rồi mới đem phối
trộn.
Nhóm thứ hai:
Nhóm này bao gồm các loại gasoil thu được từ các quá trình xử lý bằng hydro
như: HDS, Hydrocrackinh, các quá trình tổng hợp . . .
Đặc điểm nỗi bật của gasoil nhóm này là chất lượng rất tốt có nghĩa là chỉ số
cetan cao, hàm lượng các hợp chất phi hydrocacbon như lưu huỳnh, nitơ giảm xuống
rất nhiều, hàm lượng aromatic và các chất không no cũng giảm đi nhiều lần.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 32

33. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Sau đây ta sẻ xem xét một số ví dụ về thành phần của các loại gasoil và sự biến
đổi của nó theo các quá trình xử lý.
Thành phần hoá học của gasoil thu được từ các quá trình chuyển hoá
Dạng sản phẩm
Tính chất
LCO
(HTS)
LCO
(BTS)
VB1 VB2 HCK CK
- Khôi lượng riêng
ở 15o
C (kg/lit)
- Độ nhớt (cSt)
- Lưu huỳnh(%)
- Nitơ ppm
- Chỉ số brôm
-Thành phần cất
(o
C)
PI
PF
- Chỉ số cetan
- Thành phân hoá
học (% kl)
Paraffin
Naphten
Mono aromatic
Di aromatic
Tri aromatic
Benzothiophen
Dibenzothiophen
0.942
4.6
2.76
630
14.9
218
359
21.3
13.7
8.8
17.1
35.8
4.1
15.6
4.0
0.924
3.1
0.68
110
7.3
199
296
18.3
21.3
8.9
20.1
44.7
0.5
4.3
0.3
0.866
5.5
2.2
27
229
348
45.5
23
33.4
17.7
10.4
1.4
12.2
1.8
0.821
2
1.46
247
45.5
156
293
39.2
22.4
53.3
17.4
2.8
0.1
4.1
0.0
0.803
2.94
0.006
6
179
333
54.2
39.8
58.5
1.5
0.2
0.0
0.0
0.0
0.936
3.8
1000
21
308
360
27
4
31
65
Nhận xét:
Gasoil thu được từ quá trình hydrocrackinh có chất lượng rất tốt tức là hàm
lượng các hợp chất phi hydrocacbon, hàm lượng chất thơm rất thấp, chỉ số cetan cao.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 33

34. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
So sánh tính chất của gasoil trước và sau khi khử lưu huỳnh sâu
(áp suất chung 27 bar, V.V.H 3)
Tính chất Nguyên liệu
(RA)
Sản phẩm
- Khôi lượng riêng ở 15oC
(kg/lit)
- Độ nhớt (cSt)
20oC
50oC
- Lưu huỳnh(%)
- Nitơ ppm
- Thành phần cất(oC
)
PI
50%
90%
PF
- Chỉ số cetan
- Thành phân hoá học (%
kl)
Paraffin
Naphten
Mono aromatic
Di aromatic
Tri aromatic
Benzothiophen
Dibenzothiophen
0.846
6.14
2.99
1.31
65
217
294
341
358
54.8
40.7
32.6
11
7.4
1.0
5.4
1.9
0.834
5.58
2.81
0.07
221
285
329
350
56.4
43.2
31.1
18.2
5.9
0.5
0.5
0.6
0.833
5.52
2.79
0.015
54
221
285
329
349
57.6
44.0
30.9
17.6
6.5
0.4
0.4
0.2
(Cột sau là kết quả thu được trong trường hợp độ nghiêm ngặt cao hơn)
Nhận xét:
Sản phẩm thu được sau quá trình HDS có hàm lượng các hợp chất phi
hydrocacbon và hợp chất aromatic một hay nhiều vòng giảm đi rất nhiều, paraffin
tăng lên, chỉ số cetan tăng lên, nhiệt độ sôi đầu tăng lên chút ít nhưng nhiệt độ sôi
50%, 90%, nhiệt độ sôi cuối giảm điều này cho nhiên liệu có khả cháy tốt nghĩa là quá
trình này cho chất lượng gasoil tốt hơn.
Khi độ nghiêm ngặt tăng lên thì chất lượng của gasoil cũng tăng lên.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 34

35. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
So sánh tính chất của gasoil trước và sau khi khử lưu huỳnh sâu
(áp suất chung 27 bar, V.V.H 3)
Tính chất Nguyên liệu:
80% RA+20%LCO
Sản phẩm
- Khôi lượng riêng ở 15oC
(kg/lit)
- Độ nhớt (cSt)
20o
C
50o
C
- Lưu huỳnh(%)
- Nitơ ppm
- Thành phần cất(o
C)
PI
50%
90%
PF
- Chỉ số cetan
- Thành phân hoá học (%
kl)
Paraffin
Naphten
Mono aromatic
Di aromatic
Tri aromatic
Benzothiophen
Dibenzothiophen
0.862
5.55
2.76
1.16
216
214
288
332
353
49
36.5
24.3
14.2
15.4
1.8
5.4
2.4
0.85
5.34
2.7
0.064
150
224
283
329
350
50.4
36.2
24.3
23
12
10.0
1.5
0.9
0.833
5.52
2.79
0.015
54
221
285
329
349
49
36.7
26.5
21.9
12.6
0.9
1.0
0.4
(Cột sau là kết quả thu được trong trường hợp độ nghiêm ngặt cao hơn)
Kết quả thu được ở đây hoàn toàn giống như trên.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 35

36. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
So sánh tính chất của gasoil trước và sau khi xử lý bằng hydrocacbon
Sản phẩmTính chất Nguyên liệu
(RA)
P 50 bar
VVH 1
P 75bar
VVH 0.5
- Khôi lượng riêng ở 15o
C
(kg/lit)
- Độ nhớt (cSt)
20o
C
50o
C
- Lưu huỳnh(%)
- Thành phần cất(o
C)
PI
50%
90%
PF
- Chỉ số cetan
- Thành phân hoá học (%
kl)
Paraffin
Naphten
Mono aromatic
Di aromatic
Tri aromatic
Benzothiophen
Dibenzothiophen
0.846
6.14
2.99
1.31
217
294
341
358
54.8
40.7
32.6
11
7.4
1.0
5.4
1.9
0.825
5.3
2.71
218
282
326
347
60.2
43.7
38.1
13.7
2.8
0.3
0.2
0.3
0.818
5.27
2.6
203
280
326
346
65.4
45.7
50.3
3.4
0.6
0
0
0
Kết quả hoàn toàn giống như quá trình HDS
ThS. Trương Hữu Trì Trang 36

37. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
So sánh tính chất của gasoil trước và sau khi khử lưu huỳnh sâu
Sản phẩm
Tính chất Nguyên liệu:
80% RA+20%LCO
P 50 bar
VVH 1
P 75 bar
VVH 0.5
- Khôi lượng riêng ở 15o
C
(kg/lit)
- Độ nhớt (cSt)
20o
C
50o
C
- Lưu huỳnh(%)
- Thành phần cất(o
C)
PI
50%
90%
PF
- Chỉ số cetan
- Thành phân hoá học (%
kl)
Paraffin
Naphten
Mono aromatic
Di aromatic
Tri aromatic
Benzothiophen
Dibenzothiophen
0.862
5.55
2.76
1.16
214
288
332
353
49
36.5
24.3
14.2
15.4
1.8
5.4
2.4
0.838
5.12
2.63
0.0022
213
278
324
346
53.9
36.9
37.7
20.2
4.5
0.4
0.3
0.0
0.827
4.9
2.54
0.0004
212
275
324
347
60.2
41.5
51.8
6
0.7
0.0
0.0
0.0
ThS. Trương Hữu Trì Trang 37

38. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Các nguồn dùng để phối trộn gasoil
Nguồn
nguyên liệu
Dầu thô paraffin Dầu thô
naphten
Phần cất của
DSV
Phần cặn của RSV
Quá trình xử
lý
DA DA FCC HCK VB CK HCK
Hiệu suất (%
kl)
30.3 32.8 36.7 29.2 47.2 10÷15 -- 5÷15 35 --
d
15
4(kg/l) 0.835 0.825 0.843 0.827 0.856 0.93 0.835 0.845 0.900 0.855
Thành phân
cất
PI
PF
170
370
180
375
170
400
180
350
170
370
170
370
200
358
170
370
170
370
196
343
Điểm vẫn đục
(o
C)
-5 -2 +1 -10 -20 -5 -14 -4 -8 -15
Điểm chảy
(o
C)
-12 -9 -6 -18 -33 -14 -25 -18 -20 -26
Chỉ số cetan 50 51 54 54 43 24 58 40 28 50
Hàm lượng
lưu huỳnh
(% kl)
0.12 0.04 0.83 0.80 0.09 2.8 0.02 2.33 2.10
ThS. Trương Hữu Trì Trang 38

39. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
2.3. Nguyên tắc hoạt động và đặc điểm quá trình cháy trong động cơ Diesel
Để khảo sát thành phần và tính chất nhiên liệu Diesel ảnh hưởng đến quá trình
hoạt động của động cơ và vấn đề ô nhiễm môi trường, trước hết ta xét sơ lược về hoạt
động và đặc điểm quá trình cháy của nhiên liệu trong động cơ Diesel.
2.3.1. Vài nét lịch sử động cơ Diesel
Động cơ Diesel mang tên của nhà phát minh nổi tiếng Rudolf Diesel. R.Diesel
sinh năm 1858 là kỹ sư người Đức nhưng phần lớn hoạt động nghiên cứu máy móc
của Ông thực hiện ở Paris (Pháp). Năm 1892 tại Berlin R.Diesel được cấp bằng phát
minh nghiên cứu về sự hoạt động của một loại động cơ với nhiên liệu là dòng hơi
sương các hạt hydrocacbon. Tuy nhiên, đề tài này chỉ mang tính phác hoạ, sau đó đến
năm 1897 nguồn nhiên liệu của động cơ được thay thế bằng nguồn nhiên liệu có nguồn
gốc từ dầu mỏ (phân đoạn gasoil) và động cơ đã đem lại một hiệu suất đáng kể (247
g/ch.h), xylanh của động cơ Diesel đầu tiên này có thể tích 19,6 lít, cho một công suất
14,7 KW, với tốc độ quay trục khuỷu là 172 vòng/phút. Sau đó, loại động cơ này đã
được phát triển mạnh mẻ với nhiều chủng loại khác nhau và được ứng dụng rộng rãi
nhất là sau chiến tranh thế giới nhất trên các loại xe tải những năm 1930-1939.
Chiếc xe du lịch đầu tiên trang bị động cơ Diesel được giới thiệu bởi hãng
Mercedes năm 1936 (206D) nhưng thành công hơn là chiếc xe của hãng Peugoet
(Diesel 402) xuất xưởng năm 1938 (có 1000 khuôn mẫu).
Sau năm 1945, động cơ Diesel đã trở nên phổ biến trong các loại phương tiện
giao thông dân dụng nhưng nó chỉ tồn tại trong một số giới hạn cấu trúc, mẫu mã của
các hãng sản xuất ô tô lớn như Mercedes, Peugeot.
Đến những năm 1970, động cơ Diesel có sự phát triển vượt bậc. Các phương
tiện vận tải được trang bị động cơ Diesel với buồng đốt kiểu phun trực tiếp, các loại xe
du lịch với buồng đốt kiểu phun gián tiếp. Đến đầu năm 1980, thị trường các động cơ
Diesel cho các loại phương tiện vận tải đã bùng nổ trên toàn thế giới.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 39

40. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
2.3.2. Nguyên lý hoạt động của động cơ Diesel
Động cơ Diesel là một động cơ nhiệt dùng để biến năng lượng hoá học của
nhiên liệu khi cháy thành năng lượng cơ học dưới dạng chuyển động quay. Động cơ
này làm việc theo nguyên tắc một chu trình gồm kỳ: nạp, nén, cháy nổ và giản nở sinh
công, thải khí cháy ra ngoài. Sơ đồ nguyên lý như sau:
1.Trục khuỷu
2. Thanh truyền
3. Piston
4. Xylanh
5. Kim phun
Xupap naûp Xupap
1
G
ÂC
5
4
2
3
ÂC
Sơ đồ động cơ Diesel 4 kỳ
Trong quá trình vận hành của động cơ, trục khuỷu quay theo chiều mũi tên,
piston đi động lên xuống trong xylanh, thanh truyền truyền vận động tịnh tiến của
piston cho trục khuỷu quay tròn. Ở đây ta có khái niệm điểm chất trên và điểm chất
dưới đó là các điểm tương ứng với vị trí cao nhất và thấp nhất của piston trong xylanh.
Chu trình công tác của động cơ Diesel được tiến hành như sau :
Kỳ 1 – Hành trình nạp
Khi piston đi từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới xupap xả đóng lại xupap
nạp mở ra không khí được hút qua xupap nạp vào trong xylanh.
Kỳ 2 – Hành trình nén
Sau khi đến điểm chết dưới piston sẻ đi ngược lên phía trên, lúc này cả hai
xupap đều đóng lại không khí trong xylanh được nén đến nhiệt độ cao khoảng
450÷500o
C tuỳ thuộc vào tỷ số nén của động cơ.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 40

41. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Kỳ 3 – Hành trình Phun nhiên liệu chảyvà giản nở sinh công
Khi piston gần đến điểm chết trên thì nhiên liệu được bơm cao áp phun vào
dưới dạng các sương (các hạt có kích thước rất nhỏ), từ các hạt sương này nhiên liệu
sẻ bay hơi tạo với không khi một hỗn hợp tự bốc cháy. Nhờ vào kết quả của quá trình
cháy, nhiệt độ và áp suất trong xylanh tăng cao nên chúng đẩy piston chạy từ điểm
chết trên xuống điểm chết dưới và đồng thời thực hiện quá trình giản nở sinh công.
Kỳ 4 – Hành trình thải
Khi piston bị đẩy xuống điểm chết dưới theo lực quán tính nó ngược lên phía
trên, lúc này xupap xả mở ra để đẩy khí cháy ra ngoài và kết thúc một chu trình. Sau
chu trình này piston lại đi xuống phía dưới để thực hiện chu trình tiếp theo.
Trong thực tế thì các xupap đóng mở cũng như thời điểm phun nhiên liệu không trùng
với điểm chết trên và điểm chết dưới. Thường để nạp được nhiều không khí vào
xylanh người ta cho các xupap được mở sớm nhưng đóng muộn, còn nhiên liệu sẻ
được phun vào trước khi piston đến điểm chết trên khoảng lớn hơn khoảng 10 độ theo
gốc quay của trục khuỷu.
Như vậy, toàn bộ chu trình công tác được thực hiện theo bốn hành trình trong
hai vòng quay của trục khuỷu, trong bốn hành trình này chỉ một hành trình cháy và
giãn nở duy nhất sinh công, còn ba hành trình khác không sinh công.
2.3.3. Đặc điểm của quá trình cháy của nhiên liệu trong động cơ Diesel
Từ việc phân tích hoạt động của động cơ Diesel ở trên ta rút ra được những đặc
điểm của quá trình cháy trong động cơ này như sau:
Khác với động cơ xăng nhiên liệu được phối trộn trước trong bộ chế hoà khí thì
ở động cơ Diesel nhiên liệu không được phối trộn trước mà chỉ được phun vào xylanh
khi không khí đã được nén để đạt nhiệt độ và áp suất cao, ở trong điều kiện này thì
nhiên liệu bay hơi rồi tạo hỗn hợp tự bốc cháy mà không cần đến sự đánh lửa của bugi.
Trong động cơ xăng thì quá trình cháy phải được bắt đầu từ bugi sau đó lan
truyền đi theo các mặt cầu và nhiên liệu chỉ được phép cháy khi màng lửa lan tràn đến
còn trong động cơ Diesel thì quá trình bắt cháy có thể bất kỳ chổ nào trong xylanh mà
ở đó nhiên liệu được phối trộn tốt với không khí để có thể tự bốc cháy.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 41

42. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Nếu như trong động cơ xăng việc tăng công suất bằng cách tăng tỷ số nén sẻ
vấp phải hiện tượng nhiên liệu chịu nhiệt độ và áp suất cao sẻ tự bốc cháy khí mặt lửa
chưa lan truyền đến thì trong động cơ Diesel bắt buộc phải có tỷ số nén cao để bảo
đảm cho nhiên liệu có thể tự bay hơi và bốc cháy. Do đó công suất của động cơ Diesel
luôn lớn hơn công suất của động cơ xăng khi cùng mức tiêu thụ nhiên liệu.
Nhiên liệu sau khi phun vào buồng cháy nó không cháy ngay mà cần có một
thời gian nhất định để chuẩn bị, thời gian này được gọi là thời gian cháy trể hay thời
gian cảm ứng. Thời gian này dài hay ngắn phụ thuộc hoàn toàn vào bản chất của nhiên
liệu và cấu trúc của động cơ, nó thường được chia thành hai loại đó là thời gian cảm
ứng vật lý và thời gian cảm ứng hoá học, thời gian cảm ứng hoá học này được xác
định theo công thức thực nghiệm sau:
D = A P-n
EXP(B/T)
Trong đó: A,B là các hằng số thực nghiệm.
So sánh lợi ích của động cơ Diesel và động cơ xăng
Khi so sánh về lợi ích của động cơ Diesel so với động cơ xăng người ta nhận
thấy động cơ Diesel có nhiều lợi ích hơn theo nhiều gố độ
Xét về gốc độ nhiệt trị:
Nhiệt trị khối lượng của Diesel lớn hơn nhiệt trị khối lượng của xăng khoảng
10% do đó khi xem xét 2 động cơ có cùng hiệu suất thì động cơ Diesel tiêu thụ nhiên
liệu ít hơn khoảng 10%.
Xét về hiệu suất sử dụng nhiệt:
Hiệu suất sử dụng nhiệt của động cơ Diesel luôn lớn hơn động cơ xăng vì nó
không có lá trập để tạo ra độ âm áp trong giai đoạn hút do đó trên đồ thị P-V diện tích
của vùng áp suất thấp nhỏ hơn so với động cơ xăng. Tuy nhiên hiệu suất của động cơ
Diesel giảm nhanh khi tốc độ tăng lên do tổn thấp áp suất do ma sát tăng nhanh và quá
trình cháy trong thời gian ngắn kho khăn hơn so với động cơ xăng.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 42

43. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Xét về gốc độ nhiên liệu:
Giá thành của Diesel rẻ hơn xăng, theo tính toán ở nhà máy lọc dầu thì năng
lượng tiêu thụ để sản xuất Diesel nhỏ hơn sản xuất xăng khỏng 6% (13% so với 19%)
So sánh mức tiêu thụ nhiên liệu của động cơ Diesel và Xăng theo các điều kiện vận
hành khác nhau:
100 100 100 100 100
116 115 120 113
124
0
20
40
60
80
100
120
140
D
10,9;V
33,9
D
17,9;V
34,3
D 19;V
29,1
D
5,8;V
41,2
D
2,5;V
11,5
Quang đuong đi va van toc
Muctieuhoanhienlieu(kg/100km)
ĐC Diesel
ĐC Xăng
Vì những ưu điểm của động cơ Diesel mà chung được sử dụng ngày càng rộng
rải. Chung ta có thể thấy rả điều này qua số lượng nhiên liệu tiêu thụ tại thị trường
Pháp.
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
1980 1997 1998 1999
Muctieuthu(Trieutan)
Xăng
Diesel
FOD
D?u n?ng
ThS. Trương Hữu Trì Trang 43

44. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
2.4. Các chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu Diesel.
Như vừa thấy trong phần trước, quá trình cháy trong động cơ không phải là quá
trình cháy lý tưởng nên nó sẻ làm giảm công suất của động cơ, nhưng điều quan trọng
hơn cả là quá trình cháy không hoàn toàn này sẻ tạo ra các chất độc có hại cho con
người và môi trường. Do đó việc nghiên cứu nhằm làm giảm các chất độc này là điều
bắt buộc đối với các nhà sản xuất động cơ và nhiên liệu.
Đối với nhiên liệu Diesel thương phẩm nó phải đảm bảo được các tính chất sau:
2.4.1. Chỉ số xêtan IC (Indice de Cétane)
2.4.1.1. Định nghĩa
Chỉ số xêtan là một đại lượng qui ước đặc trưng cho khả năng tự bóc cháy của
nhiên liệu Diesel và được tính bằng % thể tích của n-xêtan trong hỗn hợp của nó với α
-mêtylnaphtalen khi hỗn hợp này có khả năng tự bóc cháy tương đương với nhiên liệu
Diesel đang khảo sát. Trong hỗn hợp này thì n-xêtan có khả năng tự bóc cháy tốt nên
trị số của nó được qui ước bằng 100, còn α-mêtỵlnaphtalen có khả năng tự bóc cháy
kém được qui ước bằng 0.
Trong thực tế một vài phòng thí nghiệm người ta dùng hephtametylnonan
(HMN) thay cho α-mêltỵnaphtalen, trong đó HMN có IC = 15.
2.4.1.2. Phương pháp xác định chỉ số xêtan
Chỉ số xêtan có thể xác định theo nhiều phương pháp khác nhau như do trực
tiếp trên động cơ hay xác định từ các tính chất của nó.
Việc xác định trực tiếp IC được thực hiện trên động cơ CFR (Coferation Fuel
Reseach) như trong động cơ xăng với gốc phun sớm nhiên liệu là 13 độ theo gốc quay
của trục khuỷu. Phương pháp này trong thực tế ít được sử dụng vì nó phức tạp và tốn
kém.
Chỉ số IC có thể được các định từ các tính chất của nhiên liệu Diesel, chỉ số thu
được gọi là chỉ số IC tính toán. Theo cách này thì trong thực tế cũng tồn tại nhiều công
thức khác nhau để xác định IC.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 44

45. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
- Từ nhiệt độ sôi ứng với 50% chưng cất và tỷ trọng ta có thể xác định được IC
theo công thức sau:
CCI = 454,74-1641,41d+774d2
-0,554T50 +97,083(lgT50)2
Từ công thức này người ta đã xây dựng được đồ thị xác định như sau.
Xác định CI bằng phương pháp đồ thị
Vẽ đường thẳng qua 2 điểm : T50 và độ 0
API (hoặc d4
15
) đường thẳng này cắt vạch
thang chia IC tại CCI cần tìm.
Ví dụ :
Nhiên liệu có d4
15
=0,84 (khối lượng riêng tiêu chuẩn) và T50=2800
C (ASTM-
D86) ta tìm được CCI =56.
Trong phạm vi IC=40÷55 sai lệch giữa CCI và IC đo đạc là tương đối nhỏ nếu
nhiên liệu không sử dụng phụ gia cải thiện IC.
Trên đây là phương pháp được sử dụng nhiều trong thực tế. Ngoài phương pháp
này thì chỉ số IC cong có thể đước xác đinh từ nhiệt độ sôi 10%, 50% và 90%; từ điểm
anline hay từ việc phân tích sắc ký, khối phổ thành phần hoá học của nhiên liệu Diesel.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 45

46. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
2.4.1.3. Cải thiện IC bằng phụ gia
Như trong phần đàu chúng ta đã thấy nhiên liệu Diesel thương phẩm được phối
trộn từ rất nhiều nguồn với chất lượng rất khác nhau, chẳng hạn như nguồn LCO của
quá trình FFC hay gasoil của các quá trình cốc hoá, giảm nhớt ... chỉ số IC rất thấp.
Khi đó nếu cần nâng cao chỉ số này thì người ta có thể dùng các phụ gia. Phụ gia nhằm
nâng cao chỉ số IC có nhiều loại khác nhau nhưng có thể chia thành hai nhóm như sau:
Nhóm thứ nhất bao gồm các hợp chất peroxyt
Nhóm thứ hai bao gồm các hợp chất nitrat alkyl
Các hợp chất peroxyt đã được biết đến từ lâu nhưng chung ít được ứng dụng vì
đây là các hợp chất rất kém bền và vấn đề giá cả. Trong nhóm thứ hai thì hợp chất 2-
Etylhecxyl nitrat được sử dụng nhiều nhất.
H H H H H H
C C C C C C
H C2H5 H H H H
HNO3
2.4.1.4. Ảnh hưởng của chỉ số IC lên hoạt động của động cơ
Trong thực tế ngày nay các động cơ Diesel có yêu cầu về chỉ số IC vào khoảng
40÷60 tuỳ theo tốc độ của động cơ, với khoảng yêu cầu này thì người ta dễ dàng đạt
được trong các nhà máy lọc dầu. Tuy nhiên điều quan trọng là phải sử dụng loại nhiên
liệu hợp với động cơ theo qui định của nhà chế tạo vì chỉ số này liên quan trực tiếp đến
thời gian cảm ứng.
Khi chỉ số IC giảm xuống thì thời gian cảm ứng sẻ tăng lên điều này sẻ ảnh
hưởng trực tiếp đến quá trình cháy trong động cơ, cụ thể là khi nhiên liệu phun vào có
chỉ số IC nhỏ sẻ có thời gian cảm ứng lớn do đó khi nó có thể tự bắt cháy thì khối
lượng nhiên liệu trong buồng cháy lớn nên quá trình cháy có thể xảy ra với tốc độ lớn
làm cho áp suất trong buồng cháy tăng cao một cách đột ngột, điều này sẻ tạo ra những
tiếng gỏ kim loại, gây nóng máy và làm giảm tuổi thọ của động cơ, ngoài ra khi tốc độ
ThS. Trương Hữu Trì Trang 46

47. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
cháy quá lớn thì một phần nhiên liệu có thể không cháy kịp mà bị phân huỷ do đó làm
giảm công suất và thải ra nhiều chất gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên sự ảnh hưởng
này sẻ ít hơn trong động cơ buồng cháy trước so với động cơ có buồng cháy trực tiếp.
Ngược lại, khi chỉ số IC quá cao thì thời gian cảm ứng sẻ quá nhỏ điều này có
thể dẫn đến quá trình tự bắt cháy quá sớm nên phần nhiên liệu phun vào sau có thể bị
phun vào trong khí cháy có nhiệt độ quá cao nên nhiên liệu không đủ thời gian để bay
hơi thì đã nhận được một lượng nhiệt quá lớn nên nó bị phân huỷ trước khi cháy, trong
trường này công suất của động cơ cũng bị giảm và khói thải ra nhiều chất độc hại cho
con người và môi trường.
2.4.2. Tỷ trọng
Theo tiêu chuẩn của Việt Nam: ≤ 860 kg/m3
Theo tiêu chuẩn của châu Âu trước 01/01/2000 : 820 ≤ ρ15.5
15.5
≤ 860 kg/m3
Theo tiêu chuẩn của châu Âu từ 01/01/2000 : 820 ≤ ρ15.5
15.5
≤ 845 kg/m3
Có nhiều phương pháp để xác định tỷ trọng, nhưng thông thường nó được xác
định theo 3 phương pháp sau:
Phương pháp dùng picnomet,
Phương pháp dùng phù kế,
Phương pháp dùng cân thuỷ tĩnh.
Trong các phương pháp trên thì phương pháp dùng picnomet là phương pháp cần
đến ít mẫu nhất và cho độ chính xác cao nhất. Như vậy phương pháp này có ý nghĩa
lớn khi có ít mẫu và đòi hỏi độ chính xác cao. Phương pháp này có thể áp dụng cho
các loại mẫu khác nhau. Nhược điểm duy nhất của phương pháp này cần nhiều thời
gian.
Từ nguyên tắc hoạt động của động cơ Diesel ta nhận thấy nhiên liệu trước khi cháy
chúng phải trải qua một quá trình biến đổi từ việc bị phân chia thành các hạt sương sau
khi qua kim phun cao áp, hoá hơi để trộn lẫn với không khí và biến đổi để tự bốc cháy,
các quá trình này đều liên quan trực tiếp đến tỷ trọng của Diesel.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 47

48. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Khi khối lượng riêng lớn thì động năng của dòng nhiên liệu lớn, nhiên liệu bị phun
đi xa hơn khi đó không gian trộn lẫn của nhiên liệu với không khí lớn. Tuy nhiên, khi
nhiên liệu có khối lượng riêng lớn thì thường độ nhớt của nhiên liệu cũng lớn nên khả
năng bay hơi tạo với không khí hỗn hợp tự bóc cháy thấp điều này làm cho quá trình
cháy của nhiên liệu kém.
Nếu như khối lượng riêng lớn quá thì khi phun nhiên liệu có thể va đập vào thành
của buồng cháy, điều này sẻ làm loảng màng dầu bôi trơn trên thành của buồng cháy
gây ra hiện tượng mài mòn.
Ngoài ra khi bị phun vào màng dầu bôi trên thành xylanh thì nhiên liệu sẻ bị hấp
thụ trong màng dầu này, sau đó trong giai đoạn thải khí cháy chúng có thể bay hơi theo
khí cháy và được đẩy ra ngoài làm tăng hàm lượng các chất độc hại trong khí thải.
Khi hai loại nhiên liệu có cùng giới hạn sôi thì nhiên liệu nào có khối lượng riêng
cao hơn thì sẽ có hàm lượng các hydrocacbon thơm và naphtenic cao hơn, nhiên liệu
có khối lượng riêng thấp sẽ chứa nhiều parafin. Tuy nhiên, việc khống chế giá trị tối
đa của khối lượng riêng để tránh đưa vào nhiên liệu các phần nặng gây khó khăn cho
quá trình tự bốc cháy, tăng độ giàu của nhiên liệu làm tăng thải ra khói đen, bồ hóng.
Qua phân tích trên cho thấy khôi lượng riêng của nhiên liệu sẻ có những ảnh
hưởng đến quá trình sử dụng nhiên liệu Diesel qua các thông số sau:
Công suất của động cơ
Tiêu thụ riêng
Hàm lượng CO, HC, Particules trong khói thải.
2.4.3. Thành phần cất
Cũng tương tự như nhiên liệu xăng, nhiên liệu Diesel là một hỗn hợp của rất
nhiều các hợp chất khác nhau có nhiệt độ sôi thay đổi trong khoảng rộng. Thực tế,
trong khoảng phân đoạn của nó thì ở nhiệt độ nào cũng có các hydrocacbon tương ứng
bay hơi, nhưng điều cần quan tâm ở đây là ở một nhiệt độ nhất định thì cường độ bay
hơi của các cấu tử khác nhau là không giống nhau. Vì vậy để đặc trưng cho độ bay hơi
của nhiên liệu Diesel thì người ta dùng hai khái niệm là Thành phần cất. Nhờ khái
ThS. Trương Hữu Trì Trang 48

49. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
niệm này mà ta có thể biết được sự phân bố của các hydrocacbon trong nhiên liệu
Diesel.
Những khái niệm và định nghĩa được dùng ở đây cũng như đã nêu trong phần
nhiên liệu cho động cơ xăng.
Thành cất được xác định theo phương pháp thử ASTM-D86.
Cũng tương tự như xăng, nhiên liệu diesel cũng cần phải có thành phần cất theo
quy định để bảo đảm cho quá trình hoạt động của động cơ bởi độ bay hơi của nhiên
liệu sẻ ảnh hưởng trực tiếp quá trình cháy của nó trong buồng cháy, nhưng điều cần
phải chú ý ở nhiên liệu Diesel là nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối thay đổi trong khoảng
rộng (do nhiên liệu Diesel được phối trộn từ nhiều nguồn có khoảng nhiệt độ rất khác
nhau như đã nêu ở trên và cũng tuỳ theo yêu cầu về chất lượng của nó) nên người ta
thường không quan tâm nhiều như trong động cơ xăng, thường đối với nhiên liệu
Diesel thì người ta quan tâm đến phần trăm chưng cất ở một số nhiệt độ nhất định.
Theo tiêu chuẩn Việt Nam thì có hai giá trị như sau:
Điểm cất ở 50% thể tích là 290 o
C (E50)
Điểm cất ở 90% thể tích là 350 o
C (E90)
Theo tiêu chuẩn Châu Âu thì có ba giá trị sau được quan tâm:
Ở 250o
C thành phần cất thu được phải nhỏ hơn 65%
Ở 350o
C thành phần cất thu được phải lớn hơn 85%
Ở 370o
C thành phần cất thu được phải lớn hơn 95%
Ở Hoa Kỳ thì người ta phân biệt hai loại gasoil đó là gasoil dùng cho phương
tiện giao thông vận tải và gasoil dùng cho các máy móc công nghiệp, trong loại thứ
nhất thì nhiệt độ ở 90% chưng cất phải nhỏ hơn 288o
C, còn loại thứ hai nhiệt độ này
mằn trong khoảng 282 o
C ÷ 338 o
C.
Tuy nhiên, những giá trị của nhiệt độ sôi đầu cũng không được quá thấp và
nhiệt độ cuối không được quá cao vì điều này sẻ ảnh hưởng xấu đến việc sử dụng
trong động cơ. Nếu nhiệt độ cuối cao quá tức là trong thành phần của nó chứa nhiều
cấu tử nặng làm cho quá trình bay hơi để tạo hỗn hợp tự bóc cháy kém làm tăng quá
ThS. Trương Hữu Trì Trang 49

50. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
trình cháy không hoàn làm giảm công suất của động cơ (thực nghiệm cho thấy công
suất của động cơ sẻ giảm đi khoảng 1 ÷ 5%), tạo nhiều chất gây ô nhiễm môi trường,
làm loảng màng dầu bôi trơn trong buồng cháy hay làm giảm độ nhớt của dầu trong
carter như đã nêu đối với động cơ xăng. Ngược lại, khi nhiệt độ sôi đầu nhỏ nó không
ảnh hưởng trực tiếp công suất của động cơ, nhưng nếu như nhiệt độ đầu quá nhỏ thì
làm tăng độ bay hơi gây mất mát trong quá trình vận chuyển hay bảo quản hay làm
giảm độ nhớt của nhiên liệu có thể gây mài mòn kim phun.
2.4.4. Điểm chớt cháy
Những khái niệm và định nghĩa đã được nêu trong phần nhiên liệu xăng.
Cũng tương tự như trong phần trước, tiêu chuẩn này đặc trưng cho các phần nhẹ
dễ bay hơi trong nhiên liệu, khi phần nhẹ càng nhiều thì khả năng bay hơi càng lớn
điều này sẻ gây ra mất mát vật chất và điều quan trọng hơn cả là nó có thể tạo ra hỗn
hợp nỗ trong quá trình bảo quản và vận chuyển. Vì vậy chỉ tiêu này đặc trưng cho mức
độ an toàn của nhiên liệu Diesel.
Nếu như đối với xăng thì ở điều kiện thường độ bay hơi của nó lớn nên tạo hỗn
hợp với không khí nằm trên giới hạn nỗ thì ngược lại ở đây nhiên liệu Diesel có độ bay
hơi kém, ở điều kiện thường thì nó chỉ tạo được hỗn hợp nằm ở dưới giới hạn dưới của
hỗn hợp nổ. Tuy nhiên khi nhiên liệu Diesel có lẫn những phần nhẹ thì nó có thể tạo ra
những hỗn hợp nổ.
2.4.5. Độ nhớt (µ).
Độ nhớt của nhiên liệu là một đại lượng vật lý đặc trưng cho trở lực do ma sát
nội tại sinh ra ngay trong lòng chất lỏng khi có sự chuyển động tương đối của các phân
tử với nhau.
Độ nhớt có thể được biểu diễn dưới ba dạng chính như sau: độ nhớt động lực
(cP), độ nhớt động học (cSt) và độ nhớt quy ước.
Độ nhớt động lực hay độ nhớt tuyệt đối là đại lượng biểu diễn lực ma sát nội tại
thực sinh ra khi các phân tử chuyển động tương đối với nhau, hai loại độ nhớt còn lại
là những đại lượng chỉ cho biết giá trị tương đối hay gián tiếp.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 50

51. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
Độ nhớt động lực được rút ra từ phương trình của Newton về chất lỏng chảy
trong dòng ở chế độ chảy dòng (phần lớn các chất lỏng đều có thể áp dụng được
phương trình này).
Phương trình của Newton được phát biểu như sau: Lực ma sát nội tại sinh ra
giữa hai lớp chất lỏng có sự chuyển động tương đối với nhau sẻ tỷ lệ với diện tích bề
mặt của hai lớp chất lỏng, với tốc độ biến dạng (không phải là gradient vận tốc).
Phương trình được biểu diễn như sau:
dz
dv
SF ..µ=
Trong đó:
F là lực tác dụng từ bên ngoài làm hai lớp chất lỏng chuyển động tương đối với
nhau và chính bằng lực ma sát sinh ra giưa hai bề mặt.
S là diện tích của hai bề mặt.
V là vận tốc tương đối giữa hai lớp chất lỏng.
Z là khoảng cách giữa hai lớp
µ là độ nhớt động học.
Độ nhớt động học có thể biểu theo nhiều đơn vị khác nhau tuỳ theo hệ thống
đơn vị sử dụng, nhưng thông thường thì trong lĩnh vực dầu khí nó thường được đo
trong hệ CGS, trong hệ thống này thìđơn vị của nó là Poise (P), thực tế thì hay dùng
đại lượng ước số của nó là centipoise (cP).
Cũng tương tự như thành phần cất hay tỷ trọng, độ nhớt cũng có những ảnh
hưởng trực tiếp đến hoạt động của động cơ. Thực tế khi độ nhớt quá lớn sẻ làm tăng
tổn thất áp suất trong bơm và trong kim phun, làm tăng kích thước của các hạt sương
nhiên liệu do đó các tia nhiên liệu sẻ bay xa nên nó có thể và đập vào thành của buồng
cháy để gây ra những tác hại như đã nêu trong phần trên.
Ngược lại, khi nhiên liệu có độ nhớt quá thấp sẻ làm tăng lưu lượng thoát ra ở
bơm nạp liệu, như vậy sẻ làm giảm lưu lượng thể tích thực thoát ra ở kim phun (bơm
cao áp). Trong trường hợp này thì kim phun được nâng lên chậm hơn điều này sẻ làm
ThS. Trương Hữu Trì Trang 51

52. Sản Phẩm Dầu Mỏ Thương Phẩm
giảm nhiên liệu cung cấp cho động cơ. Với nhiên liệu Diesel có độ nhớt nhỏ quá thì
khi phun vào xylanh nó sẽ tạo thành các hạt quá mịn, không thể tới được các vùng xa
kim phun có nghĩa là không gian để trộn lẫn giữa nhiên liệu - không khí nhỏ, điều này
làm cho quá trình tạo hỗn hợp tự bóc cháy không tốt đồng thời phần được phun vào
đầu có thể tự bắt cháy quá sớm nên phần phun vào sau có thể bị phun vào trong khí
cháy có nhiệt độ quá cao nên nhiên liệu Diesel không đủ thời gian để bay hơi thì đã
nhận được một lượng nhiệt quá lớn nên bị phân huỷ trước khi cháy. Như vậy, trong
trường này công suất của động cơ cũng bị giảm. Ngoài ra, nhiên liệu Diesel còn có tác
dụng bôi trơn cho bơm cao áp và các lò xo trong bộ phận bơm nên khi độ nhớt quá
nhỏ dễ gây ra sự rít làm mài mòn hệ thống này.
2.4.5. Các chỉ tiêu liên quan đến điều kiện làm việc ở nhiệt độ thấp
Như chúng ta đã biết nhiên liệu Diesel thương phẩm được phối trộn từ rất nhiều
nguồn khác với thành phần hoá học của nó có thể chứa các hydrocacbon có số nguyên
tử cacbon từ 10 ÷ 35. Muốn đảm bảo khả năng bay hơi tạo hỗn hợp tự bóc cháy trong
buồng cháy thì thành phần hoá học của nhiên liệu Diesel phải chứa một hàm lượng
nhất định các hydrocacbon Paraffin, nhưng chính các hợp chất sẻ gây ra cho nhiên liệu
Diesel những khó khăn khi nhiệt độ của môi trường xuống thấp.
Khi nhiệt độ xuống thấp các hydrocacbon n-paraffin có mạch dài sẻ kết tinh,
các tinh thể này có dạng hình kim chúng dễ tạo ra các khung tinh thể để chứa những
phần còn lại, điều này sẻ làm giảm độ linh động của nhiên liệu. Khi nạp liệu cho động
cơ thì nhiên liệu Diesel phải đi qua một hệ thống lọc có một lưới lọc với kích thước
khoảng vài micromet. Trong trường hợp này các tinh thể paraffin có thể làm bít các lỗ
của lưới lọc dẫn đến sai lệch về lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ đồng thời các
tinh thể paraffin này còn có thể gây những ảnh hưởng xấu cho bơm nhiên liệu.
Qua những phân tích ở trên cho thấy việc cần thiết phải có những tiêu chuẩn để
đảm bảo cho nhiên liệu Diesel có khả năng làm việc được ở nhiệt độ thấp.
Trong thực tế, để đặc trưng cho khả năng làm việc của nhiên liệu Diesel ở nhiệt
độ thấp người ta dùng ba khái niệm khác nhau, đó là: Nhiệt độ vẫn đục, Điểm đông
đặc (điểm chảy), Nhiệt độ lọc tới hạn.
ThS. Trương Hữu Trì Trang 52