tinh chat vat ly & chi tieu danh gia dau tho

5/9/2018 Tinh Chat Vat Ly & Chi Tieu Danh Gia Dau Tho - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/tinh-chat-vat-ly-chi-tieu-danh-gia-dau-tho 1/21

Tính chấ t vật lý và chỉ tiêu đ ánh giá d ầu thô

1

Chươ ng III

TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ NHỮ NG TIÊU CHUẨN

ĐÁNH GIÁ DẦU MỎ III.1. Thành phần cất

Như chúng ta đều biết dầu mỏ cũng các sản phẩm của nó là một hỗn hợ p

của nhiều các hợ p chất hydrocacbon có nhiệt độ sôi thay đổi trong khoảng r ộng.

Thực tế thì dầu mỏ hay các phân đoạn dầu mỏ đều chứa một số lượ ng r ất lớ n các

cấu tử vớ i nhiệt độ sôi thay đổi trong một khoảng r ất r ộng. Khi nghiên cứu dầu mỏ

thì ngườ i ta quan tâm nhiều đến mức độ bay hơ i hay tỷ lệ bay hơ i ở một nhiêt độ nào đó.

Tính chất bay hơ i của dầu mỏ hay các sản phẩm của nó có ý ngh ĩ a r ất lớ n

trong quá trình bảo quản, vận chuyển cũng như trong quá trình sử dụng. Vì vậy

đây là một tính chất hết sức quan tr ọng của dầu mỏ.

Thành phần cất là khái niệm dùng để biểu diễn phần tr ăm của mẫu bay hơ i

trong điều kiện tiến hành thí nghiệm theo nhiệt độ hoặc ngượ c lại nhiệt độ theo phần tr ăm thu đượ c khi tiến hành chưng cất mẫu. Thực tế ngườ i ta sử dụng những

khái niệm sau.

Nhiệt độ sôi đầu: Là nhiệt độ đọc đượ c trên nhiệt k ế vào lúc giọt chất lỏng

ngưng tụ đầu tiên chảy ra từ cuối ống ngưng tụ.

Nhiệt độ sôi cuố i: Là nhiệt độ cao nhất đạt đượ c trong qúa trình chưng cất.

Nhiệt độ sôi 10% (t10%), t50%, t90%, t95%, ... Là nhiệt độ đọc trên nhiệt k ế tươ ng ứng khi thu đượ c 10%, 50%, 90%, 95% ... chất lỏng ngưng tụ trong ống thu.

Đườ ng cong biểu diễn mối quan hệ giữa phần cất thu đươ c và nhiệt độ

đượ c gọi là đườ ng cong chưng cất. Tuỳ theo thiết bị sử dụng khi tiến hành chưng




2

cất mà ta có nhiều loại đườ ng cong khác nhau như đườ ng cong chưng cất đơ n

giản, đườ ng cong điểm sôi thực …

Khi cần phân tích nhanh thườ ng đối vớ i các sản phẩm nhẹ của dầu mỏ

ngườ i ta tiến hành trên bộ chưng cất tiêu chuẩn Engler (hình dướ i) và đườ ng congthu đượ c là đườ ng cong chưng cất Engler hay đườ ng cong chưng cất ASTM D 86.

(American Society for Testing and Materials) Cách tiến hành như sau: Cho 100 ml

mẫu vào trong bình r ồi lắ p dụng cụ giống như trên hình vẽ, tiến hành gia nhiệt (tốc

độ gia nhiệt phải tuân theo quy định đối vớ i từng loại sản phẩm) ghi lại nhiệt độ

theo phần tr ăm mẫu thu đượ c trong ống đong.

Trong thiết bị chưng cất Engler thì chất lỏng của mẫu bị đun nóng nên bay

hơ i r ồi qua bộ phận làm lạnh để ngưng tụ sau đó chảy vào ống đong, như vậy đây

là quá trình chưng cất vớ i khả năng phân chia không triệt để. Để bảo đảm tốt quá

trình phân chia các cấu tử thì ngườ i ta sử dụng bộ chưng cất vớ i độ phân chia

nghiêm ngặt hơ n (thiết bị chưng cất có số đĩ a tươ ng đươ ng vớ i 15 đĩ a lý thuyết

chỉ số hồi lưu bằng 5), tiến hành chưng cất theo tiêu chuẩn ASTM D 2892. Đườ ng

cong thu đượ c ở đây có độ phân chia r ất lớ n nên đượ c gọi là đườ ng cong điểm sôi

thực hay thườ ng gọi là đườ ng cong TBP (True Boiling Point).




3

Ngoài hai loại đườ ng cong trên thì tuỳ theo mục đích nghiên cứu và đặc

điểm của mẫu mà ngườ i ta còn sử dụng nhiều loại đườ ng cong khác nhau như sau:

ASTM D 3710 xác định đườ ng cong chưng cất xăng nhẹ bằng sắc ký khí;

ASTM D 1078 xác định đườ ng cong chưng cất chất lỏng hữu cơ bay hơ i;

ASTM D 1160 xác định đườ ng cong chưng cất ở áp suất chân không của

các phân đoạn có nhiệt độ sôi cao.

III.2. Nhiệt độ sôi trung bình của phân đoạn.

Thành phần chưng cất của phân đoạn dầu mỏ có liên quan nhiều đến các

tính chất sử dụng của phân đoạn, nhưng các tính chất vật lý trung bình của phân

đoạn như độ nhớ t, tỷ tr ọng, tr ọng lượ ng phân tử, hệ số đặc tr ưng, nhiệt cháy, các

tính chất tớ i hạn... lại có liên quan chặt chẽ đến nhiệt độ sôi trung bình của phân

đoạn đó.

Nhiệt độ sôi trung bình của phân đoạn dầu mỏ xác định dựa theo đườ ng

cong chưng cất. Đối vớ i các phân đoạn dầu mỏ thì nhiệt độ sôi trung bình đượ c

xác định từ đườ ng cong chưng cất ASTM còn dầu thô thì đượ c xác định từ đườ ng

cong chưng cất TBP.Ở đườ ng cong chưng cất ASTM hay đườ ng chưng cất Engler thì nhiệt độ

ứng vớ i 50% sản phẩm chưng cất đượ c xem là nhiệt độ sôi trung bình thể tích.

Nếu sử dụng đườ ng cong chưng cất Engler vớ i hệ tọa độ khác: nhiệt độ sôi-phần

tr ăm tr ọng lượ ng hoặc nhiệt độ sôi-phần tr ăm mol, thì nhiệt độ ứng vớ i 50% tr ọng

lượ ng hoặc 50% mol sản phẩm chưng cất, sẽ là nhiệt độ sôi trung bình tr ọng

lượ ng, hoặc nhiệt độ sôi trung bình phân tử của phân đoạn. Như vậy có thể có r ất

nhiều giá tr ị nhiệt độ sôi trung bình của cùng một phân đoạn dầu mỏ. Thực tế

không một giá tr ị nào trong tất cả 3 loại nhiệt độ sôi trung bình nói trên là thực, do

đó ngườ i ta còn đưa ra một khái niệm nhiệt độ trung bình trung gian đượ c xem là

nhiệt độ sôi trung bình duy nhất của phân đoạn đó.




4

Thực tế ngườ i ta thườ ng tiến hành chưng cất để thu đượ c đườ ng cong

chưng cất biểu diễn mối quan hệ giữa nhiệt độ sôi và thành phần cất theo thể tích

như vậy ta sẻ có nhiệt độ sôi trung bình theo thể tích, những giá tr ị nhiệt độ sôi

trung bình khác đượ c xác định từ nhiệt độ sôi trung bình thể tích thông qua các đồ thị và độ dốc, độ dốc đượ c tính như sau:

S =60

1070

t

t t −= oC %

Từ độ dốc thu đượ c, tra đồ thị ta thu đượ c giá tr ị chênh lệch từ đó ta dễ

dàng tính đượ c giá tr ị nhiệt độ trung bình cần tìm.

Nói chung, các tính chất vật lý của phân đoạn dầu mỏ thườ ng có khi chỉ có

quan hệ đúng vớ i một trong những loại nhiệt độ sôi trung bình nói trên, thí dụ :nhiệt độ sôi trung bình thể tích có quan hệ đến độ nhớ t, nhiệt dung của phân đoạn,

nhiệt độ sôi trung bình phân tử có quan hệ đến hệ số đặc tr ưng, nhiệt độ tớ i hạn,

nhiệt độ sôi trung bình trung gian có quan hệ đến tr ọng lượ ng phân tử, tỷ tr ọng,

nhiệt cháy vv…




5

III.3. Áp suất hơ i bảo hoà.

Áp suất hơ i đặc tr ưng cho tính chất các phân tử ở bề mặt pha lỏng có xu

hướ ng thoát khỏi bề mặt này để chuyển sang pha hơ i ở nhiệt độ nào đó. Đó là một

hàm số của nhiệt độ và các đặc tính pha lỏng.

Áp suấ t hơ i bảo hoà chính là áp suấ t hơ i mà t ại đ ó thể hơ i nằ m cân bằ ng

vớ i thể l ỏng trong một nhiệt độ nhấ t định.

Sự sôi của một hydrocacbon hay của một phân đoạn dầu mỏ chỉ xảy ra khi

áp suất hơ i của nó bằng vớ i áp suất hơ i của hệ. Vì vậy, khi áp suất hệ tăng lên,

nhiệt độ sôi của nó sẽ tăng theo nhằm tạo ra một áp suất hơ i bằng áp suất của hệ.

Ngượ c lại, khi áp suất của hệ giảm, nhiệt độ sôi của nó cũng giảm đi tươ ng ứng.Đối vớ i các hydrocacbon riêng lẻ, áp suất hơ i của nó chỉ phụ thuộc vào

nhiệt độ và vì vậy ở một áp suất nhất định chỉ có một nhiệt độ sôi tươ ng ứng.

Đối vớ i một phân đoạn dầu mỏ thì áp suất hơ i của nó ngoài sự phụ thuộc

vào nhiệt độ, còn phụ thuộc vào thành phần các hydrocacbon có áp suất riêng phần

khác nhau, ngh ĩ a là áp suất hơ i của phân đoạn mang tính chất cộng tính của các

thành phần trong đó và tuân theo định luật Raoult:

P =ii

x P∑

(Pi, xi là áp suất riêng phần và nồng độ phần mol của cấu tử i trong phân đọan).

Để xác định áp suất hơ i bảo hoà thườ ng ngườ i ta sử dụng bom Reid nên áp

suất hơ i bảo hoà thườ ng gọi là áp suất hơ i bảo hoà Reid (TVR), nó đượ c đo ở

37,8oC hay 100oF, sơ đồ thiết bị như trên hình vẽ.

Như vậy, áp suất hơ i bảo hoà đặc tr ưng cho các phần nhẹ trong dầu thô

cũng như các phân đoạn dầu mỏ. Đối vớ i xăng nhiên liệu thì giá tr ị này có ảnh

hưở ng lớ n đến khả năng khở i động của động cơ , khi giá tr ị này càng lớ n thì động

cơ càng dễ khở i động. Nhưng nếu giá tr ị này lớ n quá thì chúng sẽ gây mất mát vật

chất và dễ tạo ra hiện tượ ng nút hơ i.




6

III.4.Tỷ trọng

Tỷ tr ọng của một chất nào đó là tỷ số giữa khối lượ ng riêng của nó vớ i khối

lượ ng riêng của chất chuẩn đượ c đo trong những điều kiện xác định (nhiệt độ).

(đối vớ i chất lỏng chất chuẩn đượ c chọn là nướ c còn các chất khí là không khí)

Thông thườ ng tỷ tr ọng của lỏng đượ c ký hiệu như sau: dt2t1

Trong đó: t1 là nhiệt độ tiến hành đo khối lượ ng riêng của mẩu;

t2 là nhiệt độ tiến hành đo khối lượ ng riêng của nướ c.

Thực tế ngườ i ta hay sử dụng d204, d

15,615,6, những con số này là nhiệt độ tính

bằng độ C mà ở đó tiến hành đo khối lượ ng riêng. d15,615,6 đôi khi đượ c ký hiệu là

S và đượ c gọi là tỷ tr ọng chuẩn

Ngoài ra, ngườ i ta còn dùng một khái niệm khác để biểu diễn tỷ tr ọng đó là

độ API (API: American Petroleum Institute), giá tr ị của nó đượ c xác định thông

qua tỷ tr ọng chuẩn theo công thức sau :

5,1315,141

6,156,15

−=d

API

Tỷ tr ọng có tính chất cộng tính về thể tích, có ngh ĩ a tỷ tr ọng của một phânđoạn dầu mỏ gồm nhiều thành phần, có thể tính dựa theo tỷ tr ọng và nồng độ thể

tích cúa chúng trong đó theo kiểu trung bình như sau:

n

nn

v...vv

v.d...v.dv.dd

++

+++=

21

2211

Trong đó :

d: tỷ tr ọng của phân đoạn có n thành phần

d1 ...dn : tỷ tr ọng của các thành phần tươ ng ứng từ 1-n

v1...vn : Thể tích của các thành phần tươ ng ứng trong phân đoạn




7

Tỷ tr ọng của phân đoạn dầu mỏ là một hàm số của nhiệt độ mà không phụ

thuộc vào áp suất nói chung, dù phân đoạn có mang đặc tính gì (parafinic,

naphtenic, hay aromatic) thì sự thay đổi của chúng theo nhiệt độ hầu như giống

nhau. Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao, áp suất bắt đầu có ảnh hưở ng đến tỷ tr ọng. Ảnhhưở ng này có thể xác định đượ c dựa vào hệ số giản nỡ ω , nó là một hàm số phụ

thuộc vào nhiệt độ và áp suất tớ i hạn phân đoạn của nó, đồng thờ i cho thấy tỷ số

giữa tỷ tr ọng và hệ số giãn nỡ ở các điều kiện khác nhau đều không đổi, ngh ĩ a là:

ω==

ω=

ω

d...

dd

2

2

1

1

Trong đó: d1, ω1 là tỷ tr ọng và hệ số giản nở ở điều kiện áp suất và nhiệt độ p1, t1.

d2, ω2 là tỷ tr ọng và hệ số giản nở ở điều kiện áp suất và nhiệt độ p2, t2.

Tỷ tr ọng của dầu mỏ cho biết dầu nặng hay nhẹ, thông qua đó có thể ướ c

lượ ng đượ c sơ bộ hiệu suất thu các sản phẩm tr ắng của loại dầu mỏ đó. Đối vớ i

các sản phẩm dầu mỏ thì ý ngh ĩ a của tỷ tr ọng sẽ khác nhau. Ở nhiên liệu diesel

hoặc nhiện liệu cho động cơ phản lực thì tỷ trong sẽ liên quan đến khả năng phun

nhiên liệu vào buồng cháy hay ảnh hưở ng đến quá trình bay hơ i và cháy của nhiên

liệu.

III.5. Độ nhớ t

Độ nhớ t là một đại lượ ng vật lý đặc tr ưng cho tr ở lực do ma sát nội tại sinh

ra giữa các phân tử khi chúng có sự chuyển động tr ượ t lên nhau. Vì vậy, độ nhớ t

có liên quan đến khả năng thực hiện các quá trình bơ m, vận chuyển chất lỏng

trong các hệ đườ ng ống, khả năng thực hiện các quá trình phun, bay hơ i của nhiên

liệu trong buồng cháy, đồng thờ i nó liên quan đến khả năng bôi tr ơ n của các phânđoạn khi sử dụng làm dầu nhờ n.

Độ nhớ t có thể đượ c biểu diễn theo nhiều cách khác nhau:

♦ Độ nhớ t tuyệt đối (hay độ nhớ t động lực)




8

♦ Độ nhớ t động học

Ngoài hai loại trên thì ngườ i ta còn sử dụng độ nhớ t quy ướ c. Đối vớ i loại

độ nhớ t này thì tuỳ thuộc vào thiết bị sử dụng để đo mà ta có các tên gọi và các k ết

quả khác nhau như độ nhơ t Engler (oE), độ nhớ t Saybolt (SSU), độ nhớ tRedwood.

Độ nhớ t tuyệt đối (hay độ nhớ t động lực) đượ c rút ra từ phươ ng trình

Newton đối vớ i chất lỏng Newton ở chế độ chảy dòng. Lực ma sát nội tại sinh ra

giữa hai lớ p chất lỏng có sự chuyển động tươ ng đối vớ i nhau sẻ tỷ lệ vớ i diện tích

tiế p xúc của hai bề mặt, vớ i tốc độ biến dạng (không phải là gradient vận tốc).

Phươ ng trình đượ c biểu diễn như sau:

dz

dvS F ..µ =

Trong đó µ là hệ số tỷ lệ hay độ nhớ t động lực. Từ phươ ng trình trên ta có:

dz

dvS

F

=µ

Từ phươ ng trình này ta thấy độ nhớ t động lực là tỷ số giữa ứng suất cắt

(F/S) và tốc độ biến dạng.

Trong hệ thống GCS thì độ nhớ t động lực đượ c tính bằng poazơ (P) hay sử

dụng ướ c của nó là centipoazơ (cP)

Độ nhớ t động học: là tỉ số giữa độ nhớ t động lực và tr ọng lượ ng riêng của

nó. Trong hệ thống GCS thì đơ n vị của độ nhớ t động học đượ c tính bằng Stốc (St),

thông thườ ng thì ngườ i ta sử dụng ướ c của nó là centistốc (cSt):

d

µ ν =

Trong đó : ν- độ nhớ t động học, (St)




9

- độ nhớ t động lực, (P)

d- tr ọng lượ ng riêng g/cm3

Độ nhớ t thườ ng đượ c xác định trong các nhớ t k ế mao quản, ở đây chất lỏng

chảy qua các ống mao quản có đườ ng kính khác nhau, ghi nhận thờ i gian chảy của

chúng qua mao quản, có thể tính đượ c độ nhớ t của chúng. Poaseil đã đưa ra công

thức xác định độ nhớ t động lực như sau :

τπ

=µV.L.

r.P.

8

4

Trong đó : p - áp suất khi chất lỏng chảy qua mao dẫn

r - bán kính mao quản

L - chiều dài mao quản

τ - thờ i gian chảy của chất lỏng có thể tích V qua mao quản

Khi xác định độ nhớ t động học, chất lỏng chảy qua mao quản dướ i áp suất

của bản thân tr ọng lượ ng của nó, phụ thuộc vào chiều cao cột chất lỏng (h) và

tr ọng lượ ng riêng của nó (d).

d.h.gP =

Vớ i g là gia tốc tr ọng tr ườ ng .

Từ các phươ ng trình trên ta sẽ có :

τ µ

..8

** 4

LV

r h g

d v ==

Các giá tr ị h, r, L và V là không đổi đối vớ i từng nhớ t k ế, vì vậy tậ p hợ p:

LV

r h g

.8

** 4

Đượ c xem là hằng số của nhớ t k ế, nó không phụ thuộc vào nhiệt độ ưmà

chỉ phụ thuộc vào kích thướ c hình học của nhớ t k ế. Vì vậy, nếu biết đượ c thờ i gian




10

chảy cùng hằng số của nhớ t k ế có thể xác định đượ c độ nhớ t động học, và từ đó

cũng có thể dễ dàng xác định đượ c độ nhớ t động lực của nó.

Một số dạng nhớ t k ế như các hình sau:

Thông thườ ng ngườ i ta chia các dạng thiết bị này thành hai dạng đó là dạng

nhớ t k ế xuôi đượ c sử dụng để đo các sản phẩm sáng màu và dạng nhớ t k ế ngượ c

dùng đo độ nhớ t các sản phẩm tối màu.

Độ nhớ t các phân đoạn dầu mỏ phụ thuộc vào tr ọng lượ ng các phân tử vàcấu trúc hóa học của nó. Vì thế độ nhớ t của phân đoạn dầu mỏ còn có thể xác định

đượ c dựa vào tỉ tr ọng và hệ số đặc tr ưng K w. Tuy nhiên, các giá tr ị tìm đượ c chỉ có

tính chất gần đúng, nhất là đối vớ i những phân đoạn quá nhớ t.

Độ nhớ t các phân đoạn dầu mỏ tăng theo độ tăng áp suất và đượ c đặc tr ưng

bằng hệ thức dướ i đây :

po p a.µ µ =

Trong đó : - pµ và oµ độ nhớ t ở áp suất p và ở áp suất thườ ng.




11

a - hằng số đối vớ i từng phân đoạn dầu mỏ. Phân đoạn có độ nhớ t càng

lớ n ở áp suất thườ ng thì độ nhớ t chịu ảnh hưở ng của áp suất càng lớ n. Phân đoạn

càng mang đặc tính parafinic thì ảnh hưở ng của áp suất đến độ nhớ t càng ít

Để xác định độ nhớ t ở dướ i các áp suất cao, có thể sử dụng có thể sử dụngcông thức thực nghiệm của Mapston dướ i đây:

),,(P,lg,

oo

p 27800143800239001420 ν+=ν

ν

Trong đó, ν p và νo: độ nhớ t động học ở áp suất p và áp suất thườ ng, cSt

P : áp suất, atm.

Dướ i ảnh hưở ng của nhiệt độ, độ nhớ t của các phân đoạn dầu mỏ cũng thay

đổi r ất nhiều. Valter đã đưa ra hệ thức kinh nghiệm dướ i đây đặc tr ưng cho môi

quan hệ giữa độ nhớ t và nhiệt độ đó:

(100ν p + 0,8)T.m = K

Trong đó : ν p : độ nhớ t động học, cSt.

T : nhiệt độ tuyệt đối, oK

K, m: hằng số.

Một tính chất quan tr ọng đáng chú ý của độ nhớ t gồm một hỗn hợ p nhiều

thành, là tính chất không cộng tính. Đây là một tính chất cần quan tâm khi tiến

hành pha tr ộn nhiều phân đoạn có độ nhớ t khác nhau, vì khi pha tr ộn độ nhớ t của

hỗn hợ p thực tế bao giờ cũng thấ p hơ n độ nhớ t nếu tính toán bằng cách theo trung

bình thể tích của các thành phần hỗn hợ p. Độ nhớ t của hỗn hợ p gồm hai thành

phần có thể tích tính gần đúng như sau:

12

21

ν+ν

νν+=ν

nm

)nm(

Trong đó:




12

ν1, ν2: là độ nhớ t của các thành phần; n,m tr ọng lượ ng của các thành phần

tươ ng ứng.

III.6. Nhiệt độ chớ p cháy

Nhiệt độ chớ p cháy là nhiệt độ thấ p nhất mà ở đó mẫu thử khi đượ c đun

nóng trong điều kiện xác định sẽ bay hơ i tr ộn lẫn vớ i không khí và có thể vụt cháy

r ồi tắt ngay như một tia chớ t khi ta đưa ngọn lửa đến gần.

Nhiệt độ chớ p cháy là một đại lượ ng đặc tr ưng cho phần nhẹ chứa trong các

sản phẩm hay trong phân đoạn, và cũng do đó nếu trong phân đoạn chứa nhiều sản

phẩm nhẹ, dễ bay hơ i, khi chúng đượ c chứa trong các bể chứa thùng chứa, trong

pha hơ i của chúng có một lượ ng hydrocacbon lại nằm giữa giớ i hạn nổ thì sẽ r ấtnguy hiễm, dễ xảy ra cháy nổ khi có tia lửa. Do đó, nhiệt độ chớ p cháy có liên

quan đến tính chất an toàn khi vận chuyển, bảo quản.

Nhiệt độ chớ p cháy đượ c xác định trong những dụng cụ tiêu chuẩn, khi là

cốc hở thì giá tr ị thu đượ c gọi là nhiệt độ chớ p cháy cốc hở , còn khi dụng cụ là cốc

kín thì ta sẻ có nhiệt độ thu đượ c gọi là nhiệt chớ p cháy cốc kín.

Nhiệt độ chớ p cháy cốc kín sẽ thấ p hơ n nhiệt độ chớ p cháy cốc hở và sự

chênh lệch giữa hai nhiệt độ này càng lớ n nếu nhiệt độ chớ p cháy nói chung của

phân đoạn càng cao.

Đối vớ i các sản phẩm dầu mỏ thì nhiệt độ chớ t cháy khác nhau. Xăng có

nhiệt độ chớ p cháy khoảng -40oC, nhiên liệu cho động cơ phản lực có nhiệt độ

chớ p cháy trong khoảng 28-60oC (trung bình là 40oC), diesel có nhiệt độ chớ p

cháy trong khoảng 35 - 80oC(trung bình là 60oC) phân đoạn dầu nhờ n có nhiệt độ

chớ p cháy 120-325oC.

Như vậy, nhiệt độ chớ p cháy của kerosen hay nhiên liệu phản lực nằm trong

khoảng thay đổi của nhiệt độ bảo quản bình thườ ng trong các buồng chứa ngoài

tr ờ i. Vì vậy, chúng r ất dễ xảy ra hiện tượ ng nổ nhất nếu vô ý có phát sinh nguồn

lửa gần. Đối vớ i các phân đoạn nhẹ hơ n, như xăng, ở nhiệt độ bảo quản bình




13

thườ ng lại ít nguy hiểm đối vớ i nổ, vì nhiệt độ chớ p cháy của chúng r ất thấ p có

ngh ĩ a ở nhiệt độ bảo quản bình thườ ng hydrocacbon của nó trong pha hơ i r ất cao

nên đã vượ t quá xa giớ i hạn nổ mà hiện tượ ng nổ chỉ xảy ra khi nồng độ

hydrocacbon nằm trong giớ i hạn nổ mà thôi. Ngượ c lại, đối vớ i phân đoạn quánặng như phân đoạn dầu nhờ n nhiệt độ chớ p cháy lại r ất cao có ngh ĩ a ở nhiệt độ

r ất cao các hơ i hydrocacbon bay ra mớ i đủ nồng độ nằm trong giớ i hạn nổ. Vì vậy,

ở nhiệt độ bảo quản bình thườ ng hơ i hydrocacbon của chúng thoát ra r ất ít, nồng

độ của chúng trong pha hơ i còn nằm thấ p quá so vớ i giớ i hạn nổ, nên chúng không

có nguy hiễm gì khi bảo quản bình thườ ng.

Nồng độ hydrocacbon trong không khí có thể gây nổ ở một số hợ p chất và

phân đoạn có thể thấy trong bảng dướ i đây:

Giớ i hạn nổ của một số hydrocacbon và phân đoạn dầu mỏ

Hydrocacbon và phânđoạn dầu mỏ

Giớ i hạn nổ, % thể tích hydrocacbon trong không khí

Giớ i hạn dướ i Giớ i hạn dướ i

MêtanÊtan

Propani-butann-butan pentanhexanOctan

NonanDecan

Khí thiên nhiênEther petro

XăngKerosen

5,33,122,371,81,61,41,250,840,740,674,81,41,31,16

13,915,09,58,48,58,06,93,22,92,613,55,96,06,0

Nhiệt độ chớ p cháy của một hỗn hợ p nhiều phân đoạn, nhiều thành phần

cũng không mang tính chất cộng tính tuyền tính do đó không thể xuất phát từ

nhiệt độ chớ p cháy của từng thành phần trong phân đoạn mà tính ra nhiệt độ chớ p

cháy của hỗn hợ p bằng cách tính trung bình theo hàm lượ ng của chúng đượ c.




14

III.7. Nhiệt độ đông đặc

Nhiệt độ đông đặc là nhiệt độ mà ở đó các phân đoạn dầu mỏ trong điều

kiện thử nghiệm qui định mất hẳn tính linh động. Như vậy nhiệt độ đông đặc là đại

lượ ng dùng để đặc tr ưng cho tính linh động của các phân đoạn dầu mỏ ở nhiệt độ thấ p.

Sự mất tính linh động này có thể vì hạ nhiệt độ thấ p, độ nhớ t của phân đoạn

dầu mỏ giảm theo và đặc lại dướ i dạng các chất thù hình, đồng thờ i còn có thể do

tạo ra nhiều tinh thể parafin r ắn, các tinh thể này hình thành dướ i dạng lướ i (khung

tinh thể) và những phần còn lại không k ết tinh bị chứa trong các khung tinh thể đó,

nên làm cả hệ thống bị đông đặc lại. Hình dạng các tinh thể tách ra phụ thuộc vào

thành phần hóa học của hydrocacbon, còn tốc độ phát triển các tinh thể phụ thuộc

vào độ nhớ t của môi tr ườ ng, vào hàm lượ ng và độ hòa tan của parafin ở nhiệt độ

đó, cũng như tốc độ làm lạnh của nó. Một số chất như nhựa lại dễ bị hấ p phụ trên

bề mặt tinh thể parafin nên ngăn cách không cho các tinh thể này phát triển, vì vậy

phân đoạn dầu mỏ đượ c làm sạch các chất này, nhiệt độ đông đặc lại lên cao. Như

vậy, nhiệt độ đông đặc phụ thuộc vào thành phần hóa học của phân đoạn, và chủ

yếu nhất là phụ thuộc vào hàm lượ ng parafin r ắn ở trong đó.Thí dụ, trong các phân đoạn dầu nhờ n mối quan hệ giữa nhiệt độ đông đặc

và hàm lượ ng parafin r ắn đượ c thể hiện qua công thức sau:

tđđ= (k 1+k 2)%gC

Trong đó: tđđ là nhiệt độ đông đặc của phân đoạn dầu nhờ n oC.

C: hàm lượ ng parafin r ắn trong dầu nhờ n, % tr ọng lượ ng.

k 1, k 2 :hằng số đặc tr ưng cho từng loại dầu nhờ n.

Nhiệt độ đông đặc của một hỗn hợ p nhiều phân đoạn cũng không mang tính

cộng tính. Nói chung, điểm đông đặc của hỗn hợ p thườ ng cao hơ n nhiều so vớ i giá

tr ị thu đượ c bằng cách tính theo trung bình thể tích. Tuy nhiên, nếu hỗn hợ p hai

phân đoạn, mà một trong số đó lại chứa các chất nhựa-asphalten, hoặc một trong




15

số đó lại có đặc tính naphtenic mạnh, thì nhiệt độ đông đặc của hỗn hợ p trong thực

tế lại thấ p hơ n so vớ i khi tính theo trung bình thể tích.

III.8. Điểm vẫn đục

Điểm vẫn đục là nhiệt độ cao nhất mà ở đó bắt đầu xuất hiện sự k ết tinh của

các phân tử paraffin trong hỗn hợ p của nó ở điều kiện thí nghiệm.

Việc xác định điển vẫn đục đượ c tiến hành theo các tiêu chuẩn ISO 3015

hoặc ASTM D2500, tr ướ c đây các k ết quả quan sát bằng mắt, ngày này nhiều

phòng thí nghiệm đã trang bị các thiết bị bán tự động và k ết quả không còn quan

sát bằng mắt nữa mà nó đượ c đọc nhờ hai sợ i cáp quang.

III.9. Các tính chất nhiệt

III.9.1. Nhi ệ t dung.

Nhiệt dung là nhiệt lượ ng cần thiết để cung cấ p cho một đơ n vị tr ọng lượ ng

tăng lên 1oC. Nhiệt dung đo bằng kcal/kgoC.

Nhiệt dung của phân đoạn dầu mỏ, phụ thuộc vào tỷ tr ọng và nhiệt độ. Tỷ

tr ọng của phân đoạn càng lớ n, nhiệt dung càng bé. Quan hệ này thể hiện qua hệ

thức Kereg dướ i đây đượ c sử dụng để tính nhiệt dung của phân đoạn dầu mỏ.

)t,,(

d

C,

,

00081040301

615615

1 +=

Trong đó: C1-nhiệt dung của phân đoạn dầu mỏ ở toC, kcal/kgoC.

d15,615,6-tỷ tr ọng của phân đoạn dầu mỏ

t: nhiệt độ oC.

Chính xác hơ n, nhiệt dung cần phải đượ c tính đến ảnh hưở ng của thành

phần hóa học của phân đoạn, tức ảnh hưở ng của hệ số đặc tr ưng K w. Vì vậy công

thức dướ i đây đượ c xem là công thức chính xác hơ n cả khi dùng để tính nhiệt

dung của phân đoạn dầu mỏ:




16

C1= 0,7072-0,318d15,615,6 + t(0,00147-0,0005d15,6

15,6) (0,067K + 0,35)

Trong đó: K w-hệ số đặc tr ưng của phân đoạn.

Nhiệt dung riêng của phân đoạn dầu mỏ ở pha hơ i phụ thuộc r ất nhiều vào

áp suất. Ở áp suất 1atm, nhiệt dung của khí và hơ i hydrocacbon có thể tính như sau:

),K,)(t(d,

C

,, 410146070218

6450

04 615615

−+−

=

Trong đó: d15,615,6-tỷ tr ọng của phân đoạn dầu mỏ pha lỏng


K w- hệ số đặc tr ưng của phân đoạn.

III.9.2. Nhi ệ t hóa hơ i

Nhiệt hóa hơ i là nhiệt độ cung cấ p cho 1 đơ n vị tr ọng lượ ng biến thành hơ i

ở một nhiệt độ và áp suất nào đó. Đối vớ i các hydrocacbon riêng lẽ, sự biến đổi

này đượ c thực hiện ở nhiệt độ và áp suất không đổi, nhưng đối vớ i một phân đoạn

dầu mỏ gồm nhiều hydrocacbon khác nhau, sự hóa hơ i có thể thực hiện bằng hai

cách: hoặc ở áp suất không đổi nhưng nhiệt độ thay đổi đây là tr ườ ng hợ p thườ ngxảy ra nhất, hoặc ở nhiệt độ không đổi nhưng áp suất thay đổi.

Nhiệt hóa hơ i đượ c đo bằng kcal/kg hay kcal/mol. Nhiệt hóa hơ i của các

phân đoạn dầu mỏ có thể tính theo công thức Truton như sau:

M

T.kl =

Trong đó : l : nhiệt hóa hơ i, kcal/kg.

T : nhiệt độ sôi trung bình phân tử của phân đoạn dầu mỏ, oK.

M: tr ọng lượ ng phân tử.

k: hệ số, ở áp suất thườ ng k=20-22.




17

Có thể tính chính xác k theo nhiệt độ sôi trung bình phân tử của phân đoạn

như sau:

K= 8,75 +4,571lgT.

Nói chung nhiệt hóa hơ i ở áp suất thườ ng của các phân đoạn sản phẩm

tr ắng có thể xem gần đúng như sau:

Phân đoạn xăng: 70-75 kcal/kg

Phân đoạn kerosen: 60-65 kcal/kg

Phân đoạn gasoil: 45-55 kcal/kg.

III.9.3. Hàm nhi ệ t (Entalpi).

Hàm nhiệt của một hydrocacbon riêng lẽ hoặc của một phân đoạn dầu mỏ là

đại lượ ng nhiệt chứa trong toàn bộ hydrocacbon hoặc phân đoạn dầu mỏ có ở một

tr ạng thái nhiệt độ đã xác định.

Thông thườ ng, tr ạng thái tiêu chuẩn lấy ở 0oC, cho nên hàm nhiệt ở tr ạng

thái nhiệt độ t nào đó, là tổng nhiệt lượ ng có trong phân đoạn, đượ c nhận vào để

làm nóng 1kg phân đoạn đó từ 0oC lên toC. Hàm nhiệt đượ c tính bằng kcal/kg.

Hàm nhiệt của một phân đoạn dầu mỏ ở một nhiệt độ t nào đó vẫn còn ở

tr ạng thái lỏng đượ c tính gần đúng theo công thức:

)t,t,(d

H,

,

g2

615615

1 000405040301

+=

Trong đó: H1g:hàm nhiệt phân đoạn lỏng ở nhiệt độ toC, kcal/kg.

d

15,6

15,6-tỷ tr ọng của phân đoạn dầu mỏ pha lỏngt: nhiệt độ oC.

Hàm nhiệt của một phâ đoạn dầu mỏ ở tr ạng thái hơ i có thể đượ ctính theo

công thức gần đúng sau:

Hhơ i= (50,2 + 0,109t + 0,00014t2)(4-d15,615,6-73,8).




18

Trong đó: Hhơ i :hàm nhiệt phân đoạn lỏng ở tr ạng thái hơ i, kcal/kg.

d15,615,6-tỷ tr ọng của phân đoạn dầu mỏ pha lỏng


Như đã nói trên, hàm nhiệt của một phân đoạn dầu mỏ đã chuyển sang

tr ạng thái hơ i ở nhiệt độ toC là tổng lượ ng nhiệt bao gồm nhiệt cần thiết để làm

nóng phân đoạn đó lên nhiệt độ sôi, cộng vớ i nhiệt hóa hơ i ở nhiệt độ sôi, và cộng

vớ i nhiệt làm nóng hơ i hydrocacbon của phân đoạn đến nhiệt độ t.

Đối vớ i các khí lý tưở ng, áp suất không ảnh hưở ng đến hàm nhiệt, nhưng

hơ i hydrocacbon ở áp suất cao, có chịu ảnh hưở ng của áp suất, và nói chung hàm

nhiệt thườ ng bị giảm thấ p.

Đối vớ i một hỗn hợ p gồm nhiều phân đoạn hay nhiều cấu tử, hàm nhiệt

phân tử của nó bằng tổng hàm nhiệt phân tử của các thành phần nhân cho nộng độ

phẩn tử của chúng. Quy tắc này cũng đúng ở tr ạng thái gần điểm tớ i hạn.

III.9.4. Nhi ệ t cháy

Nhiệt cháy là lượ ng nhiệt thoát ra khi đốt cháy hoàn toàn một đơ n vị thể

tích hay tr ọng lượ ng nhiên liệu.

Vì trong sản phẩm cháy có tạo ra hơ i nướ c, cho nên nếu cần bằng nhiệt độ

đượ c xác định cho nhiên liệu ở 15oC và các sản phẩm cháy ở thể khí, cũng ở nhiệt

độ đó đượ c cộng thêm cho lượ ng nhiệt do hơ i nướ c ngưng tụ trong khói ở nhiệt độ

15oC thì giá tr ị thu đượ c đượ c gọi là nhiệt cháy cao (PCS). Nếu không k ể lượ ng

nhiệt do hơ i nướ c ngưng tụ trong sản phẩm cháy, sẽ đượ c một đại lượ ng nhiệt

cháy có tr ị số thấ p, đượ c gọi là nhiệt cháy thấ p (PCI). Trong tính toán nhiệt, chỉ sử

dụng địa lượ ng nhiệt cháy thấ p mà thôi.

Nhiệt ngưng tụ hơ i nướ c ở 15oC là 588kcal/kg nướ c hoặc 473kcal/m3 ở 0oC

tức 477 lcal/m3 ở 15oC. Cân bằng nhiệt đượ c chọn ở 15oC (60oF) thích hợ p hơ n

khi chọn ở 0oC, vì 15oC tươ ng ứng vớ i nhiệt độ bình thườ ng.




19

Đối vớ i nhiên liệu khí, bao gồm nhiều cấu tử chủ yếu là parafin, nhiệt cháy

của nó có thể đượ c tính thông qua tr ọng lượ ng phân tử trung bình M của chúng

theo công thức gần đúng sau:

PCS = 0,5M + 1,57.103kcal/m3 khí ở 0oC.

PCI = 0,47M + 1,03.103kcal/m3 khí ở 0oC.

Trong đó M tr ọng lượ ng phân tử trung bình.

III.10. Độ dẫn nhiệt

Độ dẫn nhiệt λ đặc tr ưng cho lượ ng nhiệt chuyển qua môi tr ườ ng dòng thể

tích cho một đợ n vị thờ i gian qua một đơ n vị bề mặ thẳng góc so vớ i phươ ng

truyền và vớ i một gradien nhiệt độ giữa bề mặt vào và ra là 1oC/m. đơ n vị đo là

kcal/m2.hoC/m tức kcal/mhoC.

Đối vớ i các khí hydrocacbon, khí càng nặng độ dẩn nhiệt càng thấ p.

Đối vớ i các phân đoạn lỏng có tr ọng lượ ng phân tử càng lớ n, độ dẩn nhiệt

càng cao. Thí dụ, ở 50oC độ dẩn nhiệt của xăng là 0,095, nhiên liệu phản lực là

0,0968 kcal/m2.h.oC. Khi tăng nhiệt độ thì độ dẩn nhiệt của các phân đoạn lỏng

đều giảm xuống, theo quy luật sau:

λ1= λ20[1-α(t-20)] (3-22)

Trong đó: λ1: độ dẩn nhiệt ở nhiệt độ toC.

λ20: độ dẩn nhiệt ở nhiệt độ 20oC.

α:hệ số, có giá tr ị từ 0,00078 đến 0,00120.

Khi áp suất tăng, độ dẫn nhiệt của các phân đoạn dầu mỏ cũng tăng lên,nhưng nói chung đều không đáng k ể so vớ i khí và hơ i. Thí dụ, phân đoạn dầu

nhờ n, độ dẩn nhiệt ở 680 atm tăng lên không quá 20% so vớ i độ dẩn nhiệt ở áp

suất thườ ng.




20

III.11. Cặn Cacbon

Để đánh giá khả năng tạo cặn của các loại sản phẩm dầu mỏ ngườ i ta sử

dụng tiêu chuẩn hàm lượ ng cặn cacbon đó chính là lượ ng cặn thu đượ c khí ta tiến

hành gia nhiệt cho mẫu để bảo đảm cho mẫu bay hơ i, nhiệt phân và cốc hoá trongnhững thiết bị và những điều kiện xác định.

Tùy theo thiết bị sử dụng để tiến hành xác định cặn mà cặn thu đượ c gọi là

cặn cacbon conradson hoặc cặn cacbon rabostton.

III.12. Hàm lượ ng tro

Để đánh giá hàm lượ ng của các kim loại có mặt trong dầu thô cũng như

một số sản phẩm ngườ i ta tiến hành đốtcháy hoàn toàn mẫu khi đó phần còn lạikhông cháy đượ c gọi là tro. Thực chất tro chính là oxyt của các kim loại.

Các hợ p chất cơ kim và muối có trong dầu mỏ đều tậ p trung đa phần ở dầu

cặn, khi đốt nó biến thành tro. Tro có nhiều trong nhiên liệu đốt lò sẽ làm giảm

hiệu quả sử dụng như gây tắc ghi lò, làm giảm khả năng truyền nhiệt của lò, ở

nhiệt độ cao một số kim loại như vanadi có thể k ết hợ p vớ i sắt để tạo ra những hợ p

kim tươ ng ứng có nhiệt độ nóng chảy thấ p do đó dễ dẫn đến sự thủng lò ...

III.13. Nướ c trong dầu mỏ và các sản phẩm dầu mỏ.

Nướ c luôn tồn tại trong dầu mỏ nhưng hàm lượ ng của chúng thì thay đổi r ất

nhiều tuỳ thuộc vào giai đoạn khai thác vận chuyển hay chế biến. Khi tiến hành

khai thác, dướ i tác dụng của lực cơ học nướ c tr ộn lẫn cùng dầu nên hàm lượ ng của

chúng trong dầu mỏ r ất lớ n có thể lên đến vài chục phần tr ăm do đó cần phải tiến

hành quá trình tách loại một phần nướ c cùng các tạ p chất khác ngay tại giàn

khoan, quá trình này chỉ tách loại đượ c phần nướ c tự do còn nướ c tồn tại ở dạngnhủ tươ ng nướ c trong dầu thì r ất kho bị tách loại ở đây.

Đối vớ i các sản phẩm dầu mỏ thì sự có mặt của nướ c còn có nhiều nguyên

nhân khác như do quá trình chế biến, vận chuyển và trong quá trình tồn chứa.




21

Sự có mặt của nướ c trong dầu thô sẽ kèm theo sự ăn mòn thiết bị trong quá

trình chế biến bở i trong nướ c có chứa một số muối khoáng có khả năng thuỷ phân

tạo ra chất ăn mòn (HCl). Ngoài ra sự có mặt của nướ c còn kèm theo hiện tượ ng gỉ

các thiết bị chứa dầu thô cũng như các thiết bị chứa.Mặc dù độ hòa tan của nướ c trong các phân đoạn dầu mỏ r ất ít nhưng trong

một số tr ườ ng hợ p lại là một vấn đề cần phải quan tâm, thí dụ trong tr ườ ng hợ p

nhiên liệu phản lực, khí hóa lỏng, dầu nhờ n để cách điện. Khi trong nhiên liệu

phản lực có một lượ ng nhỏ nướ c hòa tan lúc động cơ làm việc ở các độ cao lớ n,

nhiệt độ hạ thấ p, lượ ng nướ c này sẽ tách ra và lúc bấy giờ sẽ xuất hiện các tinh thể

nướ c đá chúng sẽ tích tụ lại trên đườ ng ống hay trên các bộ phận lọc làm sai lệch

hàm lượ ng hoặc áp suất trên trên hệ thống cung cấ p nhiên liệu. Trong dầu nhờ n,

nếu có mặt nướ c dù ít, cũng làm giảm tính cách điện của nó. Nói chung độ bảo hòa

của nướ c trong các phân đoạn dầu mỏ tăng lên theo nhiệt độ và r ất ít phụ thuộc

vào tr ọng lượ ng phân tử của phân đoạn.

tinh chat vat ly & chi tieu danh gia dau tho

Documents