Nhiên liệu dầu khí
NXB Đại học quốc gia Hà Nội 2007.
Tr 35 – 63.


Từ khoá: Các nhiên liệu từ dầu mỏ, khí thiên nhiên.

Tài liệu trong Thư viện điện tử ĐH Khoa học Tự nhiên có thể được sử dụng cho mục đích
học tập và nghiên cứu cá nhân. Nghiêm cấm mọi hình thức sao chép, in ấn phục vụ các
mục đích khác nếu không được sự chấp thuận của nhà xuất bản và tác giả.


Mục lục

Chương 3 CÁC NHIÊN LIỆU TỪ DẦU MỎ, KHÍ THIÊN NHIÊN.........................2
3.1 Nhiên liệu lỏng nặng (FO) (dầu madút) ............................................................2
3.1.1 Bố trí cung cấp dầu cho lò đốt ..................................................................2
3.1.2 Phun dầu và lò đốt bằng dầu .....................................................................3
3.1.3 Yêu cầu kĩ thuật đối với dầu madút (FO) ..................................................4
3.2 Xăng động cơ...................................................................................................4
3.2.1 Xăng tự nhiên (natural gasoline - casing - head spirit) ..............................5
3.2.2 Xăng thu được bằng cách cất trực tiếp từ dầu thô......................................6
3.2.3 Xăng crackinh và xăng refominh ..............................................................7
3.3 Nhiên liệu điezen (DO) ..................................................................................18
3.4 Nhiên liệu khí ................................................................................................23

Chương 3. Các nhiên liệu từ dầu mỏ, khí
thiên nhiên


Hoa Hữu Thu



2
Chương 3
CÁC NHIÊN LIỆU TỪ DẦU MỎ, KHÍ THIÊN
NHIÊN
3.1 Nhiên liệu lỏng nặng (FO) (dầu madút)
Như trên đã trình bày, dầu madút là phân đoạn nặng thu được khi chưng cất dầu thô parafin
và asphalt ở áp suất khí quyển và trong chân không. Các dầu FO có điểm sôi cao. Trong kĩ thuật
đôi khi người ta còn chia thành dầu FO nhẹ và FO nặng. Vì thế, các đặc trưng hoá học của dầu
madút có những thay đổi đáng kể nhưng không phải tất cả các đặc trưng này ảnh hưởng tới việc
sử dụng chúng làm nhiên liệu và các kỹ thuật sử
dụng để đạt hiệu quả cao.
Một trong những tính chất quan trọng nhất của dầu madút là độ nhớt được xác định ở những
nhiệt độ quy định, ví dụ ở 20°C và 50°C. Nói chung các từ “nặng” và “nhẹ” được sử dụng để mô
tả các nhiên liệu dầu madút có độ nhớt cao và thấp tương ứng. Những dầu cặn có độ nhớt cao (>
7000 giây) thông thường phải trả
i qua bước crackinh nhẹ để phá vỡ những phân tử nặng và do đó
làm giảm độ nhớt của dầu. Quá trình này cũng gây nên sự thất thoát dầu dưới dạng khí và quá
trình được gọi là visbreaking.
Tính chất quan trọng thứ hai của dầu madút là điểm chớp cháy. Điểm chớp cháy cực tiểu của
tất cả các dầu là 65,5°C (~ 150°F).
Tính chất quan trọng thứ 3 của dầu madút là hàm lượ

ng nước. Bởi vì các dầu nặng có tỉ
trọng gần bằng tỉ trọng của nước nên phải giữ dầu không tiếp xúc với nước trong quá trình sản
xuất và bảo quản vì nếu lẫn nước rất khó tách ra khỏi dầu. Tính chất cuối cùng là các dầu không
được chứa cặn sa lắng bởi vì các cặn này sẽ tập trung dần dần ở đáy bể chứa.
Vì thế, yếu tố c
ơ bản trong việc sử dụng các dầu madút là khống chế sự cháy của chúng và
chọn lọc cấp dầu cho mục đích sử dụng thích hợp về mặt kĩ thuật như kích thước buồng đốt cháy,
bản chất của thiết bị, kiểu cách và kích thước thiết bị đốt, phương pháp phun nhiên liệu. Dĩ nhiên,
giá cả cũng là một yếu tố bởi vì việc sử dụng các d
ầu có độ nhớt cao cần cung cấp nhiệt cho các
ống đốt nóng trong các bể chứa, do đó các trạm tiêu thụ sẽ có giá thành cao.
3.1.1 Bố trí cung cấp dầu cho lò đốt
Dầu cấp cho lò đốt trong công nghiệp cần phải khan nghĩa là loại bỏ hết các hạt nước phân
tán trong dầu và các hạt rắn trong đó. Nhưng hầu hết các thiết bị cung cấp không thể đáp ứng
được yêu cầu này. Khi dầu được cấp bằng cách rót từ các bể chứa thì thông thường phải sử dụng
một cặp bể. Ở đây, ta phải đốt nóng bằng hơi nước để t
ăng cường việc tách nước và tăng cường
độ chảy lỏng của dầu. Sở dĩ người ta phải dùng kỹ thuật đốt nóng vì: Ở nhiệt độ thường, việc tách
các hạt nước trong dầu rất chậm do sự khác nhau về khối lượng riêng giữa chúng rất nhỏ và với
độ nhớt cao của dầu thì các hạt lơ lửng này vẫn tồn tại không thể loại hết được. Khi
đốt nóng dầu
có hai thay đổi rõ ràng xảy ra: (1) độ nhớt của dầu bị giảm đi rất nhanh và (2) dầu dãn nở nhiều


3
hơn nước và vì thế sự khác nhau về khối lượng riêng trở nên lớn. Những hệ số dãn nở tương đối
của dầu nặng và của nước tương ứng là 0,00070 /độ và 0,000476 /độ, vì thế cần đốt nóng để tách
được nước ra khỏi dầu.
Dầu có thể được đốt nóng sơ bộ đến trên điểm chớp cháy nhưng phải ở dưới áp suất cao và
cơ b

ản là phải đạt được độ mềm để dầu có thể chảy hay phun qua các van. Nhiệt độ của dầu phải
đồng đều và áp suất phải giữ không đổi.
Khi phun không khí hay dầu thì việc cấp dầu có thể thực hiện từ một bể chứa nhiên liệu hay
nhiều bể ở độ cao đủ để tạo thành dòng chảy cần thiết. Vì các dầu rất nhớt không thể phun một
cách có hiệu qu
ả nên việc đốt nóng là cần thiết. Thông thường để đốt nóng người ta dùng một thiết
bị đốt nóng bằng hơi nước bố trí ngay trên đường cấp dầu.
Trong thực tế nhiệt độ cần thiết để bơm dầu là: 38 ÷ 120°C (100 ÷ 250°F) còn nhiệt độ cần
thiết để phun dầu vào lò đốt là: 65,5 ÷ 150°C (150 ÷ 300°F). Ví dụ, dầu có khả năng bơm
được ở
nhiệt độ 38°C có độ nhớt khác nhau thì nhiệt độ bơm thay đổi như sau:
Độ nhớt, ở 38°C (st) Nhiệt độ bơm, °C
200 7,5
600 15,5
1500 27,0
Trong các thiết bị phun bằng áp suất, các thiết bị lọc được trang bị giống hệt nhau ở cả hai
phía hút và đẩy của máy bơm dầu. Lưới lọc trong thiết bị lọc của phía hút có kích thước mắt lỗ
lớn hơn so với lưới ở phía phun. Thông thường cỡ lưới phụ thuộc vào độ lỏng của dầu được sử
dụng. Do kĩ thuật phát triển, ngày nay người ta dùng các thiết bị
lọc khác hiệu quả hơn việc dùng
lưới lọc như thiết bị lọc dòng chảy (streamline filter) hay thiết bị lọc “Autoclean”. Trong thiết bị
lọc Autoclean, dầu đi từ bên ngoài qua nhiều tấm thép mỏng đã được khoan lỗ với khoảng hở rất
nhỏ giữa các lỗ. Giữa các tấm thép có nhiều dao bằng thép mỏng được giữ cố định. Khi dầu đi
qua thiết bị này các cặn b
ẩn bị giữ lại và rơi vào bồn chứa, sau đó bị loại ra ngoài.
3.1.2 Phun dầu và lò đốt bằng dầu
Để dầu cháy hoàn toàn thì dầu phải trộn thật đều với không khí. Về mặt lý thuyết, điều này
có thể thực hiện khá dễ dàng đối với hơi dầu, song rất khó thực hiện được đối với các dầu nặng.
Vì để hoá hơi dầu, phải tăng nhiệt độ, mà tăng nhiệt độ sẽ dẫn đến phá vỡ phân tử dầu và tạo nên
cặn cốc trong thiết b

ị hoá hơi và thiết bị đốt cháy bằng kim loại. Tuy nhiên, vẫn có thể áp dụng
được đối với các dầu có nhiệt độ sôi thấp như dầu hoả, dầu trung gian. Người ta có thể thực hiện
được sự hoá hơi bằng cách cho một lượng không khí thích hợp vào thiết bị hoá hơi.
Với các dầu nặng hơn (như dầu FO nặng, nhẹ) có thể dùng các máy phun khác nhau để
chuyển dầu thành các hạt nhỏ vớ
i không khí đưa vào lò đốt. Để tăng diện tích tiếp xúc dầu/không
khí người ta dùng thiết bị phun cỡ cực đại từ 1 ÷ 1,5 nghìn lỗ trên một cm
2
. Ngoài ra lò đốt còn
có nhiệm vụ:
- Nâng nhiên liệu từ một mức thấp hơn lên mức cao hơn.


4
- Đưa vào một phần hay tất cả hỗn hợp nhiên liệu/không khí được trộn đều với một tốc
độ sao cho động lượng của nó sẽ kéo theo một lượng không khí phụ cần thiết để có
được độ dài ngọn lửa mong muốn.
- Giữ tuyến lửa bền vững và ngọn lửa thích hợp với hình dạng của lò.
- Hoàn chỉnh sự cháy của những giọt d
ầu nhỏ trước khi ngọn lửa bị làm lạnh tới khi khói
bốc lên.
Nếu lò cho một ngọn lửa nghiêng một góc hẹp, tốc độ cao thì không khí cháy bị hút vào
ngọn lửa do tác dụng của thiết bị phun.
3.1.3 Yêu cầu kĩ thuật đối với dầu madút (FO)
Đối với các dầu madút, yếu tố quan trọng hàng đầu là nhiệt trị cao, điểm chớp cháy cao,
không có vết nước và các hạt rắn. Ngoài những yếu tố này ra, cần phải lựa chọn dầu cho thích
hợp với những điều kiện đặc biệt để sử dụng và lưu trữ dầu. Nếu việc tàng trữ phải đốt nóng
không có khả năng thực hiện được thì nên chọn d
ầu có độ nhớt thấp. Nếu việc đốt nóng có khả
năng thực hiện được thì các dầu nặng hơn và rẻ hơn có thể sử dụng được, thêm vào đó kiểu lò

cũng có ý nghĩa trong việc chọn lựa.
Ví dụ, ở Anh những yêu cầu ở trên được chia thành các cấp độ khác nhau và các cấp độ cũng
có thể bị thay đổi. Với các dầu madút dùng cho động cơ đi biển củ
a Anh như sau:
Cấp độ E F G H
Điểm chớp cháy (min), °C
65 65 65 65
Độ nhớt , Redwood I ở 380°C, mm
2
/ s(max) 250 450 2500 7000
Hàm lượng nước (max), % 1 1 1,5 1,5
Nhiệt trị, kcal / kg (min) 10120 9990 9990 9990
Trong các yêu cầu kĩ thuật đối với dầu madút thì yếu tố độ nhớt là quan trọng nhất, bởi vì
độ nhớt thay đổi rất nhiều theo nhiệt độ. Nếu ở nhiệt độ thấp, độ nhớt lớn thì không thể điều
khiển được sự chảy của dầu.
Hàm lượng lưu huỳnh và tro không quan trọng lắm trong nhiều ứng dụng, song nếu dùng
làm nhiên liệu luyện kim thì hàm lượ
ng lưu huỳnh và tro có thể ảnh hưởng tới vật liệu bị đốt
nóng, tức là các sản phẩm luyện kim.
Một yếu tố quan trọng cuối cùng đó là phải xem xét xem dầu madút đó là dầu chưng cất hay
dầu cặn, bởi vì dầu cặn có chứa một tỉ lệ cao asphalt mà dầu chưng cất không có. Những loại dầu
này được dùng trong các mục đích khác nhau để không ảnh hưởng tới v
ật liệu chịu đốt nóng.
3.2 Xăng động cơ
Trước khi nền công nghiệp ôtô phát triển, nhiên liệu thu được chỉ bằng cách chưng cất dầu
thô. Phân đoạn naphtha được chưng cất lại cho xăng có khoảng nhiệt độ sôi trong một vùng nhất
định. Đó là sản phẩm cuối để đưa vào sử dụng. Việc tinh luyện bằng cách rửa với axit và kiềm


5

nhằm mục đích loại bỏ những lượng nhỏ các olefin và cải thiện màu của xăng. Việc chưng cất
trực tiếp dầu thô là bước xử lí đầu tiên dầu thô và phần xăng động cơ được gọi là xăng trực tiếp
(Straight run spirit). Xăng này là phân đoạn tương đối không bị biến đổi của dầu thô nguyên thuỷ.
Vì nhu cầu của xăng ôtô, máy bay ngày càng tăng nên hiệu suất x
ăng, chất lượng xăng cần
phải ngày càng được cải thiện. Vì thế, công nghiệp lọc dầu đã đưa vào các quá trình crackinh các
phân đoạn dầu nặng, refominh phân đoạn naphtha nặng, polime hoá các olefin nhẹ, ankyl hóa
isobutan bằng các olefin... Bằng các phương pháp này sản lượng xăng động cơ thu được từ dầu
mỏ tăng lên, và chất lượng xăng cũng tăng. Vì những biến đổi hoá học kể trên nên tên gọi các
xăng thu
được từ công nghiệp lọc hoá dầu khá phức tạp.
3.2.1 Xăng tự nhiên (natural gasoline - casing - head spirit)
Xăng tự nhiên hay xăng thu được từ khí giếng dầu. Khí giếng dầu chứa chủ yếu 5
hiđrocacbon parafin (từ C
1
đến C
5
). Ngoài ra, còn có thêm một lượng nhỏ hiđrocacbon phân
nhánh và vòng có điểm sôi rất gần với các hiđrocacbon parafin ở trên (bảng 14).
Bảng 14.
Những tính chất của các hiđrocabon trong khí giếng dầu

Nhiệt độ sôi
(°C)
Nhiệt độ tới hạn
(°C)
Áp suất tới hạn
(at)
Metan
− 164 − 95,5

50
Etan
− 84
34 50
Propan
− 44
97 44
n-Butan + 0,3 - -
iso-Butan
− 17
--
n-Pentan 36 197 33
iso-Pentan 30 194 33
n-hexan 69 250 30
Về ý nghĩa thực tế và kinh tế: hai hiđrocacbon đầu tiên không thể ngưng tụ còn các
hiđrocacbon khác cao hơn đều có thể thu hồi được. Thông thường chỉ những hiđrocacbon cao
hơn propan tạo nên xăng tự nhiên.
Có ba phương pháp được sử dụng để thu hồi hiđrocacbon ngưng tụ:
1 - Nén theo các giai đoạn và làm lạnh.
2 - Hấp thụ vào trong dầu sau đó giải hấp thụ lấy hiđrocacbon.
3 - Hấp phụ trên than ho
ạt động.
Các quá trình (1) và (2) là phổ biến nhất. Quá trình thu hồi được điều khiển để đảm bảo thu
hồi hoàn toàn các pentan và tất cả các hiđrocacbon cao hơn. Trong quá trình đó, một tỉ lệ đáng kể
butan đã hoà tan vào trong đó và như vậy sản phẩm có một áp suất hơi có thể là quá cao đối với


6
xăng ôtô. Một xăng tự nhiên không chứa butan có áp suất hơi Reid là 1,4 kg/cm
2

ở 38°C; nhưng
nếu xăng chứa 25% butan thì áp suất hơi Reid sẽ tăng lên tới 2,3 kg/cm
2
. Trong xăng không có
butan thì tỉ lệ các hiđrocacbon được tạo nên như sau: các pentan lớn gấp hai lần hexan, hexan lớn
hơn hai lần so với heptan và octan bằng heptan. Công dụng chính của xăng tự nhiên là dùng để
sản xuất các xăng theo yêu cầu của thị trường bằng cách trộn xăng tự nhiên với các xăng khác. Vì
mục đích này áp suất hơi của xăng hỗn hợp càng cao càng tốt, vì người ta thấy rằng áp suất hơi
càng cao thì chỉ
số octan càng cao.
3.2.2 Xăng thu được bằng cách cất trực tiếp từ dầu thô
Thành phần hoá học của xăng cất trực tiếp đã tinh luyện được nghiên cứu cẩn thận hơn nhiều
so với bất kỳ phân đoạn nào của dầu mỏ. Các xăng này gồm các hiđrocacbon parafin, naphten và
aromat. Chúng không chứa các olefin hay các dẫn xuất vòng của propan, butan hay heptan. Các
dẫn xuất vòng có thể là xiclopentan và xiclohexan, thậm chí có cả benzen và toluen. Tỉ lệ các loại
hiđrocacbon thay đổi rất rộng tuỳ theo nguồn dầu (xem bảng 15).
Như vậ
y, các naphten và parafin là các cấu tử chính. Xăng cất trực tiếp từ dầu parafin rất
giàu parafin (~70%); dầu trung gian có hàm lượng parafin tới 50%, còn dầu thô asphalt có hàm
lượng parafin khoảng 3% trong xăng cất trực tiếp. Các xăng giầu naphten và aromat không phổ
biến. Dầu thô Borneo cho xăng cất trực tiếp giàu hiđrocacbon aromat.
Bảng 15.
Thành phần của các xăng cất trực tiếp phụ thuộc vào nguồn dầu
Thành phần (%)

Khối lượng riêng
ở 15°C (g/cm
3
)
Điểm kết thúc

(°C)
Aromat Naphten Parafin
Pensylvania 0,732 207 7 18 75
Oklahoma 0,739 177 10 29 61
Texas 0,750 150 33 21 57
Mehico 0,727 200 10 35 55
Romania 0,736 150 12 30 54
Xăng cất trực tiếp thường lấy trong giới hạn từ 40°C ÷ 200°C. Trong khoảng nhiệt độ này
những hiđrocacbon cao cũng bay hơi tạo nên thành phần của xăng (bảng 16).
Bảng 16. Các hiđrocabon trong xăng cất trực tiếp
+ Các n-parafin
Công thức
Nhiệt độ sôi (°C)
Khối lượng riêng
ở 20°C (g/cm
3
)
Nhiệt dung riêng
(cal/g.°C)
Nhiệt hoá hơi
(cal/g)


7
Pentan C
5
H
12
37 0,63 - 85,5
Hexan C

6
H
14
69 0,66 0,527 70,4
Heptan C
7
H
16
98 0,68 0,507 76,5
Octan C
8
H
18
125 0,78 0,505 71,0
Nonan C
9
H
20
150 0,72 0,503 -
+ Các naphten
Công thức
Nhiệt độ sôi
(°C)
Khối lượng riêng
ở 20°C (g/cm
3
)
Nhiệt dung riêng
(cal/g.°C)
Nhiệt hoá hơi

(cal/g)
Xiclo-pentan
C
5
H
10

49,5 0,754 - -
Xiclo-hetan C
6
H
12
81,4 0,779 0,506 87
Xiclo-heptan
C
7
H
14

118,0 0,811 - -
Xiclo-octan C
8
H
16
150,6 0,839 - -
Xiclo-nonan
C
9
H
18


172,0 0,770 - -
Chúng ta thấy rằng đối với một xăng, tỉ lệ của phần cất càng cao ở một nhiệt độ thấp thì mức
độ bay hơi của xăng càng cao. Nhưng xăng cất trực tiếp theo kiểu này bản thân nó chưa thể là
xăng thích hợp cho động cơ ôtô vì các đặc trưng sử dụng của xăng chưa thỏa mãn.
3.2.3 Xăng crackinh và xăng refominh
3.2.3.1 Giới thiệu chung
Những đặc trưng cơ bản của một xăng ôtô là gì ?
Những đặc trưng này gồm hai loại:
1 - Những đặc trưng gắn liền với đường cong chưng cất (xem phụ lục 2);
2 - Những đặc trưng gắn thành phần hoá học của các hiđrocacbon có mặt trong xăng.
Để hiểu rõ vấn đề này, chúng ta theo dõi quá trình của xăng từ bình chứa tới khi ra khỏi động
cơ đốt trong.
Xăng đi tới bộ chế hoà khí qua ống dẫn. Nếu xăng quá dễ bay hơi, nó sẽ hoá hơi một phần
dưới tác dụng của nhiệt toả ra từ động cơ và hình thành trong ống dẫn những bọt khí. Bọt khí này
làm gián đoạn dòng xăng chảy vào bộ chế hoà khí. Bởi vậy, cần thiết phải điều chỉnh ngay tại
nhà máy lọc dầu áp suất h
ơi của xăng ở dưới một giới hạn thích hợp mà áp suất này trong mùa
đông sẽ cao hơn mùa hè.


8
Xăng tiếp tục đi qua bộ chế hoà khí tạo nên một hỗn hợp với không khí. Người ta dễ dàng
nhận thấy rằng dạng của đường cong chưng cất xăng có một ảnh hưởng đáng kể trước hết lên sự
chế hoà khí, sau đó lên cách mà hỗn hợp xăng/không khí (kk) sẽ hoạt động trong động cơ.
Khi khởi động động cơ, hỗn hợp nhiên liệu và không khí cần ph
ải tương đối giầu để có thể
bốc cháy mặc dù xăng bị ngưng tụ khá nhiều khi bị tiếp xúc với các ống làm lạnh. Nói chung,
người ta chấp nhận nhiệt độ sôi của điểm 10% đặc trưng cho khởi động máy. Nhiệt độ sôi này
thường nằm trong khoảng giữa 50°C và 60°C đối với các ôtô và máy bay.

Sự làm việc bình thường của động cơ và đặc biệt khi tă
ng tốc phụ thuộc vào sự hoá hơi hoàn
toàn của toàn bộ nhiên liệu, người ta chấp nhận rằng nhiệt độ sôi của điểm trung bình, điểm 50%,
đảm bảo hoạt động này. Đối với các xăng thông thường, nhiệt độ này thường nằm giữa 90 và
110°C.
Điểm sôi cuối cùng, cần thiết là xăng không chứa các phân tử nặng khó bay hơi hoàn toàn
trong các điều kiện bình thường, nếu không có thể
gây nên sự hoà loãng nhanh dầu của cacte.
Mặt khác, sự có mặt của các phân tử nặng có thể gây nên những bất tiện khác đối với động cơ
khi động cơ quay nhanh bởi vì sự cháy của các phân tử nặng không nhanh bằng các phân tử
nhẹ. Với các động cơ 4000 vòng quay hay lớn hơn, động cơ sẽ thải ra muội do xăng cháy
không hoàn toàn.
Những phép đo chính xác đã chứng minh rằng sự phân bố của hỗn hợ
p xăng/không khí càng
bất thường trong xilanh khi nhiệt độ của điểm 90% càng cao.
Vì tất cả các nguyên nhân này, điểm cuối cùng của đường cong chưng cất nói chung được
giữ ở dưới 190°C đối với các xăng cho ôtô. Còn các xăng cho máy bay, điểm cuối cùng của
đường cong chưng cất là trước 170°C.
Chúng ta thấy rằng việc phân đoạn cẩn thận của xăng là rất quan trọng và các nhà máy lọc
hoá dầ
u quan tâm đến vấn đề này suốt trong quá trình sản xuất.
Ngược lại, người ta thấy rằng 2 xăng có cùng đường cong chưng cất, cùng một nhiệt trị
nhưng có thể có sự khác nhau rất lớn về hiệu suất trong một động cơ. Sở dĩ như vậy vì đặc trưng
cho xăng còn có khả năng chống kích nổ.
Năm 1927, Graham Edgar đã đưa ra thang octan. Đầu cao là iso-octan (2,2,4-trimetylpentan)
một chất chậm n
ổ nhất trong số 18 đồng phân của octan. Đầu thấp là n-heptan một chất dễ nổ
nhất trong 9 đồng phân của heptan và quy định tương ứng cho những hiđrocacbon trên các giá trị
100 và 0. Đó là thang chỉ số octan.
Để xác định chỉ số octan của một xăng người ta sử dụng động cơ CFR (Cooperative of Fuel

Research). Đó là động cơ có 1 xilanh và tỉ lệ nén có thể thay đổi được. Tỉ lệ nén có thể thay đổi
bằng cách đ
iều chỉnh sao cho thu được sự nổ của xăng cần xác định chỉ số octan. Như vậy, sự nổ
của xăng tuỳ thuộc vào động cơ. Để các phép đo có tính lặp lại thì cần phải giữ các điều kiện đo
thật chính xác, đặc biệt là chế độ quay của động cơ, chế độ này sẽ quyết định sự ma sát cũng như
thờ
i gian tiếp xúc giữa không khí và hiđrocacbon.
Tùy theo cách làm việc của động cơ người ta có thể thu được:
- Chỉ số octan nghiên cứu F
1
(RON) hay phương pháp F
1
với động cơ quay 600 vòng/phút.


9
- Chỉ số octan môtơ F
2
(MON) hay phương pháp F
2
với động cơ quay 900 vòng/phút.
Chỉ số octan môtơ (MON) của một nhiên liệu nói chung thấp hơn chỉ số octan nghiên cứu
(RON). Sự khác nhau giữa hai giá trị RON và MON cho ta biết độ nhạy của nhiên liệu được
nghiên cứu. Thực tế người ta thấy những kết quả đo theo phương pháp môtơ (MON) là rất thỏa
đáng ngay cả đối với xăng có bản chất parafin. Các giá trị MON đặc trưng cho tính chất của
nhiên li
ệu khi xe đi trên đường vận chuyển dài tốc độ cao. Còn chỉ số RON lại đặc trưng cho tính
chất của nhiên liệu khi xe đi trong thành phố ở tốc độ vừa phải và thường xuyên phải tăng tốc.
Với xăng máy bay người ta dùng phương pháp F
3

với động cơ có số vòng quay là 1200 v/ph.
Còn phương pháp F
4
đặc trưng cho tính chất nhiên liệu dùng khi máy bay cất cánh hay máy bay
chiến đấu được xác định với động cơ có số vòng quay 1800 v/ph.
Như vậy, chỉ số octan quyết định chất lượng cháy của nhiên liệu và các điều kiện tối ưu được
sử dụng, chỉ số octan gắn liền với khái niệm về hiệu suất sử dụng nhiên liệu.
Hiệu suất nhiệt động học c
ủa một vòng hoạt động của động cơ đốt trong ôtô hay máy bay
tăng khi tăng tỉ lệ nén. Nghĩa là tỉ số của thể tích xilanh (ở điểm chết thấp) với thể tích của xilanh
ở điểm chết cao càng lớn. Nhưng có một giới hạn trên cho sự tăng tỉ số nén này. Ở trên giới hạn
này, hiệu suất sẽ giảm đi và xuất hiện tiếng gõ lách cách củ
a kim loại.
Khi động cơ hoạt động bình thường (không có tiếng gõ) sự cháy của hỗn hợp không khí -
nhiên liệu (kk - nl) (được bắt đầu bằng tia lửa từ bugi) được truyền theo các sóng đồng tâm với
tốc độ truyền lửa khoảng vài mét/giây. Tuyến lửa trong khi truyền, nén phần còn lại của kk - nl
chưa bị cháy làm tăng nhiệt độ của hỗn hợp. Những điều kiện nhiệt độ và áp suất quá cao này
thuận lợi cho sự hình thành các hợp chất peoxit kém bền vững. Khi nồng độ của chúng trong
hỗn hợp đạt đến một giá trị thích hợp thì chúng tự phân hủy một cách đột ngột gây nên sự nổ.
Sự nổ này được đặc trưng bằng một tốc độ rất lớn sự truyền sóng. Sóng này đập vào nắp xilanh
và đầu của pittong gây nên tiếng nổ mạnh. Vậy tiếng gõ lách cách là kết quả củ
a sóng cơ học
và nhiệt gây ra.
Sóng cơ học tác động đến động cơ, song người ta có thể chế tạo được các động cơ không bị
ảnh hưởng bởi sóng này. Nhưng hiệu ứng nhiệt lại rất nguy hiểm, cần thiết phải làm lạnh để loại
bớt nhiệt toả ra khi nhiên liệu cháy. Nếu không động cơ bị đốt nóng thuận lợi cho quá trình tạo
peoxit, tạo muội cacbon bám trên đầu pittong. Mu
ội này bị nóng đỏ gây nên sự tự cháy của nhiên
liệu mà không cần bugi đánh lửa và động cơ vẫn tiếp tục quay khi ta đã ngắt tiếp xúc. Như vậy,
đối với một nhiên liệu đã cho sự nổ gắn liền với việc chế tạo động cơ, hệ số nén, độ rối của dòng

kk - nl, dạng của nắp xilanh,... chất lượng của bugi. Đối với một độ
ng cơ đã cho, sự nổ phụ thuộc
vào thành phần nhiên liệu. Các yếu tố trên dẫn tới việc phải sử dụng phương pháp phân loại các
nhiên liệu tuỳ theo chất lượng kháng nổ của chúng trong động cơ. Nguyên tắc của việc phân loại
các nhiên liệu là so sánh chúng trên cùng một động cơ chuẩn tính chất của mẫu nghiên cứu với
tính chất của một hỗn hợp hiđrocacbon tinh khiết lấy làm chu
ẩn.

Bảng 17.
Các đặc trưng của xăng thường và xăng cao cấp ở Pháp
Quy định Xăng thường Xăng cao cấp


10
Hỗn hợp các hiđrocacbon có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp
Màu Đỏ Vàng sáng
Khối lượng riêng (kg/l)
≤ 0,765 ≤ 0,770
Đặc trưng chưng cất:
% Thể tích ở 70°C ≥ 10%
% Thể tích ở 140°C ≥ 50%
% Thể tích ở 195°C ≥ 45%
Khoảng cách điểm 5% và điểm 90%
> 60°C
Điểm cuối cùng
≤ 205°C
Cặn (% thể tích) < 2,5 < 3
Áp suất hơi ở 37,8°C:
- Từ 15/10 đến 30/4 (mùa đông)
≤ 0,8 at

- Từ 1/5 đến 14/10 (mùa hè)
≤ 0,65 at
Hàm lượng lưu huỳnh (% khối lượng) < 0,20 < 0,15
Ăn mòn tấm đồng 1b cực đại
Hàm lượng gôm hiện hành
≤ 10 mg/cm
3

RON
89 ÷ 92 97 ÷ 99
Hàm lượng chì
≤ 0,40 g/l
- Động cơ chuẩn đó là động cơ CFR đã nói ở trên
- Hiđrocacbon chuẩn là:
n-C
7
H
16
có OC = 0 và iso-C
8
H
18
(2,2,4-trimetylpentan) có OC = 100.
Như vậy, một nhiên liệu có chỉ số octan là X, nếu trong động cơ CFR nó gây nên một tiếng
gõ tương đương với tiếng gõ quan sát thấy của một hỗn hợp gồm X phần trăm thể tích iso-octan
và (100 − x) phần trăm thể tích n-heptan.
Ngoài những chất lượng về độ bay hơi và chỉ số octan đã nói ở trên, một nhiên liệu ôtô
không được chứa các hợp chất của lưu huỳnh có mùi hôi, các hợ
p chất có tính axit ăn mòn thiết
bị chứa xăng cũng như động cơ. Xăng phải không được chứa gôm, vì gôm có thể gây nên hiệu

quả bít nhanh các lỗ phun và supap. Bảng 17 trình bày các đặc trưng của xăng thường và xăng
cao cấp được sử dụng ở Pháp.
Trong thời gian gần đây, quy định của xăng cao cấp đã bị thay đổi và chấp nhận sự có mặt
của những hợp chấ
t hữu cơ chứa oxi như CH
3
OH, C
2
H
5
OH, C
4
H
9
OH hay các ete như MTBE.
Nói chung, các hợp chất này có chỉ số octan cao (>100) nhưng chúng có thể gây ăn mòn thiết bị
hoặc gây trở ngại cho sự phối trộn nhiên liệu nếu chúng có lẫn hơi nước.
Để làm tăng chất lượng của xăng người ta có thể dùng xăng crackinh và xăng refominh.


11
3.2.3.2 Xăng crackinh
Xăng crackinh là xăng thu được sau quá trình crackinh một phân đoạn nhất định của dầu thô.
Những tính chất của xăng crackinh:
Các xăng crackinh nhiệt có chỉ số octan đặc biệt cao hơn các xăng chưng cất trực tiếp. Thông
thường chỉ số octan RON của xăng crackinh nhiệt là 70 ÷ 80.
Xăng crackinh nhiệt không bền vững, chúng có khuynh hướng để cho gôm phát triển tương
đối mạnh trong quá trình bảo quản t
ại kho với sự có mặt của không khí. Tuy nhiên người ta đã
tìm ra các phương pháp làm sạch xăng hay dùng chất kìm hãm tạo gôm cho phép có thể dùng

xăng mà không có bất kỳ một bất tiện nào đối với ôtô.
Nhưng người ta không thể, ngay cả bằng cách tăng cường các biện pháp xử lí hoá học bằng
các chất kìm hãm, làm cho xăng crackinh nhiệt có một độ bền vững đủ để sử dụng chúng làm
xăng máy bay. Ngược lại, crackinh xúc tác cho các kết quả tho
ả mãn hơn nhiều, vì thực tế các
xăng crackinh xúc tác không chứa những hiđrocacbon đietilenic mà chúng là những hiđrocacbon
kém bền vững nhất.
Chỉ số octan RON > 90 của các xăng crackinh xúc tác là do:
- Các hiđrocacbon nhẹ của xăng chứa một tỉ lệ lớn các iso-parafin và iso-olefin.
- Các hiđrocacbon nặng của xăng đặc biệt giầu các hiđrocacbon thơm. Chúng ta biết rằng
chỉ số octan của ba loại hiđrocacbon này lớn hơ
n nhiều so với chỉ số octan của các
parafin mạch thẳng.
Bảng 18.
Thành phần của phân đoạn hexan (C
6
) thu được từ xăng của cùng dầu thô nhưng được sản xuất theo
các cách khác nhau
Các parafin trong phân đoạn
C
6
(%)
Xăng thu được từ
chưng cất
Xăng crackinh
nhiệt
Xăng crackinh xúc
tác
2-metylpentan 32 18 48
3-metylpentan 16 16 27

2,3-đimetylbutan 13 13
2,2-đimetylbutan -- 3
Tổng số iso-parafin 49 37 91
n-hexan 51 63 9
Tổng 100 100 100
Bảng 18 cho thấy những hiđrocacbon parafin của phân đoạn hexan được tách ra từ ba xăng
có cùng một nguồn gốc dầu thô nhưng thu được theo ba phương pháp khác nhau.
Chúng ta thấy rằng các parafin của xăng crackinh xúc tác bị phân nhánh hơn rất nhiều so với
các xăng khác.
Còn các phần nặng, chúng ta sẽ thấy thành phần của chúng trên các đồ thị trong hình 6 và
7 dưới đây khi xử lí cùng một nguyên liệu đầu.


12

Hình 6.
Thành phần của các loại hiđrocacbon thu được trong
crackinh nhiệt

Hình 7.
Thành phần của các loại hiđrocacbon thu được trong
crackinh xúc tác
3.2.3.3 Xăng refominh
Để nâng cao chất lượng xăng, người ta có thể dùng xăng refominh.
- Xăng refominh nhiệt có chỉ số octan cao hơn nhiều so với xăng cất trực tiếp từ dầu thô.
Bảng 19 dưới đây trình bày các đặc trưng của xăng refominh nhiệt của 2 phân đoạn
tương đối khác nhau của cùng dầu thô Irắc.
Bảng 19.
Đặc trưng xăng refominh nhiệt của 2 phân đoạn từ cùng nguồn dầu thô
Irắc

Đặc trưng Phân đoạn 1 Phân đoạn 2