i

LỜI CẢM ƠN
Đồ án tốt nghiệp là những gì đúc kết lại sau một quá trình học tập, nghiên
cứu của sinh viên dưới sự hướng dẫn của các quý thầy cô. Sau ba tháng làm việc,
em đã hoàn thành đề tài. Thành quả đạt được hôm nay là do sự nỗ lực của bản thân
dưới sự hướng dẫn giúp đỡ động viên tận tâm của quý thầy cô, của bố mẹ cũng như
các anh chị em bạn bè.
Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Trường Đại học Mỏ - Địa chất
Hà Nội đã truyền đạt những kiến thức cơ bản và giúp đỡ chúng em trong những
năm học vừa qua, đặc biệt là các thầy cô trong Khoa dầu khí và bộ môn Lọc – Hóa
dầu. Trên hết em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến TS Nguyễn Thị Linh đã
hướng dẫn đề tài và tận tình giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đồ án tốt
nghiệp này.
Em xin trân trọng gửi đến các quý thầy cô, gia đình và bạn bè của em lời
cảm ơn và những lời chúc tốt đẹp nhất.
Trong quá trình thực hiện, do nhiều nguyên nhân khác nhau nên những thiếu
sót là điều khó tránh khỏi. Em rất mong sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô giáo và
các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày … tháng … năm 2016
Sinh Viên Thực Hiện


ii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. i
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................. iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH .......................................................................................... v

LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................... vi
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ DẦU MỎ ........................................ 1
I.1. Giới thiệu tổng quan về dầu mỏ ........................................................................... 1
I.1.1. Tổng quan dầu mỏ ............................................................................................. 1
I.1.2. Thành phần của dầu mỏ .................................................................................... 1
1.1.3. Các sản phẩm dầu mỏ ..................................................................................... 12
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ XĂNG VÀ DẦU DIESEL (DO) ........................ 18
2.1. Giới thiệu chung về nhiên liệu cho động cơ xăng ............................................. 18
2.1.1. Giới thiệu chung về động cơ xăng .................................................................. 18
2.1.2. Giới thiệu chung về xăng................................................................................ 19
2.2. Nhiên liệu diesel ................................................................................................ 34
2.2.1. Giới thiệu về động cơ diesel ........................................................................... 34
2.2.2. Đặc điểm của quá trình cháy của nhiên liệu trong động cơ diesel ................. 35
2.2.3. Giới thiệu chung về nhiên liệu diesel. ............................................................ 36
2.2.4. Thành phần hóa học của nhiên liệu diesel ...................................................... 36
2.2.5. Các chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu diesel ................................................. 41
CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CỦA SẢN
PHẨM XĂNG VÀ DẦU DIESEL (DO) ................................................................. 49
3.1. Các phương pháp đánh giá chất lượng xăng và dầu diesel (DO) ...................... 49


iii
3.2. Phương pháp đánh giá các chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm ........................... 59
3.2.1. Sản phẩm xăng thương phẩm ......................................................................... 59
3.2.2. Phương pháp đánh giá các chỉ tiêu chất lượng của dầu diesel DO ................ 66
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 73


iv


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Các hydrocacbon riêng lẻ xác định được trong các loại dầu mỏ.
Bảng 1.2. Tính chất của một số n – parafin trong dầu mỏ
Bảng 2.1. Quy định áp suất hơi bão hòa của một số nước
Bảng 2.2. Áp suất hơi bão hòa của một số loại xăng
Bảng 2.3. Quy định độ bay hơi của xăng vào mùa hè và mùa đông
Bảng 2.4. Tương quan giữa tỷ số nén, ON và hiệu suất của động cơ
Bảng 2.5. Quy định về độ bay hơi của xăng không chì ở châu Âu
Bảng 2.6. Benzene trong khí thải động cơ xăng phụ thuộc vào hàm lượng aromatic
Bảng 2.7. Tiêu chuẩn Việt Nam về xăng ô tô không khì (TCVN 6776:2000)
Bảng 3.1. Lượng mẫu chất lỏng đốt trực tiếp
Bảng 3.2. Lượng mẫu chất lỏng đã trộn
Bảng 3.3. Lượng mẫu thử dựa trên hàm lượng nước dự kiến
Bảng 3.4: Các chỉ tiêu chất lượng liên quan đến an toàn sức khỏe, môi trường của
xăng
Bảng 3.5. Các chỉ tiêu chất lượng (TCCS) của xăng không chì của Saigonpetro
Bảng 3.6. Tiêu chuẩn TCVN 5689:2005 qui định các chỉ tiêu chất lượng cho nhiên
liệu dầu DO dùng cho động cơ


v

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Sơ đồ các quá trình sản xuất và sản phẩm của quá trình lọc dầu
Hình 2.1. Cấu tạo bên trong của một động cơ xăng tiêu biểu
Hình 2.2. Tỷ lệ của các nguồn phối trộn xăng thương phẩm ở Mỹ (trước năm 2000)
Hình 2.3. Tỷ lệ của các nguồn phối trộn xăng thương phẩm ở Tây Âu (trước năm
2000)
Hình 3.1. Thiết bị xác định nhiệt độ chớp cháy cốc kín

Hình 3.2. Máy đo trị số octan theo ASTM D2700.


vi

LỜI MỞ ĐẦU
Từ khi được phát hiện đến nay, dầu mỏ và khí đã và đang là nguồn nguyên
liệu vô cùng quý của mỗi quốc gia nói chung và toàn nhân loại nói riêng. Ngày nay
sản phẩm của dầu mỏ và khí đang có mặt trong hầu hết các lĩnh vực đời sống sinh
hoạt hàng ngày của con người cũng như công nghiệp.
Dưới góc độ năng lượng thì dầu mỏ là nguồn năng lượng quan trọng nhất
của mọi quốc gia trên thế giới. Theo số liệu thống kê thì có khoảng 65 – 70% năng
lượng được sử dụng đi từ dầu mỏ và khí, chỉ có khoảng 20 – 22% từ than, 5 – 6%
từ năng lượng nước và 8 – 12% từ năng lượng hạt nhân.
Về góc độ nguyên liệu thì ta có thể hình dung với một lượng nhỏ khoảng 5%
dầu mỏ và khí được sử dụng làm nguyên liệu cho ngành công nghiệp hóa dầu đã có
thể cung cấp được trên 90% nguyên liệu cho ngành công nghiệp hóa chất. Trên thực
tế, từ dầu mỏ người ta còn có thể sản xuất cao su, chất dẻo, sợi tổng hợp, các chất
hoạt động bề mặt, hợp chất trung gian, phân bón…
Ngoài những mục đích trên thì các sản phẩm phi năng lượng của dầu mỏ như
dầu nhờn, mỡ nhòn, nhựa đường…cũng đóng vai trò hết sức quan trọng trong sự
phát triển của công nghiệp.
Sản phẩm năng lượng là một trong những sản phẩm quan trọng của công
nghiệp chế biến dầu mỏ và ngày nay đã thực sự trở thành một sản phẩm quen thuộc
với con người. Đặc biệt và xăng và dầu DO. Tuy nhiên, không phải ai cũng có thể
hiểu biết được thật đầu đủ về xăng động cơ, cũng như dầu DO, bao gồm cả bản chất
hóa học, phẩm cấp chất lượng. Cũng như các vấn đề liên quan như: Vì sao ôn
nhiễm môi trường do khí thải động cơ ngày càng gia tăng? Vì sao sự hao tổn công
suất, tuối thọ động cơ càng nhanh? Tất cả các điều này đang đòi hỏi các nhà khoa
học phải nghiên cứu tìm ra các biện pháp nhằm góp phần giải quyết các vấn đề còn

tồn tại trong lĩnh vực sản xuất và sử dụng nhiên liệu. Xuất phát từ những vấn đề
trên nên em đã chọn đề tài “Tìm hiểu một số phương pháp đánh giá chất lượng
sản phẩm của xăng và dầu DO” cho đồ án tốt nghiệp của em. Việc tìm hiểu đề tài
này không những giúp chúng ta có cái nhìn tổng quát về những tính chất, thông số


vii
cần có của sản phẩm xăng và dầu DO, mà còn giúp chúng ta biết được ý nghĩa của
các thông số này đối với chất lượng của xăng và dầu DO.


1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ DẦU MỎ
I.1. Giới thiệu tổng quan về dầu mỏ
I.1.1. Tổng quan dầu mỏ
Dầu mỏ là tên gọi tắt của dầu thô, nó là hỗn hợp của những hợp chất hữu cơ
có trong tự nhiên, chứa chủ yếu hai nguyên tố chính là Cacbon (C) và Hydro (H).
Ngoài ra còn có một lượng nhỏ Nito (N), Oxy (O), lưu huỳnh (S) và các nguyên tố
kim loại khác như Valadi (V), Niken (N)…
Dầu mỏ có nhiều loại, từ lỏng đến đặc quánh, màu sắc thay đổi từ vàng nhạt
đến đen sẫm, có ánh huỳnh quang, Thường ở thể lỏng nhớt, những cũng có loại dầu
ngay ở nhiệt độ thường đã đông đặc. Độ nhớt của dầu mỏ thay đổi trong khoảng rất
rộng, từ 5 – 100 cSt (10 – 6 m2/s) và có thể hơn nữa [8,9].
I.1.2. Thành phần của dầu mỏ
I.1.2.1. Các hợp chất hydrocacbon của dầu mỏ
Hydrocacbon là thành phần chính và quan trọng nhất của dầu mỏ. Các
hydrocacbon có trong dầu mỏ thường được chia làm 5 loại sau [4]:
-


Các parafin cấu trúc thẳng (n – parafin).

-

Các parafin cấu trúc nhánh (i – parafin).

-

Các parafin cấu trúc nhánh (cycloparafin naphten).

-

Các hydrocacbon thơm.

-

Các hydrocacbon hỗn hợp (hoặc lai hợp).

Số nguyên tử C của các hydrocacbon trong dầu thường từ C5 – C60 (còn C1 – C4
nằm trong khí) tương ứng với trọng lượng phân tử khoảng 855 – 880. Cho đến nay
với những phương pháp phân tích hiện đại đã xác định được những hydrocacbon
riêng lẻ trong dầu đến mức như sau (bảng 1.1)


2
Bảng 1.1. Các hydrocacbon riêng lẻ xác định được trong các loại dầu mỏ.
STT

Các hydrocacbon


Dãy đồng

Số nguyên tử

Số lượng

đẳng

trong phân tử

hydrocacbon
riêng lẻ xác
định được

1

N – parafin

CnH2n+2

C1 – C45

45

2

I – parafin

CnH2n+2


C4 – C7

15

I – parafin

CnH2n+2

C8 – C9

47

I – parafin

CnH2n+2

C10 – C11

10

I – paraffin

CnH2n+2

C14 – C25

12

(loại iso prenoid)


CnH2n+2

C12 và cao hơn

4

Cyclo paraffin

CnH2n

C5 – C7

10

1 vòng

CnH2n

C8 – C9

53

1 vòng

CnH2n

C10 – C12

23


Cyclo paraffin

CnH2n-2

C8

5

2 vòng

CnH2n-2

C9 – C12

20

Cyclo paraffin

CnH2n-4

C10 – C13

5

3 vòng

CnH2n-4

Cyclo paraffin


CnH2n-6

C14 – C30

4

4 và 5 vòng

CnH2n-8

Hydrocacbon thơm

CnH2n-6

C6 – C11

16

CnH2n-6

C9 – C12

41

CnH2n-12

C10 – C16

42


CnH2n-14

C12 – C15

15

CnH2n-18

C14 – C16

14

3

4

5

6

7

8

1 vòng
9

Hydrocacbon thơm
1 vòng có nhiều nhóm
thế


10

Hydrocacbon thơm
2 vòng

11

Hydrocacbon thơm
2 vòng loại difenyl

12

Hydrocacbon thơm


3
3 vòng loại phenanten
13

Hydrocacbon thơm

CnH2n-16

C15 – C16

7

CnH2n-24


C16 – C18

10

CnH2n-8

C9 – C14

20

3 vòng loại fluoren
14

Hydrocacbon thơm
4 và nhiều vòng

15

Hydrocacbon hỗn hợp
naphten – thơm
Loại indan & tetralin

16

Hydrocacbon hỗn hợp

4

naphten – thơm
Loại nhiều vòng


Tổng cộng các hydrocacbon riêng lẻ xác định được cho đến nay là 425. Còn đối
với các chất không thuộc loại hydrocacbon trong dầu mỏ đến nay cũng đã xác định
được khoảng 380 hợp chất, trong đó phần lớn là các hợp chất lưu huỳnh (khoảng
250 hợp chất).
 Các hydrocacbon n – parafin của dầu mỏ [1,4,7]
Hydrocacbon n– parafin là loại hydrocacbon phổ biến nhất trong các loại
hydrocacbon của dầu mỏ. Dầu mỏ có độ biến chất càng cao, tử trọng càng nhẹ,
càng có nhiều hydrocacbon loại này. Mặt khác hydrocacbon n – parafin là loại
hydrocacbon dễ tách và dễ xác định nhất trong số các loại hydrocacbon của dầu mỏ,
cho nên hiện nay với việc sử dụng phương pháp sắc ký, kết hợp với rây phân tử để
tách n – parafin, đã xác định được tất cả các n – parafin từ C1 – C45.
Hàm lượng chung của các n – parafin trong dầu mỏ thường từ 25 – 30% thể
tích. Tùy theo dầu mỏ được tạo thành từ những thời kỳ địa chất nào, mà sự phân bố
các n – parafin trong dầu sẽ khác nhau. Nói chung sự phân bố này tùy tuân theo hai
quy tắc sau: tuổi càng cao, độ sâu càng lớn thì hàm lượng n – parafin trong phần
nhẹ của dầu mỏ càng nhiều.


4
Như trong phần trước đã khảo sát, trong các axit béo có nguồn gốc động thực
vật dưới biển thì ngoài số nguyên tử cacbon chẵn trong mạch cacbon chiếm đa số.
Chính vì vậy khi mức độ biến đổi dầu còn ít, thì các di chứng trên càng thể hiện rõ,
nghĩa là trong phân tử cũng sẽ chiếm phần lớn. Khi độ biến chất của dầu càng tăng
lên, sự hình thành các n – parafin do các phản ứng hóa học phức tạp càng nhiều, thì
sẽ san bằng tỷ số hydrocacbon n – parafin có số nguyên tử cacbon chẵn và
hydrocacbon n – parafin có số nguyên tử cacbon lẻ và tăng dần các hydrocacbon n
– parafin có số nguyên tử cacbon lẻ, chủ yếu phụ thuộc vào độ sâu lún chìm, chứ ít
phụ thuộc vào tuổi địa chất của chúng.
Một đặc điểm đáng chú ý của các hydrocacbon n – parafin là bắt đầu từ các n –

parafin có số nguyên tử cacbon từ C18 trở lên, ở nhiệt độ thường chúng đã chuyển
sang trạng thái rắn, khi nằm trong dầu mỏ chúng hoặc nằm trong trạng thái hòa tan
hoặc ở dạng tinh thể lơ lửng trong dầu. Nếu hàm lượng n – parafin tinh thể quá cao
có khả năng làm cho toàn bộ dầu mỏ mất tính linh động, và cũng bị đông đặc lại.
Trong bảng 1.2 dưới đây sẽ thấy rõ nhiệt độ sôi và nhiệt độ kết tinh của các n –
parafin từ C18 trở lên:


5
Bảng 1.2: Tính chất của một số n – parafin trong dầu mỏ
N – parafin

Công thức

Nhiệt độ sôi, ᵒ C

Nhiệt độ kết tinh,
ᵒC

Hexadecan

C16H34

287

18.1

Heptadecan

C17H36


303

21.7

Octadecan

C18H38

317.5

28.1

Nonadecan

C19H40

331.7

32

Eicosan

C20H42

345.3

36.7

Docosan


C21H44

355.1

40.5

Heneicosan

C22H46

367

44.4

Tricosan

C23H48

378.3

47.6

Tetracosan

C24H50

389.2

50.9


Pentacosan

C25H52

399.7

53.7

Hexecosan

C26H54

409.7

56.4

Heptacosan

C27H56

419.4

59

Octacosan

C28H58

428.7


61.4

Nonacosan

C29H60

437.7

63.7

Triacotan

C30H62

443.4

65.8

Tetracotan

C31H64

81.5

Một số dầu mỏ trên thế giới có hàm lượng n – parafin (tách ra ở -21ᵒ C) rất
cao vì vậy ở ngay nhiệt độ thường toàn bộ dầu mỏ cũng bị đông đặc lại. Tính chất
này của các n – parafin có trọng lượng phân tử lớn đã gây rất nhiều khó khăn cho
quá trình sản xuất, vận chuyển và chế biến dầu mỏ.
 Các hydrocacbon i – parafin của dầu mỏ [1,4,7]

Loại hydrocacbon i – parafin thường chỉ nằm ở phần nhẹ, còn phần có nhiệt độ
sôi trung bình và cao nói chung rất ít.
Về vị trí nhành phụ có hai đặc điểm chính sau:


6
-

Nói chung, các paraffin trong dầu mỏ có cấu trúc đơn giản, mạch chính dài,

mạch phụ ít và ngắn.
Các nhánh phụ thường là các gốc metyl. Đối với các hydrocacbon i – parafin
một nhánh phụ thì thường đính vào vị trí cacbon số 2 hoặc 3. Đối với loại có 2,3
nhánh phụ thì xu hướng tạo thành cacbon bậc 3 nhiều hơn là tạo nên cacbon bậc 4,
nghĩa là hai nhánh phụ đính vào trong mạch chính thường ít hơn.
-

Đặc điểm thứ 2 là trong dầu có những hydrocacbon i – parafin với các nhánh phụ
nằm cách đầu nhau 3 nguyên tử cacbon (cấu tạo isoprenoil). Như ở phần trước đã
khảo sát, vì trong các vật liệu hữu cơ ban đầu để tạo nên dầu mỏ có mặt những hợp
chất có cấu trúc isoprenoil, cho nên trong quá trình biến đổi chúng sẽ để lại những
di chứng với số lượng và kích thước khác nhau, tùy theo mức độ của quá trình biến
đổi đó.
 Các hydrocacbon naphtenic (cycloparafin) của dầu mỏ [1,4,7]
Hydrocacbon naphtenic cũng là một trong số các hydrocacbon phổ biến và quan
trọng của dầu mỏ. Hàm lượng của chúng trong dầu mỏ có thể thay đổi tử 30 – 60%
trọng lượng.
Hydrocacbon naphtenic của dầu mỏ thường gặp dưới 3 dạng chính: loại vòng 5
cạnh, loại vòng 6 cạnh hoặc loại nhiều vòng ngưng tụ hoặc qua cầu nối. Những loại
vòng 7 cạnh trở lên thường rất ít không đáng kể.

Tuy nhiên trong dầu mỏ thì loại hydrocacbon naphtenic 1 vòng (5,6 cạnh) có
các nhánh phụ xung quanh lại là loại chiếm phần lớn chủ yếu nhất và cũng là loại
được nghiên cứu đầy đủ nhất.
 Các hydrocacbon thơm của dầu mỏ [1,7]
Các hydrocacbon thơm của dầu mỏ thường gặp là loại vòng thơm và loại nhiều
vòng thơm có cấu trúc ngưng tụ hoặc qua cầu nối.
Loại hydrocacbon thơm có 1 vòng và các đồng đẳng của nó là loại phổ biến
nhất. Benzen thường gặp với số lượng ít hơn cả. Những đồng đẳng của benzene (C7


7
– C15) nói chung đều đã tách và xác định được trong nhiều loại dầu mỏ, những loại
ankylbenzen với 1, 2, 3, 4 nhánh phụ như toluen, xylen, 1-2-4 trimetylbenzen đều là
những loại chiếm đa số trong các hydrocacbon thơm.
 Các hydrocacbon loại hỗn hợp naphten – thơm [1,4]
Nếu hydrocacbon thơm thuần khiết vừa khảo sát trên có không nhiều trong dầu
mỏ thì hydrocacbon dạng hỗn hợp thơm và naphten (tức là loại mà trong cấu trúc
của nó vừa có vòng thơm vừa có vòng naphten) lại phổ biến và chiếm đa số trong
phần có nhiệt độ sôi cao của dầu mỏ. Cấu trúc hydrocacbon hỗn hợp này trong dầu
mỏ rất gần với cấu trúc hỗn hợp tương tự trong các vật liệu hữu cơ ban đầu tạo
thành dầu, cho nên dầu càng có độ biến chất thấp thì sẽ càng nhiều hydrocacbon
loại này.
Loại hydrocacbon hỗn hợp dạng đơn giản nhất là tetralin, indan,… đó là loại
gồm 1 vòng thơm và 1 vòng naphten kết hợp:

CH2 CH2
tetralin

indan


xyclohexylbenzen 1-xyclohexyl-2-phenyl etan

1.1.2.2. Các chất không thuộc loại hydrocacbon của dầu mỏ
Đây là những hợp chất mà trong phân tử của nó có chứa O, N, S tức là hợp
chất hữu cơ của oxy, nito, lưu huỳnh. Một loại hợp chất khác mà trong thành phần
của nó cũng có cả đồng thời O, N, S sẽ không xét ở đây, nó thuộc nhóm chất nhựa
và asphalten [1].
Nói chung, những loại dầu non, độ biến chất thấp, hàm lượng các hợp chất
chứa các dị nguyên tố kể trên đều cao hơn trong các loại dầu già, có độ biến chất
cao. Ngoài ra tùy theo loại vật liệu hữu cơ ban đầu tạo ra dầu khác nhau, hàm lượng
và tỷ lệ của từng loại chất của O, N, S trong từng loại dầu cũng sẽ khác nhau.


8
 Các hợp chất của lưu huỳnh có trong dầu mỏ [1,4]
Đây là loại hợp chất phổ biến nhất và cũng đáng chú ý nhất trong số các loại
hợp chất không thuộc loại hydrocacbon của dầu mỏ.
Những loại dầu ít lưu huỳnh thường có hàm lượng lưu huỳnh không quá 0.3 –
0.5%, những loại dầu nhiều lưu huỳnh thường có 1 – 2% trở lên.
Hiện nay, trong dầu mỏ đã xác định được 250 loại hợp chất của lưu huỳnh.
Những loại hợp chất này thuộc vào những họ sau: Mercaptan RSH (với R là mạch
thẳng hoặc mạch vòng), disunfua R- S – R, thiophen (dị vòng) và những cấu trúc
phức tạp khác.
Lưu huỳnh dạng Mercaptan chỉ gặp trong phần nhẹ của dầu mỏ (nhiệt độ sôi
dưới 200ᵒ C). Các Mercaptan này có gốc hydrocacbon trong cấu trúc mạch thẳng,
nhánh vòng, naphten. Cũng giống như các hydrocacbon trong phần nhẹ, những gốc
hydrocacbon có mạch nhánh của mercaptan cũng chỉ là những gốc nhỏ (hầu hết là
metyl) và ít. Lưu huỳnh ở dạng mercaptan khi ở nhiệt độ khoảng 300ᵒ C dễ bị phân
hủy tạo thành H2S và các hydrocacbon không no, tương ứng với gốc hydrocacbon.
2C5H11 - S – 2C5H11 + H2S


2C5H12SH
C5H12SH

C5H10 + H2S

Mặt khác mercaptan lại rất dễ bị oxy hóa, ngay cả với không khí tạo thành
disunfua và nếu với chất oxy hóa mạnh có thể tạo thành Sunfuaxit.
1

2C3H7SH + O2 → 2C3H7SSC3H7 + H2O
2

𝐻𝑁𝑂3

2C3H7SH →

2C3H7SO2OH

Lưu huỳnh dạng sunfua có trong dầu mỏ có thể ghép làm 3 nhóm: các
sunfua nằm trong cấu trúc vòng no (tiophan) hoặc không no (tiophen) các sunfua
với các gốc hydrocacbon thơm naphten.


9
Lưu huỳnh dạng disunfua thường có rất ít trong dầu mỏ, nhất là ở các phân
đoạn có nhiệt độ sôi thấp và trung bình của dầu mỏ. Ở phân đoạn có nhiệt độ sôi
cao thì S dạng này có nhiều và phổ biến.
 Các hợp chất của nito trong dầu mỏ [1,7]
Nói chung các hợp chất của nito đại bộ phận đều nằm trong phân đoạn có

nhiệt độ sôi cao của dầu mỏ. Ở phân đoạn nhẹ, các hợp chất chứa N chỉ thấy dưới
dạng vết.
Các hợp chất chứa nito có trong dầu mỏ không nhiều lắm, hàm lượng
nguyên tố nito chỉ 0.01 – 1%. Những hợp chất chứa nito trong dầu, trong cấu trúc
phân tử của nó có thể chứa một nguyên tử, có loại chứa 2,3 thậm chí 4 nguyên tử
nito. Những hợp chất chứa một nguyên tử nito được nghiên cứu nhiều, chúng
thường có đặc tính bazo như: pyrydin, quinolin, izo quinolin, acrylin hoặc có tính
chất trung tính như các vòng pyrol, indol, cacbazol, benzocacbazol.
 Các hợp chất của oxy trong dầu mỏ [1,4]
Trong dầu mỏ, các hợp chất oxy thường có dưới dạng các axit (tức có nhóm
–COOH), các xeton (có nhóm C = O), các phenol, các loại este và lacton. Tuy vậy
trong số này các hợp chất chứa oxy dưới dạng axit là quan trọng hơn cả.
Các axit trong dầu mỏ hầu hết là các axit một chức. Trong các phân đoạn có
nhiệt độ sôi thấp của dầu mỏ, các axit hầu như không có. Axit chứa nhiều nhất ở
phân đoạn có nhiệt độ sôi trung bình của dầu mỏ (C20 – C23) và ở phần đoạn có
nhiệt độ sôi cao hơn thì hàm lượng axit lại giảm đi. Về cấu trúc, những axit có số
nguyên tử cacbon trong phân tử dưới C6 thường là các axit béo. Những loại có số
nguyên tử cacbon trong phân tử cao hơn, thường là các axit có gốc là vòng naphten
5 cạnh hoặc 6 cạnh. Những loại này chiếm phần chủ yếu ở phân đoạn có nhiệt độ
sôi trung bình của dầu mỏ.
Ở những phân đoạn rất nặng, các vòng của hydrocacbon lại mang tính chất
hỗn hợp giữa thơm và naphten, cho nên các axit ở phân đoạn này cũng có cấu trúc
hỗn hợp naphten – thơm tương tự vậy. Còn các axit nằm trong phần cặn của dầu có


10
cấu trúc phức tạp giống cấu trúc của các chất nhựa asphalten, nên chúng được gọi là
axit asphalten. Trong thành phần có thể còn có cả các dị nguyên tố khác nữa như S,
N.
 Các phức cơ kim của dầu mỏ. Kim loại trong dầu mỏ.

Kim loại có trong dầu mỏ không nhiều, thường từ vài phần triệu đến vài
phần vạn. Chúng nằm trong dầu mỏ thường ở các phân đoạn có nhiệt độ sôi cao và
dưới dạng phức với các hợp chất hữu cơ ( cơ – kim). Thông thường là dạng phức
với porfirin và dạng phức với các chất hữu cơ khác trong dầu mỏ, trong đó dạng
phức với porfirin thường có số lượng ít hơn.
Hàm lượng kim loại nặng nhiều sẽ gây trở ngại cho quá trình chế biến có sử
dụng xúc tác, vì vậy chúng gây ngộ độc xúc tác. Đối với quá trình cracking hay
reforming xúc tác yêu cầu các kim loại này không quá 5 – 10 ppm. Ngoài ra trong
phần cặn của dầu mỏ mà chứa nhiều kim loại nặng khi sử dụng làm nhiên liệu đốt
lò có thể xảy ra sự cố thủng lò do tạo hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp [1].
 Các chất nhựa và asphanten
Nhựa và asphanten là những chất chứa đồng thời các nguyên tố C, H, O, S,
N có phân tử lượng rất lớn (500 – 600 đvC trở lên). Nhìn bề ngoài chúng đều có
màu sẫm, nặng hơn nước (tỷ trọng > 1) và không tan trong nước. Chúng đều có cấu
trúc hệ vòng thơm ngưng tụ cao, thường tập trung nhiều ở phần nặng, nhất là trong
cặn dầu mỏ. Tuy nhiên chúng có những đặc điểm khác nhau [4]:
-

Nhựa: khi tách ra khỏi dầu mỏ chúng là những chất lỏng đặc quánh có khi là
rắn. Nhựa có màu vàng sẫm, tỷ trọng >1, trọng lượng phân tử 600 – 1000
đvC. Nhựa dễ tan trong dung môi hữu cơ, khi tan tạo thành dung dịch thực.
Độ thơm hóa là tỷ số giữa nguyên tử cacbon nằm trong vòng thơm so với
tổng số cacbon trong toàn phân tử là 0.14 - 0.25.

-

Asphanten: khi tách ra khỏi dầu mỏ bề ngoài của chúng có màu sẫm hoặc
đen dưới dạng rắn. Đun nóng cũng gây nên chảy mềm. Chỉ bị phân hủy nếu
nhiệt độ đun cao hơn 300ᵒ C tạo thành khí và cốc. Asphanten khó tan dung



11
môi hữu cơ. Khi tan tạo thành dung dịch keo, có thể hòa tan trong benzene,
clorofooc và sunfua cacbon. Độ thơm hóa 0.2 – 0.7. Đặc biệt đối với loại dầu
mang họ parafinic, có rất nhiều hydrocacbon parafinic trong phần nhẹ thì
asphanten thường rất ít và nằm dưới dạng phân tử lơ lửng, đôi khi chỉ có
dạng vết. Ngược lại. dầu chứa nhiều hydrocacbon thơm thì thường chứa
nhiều asphanten và chúng thường ở dạng dung dịch keo bền vững
Các chất nhựa và asphanten thường có nhiều ở phần nặng đặc biệt ở phần
cặn sau khi chưng cất. Các chất này đều làm xấu đi chất lượng của dầu mỏ. Sự có
mặt của chúng trong nhiên liệu sẽ làm cho sản phẩm bị sẫm màu, khi cháy không
hết sẽ tạo tàn, cặn. Trong quá trình chế biến chúng dễ gây ngộ độc xúc tác. Tuy
nhiên dầu mỏ chứa nhiều nhựa và asphanten sẽ là nguồn nguyên liệu tốt để sản xuất
nhựa đường.
Nhựa và asphanten ở các loại dầu mỏ khác nhau vẫn có thành phần nguyên
tố gần giống nhau. Nhựa dễ chuyển thành asphanten khi bị oxy hóa. Do đó có thể
coi rằng, asphanten là sản phẩm chuyển hóa tiếp theo của nhựa.
 Nước lẫn trong dầu mỏ (nước khoan)
Trong dầu mỏ bao giờ cũng lẫn một lượng nước nhất định chúng tồn tại ở
dạng nhũ tương. Nước nằm ở dạng nhũ tương bền nên khó tách. Khi khai thác dầu,
để lắng, nước sẽ tách ra khỏi dầu. Trong trường hợp nước tạo thành hệ nhũ tương
bền vững, lúc đó muốn tách được hết nước phải dùng phụ gia phá nhũ.
Có hai nguyên nhân dẫn đến sự có mặt của nước trong dầu, đó là [4]:
-

Nước có từ khi hình thành nên dầu khí do sự lún chìm của vật liệu hữu cơ
dưới đáy biển

-


Nước từ khí quyển (như nước mưa) ngấm vào các mỏ dầu.
Trong nước chứa một lượng rất lớn các muối khoáng khác nhau. Các cation

và anion thường gặp là: Na2+, Ca2+, Mg2+, Fe2+, K+, Cl-, HCO3-, SO42-, Br-, I-… ngoài
ra còn có một số oxit không phân ly ở dạng keo như là Al2O3,Fe2O3 , SiO2.


12
Trong số các cation và anion trên thì nhiều nhất là Na+ và Cl-. Một số mỏ
dầu mà nước khoan có chứa 2 ion này với hàm lượng có khi lên đến 90%. Hàm
lượng chung các muối khoáng của nước khoan có thể nhỏ hơn 1% cho đến 20 ÷
26%.
Điều cần chú ý rằng, một số muối khoáng trong nước có thể bị phân huỷ tạo
thành axit (dưới tác dụng của nhiệt)
Ví dụ:
MgCl2 + 2H2O →Mg(OH)2↓ +2 HCl
MgCl2 + H2O→ Mg(OH)Cl + H2O
Quá trình phân huỷ các muối khoáng gây tác hại rất lớn như là gây ăn mòn
thiết bị, bơm, đường ống…
Mặt khác trong nước khoan còn có H2S khi có mặt của H2S và các muối dễ
bị thuỷ phân thì thiết bị càng nhanh bị ăn mòn.
Vì vậy phải nghiên cứu kỹ về nước khoan và các biện pháp ngăn ngừa sự ăn
mòn đó hay nói cách khác vấn đề làm sạch nhũ tương nước trong dầu trước khi đưa
vào chế biến là rất quan trọng.
1.1.3. Các sản phẩm dầu mỏ
Dầu mỏ có thể được sử dụng trực tiếp nhưng không kinh tế và không hiệu quả.
Chính vì thế mà người ta đã phân chia nó thành nhiều phân đoạn nhỏ. Quá trình
phân chia này dựa vào phương pháp chưng cất để thu được các phân đoạn của
khoảng nhiệt độ sôi khác nhau. Những phân đoạn này được sử dụng để sản xuất
một hoặc một vài loại sản phẩm nhất định nên chúng được mang tên các sản phẩm

đó. Thông thường, dầu mỏ được chia thành các phân đoạn chính sau đây [1,4,9]:
-

Phân đoạn khí: nhiệt độ sôi < 40ᵒ C, bao gồm các hydrocacbon từ C1 – C4.

-

Phân đoạn xăng: nhiệt độ sôi < 180ᵒ C, bao gồm các hydrocacbon từ C5 –
C10,11.


13
-

Phân đoạn kererosen: nhiệt độ sôi từ 180ᵒ C đến 250ᵒ C, bao gồm các
hydrocacbon từ C11 – C15,16.

-

Phân đoạn gasoil nhẹ: nhiệt độ sôi từ 250ᵒ C đến 350ᵒ C, bao gồm các
hydrocacbon từ C15 – C20,21.

-

Phân đoạn gasoil nặng: nhiệt độ sôi từ 350ᵒ C đến 500ᵒ C, bao gồm các
hydrocacbon từ C21 – C25, thậm chí có khi lên đến C40.

-

Phân đoạn cặn gudron: với nhiệt độ sôi trên 500ᵒ C, gồm các thành phần có

số nguyên tử cacbon từ C41 trở lên, có khi lên đến C80 và được xem như là
giới hạn cuối cùng.
Chú ý: Các giá trị nhiệt độ trên đây không hoàn toàn cố định, chúng có thể

thay đổi tùy thoe mục đích thu nhận các sản phẩm khác nhau.
Trong các phân đoạn trên, sự phân bố các hợp chất hydrocacbon và phi
hydrocacbon của dầu mỏ nói chung không đồng nhất. Chúng thay đổi rất nhiều khi
đi từ phân đoạn nhẹ sang phân đoạn nặng hơn. Vì vậy tính chất của từng phân đoạn
đều khác nhau. Hơn nữa, các loại dầu mỏ ban đầu đều có tính chất và sự phân bố
các hợp chất hữu cơ trong đó cũng khác nhau, cho nên tính chất của từng phân đoạn
dầu mỏ còn phụ thuộc rất nhiều vào đặc tính hóa học của loại dầu ban đầu nữa [1].


14
Hình 1.1. Sơ đồ các quá trình sản xuất và sản phẩm của quá trình lọc dầu [9]

Khi đã thu được các phân đoạn này thì chúng cần phải qua vài quá trình chế
biến để sản phẩm cuối cùng đạt được các đặc tính kỹ thuật quy định và phù hợp với
các ứng dụng thực tế. Một số sản phẩm tiêu biểu của dầu mỏ như [9]


15
 Khí đốt (Fuel Gas)
Làm nhiên liệu cho tuabin khí và lò hơi chạy tuabin hơi nước dùng trong sản
xuất điện, làm nhiên liệu cho các lò công nghiệp nhiệt độ cao như lò nấu thủy tinh
nung clinker, gốm sứ, gạch ngói, lò luyện gang thép…
Trong lĩnh vực đời sống, nhiên liệu khí phục vụ tiện lợi cho các mặt sinh
hoạt như nấu ăn, sưởi ấm, thắp sáng…
Ngoài ra các khí đốt còn làm nhiên liệu chạy cho động cơ. Đây là một xu thế
phát triển trong tương lai, làm giảm sự ô nhiễm môi trường vì khí thải của động cơ

sẽ sạch hơn.
 Xăng
Là nhiên liệu dùng cho các động cơ xăng như ô tô, xe máy…và được gọi
chung là xăng động cơ.
Xăng không phải đơn thuần là một chất mà là hỗn hợp giữa các hydrocacbon
được lấy từ phân đoạn xăng kết hợp với các phụ gia, nhằm tạo ra nguồn nhiên liệu
đảm bảo các yêu cầu hoạt động của động cơ trong những điều kiện vận hành thực tế
và cả trong các điều kiện tồn chứa, vận chuyển khác nhau.
Loại nhiên liệu này chiếm một tỷ lệ khá lớn so với các sản phẩm khác đi từ
dầu mỏ, đồng thời là loại nhiên liệu khó chế biến nhất
 Nhiên liệu phản lực (Jet Fuel)
Được dùng cho các động cơ máy bay phản lực. Nó là một hỗn hợp giữa các
hydrocacbon lấy chủ yếu từ phân đoạn Kerosen cùng với một số phụ gia. Do điều
kiện hoạt động của máy bay phản lực rất khắc nghiệt nên nguồn nhiên liệu dành cho
nó phải thỏa mãn rất nhiều tiêu chuẩn kỹ thuật.


16
 Dầu Diezen (D.O)
Nhiên liệu diezen là một loại nhiên liệu lỏng, nặng hơn xăng và dầu hỏa.
chúng được sử dụng chủ yếu cho các động cơ diezen, và một phần được sử dụng
cho các tuabin khí.
Loại nhiên liệu này được sử dụng rất nhiều ở các nước đang phát triển, trong
đó có nước ta. Bởi vì việc sản xuất chúng không phức tạp bằng xăng, giá thành lại
thấp, hiệu suất biến nhiệt thành công của động cơ diezen lớn hơn động cơ xăng rất
nhiều.
Nhiên liệu này được lấy từ phân đoạn gasoil và sản phẩm được lấy trực tiếp
từ quá trình chưng cất dầu mỏ bởi vì nó đã có được những tính chất lý hóa phù hợp
với động cơ diezen mà không cần phải qua một quá trình chế biến hóa học nào cả.
 Dầu đốt công nghiệp (F.O)

Còn gọi là nhiên liệu đốt lò (F.O) hay Mazut. Dùng làm nhiên liệu cho các
nồi hơi cố định ở nhà máy phát điện, các nhà máy nung gốm sứ, gạch ngói, nấu
thủy tinh…
 Dầu bôi trơn – Mỡ bôi trơn
Khi các chi tiết máy hoạt động, một số chi tiết máy trượt lên nhau gây ra
tiếng ồn rất lớn và tốc độ mài mòn rất cao do sinh ra lực ma sát. Để giảm thiểu vấn
đề này, người ta phải bôi trơn cho các chi tiết máy này. Nó được thực hiện bởi dầu
bôi trơn và mỡ bôi trơn được ví như là “dòng máu nóng của các chi tiết máy”. Dầu
bôi trơn cũng là một loại hỗn hợp giữa các hydrocacbon từ các phân đoạn nặng và
các chất phụ gia.
 Nhựa đường (Bitume)
Bitum hay còn gọi là nhựa đường là loại sản phẩm nặng nhất thu được từ dầu
mỏ, được dùng chủ yếu trong xây dựng các công trình giao thông, đường xá cầu
cống. Một lượng nhỏ bitum còn được sử dùng làm vật liệu tấm lợp, vật liệu chống


17
thấm, chống rò rỉ ở các công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp và các hệ thống
tưới tiêu trong nông lâm ngư nghiệp…
Từ loại bitum gốc thu được từ dầu mỏ người ta đã chế biến ra các loại bitum
có các đặc tính khác nhau để phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau
 Các sản phẩm hóa học
Từ nguyên liệu dầu khí có thể chế biến ra các sản phẩm phục vụ cho mục
đích sản xuất, đời sống con người gọi là sản phẩm hóa học…Thực tế có hơn 90%
sản phẩm hữu cơ hiện nay có nguồn gốc từ hóa dầu. Nguồn nguyên liệu để sản xuất
các chế phẩm hóa dầu bắt nguồn từ các hợp phần của dầu khí. Các sản phẩm hóa
học có thể chia thành nhiều nhóm mang tính năng sử dụng khác nhau
-

Nhóm các hóa chất cơ sở:

Đây là nhóm hóa chất thu được từ các dây chuyền công nghệ chế biến khí.

Chúng có ý nghĩa quan trọng vì chúng là ngành công nghiệp tổng hợp hóa dầu đã
chế biến thành những sản phẩm cuối cùng rất phong phú và đa dạng, đóng góp vào
sự phát triển kinh tế quốc dân của nhiều quốc gia phát triển trên thế giới, đồng thời
thúc đẩy sự phát triển của sự tiến bộ khoa học kỹ thuật nói riêng và nền văn minh
nhân loại nói chung.
Nhóm các hóa chất cơ sở lại được phân chia thành nhiều nhóm khác nhau
chủ yếu là các nhóm: các olefin (etylen, propylene, butylene, butadiene), nhóm các
hydrocacbon thơm (benzene, toluene, xylene), nhóm các hydrocacbon olefin nặng,
nhóm các acetylene, nhóm khí tổng hợp (hỗn hợp CO2 và H2 theo những tỷ lệ khác
nhau thu được từ nguồn dầu khí), nhóm parafin lỏng, rắn và xerizin…
-

Nhóm các sản phẩm cuối: Những sản phẩm cuối cùng của ngành công

nghiệp hóa dầu là các loại chất dẻo, chất hoạt động bề mặt. Các sản phẩm cuối
cùng của ngành chế biến hóa dầu có mặt trong hầu hết các ngành sản xuất của nền
kinh tế quốc dân và phục vụ mọi mặt đời sống con người.


18
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ XĂNG VÀ DẦU DIESEL (DO)
2.1. Giới thiệu chung về nhiên liệu cho động cơ xăng
2.1.1. Giới thiệu chung về động cơ xăng
Động cơ xăng thuộc loại động cơ đốt trong, cháy cưỡng bức. Xăng được trộn
lẫn với không khí tại bộ chế hòa khí (carburetter) và được nén trong xylanh
(cylinder) đến tỷ số định trước. Sau đó, buji (hay còn gọi là nến điện) sẽ đánh lửa
để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu và không khí đã nén. Nhiên liệu cháy và giãn nở
sinh ra công cơ học, tạo ra sự chuyển động [6]

Hình 2.1. Cấu tạo bên trong của một động cơ xăng tiêu biểu [6]

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 này trước khi nạp vào xylanh nó đã được phối trộn với không khí
để tạo hỗn hợp cháy, như vật độ bay hơi của xăng trong buồng cháy không phải là
vấn đề lớn ảnh hưởng đến chất lượng của quá trình cháy.