Bài thực hành dầu mỏ và khí thiên nhiên Nhiên liệu I. Dầu mỏ là gì ? -Khái niệm: Dầu mỏ hay dầu thô là một chất lỏng sánh đặc màu nâu hoặc ngả lục. Dầu thô tồn tại trong các lớp đất đá tại một số nơi trong vỏ Trái Đất. Dầu mỏ là một hỗn hợp hóa chất hữu cơ ở thể lỏng đậm đặc, phần lớn là những hợp chất của hydrocarbon, thuộc gốc alkane, thành phần rất đa dạng. Hiện nay dầu mỏ chủ yếu dùng để sản xuất dầu hỏa, diezen và xăng nhiên liệu [1] . Ngoài ra, dầu thô cũng là nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất ra các sản phẩm của ngành hóa dầu nhưdung môi, phân bón hóa học, nhựa, thuốc trừ sâu, nhựa đường Khoảng 88% dầu thô dùng để sản xuất nhiên liệu, 12% còn lại dùng cho hóa dầu. Do dầu thô là nguồn năng lượng không tái tạo nên nhiều người lo ngại về khả năng cạn kiệt dầu trong một tương lai không xa. - Con người phát hiện (nguồn gốc) Do nhẹ hơn nước nên dầu xuất hiện lộ thiên ở nhiều nơi, vì thế loài người đã tìm thấy dầu hằng ngàn năm trước Công Nguyên. Thời đó dầu thường được sử dụng trong chiến tranh. Còn rất nhiều dấu tích của việc khai thác dầu mỏ được tìm thấy ở Trung Quốc khi dân cư bản địa khai thác dầu mỏ để sử dụng trong việc sản xuất muối ăn như các ống dẫn dầu bằng tre được tìm thấy có niên đại vào khoảng thế kỷ 4. Khi đó người ta sử dụng dầu mỏ để đốt làm bay hơi nước biển trong cácruộng muối. Mãi đến thế kỷ 19 người ta mới bắt đầu khai thác dầu theo mô hình công nghiệp, xuất phát từ việc tìm kiếm một chất đốt cho đèn vì dầu cá voi quá đắt tiền chỉ những người giàu mới có khả năng dùng trong khi nến làm bằng mỡ thì lại có mùi khó ngửi. Vì thế giữa thế kỷ thứ 19 một số nhà khoa học đã phát triển nhiều phương pháp để khai thác dầu một cách thương mại. Năm 1852 một nhà bác sĩ và địa chất người Canada tên là Abraham Gessner đã đăng ký một bằng sáng chế sản xuất một chất đốt rẻ tiền và đốt tương đối sạch. Năm 1855 nhà hóa học người Mỹ Benjamin Silliman đề nghị dùng axit sunfuric làm sạch dầu mỏ dùng để làm chất đốt. Người ta cũng bắt đầu đi tìm những mỏ dầu lớn. Những cuộc khoan dầu đầu tiên được tiến hành trong thời gian từ 1857 đến 1859. Lần khoan dầu đầu tiên có lẽ diễn ra ở Wietze, Đức, nhưng cuộc khoan dầu được toàn thế giới biết đến là của Edwin L. Drake vào ngày 27 tháng 8 năm 1859 ở Oil Creek, Pennsylvania. Drake khoan dầu theo lời yêu cầu của nhà công nghiệp người Mỹ George H. Bissel và đã tìm thấy mỏ dầu lớn đầu tiên chỉ ở độ sâu 21,2 m. - Thành phần cơ bản : Các thành phần hóa học của dầu mỏ được chia tách bằng phương pháp chưng cất phân đoạn. Các sản phẩm thu được từ việc lọc dầu có thể kể đến là dầu hỏa,benzen, xăng, sáp parafin, nhựa đường v.v. Một cách chính xác thì dầu mỏ là hỗn hợp của các hiđrôcacbon, là hợp chất của hiđrô và cacbon. -Vậy chúng ở đâu ra??? (lấy dầu, khai thác) -Muốn khai thác dầu, người ta khoan những lỗ khoan gọi là giếng dầu. Khi khoan trúng lớp dầu lỏng, dầu sẽ tự phun lên do áp suất cao của khí dầu mỏ. Khi lượng dầu giảm thì áp suất khí cũng giảm, người ta phải dùng bơm hút dầu lên hoặc bơm nước xuống để đẩy dầu lên. II.Khí thiên nhiên: -Khái niệm: Khí thiên nhiên là một thành phần cung cấp năng lượng không thể thiếu của thế giới. Nó là một trong những nguồn năng lượng sạch nhất, linh động nhất và hữu dụng nhất. Tuy nhiên, ngoài tính quan trọng của nó vẫn còn nhiều quan niệm sai về khí thiên nhiên. Ví dụ như bản thân khí gas trên thế giới có nhiều công dụng và giá trị khác nhau. Khi nạp nhiên liệu cho xe hơi, tức là chúng ta đã đưa khí gas vào đó. Khí gas dùng trong các cuộc liên hoan ngoài trời thông thường thực chất là propan, khí này thường hay gặp nhiều trong khí thiên nhiên, nhưng bản thân nó lại không phải là khí thiên nhiên. Măc dù được phân vào cùng nhóm với các nhiên liệu hoá thạch và các nguồn năng lượng khác nhưng khí gas vẫn có những đặc điểm khiến chúng trở nên đặc biệt. Dưới đây là một số kiến thức cơ bản về khí thiên nhiên, bản chất, thành phần, phân loại. - Thành phần cơ bản: -Đặc tính của khí thiên nhiên : Khí thiên nhiên, bản thân nó, có thể được xem như một loại khí gas rất bình thường – không màu, không hình dạng và không mùi ở dạng nguyên chất. Tuy nhiên, không giống các nhiên liệu hoá thạch khác, khí thiên nhiên rất sạch khi đốt cháy và cho ra các sản phẩm thứ cấp ít khả năng gây ô nhiễm hơn vào trong không khí. Chúng ta cần năng lượng ổn định, để sưởi ấm những ngôi nhà, để nấu nướng, và để sản xuất ra điện năng. Chính nhu cầu sử dụng năng lượng này đã đưa khí thiên nhiên lên một vị trí rất quan trọng trong xã hội và đời sống của chúng ta. -Phân loại và thành phần khí: Khí thiên nhiên gồm các thành phần khác nhau có các tính chất rất riêng biệt. Thành phần nhỏ nhất đặc trưng cho vật thể là phân tử gồm một nguyên tử của một hoặc một số nguyên tố. Đơn vị đo khối lượng nguyên tử và phân tử bằng 1/12 khối lượng của nguyên tử đồng vị cacbon. Hydrocacbon trong các điều kiện bình thường phụ thuộc vào số nguyên tử và phân tử mà chúng ở trong ba trạng thái hợp thể: khí – hydrocacbon, chứa trong phân tử dưới bốn nguyên tử cacbon (từ CH4 đến C4H10); Chất lỏng – hydrocacbon có từ 1 đến 17 nguyên tử cacbon (từ C5H12 đến C17H36); Rắn – trong phân tử hydrocacbon chứa 18 và hơn các nguyên tử cacbon, nằm trong một mạch (từ C18H38). Khí thiên nhiên khai thác từ các mỏ tất nhiên bão hòa hơi nước, hàm lượng của chúng phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ, thành phần khí và nước. Nitơ và khí cacbonic là các khí ổn định và thương thường có mặt trong tất cả khí thiên nhiên. Hàm lượng nitơ trong khí đôi khi đạt đến hàng chục phần trăm, và một vài khí thiên nhiên gần như gồm hoàn toàn nitơ (ví dụ mỏ khí thiên nhiên ở Texac) chứa 85 – 95% N2. Một số khí mỏ 100% là nitơ. Hàm lượng khí cacbonic dao động từ rất bé đến vài phần trăm so với thể tích, cá biệt có một vài khí chứa tới 50% CO 2 . Dihydrosunfua là một thành phần của khí thiên nhiên rất độc và có tính ăn mòn. Hàm lượng H2 S trong khí đôi khi đạt đến hàng chục phần trăm theo thể tích. Ví dụ mỏ khí Lac (Pháp) chứa 15,5% H Trong khi khí thiên nhiên về cơ bản được cấu tạo từ metan, nó vẫn có thể có chứa etan, propan, propan, butan và pentan. Cấu tạo của khí thiên nhiên có thể thay đổi trong phạm vi rất rộng, nhưng trong bảng dưới đây chỉ thể hiện cấu tạo cơ bản thường gặp của khí khí mỏ trước khi được tinh chế. Khí thiên nhiên được xem là ‘khô’ khi nó hầu như chỉ chứa khí metan, các hydrocacbon đi kèm thường đã bị tách ra hết. Khi còn lại các hydrocacbon khác thì được gọi là khí thiên nhiên. Khí thiên nhiên có rất nhiều ứng dụng trong dân dụng, thương mại và công nghiệp. Khí thiên nhiên khi được mang lên khỏi lòng đất được tinh chế để loại bỏ các tạp chất như nước, các khí gas, cát và các hợp chất khác. Một số hydrocabon cũng được tách ra và được bán riêng biệt, bao gồm cả propan và butan. Các tạp chất khác cũng được tách ra như lưu huỳnh sunphit (sản phẩm làm sạch của chất có thể tạo ra lưu huỳnh, rồi sau đó nó cũng được bán riêng). Sau khi làm sạch, khí thiên nhiên sạch được được truyền dẫn qua một hệ thống ống dẫn, chỉ riêng ở Mỹ. Từ các đường ống dẫn này, khí thiên nhiên được phân phối tới vị trí sử dụng. Khí thiên nhiên mỏ có thể được đo bằng nhiều cách khác nhau. Vì là khí, nên có thể được đo bằng đơn vị thể tích mà nó chiếm chỗ ở nhiệt độ và áp suất thường, thường là dưới đơn vị foot khối. Các công ty khai thác và phân phối thường đo khí thiên nhiên với đơn vị ngàn foot khối (Mcf), triệu foot khối (MMcf), tỷ foot khối (Bcf) hoặc ngàn tỷ foot khối (Tcf). Trong khi việc đo lường theo thể tích rất tiện lợi thì khí thiên nhiên cũng có thể được đo như một dạng năng lượng. Cũng giống như các dạng năng lượng khác, khí thiên nhiên thường được đo và biểu diễn bằng đơn vị nhiệt Anh (Btu). Một Btu là lượng khí thiên nhiên có thể cung cấp đủ năng lượng để làm nóng một pound nước lên một độ 1 0C ở áp suất thường. Để dễ hình dung, ta hãy xem một foot khối khí thiên nhiên tương đương với khoảng 1027 Btu. Khí thiên nhiên khi phân phối tới một khu dân cư được đo bằng sản phẩm khí gas dưới dạng ‘therm’ để thuận lợi cho việc lập hoá đơn. Một therm tương đương với 100000 Btu, hoặc hơn 97 ft III. Nhiên liệu - Khái niệm: Nhiên liệu (chẳt đốt) lả loại vật chất được đốt để lấy ánh sáng và nhiệt lữựng. cũng dùng để thu đữ-ợc năng lượng. Quá trình cháy là một quá trình hóa học. Chất cháy kết hợp với oxy trong không khi phóng ra năng lữựng dữới hình thức ánh sáng và nhiệt lữựng Nói cho đến cùng, năng lượng của sự cháy có nguồn gốc là Mặt Trời. Thực vật lấy đữ-ợc năng lượng từ trong ánh nắng Mặt Trời, dùng nó để tạo các tố chức tự thản. Người ta dùng các loại thực vật làm nhiên liệu Năng lượng phóng ra khi đốt gổ hoặc than gỗ chính lả năng lượng thực vật tồn trừ đữ-ợc theo phương thức nói trên Khi ta đốt than đá hoặc dầu mỏ. lả ta đang sử dụng năng lượng do thực vật tồn trữ được cách đây hảng trăm triệu năm. Có rất nhiều loại nhiên liệu. Trên thực tế bất cứ vật nào cháy đu-ợc đều có thể gọi lả nhiên liệu. Gổ. than, khí gas. xăng, dầu lả những nhiên liệu thường thấy nhất. Nhiên liệu có thể chia làm: nhiên liệu thể rắn. nhiên liệu thể lỏng và thể khí. Cũng có thể cản cứ vào nguồn gốc chia lảm: nhiên liệu thiên nhiên, nhiên liệu hóa học và nhiên liệu gốc kim Gỗ lả một trong những loại nhiên liệu đữ-ợc loài người sử dụng sớm nhất, cũng lả nhiên liệu chú yếu nhất loài người sử dụng trong nhiều thế kỷ qua Gỗ dễ kiếm đu-ợc nhất và cũng rẻ nhất. Đến thế kỷ XVI. gỗ trỡ nên rất hiếm ở cháu Ầu. nên người ta bắt đầu dùng than thay gỗ Thảnh phần chính cúa than lả cacbon. nó cũng lả thảnh phần quan trọng nhất trong phần lớn các loại nhiên liệu. Nhiên liệu có tỷ lệ cacbon cảng cao thì cháy cảng đều. nhiệt lượng sinh ra cảng lớn. Than cứng còn gọi lả than không khói, có tỷ lệ cacbon cao nhất so với các loại than khác, cho nên khi đốt có ít khói và tro Nhiên liệu thể lỏng quan trọng nhất lấy từ dầu mỏ gồm có: dầu lửa, dầu diezen. xăng và dầu đốt. -phân loại: Nhiên liệu sinh học có thể được phân loại thành các nhóm chính như sau: • Diesel sinh học (Biodiesel) là một loại nhiên liệu lỏng có tính năng tương tự và có thể sử dụng thay thế cho loại dầu diesel truyền thống. Biodiesel được điều chế bằng cách dẫn xuất từ một số loại dầu mỡ sinh học (dầu thực vật, mỡ động vật), thường được thực hiện thông qua quá trình transester hóa bằng cách cho phản ứng với các loại rượu phổ biến nhất là methanol. • Xăng sinh học (Biogasoline) là một loại nhiên liệu lỏng, trong đó có sử dụng ethanol như là một loại phụ gia nhiên liệu pha trộn vào xăng thay phụ gia chì. Ethanol được chế biến thông qua quá trình lên men các sản phẩm hữu cơ như tinh bột, xen-lu-lô, lignocellulose. Ethanol được pha chế với tỷ lệ thích hợp với xăng tạo thành xăng sinh học có thể thay thế hoàn toàn cho loại xăng sử dụng phụ gia chì truyền thống. • Khí sinh học (Biogas) là một loại khí hữu cơ gồm Methane và các đồng đẳng khác. Biogas được tạo ra sau quá trình ủ lên men các sinh khối hữu cơ phế thải nông nghiệp, chủ yếu là cellulose, tạo thành sản phẩm ở dạng khí. Biogas có thể dùng làm nhiên liệu khí thay cho sản phẩm khí gas từ sản phẩm dầu mỏ. Tại Việt nam : Khí sinh học được áp dụng ở nhiều miền quê, bằng cách ủ phân để lấy khí đốt. Từ năm 2011, Việt Nam có chính sách sử dụng xăng sinh học E5 (hàm lượng Ethanol 5%) làm nguyên liệu thay thế cho xăng A92 truyền thống. Tuy nhiên, nhiều người còn quan ngại vì tính hút nước và dễ bị oxy hóa của Ethanol có thể làm hư hại buồng đốt nhiên liệu của động cơ. . Bài thực hành dầu mỏ và khí thiên nhiên Nhiên liệu I. Dầu mỏ là gì ? -Khái niệm: Dầu mỏ hay dầu thô là một chất lỏng sánh đặc màu nâu hoặc ngả lục. Dầu thô tồn tại trong. khí và nước. Nitơ và khí cacbonic là các khí ổn định và thương thường có mặt trong tất cả khí thiên nhiên. Hàm lượng nitơ trong khí đôi khi đạt đến hàng chục phần trăm, và một vài khí thiên nhiên. thức cơ bản về khí thiên nhiên, bản chất, thành phần, phân loại. - Thành phần cơ bản: -Đặc tính của khí thiên nhiên : Khí thiên nhiên, bản thân nó, có thể được xem như một loại khí gas rất bình