Nhiên liệu dầu khí - Hoa Hữu Thu Phần 2

Trong sự gần đúng đầu tiên, hàm lượng CO2 của khói hợp thức được xác định bằng tỉ số thể tích CO2 với thể tích khói khô hợp thức (αo), đủ để quyết định sự cháy. Đối với các nhiên liệu khác nhau, αo có các giá trị gần đúng như sau: Khí thiên nhiên và khí sản xuất.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nhiên liệu dầu khí - Hoa Hữu Thu Phần 2 13cách bỏ đi thể tích hơi nước được hình thành sẽ là 9,909 m3/kg, hàm lượng CO2 là 15,45%,hàm lượng SO2 là 0,25%. Trong sự gần đúng đầu tiên, hàm lượng CO2 của khói hợp thức được xác định bằng tỉsố thể tích CO2 với thể tích khói khô hợp thức (αo), đủ để quyết định sự cháy. Đối với cácnhiên liệu khác nhau, αo có các giá trị gần đúng như sau: Khí thiên nhiên và khí sản xuất : 11 < αo < 12 - Butan và propen thương mại : αo ≥ 14 - Dầu FO (fuel oils) : 15 < αo < 16 - Than : 18 < αo < 20 - Trong đại đa số các ứng dụng công nghiệp, sự cháy hoàn toàn được thực hiện với mộtlượng dư không khí. Sự cháy như thế được gọi là sự cháy oxi hóa, sự cháy khử được thựchiện khi thiếu không khí và được sử dụng trong một số quá trình luyện kim hay gốm sứ. Việc dư không khí phải được giới hạn đến cực tiểu cần thiết cho sự cháy hoàn toàn. Sựdư này thay đổi từ 5 ÷ 10% đối với các thiết bị công nghiệp có công suất lớn dùng khí haycác nhiên liệu lỏng và từ 10 ÷ 50% đối với các thiết bị dùng than. Khi sự cháy là không hoàn toàn thì những chất không bị cháy ở dạng khí sẽ nằm trongkhí cháy dưới dạng CO và CH4. Sự cháy không hoàn toàn cũng tạo thành những chấtkhông bị cháy dạng rắn như than bám vào thiết bị hoặc bị kéo đi cùng với khói. Người tanhận thấy rằng việc phân tích các khí cháy cho ta một dữ kiện quan trọng để điều chỉnh sựcháy. Thật vậy, có những mối quan hệ giữa lượng dư không khí và hàm lượng oxi trongkhói khô cũng như lượng dư không khí và hàm lượng CO2. Nói chung, người ta thấy lượngdư oxi trong khói khô tăng lên nghĩa là lượng dư không khí tăng lên thì lượng CO2 trongkhói giảm đi gần như tuyến tính. Hình 3. Sự biến đổi thành phần khí cháy khi đốt nhiên liệu theo sự thay đổi lượng không khí1.5.2 Sự cháy của các ankan 14 Sự cháy hợp thức của các ankan xảy ra theo phương trình phản ứng sau: 3n + 1 O2 → nCO2 + (n+1)H2O CnH2n+2 + 2 Phản ứng này là phát nhiệt. Nó được sử dụng trong các động cơ, nhà máy nhiệt điệndùng nhiên liệu dầu và khí thiên nhiên, các nồi đốt nóng. Nhiệt toả ra khi đốt cháy ankanđược xác định theo công thức chung sau đây: Δ H o (CnH2n+2) = − (609n + 193) kJ. mol−1 298,15 n là số nguyên tử cacbon trong ankan Trong trường hợp đơn giản của metan: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O với Δ H o = − 802,3 kJ.mol−1 298,15 Rất khó xác định nhiệt độ cháy hay nhiệt độ ngọn lửa nghĩa là nhiệt độ cực đại mà cáckhí cháy tỏa ra. Nhiệt độ này càng cao thì sự cháy càng hoàn toàn. Trong trường hợp cháyhoàn toàn, trạng thái cuối cùng là hoàn toàn xác định và việc tính toán nhiệt độ cuối cùnglà đơn giản, nếu như ta chấp nhận rằng không có bất kỳ sự trao đổi nhiệt nào hay sự traođổi công nào được thực hiện với bên ngoài. Nghĩa là nhiệt sinh ra chỉ dùng để đốt nóng cáckhí bị cháy (hay sự cháy trong chế độ đoạn nhiệt). Vậy ta có: ΔQ = −ΔHo Với nhiên liệu là khí CH4 ta có: 802303 = (2 Co (H2O) + Co (CO2)) (T − 298)= (2 × 51,103 + 60,35) (T − 298) P P T = 5233 K = 4960°C Tính toán này đã được đơn giản hóa rất nhiều. Ở đây người ta đã sử dụng các giá trị oC ở 2000 K của các sản phẩm cháy được cho là độc lập với nhiệt độ T, không để ý đến sự Ppha loãng bởi các khí trơ và các chất không bị cháy có mặt ở trong khí cháy, nhưng trướchết là không để ý đến hiện tượng phân ly sản phẩm cháy như CO2, H2O, ... Thật vậy, phản ứng cháy của metan không tính đến sự phân ly nhiệt của các phân tửnày tham gia vào sự cháy, nhưng đối với CO2, H2O thậm chí ngay ở 2000 K có thể xuấthiện sự phân ly kiểu: 1 −1 CO2 → CO + Δ Ho O2 ; 298,15 = 283 kJ.mol 2 H2O → •H + •OH Sự phân ly này sinh ra những phân tử CO và các loại gốc hay nguyên tử như •OH, •O,• H. Sự phân ly này khi trở lên lớn sẽ làm giảm đáng kể nhiệt độ cháy cuối cùng đạt được.Ảnh hưởng này được minh họa trong trường hợp cháy của metan được trình bày dưới đây(các giá trị được tính toán từ thành phần của khí bị cháy theo %). H2O O2 H2 OH CO CO2 H O 15 37,2 6,9 6, ...