Bài giảng Nhiên liệu dầu khí

Nhiên liệu dầu khí NXB Đại học quốc gia Hà Nội 2007. 120 tr. Từ khoá: nhiên liệu dầu khí, tính chất của nhiên liệu, cháy hợp thức, cháy không hoàn toàn, năng suất tỏa nhiệt, nhiên liệu, sản xuất nhiên liệu, lọc dầu, dầu mỏ, than đá, cát bitum, nham phiến, dầu mỏ, khí thiên nhiên, dầu madút, xăng động cơ, nhiên liệu khí, phân tích nhiên liệu, nhiệt trị, sự cháy, cơ sở vật lý của sự cháy, cơ sở hóa học của sự cháy, động học của sự cháy, tự bốc cháy, sự nổ, ngọn lửa. 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 MỞ ĐẦU ............................................................................................................................................ 4 Chương 1 NHỮNG TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA NHIÊN LIỆU............................................... 5 1.1 Nhiệt độ bốc cháy của nhiên liệu..............................................................................5 1.2 Giới hạn nổ của nhiên liệu ........................................................................................7 1.3 Tốc độ truyền lửa ......................................................................................................9 1.4 Nhiệt độ ngọn lửa....................................................................................................11 1.5 Sự cháy hợp thức và sự cháy không hoàn toàn.......................................................12 1.5.1 Sự cháy hợp thức (Sự cháy hoàn toàn) .......................................................................12 1.5.2 Sự cháy của các ankan ................................................................................................13 1.5.3 Sự cháy không hoàn toàn ............................................................................................15 1.6 Hiệu ứng phân ly trong ngọn lửa ............................................................................18 1.7 Năng suất tỏa nhiệt (NSTN hay nhiệt trị) ...............................................................18 1.7.1 Nhiệt trị tinh và nhiệt trị thô........................................................................................18 1.7.2 Tính toán nhiệt trị........................................................................................................19 1.8 Cường độ nhiệt........................................................................................................20 Nhiên liệu dầu khí Hoa Hữu Thu Chương 2 SẢN XUẤT NHIÊN LIỆU ......................................................................................... 23 2.1 Sản xuất nhiên liệu từ dầu mỏ.................................................................................23 2.2 Sản xuất nhiên liệu từ lọc dầu.................................................................................27 2.3 Sản xuất nhiên liệu từ cát bitum (Bituminous Sands).............................................31 2.4 Sản xuất nhiên liệu từ dầu nham phiến...................................................................32 2.5 Sản xuất nhiên liệu từ dầu than đá ..........................................................................33 Chương 3 CÁC NHIÊN LIỆU TỪ DẦU MỎ, KHÍ THIÊN NHIÊN ....................................... 35 3.1 Nhiên liệu lỏng nặng (FO) (dầu madút)..................................................................35 3.1.1 Bố trí cung cấp dầu cho lò đốt ....................................................................................35 3.1.2 Phun dầu và lò đốt bằng dầu .......................................................................................36 3.1.3 Yêu cầu kĩ thuật đối với dầu madút (FO)....................................................................37 3.2 Xăng động cơ ..........................................................................................................37 3.2.1 Xăng tự nhiên (natural gasoline - casing - head spirit) ...............................................38 3.2.2 Xăng thu được bằng cách cất trực tiếp từ dầu thô.......................................................39 3.2.3 Xăng crackinh và xăng refominh ................................................................................40 3.3 Nhiên liệu điezen (DO)...........................................................................................51 3.4 Nhiên liệu khí..........................................................................................................56 Chương 4 PHÂN TÍCH NHIÊN LIỆU ....................................................................................... 64 4.1 Những vấn đề chung ...............................................................................................64 4.2 Xác định nhiệt trị ....................................................................................................66 Chương 5 .......................................................................................................................................... 71 Cơ sở vật lí và hóa học của sự cháy.................................................................................................. 71 5.1 Vài nét khái quát về sự cháy ...................................................................................71 5.2 Nhiệt động học và động học của sự cháy ...............................................................74 5.2.1 Cơ sở nhiệt động học của sự cháy...............................................................................74 5.2.2 Cơ sở động học của sự cháy........................................................................................78 5.3 Sự tự bốc cháy. Sự nổ .............................................................................................83 5.3.1 Xác định nhiệt độ tự bốc cháy.....................................................................................86 5.3.2 Giới hạn cho sự tự bốc cháy........................................................................................90 5.4 Sự phát quang hoá học và ion hoá hóa học.............................................................94 5.4.1 Sự phát quang hóa học ................................................................................................95 5.4.2 Ion hoá hóa học ...........................................................................................................97 Chương 6 ỨNG DỤNG CỦA NGỌN LỬA .............................................................................. 100 6.1 Sự tạo thành các hạt cacbon trong ngọn lửa .........................................................100 6.2 Sản xuất axit xianhiđric bằng sự đốt cháy ............................................................101 6.3 Sự tạo thành nitơ oxit trong ngọn lửa ...................................................................102 6.4 Sản xuất năng lượng .............................................................................................104 6.4.1 Đốt cháy công nghiệp và dân dụng...........................................................................104 6.4.2 Sản xuất công cơ học và đẩy.....................................................................................105 6.4.3 Vấn đề an toàn sự cháy .............................................................................................106 Chương 7 PHỤ GIA NHIÊN LIỆU........................................................................................... 107 7.1 Phân loại các loại phụ gia nhiên liệu ....................................................................107 7.1.1 Các phụ gia tẩy rửa và chống đông đặc ....................................................................107 7.1.2 Chất phụ gia tăng cường độ chảy rót ........................................................................107 7.1.3 Các phụ gia kìm hãm oxi hoá, ăn mòn và lão hóa ....................................................107 7.1.4 Phụ gia khống chế phát thải, khói và giúp đỡ sự cháy..............................................108 7.1.5 Các phụ gia chống kích nổ ........................................................................................108 7.1.6 Các phụ gia chống tích điện, diệt khuẩn, màu và phụ gia nhũ hoá ...........................108 7.2 Phụ gia cho xăng...................................................................................................108 7.3 Nhiên liệu sạch......................................................................................................109 PHỤ LỤC 1....................................................................................................................112 PHỤ LỤC 2....................................................................................................................114 4 MỞ ĐẦU Nhiên liệu là những vật liệu có khả năng cung cấp nhiệt lượng. Các vật liệu này có thể là cây, cỏ trên lớp vỏ Trái Đất, nhiên liệu hoá thạch trong lớp vỏ Trái Đất hay được sản xuất ra từ các ngành công nghiệp khác nhau. Trước khi bước vào kỉ nguyên công nghiệp, nhiên liệu chủ yếu sử dụng cho các mục đích dân dụng như: sưởi ấm, thắp sáng, nấu nướng. Khi nền công nghiệp thế giới phát triển, việc sử dụng nhiên liệu đã thay đổi hoàn toàn mặc dù tỉ lệ sử dụng cho các mục đích dân dụng vẫn cao và nhu cầu về nhiên liệu cho công nghiệp ngày càng tăng lên. Ngày nay, năng lượng nguyên tử được sử dụng rộng rãi, song vai trò của các nhiên liệu đã nói ở trên vẫn rất quan trọng trong đời sống nhân sinh và hoạt động sản xuất công nghiệp. Trong tự nhiên, nhiên liệu tồn tại ở ba trạng thái: khí, lỏng và rắn. Nhiên liệu khí gồm: khí thiên nhiên; khí được sản xuất từ công nghiệp như: khí than, khí cốc, khí tổng hợp, khí than ướt, khí lò, khí metan từ bùn ao và từ sinh khối, khí hóa lỏng (LPG). Nhiên liệu lỏng gồm: dầu mỏ, các phân đoạn dầu đã được tinh luyện, xăng động cơ các loại, nhiên liệu điezen (DO), dầu nhiên liệu (FO), các phân đoạn chưng cất lỏng thu được từ cát dầu, đá dầu,... Nhiên liệu rắn gồm: thực vật phế thải, gỗ và than gỗ, than ở các dạng khác nhau như: than bùn, than nâu, than bitum, than bán bitum, than antraxit, cốc,... Trong tài liệu này đề cập đến các nhiên liệu thu được từ dầu mỏ và khí thiên nhiên. Đó là khí thiên nhiên, khí hoá lỏng (LPG), nhiên liệu cho động cơ xăng, nhiên liệu cho máy bay cánh quạt, nhiên liệu cho máy bay phản lực, dầu hoả, nhiên liệu cho động cơ điezen (DO), nhiên liệu cho đốt lò (FO). Đây là những nhiên liệu không thể thiếu trong đời sống và hoạt động sản xuất của đất nước đang trên đường hiện đại hoá. Trong tài liệu này cũng đề cập tới cơ sở vật lí và hóa học của sự cháy - một tính chất đặc trưng của nhiên liệu - đây là một lĩnh vực phức tạp liên quan tới nhiều khoa học khác nhau. Vì thế, việc đi sâu vào các lĩnh vực này vượt ra khỏi khuôn khổ nội dung của tài liệu. Ngoài ra tài liệu cũng giới thiệu một số ứng dụng của ngọn lửa trong công nghiệp và các phụ gia cho nhiên liệu. Tổng hợp nội dung của tài liệu nhằm cung cấp những kiến thức cơ bản nhất về nhiên liệu cho các sinh viên trong chuyên ngành hóa học dầu mỏ. 5 Chương 1 NHỮNG TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA NHIÊN LIỆU Trước khi nghiên cứu các nhiên liệu dầu khí và các tính chất của chúng, chúng ta hãy nghiên cứu những tính chất cơ bản chung của các loại nhiên liệu. Về mặt kinh tế, việc lựa chọn nhiên liệu cho một mục đích công nghiệp hay một mục đích nào đó phụ thuộc rất nhiều vào nguồn nhiên liệu, hay sự phổ dụng của nhiên liệu ở khu vực phát triển công nghiệp cũng là một yếu tố quyết định. 1.1 Nhiệt độ bốc cháy của nhiên liệu Nhiệt độ của nhiên liệu cần phải được nâng lên đến khi xảy ra sự cháy được gọi là nhiệt độ bốc cháy của nhiên liệu. Nhiệt độ bốc cháy là đặc trưng cho mỗi loại nhiên liệu. Nhiệt độ bốc cháy của các nhiên liệu có thể xác định được nhưng phải hết sức cẩn thận, vì nhiệt độ bốc cháy của nhiên liệu không những phụ thuộc vào bản chất của nhiên liệu mà còn phụ thuộc vào môi trường trong đó tiến hành xác định nhiệt độ bốc cháy của nhiên liệu. Nhiệt độ bốc cháy của các nhiên liệu rắn và lỏng rất khó xác định được chính xác vì chúng phụ thuộc vào các điều kiện trong đó nhiên liệu được đốt nóng. Với các nhiên liệu khí và hơi, nhiệt độ bốc cháy của chúng cũng là nhiệt độ tự bốc cháy và phụ thuộc vào điều kiện của các phương tiện được sử dụng để xác định nhiệt độ bốc cháy. Dù vậy, các giá trị nhiệt độ bốc cháy này vẫn chính xác hơn nhiều so với các nhiên liệu rắn. Có bốn phương pháp thường được sử dụng để xác định nhiệt độ bốc cháy của nhiên liệu lỏng và khí. 1. Nhỏ một giọt nhiên liệu lỏng vào một chén nung được đốt nóng có điều khiển (phương pháp Moore - Holm). 2. Nén đoạn nhiệt đến bốc cháy (phương pháp Dixon - Tizard). 3. Phương pháp cho nổ trong một bình được đốt nóng và hút chân không (phương pháp Mallard và Le Chatelier). 4. Phương pháp ống đồng tâm (phương pháp Dixon và Coward). Dùng các phương pháp này để xác định nhiệt độ bốc cháy của hiđrocacbon thì kết quả khác nhau đáng kể. Theo phương pháp 3, các giá trị về nhiệt độ bốc cháy trong không khí khi dùng hỗn hợp hợp thức đối với metan là 600°C, pentan là 510°C, octan là 250°C, benzen là 700°C, xiclohexan là 510°C, propan là 493°C. Trong quyển oxi các giá trị thu được sẽ thấp hơn. Ví dụ minh hoạ được cho trong bảng 1. 6 Bảng 1. Nhiệt độ bốc cháy (°C) của một số nhiên liệu và khí Nhiên liệu Trong không khí Trong quyển oxi Metan 580 506 Etan 472 432 n-Pentan 218 208 Toluen 552 516 Xăng (OC73) 300 290 Dầu điezen (chỉ số xetan 60) 247 242 Hiđrosunfua 292 220 Hình 1 trình bày mối liên quan giữa áp suất và nhiệt độ bốc cháy của nhiên liệu hiđrocacbon. Ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyển, một số khí có nhiệt độ tự bốc cháy ở trong vùng B. Nhưng ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển, các khí đơn giản như: CH4, C2H4, ... có nhiệt độ tự bốc cháy giảm đi khi áp suất tăng (đường C). Với các hiđrocacbon lớn hơn C3 thì tồn tại một vùng nhiệt độ tương đối thấp (từ 300°C đến 400°C, vùng A) mà trong vùng này sự cháy cho hiện tượng “ngọn lửa lạnh”. Nhưng từ trên 400°C, sự cháy có thể xảy ra hoàn toàn và nhiệt độ bốc cháy lại biến đổi theo đường cong C. Hình 1. Ảnh hưởng của áp suất lên nhiệt độ bốc cháy của khí và hơi Đối với các nhiên liệu dùng cho động cơ điezen, việc xác định nhiệt độ bốc cháy của chúng được tiến hành trong các động cơ chuẩn ở các điều kiện nhiệt độ và áp suất nhất định theo phương pháp của Foord. Theo phương pháp này, người ta có thể đo được chính xác thời gian trễ giữa thời điểm tiêm nhiên liệu vào động cơ và thời gian xảy ra sự cháy. Thông thường, nhiệt độ tiêu chuẩn ban đầu được lấy là nhiệt độ thấp nhất mà ở đó nhiên liệu sau một thời gian phân hủy sẽ bùng cháy, thời gian này có thể tới hàng giây. Như vậy thời gian trễ cháy là quan trọng. Đương nhiên thời gian này có thể rút ngắn bằng cách nâng nhiệt độ và sẽ không lớn hơn 1/5 ÷ 2/5 giây đối với động cơ điezen tốc độ cao. 7 Từ các đường cong thực nghiệm, Foord đã rút ra thời gian phân hủy và nhiệt độ bốc cháy (trong không khí) của một số nhiên liệu như sau: Thời gian (giây) 3 2 1 1/2 Gazoin (chủ yếu là parafin) 340°C 350°C 375°C 500°C Dầu điezen (chủ yếu là naphten) 390°C 412°C 450°C 575°C Creosote 485°C 505°C 533°C 620°C Đối với các nhiên liệu khí, nhiệt độ bốc cháy của chúng thay đổi theo nồng độ nhưng trong các khoảng tỉ lệ hợp thức, nhiệt độ bốc cháy của chúng thay đổi không nhiều. Khi xác định nhiệt độ bốc cháy của nhiên liệu khí, phương pháp thứ 4 được sử dụng thích hợp với dòng hơi nước đốt nóng sơ bộ khí, không khí hoặc oxi. Các giá trị về khoảng nhiệt độ bốc cháy của một số khí đơn giản được trình bày trong bảng 2. Bảng 2. Nhiệt độ bốc cháy (°C) của một số nhiên liệu khí ở áp suất thường Khí Trong không khí Trong khí quyển oxi Hiđro 580 - 590 580 - 590 CO 637 - 658 644 - 658 Metan 556 - 700 650 - 750 Etan 520 - 630 520 - 630 Etilen 500 - 519 542 - 547 Axetilen 400 - 440 406 - 440 Như vậy, đối với các khí đơn giản như hiđro, CO sự thay đổi nhiệt độ bốc cháy là nhỏ; đối với các hiđrocacbon khí nhiệt độ bốc cháy có thể chênh lệch đến trên 100°C. Hơn nữa, với một số nhiên liệu, nhiệt độ bốc cháy trong oxi và trong không khí là tương tự nhau; trong khi đó với một số nhiên liệu khác giá trị này lại khác nhau rất nhiều. 1.2 Giới hạn nổ của nhiên liệu Các nhiên liệu khí hay hơi có khả năng cháy trong không khí hay trong oxi chỉ trong các giới hạn về nồng độ hoàn toàn xác định. Các điều kiện cần thiết để đảm bảo sự cháy gồm: (1) nhiệt phải được phát triển đầy đủ để nâng nhiệt độ của khí lên gần nhiệt độ cháy, (2) nhiệt sinh ra từ quá trình cháy của khí phải tiếp tục nâng nhiệt độ của khí lên đến nhiệt độ bốc cháy. Hai giới hạn về nồng độ cao và nồng độ thấp của nhiên liệu được gọi là giới hạn trên và giới hạn dưới của sự cháy. Giới hạn thấp hơn là tỉ lệ nhỏ nhất của nhiên liệu có khả năng truyền sự cháy tiếp tục. Giới hạn trên là hỗn hợp có chứa một lượng tối thiểu không khí để giải phóng một lượng nhiệt đủ để đốt cháy liên tục. Khoảng nồng độ này đôi khi người ta gọi là khoảng nổ, khoảng này rất quan trọng vì nó liên quan đến những sự cố tai 8 nạn do sự rò rỉ của khí dễ cháy hay hơi dễ cháy trong không khí. Điều này cũng rất quan trọng đối với việc sử dụng thực tế các hỗn hợp nhiên liệu trong động cơ đốt trong. Các yếu tố ảnh hưởng tới các giới hạn cháy là: (1) nhiệt trị, (2) thể tích tương đối và nhiệt dung riêng của các khí, (3) nhiệt độ bốc cháy. Cả hai giới hạn này còn bị ảnh hưởng bởi dạng của bình chứa khí, hướng truyền, áp suất và nhiệt độ. Sự truyền hướng lên trong một ống có đường kính 7,5 cm cho những điều kiện tối ưu nhất. Các giới hạn của tính dễ cháy của một số nhiên liệu được trình bày trong bảng 3. Bảng 3. Các giới hạn của tính dễ cháy của các nhiên liệu khí và lỏng ở nhiệt độ và áp suất khí quyển (theo % thể tích) trong không khí Loại khí Giới hạn thấp Giới hạn cao Khí lò 35 74 Khí than 5,3 31,5 Khí thiên nhiên 4,8 13,5 Khí ướt 6,0 55 Dầu mỏ 1,4 6,0 Benzen 1,4 7,4 Cồn etylic 3,6 18 Ảnh hưởng của sự thay đổi đường kính ống và hướng của dòng nhiên liệu được trình bày trong bảng 4 (ở đây L hướng lên trên, X là hướng xuống dưới, N là hướng nằm ngang của dòng). Bảng 4. Ảnh hưởng của sự thay đổi đường kính ống và hướng của dòng nhiên liệu trong quá trình cháy Đường kính ống (cm) 7,5 5 2,5 Hướng dòng nhiên liệu L N X L N X L N X Giới hạn thấp 2,60 2,68 2,78 2,60 2,68 2,80 2,73 2,78 2,90 Giới hạn cao > 80,5 78,5 71,0 78,0 68,5 63,5 70,0 59,5 65,5 Với những hiđrocacbon lớn hơn C3 các giới hạn trở nên phức tạp do hiện tượng lửa lạnh. Vùng lửa bình thường tập trung gần hỗn hợp lý thuyết cho sự cháy hoàn toàn, còn vùng lửa lạnh tập trung gần thành phần hoạt động nhất trong sự cháy chậm. Bảng 5. Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất lên giới hạn tính dễ cháy trong không khí của một số nhiên liệu và khí Nhiệt độ (°C) H2 CO CH4 (HT lên)* CH4 (HT xuống)* 17 9,4 - 71,5 16,3 - 70,0 6,3 - 1,9 6,0 - 13,4 100 8,8 - 73,5 14,8 - 71,5 6,0 - 13,7 5,4 - 13,5 200 7,9 - 76,0 13,5 - 73,0 5,5 - 1,6 5,0 - 13,8 9 400 6,3 - 81,5 11,4 - 77,5 4,8 - 16,0 4,0 - 14,7 Áp suất (atm) 20 10,2 - 68,5 17,8 - 62,8 6,0 - 17,1 50 10,0 - 73,3 20,6 - 56,8 5,4 - 29,0 125 0,9 - 74,8 20,7 - 51,6 5,7 - 45,6 (* Ảnh hưởng của hướng truyền xuống của metan được đưa vào để so sánh, HT lên - hướng truyền lên, HT xuống - hướng truyền xuống) Sự tăng nhiệt độ sẽ mở rộng vùng lửa bình thường một cách đáng kể. Việc tăng áp suất cũng mở rộng vùng lửa trừ trường hợp của cacbon monoxit, vùng lửa bị hẹp lại. Những ảnh hưởng này đối với hiđro, metan và CO trong không khí được minh họa ở bảng 5. Trong những trường hợp này, áp suất có ảnh hưởng rõ ràng hơn lên các giới hạn. Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất lên các giới hạn là rất quan trọng đối với động cơ đốt trong, bởi vì nhiên liệu luôn luôn bị nén ở thời điểm cháy và cũng bị đốt nóng bởi thành xilanh nóng. Với hỗn hợp hiđrocacbon/không khí, áp suất làm tăng giới hạn dưới, đầu tiên bị giảm tới 50 atm và sau đó lại tăng lên. Tuy nhiên, những ảnh hưởng sau này nhỏ và ảnh hưởng tổng cộng là sự mở rộng đáng kể các giới hạn. Giới hạn cháy đối với một hỗn hợp các nhiên liệu khí có thể tính toán được từ quy tắc của Le Chatelier. Quy tắc này có giá trị trong một số quá trình công nghiệp mà ở đó sự nổ gây nguy hiểm có thể được giảm thiểu bằng cách đưa vào các thành phần nhiên liệu khác có giới hạn trên thấp. Quy tắc Le Chatelier như sau: L = a + b + c … L a b c X A B C = + + Ở đây a, b, c là các thành phần của các cấu tử. A, B, C là giới hạn tính dễ bốc cháy của chúng. Quy tắc này áp dụng đúng hơn cho các giới hạn thấp. 1.3 Tốc độ truyền lửa Tốc độ truyền lửa qua hỗn hợp nhiên liệu khí/không khí có một vai trò quan trọng trong dự án xây dựng lò đốt và không gian cháy. Tốc độ quá cao có thể gây nên sự quá nóng của lò hay sự quá nóng cục bộ, nếu tốc độ thấp sẽ dẫn đến tắt lửa. Tốc độ truyền lửa bị ảnh hưởng bởi tỉ lệ các cấu tử và dạng của buồng đốt. Phương pháp thông thường để xác định tốc độ truyền lửa là cho hỗn hợp nhiên liệu qua một ống với một tốc độ sao cho ngọn lửa bắt đầu ở phía đầu ra của ống bị tắt và bắt lửa ngay trở lại. Những điều kiện như thế tái hiện lại sự cháy của khí nhưng không giống sự cháy xảy ra trong động cơ đốt trong. Ở động cơ đốt trong luôn luôn có chuyển động rối của hỗn hợp nhiên liệu và không khí. Trừ những trường hợp hỗn hợp có nồng độ rất nhỏ thì sự chuyển động rối làm tăng tốc độ truyền lửa rất lớn. Sự tăng tốc độ truyền lửa của các hỗn hợp có nồng độ thấp là lớn hơn so với các hỗn hợp cháy nhanh và tốc độ cao nhất không phải là đúng tỉ lệ lý thuyết nhiên liệu và không khí để đốt cháy hoàn toàn mà nó nằm gần như giữa các giới hạn trên và dưới của sự cháy. Ở những giới hạn này người ta thấy rằng 10 đối với 5 hiđrocacbon đầu trong dãy ankan có tốc độ truyền lửa vào khoảng 6,1 m trong 1 giây. Khi sự truyền lửa được nghiên cứu bằng phương pháp ống như ở trên, người ta thấy rằng tốc độ truyền lửa giảm đi theo đường kính ống tới một giá trị nhất định. Tốc độ truyền lửa trong ống đường kính 2,54 cm giảm đi một nửa so với trong ống 30,5 cm. Khi nghiên cứu tốc độ truyền lửa của các nhiên liệu, người ta thấy rằng ở phần trăm khí thấp thì tốc độ cũng thấp. Khi phần trăm khí tăng lên thì tốc độ truyền cũng tăng lên tới một cực đại và sau đó lại giảm đi khi đạt tới giới hạn trên của tính dễ bắt lửa. Các tốc độ thấp nhất, tốc độ của các hỗn hợp giới hạn là như nhau đối với tất cả các khí, vào khoảng 19,8 cm/s (xem hình 2). Hình 2. Tốc độ chuyển động đều của ngọn lửa các nhiên liệu khí trong không khí Tốc độ truyền lửa cũng bị ảnh hưởng bởi sự có mặt của hơi nước. Ví dụ, đối với CO tốc độ truyền lửa giảm đi đáng kể khi có mặt nước. Những giá trị thu được trong một ống 6,35 cm được trình bày trong bảng 6 sau đây. Bảng 6. Tốc độ truyền lửa cực đại của hỗn hợp nhiên liệu khí với không khí trong ống nằm ngang Tốc độ (cm/s) với đường kính ống Nhiên liệu khí % nhiên liệu khí trong hỗn hợp 2,5 (cm) 5,0 (cm) Hiđro 35 490 - Metan 9,5 66 91 Etan 6,5 86 130 Propan 4,6 80 120 Butan 3,7 83 113 Pentan 3,0 82 115 11 Etilen 7,2 142 - Axetilen 8,9 282 - 1.4 Nhiệt độ ngọn lửa Nhiệt độ ngọn lửa rất quan trọng trong sự đốt nóng khí bởi vì nhiệt độ ngọn lửa càng cao thì tốc độ đốt nóng càng nhanh và khi nhiệt độ ngọn lửa càng cao thì hiệu quả nhiệt của quá trình càng lớn. Nhiệt độ ngọn lửa rất khó đo và các giá trị sử dụng bình thường là các giá trị của nhiệt độ lí thuyết, nghĩa là những giá trị ngọn lửa được tính toán nếu coi nhiệt độ đốt cháy chỉ đốt nóng sản phẩm cháy. Bởi vậy, nhiệt độ ngọn lửa lí thuyết có thể tính toán từ nhiệt đốt cháy, nhiệt dung riêng và thể tích các khí. Dĩ nhiên, những giá trị này là cao hơn những giá trị thực tế, nhưng chúng quan trọng để so sánh và dùng để tính toán các hiệu ứng đốt nóng sơ bộ, lượng dư không khí... Một số nhiệt độ ngọn lửa của các nhiên liệu khí được trình bày trong bảng 7. Bảng 7 Nhiệt độ ngọn lửa của một số nhiên liệu khí Nhiên liệu khí Nhiệt trị (cal/l) Nhiệt độ ngọn lửa (°C) Khí than 4983 2160 Khí ướt 2758 2300 Khí máy phát 1139 1680 Khí lò 818 1460 Khí hiđro 2847 2045 Metan 8854 1880 CO 2830 1950 Trong việc tính toán các giá trị nhiệt độ ngọn lửa, người ta sử dụng nhiệt đốt cháy thấp nhất của khí bởi vì ẩn nhiệt không có giá trị ở nhiệt độ lớn hơn 100°C. Nhiệt độ ngọn lửa của các khí được trộn với nhau có thể tính toán được từ các bảng hay các đồ thị cho sẵn, từ các lượng nhiệt tổng cộng của các sản phẩm cháy. Sản phẩm cháy chủ yếu là CO2, N2, H2O. Các nhiệt độ lý thuyết là tính cho khí lạnh và lượng khôn