Tổng quan học thuật: Giáo trình môn học Sản phẩm Dầu mỏ (Mã môn học: PETR53005)

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình môn học Sản phẩm Dầu mỏ (Mã môn học: PETR53005) là tài liệu đào tạo chuyên môn nghề được ban hành theo Quyết định số 209/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 3 năm 2022 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Việt Nam). Giáo trình do ThS. Lê Thùy Dung làm chủ biên, cùng ban biên soạn gồm các tác giả: Nguyễn Thị Thùy, Trần Thu Hằng, Huỳnh Việt Triều và Phạm Công Quang.

Về vị trí trong chương trình đào tạo, môn học thuộc khối kiến thức chuyên môn ngành, nghề của chương trình đào tạo nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí. Môn học được bố trí giảng dạy sau các môn học kỹ thuật cơ sở như Vẽ kỹ thuật (MECM52003), Điện kỹ thuật (ELEI53011), Cơ sở điều khiển quá trình (AUTM52111), An toàn vệ sinh lao động (SAEN52001) và được xếp trước các mô đun chuyên sâu như Vận hành thiết bị tách dầu khí, Vận hành phân xưởng chưng cất dầu thô (PETR56115), Vận hành phân xưởng chế biến dầu I (PETR56116), Vận hành các phân xưởng chế biến khí (PETR56118).

[Các môn kỹ thuật cơ sở]
[Môn học: Sản phẩm Dầu mỏ (PETR53005)]
[Các mô đun chuyên sâu & Thực tập]
         (Chưng cất dầu thô, Phân xưởng chế biến dầu/khí, Thực tập sản xuất)

Mục tiêu học tập của giáo trình được xác định rõ qua ba tiêu chí:

  • Về kiến thức (A1): Trình bày được các tính chất, tiêu chuẩn kỹ thuật và ứng dụng của các sản phẩm dầu mỏ.
  • Về kỹ năng (B1): Tra cứu được các tính chất, tiêu chuẩn chất lượng của sản phẩm dầu mỏ trong các tài liệu chuyên ngành.
  • Về năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1): Hình thành tác phong làm việc khoa học, tính kiên nhẫn, cẩn thận, kỷ luật và khả năng làm việc theo nhóm.

Cấu trúc giáo trình có tổng thời lượng 45 giờ (gồm 42 giờ lý thuyết và 3 giờ kiểm tra), được phân bổ logic từ Bài mở đầu và 5 chương chuyên đề:

  • Bài mở đầu: Tổng quan về sản phẩm dầu mỏ (1 giờ)
  • Chương 1: Giới thiệu chung về hợp chất hữu cơ (6 giờ)
  • Chương 2: Nhiên liệu cho động cơ xăng (13 giờ)
  • Chương 3: Nhiên liệu cho động cơ Diesel (9 giờ)
  • Chương 4: Nhiên liệu cho động cơ phản lực (8 giờ)
  • Chương 5: Dầu bôi trơn (8 giờ)

Điểm đặc sắc của tài liệu là phương pháp tiếp cận gắn liền giữa lý thuyết bản chất hóa học phân đoạn hydrocacbon với thực tiễn công nghệ lọc dầu tại Việt Nam, đặc biệt là các thông số vận hành và phân đoạn sản phẩm thực tế của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

Giáo trình xây dựng tiến trình kiến thức theo trật tự logic: từ khái niệm tổng quan về dầu thô và phân đoạn chưng cất, qua hệ thống hóa học hữu cơ đại cương, đến việc phân tích chi tiết từng nhóm sản phẩm thương phẩm theo dải nhiệt độ sôi tăng dần:

  1. Bài mở đầu - Tổng quan về sản phẩm dầu mỏ: Giới thiệu định nghĩa sản phẩm lọc - hóa dầu, vai trò cung cấp 65%–70% năng lượng toàn cầu; phân tích dải nhiệt độ sôi của các phân đoạn chưng cất khí quyển và chân không (khí nhiên liệu, LPG, phân đoạn xăng 35–180°C, phân đoạn kerosen 180–250°C, phân đoạn gasoil 250–350°C, phân đoạn dầu nhờn 350–500°C và cặn chưng cất >550°C); công thức phối trộn sản phẩm thương phẩm: $\text{Sản phẩm lọc dầu} = \sum \text{chất nền} + \sum \text{phụ gia}$.
  2. Chương 1 - Giới thiệu chung về hợp chất hữu cơ: Cung cấp định nghĩa, đặc điểm liên kết cộng hóa trị, phân loại hydrocacbon gồm hydrocacbon no (ankan/parafin mạch hở $C_nH_{2n+2}$, xicloankan/naphten mạch vòng $C_nH_{2n}$), hydrocacbon không no (anken/olefin $C_nH_{2n}$, ankadien/dien $C_nH_{2n-2}$, ankin $C_nH_{2n-2}$), hydrocacbon thơm (aromat $C_nH_{2n-6}$) và các dẫn xuất chứa oxy, nitơ, halogen.
  3. Chương 2 - Nhiên liệu cho động cơ xăng: Khảo sát thành phần hóa học phân đoạn xăng ($C_5 - C_{10}$), các nguồn phối trộn (xăng FCC, Reformat, xăng chưng cất trực tiếp, Isomerat, Alkylat); chỉ tiêu chất lượng xăng (hiện tượng kích nổ, trị số Octan, phương pháp RON/MON, áp suất hơi Reid - RVP, thành phần cất, điểm chớp cháy, độ ổn định oxy hóa, giới hạn benzen, lưu huỳnh); phụ gia tăng chỉ số octan (MTBE, Etanol, MMT); nguyên lý động cơ 4 kỳ và bản chất sự cháy.
  4. Chương 3 - Nhiên liệu cho động cơ Diesel: Phân tích phân đoạn Gasoil ($C_{16} - C_{20}$); các nguồn phối trộn DO; chỉ tiêu chất lượng (trị số Xetan, thành phần cất, điểm chớp cháy, độ ổn định oxy hóa, hàm lượng lưu huỳnh theo tiêu chuẩn TCVN 5689:2005); phụ gia tăng xetan (Amyl nitrite, Butyl nitrate, Iso-propyl nitrate), phụ gia giảm khói đen, phụ gia DME và xu hướng phối trộn Biodiesel (B5, B10, B20).
  5. Chương 4 - Nhiên liệu cho động cơ phản lực: Thành phần phân đoạn Kerosen ($C_{11} - C_{15}$); hệ thống phụ gia chuyên dụng; các chỉ tiêu kỹ thuật phục vụ bay ở độ cao lớn (độ dài ngọn lửa không khói, nhiệt trị, nhiệt độ kết tinh từ $-50^\circ\text{C}$ đến $-47^\circ\text{C}$ của nhiên liệu Jet-A1, độ ổn định nhiệt hóa học, an toàn tồn chứa).
  6. Chương 5 - Dầu bôi trơn: Cấu trúc phân đoạn Gasoil nặng ($C_{21} - C_{35}$ hoặc $C_{40}$); phụ gia dầu bôi trơn; các chỉ tiêu độ nhớt, chỉ số độ nhớt (VI), số kiềm tổng (TBN), khả năng bôi trơn; phân loại và ứng dụng trong động cơ và máy móc công nghiệp; quy trình sản xuất mỡ bôi trơn từ dầu nhờn gốc và xà phòng hóa axit béo (30–35%).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình cung cấp hệ thống lý thuyết nền tảng và nguyên lý hóa lý cốt lõi:

  • Lý thuyết chưng cất phân đoạn: Cơ chế tách dựa trên sự khác biệt về nhiệt độ sôi của các hydrocacbon ở áp suất khí quyển và áp suất giảm (chưng cất chân không để tránh phân hủy nhiệt cặn dầu ở nhiệt độ trên $350^\circ\text{C} - 370^\circ\text{C}$).
  • Nguyên lý kích nổ và tự bốc cháy: Bản chất hiện tượng cháy kích nổ trong động cơ xăng do sự hình thành peroxyt/hydroperoxyt từ các hydrocacbon kém bền nhiệt (khả năng chống kích nổ: Parafin mạch thẳng < Naphten < Olefin mạch thẳng < Naphten mạch nhánh không no < Parafin mạch nhánh < Aromatic). Ngược lại, trong động cơ Diesel, khả năng tự bắt cháy của n-parafin là cao nhất và tạo nên trị số xetan chuẩn.
  • Framework phối trộn sản phẩm (Blending): Phối hợp các dòng cấu tử chất nền từ các phân xưởng công nghệ (Chưng cất trực tiếp, FCC, Reforming, Alkyl hóa, Isomer hóa) kết hợp phụ gia chức năng (chống oxy hóa, tăng xetan, tăng octan, chống đông đặc) để tạo thành phẩm đạt tiêu chuẩn thương mại.
Dòng sản phẩm Phân đoạn & Dải sôi Thành phần Hydrocacbon chính Chỉ tiêu kỹ thuật then chốt Hệ phụ gia / Cấu tử phối trộn
Nhiên liệu Xăng Phân đoạn Xăng
($C_5 - C_{10}$, $35 - 180^\circ\text{C}$)		 Parafin, Naphten, Aromat, Olefin Trị số Octan (RON/MON), RVP, hàm lượng Benzen, hàm lượng Lưu huỳnh Reformat, Isomerat, Alkylat, MTBE, Etanol, MMT
Nhiên liệu Phản lực Phân đoạn Kerosen
($C_{11} - C_{15}$, $180 - 250^\circ\text{C}$)		 n-Parafin, Naphten 2 vòng, Aromat 2 vòng Nhiệt độ kết tinh ($-50^\circ\text{C}$ đến $-47^\circ\text{C}$), chiều cao ngọn lửa không khói Phụ gia chống kết tinh nước, phụ gia chống oxy hóa
Nhiên liệu Diesel Phân đoạn Gasoil
($C_{16} - C_{20}$, $250 - 350^\circ\text{C}$)		 n-Parafin (chủ yếu), Naphten & Aromat 3 vòng, Axit Naphtenic Trị số Xetan (40–60), hàm lượng Lưu huỳnh (<0,05%), điểm đông đặc Amyl nitrite, Butyl nitrate, Iso-propyl nitrate, Biodiesel (B5–B20), DME
Dầu bôi trơn Gasoil nặng & Cặn
($C_{21} - C_{35/40}$, $350 - 500^\circ\text{C}$)		 Naphten đa vòng (1–5 vòng), Aromat ngưng tụ, dị vòng Lưu huỳnh Độ nhớt, Chỉ số độ nhớt (VI), Số kiềm tổng (TBN) Phụ gia cải thiện chỉ số độ nhớt, phụ gia tẩy rửa phân tán, phụ gia chống mài mòn

Kỹ năng phát triển

Thông qua chương trình môn học, người học phát triển các kỹ năng chuyên môn:

  • Kỹ năng tra cứu và đối chiếu tiêu chuẩn: Tra cứu thành thạo các thông số kỹ thuật trong các tiêu chuẩn quốc gia (TCVN 5689:2005) và tiêu chuẩn quốc tế (API, ASTM, tiêu chuẩn Châu Âu - EU).
  • Kỹ năng phân tích tính chất hóa lý: Đánh giá các đường cong chưng cất phân đoạn, tính toán tỷ trọng $\rho_{15}^{15.6}$, phân tích áp suất hơi Reid (RVP), điểm chớp cháy và trị số chống kích nổ (RON/MON).
  • Năng lực kiểm soát quy trình vận hành: Nhận biết các hiện tượng suy giảm chất lượng nhiên liệu, hiện tượng nút hơi trong đường ống, hiện tượng đóng băng hệ thống dẫn nhiên liệu phản lực ở tầng cao và cơ chế tạo muội than trong buồng đốt.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình quy định cụ thể phương pháp tổ chức dạy học và quy chế đánh giá theo định hướng tích cực:

Phương pháp sư phạm và hoạt động học tập

  • Đối với giảng viên: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực gồm thuyết trình nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu chuyên ngành, phân tích bài tập tình huống kỹ thuật và điều phối thảo luận. Giảng viên thiết kế giáo án theo thể loại lý thuyết hoặc tích hợp, tổ chức lớp học chia ca/nhóm tùy theo quy mô sinh viên.
  • Đối với người học: Thực hiện quy trình kết hợp giữa tự học cá nhân và làm việc nhóm (mỗi nhóm từ 2 đến 3 người học). Nhóm trưởng phân công thành viên nghiên cứu chủ đề trước khi đến lớp, tổng hợp thông tin, thảo luận, ghi chép và hoàn thành báo cáo nhóm. Người học phải tham dự tối thiểu 70% thời lượng lý thuyết (vắng quá 30% tổng số tiết bắt buộc phải học lại môn học).

Phương pháp kiểm tra và đánh giá kết quả

Quy trình đánh giá kết quả học tập tuân thủ Quy chế đào tạo ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội và các quy định của Trường Cao đẳng Dầu khí:

Cột điểm kiểm tra Hình thức tổ chức Công cụ & Chuẩn đầu ra Thời điểm thực hiện Trọng số
Kiểm tra thường xuyên Vấn đáp / Quan sát Câu hỏi, Bảng kiểm (Chuẩn A1, B1) Sau 5 giờ giảng dạy 40% (Kết hợp cùng điểm định kỳ)
Kiểm tra định kỳ Viết tự luận / Trắc nghiệm Bài kiểm tra (Chuẩn A1, B1, C1) Sau 15 giờ giảng dạy (Hệ số 2 trong điểm quá trình)
Thi kết thúc môn học Tự luận / Trắc nghiệm máy tính Đề thi tổng hợp (Chuẩn A1, B1, C1) Sau khi kết thúc 45 giờ 60%

Điểm đánh giá thành phần và điểm thi kết thúc môn học được chấm theo thang điểm 10 (từ 0 đến 10), làm tròn đến một chữ số thập phân.

Điểm nổi bật và cập nhật thực tiễn

Giáo trình tích hợp nhiều dữ liệu thực tế từ các cơ sở lọc hóa dầu và các tiêu chuẩn quản lý chất lượng:

  • Dữ liệu thực tế tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất: Giáo trình cung cấp bảng phân tách phân đoạn thực tế qua tháp chưng cất khí quyển của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất (Quảng Ngãi):
    • Khí nhiên liệu: $-161^\circ\text{C}$ đến $-89^\circ\text{C}$ (metan, etan dùng đốt lò).
    • Khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG): $-42^\circ\text{C}$ đến $36^\circ\text{C}$ (propan, butan).
    • Phân đoạn sản xuất xăng: $36^\circ\text{C} - 70^\circ\text{C}$ và $70^\circ\text{C} - 165^\circ\text{C}$.
    • Phân đoạn sản xuất dầu hỏa và nhiên liệu phản lực: $165^\circ\text{C} - 205^\circ\text{C}$.
    • Phân đoạn sản xuất nhiên liệu Diesel: $205^\circ\text{C} - 330^\circ\text{C}$ và $330^\circ\text{C} - 370^\circ\text{C}$.
    • Cặn chưng cất khí quyển ($>370^\circ\text{C}$) được chuyển thẳng sang phân xưởng Cracking xúc tác (FCC) do dầu thô Việt Nam có đặc tính ít lưu huỳnh.
    • Phân xưởng Hydrodesulfuration (xử lý lưu huỳnh bằng hydro) với mức đầu tư khoảng 80 triệu USD nhằm tạo sản phẩm DO có hàm lượng lưu huỳnh dưới 0,05%.
  • Cập nhật tiêu chuẩn môi trường và hóa chất:
    • Khảo sát tiêu chuẩn hàm lượng Benzen trong xăng (quy định Việt Nam hiện hành $<2,5%$, tiêu chuẩn EU $<1%$).
    • Đối chiếu tiêu chuẩn TCVN 5689:2005 về kiểm soát lưu huỳnh trong dầu DO từ mức 0,5% trước đây xuống còn 0,05% - 0,25%.
    • Phụ gia thay thế chì: Đánh giá phụ gia MMT (Metylxyclopentadienyl Mangan Tricacbonyl) với hàm lượng 8–18 mg Mn/lít, phân tích cơ chế tạo $Mn_3O_4$ và tính toán giảm chi phí sản xuất 50 đ/lít xăng.
    • Cập nhật các nhiên liệu sinh học: Phối trộn cồn sinh học Etanol 99% (hoặc Etanol 96% bổ sung phụ gia chống tách pha propanol/butanol) tạo xăng sinh học; phối trộn Dimethyl Ether (DME) kết hợp 2% dầu thầu dầu giúp tăng chỉ số xetan từ 45 lên 52 và hạ điểm đông đặc từ $+9^\circ\text{C}$ xuống $0^\circ\text{C} \div +3^\circ\text{C}$.

Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình môn học Sản phẩm Dầu mỏ được thiết kế cho các nhóm đối tượng cụ thể:

  1. Học sinh, sinh viên: Sinh viên theo học hệ Trung cấp và Cao đẳng nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí tại Trường Cao đẳng Dầu khí và các cơ sở đào tạo chuyên ngành kỹ thuật lọc - hóa dầu.
  2. Yêu cầu kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành khối kiến thức chung, an toàn lao động và các môn kỹ thuật cơ sở bao gồm Vẽ kỹ thuật (MECM52003), Điện kỹ thuật (ELEI53011) và Cơ sở điều khiển quá trình (AUTM52111).
  3. Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm căn cứ thiết kế bài giảng lý thuyết, biên soạn bài tập tình huống thực hành kiểm tra chỉ tiêu hóa lý và xây dựng ngân hàng câu hỏi kiểm tra đánh giá theo chuẩn đầu ra.
  4. Cán bộ kỹ thuật và nhân sự vận hành: Dùng làm tài liệu tra cứu các thông số kỹ thuật, phương pháp phối trộn nhiên liệu, quy chuẩn an toàn hóa chất tại các trạm phân phối, kho cảng xăng dầu và các nhà máy lọc dầu.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được biên soạn chuyên biệt cho sinh viên nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí (trình độ Trung cấp, Cao đẳng) và các kỹ thuật viên vận hành tại các cơ sở chế biến, tồn chứa và kinh doanh sản phẩm dầu mỏ.

2. Cần kiến thức nền nào để học môn học này?

Người học cần nắm vững kiến thức hóa học đại cương/hóa học hữu cơ cơ bản cùng các môn học kỹ thuật cơ sở đã được bố trí trước trong chương trình đào tạo gồm: Vẽ kỹ thuật, Điện kỹ thuật và Cơ sở điều khiển quá trình.

3. Điểm khác biệt của giáo trình so với các tài liệu lý thuyết chung là gì?

Tài liệu kết hợp giữa phân loại hóa học hydrocacbon với thực tế công nghệ chế biến và kiểm định sản phẩm tại Việt Nam. Các dữ kiện về dải nhiệt độ sôi, công nghệ Reforming, Isomer hóa, Hydrodesulfuration và phân đoạn cặn được trích xuất trực tiếp từ quy trình công nghệ của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất và các tiêu chuẩn TCVN.

4. Làm sao để tự học và nghiên cứu giáo trình hiệu quả?

Người học cần bám sát các mục tiêu kiến thức (A1), kỹ năng (B1), tham gia thảo luận nhóm (2-3 người), giải quyết các câu hỏi và tình huống thảo luận cuối mỗi chương, đồng thời rèn luyện kỹ năng tra cứu bảng chỉ tiêu chất lượng sản phẩm (bảng thành phần cao octan, bảng phụ gia tăng xetan).

5. Những tài liệu bổ trợ nào được sử dụng kèm theo giáo trình?

Giáo trình được xây dựng dựa trên hệ thống 6 tài liệu tham khảo chuyên ngành:

  • [1] Trương Hữu Trì, Sản phẩm dầu mỏ thương phẩm, Đại học Bách khoa Đà Nẵng.
  • [2] Kiều Đình Kiểm, Các sản phẩm dầu mỏ và hóa dầu, NXB Khoa học và Kỹ thuật.
  • [3] Lê Thị Như Ý, Công nghệ chế biến khí, Đại học Bách khoa Đà Nẵng.
  • [4] Jean – Pierre Wauquier, Petroleum Refining Vol 2 – Separation Processes, Technip (2000).
  • [5] Campbell, Gas Conditioning and Processing, Volume 1 and 2, John M. Campbell and Company (1998).
  • [6] Nguyễn Thị Minh Hiền, Công nghệ chế biến khí tự nhiên và khí đồng hành, NXB Khoa học và Kỹ thuật (2004).

Kết luận

Giáo trình môn học Sản phẩm Dầu mỏ (PETR53005) cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện về cấu tạo hóa học, chỉ tiêu chất lượng thương phẩm, cơ chế phản ứng cháy và phạm vi ứng dụng của các dòng sản phẩm lọc - hóa dầu chính (LPG, xăng, kerosen, diesel, dầu nhờn, nhựa đường).

Lộ trình đào tạo đề xuất cho người học là hoàn thành môn học PETR53005 làm nền tảng lý thuyết phân đoạn trước khi bước vào các mô đun kỹ thuật vận hành trực tiếp trên thiết bị (PETR56115, PETR56116, PETR56118) và hoàn tất kỳ Thực tập sản xuất (PETR54219). Người học có thể mở rộng kiến thức thông qua các tài liệu tham khảo chuẩn mực về công nghệ lọc dầu của Jean-Pierre Wauquier và Campbell để hoàn thiện năng lực chuyên môn nghề chế biến dầu khí.