thử nghiệm phương pháp xác định trị số octan và hàm lượng kim loại trong xăng thương phẩm

Thông thường xăng thương phẩm cần đạt được các yêu cầu cơ bản như sau: Khởi động tốt khi đang ở nhiệt độ thấp, động cơ hoạt động không bị kích nỗ, không kết tủa, tạo băng trong bình chứ

Luận văn tốt nghiệp

TRUONG DAI HOC CAN THO KHOA CONG NGHE

LUAN VAN TOT NGHIEP DAI HOC

THU NGHIEM PHUONG PHAP XAC DIN

TRI SO OCTAN VA HAM LUONG KIM

LOAI TRONG XANG THUONG PHAM

CAN BO HUONG DAN SINH VIEN THUC HIEN

MSSV: 2082222

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÂN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Cần Thơ, ngày 12 tháng l1 năm 2011

PHIẾU ĐÈ NGHỊ ĐÈ TÀI TÓT NGHIỆP

NAM HOC: 2011 - 2012

1 Họ và tên của cán bộ hướng dẫn:

Tên đề tài: “ Thử nghiệm phương pháp xác định phương pháp xác

định trị số Octan và hàm lượng kim loại trong xăng ”

2 Địa điểm thực hiện: TRUNG TÂM KỸ THUẬT VÀ ỨNG DỰNG CÔNG

NGHỆ CÂN THƠ, 45 đường 3/2, Q Ninh kiều, TP Cần thơ

3 Số lượng sinh viên thực hiện: 01 sinh viên

4 Họ và tên sinh viên: Huỳnh Công Hữu MSSV: 2082222

Lớp: Công nghệ Hóa học Khóa: 34

5 Mục đích của đề tài:

-_ Xác định trị số Octan của xăng thương phẩm

- Xác định hàm lượng kim loại của xăng thương phẩm

6 Các nội dung chính và giới hạn của đê tài:

Tim hiéu các tiêu chuân về chât lượng xăng dâu

Tiên hành xác định trị sô Octan của xăng

Tiến hành xác định hàm lượng Pb trong xăng

Tiến hành xác định hàm lượng Fe,Mn trong xăng

7 Các yêu cau ho tro cho việc thực hiện đê tài

Các hóa chất để thực hiện

ThS Nguyén Thi Diép Chi

DUYET CUA BO MON

DUYET CUA HOI DONG THI & XET TOT NGHIEP

TRUONG DAI HOC CAN THO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

NHAN XET VA DANH GIA CUA CAN BO HUONG DAN

1 Cán bộ hướng dan: ThS NGUYEN THI DIEP CHI

2 Dé tai: Thứ nghiệm phương pháp xác định trị số octan và hàm lượng kim loại trong xăng thương phẩm

3 Sinh viên thực hiện: HUYNH CÔNG HỮU

- MSSV: 2082222 - Lép: Céng nghé hdéa hoc — K34

4 Nội dung nhận xét:

a Nhận xét về hình thức LVTN:

b Nhận xét về nội dung của LVTN (đề nghị ghi chỉ tiết và đầy đủ):

" Đánh giá nội dung thực hiện của đề tai:

c Nhận xét đối với từng sinh viên tham gia thực hiện đề tài (ghi rõ từng nội dung chính do sinh viên nào chịu trách nhiệm thực hiện nếu có):

®®ẴẲẰẲ®“dđSAsedeseededeedeẲ4Ởe°ee°eed°eôde9ded°dodeeeesedededeeedeee©eô4e0696996090906090669660696066996966066696096606496969606062964960609960696606660966049946964960626°66g69696966e6eee64969666696966e96666

Can Tho,ngay tháng năm 2012

Cán bộ hướng dẫn

NGUYEN THI DIEP CHI

LOI CAM ON

Trong khoảng thời gian làm luận đã giúp cho tôi học hỏi được nhiêu kinh nghiệm thực tế, có thêm nhiều kiến thức để sau khi tốt nghiệp có thể làm việc tốt hơn

Để thực hiện tốt luận văn tốt nghiệp tôi xin gởi lời cám ơn chân thành đến cô Nguyễn Thị Diệp Chi, cô đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ trong suốt thời gian qua

Tôi xin gởi lời cám ơn chân thành đến Anh Nguyễn Văn Quốc Sự cùng các Anh (Chị) tại trung tâm “Kỹ thuật và ứng dụng công nghệ” thành phố Cần Thơ đã tận tình chỉ dẫn và tạo mọi điều kiện tốt giúp tôi hoàn thành tốt luận văn của này, giúp tôi có cơ hội tiếp xúc với công việc thưc tế, nâng cao kiến thức về chuyên ngành hóa

Tôi cũng xin được gửi lời cám ơn đến các quý Thầy Cô Bộ môn công nghệ hóa học, Khoa công nghê, Trường Đại học Cần Thơ đã cung cấp đầy đủ kiến thức

về chuyên ngành hóa và tạo mọi điều kiện giúp tôi hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này

Cuối cùng tôi xin gởi lời cám ơn đến tất cả các bạn lớp CNHH K34, đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và làm luận văn, các bạn là nguồn động viên tinh thần quý báo, giúp tôi vượt qua mọi khó khăn

Tôi xin chân thành cắm ơn!

LỜI MỞ ĐẦU

1.Đặt vấn đề

Năm 2011 là năm diễn ra nhiều sự kiện nỗi bật mà điển hình là các vấn đề

liên quan đến chất lượng của xăng thương phẩm như: xe tự bốc cháy, nhiều cơ sở

kinh doanh ban xăng có chất lượng thấp và ô nhiễm môi trường đang là một vẫn nạn lớn của xã hội mà xăng dầu đóng một vai trò quan trọng Điều đó đã gây ra những tác động xấu đến nền kinh tế cũng như đời sống xã hội

Xăng là một sản phẩm quan trọng của nhà máy lọc đầu, nó đã trở thành một

mặt hàng quen thuộc trong đời sống sinh hoạt hàng ngày của con người cũng như hoạt động sản xuất trong công nghiệp

Vài năm gần đây, Cùng với sự gia tăng nhanh chóng về số lượng động cơ xăng, nhu cầu về xăng nhiên liệu ngày càng tăng nhanh, điều này đã mang đến cho các nhà sản xuất nhiên liệu những cơ hội và cả những thách thức mới, bởi trong thực tế, bên cạnh những lợi ích mà động cơ này mang lại cho con người thì đồng thời nó cũng thải ra môi trường một lượng lớn các chất độc hại làm ảnh hưởng đến sức khoẻ và cả môi trường sinh thái

Vì vậy xăng thương phẩm bắt buộc phải bảo đảm được các yêu cầu không

những liên quan đến quá trình cháy trong động cơ, hiệu suất nhiệt mà còn phải bảo

đảm các yêu cầu về bảo vệ môi trường

Do đó việc kiếm nghiệm chất lượng của xăng thương phẩm trên thị trường đóng vai trò vô cùng quan trọng ,trong các chỉ tiêu của xăng thì trị số Octan và hàm lượng kim loại trong xăng là hai chỉ tiêu quan trọng ảnh hưởng lớn đến chất lượng

và tính an toàn cho môi trương của xăng thương phẩm

Xuất phát từ vẫn đề trên nên em đã thực hiện đề tài “Thử nghiệm phương

pháp xác định chỉ số octan và hàm lượng kim loại trong xăng thương phẩm”

2.Mục tiêu đề tài

-_ Thử nghiệm phương pháp xác định trị số octan bằng thiết bị đo trị số octan

sử dụng động cơ chuẩn CRF tiêu chuẩn

- Thử nghiệm phương pháp xác định hàm lượng kim loại trong xăng bằng máy AAS

-_ Tiến hành thí nghiệm xác định trị số octan và hàm lượng kim loại trên 20

mẫu xăng thương phẩm trên địa bàn TP.Cần Thơ.

LO1 CAM OD) — V Lời mở đầu - - 2t St ae SESES8SEE8E8EEESEEEEEEEEEESEEEEEEEEEEEEEEEErEEkreEkEereersrsrersrerrrsrses VỊ MUC UC Vii Damh muc binh wo - X Damh MUuc Dang occ XI

Danh mục những từ viết tắt G + + s+t+s +8 S8 E8E+E+E+EEEESESESE+E+E+EESEEESE+Ereeszezezszsszsea XIV CHƯƠNG 1: TÔNG QUAN - << =c c0 805 8 39 5 2 1

IĐ€ii-áa 0n 17

ID G000 17

1.1.2 Thành phần hóa học của xăng nhiên liệu . 2 - 252 z+szs++x+5+£ 18 1.1.3 Đặc điểm của các nguồn xăng phối trộn . ¿- + 2s s+xessrsceee 22 1.2 Nguyên tắc hoạt động và đặc điểm của động cơ xăng -¿-5c 55 24 1.2.1 Nguyên tắc hoạt động của động cơ xăng - ¿+ se ce+xckcesre reo 24

1.2.2 Đặc điểm của động cơ xăng ¿5-52 rerrerreo 26

1.3 Chỉ tiêu chất lượng của Xăng 2 c<+sk 3C E1 E2 1111311118 re 26 1.3.1 Tri SỐ OCtaTn Ă- G5 ST St ESESEESESE SE SE SE 1S SE T191 111111, 27

IV s80 0900 27

II 27 1.3.4 DO ago 27

1.3.5 Độ ôn định oxy hóa - 5+ S652 SESEEEE 1 1311212131111 111k 28

1.3.6 Ham Ivong lu huynh nu 28 IV: 0o, -8 na — 28 1.4 Hiện tượng kích nỗ vả trị SỐ OC(aTn sec SE SE SESEEEEESEEEEEeEeEerreererred 29 1.4.1 Hiện tượng kích 116 veececececesecececescsecececeseeesececceceaveseacscacaeacsearstacecacacaceeeeeeees 29 1.4.2 Tri s6 octan cla XANg eeseeccccscccsessesssscssesecsesecstssesessescsesssesnssesesseseateneasees 32

1.5 Ham long chi trong xang 0 ee 36 1.5.1 Hỗn hợp nue Chi w.ccccccccccccecscscscscscscscesesesesesesssssssssesesesssesssseseseseseees 36 1.5.2 Co ché ching kich né cua hop chat tetraetyl Chi 37 1.5.3 Tac hai cua hop chat tetraetyl chi trong xăng -2 -cscscescxccee 37 1.6 Hàm luong mangan va sat trongxdng oo cs csesesssesesssssstsesssssesesteseeesen 38 1.7 Giới thiệu phương pháp xác định trị số ocfan 2 - 2 s+s++s+s+z+zzsezezxd 39

1.7.1 Nguyên tẶC ¿2-6 e1 E13 S31 3111131111311 1115 1111111111111 11 111 re 39

1.7.2 Máy đo trị số octan và các thông số của máy, - 2c s+x+esrsccee 40

1.7.3 Các chất chuẩn và thuốc thử s-csecrxrrrtrtrtrrrrrrrrrrrrrrrrrrrtred 42

1.7.4 Các đặc tính thay đổi của phép đo trị số ocfan - 2s s+s+ssxsesee 42

1.8 Giới thiệu phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS 44

1.8.1 Nguyên tắc đo A AS - <cc 11 3T 121211 1117113111111 11151110 cke, 44 1.8.2 Các yếu tô ảnh hưởng đến phép đo . 2-6-5252 S22 cerrkerrsered 45 1.8.3 Khái niệm về độ nhạy + - ¿+ kẻ +E£ SE £EEEEEEEEHxcETx E cxrkrkrki 46

“SN nà 0 52 2.5.1 Xác đinh trị s6 octan ctla XING vee ceeeecccsseccsesessssesecsesessesesscsesssstsessssteseans 52 2.5.2 Xác định hàm lượng kim loại trong xăng - 5 5< 5S sex 60

CHƯƠNG 3: KÉT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ -7c-5cc+2ccszreerrree2 57 B.D Kt Wan occ .ÔỎ 57 3.2 Kiém 0ghii on ,Ô 57

Iisi08088I9 59

IV.\80120957 108.427.0007 65

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Chu trình hoạt động của động cơ bốn thì - - - -‹ 8 _Hinh 1.2: May do tri SG OCtAN .ceccececececccececececececececesesesesesecesescecceacseacseaescaravaceees 24 Hình 1.3: Đường đặc trưng của tri số octan nghiêm cứu theo số đọc của bộ đếm bằng số 27

Hình 1.4: Tác động điển hình của tỷ lệ nhiên liệu - không khí đối với cường độ

gõ 28

Hình 1.5: Máy đo quang phô hấp thụ nguyên tử 29

Hình 2.2: Thiết bị pha nhiên liệu chuẩn đầu và nhiên liệu so sánh 36

Hình 2.3: Bộ đếm của tỷ số nén -. ce‹ csc s12 39

Hình 2.4: Đồng hồ đo áp suất và nhiệt độ - ‹ - ‹ - < -=s << «+ 39

Hình 2.5: Đồng hồ đo kích nỗ - - -‹ c= << << s2 sscs+ 40

Hình 2.6: Thiết bị đo độ gõ - - -‹ -‹ cc=cccc cscssccncss*eese 40

Hình 2.7: Hệ thống bình chứa nhiên liệu mẫu và nhiên liệu so sánh 40 Hình 2.8: Biểu đồ so sánh trị số octan của một số mẫu xăng 92 với tiêu chuẩn 42

Hình 2.9: Biêu đô so sánh trị sô octan của một sô mâu xăng

95 với tiêu chuân << <<sssssssssssssssssss 43

Hình 2.10: Cường độ của các bước sóng đặc trưng của Pb44 Hình 2.11: Cường độ của các bước sóng đặc trưng của Mn

44 Hình 2.12: Cường độ của các bước sóng đặc trưng của Fe44

Hình 2.13: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa độ hấp thu và nồng độ Pb 46 Hình 2.14: Biểu đồ so sánh hàm lượng Pb trong một số mẫu xăng 92 với hàm lượng tiêu

Hình 2.15: Biểu đồ so sánh hàm lượng Pb trong một số mẫu xăng 95 với hàm

n0 ce cc ceccceecccecccueceuecccucecaeceeuecaecesaecesaceaeceuaeesaceueeeuaes senses eeeeeneess 49

Hình 2.16: Đồ thị biéu dién méi quan hé gitra d6 hap thu va néng d6 Mn 50 Hình 2.17: Biểu đồ so sánh hàm lượng Mn trong một số mẫu xăng 92 với ham

Hình 2.19: Đồ thị biêu diễn mối quan hệ giữa độ hấp thu và nông độ Pb 54

Hình 2.20: Biểu đồ so sánh hàm lượng Pb trong một số mẫu xăng 92 với hàm lượng tiêu

DANH MUC BANG

Bảng 1.1: Sự phân bố các cấu tử theo số nguyên tử cacbon và theo ho

hydrocacbon của một loại xăng super thương phẩm 3 Bảng 1.2: Sự phân bố các cấu tử theo số nguyên tử cacbon và theo họ hydrocacbon của một loại xăng thường thương phẩm . - 5-5 255: 4

Bang 1.3: Dac trưng xăng của quá trình cracking xúc tác 29

Bảng 1.44: Các đặc tính kỹ thuật và thông tin cua may 25

Bảng 2.1 : Thiết bi và nước sản Xuất ¿- 25+ SxS*cESEtckeEEErrerkrkrrkee 33

Bảng 2.2 : Hóa chất và nước sản xuất .-. c‹cc« c2 33

Bảng 2.3 : Trị sô octan của nhiên liệu chuẩn TSF, khoang dung sai điều chỉnh và khoảng đo của trị số octan của nhiên liệu mẫu . + s2 + E E3 8E E xe: 36

Bảng 2.4: Các thông sô vận hành chuân cua may do tri so

octan 37

Bảng 2.5 : Kêt quả chuân hóa máy do tri so octan 38

Bảng 2.6: Kết quả trị số octan của một số mẫu xăng thương phẩm M92 41 Bảng 2.7: Kết quả trị số octan của một số mẫu xăng thương phẩm M95 42 Bảng 2.8: Độ hấp thụ của các dung địch chuẩn chì 2-5 ccscxcxec«e 46

Bảng 2.9: Bảng kiểm tra độ nhạy và giới hạn phát hiện của của Pb 47

Bảng 2.10: Hàm lượng chì trên một sô mâu xăng thương

Bảng 2.11: Hàm lượng chì trên một sô mâu xăng thương

Bảng 2.12: Độ hấp thụ của các dung dịch chuẩn mangan 50

Bang 2.13: Bang kiểm tra độ nhạy và giới hạn phát hiện cua cua Mn 51

Bảng 2.14: Hàm lượng Mn trong một số mẫu xăng M92 5I

Bảng 2.15: Hàm lượng Mn trong một số mẫu xăng M95 52 Bang 2.16: DO hap thụ của các dung dịch chuẩn sắt 53 Bảng 2.17: Bảng kiểm tra độ nhạy và giới hạn phát hiện của của Fe 54

Bảng 2.18: Hàm lượng Fe trong một số mẫu xăng M92 55

Bảng 2.19: Hàm lượng Fe trong một sô mẫu xăng M95 55

DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TAT

- RON: Research octan number

- HDS: Hydrodesunfua

- MTBE: Metyl Tertbutyl Ether

- MON: Motor octan number

- TSF: Nhién liéu toluene chuẩn

- _ PRE: Nhiên liệu chuẩn đầu

CHUONG 1

TONG QUAN

CHƯƠNG 1: TONG QUAN

1.1 Xăng nhiên liệu

1.1.1 Giới thiệu chung

Nhiên liệu dùng cho động cơ xăng được gọi là xăng, đây là một hỗn hợp chứa nhiều các hợp chất khác nhau Khi nghiên cứu về thành phần hoá học của đầu mỏ, phân đoạn đầu mỏ nói chung hay của xăng thương phẩm nói riêng người ta thường chia thành phần của nó thành hai nhóm chất chủ yếu đó là các hợp chất hydrocacbon và các hợp chất phi hydrocacbon

Nhiên liệu cho động cơ xăng là một sản phẩm quan trọng của nhà máy lọc dầu, nó đã trở thành một mặt hàng quen thuộc trong đời sống sinh hoạt hàng ngày của con người cũng như hoạt động sản xuất trong công nghiệp

Động cơ xăng ra đời sớm hơn động cơ Diesel (được phát minh ra đồng thời ở

Pháp và Đức vào khoảng 1860), nó đã phát triển mạnh mẻ từ sau những năm 50 của

thế kỷ trước Với nền công nghiệp chế tạo ô tô hiện đại như ngày nay đã cho ra đời nhiều chủng loại với công suất khác nhau và được áp dụng trong nhiều lĩnh vực của

đời sống sản xuất và sinh hoạt của con người

Cùng với sự gia tăng về số lượng động cơ xăng, nhu cầu về xăng nhiên liệu ngày càng tăng nhanh, điều này đã mang đến cho các nhà sản xuất nhiên liệu những

cơ hội và cả những thách thức mới, bởi trong thực tế, bên cạnh những lợi ích mà động cơ này mang lại cho con người thì đồng thời nó cũng thải ra môi trường một lượng lớn các chất độc hại làm ánh hưởng đến sức khoẻ và cả môi trường sinh thái

Vì vậy xăng thương phẩm bắt buộc phải bảo đảm được các yêu cầu không những liên quan đến quá trình cháy trong động cơ, hiệu suất nhiệt mà còn phải bảo đảm các yêu cầu về bảo vệ môi trường

Thông thường xăng thương phẩm cần đạt được các yêu cầu cơ bản như sau:

Khởi động tốt khi đang ở nhiệt độ thấp, động cơ hoạt động không bị kích nỗ, không kết tủa, tạo băng trong bình chứa và cả trong bộ chế hoà khí, không tạo nút hơi

trong hệ thống cung cấp nhiên liệu, đầu bôi trơn bị pha loãng bởi xăng là ít nhất, trị

số octan ít bị thay đổi khi thay đổi tốc độ động cơ, các chất độc hại thải ra môi trường càng ít càng tốt

Xăng nhiên liệu thu nhận được trong các nhà máy lọc dầu, ban đầu chỉ từ phân xưởng chưng cất khí quyền, tuy nhiên hiệu suất thu xăng từ quá trình này rất thấp chỉ vào khoảng 15% khối lượng đầu thô ban đầu Khi nhu cầu về xăng tăng lên thì phân đoạn này không đủ để cung cấp cho các nhu cầu thực tế, vì vậy bắt buộc

con người phải chê biên các phân thu khác nhăm thu hôi xăng với hiệu suât cao hơn, điêu này đã làm xuât hiện các phân xưởng khác như phân xưởng cracking, alkyl hoa

Ngoài lý do vừa nêu ở trên thì đo yêu cầu về hiệu suất của động co ngày càng tăng và chất lượng xăng ngày càng cao nên các nhà sản xuất nhiên liệu phải đưa ra nhiều quá trình sản xuất khác nhằm đảm bảo các yêu cầu của xăng thương phẩm

Thực tế trong các nhà máy lọc đầu hiện nay xăng thương phẩm được phối

trộn từ những nguồn sau: Xăng của quá trình cracking xúc tác, xăng của quá trình reforming xúc tác, xăng chưng cất trực tiếp, xăng của quá trình isomer hoá, xăng của quá trình alkyl hóa, xăng của quá trình giảm nhớt, cốc hoá, các quá trình xử lý bằng hydro, xăng thu được từ các quá trình tổng hợp như Methanol, Ethanol,

MBTE

Nói chung, hai loại đầu tiên là các nguôn chính đê phôi trộn, phân còn lại phụ thuộc vào yêu câu vê chât lượng của xăng và yêu câu của từng Quôc gia mà nguôn nguyên liệu và hàm lượng của nó được chọn khác nhau

1.1.2 Thành phân hóa học của xăng nhiên liệu

Như phần trên vừa nêu, xăng thương phẩm không phải là sản phẩm của một quá trình nào đó trong nhà máy lọc đầu mà nó là một hỗn hợp được phối trộn cần thận từ một số nguồn khác nhau, kết hợp với một số phụ gia nhằm đảm bảo các yêu cầu hoạt động của động cơ trong những điều kiện vận hành thực tế và cả trong các điều kiện vận chuyên, tồn chứa và bảo quản khác nhau

Thành phần hoá học chính của xăng là các hydrocacbon có số nguyên tử từ

C, + C;; thậm chí có cả các hydrocacbon nang hon nhu C,,,C,,,C,, Ngoai ra trong thành phần hoá học của xăng còn chứa một hàm lượng nhỏ các hợp chất phi

hydrocacbon của Lưu huỳnh, Nitơ và Oxy Với số nguyên tử cacbon như trên, trong thành phần của xăng chứa đây đủ cả ba họ hydrocacbon và hầu như các chất đại điện cho các họ này đều tìm thấy trong xăng

Mặc dù trong thành phần của dầu mỏ ban đầu không có các hợp chất không

no như Olefñn nhưng trong quá trình chế biến đã xãy ra quá trình cắt mạch hình thành nên các hợp chất đói này, do đó trong thành phần hoá học của xăng thương

phẩm còn có mặt các hợp chất đói

Bảng 1.1: Sự phân bố các cấu tử theo số nguyên tử cacbon và theo họ hydrocacbon

của một loại xăng super thương phẩm

nguyên tử cacbon Parafin Naphten Olefin Diolefin | Aromatic Tong

Bảng 1.2: Sự phân bố các cầu tử theo số nguyên tử cacbon và theo họ hydrocacbon

của một loại xăng thường thương phẩm

Các cấu tử không xác định chiếm 0.4%

1.1.2.1 Thành phần hydrocacbon trong xăng

a) Hydrocacbon parafin

Các Hydrocacbon parafin có công thức tông quát là CaHạn,¿, trong đó n là SỐ nguyên tử cacbon có trong mạch Vẻ cấu trúc thì Hydrocacbon trong xăng có hai

loại, loại cầu trúc mạch thăng còn gọi là n-parafin và loại có câu trúc mạch nhánh

còn gọi là iso-parafin Các hydrocacbon parafin C; ;C¡o với câu trúc nhánh là những câu tử tôt của xăng vì làm cho xăng có khả năng chông kích nô cao ( 1so-

octan có trị số octan bằng 100) Trong khí đó n-parafin lại có tác dụng xấu cho khả

năng chống kích nỗ (n-heptan có trị số octan bằng 0)

nó có tính chống kích nỗ cao cho xăng

d) Họ aromatic

Hydrocacbon thơm có công thức tổng quát là CaHạ„¿, có cẫu trúc vòng 6 cạnh, đặc trưng là benzen và các dẫn xuất có mạch ankyl đính bên Hydrocacbon thơm là câu tử có trị số octan cao nhất nên chúng là những cẫu tử quý của xăng 1.1.2.2 Thành phần phi hydrocacbon trong xăng

Trong xăng, ngoài các hợp chất hydrocacbon kê trên còn có các hợp chất phi hydrocacbon như các hợp chất của O›, N¿, S Trong các hợp chất này thì người ta quan tâm nhiều đến các hợp chất của lưu huỳnh vì tính ăn mòn và ô nhiễm môi trường của nó Trong xăng, lưu huỳnh chủ yếu tồn tại chủ yếu ở dạng mercaptan (RSH), hàm lượng của nó phụ thuộc vào nguồn gốc của dầu thô có chứa ít hay nhiều lưu huỳnh và hiệu quả quá trình xử lý HDS

Các hợp chất của các nguyên tử khác có hàm lượng chủ yếu ở dạng vết, trong đó nitơ tôn tại chủ yếu ở đạng pyridin còn các hợp chất của oxy thì rất ít và chúng thường ở đạng phenol và đồng đăng

1.1.3 Dac điểm của các nguồn xăng phối trộn

1.1.3.1 Xăng của quá trình Reforming xúc tác

Reforming là một trong số các quá trình quan trọng của công nghiệp chế biến dầu Vai trò của quá trình này không ngừng được tăng lên do nhu cầu về xăng có chất lượng cao và yêu cầu nguyên liệu tổng hợp cho hóa dầu ngày càng nhiều

Quá trình Reforming thường dùng nguyên liệu là phân đoạn xăng có trị số

octan thấp không đủ tiêu chuẩn của nhiên liệu xăng cho động cơ xăng Đó là phân

đoạn xăng của quá trình chưng cất trực tiếp dầu thô hay từ phân đoạn xăng của quá

trình Cracking nhiệt, cốc hóa hay vibreking

Reforming xúc tác là quá trình biến đổi các thành phần hydrocacbon của nguyên liệu mà chủ yếu là naphten và parafin thành hydrocacbon thơm có trị số octan cao nên đây là nguồn nguyên liệu chính để pha trộn xăng có chất lượng cao

và RON = 95-102

1.1.3.2 Xăng của quá trình Cracking xúc tác

Cracking xúc tác là một quá trình chế biến dầu mỏ nhằm thu được xăng có trị

số octan cao dùng cho xăng otô hay xăng máy bay từ nguyên liệu là phần cất nặng hơn chủ yếu từ quá trình chưng cất trực tiếp AD và VD Qúa trình cracking xúc tác

đã được nghiên cứu từ cuối thế kỷ XIX nhưng mãi đến năm 1923, một kỹ sư người pháp tên là Houdry mới để nghị đưa quy trình vào áp đụng vào công nghệ và năm

1936 nhà máy cracking xúc tác đầu tiên ra đời

Ngày nay, quá trình cracking xúc tác là một quá trình không thể thiếu trong các nhà máy lọc dầu Quá trình xãy ra theo cơ chế ion cacboncation và đưới sự chọn lọc cao của chất xúc tác nên sản phẩm của quá trình chứa nhiều cấu tử quý của xăng Đây là nguồn cho xăng lớn nhất trong nhà máy lọc dầu Trị số octan của xăng này khoảng 87- 95 tuỳ theo điều kiện công nghệ Thành phan hóa học chứa tới 15-

30 % hydrocacbon olefin Sự có mặt của của các olefin này chính là nguyên nhân

làm mất tính ổn định của xăng

Bảng 1.3: Đặc trưng xăng của quá trình cracking xúc tác

1.1.3.3 Xăng chưng cất trực tiếp

Phân xưởng chưng cất ở áp suất khí quyển là một phân xưởng quan trọng nhất trong nhà máy lọc dầu có nhiệm vụ phan chia dau thé thanh nhiéu phan doan khác nhau Phần hơi thu được ở đỉnh sau khi ổn định ta sẽ thu được xăng Loại xăng chưng cất trực tiếp này có chỉ số octan thấp khoảng 54- 65 nên chỉ dùng một lượng

ít để phối trộn còn phần chính được phân chia thành xăng nhẹ (chủ yếu Cs và Cạ) và

xăng nặng Phần xăng nhẹ thường làm nguyên liệu cho quá trình isomer hoá còn phần xăng nặng làm nguyên liệu cho quá trình reforming xúc tác

1.1.3.4 Quá trình alkyl hóa

Quá trình alkyl hóa là một quá trình quan trọng trong nhà máy lọc dầu nhằm chế biến các Olefin nhẹ và iso butan thành cấu tử xăng có trỊ số octan cao nhất đó là iso — parafin mà chủ yếu là iso-octan Alkylat nhận được là cẫu tử tốt nhất để pha trộn tạo xăng cao cấp trong các nhà máy lọc dầu vì nó có trị số octan cao và độ nhạy nhỏ (RON > 96, MON > 94), áp suất hơi thấp Điều đó cho phép chế tạo được xăng theo bất cứ công thức pha trộn nào Ngoài ra, khi Alkyl hóa Benzen bằng olefin nhẹ ta cũng sẽ thu được Alkyl benzene có trị số octan cao dùng để pha chế xăng hoặc dùng để tổng hợp hữu cơ hóa dầu

Ngày nay, qua trinh alkyl hóa được sử dụng phổ biến ở các nước trên thế

giới Với quá trình này, người ta đã tạo ra một nguồn phối liệu có trị số octan cao

hầu như không có tạp chất và các hợp chất aromatic đáp ứng yêu cầu sản suất xăng sạch bảo đảm các yêu cầu về động cơ và môi trường

1.1.3.5 Các nguôn phối liệu khác

Ngoài các nguồn chính trên thì xăng còn được phối liệu từ các nguồn khác như: xăng giảm nhớt, xăng cốc hóa đây là các sản phẩm phụ của các quá trình

Đặc điểm của xăng này là hàm lượng các hợp chất phi hydrocacbon lớn, xăng kém

ôn định vì chứa lượng lớn các hợp chất không no

Cùng các loại xăng trên thì ngày nay khi yêu cầu về việc giảm các chất gây ô nhiễm môi trường trong khói thải của động cơ càng khắt khe thì việc dùng các cấu

tử được tổng hợp từ các phản ứng hoá học có trị số octan cao như: MTBE, methanol, ethanol Để phối trộn xăng thương phẩm cũng đang được áp dụng rộng ral

1.2 Nguyên tắc hoạt động và đặc điểm của động cơ xăng

1.2.1 Nguyên tắc hoạt động của động cơ xăng

Động cơ xăng là một động cơ nhiệt dùng để biến năng lượng hoá học của nhiên liệu khi bị đốt cháy thành năng lượng cơ học dưới dạng chuyển động quay Động cơ này làm việc theo nguyên tắc một chu trình gồm bốn giai đoạn: nạp, nén, cháy nỗ và giản nở sinh công, thải khí cháy ra ngoài Sơ đồ nguyên lý như sau:

Kỳ nén Kỳ cháy - giãn nở

Hình 1.1: Chu trình hoạt động của động cơ bốn thì

425°C Với điều kiện nhiệt độ và áp suất như vậy đồng thời với sự có mặt của oxy

không khí các hydrocacbon có trong thành phần của xăng đều bị biến đổi sâu sắc và

với nhiều mức độ khác nhau theo chiều hướng biến thành các hợp chất chứa oxy

không bền vững (các peroxyd, các aldehyd v.v )

1.2.1.3 Kỳ cháy và giản nở sinh công

Đến cuối quá trình nén, nến điện điểm lửa, lúc đó hỗn hợp nhiên liệu tức

khắc bị đốt cháy một cách mãnh liệt Tuy nhiên sự cháy bao giờ cũng bắt đầu từ nến

điện và quá trình cháy không phải đồng thời trong cả không gian xilanh mà, theo

từng lớp lan dẫn ra trong khắp xilanh tạo thành một mặt lửa lan truyền Bẫy giờ hỗn hợp nhiên liệu trong xilanh coi như được chia làm hai phần Phần nằm ở khu vực phía trong mặt lửa, ở đây chủ yếu chứa các sản vật của các hydrocacbon đã bị cháy

tạo ra nhiệt độ cao và áp suất cao trong xilanh, phan nam 6 khu vuc phia ngoai mat

lửa, ở day bao gồm những nhiên liệu chưa bốc cháy, nhưng chịu một nhiệt độ cao

và áp suất cao do quá trình cháy ở khu vực phía trong mặt lửa tạo ra, nên đã ở trạng thái sẵn sàng bốc cháy khi mặt lửa lan truyền hết không gian xilanh Kết quả của quá trình cháy trong xilanh là tạo ra nhiệt độ cao và do đó áp suất trong xilanh có

thể lên đến 25-50 kg/cm” Nhờ vậy piston bị đây di chuyển từ vị trí điểm chết trên

xuống điểm chết dưới, thực hiện quá trình giản nở sinh công, làm chuyển động cơ cầu thành truyền trục khuýu của động cơ

1.2.1.4 Kỳ xã

Sau giai đoạn giản nở sinh công, xupap thải mở ra, piston ổi từ điêm chêt dưới lên điệm chết trên, thực hiện quá trình đuôi sản vật cháy ra ngoài, đê chuân bi nạp hôn hợp công tác mới vào xilanh thực hiện tiêp tục một chu trình làm việc mới

Tóm lại, một chu trình làm việc của động cơ xăng bao gồm 4 giai đoạn (hoặc còn gọi là 4 hành trình): giai đoạn nạp hỗn hợp nhiên liệu và không khí trong xilanh, giai đoạn nén hỗn hợp nhiên liệu và không khí trong xilanh, giai đoạn đốt cháy nhiên liệu và giản nở sinh công, giai đoạn thải sản vật cháy ra ngoài Trong bốn hành trình này chỉ có một hành trình cháy và giãn nở là sinh công, còn ba hành

trình khác thì phải tiêu tốn công

1.2.2 Dac điểm của động cơ xăng

Từ việc phân tích hoạt động của động cơ xăng ở trên ta rút ra được những đặc điêm của động cơ này như sau:

Nhiên liệu trước khi nạp vào xylanh nó đã được phối trộn với không khí để tạo hỗn hợp cháy, như vậy độ bay hơi của xăng trong buồng cháy không phải là vấn

đề lớn ảnh hưởng đến chất lượng của quá trình cháy Quá trình cháy của nhiên liệu chỉ được thực hiện khi bugie bat lửa hoặc khi màng lửa lan truyền đến

Khi bugie bật lửa thì quá trình cháy bắt đầu, lúc này hỗn hợp trong buông cháy được chia thành hai phân: Phần thứ nhất là khí cháy, phần thứ hai là hỗn hợp

của không khí và nhiên liệu chưa cháy (hỗn hợp công tác), trong điều kiện nhiệt độ

và áp suất cao với sự có mặt của oxy không khí thì các hydrocacbon của nhiên liệu

sẻ bị biến đổi một cách sâu sắc, cụ thê là chúng sẽ bị oxy hoá để tạo thành các hợp chất có khả năng tự bốc cháy khi mặt lửa chưa lan truyền đến Trong trường hợp này, nếu như phần nhiên liệu tự bốc cháy nhiều thì nó sẽ làm tăng áp suất trong buồng cháy một cách đột ngột và gây ra những sóng xung kích va đập vào piston, xylanh tạo ra những tiếng gõ kim loại Hiện tượng này được gọi là hiện tượng cháy

kích nô

1⁄3 Chỉ tiêu chất lượng của xăng

Ngày nay, động cơ đã trở thành một bộ phận quan trọng trong đời sống sản xuất và sinh hoạt của con người Bên cạnh những lợi ích to lớn mà chúng mang lại thì động cơ cũng đồng thời thải một lượng rất lớn chất độc hại ra môi trường gây ảnh hưởng đến sức khoẻ con người và ảnh hưởng xấu đến môi trường sinh thái Vì vậy cần thiết phải đặt ra những quy định nhằm hạn chế việc thải các chất độc hại và thực hiện các quy định này một cách nghiêm túc

Ở góc độ của nhiên liệu thì cần phải đặt ra cho xăng thương phẩm những chỉ tiêu nhằm bảo đảm được chất lượng đối với người sử dụng và hạn chế được lượng

chất độc hại trong khói thải Các chỉ tiêu chất lượng của xăng bao gồm:

1.3.1 Trị số octan

Mỗi loại xăng đều chịu được một tỷ số nén nhất định mà ta goi 1a ty số nén tới hạn, tại tỷ số nén đó quá trình cháy của động cơ diễn ra bình thường mà chúng ta gọi là quá trình cháy cưỡng bức Tuy nhiên, trong điều kiện hoạt động của động cơ xăng chịu một tỷ số nén cao hơn tỷ số nén tới hạn sẽ xãy ra quá trình tự bốc cháy hay chúng ta thường gọi là hiện tượng cháy kích nỗ Quá trình cháy kích nỗ làm áp suất trong buồng đốt tăng lên đột ngột gây ra những tiếng gõ trong động cơ, gây mài mòn thiết bị và để đặc trưng cho khả năng chống gõ của xăng ta dùng một đại lượng đó là trị số octan của xăng Trị số octan là một chỉ tiêu quan trọng hàng đầu

và nó là một thông số quan trọng đối với các nhà sản xuất động cơ, các nhà máy lọc dầu cũng như nhà tiêu đùng các sản phẩm xăng thương phẩm

1.3.2 Hàm lượng kim loại

Các hợp chất của kim loại được pha vào xăng nhằm cải thiện trị số octan của xăng, các hợp chất thường dùng là các hợp chất của các kim loại như Pb, Fe và Mn Tuy nhiên hàm lượng kim loại trong xăng chỉ giới hạn ở một mức nồng độ cho phép

để không gây ra tác động xấu đến môi trường cũng như đến sức khỏe con người 1.3.3 Ty trong

Tỷ trọng của một chất lỏng là tỷ số giữa khối lượng riêng chất đó so với khối lượng riêng của nước được đo ở trong những điều kiện nhiệt độ xác định Như vậy

tỷ trọng là một đại lượng không có thứ nguyên Tỷ trọng có những ý nghĩa nhất

định trong việc điều khiển độ giàu khi bắt đầu khởi động động cơ, ảnh hưởng trực

tiếp lên nhiệt chảy thể tích đo đó ảnh hưởng lên sự tiêu thụ riêng của nhiên liệu, cụ thể khi tỷ trọng tăng lên thì suất tiêu thụ riêng giảm xuống

1.3.4 D6 bay hoi

Như chúng ta đều biết xăng thương phẩm là một hỗn hợp của nhiều các hợp chất hydrocacbon có nhiệt độ sôi thay đối trong khoảng rộng Thực tế, trong khoảng phân đoạn của nó thì ở nhiệt độ nào cũng có những hydrocacbon bay hơi, nhưng ở một nhiệt độ nhất định thì cường độ bay hơi của các cấu tử khác nhau là không giống nhau Tính chất bay hơi của xăng có ý nghĩa rất lớn trong quá trình bảo quản, vận chuyên cũng như trong quá trình sử dụng Vì vậy độ bay hơi của xăng là một tính chất hết sức quan trọng Tính bay hơi này được đặc trưng bằng những tính chất như: Thành phần cất, áp suất hơi bão hoà, điểm chớp cháy Nhờ nó mà ta có thể đánh giá sơ bộ về thành phần, sự phân bố của các cấu tử trong xăng, khả năng bay

hơi gây mât mát và mức độ an toàn trong quá trình vận chuyên cũng như bảo quản

và sử dụng

1.3.5 Độ ôn định oxy hóa

Trong quá trình vận chuyển và bảo quản dầu thô cũng như sản phẩm của nó

thường tiếp xúc với không khí nên các hydrocacbon để bị oxy hoá tạo thành các sản phẩm nặng hơn và thường gọi là nhựa, các hợp chất này thường gây ra nhiều ảnh hưởng xấu đến quá trình hoạt động của động cơ như: Làm tắc nghẽn lưới lọc trong bơm nạp liệu, tạo cặn trong các rãnh của piston và trên xecmăng Đề đặc trưng cho

khả năng chống lại quá trình oxy hoá người ta đùng khái niệm độ Ôn định oxy hoá,

nó có thể được xác định theo nhiều phương pháp khác nhau

1.3.6 Hàm lượng lưu huỳnh

Trong phân đoạn xăng thu được từ quá trình chưng cất khí quyến hay trong

xăng thương phẩm thì hàm lượng lưu huỳnh không nhiều, chúng có thể tồn tại dưới

nhiều đạng khác nhau tuỳ theo nguồn gốc phối trộn Trong các dạng tồn tại này thì

người ta quan tâm nhiều nhất đến hợp chất mercaptan (có trong phân đoạn xăng chưng cất trực tiếp) vì đây là hợp chất có khả năng gây ăn mòn trực tiếp các thiết bị trong tồn chứa bảo quản, vận chuyên cũng như sử dụng trong động cơ Mặc đù hàm lượng các hợp chất này không lớn trong thành phần của xăng nhưng nó gây ra nhiều ảnh hưởng xấu đến chất lượng của xăng như vừa Tiêu ở trên Khi cháy trong động CƠ chúng tạo ra khí SO,, khí này sau đó có thê chuyên một phân thành SO,, các chât khí này sẽ tạo thành các axit tương ứng khi nhiệt độ xuống thấp, đây là các chất gây

ăn mòn rất mạnh Ngoài ra khí theo khói thải ra ngoài các chất khí này sẽ làm nhiễm độc xúc tác trong bộ hệ thông xử lý khí thải và gây ô nhiễm môi trường khi thải ra khi quyến

1.3.7 Hàm lượng Benzen

Như chúng ta đã biết benzen là một chất độc nó có thể gây chết người khi ở trong môi trường có hàm lượng benzen cao, với nồng độ thấp thì benzen có thể gây

ra căn bệnh ung thư cho con người Quá trình cháy trong động cơ thường không

hoàn toàn bởi điều kiện cháy trong động cơ khá đặc biệt Trong khí thải của động cơ

ngoài các khí CO,, H,O,N, còn có thêm một sô các chât khác như CO, NO,, SO,,

các hydrocacbon chưa cháy, bồ hống Hydrocacbon chưa cháy thực chất là một

hỗn hợp các hợp chất hữu cơ như benzen, butadien, formaldehyd, acetaldehyd

các hợp chất này khi thải ra môi trường đều có hại cho con người và môi trường

sinh thái, điều này bắt buộc con người phải xử lý nó

Có nhiều phương pháp nhằm hạn chế các chất ô nhiễm này như cải tiến câu trúc của động cơ, khống chế điều kiện làm việc tối ưu hay cải thiện chất lượng của nhiên liệu Trong các giải pháp này thì hai giải pháp đầu tiên rất khó làm giảm hàm lượng benzen trong khí thải vì benzen là một chất khó cháy nhất trong các hợp chất

này Vì những lý đo này mà người ta bắt buộc phải khống chế hàm lượng benzen và

cả hàm lượng các hợp chất aromatic trong nhiên liệu

Trong các chỉ tiêu trên thì trị số octan và hàm lượng kim loại trong xăng là hai chỉ tiêu được quan tâm nhiều nhất hiện nay bởi nó ảnh hưỡng lớn đến chất lượng của xăng thương phẩm

1.4 Hiện tượng kích nỗ và trị số octan

1.4.1 Hiện tượng kích nỗ

Khi bugie bật lửa thì quá trình cháy của nhiên liệu trong buồng cháy mới được bắt đầu tại bugie con phan nhiên liệu nằm ở vị trị khác chỉ được cháy khi màng lửa lan truyền đến Tuy nhiên trong thực tế có một phần nhiên liệu trong buông cháy bị oxy hoá dẫn đến quá trình tự bắt cháy khi màng lửa chưa lan truyền

đến Nếu như phần nhiên liệu tự bắt cháy này đủ lớn để làm tăng nhiệt độ và áp suất

trong buồng cháy một cách đột ngột và tạo ra những sóng xung kích va đập vào piston, xylanh tạo ra những tiếng gõ kim loại thì quá trình cháy này được gọi là

cháy kích nô

Như vậy, trong buồng cháy luôn tồn tại một sự cạnh tranh giữa quá trình cháy do màng lửa lan đến (cháy cưỡng bức) và quá trình tự bốc cháy, quá trình cháy

nào chiếm ưu thế là phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau Nhiên liệu ảnh hưởng

lên quá trình cháy kích nỗ này được thể hiện thông qua một khái niệm gọi là trị số

octan

1.4.1.1 Bản chất của hiện tượng kích nỗ

Quá trình cháy trong động cơ xăng được xem là bình thường nếu các mặt lửa lan truyền trong xilanh với tốc độ đều đặn khoảng 15-40 m/s Nhưng khi mặt lửa lan truyền với vận tốc quá lớn, nghĩa là sự cháy xãy ra hầu như cùng một lúc trong xylanh ngay sau khi nến điện điểm lửa, quá trình cháy này được xem như không

bình thường và được gọi là hiện tượng cháy kích nỗ

Bản chất của hiện tượng cháy kích nỗ này rất phức tạp, có nhiều quan điểm

giải thích khác nhau, nhưng nguyên nhân của nó chính là do quá trình biến đổi hóa

học một cách sâu sắc của nhiên liệu chưa bị cháy nằm trong khu vực phía trước mặt lửa Ở đây, nhiệt độ cao do bức xạ của mặt lửa vì vậy áp suất cũng tăng lên rất lớn

Trong điều kiện như vậy, những hydrocacbon ít bền với nhiệt thì sẽ bị phân huỷ,

những hợp chất nào dễ bị oxy hoá nhất thì tạo ra nhiều hợp chất chứa oxy như các axit, rượu, aldehyd, ceton Tuy nhiên hợp chất chứa oxy kém bên nhất đáng chú ý là

các peroxyd va các hydroperoxyd Có lẽ chính những hợp chất không bền này là nguồn gốc gây ra các phản ứng chuỗi dẫn đến sự tự oxy hoá và tự bốc cháy ngay

trong không gian trước mặt lửa khi mặt lửa chưa lan truyền đến

Người ta nhận thấy, nếu xăng chỉ chứa chủ yếu các n-parafin thì nó rất dễ bị oxy hóa ngay ở nhiệt độ thấp nên khi chúng nằm trong không gian phía ngoài mặt

lửa, chúng đã bị oxy hoá mãnh liệt, tạo nhiều sản phẩm trung gian đưa đến hiện

tượng kích nỗ Ngược lại đối với các nhiên liệu chỉ chứa chủ yếu các iso-parafin, aromatic, nó chỉ bị oxy hoá khi ở nhiệt độ cao, nên khi nằm trong không gian phía ngoài mặt lửa, chúng vẫn bị oxy hoá chậm chạp, các sản phẩm trung gian không

bền được tạo ra ít cho nên khó gây ra hiện tượng kích nô, hoặc có kích nỗ cũng yếu

ớt

Khi nhiên liệu động cơ bị cháy kích nỗ mặt lửa lan truyền với vận tốc rất

nhanh (có thể đạt 300 m/s) nhiệt độ rất cao, áp suất tăng vọt kèm theo hiện tượng

nỗ, tạo nên các sóng xung kích đập vào xilanh piston gây nên những tiếng gõ kim

loại khác thường Do vậy mà bị tôn hao công suất, động cơ quá nóng và giảm nhanh tuổi thọ tạo nhiều chất độc trong khói thải của động cơ Quá trình cháy bị kích nỗ

như vậy chủ yếu phụ thuộc vào thành phần của nhiên liệu, đo đó tính chất của nhiên

liệu có khả năng chống lại sự kích nỗ khi cháy trong động cơ xăng được xem là một tính chất quan trọng nhất

1.4.1.2 Ảnh hưởng của hydrocacbon đến quá trình cháy kích nỗ của động cơ

Khả năng chống kích nỗ khi cháy trong động cơ của các hydrocacbon thay đổi khác nhau tùy theo loại và tùy theo đặc điểm cấu trúc của nó

a) Doi voi hydrocacbon parafin

- _ Khi có cùng một cẫu trúc loại thăng, thì mạch càng dài càng dễ bị cháy

nỗ, khả năng chống kích nỗ càng kém

- _ Khi tăng số lượng nhánh phụ để giảm chiều dài mạch thì khả năng chống kích nỗ lại tăng lên Như vậy các iso-parafin bao giờ cũng có khả năng chống kích nỗ cao hơn các n-parafin có cùng một số nguyên tử cacbon tương ứng, đồng thời các iso-parafin nào trong số đó càng có nhiều nhóm

metyl, khả năng chống kích nỗ càng cao

Doi voi cdc olefin:

Kha năng chông kích nô của các olefin năm trung gian giữa n-parafin và isO-parafin

Tang chiéu dai cua mach cacbon, kha nang chong kích nô càng giảm

Khi có cùng một chiêu dai mach cacbon như nhau, nhưng khi nôi đôi

càng chuyên dân vào giữa mạch, khả năng chông kích nô càng tăng lên Các olefin có mạch nhánh cũng có khả năng chống kích nỗ cao hơn các loại mạch thẳng

Các olefin không kê đên vị trí của nôi đôi, cũng như kích thước phân tử của nó, khi chúng có mạch cacbon no với độ dài như nhau, khả năng chông kích nô của chúng vần như nhau

Các diolefin (trừ 1-3 butadien) cũng có khả năng chống kích nỗ cao hơn các n-parafin tương ứng Khi nối đôi chuyển vào giữa mạch, cũng như

khi nôi đôi nằm liên hợp với nhau (cách đều) khả năng chống kích nỗ

tăng lên

Đối với các naphien:

Khả năng chống kích nỗ kém hơn so với các olefin mạch thắng có cùng

số nguyên tử cacbon (chỉ trừ cyclopentan có khả năng chống kích nỗ cao

hơn các đồng phân ơ-olefin C5) Khi số vòng naphten tăng lên khả năng

chống kích nỗ càng kém

Khi có nhiều nhánh phụ ngắn, thì khả năng chống kích nỗ tốt hơn so với

naphten có nhánh phụ dài, với số cacbon trong nhánh phụ bằng tổng số cacbon trong các nhánh phụ ngắn Vị trí các nhánh phụ dính vào đâu ở vòng naphten không ảnh hưởng mẫy đến khả năng chống kích nỗ của nó Khi nhánh phụ của vòng naphten là mạch nhánh thì khả năng chống kích

nỗ sẽ nâng cao

Đối với các vòng không no (cyclolefin) khả năng chống kích nỗ cao hơn đối với vòng naphten tương ứng

d)_ Đối với các hydrocacbon thom:

Đây là hợp chất có khả năng chống kích nỗ cao nhất so với tất cả các loại -_ Khi vòng thơm có thêm nhánh phụ mà số nguyên tử của nhánh phụ chưa quá 3, thì khả năng chống kích nỗ cảng cao, sau đó nếu nhánh phụ dài hơn, thì khả năng chống kích nỗ lại càng kém đi Tuy nhiên, khi nhánh phụ là mạch nhánh thì khả năng chống kích nỗ lại tăng

- _ Khi vòng thơm có chứa càng nhiều gốc metyl thì khả năng chống kích nỗ càng tốt, như toluen, xylen, mezitilen có khả năng chống kích nỗ rất cao Tuy nhiên nếu vòng thơm đã có mạch dài thì việc đưa thêm các nhóm thế metyl vào vòng thơm có hiệu quá không đáng kể Mặc dù vậy, nếu nhánh phụ là mạch nhánh (như 1so-propylbenzen, 1so amylbenzen) thì việc đưa thêm nhóm thế metyl vào vòng thơm lại có khả năng làm tăng cao khả năng chống kích nỗ

- _ Vị trí của các nhánh phụ của vòng thơm có ảnh hưởng đến tính chống

kích nỗ Khi khoảng cách giữa các nhánh phụ của vòng thơm càng xa, thì

khả năng chống kích nỗ càng lớn

- _ Khi nhánh phụ của vòng thơm có nối đôi, thì khả năng chống kích nỗ cao

hơn vòng thơm có nhánh phụ không có nôi đôi tương ứng Như vậy, khả

năng chống kích nô của các loại hydrocacbon với cầu trúc khác nhau, đều

có phạm vi thay đối rất lớn có thể sắp xếp thứ tự theo chiều giảm khả

năng chống kích nỗ của các hydrocacbon như sau: Aromatic > olefin có

mạch nhánh > parafin có mạch nhánh > naphten có mạch nhánh không no > olefin mạch thắng > naphten > parafin mạch thắng

1.4.2 Trị số octan của xăng

1.4.2.1 Định nghĩa

Để đặc trưng cho khả năng chống kích nỗ của xăng, người ta đưa ra khái niệm trị số octan Trị số octan là một đại lượng quy ước để đặc trưng cho khả năng chống lại sự kích nỗ của xăng, giá trị của nó được tính bằng phần trăm thể tích của iso-octan (2,2,4-trimetylpentan) trong hỗn hợp của nó với n-heptan khi mà hỗn hợp này có khả năng chống kích nỗ tương đương với khả năng chống kích nỗ của xăng đang khảo sát Trong hỗn hợp này thì iso-octan có khả năng chống kích nỗ tốt, được quy ước bằng 100, ngược lại n-heptan có khả năng chống kích nỗ kém và được quy ước bằng 0

Trong trường hợp trị số octan lớn hơn 100 thì để xác định trị số octan người

ta cho thêm vào xăng một hàm lượng Tetraetyl chì rồi tiến hành đo Trị số octan được tính theo công thức sau:

1+0,7367 +1+(1,472T —0,435216T”)"“

Trong đó T là hàm lượng Tetraetyl chì ml

Các yếu tô liên quan đến động cơ ảnh hưởng đến chỉ số octan bao gồm: Tỷ

số nén, hệ số day, góc đáănh lửa sớm, nhiệt độ và áp suất vào, độ giàu của nhiên liệu 1.4.2.2 Các loại trị số octan của xăng

a) Trị số octan xác định theo phương pháp nghiên cứu (Research octan number- RON): Là trị số octan của xăng thể hiện khi sử dụng trong động cơ ở điều kiện tốc độ và tải trọng trung bình Số vòng quay của môtơ thử nghiệm là

600 vòng/ phút

b) Trị số Octan xác định theo phương pháp môtơ (Motor octan number-MON):

Là trị số octan của xăng đặc trưng cho điều kiện hoạt động khắc nghiệt hơn,

đó là nhiệt độ đầu vào của hỗn hợp cao, tải trọng lớn, và động cơ phải trải qua chế độ van tiết lưu mở hết ở tốc độ cao Số vòng quay của môtơ thử

nghiệm là 900 vòng/ phút Thông thường, trị số octan theo RON thường cao

hơn MON Mức chênh lệch đó phản ánh: ở một mức độ nào đó tính chất của

nhiên liệu thay đổi khi chế độ làm việc của động cơ thay đổi, cho nên mức chênh lệch đó còn gọi là độ nhạy của nhiên liệu đối với chế độ làm việc thay

đổi của động cơ Mức chênh lệch giữa MON và RON càng thấp càng tốt c) Trị số octan trên đường (IOR) : Khả năng chống kích nỗ của một loại nhiên liệu nào đó, ngoài sự phụ thuộc chủ yếu vào thành phần hydrocacbon còn phụ thuộc vào chế độ làm việc thực tế của động cơ, tức là xe đang chạy ở tốc

độ nhanh chuyển sang chạy ở tốc độ chậm, ở những nơi đường xấu phải

phanh gấp, thời tiết thay đối đột ngột, thì hiện tượng cháy kích nỗ có thể xãy

ra Do vậy ngoài việc đánh giá khả năng chống kích nỗ của hydrocacbon trong nhiên liệu bằng phương pháp RON hoặc MON còn phải đánh giá khả năng chống kích nỗ của nhiên liệu bằng phương pháp đo sự thay đổi trị số octan theo chế độ làm việc tức là theo sự khác nhau về số vòng quay của động cơ, gọi là trị số octan trên đường

d)

Trị số octan trên đường được xác định theo công thức:

IOR = RON - S’/a

Trong đó : S độ nhạy, Š = RON — MON

: a hệ số từ 4,6 + 6,2 phụ thuộc vào tỷ số nén của động cơ

Rõ ràng loại nhiên liệu nào có độ nhạy càng thấp (chênh lệch giữa RON

và MON ít) thì IOR cảng gần với RON Nếu hai loại hydrocacbon có cùng RON như nhau nhưng loại nào có độ nhạy càng thấp sẽ có khả năng chống kích nỗ càng cao khi làm việc trong các chế độ thay đổi khác nhau vì vậy

iso-parafin có nhiều ưu điểm so với các olefin và các hydrocacbon thơm

Trị số octan theo phân đoạn cất R-100°C : Xăng bao gồm nhiều thành phần

có sự khác biệt lớn về khả năng chống kích nỗ Thường thì các phần có nhiệt

độ sôi thấp (ngoại trừ iso-pentan, benzen) có trị số octan thấp so với xăng nói chung Trong một số chế độ làm việc của động cơ có xãy ra sự chia tách

xăng trong động cơ dẫn đến xylanh được làm nhiều thành phân có nhiệt độ

sôi thấp bốc hơi nhanh nhưng lại thiếu hydrocacbon có nhiệt độ sôi cao (có kha nang chống kích nỗ cao hơn) hiện tượng này xãy ra sự kích nỗ khi gia

tốc và khởi điểm thấp Lý do là khi động cơ làm việc ở chế độ này, lượng

xăng đưa vào xylanh ít và dẫn đến có phần lớn cấu tử có nhiệt độ sôi thấp, vốn có trị số octan thấp trong xăng Sự cháy kích nỗ này không gây ra bất kỳ

mối nguy hiểm nào và người tiêu dùng có thể nhận ra ngay

Phương pháp xác định RON-100°C : Chưng cất mẫu và xác định RON của phần cất có khoảng nhiệt độ sôi từ đầu đến 100°C Đối với xăng thương phẩm R-100°C luôn nhỏ hơn RON Sự tách biệt giữa RON và R-100°C gọi

là ARON; giá trị này đao động từ 4-12 Đối vơi xăng Reforming xúc tác trị

số octan phân bố không đều, do các hydrocacbo thơm, là các cẫu tử có trị số octan cao hầu như nằm ở phần nhiệt độ sôi cao nên ARON thường cao Còn xăng cracking xúc tác, do chứa nhiều iso-parafin nên ARON thấp có nghĩa

là trị số octan phân bố rất đồng đều trong khoảng nhiệt độ sôi của xăng 1.4.2.3 Nhiên liệu tiêu chuân dùng đê xắc định trị sô octan của xăng

Nhiên liệu tiêu chuẩn dùng để xác định trị số Octan bao gồm hai hợp phân :

a) Hợp phân n- heptan (n-C;H¡a) có công thức cẫu tạo mạch cacbon thắng

n-heptan có tính chống kích nỗ kém ,qui ước heptan có trị số octan bằng 0 b) Hợp phần iso-octan (2,2,4 tri metyl pentan) có công thức câu tạo mạch nhánh iso-octan có tính chống kích nỗ tốt, qui ước iso-octan có trị số octan bằng

Khi pha chế hai hợp phần này với nhau theo tý lệ thể tích nhất định sẽ suy ra được trị số octan tan của nhiên liệu hỗn hợp đó

1.4.2.4 Ý nghĩa của trị số octan

- Trị số octan nghiên cứu tương ứng với khả năng chống gõ của động cơ ôtô

đánh lửa ở điều kiện hoạt động bình thường Khi dùng xăng có trị số octan thấp hơn

so với quy định của nhà chế tạo thì sẽ gây ra hiện tượng kích nỗ làm giảm công suất của động cơ, nóng máy, gây mài mòn các chỉ tiết máy, tạo khói đen gây ô nhiễm môi trường Ngược lại nếu dùng xăng có trị số octan cao quá sẽ gây lãng phí

- Trị số octan nghiên cứu được các nhà sản xuất động cơ, các nhà máy lọc dầu, các nhà kinh doanh và trong thương mại sử dụng như là thông số kỹ thuật hàng đầu liên quan đến tính phù hợp của nhiên liệu và động cơ

- RON còn được sử dụng độc lập hoặc trong mối liên quan với các yếu tố khác để xác định O.N trên đường của nhiên liệu động cơ đánh lửa

- RON được sử dụng để xác định đặc tính chống øõ các nhiên liệu của động

cơ đánh lửa có chứa các hợp chất chứa oxygenat

35

1.5 Hàm lượng chì trong xăng

Trong quá trình cháy của hơi xăng trong buồng đốt sự tạo thành và tích tụ các hợp chất peoxyt Những hợp chất này là nguyên nhân dẫn đến kích nỗ khi nỗng

độ của chúng đạt một giới hạn nào đó Để tránh hiện tượng kích nỗ đòi hỏi phải ngăn chặn sự tích tụ các hợp chất peoxyt đó Một trong những biện pháp rõ rệt là pha vào xăng một hỗn hợp có tên là nước chì Tuy nhiên do tính độc hại của chì nên hợp chất này ngày nay bị cắm sử dụng trong xăng dầu

1.5.1 Hỗn hợp nước chì

Nước chì là tên gọi đơn giản của hỗn hợp có thành phân là hợp chất tetra etyl

chi [Pb(C,Hs)4] va 1,2-dibromoethane hoặc 1,2-dichloroethane Tác dụng của tetra etyl chì là phá hủy các hợp chất chất peroxyt và ngăn cản sự tích tụ của chúng trong xylanh do đó tránh được hiện tượng kích nỗ Còn 1,2-dibromoethane hoặc 1,2- dichloroethane được gọi là chất lôi kéo vì chúng giúp cho muội sau quá trình cháy

không đọng lại trong xylanh, piston, bugi, xupap .ma theo khói xả ra ngoài

Thành phan phan phan trim theo thể tích của hỗn hợp nước nước chì như sau:

Thanh phan Nông độ đặc trưng, % khối lượng

1.5.2 Cơ chế chống kích nỗ của hợp chất tetraety] chì

Một điểm đáng chú ý của hợp chất tetraethyl chì là 4 liên kết C-Pb rất yếu Trong quá trình cháy của động cơ (CH;CH;)4Pb bị phân hủy hoàn toàn thành Pb, PbO; và 4CH? Các hợp chất này có tác dụng làm sạch các gốc tự do sinh ra trong

quá trình cháy điều đó ngăn cán hiện tượng cháy kích nỗ của nhiên liệu

Cơ chế dùng phụ gia chì như sau:

- _ Phân hủy TEL trong động cơ:

Pb(CH,CH,), — Pb +4CH,;

Pb + O, — PbO,

- _ Tạp chất không hoạt động:

R-CH;+O, >R-CH;OO (Chất hoạt động)

R—-CH,OOH + PbO, —> R— CHO + PbO +50, + H,O

(Chất không hoạt động) Kết quá là biến peoxyt hoạt động thành các aldehyd bền vững, làm giảm khả năng cháy kích nỗ nhưng Pb và PbO sinh ra trong quá trình cháy sẽ nhanh chóng tích lũy và phá hủy động cơ chính vì lý do đó khi sử dụng tetra etyl chì người ta thường pha thêm 1,2-dibromoethane hoặc 1,2-dichloroethane có tác dụng như một

tác nhân chống muội

1.5.3 Tác hại của hợp chất tetraetyl chì trong xăng

1.5.3.1 Tác hại đến môi trường

Các hợp chất chì vô cơ và hữu cơ đễ bay hơi khuếch tán vào khí quyền Nhờ

chuyển động của các dòng khí trong lớp khí quyên thấp, các hợp chất chì, bụi chì

được phán tán ra trên khu vực rộng lớn Thời gian lưu trung bình của các hợp chất chì trong không khí là 14 ngày sau đó nhờ quá trình sa lắng khô hay ướt các hợp

chất, bụi này được giử lại trên bề mặt thạch quyền hay đi vào thuỷ quyên

Trên mặt đất bụi chì bám trên bề mặt thực vật cản trở quá trình quang hợp Chì trong đất hầu như tổn tại vĩnh cửu, các chất hữu cơ trong đất giv lai chi rat hiéu quá do đó làm nhiễm ban nang dat (300-500 ppm)

Trong thuỷ quyén cac hop chat chi tén tại ở dạng kết tủa hay bị hydrat hoá,

các phản ứng hoà tan, hợp chất huyền phù được hấp thụ một phần bởi thực vật thuý sinh (rau muống, rau nhút ) tích tụ trong đó và thông qua chuỗi thức ăn vào cơ

thể con người

Nước ngầm chứa ít chì hơn (0,01mg/I), nước biển chứa 0,03g/Hl Trong nước cấp chảy qua các đường ống dẫn bằng chì có thể thấy lượng chì trong nước lên tới

100 Các hợp chất Pb ở dạng hòa tan hay huyền phù sẽ theo dòng chảy ra biển Một phần đáng kể hợp chất chì đi vào cơ thê sống theo dây chuyền thực phẩm hoặc được giữ lại ở lớp trầm tích Nước ngọt chứa chì chủ yếu ở dạng các phức cacbonat, nước biển chứa hợp chất chì chủ yếu ở dạng phức clorua, trong khi trong nước của đất, chì lại ở dạng phức của các axit humic hoac fulvic

1.5.3.2 Tác hại đôi với con người

Trong cơ thể người, chì trong máu liên kết với hồng cầu và tích tụ trong xương Khả năng loại bỏ chì ra khỏi cơ thể rất chậm chủ yếu qua nước tiểu Chu kì

bán rã của chỉ trong máu khoảng một tháng, trong xương từ 20-30 năm Hợp chất

chì hữu cơ rất bền vững độc hại đối với con người, có thể dẫn đến chết người

Những biểu hiện của ngộ độc chì cấp tính như nhức đầu, tính đễ cáu, dễ bị

kích thích và nhiều biểu hiện khác nhau liên quan đến hệ thần kinh Con người bị

nhiễm độc lâu dài đối với chì có thể bị giảm trí nhớ, giảm khả năng hiểu, giảm chỉ

số IQ, xáo trộn khả năng tổng hợp hemoglobin có thể dẫn đến bệnh thiếu Chì cũng

được biết là tác nhân gây ung thư phối, da day và u thần kinh đệm Nhiễm độc chì

có thể gây tác hại đối với khả năng sinh sản, gây sấy thai, làm suy thoái nòi giống

1.6 Hàm lượng mangan và sắt trong xăng

Hợp chất tetraethyl chì có tính chất kích nỗ tốt nhưng ngoài việc đem lại những thuận lợi hợp chất này đã gây nhiều tác hại đến môi trường cũng như sức

khỏe con người, nhiều nước đã ban hành ban hành lệnh cấm sử dụng tetraethyl chì

như: Mỹ ban hành lệnh cắm sử dụng xăng pha chì 1986, ở Châu âu xăng pha chì bị cấm sử dụng vào những năm 1990 Còn ở Việt Nam, ngày 1/11/2001, Thủ tướng cũng ra quyết định cắm sử dụng xăng pha chì trên phạm vi toàn quốc

Hợp chất của Mangan và Sắt được sử dụng để thay thế tetraethyl chi, viéc su dụng hợp chất của mangan và sắt đã khắc phục được những khuyết điểm của hợp chất tetraethyl chì như ít độc với môi trường cũng như hạn chế tác hại đến khỏe con nguoi

Các hợp chất của Sắt và Mangan cua sat va Mangan được thêm vào trong

xăng là :

Methylcyclopentadienyl manganese tricarbonyl Đặc điểm cấu tạo của các hợp chất này là nguyên tử kim loại tạo liên kết yếu các nhóm —C = và góc Methylcyclopentadienyl, cyclopentadienyl Khi cháy tao

ra các gốc tự do và các hợp chất benzene và toluene Các góc tự do sinh ra thực hiện phản ứng đóng mạch với các gốc tự đo sinh ra trong phản ứng cháy của nhiên liệu, còn các hợp chất sinh ra có tính chất chống kích nỗ cao làm tăng trị số octan Về

bản chất thì các hợp chất của Sắt, Mangan và của Pb có tác dụng tương tự nhau

nhưng do Mangan và Sắt ít độc đối với môi trường và bộ xúc tác của động cơ nên

các hợp chất này dân trở thành phụ gia chống kích nỗ thông dụng của xăng nhiên liệu

1.7 Giới thiệu phương pháp xác định trị số octan

1.7.1 Nguyên tắc

Trị số octan nguyên liệu của nhiên liệu động cơ đánh lửa, được xác định khi

sử dụng động cơ thử nghiệm tiêu chuẩn và các điều kiện vận hành chuẩn để so sánh đặc tính gõ của nó với đặc tính gõ của nó của những hỗn hợp nhiên liệu chuẩn đầu

có trị số octan biết trước, tỷ số nén và tỷ lệ hỗn hợp nhiên liệu - không khí được

điều chỉnh để đạt cường độ gõ chuẩn cho nhiên liệu mẫu, đo băng thiết bị kích nỗ

đặc biệt Sau khi thực hiện phép đo ta thu được tỷ số nén của nhiên liệu mẫu ở điều

kiện gõ chuẩn, tra bảng mối quan hệ giữa trị số tỷ số nén của nhiên liệu và trị số

octan ta suy ra trị số octan nghiên cứu của nhiên liệu cần đo

1.7.2 Máy đo trị số octan và các thông số của máy

Phương pháp này sử dụng động cơ một xylanh, động cơ CRE gồm những bộ phận tiêu chuẩn như sau: cacte, một xylanh/hệ thống kẹp để tạo tỷ số nén thay đổi liên tục có thể điều chỉnh liên tục với sự hoạt động của động cơ, một hệ thống làm lạnh bảo ôn tuần hoàn bằng ống si phông, một hệ thống nhiều bình cấp nhiên liệu có van chon lọc để cung cấp nhiên liệu theo một đường phun và ống khuyết tán của bộ

chế hòa khí, hệ thống hút khí với thiết bị kiểm soát nhiệt độ và độ âm, các thiết bị

kiểm soát điện và một ống xả phù hợp Bánh đà của động cơ được nối truyền lực với động cơ điện hấp thụ năng lượng đặc biệt, dùng để khởi động động cơ và cũng

là phương tiện hấp thụ năng lượng ở tốc độ không đổi khi quá trình cháy xãy ra Cường độ gõ được đo bằng tiếng nỗ điện tử và đồng hồ đo

Hình 1.2: Máy đo trị số octan Chú giải:

A- Ống chống âm không khí F - Hộp cacte CRF -48

B- Thiết bị làm nóng không khí vào G - Thiết bị lọc đầu