nhiên liệu và môi chất chuyên dùng

hệ thống nhiên liệu và môi chất bôi trơn

MỞ ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự tăng trưởng kinh tế, tăng dân số thì nhu cầu về nhiên liệu cho các ngành công nghiệp và dân dụng ngày càng cao Do đó, trong tương lai không xa nếu mỗi quốc gia không có kế hoạch phát triển ngành công nghiệp dầu khí của mình thì sẽ dẫn đến thiếu hụt nhiên liệu trầm trọng, ảnh hưởng đến sự phát triển của nền kinh tế quốc dân

Hiện nay, trong ngành công nghiệp dâu khí trên thế giới, bên cạnh việc đổi mới công nghệ lọc- hoá dầu để không ngừng gia tăng lượng “sản phẩm trắng” (xăng, kerosel, diezel); nhiều quốc gia đã có chương trình Quốc gia phát triển nhiên liệu sinh học

Bên cạnh đó, vấn để về môi trường do khói thải động cơ đang được thế giới quan tâm vì trong khói thải có các chất gây ô nhiễm môi trường sống, gây độc hại cho con người Vì vậy ngoài biện pháp hạn chế sử dụng các nhiên liệu

hoá thạch, sản xuất động cơ có sử dụng hộp xúc tác chuyển đổi thì việc nghiên cứu và sử dụng nhiên liệu sạch là phương án hiệu quả hơn cả

Các loại nhiên liệu sạch dùng cho động cơ xăng hiện nay chủ yếu là xăng không chì có pha thêm các hợp chất làm tăng trị số octan như MTBE,

ETBE, TBA, TAME, metanol, etanol, Cáchợp chất này cải thiện tốt chất

lượng khói thải, trong đó phụ gia etanol được sử dụng phổ biến do có nhiễu ưu điểm như: Trị số octan cao, dễ sản xuất, không độc hại, cháy sạch hơn, ít có

ảnh hưởng xấu đến môi trường

Hiện nay đã có một số nghiên cứu sử dụng cồn tuyệt đối pha vào xăng nhưng khi sử dụng côn tuyệt đối thì đễ hút ẩm trong quá trình bảo quản, gây ra

hiện tượng tách pha gây nhiều khó khăn trong quá trình sử dụng và bảo quản.

Xuất phát từ những yêu cầu trên, mục đích của bài luận văn này là:

- Nghiên cứu và sản xuất xăng pha côn công nghiệp

- Khảo sát các chỉ tiêu của xăng pha côn

- Nghiên cứu các phụ gia chống hiện tượng tách pha

- Khảo sát khói thải và tiêu tốn xăng pha cồn sử dụng trong động cơ

đốt trong.

Với sự tăng trưởng kinh tế, tăng dân số (nhất là các nước đang phát triển) dẫn đến tiêu thụ NL ngày càng tăng Theo báo cáo nhu câu tiêu thụ NL trong vòng 50 năm tới so với năm 1995 sẽ tăng 50% đối với phương án tăng trưởng kinh tế thấp và sẽ tăng 250% với tăng trưởng kinh tế cao Trong khi

nguồn NL hoá thạch (than, dầu khí vốn được coi là nguồn NL chủ yếu ở hiện tại và trong tương lai 4 + 5 thập kỷ nữa) giờ đây đang cạn kiệt và trở nên đắt

đỏ Việc khai thác, sử đụng NL hoá thạch còn gây ô nhiễm môi trường, làm tăng nguy cơ của hiệu ứng nhà kính, làm cho trái đất nóng dân lên; lượng khí gây hiệu ứng nhà kính mà chủ yếu là CO; đã tăng trên 30% so với thời kỳ tiền công nghiệp (tăng từ 280 ppmV lên 360 ppmV và có nguy cơ tăng lên 500 ppmV trước năm 2100) gây ra hậu quả xấu cho nên kinh tế và xã hội toàn cầu

Để đảm bảo được an ninh NL, tăng trưởng kinh tế và giảm thiểu ô

nhiễm môi trường, chúng ta, bao gồm cả những nước phát triển và đang phát triển phải có chiến lược kết hợp sử dụng hợp lý các nguôn NL dài hạn với chiến lược phát triển sử dụng các nguồn NL ít gây ô nhiễm môi trường như NL sạch (NÑL sinh học) càng sớm càng tốt

IL Giới thiệu về xăng động cơ

1 Khái niệm về xăng động cơ

Xăng động cơ là một trong những sản phẩm quan trọng của các quá trình

chế biến dầu mỏ Xăng động cơ không phải đơn thuần chỉ là sản phẩm của

một quá trình chưng cất từ một phân đoạn nào đó hay từ một quá trình chưng cất đặc biệt khác Nó là sản phẩm hỗn hợp được pha trộn cẩn thận từ các quá trình lọc hoá dầu khác nhau như chưng cất, Cracking xúc tác, Reforming xúc tác, Alkyl hoá, Isome hoá, kết hợp với các phụ gia nhằm bảo đắm các yêu cầu hoạt động của động cơ trong những điều kiện vận hành thực tế khác nhau

và cả trong các điều kiện tồn chứa, dự trữ khác nhau [1]

2 Thành phần của xăng động cơ

Bảng 1 Bảng tổng hợp các thành phần dùng để pha chế xăng động cơ

Phân Phin | T°sdi| Octane, RON Octane, MON _| RVP, | T¥ trọng

Git | 30%" Foo cht | +1,5% [0,00 chi | 415% | bar | Kem

nướcchì nướcchì

Refomate | 30/180 110 95 +102 | 95 +104 | 90+97 | 92~98 0,5 780 + (Aromate) 800

3 Các chỉ tiêu kỹ thuật của xăng động cơ

3.1 Yêu cầu chung về chất lượng xăng động cơ

Những yêu câu chung về chất lượng đối với xăng thương phẩm phải xuất phát từ quan điểm của động cơ, theo khía cạnh thiết kế và khía cạnh người sử dụng

Những yêu cầu chủ yếu đó có thể được tóm tắt như sau:

> Chay không kích nổ

> Có độ bay hơi phù hợp

> Không tạo nút hơi trong hệ thống nhiên liệu

> Có tính ổn định cao

> Ít ăn mòn và làm trương nở các gioăng đệm bằng cao su

> Ít tạo cặn, ít độc hại đối với con người và môi trường

3.2 Đặc điểm của động cơ xăng

Trước khi nói đến các chỉ tiêu kỹ thuật của xăng động cơ thì cần nắm rõ đặc điểm cơ bản của động cơ xăng Xăng là nhiên liệu cho động cơ đốt trong

có sử dụng bộ chế hoà khí (còn gọi là động cơ xăng) được lắp đặt cho ôtô và

xe máy Động cơ xăng có hai đặc điểm quan trọng, khác hẳn với động cơ Diezel; từ đó đòi hỏi xăng phải có hai đặc tính quan trọng sau:

* Động cơ xăng luôn có bộ chế hoà khí, còn gọi là bình xăng con, là bộ phận chuẩn bị xăng trước khi đưa vào xylanh 6 đây, xăng được đưa vào với một lượng xác định, sau đó hỗn hợp hơi xăng và không khí sẽ phân phối nạp

vào xylanh của động cơ.Do đó, nhiên liệu cho động cơ xăng đòi hỏi phải có

độ bay hơi tốt, thể hiện ở thành phần phân đoạn của chúng, đặc trưng ở nhiệt

độ bắt đầu bốc hơi, nhiệt độ sôi cuối và nhiệt độ sôi ứng với 10%, 50%, 90%

thể tích xăng [1]

Xăng có quá nhiều phần nhẹ thì động cơ càng dễ khởi động, nhưng dễ tạo nút hơi trong ống dẫn xăng khi máy nóng, làm gián đoạn quá trình cung cấp xăng, gây nên tiếng kêu lụp bụp và có thể làm chết máy Xăng quá nhiều phần nặng thì xăng không cháy hết trong xylanh, vừa tiêu hao xăng một cách

vô ích, vừa nhanh chóng làm hỏng động cơ do xăng đọng lại chảy qua khe xecmăng làm loãng dầu nhờn, gây mài mòn các chỉ tiết động cơ

** Quá trình cháy của xăng trong động cơ xăng là quá trình cháy cưỡng

bức, thực hiện nhờ tia lửa điện của bugi; trong khi đó, quá trình cháy của

nhiên liệu trong động cơ Diezel là quá trình tự bốc cháy

Quá trình cháy của xăng trong xylanh diễn ra rất nhanh, nhưng không phải xảy ra tức khắc trong toàn bộ xylanh, mà bắt đầu từ bugi, sau đó lan truyền đều trong toàn bộ thể tích của xylanh, từ lớp nọ sang lớp kia Tốc độ lan truyền bình thường là từ 15 + 40 m⁄s Để quá trình cháy ổn định, tạo ra áp suất hơi trong xylanh được tăng lên đều đặn, phần hơi xăng bên ngoài mặt lửa yêu cầu chỉ được bắt cháy khi mặt lửa lan truyền tới

Nếu mặt lửa lan truyền với tốc độ quá lớn (nghĩa là sự cháy xảy ra cùng một lúc trong xylanh) thì xem như là cháy không bình thường và được gọi là cháy kích nổ Khi nhiên liệu trong động cơ bị cháy kích nổ, mặt lửa lan truyền với tốc độ rất nhanh (có khi đến 300 m⁄s), nhiệt độ tăng làm áp suất tăng đột ngột, kèm theo hiện tượng nổ, tạo nên sóng xung kích đập vào xylanh, piston, gây nên tiếng gõ kim loại, tiếng va đập trong động cơ, làm máy bị hao tổn

công suất, động cơ quá nóng và làm tuổi thọ của máy giảm nhanh Do đó, yêu

câu xăng dùng cho động cơ xăng là phải có tính chống kích nổ cao; và đây là yêu cầu chủ yếu nhất, quan trọng nhất đối với xăng động cơ

Ngoài hai yêu cầu cơ bản trên, đòi hỏi xăng dùng cho động cơ phẩi có

độ ổn định hoá học cao, đăc trưng ở khả năng chống lại sự biến đổi hoá học

khi bảo quản, vận chuyển và sử dụng Ngoài ra, yêu cầu xăng động cơ phải

chứa hàm lượng lưu huỳnh thấp, không được quá 0,1 + 0,155%, nhằm hạn chế

sự mài mòn của động cơ, hạn chế sự ô nhiễm môi trường do khí thải có mặt

SOx và yêu cầu hàm lượng SOx < 1%

3.3 Các chỉ tiêu kỹ thuật của xăng động cơ

3.3.1 Trị số Octan (Octane Number: ON)

Một trong những tính chất quan trọng của xăng động cơ là phải có khả

năng chống lại sự cháy kích nổ Đặc trưng đó gọi là Trị số Octan Trị số Octan

là một đơn vị đo quy ước dùng để đặc trưng cho khả năng chống kích nổ của

nhiên liệu, được đo bằng phần trăm thể tích của iso-octan (2,2,4- trimetyl

pentan) trong hỗn hợp chuẩn với n-heptan, tương đương với khẩ năng chống kích nổ của nhiên liệu ở điều kiện tiêu chuẩn (quy ước trị số octan của iso- octan bằng 100, của n-heptan bằng 0)[1,3]

Tỷ số nén của động cơ là một trong những yếu tố quan trọng nhất mà

có liên quan đến trị số Octan Tỷ số nén là tỷ lệ giữa thể tích toàn bộ xylanh

so với phần còn lại của xylanh khi pittông nén tối đa

Về nguyên tắc, ON càng cao càng tốt, tuy nhiên phải phù hợp với tỷ số

nén của động cơ Xăng có ON từ 80 RON + 83 RON (hoặc từ 72 MON + 76

MON) thường được dùng cho các loại xe có tỷ số nén nhỏ hơn 7:1 Xăng có RON từ 90 + 92 thường được sử dụng cho các loại xe có tỷ số nén đến §:1.

Xăng có RON lớn hơn 92 là các loại xăng đặc biệt, cao cấp và thường được sử dụng cho các loại xe có tỷ số nén đến 9:1 Xăng có RON > 96 được sử dụng

cho các loại xe đua, xe hơi cao cấp, xe đặc nhiệm, có tỷ số nén từ 10:1 trở lên Mối tương quan giữa tỷ số nén, ON và hiệu suất của động cơ dưới tác

động của nhiệt độ được thể hiện trong bảng 2

Bang 2 Tương quan giữa tỷ số nén của động cơ và trị số Octan

Tỷ số nén của Yêu cầu về ON HIỆU SUẤT NHIỆT

động cơ (Khi van tiết lưu mở tối đa)

Xu hướng cháy kích nổ của xăng sẽ gia tăng khi loại động cơ đang sử

dụng có tỷ số nén cao hơn, tải trọng, nhiệt độ hỗn hợp, áp suất và nhiệt độ

môi trường cũng cao hơn và thời gian điểm hoả sớm hơn Vì vậy yêu cầu xăng phải có ON cao hơn mới không xảy ra cháy kích nổ Xu hướng cháy kích nổ sẽ được giảm bớt khi gia tăng tốc độ động cơ, chế độ chảy rối của hỗn hop (NL + KK) và độ ẩm

Trong bất kỳ loại động cơ nào, với các điều kiện hoạt động khác nhau

thì động cơ chỉ có thể đạt được hiệu suất cao nhất khi sử dụng loại xăng không

2 gây nên su cháy kích nổ

Để giảm sự cháy kích nổ của nhiên liệu, thường phải:

> Chế biến hoá học nhằm tạo ra xăng mà bản thân nó đã có ON cao

> Tăng ON bằng cách pha thêm các loại phụ gia chống kích nổ và một

số thành phần khác như Isomerat, Alkylat,

* Có hai phương pháp cơ bản để xác định ON, đó là phương pháp nghiên cứu (tiếng Anh viết tắt là RON) và phương pháp môtơ (tiến Anh viết tắt là MON) Điểm chung của hai phương pháp này là đều đo trị số octan trong động

cơ 1 xylanh

Bản chất của các phương pháp này là so sánh độ bên chống kích nổ của

nhiên liệu thí nghiệm và nhiên liệu tiêu chuẩn, biểu thị bằng ON

Các điều kiện tiến hành đo trị số Octan theo phương pháp nghiên cứu

và phương pháp môtơ được ghi trong bảng ở

Bảng 3 Các điều kiện để đo trị số Octan

Các thông số thí nghiệm Phương pháp Phương pháp

nghiên cứu (RON) môtơ (MON)

- Số vòng quay của động cơ thử nghiệm (vg/ph) 600 +6 900 +9

- Nhiệt độ sấy néng khéng khi, °C 5241 50+5

- Nhiệt độ hỗn hợp nhiên liệu- không khí, °C - 149 +1

- Góc đánh lửa sớm (góc đánh lửa trước khi đến 13 Điều chỉnh tự

điểm chết trên), độ động từ I5 +26

- Nhiệt độ làm mát xylanh, °C 100 +2 100 +2

- Độ ẩm tuyệt đối của không khí dẫn vào động

cơ, gHạO/IKg Khí khô 35+ 7,0 3,5+7,0

Thông thường, trị số Octan theo RON thường cao hơn MON Chính vì vậy khi nói đến trị số Octan của một loại xăng nào đó, phải phân biệt đó là RON

hay MON Trị số RON thể hiện đúng khả năng chống cháy kích nổ của xăng

động cơ chạy trong đường phố, tốc độ chậm nhưng lại hay thay đổi, tăng tốc đột ngột Trị số MON thể hiện khả năng chống cháy kích nổ của xăng của động cơ khi chạy trên xa lộ có tốc nhanh đều đặn, hoặc động cơ khi chở nặng Mức chênh lệch giữa RON và MON gọi là độ nhạy của nhiên liệu Mức chênh lệch này càng thấp càng tốt và phụ thuộc vào cấu tạo hoá học và thành phần pha trộn của xăng Các hydrocacbon thơm có độ nhạy cao Ví dụ trong phân

đoạn Reformate chứa nhiều chất thơm: RON là 100, còn MON là 97; trong khi

đó đối với thành phần Isomate chứa chủ yếu là ¡_parafin có độ nhạy thấp:

RON là 89, còn MON là 88 Hiện nay, nhiều nước trên thế giới có xu hướng

sử dụng trị số Octan (RON + MON)/2 để đặc trưng cho tính chống kích nổ của xăng, thay vi ding RON hay MON riéng ré [3]

* Tuy nhiên cả hai phương pháp trên chưa phản ánh trung thực lắm về

quá trình cháy của xăng Do đó, hiện nay còn sử dụng các phương pháp mới:

w Trị số Octan trên đường (Road ON)

Road ON là trị số Octan được xác định trong động cơ xe máy đang vận

hành thực tế trên đường hoặc trên máy động lực kế dạng satxi Road ON trên

thực tế là trị số Octan cơ bản của xăng Nếu Road ON của xăng trong bất kỳ động cơ nào đó mà cao hơn yêu câu Octan của nó thì sẽ không xảy ra sự cháy kích nổ trong động cơ khi sử dụng loại xăng này Khi đó không cần phải xem xét RON hay MON Vì vậy Road ON là toàn bộ dấu hiệu để xem xét một loại xăng nào đó có đáp ứng được tính năng chống kích nổ trong một động cơ nào

đó hay không Tuy nhiên Road ON được xác định trong một động cơ và chỉ có

hiệu lực đối với động cơ đó; trong động cơ khác thì Road ON có thể lớn hay

bé hơn tuỳ thuộc vào thiết kế động cơ [1,17]]

Tầm quan trọng của Road ON trước hết là người ta có thể so sánh tính năng chống kích nổ của một số loại xăng với loại xăng có tính năng đã được biết trước Điều đó có tâm quan trọng khi phát triển công thức pha chế các loại xăng mới hoặc là để so sánh sản phẩm của hãng mình với các hãng cạnh tranh khác

Phương pháp dòng: chủ yếu là dùng trong nghiên cứu Bản chất của phương pháp này là đưa dòng Oxy vào bình nhiên liệu để oxi hoá liên tục, xác định thành phần oxi hoá và từ đó xác định được ON

3.3.2 Độ bay hơi

Xăng động cơ là hỗn hợp của nhiều loại hydrocacbon khác nhau, chưa

kể đến một lượng phụ gia được pha chế vào xăng Mỗi loại hydrocacbon đều

có đặc tính hoá lý riêng và nhiệt độ sôi là một trong những đặc tính hoá lý đó Các phân tử hydrocacbon khác nhau thì nhiệt độ sôi cũng khác nhau

Khi tiến hành gia nhiệt cho một mẫu xăng chưng cất nào đó (trên thiết

bị chưng cất tiêu chuẩn), các phân tử hydrocacbon khác nhau sẽ chuyển riêng

rẽ từ dạng lỏng sang dạng hơi ở những nhiệt độ khác nhau gọi là nhiệt độ sôi

Vì vậy tính chất sôi và bay hơi của xăng thường được đánh giá bằng nhiệt độ sôi đầu, nhiệt độ sôi cuối và nhiệt độ sôi tương ứng với % thể tích chưng cất được của xăng ngưng tụ và được gọi là thành phần chưng cất [1]

+ Nhiệt độ sôi đầu (IBP): khi tiến hành gia nhiệt 100 m1 mẫu xăng trong thiết bị chưng tiêu chuẩn, nhiệt độ tại đó giọt chất lỏng đâu tiên rơi xuống bình hứng gọi là nhiệt độ sôi đầu

+ Nhiệt độ sôi cuối (FBP): là nhiệt độ cao nhất khi cột chất thuỷ ngân

trong nhiệt kế từ cực đại tụt xuống đột ngột

Từ điểm sôi đầu đến điểm sôi cuối, ứng với 10 ml mẫu ngưng tụ (10% thể tích thu hồi ) sẽ xác định được một giá trị nhiệt độ gọi là điểm cất Bằng cách kết nối các điểm cất, người ta xây dựng được một biểu đồ chưng cất là các đường cong

Trong thực tế, khi chưng cất hoàn toàn chỉ có khoảng 98% thể tích được thu hồi ở dạng ngưng tụ, phần còn lại là hao hụt và cặn sót lại trong bình

ngưng Các chỉ tiêu chưng cất của xăng động cơ được quản lý bằng cách quy định một giới hạn cho nhiệt độ cất tương ứng với % thể tích chưng cất cố định,

hoặc giới hạn % thể tích chưng cất được ở nhiệt độ xác định (xem bảng 4)

Bảng 4 Phương pháp quy định độ bay hơi của xăng

Chỉ tiêu chưng cất của xăng thường được quyết định bởi độ bay hơi Các

chỉ tiêu đó có ảnh hưởng quan trọng đến các tính năng trong bất kỳ loại động

cơ nào, chủ yếu là tính năng khởi động và tính năng làm ấm máy, tạo nút hơi, tính kinh tế của hành trình dài hay ngắn, khả năng đóng băng va kha nang làm loãng dầu nhờn trong cacte (xẩy ra ở phần cất có nhiệt độ cao) Nhiên

liệu phải có đủ khả năng hoá hơi để dễ khởi động, nhanh chóng sưởi ấm động

cơ và phải có độ bay hơi thích hợp để phân bố đều giữa các xylanh Mặt khác, nhiên liệu lại không được quá dễ hoá hơi vì sẽ gây hao hụt quá mức và tạo

nút hơi trong các ống dẫn nhiên liệu đến động cơ, ngăn cẩn nhiên liệu chảy

vào bộ chế hoà khí hoặc vòi phun nhiên liệu,

3.3.3 Áp suất hơi bão hoà

Áp suất hơi bão hòa là một trong các tính chất vật lý quan trọng của các chất lỏng dễ bay hơi nói chung và của xăng động cơ nói chung Đây chính là

áp suất hơi mà tại đó thể hơi cân bằng với thể lỏng [1]

Áp suất hơi bão hòa (Pu) đặc trưng cho khả năng bay hơi của xăng Ôtô

Áp suất hơi bão hòa là áp suất hơi của xăng đo được trong điểu kiện của bình chịu áp tiêu chuẩn của bom Reid ở nhiệt độ 37,8% (hay 100°F) va thudng

được đo bang cdc don vi nhu KPa, Psi, mmHg., Ap suất hơi bão hòa càng lớn,

độ bay hơi càng cao, dễ tạo nút hơi trong động cơ, gây ra hao hụt trong bổn chứa và ô nhiễm môi trường Vì vậy trong chỉ tiêu kỹ thuật, người ta thường

giới hạn mức độ tối đa mà ít khi giới hạn mức độ tối thiểu Áp suất hơi bão

hòa chỉ định không nên vượt quá 12 Psi Tuy nhiên, áp suất hơi bão hòa quá thấp cũng sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến tính năng khởi động của động cơ Để khởi động tốt động cơ, tối thiểu áp suất hơi bão hoà cũng phải đạt 7,0 Psi và thực nghiệm cho thấy rằng, nếu thấp hon 4,834 Psi (250 mmHg) thi kha nang khởi động của động cơ bắt đầu xấu đi một cách nghiêm trọng [20]

Tuy nhiên, nếu kiểm soát được chỉ tiêu về thành phần cất của xăng thì

áp suất hơi bão hòa không nhất thiết phải quy định mức tối thiểu Thông

thường, áp suất hơi bão hòa quy định cho từng loại được thể hiện trong bảng sau (bảng 5)

Bảng 5 Quy định hiện hành về áp suất hơi bão hòa

Xăng SUPER của | Không chì Bắc | Chấtlượng | Trên chất | Phương pháp

Đức & Tây Âu cao Châu lượng cao thử

Độ ổn định ôxy hoá hay còn được gọi là chu kỳ cảm ứng của xăng là

một chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng, đặc trưng cho kha năng chống lại các biến

đổi hoá học của xăng động cơ

Trong quá trình bảo quản, vận chuyển và sử dụng, xăng dễ bị ôxy hoá

trong không khí và tạo thành các sản phẩm chứa oxy rất đa dạng Mức độ ôxy hoá phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng của xăng, cụ thể là thành phần hoá học của xăng Các hợp chất olefin có hai nối đôi đối xứng và các loại hydrocacbon dạng mono hoặc di-olefin nối với nhân thơm là kém ổn định nhất Xăng chưng cất trực tiếp thường chứa nhiều olefin (từ 30 + 40%) nên

có độ ổn định ôxy hoá thấp (100 + 200 phút) Xăng Reforming xúc tác hầu như không có olefin nên có độ ổn định rất cao (1700 + 1800 phút) [6]

Để đảm bảo yêu cầu về độ ổn định, xăng thương phẩm của Liên Xô

trước đây quy định từ 400 + 900 phút Thị trường xăng thương phẩm thế giới

và khu vực thường có độ ổn định ôxy hoá từ 200 + 400 phút

3.3.5 Hàm lượng nhựa

Các chất nhựa và asphanten của dầu mỏ là những chất mà trong cấu

trúc phân tử của nó, ngoài C và H còn có đồng thời các nguyên tố khác như S,

O,N, và thường có trọng lượng phân tử lớn (từ 500 + 600 trở lên) Vì vậy

các chất nhựa và asphanten thường có mặt trong những phân đoạn dâu mỏ có nhiệt độ sôi cao hoặc trong cặn dâu mỏ

Dầu mỏ có nhiều nhựa và asphanten thì trong sản phẩm (nhất là diezel, dầu nhờn, cặn) càng có nhiều chất đó Nói chung, nhựa và asphanten là những chất có hại Nếu trong các sản phẩm nhiên liệu nói chung và trong xăng động

cơ nói riêng có nhựa và asphanten thì khả năng cháy sẽ không hoàn toàn, tạo

cặn và tàn làm tắc vòi phun của động cơ Trong xăng ôtô chủ yếu chỉ có nhựa; nhựa trong xăng ôtô có màu vàng sim, nâu và hoà tan hoàn toàn Tuy nhiên,

nếu tách ra khỏi xăng nó sẽ ở dạng nửa rắn hoặc lỏng Tính chất đặc biệt của

nhựa là khả năng nhuộm màu rất mạnh; vì vậy khi xăng ôtô có chứa hàm lượng nhựa cao đều cho ta mầu nâu [3]

Trong quá trình bảo quản xăng ôtô, nhựa dé bi ôxy hoá và sẽ làm giảm

tính chất ổn định của sản phẩm Hàm lượng nhựa trong xăng ôtô cao có thể gây nên cặn lắng trong hệ thống cảm ứng và làm ket van nạp Hàm lượng nhựa thấp bảo đảm không gây kẹt tắc trong hệ thống cảm ứng

Ý nghĩa và ảnh hưởng của nhựa trong xăng ôtô đã được xác lập và công

nghệ xử lý nó cũng tương đối hoàn hảo, nên các chỉ tiêu khống chế về hàm

lượng nhựa cho đến nay cũng ít được bàn cãi Lý thuyết và thực tế đều cho phép hàm lượng nhựa trong xăng ôtô từ 1 + 10 mg/100ml

3.3.6 Hàm lượng lưu huỳnh tổng

Lưu huỳnh (S) là một trong những thành phần quan trọng đáng lưu ý trong dầu mỏ nói chung và trong xăng ôtô nói riêng Lưu huỳnh là tạp chất chủ yếu có trong dầu thô Chúng tổn tại ở nhiều dang: mercaptan, disunfua, H;S, S [1]

Trong xăng động cơ, S là chất gây nhiễu tác hại: khi đốt cháy tạo SO›, SO; gây độc hại và ăn mòn đường ống, thiết bị và đặc biệt với sự có mặt của

HS khi không cháy hết sẽ thải ra không khí và gây ô nhiễm môi trường

Chỉ tiêu này cho phép ta theo dõi được hàm lượng lưu huỳnh của các sản phẩm dầu mỏ khác nhau và các phụ gia có chứa S; từ đó có thể dự đoán được các tính chất sử dụng và bảo quần.

Đã có một thời gian dài, chỉ tiêu này ít được bàn cãi và đều thống nhất trên toàn cầu với mức quy định nằm trong khoảng từ 0,05 + 1% khối lượng Tuy nhiên, tại Mỹ quy định về hàm lượng S vẫn còn là vấn để gây tranh cãi

nhằm đảm bảo các yêu cầu về chất lượng môi trường, không khí và tầng ôzôn

3.3.7 Đô ăn mòn tấm đồng

Các hợp chất lưu huỳnh hoạt tính là một trong những chất có hại đối với xăng động cơ do chúng gây ăn mòn và tạo ra những mùi khó chịu cho nhiên

liệu

Trong quá trình lọc dâu, các hợp chất không mong muốn này không thể

bị loại bỏ một cách dễ dàng được Để chắc chắn rằng trong xăng chỉ chứa một

lượng không đáng kể các hợp chất trên, người ta phải tiến hành phép thử ăn mòn tấm đồng (ASTM D 130) Trong phép thử này, miếng đồng đã được đánh sạch và được nhúng ngập vào trong mẫu nhiên liệu cần thử đã được

nung nóng trong những điều kiện được quy định của phép thử và trong khoảng

thời gian quy định Sau đó, miếng đồng được đem ra so sánh với các mẫu chuẩn Từ đó có thể đánh giá được mức độ ăn mòn tấm đồng của nhiên liệu

lắc đều trong khoảng 15 giây; sau đó cho một lượng nhỏ lưu huỳnh bột, khô và nguyên chất sao cho sau khi lắc, tất cả bột lưu huỳnh nằm trên bể mặt dung dịch chì Natri và dưới mẫu xăng Tiếp tục lắc với khoảng 15 giây, sau đó để lắng và theo dõi trong 2 phút

Nếu dung dịch mất màu hoặc dung dịch màu vàng của S bị che kín thì kết luận là mẫu xăng “dương tính” - (xăng chua) Nếu không thay đổi mầu hoặc màu vàng nhạt của màng S có thay đổi chút ít hay lốm đốm đen thì mẫu thử là “âm tính” - (xăng ngọÐ) [3]

và trị số này gọi là “trị số axit” Chỉ tiêu này thường được áp dụng để kiểm tra chất lượng xăng nhập khẩu và lưu thông trên thị trường

Trên toàn cầu, mức quy định hiện nay nằm trong khoảng từ 1 + 4 mgKOH/100 ml San phẩm của Nga ngày nay cũng quy định mức cho phép từ

0,8 + 2 mgKOH/100 ml

3.3.10 Ham lượng chì

Mặc dù hàm lượng chì trong xăng là một trong các nguyên nhân gây nên sự ô nhiễm môi trường trầm trọng, nhưng lại là một chỉ tiêu rất quan trọng đối với chất lượng của xăng ôtô, xe máy; đặc biệt là các động cơ thế hệ trước

năm 1990 [1].

Xăng ôtô có hàm lượng chì cao (đến 8 g/) đa phần được sử dụng tại các nước có nền kinh tế kém phát triển (trong đó bao gồm trình độ thiết bị công nghệ, xe máy lạc hậu) như Châu Phi và một vài nước Trung MI

Ngày nay, khi chì và các hợp chất chì dưới dạng phụ gia làm tăng trị số

Octan đã bị cấm sử dụng thì phép thử hàm lượng chì trong xăng chỉ có ý nghĩa

về mặt quản lý nhà nước về an toàn và môi trường Hầu hết các phụ gia sử dụng xăng không chì đều chấp nhận và cho phép có một hàm lượng chì

khoáng trong xăng không quá 0,013 g/1

3.3.11 Hàm lượng Benzen

Benzen là hợp chất hydrocacbon (H-C) vòng thơm đơn giản nhất, nhưng

lại có tính chất đặc biệt của liên kết C-H no, bển vững với các chất ôxy hoá

nên là một tác nhân tích cực kìm hãm quá trình cháy kích nổ trong động cơ, tăng được ON cho xăng Vì vậy, trong xăng ôtô, đặc biệt đối với xăng không chì, benzen được sử dụng như là một thành phần chống kích nổ

Tuy nhiên, gần đây do hàm lượng benzen trong xăng không chì cao hơn trong xăng chì nên đã có những tác dụng tiêu cực như dễ làm trương nở các

zoăng phớt cao su, thậm chí khí thải của nó cũng ảnh hưởng đến rau xanh, cây

trồng hai bên đường, Hậu quả đã làm tăng hàm lượng benzen trong các loại thực phẩm trồng ở hai bên đường

Benzen cũng là một chất độc nguy hiểm đến sức khoẻ của con người;

đặc biệt đối với những đối tượng thường xuyên tiếp xúc với xăng dầu Theo các kết quả nghiên cứu, nếu hàm lượng benzen cao thì sẽ dễ dẫn đến các bệnh (trong đó có bệnh ung thư ) Vì vậy, yêu cầu hàm lượng benzen trong xăng càng ít càng tốt; thông thường quy định hàm lượng benzen phải < 5%

3.3.12 Hàm lương Photpho (P)

Kể từ năm 1950, Photpho được sử dụng dưới dạng phụ gia (tên thương mại là ICA) đã được hãng Shell đưa vào xăng nhằm ngăn cẩn sự bám muội vào bugi khi xăng có nồng độ chì cao Trong quá trình nghiên cứu, người ta

cũng đã phát hiện ra rằng các hợp chất của P có khả năng ngăn cần được hiện

tượng mài mòn xupap của động cơ do xăng không chì gây ra Các nghiên cứu

sau đó vào cuối năm 1960 đã kết luận rằng các hợp chất P bảo vệ động cơ rất tốt chỉ cần nông độ tương đối thấp

Việc sử dụng phụ gia Photpho trong xăng không chì đã được giới thiệu lần đầu tiên ở Mỹ vào năm 1971 Tuy nhiên, với sự ra đời của bộ chuyển đổi xúc tác (catalytic converter) trên các xe ôtô đời mới từ năm 1975 đã không

cho phép sử dụng P nữa bởi vì nó gây ngộ độc xúc tác Vì vậy việc sử dụng nó

trong xăng không chì đã bị cấm ở Mỹ và nhiều nước khác

4 Phụ gia pha vào xăng

Trong quá trình phát triển của động cơ xăng, người ta đã phát hiện ra là

khi thêm một lượng nhỏ một số chất nhất định vào xăng có thể nâng cao chất lượng của xăng

Một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất của xăng động cơ là khả năng

chống kích nổ Các chất phụ gia chống kích nổ là những chất khi cho thêm vào xăng với một lượng không lớn nhưng sẽ làm tăng khả năng chống kích nổ trong động cơ; hay nói cách khác là nó sẽ làm “tăng” trị số octan của xăng động cơ

4.1 Phụ gia làm tăng trị số octan

Các loại phụ gia được chia làm hai nhóm:

4.1.1 Phụ gia chì

Phụ gia chì được sử dụng phổ biến là phụ gia TEL (Tetra etyl chì -

Pb(C>Hs)4), TML (Tetra metyl chi — Pb(CHs3),4), chúng đã được đưa vào sử

Cơ chế các phần ứng khi dùng phụ gia chì như sau:

aHydrocacbon khi bị ôxy hoá sâu sắc sẽ tạo thành các hợp chất không bên

Kết quả là biến các peroxyt hoạt động thành các alđehyt R - CHO bền vững, làm giảm khả năng cháy kích nổ Nhưng đồng thời PbO kết tửa sẽ bám trên thành xylanh, ống dẫn, làm tắc đường nhiên liệu và tăng độ mài mòn Do vậy, người ta dùng các chất mang để đưa PbO ra ngoài, thải ra không khí và đây là nguyên nhân chính gây ra ô nhiễm môi trường

Các chất mang hay dùng là C;H;Br hay C;HaCI và cơ chế tác dụng như

Các sản phẩm PbBr;, HạO là chất lỏng, có nhiệt độ sôi thấp nên sẽ bốc

hơi và được khí thải đưa ra ngoài Hỗn hợp phụ gia chì và chất mang gọi là nước chì và rất độc Vì vậy, để phân biệt xăng có pha chì với xăng không chì, người ta thường nhuộm màu đặc trưng cho xăng chì là màu đỏ để phân biệt

Sự độc hai của phụ gia chì

Theo báo cáo tổng hợp của các nhà khoa học Úc, phụ gia chì trong xăng động cơ vô cùng độc hại Những ảnh hưởng do sự nhiễm độc của chì nói chung và của chì trong xăng nói riêng đến sức khoẻ cộng đồng như sau:

+ Chi trong xăng sau khi cháy (chủ yếu dưới dạng hỗn hợp dễ bay hơi PbBr; + HBr) là một nguồn phổ biến hiện nay từ khói thải của động cơ ôtô, xe

máy thải ra

+_ Chì trong khói thải của xe không dễ dàng nhận ra được do sự tích tụ gây

độc Nhóm người có nguy cơ nhiễm bệnh chì là những người sống trong thành phố, những người làm việc liên quan đến xăng dầu và đặc biệt là trẻ em Giới hạn tối đa về hàm lượng chì trong máy có thể ảnh hưởng đến sức khoẻ đối với người lớn khoẻ mạnh là 40 pg/dl

+ Dùng xăng chì sẽ không dùng được hộp xúc tác

Ngày nay, hầu hết các nước trên thế giới đã loại bỏ xăng chì, dù chì là phụ gia khi cho vào xăng làm tăng ON nhiều nhất (từ 6 + 12 đơn vị octan) Tại

Việt Nam, ngày 23/11/2000, Thủ tướng Chính phủ cũng đã có chỉ thị số

24/2000/CT - TTE về việc loại bỏ xăng chì và đã không dùng xăng chì bắt

đầu từ ngày 01/07/2001

Nghiên cứu cơ chế tác dụng của phụ gia chì chỉ là để lựa chọn các loại phụ gia thích hợp hơn

4.1.2 Hợp chất chứa ôxy (phụ gia Oxygen)

Ngày nay, do các yêu cầu về bảo vệ môi trường, các phụ gia chì đã buộc

phải loại bỏ Tuy nhiên, để đắm bảo cho xăng có ON cao và đạt yêu câu, vấn

để phụ gia cho xăng không chì thương phẩm là hết sức cần thiết

Có một số giải pháp hữu hiệu để đạt tới trị số Octan cao hơn khi không

sử dụng phụ gia chì:

> Pha trộn xăng có trị số Octan cao (như xăng Alkyl hoá, Isome hoá, )

vào nhiên liệu có trị số Octan thấp

> Nang cấp và đưa thêm các thiết bị lọc dầu để sản xuất hỗn hợp xăng

có trị số Octan cao

> Sử dụng các chất phụ gia không chứa chì, như các hợp chất chứa ôxy:

Metanol, Ethanol, MTBE, MTBA, TAME

Trong số các hợpchất chứa ôxy nói trên, Ethanol và MTBE được sử dụng với số lượng nhiều nhất Chẳng hạn như ở Mỹ, MTBE được pha trộn tới

15% thểtích; Ethanol tới 10% thể tích; ở Braxin đã pha trộn tới 22% Ethanol

vào xăng trong nhiều năm Thực tế Ethanol, MTBE, được gọi là các hợp chất chứa oxy có trị số octan cao

Bên cạnh việc tăng ON, hỗn hợp xăng với hợp chất chứa ôxy đã giúp

giảm thải hydrocacbon và CO từ xe cộ có sử dụng nhiên liệu này

* Các tính chất lý học của phụ gia Oxygen

Bảng 7 Tính chất lý học của các phụ gia Oxygen

Metyl Tert Butyl Ete (MTBE) 117 102

Tert Army! Metyl Ete (TAME) 108 96

Etyl Tert Butyl Ete (ETBE) 110 95

hàm lượng chì từ 0,1 + 0,15 g/l Tuong tự, trị số octan của Ethanol là 106: do

đó hỗn hợp 10% của Eftanol với xăng có trị số Octan là 87 sẽ tạo ra hỗn hợp có

trị số RON vào khoảng 90 + 92,

* Ứu, nhược điểm của các hợp chất chứa ôxy

+ Giá tương đối rẻ

+ Khả năng điểu chế loại phụ gia này trong thiên nhiên tương đối dễ dàng Metanol có thể điểu chế từ các nguyên liệu thô khác nhau

Tuy nhiên do áp suất hơi bão hoà của Metanol tương đối thấp nên có thể dẫn tới hậu quả là hỗn hợp sau khi pha chế sẽ có áp suất hơi bão hoà (RPV) thấp, nên khi pha vào xăng thì khả năng khởi động của động cơ bị hạn

chế Để khắc phục nhược điểm này chỉ cần pha vào một lượng nhỏ rượu, RPV

sẽ được cải thiện một cách đáng kể Nâng cao chỉ tiêu RPV là một trong những vấn để rất khó thực hiện được trong quá trình lọc và hoá dầu Tuy

nhiên, chú ý rằng nếu cho RPV của hỗn hợp lên quá cao sẽ dẫn tới hiện tượng

tạo nút hơi trong nhiên liệu khi vận hành động cơ, xe máy

a Nhược điểm: Do khả năng tan vô hạn của nó với nước; vì vậy có thể dẫn tới những hậu quả không tốt cho nhiên liệu pha chế Hơn nữa Metanol là

chất rất độc hại cho con người; khi nhiễm phải Metanol có thể gây tử vong

có từ lâu rồi

Tuy nhiên, việc sử dụng loại phụ gia này cũng có một số nhược điểm sau:

> Hút ẩm nhiều, gây ra hiện tượng tách pha, động cơ dễ bị hỏng

> Lam giảm RPV của nhiên liệu nên khó khởi động

Nếu khắc phục được các nhược điểm trên thì xu hướng sử dụng xăng pha côn sẽ phát triển trong tương lai không xa

c Tert Butyl Alcol (TBA)

TBA là sản phẩm trung gian của quá trình sản xuất Oxit Propylen (OP)

Có khoảng 800.000 tấn TBA được sản xuất trên toàn thế giới mỗi năm; trong

đó khoảng 400.000 tấn được sản xuất tại Châu Âu

Hiện nay TBA thường được sử dụng để pha chế với Metanol (theo tỉ lệ

1:1) Hỗn hợp theo tỉ lệ này sẽ làm giảm khả năng phân cách giữa hai pha của Metanol, đồng thời cải thiện RPV của hỗn hợp

a Nhược điểm:

+ Phụ gia này có khả năng hút ẩm cao (tuy không nhiều so với Metanol

và Ethanol)

+ Lam giảm RPV của hỗn hợp

+ Phụ gia này có nhiệt độ chảy mềm khá cao; do vậy đối với xăng có phụ gia này không tổn chứa được ở nhiệt độ thấp

d Metyl Tert Butyl Ete (MTBE)

a Uu diém:

+ Khi pha vào xăng không làm thay đổi RPV của nhiên liệu

+ Kha nang hoa tan vào nước của MTBE thấp hơn nhiều so với các loại

rượu; do vậy lượng nước lẫn vào trong nhiên liệu sẽ ít hơn

+ Khi sử dụng MTBE thì nguy cơ gây cháy nổ ít hơn so với rượu

a Nhược điểm:

+ Giá thành MTBE khá cao, trong khi đó phải pha vào xăng với lượng

khá lớn (tối đa đến 15%) mới làm tăng đáng kể ON

+ MTBE được điều chế chủ yếu bằng phương pháp tổng hợp từ i_Buten _Buten được tạo ra từ phản ting dehydro hod ¡_Butan) mà nguồn nguyên liệu

này không phải dễ kiếm.

+ MTBE cũng ảnh hưởng đến độ bay hơi của nhiên liệu (nhiệt độ thành phần cất 50%)

+ MTBE độc hại đối với con người và môi trường nước

Bảng 9 Tổng hợp các ưu, nhược điểm chung của phụ gia Oxygen

Loại phụ gia Ưu điểm Nhược điểm

Metanol - Dễ kiếm - Làm giảm RPV

- Lầm tăng khả năng cháy nổ

- Độc hại cho người sử dụng

“Nhiên liệu cháy sạch, ít | - Dễ tan trong nước

Ethanol tạo cặn bẩn - Lam gidm RPV

- Lầm tăng khả năng cháy nổ

- Không tạo ra các pha | - Nhiệt độ chảy mềm khá cao

TBA/Metanol | phân tách - Hoà tan được nước

- Lầm tăng khả năng cháy nổ

- Không làm thay đổi RPV | - Đắt

- Ít hoà tan với nước - Lam tăng khả năng bay hơi của phân

hạn bởi luật pháp Tiêu chuẩn của Cộng đồng chung Châu Âu - EC.CN.228

quy định rất rõ về giới hạn này Mức độ tối đa các chất phụ gia này cho phép pha vào xăng không được quá quy định và nằm trong khoảng từ 10 + 12%

4.2 Các loại phụ gia khác

Ngoài phụ gia làm tăng trị số octan kể trên, để xăng đáp ứng được các yêu câu của động cơ, người ta còn pha vào xăng các loại phụ gia khác [4]: + Phụ gia chống ôxy hoá.

+ Phụ gia tẩy rửa/tăng cường khả năng khuếch tán

+ Phụ gia biến đổi cặn

+ Các loại phẩm màu

+ Phụ gia chống ăn mòn

II Giới thiệu về Etanol

1 Tính chất lý hoá của etanol

Ethanol tinh khiết là chất lỏng không màu Nó có thể hòa tan được với

bất kỳ tỷ lệ nào của nước và cả axeton, benzen và một vài dung môi hữu cơ

khác Ethanol khan hút ẩm mạnh và lượng nước (ẩm) có thể đạt tới 0,3 + 0,4% Một vài tính chất vật lý của Ethanol khan được thể hiện trong bảng 10

Nhiệt dung riêng Cp (16 + 21 °C) 2,415 J/g.K

Nhiệt hoá hơi ở:

Tính chất hoá học của Ethanol được quyết định bởi nhóm chức - OH và do đó

Ethanol có thể tham gia các phản ứng hoá học quan trọng trong công nghiệp như phản ứng đehydrat, halogen hoá, oxi hoá và phản ứng este hoá

2 Sản xuất Etanol

Ethanol được sản xuất từ bất kỳ nguồn nguyên liệu nào có chứa một lượng đáng kể đường hoặc từ tỉnh bột và Xenluloza tạo thành đường [1 1,35] Ethanol có thể được sản xuất từ:

> Quá trình lên men đường nhận được từ tinh bột gạo (lúa mì và ngũ cốc),

củ cải đường hoặc sử dụng vi sinh vật;

> Sử dụng phế thải từ gỗ, vụ mùa, phế thải ở đô thị và của quá trình chế biến thực phẩm;

> Quá trình tổng hợp như Hydrat hoá trực tiếp Etylen (nhận được từ dầu mỏ); hoặc quá trình chuyển hoá ở nhiệt độ cao của than đá thành nhiên liệu lỏng (quá trình Fischer Tropsch) cũng tạo ra phần lớn Ethanol bên cạnh các sản phẩm khác như: Propanol, Pentanol

a Sản xuất Etanol từ đường

Enzym từ men rượu được dùng để lên men gốc đường trong đường mía

và trong củ cải đường để tạo thành Ethanol Sáu nguyên tử Cacbon của gốc

đường (phần lớn là Glucoza) trong đường mía và củ cải đường được lên men trực tiếp tạo thành Ethanol

Phan ứng hoá học tạo Ethanol từ đường được mô tả như sau:

CcHạO, LÊRMŒ" 2C,H.OH + 2CO; + Q

Đầu tiên, đường được làm sạch bằng cách ép, ngâm tẩm và dùng các

biện pháp xử lý hoá học Sau đó nước rỉ đường được lên men tạo thành Ethanol bằng cách sử dụng Enzym (từ men rượu) Bước cuối cùng là tiến hành

làm tỉnh khiết Ethanol từ quá trình chưng tách hỗn hợp đẳng phi Ethanol — Nước (Ethanol chiếm từ 93 + 95%); còn lại là nước và các thành phần khác

Để cho quá trình chưng tách tốt nhất thì sử dụng thêm dung môi Cyclohexan Bên cạnh đó, để làm tinh khiết Ethanol có thể sử dụng các rây phân tử

Trong quá trình sản xuất Ethanol, các axit amin tự nhiên có mặt trong rỉ đường bị khử để tách nhóm amin ra khỏi hợp chất và tạo thành hỗn hợp các rượu (gọi là dầu cặn rượu - Fusel Oil) - đây là các sản phẩm phụ Các loại rượu FO này là iso_amylalcol, n Propanol và PhenylEtanol; đây là nguồn nguyên liệu thô quan trọng để sản xuất nước hoa

b San xuất Ethanol từ các loại hạt

Trong quá trình sản xuất Ethanol, chỉ có thành phần tinh bột của các loại hạt như ngũ cốc, lúa mì, lứa mạch được sử dụng; lượng tinh bột này phần

lớn trong hạt lúa mì Ngoài ra, một số loại vỏ và thân cây khô cũng được sử dụng Nếu việc sử dụng phế thải có chứa Xenluloza gia tăng được quá trình

lên men đường, thì quá trình sản xuất Ethanol từ các loại hạt có hiệu quả hơn

c Quá trình tổng hợp Ethanol

Ethanol thương mại được sản xuất từ Etylen bằng phản ứng trực tiếp của nước tinh khiết với khí Etylen Quá trình hydrat hoá trực tiếp này là phương pháp thương mại có hiệu quả nhất về mặt công nghệ và môi trường để tạo

Ethanol có chất lượng cao Phản ứng hoá học cơ bản của quá trình này xảy ra khi hơi nước kết hợp với Etylen ở áp suất và nhiệt độ cao với sự có mặt của

xúc tác H:POa

Phản ứng hoá học của quá trình sản xuất Ethanol từ Etylen như sau:

CH;=CH;ạ + HO Xúclc CH;CHOH

Phản ứng chính này tạo ra dung dịch Ethanol thô Sau đó, Ethanol được tách ra khỏi Etylen chưa chuyển hoá, được tuần hoàn và nông độ tăng lên khi qua các tháp chưng tách Tiếp theo, Ethanol được qua quá trình Hydro hoá để chuyển các thành phần chưa bão hoà thành dạng khác mà chúng có thể tách

ra dễ dàng khi chưng tách Tuy nhiên nước trong Ethanol không tách triệt để trong quá trình chưng tách để sản xuất Ethanol có độ tinh khiết cao

Theo công nghệ Fischer Tropsch (đã sử dụng ở Nam Phi), quá trình này

tiến hành ở nhiệt độ cao và Ethanol chỉ là sản phẩm phụ bên cạnh các loại rượu cao hơn như Propanol, Butanol và Pentanol Hầu hết các nhiên liệu chứa

10 + 20% Ethanol đã chấm dứt sử dụng do yêu cầu hàm lượng Ethanol cao trên thị trường (vì Nam Phi có độ cao hon 1500 m so với mặt nước biển) Ảnh hưởng của hàm lượng 95%V Ethanol/ 5%V các rượu bậc cao (Cạ+) đến sự cải thiện ON và hoạt động của nhiên liệu pha cồn có thể được so sánh với Ethanol tỉnh khiết (99,9%) từ quá trình lên men ở California

d So sánh quá trình sẳn xuất Ethanol từ việc lên men và tổng hợp hữu cơ

Chi phí cho quá trình sản xuất Ethanol từ quá trình Hydrat hoá Etylen (Ethanol tổng hợp) hoặc từ quá trình lên men (Ethanol lên men) phụ thuộc chủ yếu vào giá nguyên liệu thô ban đâu Vì Etylen nhận được từ các sản phẩm của quá trình lọc dầu nên khi giá dầu thô tăng thì quá trình lên men có tính kinh tế hơn quá trình tổng hợp Ethanol Chi phí sản xuất Ethanol lên men có thể giảm đáng kể nếu sử dụng các công nghệ mới và cải tiến kỹ thuật để có

thể sử dụng các nguồn nguyên liệu thô giá rẻ như gỗ, chất thải công nghiệp và

Ethanol là một hợp chất hoá học có nhiều ứng dụng:

> Các đồ uống có côn (bia, rượu );

> Dung mdi;

> Nguyên liệu thô cho các quá trình tổng hợp hoá học;

> Ding lam nhiên liệu cho động cơ

Ở hầu hết các quốc gia, Ethanol từ quá trình lên men được sử dụng trong các loại đổ uống có cồn và trong các chất hoá học đặc biệt; còn Ethanol tir quá trình tổng hợp được sử dụng vào mục đích công nghiệp [3] Tuy nhiên, ở vài nước như Braxin và Ấn Độ thì Ethanol lên men còn được sử dụng trong các mục đích công nghiệp

a Dung môi

Ethanol là một trong những dung môi quan trọng nhất sau nước Ethanol được dùng trong công nghiệp mỹ phẩm, bột giặt, chất tẩy rửa, dược phẩm, thực phẩm, chất hoạt động bể mặt Cả hai loại Ethanol tổng hợp và Ethanol lên men đều có thể sử dụng cho các mục đích này; tuy nhiên Ethanol lên men được sử dụng phổ biến hơn cho các nhu câu của con người như mỹ phẩm, dược

phẩm

Số lượng Ethanol dùng làm dung môi ngày càng tăng Ví dụ: ở Mỹ từ

1960 + 1979 lượng Ethanol làm dung môi tăng từ 197.000 + 340.000 tấn Tại

Nhật, từ 1974 + 1978 tổng lượng Ethanol sử dụng làm dung môi tăng 28%

b Nguyên liệu thô

Trong bảng 7! mô tả các sản phẩm quan trọng nhận được từ Ethanol ở

Mỹ Lượng Ethanol sử dụng làm nguyên liệu cho tổng hợp hoá học chiếm

37,6% tổng lượng Ethanol được sử dụng ở quốc gia này trong một thời gian

dài Ở Mỹ, lượng Ethanol sử dụng làm nguyên liệu thô đạt cực đại vào năm

1960 (627.000 tấn) và sau đó giảm dần Lượng Ethanol sử dụng cho quá trình

tổng hợp hoá học vào năm 1979 chỉ bằng 1/3 so với năm 1960 Nguyên nhân chính cho sự giảm này là việc sử dụng Etylenglycol tốt hơn so với Ethanol trong chất đông lạnh; hay sử dụng Etylen và Etan thay thế Ethanol trong sản xuất Axetaldehyt; Etylhexanol và Butyraldehyt từ các nguyên liệu thô

khac[25]

Bảng 11 Các sản phẩm hoá học từ Ethanol ở Mỹ (từ 1-7-1978 + 30-6-1979)

Etylen amin cho quá trình tổng hợp cao su 35.208.990

Thuốc nhuộm và các hợp chất trung gian 1.357.936

Ở Ấn Độ, vào năm 1978 hơn 50% tổng lượng Ethanol dùng để tổng hợp hoá học Các sản phẩm từ Ethanol như Axetaldehyt, Axit axetic, Anhydric axeticvà DDT (Diclo, Diphenyl, Tricloetan) có tầm quan trọng của quá trình sản xuất các Axetat hữu cơ, Glycol, Polyetylen, Styren, VA và các sản phẩm hoá học khác

c Dùng làm nhiên liệu

Hiện nay trên thế giới, rất nhiều quốc gia đã sử dụng etanol để pha vào nhiên liệu động cơ Ngoài mục đích làm tăng trị số octan, etanol làm cho nhiên liệu cháy hoàn toàn và cháy sạch hơn làm giảm ô nhiễm môi trường do khói thải động cơ

Do nguồn nhiên liệu hóa thạch dang dần cạn kiệt, rõ rệt nhất là trong những năm gần đây giá xăng dâu liên tục tăng Vấn để cấp bách hiện nay là

tìm được một nguồn nhiên liệu thay thế Bên cạnh việc sử dụng LPG, LNG,

thì Fuel - Ethanol thay thé 10 + 20% xăng dầu khoáng dùng cho động cơ đốt trong, đốt lò công nghiệp, trong vòng 10 + 20 năm tới Đây là các dạng nhiên liệu sạch, đặc biệt là Ethanol nhiên liệu không chỉ là nhiên liệu mà dạng nhiên liệu này không bao giờ cạn kiệt như các nguồn nhiên liệu từ dầu

mỏ vì chúng được sản xuất từ thực vật Vấn để sản xuất “nhiên liệu sạch ” đã

được nhiều nước trên thế giới quan tâm và phát triển rất nhanh trong gần 30 năm qua

4 Ưu điểm- nhược điểm khi pha etanol vào xăng

4.1 Ưu điểm

- Lam tang ON cho xing dong cơ tương tự như các phụ gia oxygen khác -_ Ethanol chứa 11% ôxy, không chứa các hợp chất lưu huỳnh, không có chất độc hại, khi pha vào xăng làm cho xăng cháy hoàn toàn Lượng khí GHG

giảm 25 + 30%, muội đen giảm tối đa so với khi sử dụng nhiên liệu hoá thạch

Điều này không những làm giảm ô nhiễm môi trường mà còn có nhiều hiệu

quả về mặt kinh tế vì lượng xăng dâu pha Ethanol sẽ tiết kiệm 7 + 10% lượng

xăng dâu hao hụt do động cơ cháy không hết Để thấy được sự thay đổi về thành phần khí thải khi sử dụng cùng một loại xăng có pha thêm phụ gia tăng

ON như MTBE, Ethanol theo các tỷ lệ khác nhau đối với loại động cơ không

sử dụng bộ chuyển đổi xúc tác và có sử dụng bộ chuyển đổi xúc tác hãy xem

các biểu đồ dưới đây [9,13]

Hàm lượng CO trong khí thải

- Khi pha etanol vào xăng làm giảm nhiệt cháy của nhiên liệu Do đó làm

giảm công suất của động cơ.

- Etanol tinh khiết dễ bị hút ẩm, do vậy trong quá trình bảo quản dễ xảy ra

hiện tượng phân tách pha gây khó khăn cho quá trình khởi động của động cơ,

quá trình vận chuyển nhiên liệu, động cơ dễ bị hỏng.[16]

- Khi pha etanol vào xăng làm thay đổi áp suất hơi bão hoà của xăng.[2I]

IV Nghiên cứu về quá trình tách pha của xăng pha côn và biện pháp khắc

> Tăng trị số Octan và áp suất hơi trong xăng pha trộn;

> Giảm nhiệt độ các thành phần cất của hỗn hợp xăng pha côn;

> Giãn nở một lượng thể tích nhỏ

Xăng pha cồn rất nhạy với sự có mặt một lượng nhỏ nước, thậm chí tại nhiệt độ phòng Vì Ethanol và Metanol phân cực mạnh nên các phân tử này hoạt động mạnh và kết hợp với các phân tử nước nhờ liên kết hydro Kết quả của quá trình này là xăng pha côn bị tách ra làm 2 pha Pha bên trên chủ yếu

là các hydrocacbon parafin; pha bên dưới gồm chủ yếu là rượu, nước và một lượng nhỏ các hydrocacbon thơm [10]

Xăng được pha trộn với phụ gia oxi hoá đều liên quan tới quá trình tách pha nước Nước trong xăng có thể tác động khác nhau đến động cơ phụ thuộc vào sự có mặt hay không có mặt nó trong dung dịch hay trong pha tách, và còn phụ thuộc vào từng loại động cơ Quá trình tách nước trong nhiên liệu có thể

gây tổn hại đến động cơ; một lượng nhỏ nước trong xăng gây ảnh hưởng tiêu

cực đến các bộ phận của động cơ Nếu có sự phòng ngừa nước lọt vào hệ thống nhiên liệu thì quá trình tách nước sẽ bị hạn chế rất nhiều

Quá trình tách pha của nhiên liệu pha cồn có thể dẫn đến sự đóng băng trong đường ống dẫn nhiên liệu và làm giảm độ linh động của nhiên liệu Đối với các động cơ nhạy với nhiên liệu (FEVS) thì sự có mặt nước trong hỗn hợp nhiên liệu có thể làm cho bộ phận điều khiển (sensor) hoạt động không bình

thường, ảnh hưởng xấu đến độ linh động của nhiên liệu [33]

Vì vậy việc nghiên cứu quá trình tách pha và các biện pháp chống tách pha của nhiên liệu pha cồn là rất quan trọng trong công nghệ chế tạo nhiên liệu sạch

2 Ảnh hưởng của quá trình pha cồn vào xăng

2.1 Tăng trị số Octan

Các Alcol và ete hầu hết đều có trị số Octan cao hơn xăng (bảng 12)

Bảng 12 Trị số Octan của xăng và các phụ gia Oxygen

Phương pháp nghiên cứu Phương pháp động cơ

100 Săng wane fos 100

2.2 Giảm nhiệt cháy