sử dụng matlab để lập trình tìm điểm tối ưu trong pha trộn xăng

A. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT. 1. Xăng thương phẩm. Xăng là một sản phẩm quan trọng của nghành công nghiệp lọc hóa dầu. Nó luôn là sản phẩm mong muốn thu được nhiều nhất trong quá trình chế biến dầu mỏ, nó đã trở thành mặt hàng quen thuộc trong đời sống sinh hoạt hàng ngày của con người cũng như hoạt động sản xuất trong công nghiệp. Xăng là nhiên liệu lỏng nhẹ nhất ở điều kiện thường thu được từ việc chế biến dầu mỏ. Nó chủ yếu chứa các hydrocacbon từ C5 đến C11và phụ gia được sử dụng trong các động cơ đốt trong như: ôtô, xe máy, máy bay… Thành phần hóa học của xăng bao gồm các họ hydrocacbon: paraffin, naphtha và aromatic. Bên cạnh đó, trong xăng con luôn có sự có mặt của nước, kim loại và các hợp chất dị nguyên tố. Người ta chủ yếu dựa vào tính chất hóa lý cơ bản của xăng để đánh giá chất lượng của xăng. Hợp phần pha xăng (xăng gốc) chủ yếu được sản xuất từ các quá trình chưng cất phân đoạn dầu mỏ (xăng chưng cất), từ quá trình cracking (xăng crackat), qua trình reforming (xăng reformat), qua trình ankyl hóa ( xăng ankylat), quá trình isome hóa (xăng isomerisat), quá trình polime hóa (xăng polimerisat), quá trình cốc hóa (xăng cốc hóa), quá trình nhiệt phân (xăng nhiệt phân) và rafinat dầu mỏ … Các xăng thu được từ các quá trình chế biến này ít hoặc gần như không sử dụng trực tiếp như xăng thương phẩm vì không đáp ứng được các tiêu chỉ tiêu cơ bản với các loại động cơ hoặc không mang lại hiêu quả kinh tế kỹ thuật tốt nhất. Vì vậy, trong thực tế, xăng thương phẩm được phối trộn từ hai hay nhiều các xăng gốc trên để được xăng thương phẩm có tính chất ưu việt nhất. Thành phần của xăng còn phải kể đến các phụ gia được pha chế vào xăng, hàm lượng các phụ gia chỉ từ vài ppm đến 20% nhưng đem lại những bổ xung hoặc nâng cao chất lượng của xăng.

A TỔNG QUAN LÝ THUYẾT.

1 Xăng thương phẩm.

Xăng là một sản phẩm quan trọng của nghành công nghiệp lọc hóa dầu Nó luôn là sản phẩm mong muốn thu được nhiều nhất trong quá trình chế biến dầu

mỏ, nó đã trở thành mặt hàng quen thuộc trong đời sống sinh hoạt hàng ngày của

con người cũng như hoạt động sản xuất trong công nghiệp

Xăng là nhiên liệu lỏng nhẹ nhất ở điều kiện thường thu được từ việc chế biến dầu

mỏ Nó chủ yếu chứa các hydrocacbon từ C5 đến C11và phụ gia được sử dụng trong các động cơ đốt trong như: ôtô, xe máy, máy bay… Thành phần hóa học của xăng bao gồm các họ hydrocacbon: paraffin, naphtha và aromatic Bên cạnh đó, trong xăng con luôn có

sự có mặt của nước, kim loại và các hợp chất dị nguyên tố Người ta chủ yếu dựa vào tínhchất hóa lý cơ bản của xăng để đánh giá chất lượng của xăng

Hợp phần pha xăng (xăng gốc) chủ yếu được sản xuất từ các quá trình chưng cất phân đoạn dầu mỏ (xăng chưng cất), từ quá trình cracking (xăng

crackat), qua trình reforming (xăng reformat), qua trình ankyl hóa ( xăng ankylat), quá trình isome hóa (xăng isomerisat), quá trình polime hóa (xăng polimerisat), quá trình cốc hóa (xăng cốc hóa), quá trình nhiệt phân (xăng nhiệt phân) và rafinat dầu mỏ … Các xăng thu được từ các quá trình chế biến này ít hoặc gần như không

sử dụng trực tiếp như xăng thương phẩm vì không đáp ứng được các tiêu chỉ tiêu

cơ bản với các loại động cơ hoặc không mang lại hiêu quả kinh tế - kỹ thuật tốt nhất Vì vậy, trong thực tế, xăng thương phẩm được phối trộn từ hai hay nhiều các xăng gốc trên để được xăng thương phẩm có tính chất ưu việt nhất

Thành phần của xăng còn phải kể đến các phụ gia được pha chế vào xăng, hàm lượng các phụ gia chỉ từ vài ppm đến 20% nhưng đem lại những bổ xung hoặc nâng cao chất lượng của xăng.

1.1. Phân loại xăng.

Hiện nay không có một quy định chung về việc phân loại xăng động cơ Mỗi nước lại có một cách hiểu, cách gọi khác nhau về xăng Tuy nhiên có một số cách phân loại sau:

 Phân loại xăng dựa vào trị số octan:

Dựa vào trị số octan người ta phân loại xăng như sau:

- Xăng RON 90 hay MOGAS 90

- Xăng RON 92 hay MOGAS 92

- Xăng RON 95 hay MOGAS 95

- Xăng RON 98 hay MOGAS 98

 Phân loại xăng dựa vào thành phần pha trộn bổ sung:

Các phụ gia hoặc hợp phần oxygenat pha trộn vào xăng, đặc biệt là Etanol được điều chế từ các nguồn không phải là dầu mỏ, được pha trộn vào xăng với tỷ lệ nhất định, khi đó xăng được phân loại thành:

- Xăng thường

- Xăng sinh học, hay xăng Gasohol hay xăng E5, E10, E15, E20 …

 Phân loại dựa vào hàm lượng phụ gia chì:

Sự có mặt của chì thường pha trộn vào nhằm tăng trị số octan dưới dạng phụ gia Tuy nhiên phụ gia này có thính độc và hầu hết đã bị cấm sử dụng trên thế giới Khi đó xăng được phân loại thành:

- Xăng chì

- Xăng không chì

 Phân loại theo các tiêu chuẩn thế giới và địa phương:

Hiện nay có rất nhiều hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn nhằm quy định chất lượng xăng thương phẩm Các tiêu chuẩn này được xây dựng trên cơ sở phù hợp với điều kiện mỗi nước mỗi vùng Các xăng đạt tiêu chuẩn này phải đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt, nhiều chỉ tiêu Chính vì vậy, cách phân loại này còn được sử dụng để đánh giá chất lượng xăng cũng như quyết định đến giá thành trông sản xuất cũng như kinh doanh xăng Một số chỉ tiêu chuẩn hay áp dụng ở Việt Nam.

- Tiêu chuẩn Việt Nam: Xăng đạt tiêu chuẩn Việt Nam phải đáp ứng các tiêu chuẩn được quy định tại TCVN 6776:2005 (bảng 3.1 - 75 - Đai cương

về các sản phẩm dầu mỏ và phụ gia – Dương Viết Cường)

- Tiêu chuẩn Euro: Tiêu chuẩn này quy định các tiêu chuẩn kỹ thuật của xăng thương phẩm như các tiêu chuẩn kỹ thuật khác Tiêu chuẩn này chỉ nhấn mạnh, quy định các hợp phần trong xăng mà khi cháy tạo thành các hợp chất có thể gây hại cho cơ thể con người và môi trường Chất gây hại này được quy định và phân loại xăng theo tiêu chuẩn Euro như sau: Bảng 1.1 Một số tính chất của xăng theo các tiêu chuẩn Euro 2,3,4

Hàm lượng các

nguyên tố

Lưu huỳnh, ppm, max

1.2 Trị số octan (ON).

Để đặc trưng cho sự cháy chống kích nổ của xăng, người ta thường dùng đại lượng trị số octan để biểu đạt Về nguyên tắc, trị số octan của xăng càng cao càng tốt,tuy nhiên phải phù hợp với tỷ số nén của động cơ Xăng có ON từ RON 80  83 (hoặc

từ MON 72  76) thường được dùng cho các loại xe có tỷ số nén nhỏ hơn 7:1 Xăng cóRON từ 90  92 thường được sử dụng cho các loại xe có tỷ số nén đến 8:1 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

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

tỷ số nén, tải trọng, nhiệt độ hỗn hợp, áp suất và nhiệt độ môi trường cao hơn và thời gian điểm hoả sớm hơn Ngược lại xu hướng cháy kích nổ sẽ được giảm bớt khi gia tăng tốc độ động cơ, chế độ chảy rối của hỗn hợp (nhiên liệu - không khí) và độ ẩm Vìvậy yêu cầu xăng phải có ON cao hơn mới không xảy ra cháy kích nổ

Trị số octan của xăng phụ thuộc chủ yếu vào bản chất hóa học của xăng Người

ta nhận thấy rằng: các hydrocacbon có phân tử lượng nhỏ như parafin mạch nhánh, các aromat chỉ cháy được sau khi điểm hỏa, còn các n-parafin có khả năng tự bốc cháy ngay cả khi mặt lửa chưa lan truyền tới Vì vậy, trị số octan của xăng giảm theo thứ tự: aromatic - olefin mạch nhánh - parafin mạch nhánh - naphten có mạch nhánh không no

- olefin không phân nhánh - naphten - parafin không phân nhánh [1][2]

Có hai phương pháp xác định ON là RON và MON trên cùng một động cơ Sự khác biệt về ý nghĩa của hai trị số này là: Điều kiện đo của phương pháp MON rất khắc nghiệt, tốc độ động cơ cao và duy trì trong một thời gian dài, mang tải trọng lớn

Do vậy, thông số này thích hợp đối với các loại xe vận tải đường trường, tốc độ vận hành cao và ổn định Ngược lại, phương pháp RON vận hành ở điều kiện nhẹ nhàng hơn, không thích hợp với các trường hợp mang tải trọng lớn RON phù hợp cho các loại xe chạy trong thành phố, thường xuyên thay đổi tốc độ và tải trọng nhẹ 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 vì dùng RON hay MON riêng rẽ Bởi giá trị này cho pháp đánh giá một cách tương đối hơn cho việc xác định ON của xăng ở các chế độ vận hành khác nhau

Sự khác biệt giữa hai giá trị RON và MON phần nào cũng phản ánh lộ trình hoạt động của động cơ Hiệu số S = RON - MON còn được gọi là độ nhạy của xăng

Xăng có độ nhạy càng bé thì càng thích hợp với những chế độ làm việc khác nhau của động cơ

Mặt khác, ngoài việc đánh giá khả năng cháy chống kích nổ của hydrocacbon trong nhiên liệu theo RON và MON, còn phải đánh giá khả năng cháy chống kích nổ 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 Road

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

Road ON = RON - = RON -

Trong đó: a là hệ số (4,6 - 6,2) phụ thuộc vào tỷ số nén của động cơ

Rõ dàng, nhiên liệu có độ nhạy S càng thấp thì Road ON càng gần với RON

Nếu hai loại hydrocacbon có cùng RON như nhau, nhưng loại nào có độ nhạy càngthấp sẽ có khả năng cháy chống kích nổ càng cao khi làm việc trong các chế độ thay đổi khác nhau Ví dụ trong phân đoạn reformat chứa nhiều chất thơm: RON là 100, còn MON là 97; trong khi đó đối với thành phần isomerisat chứa chủ yếu là isoparafin

có độ nhạy thấp: RON là 89, còn MON là 88 Vì vậy isoparafin có nhiều ưu điểm hơn

so với olefin và các aromat [1][2]

1.3 Đặc điểm của các loại xăng gốc.

1.3.1 Xăng của quá trình reforminh xúc tác

Bảng 1.1: Các tính chất kỹ thuật của xăng reformat Nhà máy lọc dầu

10291

Xăng reformat thu được của quá trình reforming xúc tác phân đoạn xăng chưng cất nặng Đây là nguồn nguyên liệu chính để phối trộn tạo xăng có chất lượng cao, chúng có chứa một hàm lượng các hợp chất aromatic cao (khoảng 70% hydrocacbon thơm, 20% parafin, 5% olefin…) nên chỉ số octan của nó cao (RON = 95- 102), có RVP bé, tỷ khối lớn và nhiệt cháy cao Tuy nhiên đây cũng chính là nhược điểm của xăng reformat so với các xăng gốc khác, do có chứa hàm lượng chất thơm nhiều nên xăng reformat thường tạo nhiều cặn muội và độc

hại đối với môi trường và con người [1]

Bảng 1.2: Thành phần và tính chất lý hóa của reformat nhập khẩu [1]

Bản chất của quá trình reforming xúc tác là biến các hydrocacbon no, chủ yếu

là C7 thành ankyl benzen trên cơ sở xúc tác lưỡng chức: chức axit và chức kim loại

Các thông số cơ bản của quá trình reforming được chỉ ra dưới đây: [1]

- Cơ chế chính của quá trình: phản ứng qua 3 giai đoạn: loại H2, đóng vòng, loại

H2 theo cơ chế cacbocation

- Nhiệt độ: 450 - 5500C

- Áp suất: 3 - 35 atm

- Xúc tác: chất xúc tác lưỡng chức như: Al2O3/Pt,

- Hiệu suất: 80 - 86%

1.3.2 Xăng chưng cất trực tiếp.

Xăng chưng cất là phân đoạn xăng thu được từ quá trình chưng cất phân đoạn trực tiếp từ dầu mỏ ở áp suất khí quyển Đây là lượng xăng chủ yếu thu được trong quá trình chế biến dầu mỏ Tùy thuộc vào bản chất của dầu mỏ, công nghệ chế biến

mà xăng chưng cất chiếm từ 20 - 50% tổng các sản phẩm dầu mỏ và từ 50 - 80% các loại xăng gốc Xăng chưng cất gồm hai loại là xăng nhẹ và xăng nặng hay còn gọi là naphtha

Xăng nhẹ (light gasoline) là xăng có nhiệt độ sôi thấp (dưới 800C), áp suất hơi bão hòa cao, thành phần hydrocacbon chủ yếu là C5 - C6

Xăng nặng (heavy gasoline) là xăng có thành phần hydrocacbon chủ yếu từ C7

-C11, tương ứng với nhiệt độ chưng cất phân đoạn từ 80 - 1800C

Xăng chưng cất về nguyên tắc không được sử dụng ngay mà cần phải chế biến tiếp để thu được sản phẩm xăng có giá trị và phẩm chất kỹ thuật cao hơn Vì xăng chưng cất thường có trị số octan thấp, khoảng 68 - 80 không đáp ứng được yêu cầu cơbản của hầu hết các động cơ đốt trong hiện nay Các chỉ tiêu hóa lý khác trong xăng chưng cất đều cao hơn tiêu chuẩn như: hàm lượng các hợp chất hydrocacbon no không nhánh hoặc ít nhánh, hàm lượng lưu huỳnh, các hydrocacbon khí bão hòa trong xăng, hàm lượng nhựa… Thông thường, xăng chưng cất được coi là nguyên liệu cho các quá trình chế biến tiếp theo là isome hóa và reforming

Bảng 1.3: Các tính chất kỹ thuật của xăng chưng cất Nhà máy lọc dầu Dung Quất[1]

Một lượng xăng nhẹ khác mà không thể không kể đến đó là sản phẩm của quá trình chế biến khí đồng hành, thường được gọi là condensat Condensat là sản phẩm lỏng ở nhiệt độ thường được tách ra từ thiết bị tách khí slug catcher, tháp tách, tháp chưng cất ở nhiệt độ thấp trong quá trình chế biến khí Condensat có thành phần hóa học và tính chất hóa lý tương tự như xăng nhẹ thu được trong quá trình chưng cất dầu

mỏ Nó chủ yếu chứa hydrocacbon no, không nhánh hoặc ít nhánh C5 - C6 Trị số

bé, áp suất hơi bão hòa Reid cao Xăng isomerisat chiếm khoảng từ 3 - 5%

tổng lượng xăng trên thế giới Các thông số kỹ thuật của quá trình isome hóa như

1.3.4 Xăng của quá trình Alkylat

Xăng crăckat là xăng thu được từ quá trình crăcking nhiệt, crăcking xúc tác, hydrocracking phân đoạn cặn sạch của tháp chưng cất khí quyển, quá trình crăcking giảm độ nhớt, quá trình sản xuất than cốc, cặn chưng cất chân không đã loại nhựa đường … Đây là nguồn cho xăng lớn nhất trong nhà máy lọc dầu Trị số octan của xăng này khoảng 87- 92 tuỳ theo điều kiện công nghệ Thành phần hóa học chứa tới 9- 13% hydrocacbon olefine Sự có mặt của của các olefin này chính là nguyên nhân làm mất

tính ổn định của xăng do xăng không bền ôxy hóa

Quá trình crăcking nhiệt xảy ra chủ yếu theo cơ chế gốc hoặc phân hủy bởi nhiệt Sản phẩm của quá trình phức tạp, chứa nhiều olefin và khí hydrocacbon Mặt khác, quá trình crăcking nhiệt cũng thu được nhiều cốc, hiệu suất phản ứng thấp (< 60%)… Chính vì các lý do trên mà quá trình crăcking nhiệt hiện nay không được dùng để sản xuất xăng [1]

Quá trình crăcking xúc tác (lớp xúc tác cố định hoặc tầng sôi) xảy ra theo cơ chế cacbocation trên cơ sở xúc tác axit So với quá trình crăcking nhiệt, crăcking xúc tác tạo ra nhiều hydrocacbon mạch nhánh hơn, ít hydrocacbon khí và olefin hơn, phản ứng có tính chọn lọc cao, tốc độ lớn hơn… chính vì vậy sản phẩm của quá trình

crăcking xúc tác có chất lượng cao hơn nhiều, trị số octan thường lớn hơn 90

Các thông số cơ bản của quá trình crăcking xúc tác được chỉ ra dưới

đây: - Cơ chế chính của quá trình: cơ chế cacbocation

- Nhiệt độ: 470 - 5500C

- Áp suất: 2,5 - 3 atm

- Xúc tác: chất xúc tác lưỡng chức như: Zeolit Y

Bảng 1.5: Các tính chất kỹ thuật nguyên liệu RFCC và xăng crăckat Nhà máy

lọc dầu Dung Quất[1]

liệu cặn khí quyển

35 43 47 60

39 50 55 71

-72 91 129 144 159

90 116 160 176 197

-92 79.5

92.1 79.9

-

-

-sôi trên

-

-

-1.3.5 Các nguồn 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 ổn 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 octane cao như: MTBE, TAME, methanol, ethanol để phối trộn xăng thương phẩm cũng đang được áp dụng rộng rãi.[1]

1.4 Phụ gia cho xăng.

1.4.1 Tổng quan về phụ gia pha xăng.

Như đã trình bày ở trên thì hầu như các xăng thu được trong quá trình chế biếndầu mỏ không được sử dụng trực tiếp Chúng cần phải được phối trộn với nhau, nhằm

bổ sung các tính chất ưu việt cho nhau, cũng như khắc phục các nhược điểm củachúng Bên cạnh đó để đáp ứng được các yêu cầu kĩ thuật của xăng thương phẩm thìmột thành phần không thể thiếu trong xăng là phụ gia Mặc dù hàm lượng của phụ gia

trong xăng rất nhỏ nhưng hiệu quả kĩ thuật mà nó mang lại là vô cùng lớn Về cơ bản,các loại phụ gia trong xăng bao gồm các loại sau:

- Phụ gia tăng trị số octan

- Phụ gia chống oxy hóa

- Phụ gia chống tạo cặn trong buồng đốt

- Phụ gia tẩy rửa, chống gỉ, tăng cường khả năng khuếch tán

- Phụ gia làm sạch bộ chế hòa khí

- Phụ gia chống ăn mòn

- Phụ gia tạo màu…

Cơ chế hoạt động của các phụ gia pha xăng chủ yếu theo cơ chế phá hủy, ứcchế các hợp chất peoxit, hydropeoxit, gốc tự do sinh ra trong quá trình tiền cháy củanhiên liệu Một cơ chế khác cũng cần phải kể đến đó là tính “tương hỗ”, “lôi kéo” củaphụ gia đối với xăng gốc, đây cũng có thể được coi là cơ chế tăng trị số octan của cáccấu tử pha vào xăng.[1]

Giống như các phụ gia pha chế vào các sản phẩm dầu mỏ khác, phụ gia pha chếvào xăng cũng phải đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt như:

- Phụ gia phải bổ sung hoặc làm tăng cường các tính chất vốn có của xăng vàkhông được làm giảm hoặc thay đổi không đáng kể, có thể chấp nhận được các tínhchất của xăng Ví dụ, khi pha phụ gia tăng trị số octan thì phải đảm bảo không làmgiảm áp suất hơi bão hòa hoặc thành phần cất phân đoạn của xăng

- Không độc hại đối với môi trường và con người, không ảnh hưởng đến cácchi tiết của động cơ

- Có thể đảm nhiệm nhiều chức năng cùng lúc hay đáp ứng nhiều mục đích sửdụng khác nhau Ví dụ pha etanol vào xăng vừa làm tăng trị số Octan vừa làm giảmmột phần sự phụ thuộc quá lớn vào dầu mỏ hay làm cho quá trình cháy của nhiên liệutriệt để hơn

1.4.2 Phụ gia tăng trị số octan

Trên thực tế có rất nhiều loại phụ gia tăng trị số octan nhưng về cơ bản chúngđược chia thành 3 họ chính sau:

- Các hợp chất chứa oxy (oxygenat)

- Các hợp chất cơ kim: chủ yếu là hợp chất chứa sắt (ferocene), mangan

Phụ gia Giới hạn trong

xăng

Khả năng tăngtrị số octan

Nguyên nhâncủa việc giới hạn

Tạo phân lớpkhi pha trộn, làmtăng RPV, gây ônhiễm

Hợp chất amin

thơm

động cơ và bộphận đốt nhiên liệu

Hợp chất chứa

Các loại phụ gia tăng trị số octan khi pha chế vào xăng có một số hiệu ứngtương hỗ khác nhau đối với các thành phần của xăng cũng như với các loại phụ giakhác Khả năng tương thích đó được trình bày trong bảng 1.7

Bảng 1.7 Khả năng tương thích của các hợp chất tăng trị số octan [1]

Các hợp chất oxygenat là những hợp phần và phụ gia quan trọng để tang ON củaxăng, phù hợp với điều kiện phát triển kinh tế, môi trường xã hội của Việt Nam Các

hợp chất oxygenat có thể được pha trộn vào xăng với tỷ lậ cao Do đó, không chỉ làphụ gia, chúng có thể coi như một nguồn nhiên liệu quan trọng trong tương lai Cáchợp chất oxygenat được quan tâm sản xuất và sử dụng nhiều là: MBTE, EBTE, etanolnhiên liệu và bio-butanol.

Bảng 1.4.2.1 Tổng hợp các ưu nhược điểm chung của phụ gia Oxygenat

- Hòa tan được nước

- Làm tang khả năng cháy nổ

1.4.2.2 Phụ gia amin thơm.

Các hợp chất amin thơm đã được nghiên cứu làm phụ gia tăng RON cho nhiênliệu xăng từ năm 1950 Các hợp chất amin thơm tiêu biểu có thể kể đến như N-methylaniline (NMA); N,N-dimethylaniline (NNDMA); aniline…Các tính chất vật lý

và trị số octan của các phụ gia amin thơm được trình bày ở bảng 1.4.2.2.a

Bảng 1.4.2.2.a Tính chất vật lý và trị số octan của một số phụ gia amin thơm[1]

Hợp chất amin thơm

Trạn

g thái ởđiềukiệnthường

Khốilượngriêng ở

200C(kg/m3)

Nhiệ

t độnóngchảy(0C)

Nhiệt

độ sôi(0C)

RON

MON

Trong các hợp chất amin thơm thì N-methylaniline được sử dụng nhiều vì hợpchất này có thể tăng trị số octan nhiều nhất với hiệu ứng tạo nhựa thấp nhất Một vàihợp chất có hiệu quả hơn N-methylaniline nhưng lại có nhược điểm là làm tăng việctạo nhựa trong buồng đốt và các hệ thống dẫn nhiên liệu Bản thân N-methylanilinenguyên chất là chất độc nhưng khi pha trộn vào xăng sẽ không có tác hại đến môttrường ở nồng độ thấp do được đốt cháy hoàn toàn Khả năng tăng trị số octan của N-

methylaniline khi pha nó vào một loại xăng (có RON=91,6) được trình bày ở bảng1.15.

Bảng 1.4.2.2.b Khả năng RON của N-methylaniline khi pha vào xăng

N-methylaniline (%

2,5

,8

2N-methylaniline là thành phần chủ yếu của các loại phụ gia trên thị trường nhưPT-10515, A-819, ADA-KRATA

1.4.2.3 Phụ gia họ cơ kim.

Một trong những phụ gia sử dụng nhiều và từ rất sớm được pha chế vào xăng làcác phụ gia cơ kim như hợp chất chứa sắt, mangan và đặc biệt điển hình là ankyl chì.Hiện nay, phụ gia chì đã bị cấm sử dụng ở hầu hết các nước trên thế giới do tính độchại của chúng, nhưng ưu điểm của phụ gia chì là không thể phủ nhận Các nhà khoahọc trên thế giới luôn mong tìm ra được một loại phụ gia có thể thay thế tốt nhất chophụ gia chì

1.4.3 Các loại phụ gia khác.

1.4.3.1 Phụ gia chống oxy hóa.

Các phụ gia được sử dụng nhằm chống oxy hóa xăng với hàm lượng rất nhỏ từ10-20 ppm như: 2,6-Ditertbutyl p-cresol; salyxylal-0-aminophenol; disalyxylal etylendiamin, N-butyl-p-aminophenol…

1.4.3.2 Phụ gia chống tạo cặn trong buồng đốt.

Các phụ gia chống tạo cặn buồng đốt có tác dụng tẩy sạch các cặn bẩn, cặn doquá trình cháy không hết của nhiên liệu, cặn cacbon…đồng thời ngăn cản sự hìnhthành cặn buồng đốt Cơ chế hoạt động của phụ gia này là bám dính lên bề mặt chi tiếtngăn cản sự bám dính của các cặn bẩn Các phụ gia thường được sử dụng là các amin,dẫn xuất của anhydrit polyisobutensuccinic, polypropyl-phenol (hình 1.4.3.2.)… vớihàm lượng khoảng 50-125 ppm

1.4.3.3 Phụ gia tẩy rửa, phân tán và chống gỉ.

Các loại phụ gia như muối ammon hoặc amine của axit phosphoric, sulphonic,cacbocilic để chống lại hiện tượng gỉ [4]

1.4.3.4 Phụ gia làm sạch bộ chế hòa khí.

Phụ gia này có tác dụng ngăn cản sự đóng băng của nước bằng cách hòa tan

nước tích tụ trong bộ chế hòa khí Chức năng của các phụ gia này là làm giảm nhiệt

độ tạo tinh thể nước đá của nước, đặc biệt ở điều kiện nhiệt độ môi trường thấp Cácphụ gia thường là các hợp chất amin với hàm lượng khoảng 50 ppm, một số rượu,glycol, dimetylformamid…

1.4.3.5 Phụ gia chống ăn mòn.

Các loại phụ gia chống ăn mòn như dẫn xuất của amid, photpho, prolidin,amin hoặc cơ kim Các phụ gia chống ăn mòn có tác dụng bôi trơn, tạo màng ngăn cảncác tác nhân gây ăn mòn như axit, nước, nhũ…hoặc tạo một lớp oxit kim loai bao phủlên bề mặt thiết bị

1.4.3.6 Phụ gia tạo màu.

Để phân biệt các xăng thương phẩm khác nhau, người ta pha các chất tạo

màu vào xăng để phân biệt chúng với nồng độ rất nhỏ cỡ vài ppm Ở Việt Nam, xăngRON 90 có màu đỏ thường do sự tạo màu của 1-benzo azo-2-naphta, xăng RON 92 cómàu xanh được tạo bởi phụ gia 1,4-diankylamino antraquinon và xăng RON 95 khôngpha phụ gia tạo màu

để đạt được các mục đích trên lại không hề đơn giản, ngay cả với việc phối trộn 2 hợpphần với nhau

Về mặt công nghệ, pha chế xăng từ các cấu tử hợp phần không bao gồm cácquá trình biến đổi hóa học, mà chỉ đơn giản là các quá trình pha trộn vật lý giữa cácthành phần theo một tỷ lệ được tính toán kỹ lưỡng nhằm đạt được các chỉ tiêu chấtlượng theo yêu cầu

Nếu như trong công nghệ, việc pha chế (tự động, liên tục, thủ công hay bán thủcông ) là đơn giản thì việc xác định tỷ lệ pha chế hay xác định được một giải pháp phachế linh hoạt lại phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhưng cũng chỉ có thể đạt tới giá trị gầnđúng khi tính toán Vì vậy, việc lựa chọn các thành phần pha chế và tỷ lệ của chúngtrong quá trình pha chế để tạo ra sản phẩm mới là vấn đề chính và phức tạp

Giải pháp pha chế linh hoạt chính là hướng đến việc sản xuất ra các sản phẩmthương mại như mong muốn, trên cơ sở pha trộn các cấu tử khác nhau theo một tỷ lệtính toán trước để thu được sản phẩm có chất lượng phù hợp và đạt hiệu quả kinh tếcao nhất

Trong các chỉ tiêu kỹ thuật của xăng, có những chỉ tiêu là các đại lượng cộngtính (là các đại lượng khi pha chế tuân thủ theo quy luật tuyến tính) thì việc tính toán

tỷ lệ pha chế tuân theo tỷ lệ thuận như bình thường, các chỉ tiêu tuyến tính cụ thểthường gặp trong pha chế xăng là: hàm lượng lưu huỳnh (% khối lượng); hàm lượngnước (% thể tích); hàm lượng benzen (% thể tích); hàm lượng olefin (% thể tích); tỷtrọng (kg/m3, gần đúng); hàm lượng aromat (% thể tích) Về mặt toán học, đại lượng này phải thỏa mãn phương trình :

Pb =∑WiPi (1.1) Trong đó:

Pb - là tổng giá trị của các đại lượng cường tính sau khi pha

trộn;

Pi - là giá trị các đại lượng cường tính tương ứng với cấu tử thứ i

Wi - là phần khối lượng (hoặc phần thể tích hay phần mol)

Một số chỉ tiêu khi pha trộn lại không tuân theo quy luật tuyến tính, để tính toánđược tỷ lệ pha chế, trước hết người ta chuyển chúng về dạng chỉ số pha chế, sau đó,các chỉ số pha chế này được coi như là các đại lượng cộng tính và có thể áp dụng môhình tuyến tính Thuộc về loại này gồm có: trị số octan, áp suất hơi bão hòa [1]

2.1 Quy trình để pha trộn xăng thương phẩm chủ yếu gồm các công đoạn sau đây:

- Yêu cầu kỹ thuật của xăng thương phẩm cần pha chế: Đây là cơ sở để lựa chọn cấu tử xăng gốc, phụ gia, tỷ lệ pha trộn

- Lựa chọn xăng gốc: Thông thường xăng gốc được ưu tiên lựa chọn phải làxăng gốc sẵn có hoặc là sản phẩm chiếm đa số của một nhà máy Tất nhiên đối vớimột Nhà máy lọc dầu thì đây là các sản phẩm xăng thu được trực tiếp từ quá trìnhchưng cất dầu mỏ Các hợp phần pha trộn khác được lựa chọn trên cơ sở bổ sung hoặclàm tăng chỉ tiêu của xăng gốc đã được lựa chọn ở trên

- Lựa chọn phụ gia: Các phụ gia pha xăng thông thường đã được lựa chọn vàkhảo sát từ trước đối với từng sản phẩm (trừ trong các trường hợp nghiên cứu, khảosát) Hàm lượng các phụ gia sử dụng không nhiều nhưng lại quyết định rất lớn đếnchất lượng của xăng thương phẩm

- Thiết lập đơn pha chế: Như đã trình bày ở trên, để thiết lập được một đơn phachế xăng thương phẩm không hề đơn giản Đơn pha chế cần phải đảm bảo 3 yếu tốchính là: các yếu tố kỹ thuật, tính kinh tế và tính linh hoạt của đơn pha chế Đôi khi rấtkhó để đạt cả ba yếu tố trên nên chỉ cần dung hòa được 3 yếu tố đó đến khả năng cóthể chấp nhận được

Người ta thường dựa vào một hoặc nhiều các tính chất hóa lý để làm cơ sở choviệc thiết lập đơn pha chế Trong pha xăng các tính chất thường được sử dụng, có yếu

tố quyết định là: trị số octan, áp suất hơi bão hòa, tỷ trọng, độ nhớt… Trong đó, dựa vào