Chuyên đề 6 Phối trộn và đánh giá chất lượng xăng sinh học (tổng 18000 lít gồm 17000 lít E10, 500 lít E15 , 500 lít E20) phục vụ việc thử nghiệm

Lời nói đầu Chuyên đề “Phối trộn và đánh giá chất lượng xăng sinh học tổng 18 000 lít gồm 17 000 lít E10, 500 lít E15, 500 lít E20 phục vụ việc thử nghiệm” thực hiện việc phối trộn nhi

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ

thuộc Đề tài: “Nghiên cứu khả năng tương thích của động cơ nổ

thế hệ cũ sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ etanol E100 lớn hơn

5%”, mã số ĐT.06.11/NLSH

thuộc Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015,

tầm nhìn đến năm 2025

Sản phẩm 2.6: Phối trộn và đánh giá chất lượng xăng sinh học

(tổng 18000 lít gồm 17000 lít E10, 500 lít E15,

500 lít E20) phục vụ việc thử nghiệm

Chuyên đề số: 6

Cơ quan chủ trì

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: THỰC NGHIỆM 4 1.1 Hệ thiết bị 4 1.2 Qui trình phối trộn 7 CHƯƠNG 2: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 10 2.1 Phối trộn và đánh giá chất lượng của E10 10 2.2 Phối trộn và đánh giá chất lượng của E15 14 2.3 Phối trộn và đánh giá chất lượng của E20 15

Tài liệu tham khảo 17

Lời nói đầu

Chuyên đề “Phối trộn và đánh giá chất lượng xăng sinh học (tổng 18 000 lít

gồm 17 000 lít E10, 500 lít E15, 500 lít E20) phục vụ việc thử nghiệm” thực hiện

việc phối trộn nhiên liệu xăng sinh học với hàm lượng etanol nhiên liệu biến tính và các phụ gia khác nhau, với số lượng lớn và đánh giá các tính chất nhiên liệu của các

mẻ xăng sinh học pha chế được để đánh giá độ ổn định của qui trình phối trộn và phục

vụ việc thử nghiệm

Chuyên đề này được thực hiện trên cơ sở kế thừa các kết quả nghiên cứu đã được trình bày trong các chuyên đề 1 đến 3 Cụ thể:

- Áp dụng công nghệ phối trộn theo phương pháp khuấy, vừa đảm bảo tính kinh

tế, vừa đảm bảo về quy trình kỹ thuật, để phối trộn xăng sinh học E10, E15, E20

- Sử dụng chất biến tính và hệ phụ gia đa năng bao gồm phụ gia chống tách pha IPA, phụ gia phân tán PEA, phụ gia chống oxy hóa BD, phụ gia chống ăn mòn TEA để pha chế hỗn hợp nhiên liệu xăng sinh học E10, E15, E20 theo đơn pha chế trong bảng 1 và sơ đồ công nghệ phối trộn trong hình 1

Bảng 1: Thành phần nhiên liệu của xăng sinh học

Thành phần

Hàm lượng (% tt) E10 E15 E20

Etanol nhiên liệu biến tính + hỗn hợp phụ gia Chất biến tính 0,500 0,750 1,000 Phụ gia chống tách pha 0,100 0,150 0,200 Phụ gia chất phân tán 0,010 0,010 0,010 Phụ gia chất chống oxy hóa 0,010 0,010 0,010 Phụ gia chống ăn mòn 0,013 0,013 0,013 Etanol 99,5 9,500 14,200 18,900

Xăng Xăng A92 89,867 84,867 79,867

Tổng 100,000 100,000 100,000

Hình 1: Sơ đồ qui trình phối trộn xăng sinh học

Xăng A92

Phụ gia chống tách

Sản phẩm E10, E15, E20

Phụ gia chất phân tán

Phụ gia chống oxy hóa

Phụ gia chống

ăn mòn

Chất

biếntính

Etanol

≥99,5%

Hỗn hợp chất biến tính đa chứcnăng

Etanol biến tính

Chuyên đề 6: Phối trộn và đánh giá chất lượng xăng sinh học (tổng 18 000 lít gồm

17 000 lít E10, 500 lít E15, 500 lít E20) phục vụ việc thử nghiệm

CHƯƠNG 1: THỰC NGHIỆM

1.1 Hệ thiết bị

Trên cơ sở kết quả nghiên cứu trong các chuyên đề trước [1], quy trình phối trộn được lựa chọn là quy trình phối trộn bằng phương pháp khuấy trộn Thiết bị sử dụng là thiết bị khuấy trộn (hình 2) tận dụng từ dây chuyền pilot sản xuất B100 của Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam do đối tác Hàn Quốc cung cấp Hệ thiết bị này

có thể được sử dụng để phối trộn các loại nhiên liệu sinh học nói chung (bioetanol, biodiesel…)

Đây là hệ thiết bị phối trộn hoàn chỉnh bao gồm các bộ phận sau:

1 Mô tơ khuấy

2 Bình chứa dầu bôi trơn cho mô tơ

3 Hệ thống đồng hồ hiển thị áp suất

4 Thùng phối trộn 2 vỏ có cánh khuấy

5 Van tự động

6 Hệ thống đường ống nạp liệu

7 Sinh hàn nước

8 Bơm định lượng

9 Núm điều chỉnh lưu lượng

1

2

3

4

5

6

7

Hình 2: Thiết bị phối trộn

Tuy nhiên, để phục vụ cho quá trình phối trộn xăng sinh học E10, E15, E20, chúng ta chỉ quan tâm đến các bộ phận chính sau:

8

6

9

- Bơm định lượng

- Mô tơ khuấy

- Thùng phối trộn 2 vỏ có cánh khuấy

- Hệ thống đường ống nạp liệu

Thùng khuấy trộn có đường kính d = 800 mm, chiều cao h = 1500 mm có thể tích V = 900 lít và được trang bị trục khuấy và cánh khuấy Thành thiết bị có độ dày l

= 0,5 mm Trục khuấy được nối với mô tơ khuấy

Mô tơ của bơm và mô tơ khuấy là loại mô tơ không đánh lửa để đề phòng cháy

nổ

1.2 Qui trình phối trộn

Quá trình phối trộn được thực hiện theo mẻ với qui mô 500 lít sản phẩm/mẻ Tổng lượng E10 cần pha là 17000 lít, E15 là 500 lít, E20 là 500 lít

Xăng A92 được mua tại cây xăng của Petrolimex

Trước tiên, etanol khan với hàm lượng etanol ≥ 99,5% được pha trộn với các phụ gia đa chức năng theo đơn [2] để tạo ra etanol nhiên liệu biến tính E100 làm nguyên liệu cho quá trình phối trộn Các phụ gia sử dụng gồm:

- Phụ gia chống tách pha: Isopropyl alcol (IPA)

- Phụ gia chất phân tán: Polyetheramine

- Phụ gia chống oxy hóa: Butylated diphenylamine (BD)

- Phụ gia chống ăn mòn: Tetraethanolamine (TEA)

Sơ đồ qui trình pha chế etanol nhiên liệu biến tính được trình bày trong hình 3

Hình 3: Sơ đồ qui trình pha chế etanol nhiên liệu biến tính

Nguyên liệu etanol nhiên liệu biến tính E100 được chứa trong các phuy 200 lít

Etanol ≥ 99,5

Phụ gia đa chức năng

Etanol NLBT Khuấy trộn

Như vậy, để pha chế được 17 000 lít nhiên liệu xăng sinh học E10 cần tiến hành

34 mẻ thực nghiệm; để pha chế được 500 lít E15 cần tiến hành 1 mẻ thực nghiệm và

để pha chế được 500 lít E20 cần tiến hành 1 mẻ thực nghiệm Thành phần các nguyên liệu để pha trộn các mẫu nhiên liệu xăng sinh học E10, E15, E20 được trình bày trong bảng 2

Bảng 2: Thành phần các mẫu xăng sinh học phối trộn

Thành phần

Hàm lượng (% tt) E10 E15 E20

Etanol nhiên liệu biến tính + hỗn hợp phụ gia Chất biến tính 0,500 0,750 1,000 Phụ gia chống tách pha 0,100 0,150 0,200 Phụ gia chất phân tán 0,010 0,010 0,010 Phụ gia chất chống oxy hóa 0,010 0,010 0,010 Phụ gia chống ăn mòn 0,013 0,013 0,013 Etanol 99,5 9,500 14,200 18,900

Xăng Xăng A92 89,867 84,867 79,867

Tổng 100,000 100,000 100,000

Tiến hành phối trộn theo các điều kiện như đã nghiên cứu trong chuyên đề 1 và [3], cụ thể:

- Tốc độ khuấy: 50 vòng/phút

- Thời gian khuấy: 15 phút

Qui trình pha chế được tiến hành như sau:

Xăng và etanol nhiên liệu biến tính E100 được đưa vào thiết bị phối trộn nhờ bơm định lượng, mô tơ của bơm là loại không đánh lửa Bơm có tốc độ tối đa 10 lít/phút Bơm có núm điều chỉnh lưu lượng theo mục đích sử dụng Đầu hút của bơm

sử dụng ống mềm để cắm vào phuy hút nguyên liệu, đầu ra của bơm được thiết kế bằng inox nối trực tiếp lên đỉnh thiết bị phối trộn Sản phẩm sau phối trộn được lấy ra

từ đáy thiết bị và cho vào đóng phuy Sơ đồ quy trình phối trộn được trình bày trong hình 4

Hình 4: Sơ đồ quy trình phối trộn

Các mẫu sau khi pha trộn được kiểm tra tính chất của nhiên liệu theo các chỉ tiêu tương tự như qui định trong TCVN 8063:2009 [6]

Do nguyên liệu phối trộn là xăng và etanol là những chất lỏng rất dễ bay hơi và sản phẩm sau phối trộn được đóng vào phuy để lưu trữ nên một số yêu cầu trong quá trình làm việc cần lưu ý tuân thủ như:

 Nơi thao tác cần có không gian thoáng, có thể dễ dàng khuếch tán và pha loãng hơi nhiên liệu bay hơi

 Cách ly mọi nguồn có khả năng phát sinh tia lửa điện như cầu giao, atomat, ổ điện có nguy cơ chập (cháy)…

 Sử dụng biển cấm lửa, cấm hút thuốc với khoảng cách xa >10m đối với khu vực pha chế

Xăng A92 Khuấy trộn

Thành phẩm Etanol NLBT

CHƯƠNG 2: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

2.1 Phối trộn và đánh giá chất lượng của E10

Kết quả đánh giá chất lượng của xăng A92 và etanol nhiên liệu biến tính E100

làm nguyên liệu cho quá trình phối trộn được trình bày trong bảng 3 và 4

Bảng 3: Chỉ tiêu chất lượng của etanol NLBT E100 Tên chỉ tiêu Giá trị Tiêu chuẩn

TCVN 7716-2007

Etanol, % thể tích 95,4 Min 92,1

Metanol, % thể tích 0,4 Max 0,5

Hàm lượng nhựa đã rửa qua dung môi,

mg/100 mL

1,0 Max 5,0

Hàm lượng nước, % thể tích 0,7 Max 1,0

Hàm lượng chất biến tính (xăng,

naphta),

% thể tích

4,7 1,96 - 5,0

Hàm lượng clorua vô cơ, mg/L (ppm

khối lượng)

28 Max 32 (40)

Hàm lượng đồng, mg/kg 0,06 Max 0,1

Độ axit (như axit axêtic CH3COOH),

% khối lượng (mg/L)

- Max 0,007 (56)

Lưu huỳnh, mg/kg (ppm khối lượng) 12 Max 30

Sulfat, mg/kg (ppm khối lượng) 1,5 Max 4

Khối lượng riêng ở 15 oC, kg/m3 0,785 Báo cáo

Ngoại quan Không tạp chất

lơ lửng, trong

và sáng

Không tạp chất lơ lửng, trong và sáng

Bảng 4: Chỉ tiêu chất lượng của xăng A92

STT Chỉ tiêu

Xăng A92 thương phẩm dùng pha trộn

Tiêu chuẩn TCVN 6776:2005

1 Trị số ốctan

2 Thành phần cất phân đoạn

Điểm sôi đầu, 0C 10%, 0C

50%, 0C 90%, 0C Điểm sôi cuối, 0C

38,9 53,6 93,6 158,6 180,0

- Max 70 Max 120 Max 190 Max 215

3 Độ ổn định oxy hóa, phút 530 Min 480

4 Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg 215 Max 500

5 Áp suất hơi Reid, kPa 70,46 43-75

6 Hàm lượng hydocacbon thơm, %

thể tích

31,6 Max 40

7 Hàm lượng oxy, % khối lượng 0,55 Max 2,7

8 Khối lượng riêng ở 15 0C, kg/m3 0,730 Báo cáo

Các kết quả trong bảng 3 và 4 cho thấy, cả 2 nguyên liệu đều đạt tiêu chuẩn Việt Nam và đủ điều kiện để làm nguyên liệu phục vụ cho quá trình phối trộn

Mẫu xăng sinh học E10 sau phối trộn được kiểm tra các tính chất nhiên liệu theo tiêu chuẩn Kết quả phân tích các chỉ tiêu được trình bày trong bảng 5

Bảng 5: Tính chất nhiên liệu của xăng sinh học E10

STT Chỉ tiêu E10-M1

Tiêu chuẩn TCVN 6776:2005

1 Trị số ốctan

2 Thành phần cất phân đoạn

Điểm sôi đầu, 0C 10%, 0C

50%, 0C 90%, 0C Điểm sôi cuối, 0C

41,6 51,0 73,8 161,6 185,5

- Max 70 Max 120 Max 190 Max 215

3 Độ ổn định oxy hóa, phút 880 Min 480

4 Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg 215 Max 500

5 Áp suất hơi Reid, kPa 70,46 43-75

6 Hàm lượng hydocacbon thơm,

% thể tích

27,8 Max 40

7 Hàm lượng oxy, % khối lượng 3,93 Max 2,7

8 Khối lượng riêng ở 15 0C, kg/m3 0,740 Báo cáo

Từ kết quả trên bảng 5 thấy rằng, xăng sinh học E10 có các chỉ tiêu kỹ thuật nằm trong giới hạn của tiêu chuẩn xăng A92 nên E10 có thể làm nhiên liệu cho động

cơ đốt trong

Tiến hành phối trộn 33 mẻ tiếp theo với điều kiện như trên, thể tích của mỗi mẻ

là 500 lít/mẻ Các mẫu phối trộn được ký hiệu từ E10 - M2 đến E10 - M34 Các mẫu sau pha chế được phân tích xác xuất để đánh giá chất lượng thông qua các chỉ tiêu tính chất nhiên liệu theo tiêu chuẩn quy định đối với nhiên liệu sinh học

Bảng 6: Kết quả tính chất nhiên liệu của xăng sinh học theo các mẻ

STT Chỉ tiêu E10-M10 E10-M20 E10-M30 E10-M34

1 Trị số ốctan

2 Thành phần cất phân đoạn

Điểm sôi đầu, 0C 10%, 0C

50%, 0C 90%, 0C Điểm sôi cuối, 0C

41,3 51,5 72,9 160,9 186,2

41,5 51,2 74,1 161,3 185,8

41,4 51,3 73,6 162,0 186,0

41,6 51,6 73,9 161,6 185,7

3 Độ ổn định oxy hóa, phút 881 875 882 878

4 Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg 225 223 218 231

5 Áp suất hơi Reid, kPa 70,46 70,46 70,46 70,46

6 Hàm lượng hydocacbon thơm,

% thể tích

27,9 28,4 27,7 28,1

7 Hàm lượng oxy, % khối lượng 3,93 3,89 3,91 3,90

8 Khối lượng riêng ở 15 0C, kg/m3 0,740 0,741 0,738 0,740

Từ kết quả thu được trên bảng 6 cho thấy, tính chất nhiên liệu của các mẻ sau pha chế tương tự nhau và đều nằm trong giới hạn cho phép của xăng A92 không chì qui định trong TCVN 6776:2005 Điều này cho thấy qui trình phối trộn có độ ổn định

và độ lặp lại cao

2.2 Phối trộn và đánh giá chất lượng của E15

Thực hiện pha trộn và kiểm tra các tính chất nhiên liệu điển hình của mẫu xăng sinh học E15 theo tiêu chuẩn qui định Kết quả phân tích các chỉ tiêu chất lượng của

mẫu xăng sinh học E15 được trình bày trong bảng 7

Bảng 7: Tính chất nhiên liệu của xăng sinh học E15 STT Chỉ tiêu E15 Tiêu chuẩn TCVN

6776:2005

1 Trị số ốctan

2 Thành phần cất phân đoạn

Điểm sôi đầu, 0C 10%, 0C

50%, 0C 90%, 0C Điểm sôi cuối, 0C

40,5 51,0 72,5 160,6

183

- Max 70 Max 120 Max 190 Max 215

3 Độ ổn định oxy hóa, phút 1070 Min 480

4 Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg 202 Max 500

5 Áp suất hơi Reid, kPa 63,78 43-75

6 Hàm lượng hydocacbon thơm,

% thể tích

26,9 Max 40

7 Hàm lượng oxy, % khối lượng 5,98 Max 2,7

8 Khối lượng riêng ở 15 0C, kg/m3 0,747 Báo cáo

Từ kết quả trên bảng 7 cho thấy xăng sinh học E15 có các chỉ tiêu kỹ thuật nằm trong giới hạn của tiêu chuẩn xăng A92 trừ hàm lượng oxy cao hơn hẳn do pha thêm etanol

2.3 Phối trộn và đánh giá chất lượng của E20

Thực hiện pha trộn nhiên liệu xăng sinh học E20 và tiến hành phân tích đánh giá các tính chất nhiên liệu theo qui định và được so sánh với tiêu chuẩn của xăng thương phẩm Kết quả phân tích được trình bày trong bảng 8

Bảng 8: Tính chất nhiên liệu của xăng sinh học E20 STT Chỉ tiêu E20 Tiêu chuẩn

TCVN 6776:2005

1 Trị số ốctan

2 Thành phần cất phân đoạn

Điểm sôi đầu, 0C 10%, 0C

50%, 0C 90%, 0C Điểm sôi cuối, 0C

39,3 51,0 71,0 159,5 178,5

- Max 70 Max 120 Max 190 Max 215

3 Độ ổn định oxy hóa, phút 1262 Min 480

4 Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg 190 Max 500

5 Áp suất hơi Reid, kPa 61,67 43-75

6 Hàm lượng hydocacbon thơm,

% thể tích

25,3 Max 40

7 Hàm lượng oxy, % khối lượng 8,03 Max 2,7

8 Khối lượng riêng ở 15 0C, kg/m3 0,754 Báo cáo

Từ kết quả trên bảng trong bảng 8 cho thấy, tương tự như xăng sinh học E15, xăng sinh học E20 cũng có các chỉ tiêu kỹ thuật phù hợp với tiêu chuẩn của xăng A92

KẾT LUẬN

 Đã phối trộn được nhiên liệu xăng sinh học với hàm lượng 10%, 15%, 20% thể tích etanol nhiên liệu biến tính trong xăng A92 với hàm lượng các phụ gia khác nhau, với số lượng như sau:

 17000 lít E10

 500 lít E15

 500 lít E20

 Đã đánh giá các tính chất nhiên liệu của các mẻ xăng sinh học pha chế được và thấy rằng chỉ tiêu chất lượng giữa các mẻ xăng sinh học có giá trị tương đương nhau và nằm trong giới hạn tiêu chuẩn của xăng thương phẩm A92

 Quy trình phối trộn đã sử dụng hoàn toàn phù hợp và có tính ổn định cao

Tài liệu tham khảo

1 Chuyên đề “Nghiên cứu đề xuất quy trình công nghệ phối trộn xăng sinh học E10, E15, E20”

2 Chuyên đề 2 “Nghiên cứu lựa chọn đơn pha chế xăng sinh học E10, E15, E20”

3 Báo cáo Dự án “Hoàn thiện công nghệ sản xuất dầu diesel sinh học gốc (B100)

từ nguồn dầu mỡ động thực vật Việt Nam bằng xúc tác dị thể trên hệ dây chuyền pilot công suất 200 tấn/năm và diesel sinh học (B5) 4.000 tấn/năm”

4 Chỉ tiêu chất lượng xăng không chì, TCVN 6776:2005

5 Etanol nhiên liệu biến tính dùng để trộn với xăng sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ đánh lửa – Yêu cầu kỹ thuật, TCVN 7716 –2007

6 Xăng không chì pha 5% etanol,TCVN 8063: 2009