XĂNG và ĐỘNG cơ sử DỤNG XĂNG

Xăng được sử dụng như một loại nhiên liệu, dùng để làm chấtđốt cho các loại động cơ xăng.. I.2 Động cơ xăng: • Động cơ xăng hay động cơ Otto lấy theo tên của Nikolaus Otto là một dạng độ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

KHOA HÓA HỌC

****************

SEMINAR MÔN HÓA HỌC DẦU MỎ

ĐỀ TÀI: XĂNG VÀ ĐỘNG CƠ

SỬ DỤNG XĂNG

GVHD: TS Nguyễn Thị Phương Phong.SVTH: Trần Giang Nam 0814126.Ngyễn Thị Kim Tuyết 0814247.Trịnh Thị Xuân 0814268

TP HCM, Tháng 11 năm 2011

Mục Lục

I GIỚI THIỆU CHUNG 1

I.1 Xăng là gì? 1

I.2 Động cơ xăng 1

II TÌM HIỂU CHI TIẾT 1

II.1 Tìm hiểu về xăng 1

II.1.1 Phân loại 1

a) Trên thế giới 2

b) Ở Việt Nam 2

II.1.2 Thành phần xăng thương phẩm 2

a) Xăng chưng cất trực tiếp 3

b) Xăng chế biến thứ cấp 3

II.1.3 Chỉ tiêu chất lượng của xăng 4

a) Khả năng chống kích nổ 4

b) Độ bốc hơi tốt 5

c) Độ ổn định hóa học cao 7

d) Không bị đông đặc 7

II.1.4 Các phương pháp nâng cao chất lượng của xăng 7

a) Phương pháp dùng phụ gia 7

b) Phương pháp hóa học 8

II.1.5 Ứng dụng của xăng 9

a) Xăng làm nguyên liệu 9

b) Xăng làm dung môi 9

c) Xăng làm nguyên liệu cho tổng hợp hóa dầu 9

 Xăng sinh học 10

II.2 Tìm hiểu về động cơ 10

II.2.1 Phân biệt động cơ đốt ngoài và động cơ đốt trong 10

a) Động cơ đốt ngoài 12

b) Động cơ đốt trong 13

II.2.2 Phân loại động cơ đốt trong 13

II.2.3 Phân biệt động cơ dốt trong hai thì và bốn thì 15

a) Động cơ hai thì 17

b) Động cơ bốn thì 20

II.2.4 Ứng dụng của động cơ xăng 20

III KẾT LUẬN 21

IV TÀI LIỆU THAM KHẢO 21

XĂNG VÀ ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG XĂNG

I GIỚI THIỆU CHUNG:

I.1 Xăng là gì?

• Xăng là tập hợp các hyđrocacbon có nhiệt độ sôi cao (thường là C5 đến C11), dễ bay hơi, dễ bốccháy, được chưng cất từ dầu mỏ Xăng được sử dụng như một loại nhiên liệu, dùng để làm chấtđốt cho các loại động cơ xăng

• Xăng được chế biến từ dầu mỏ bằng phương pháp chưng cất trực tiếp và cracking, dễ bay hơi, dễcháy, có mùi đặc trưng, nhiệt độ sôi từ 35-200˚C Xăng động cơ được dùng làm nhiên liệu chođộng cơ đốt trong, kiểu bộ chế hòa khí (động cơ xăng)

I.2 Động cơ xăng:

• Động cơ xăng hay động cơ Otto (lấy theo tên của Nikolaus Otto) là một dạng động cơ đốt trong,thông thường được sử dụng cho ô tô, máy bay, các máy móc di động nhỏ như máy xén cỏ hay xemáy cũng như làm động cơ cho các loại thuyền và tàu nhỏ

• Nhiên liệu của của các động cơ xăng là xăng Phổ biến nhất của động cơ xăng là động cơ bốn thì.Việc đốt cháy nhiên liệu được diễn ra trong buồng đốt bởi một hệ thống đánh lửa được tắt mởtheo chu kỳ Nơi đánh lửa là bugi có điện áp cao Động cơ hai thì cũng được sử dụng trong cácứng dụng nhỏ hơn, nhẹ hơn và rẻ tiền hơn nhưng nó không hiệu quả trong việc sử dụng nhiênliệu

• Động cơ Wankel cũng sử dụng xăng làm nhiên liệu Nó khác với động cơ bốn thì hay động cơhai thì ở chỗ nó không có pittông mà sử dụng rôto

• Một trong những thành phần của các động cơ xăng cũ là bộ chế hòa khí (còn gọi là bìnhcacbuarato), nó trộn xăng lẫn với không khí Trong các động cơ xăng sau này, nó đã được thaybằng việc phun nhiên liệu

• Các loại động cơ sử dụng xăng:

- Xe gắn máy

- Ô tô

- Máy bay

- Máy phát điện

II TÌM HIỂU CHI TIẾT:

II.1 Tìm hiểu về xăng:

II.1.1 Phân loại:

Người ta dựa trên một số đặc điểm cơ bản nhất của động cơ như tỷ số nén, thể tích xylanh vàhành trình của pít tông…mà các nhà máy lọc dầu đã sản xuất ra nhiều loại xăng tương ứng Đểphân biệt các loại xăng thương phẩm dùng cho ôtô và xe gắn máy, người ta phân loại chúng theotrị số octan Sau đây, ta sẽ xem xét về sự phân loại xăng ôtô được sử dụng ở nước ta và các nướctrên thế giới.

a) Trên thế giới:

Xăng ô tô và xe gắn máy thường được chia làm 3 loại: xăng thường, xăng cao cấp và xăng

đặc biệt

• Xăng thường:

Xăng thường có trị số octan theo RON, từ 92 trở xuống và được sử dụng cho các loại động

cơ xe máy, xe ôtô tải có tỷ trọng nén từ 7 - 8.5 Tuy nhiên theo tiêu chuẩn từng nước ở các khuvực khác nhau mà loại xăng này được chia làm hai nhóm:

- Loại xăng thường có trị số octan RON 90 - 92 được sản xuất ở Mỹ, Nhật, Canada và các nướcTây Âu (Pháp, Bỉ, Đức, Anh, Hà Lan…) chủ yếu là từ những năm 70 trở lại đây

- Loại xăng thường có trị số octan RON 80 - 86 được sản xuất ở Liên Xô (cũ), ở các nước Đông

Âu (Bungari, Hungari, Balan, Rumani), các nước châu Á như Trung Quốc, Singapo, Đài Loan,Thái Lan, Ấn Độ…, ở Châu Phi, Mỹ Latinh và Úc

• Xăng cao cấp (super):

Loại xăng có trị số octan RON từ 93 -100, được sử dụng cho tất cả các loại xe máy và xe ôtô

du lịch đời mới nhất, có tỷ số nén từ 8.8 đến 10

Tuỳ theo khu vực và được chia thành hai nhóm:

- Xăng super có trị số octan RON từ 98 - 100, được sản xuất ở Mỹ, Nhật, Canada và các nước TâyÂu……) chủ yếu là từ những năm 70 trở lại đây

- Xăng super có trị số octan RON từ 93 - 98, được sản xuất ở Liên Xô (cũ), các nước Đông Âu

(Bungari, Hungari, Balan, Rumani), các nước châu Á (Trung Quốc, Singapo, Đài Loan, Thái

Lan, Ấn Độ…), ở Châu Phi, Mỹ Latinh và Úc

• Xăng đặc biệt (xăng thượng hạng):

Xăng đặc biệt là loại xăng có chất lượng cao hơn xăng cao cấp Ví dụ: xăng thượng hạng của

Mỹ, xăng 5 sao của Anh Loại xăng này có trị số octan RON rất cao 101 – 103 dùng cho các loại

xe có tỷ số nén trên 10

b) Ở Việt Nam:

• Xăng thường: Thị trường Việt Nam có xăng MOGAS 83 (M83) có mùi đặc trưng, màu vàng,

được sử dụng cho phương tiện có tỉ số nén 8/1, có trị số octan là 83 Hiện xăng này ít được sửdụng trên thị trường

• Xăng chất lượng cao:

- Thị trường Việt Nam có xăng MOGAS 92 (M92) có mùi đặc trưng, màu xanh lá, được sử dụng

cho phương tiện có tỉ số nén 9,5/1, có trị số octan là 92

- Thị trường Việt Nam có xăng MOGAS 95 (M95) có mùi đặc trưng, màu vàng, được sử dụng cho

phương tiện có tỉ số nén trên 9,5/1 như các xe hơi đời mới, xe đua, có trị số octan là 95

• Xăng đặc biệt: thị trường Việt Nam không có loại xăng này

II.1.2 Thành phần xăng thương phẩm:

Trong các nhà máy lọc dầu, các phân đoạn sản phẩm nhẹ có nhiệt độ sôi đầu (initial boilingpoint – IBP) khoảng 40 – 50 0C tới nhiệt độ sôi cuối (final boiling point – FBP) khoảng 190 –

200 0C tách từ các tháp chưng cất dầu thô đều là các phân đoạn xăng thô (naphta) và được dungpha trộn cùng các xăng khác (xăng cracking, xăng reforming, xăng alkylat…) thành xang thươngphẩm Chất lượng của xăng thương phẩm phụ thuộc vào tính chất của các loại xăng đó

a) Xăng chưng cất trực tiếp:

Xăng chưng cất có độ bay hơi tốt vì chứa nhiều thành phần nhẹ có độ ổn định hóa học cao, ítbiến chất khi tồn chứa, nhưng khi đốt trong động cơ dễ bị kích nổ do trị số octsn của xăng chưngcất thấp (RON khoảng 55 – 70)

Xăng chưng cất không thể sử dụng trực tiếp làm xăng thương phẩm mà cần được pha chế vớicác loại xăng khác hoặc thêm chất phụ gia để tăng chất lượng xăng

b) Xăng chế biến thứ cấp (chế biến sâu):

Chế biến thứ cấp tạo ra nhiều loại sản phẩm có chất lượng cao nhờ ứng dụng các hệ xúc tácngày càng cải tiến và hoàn chỉnh về mặt nguyên liệu: xăng reforming, xăng cracking, xăng alkylhóa, xăng đồng phân hóa v.v…

• Xăng reforming là sản phẩm của công nghệ reforming xúc tác Loại xăng này có chất lượng tốt,

có trị số octan rất cao (RON khoảng 90 – 102), có tính ổn định hóa học, ít biến chất khi tồn chứa

• Xăng cracking xúc tác (FCC) là sản phẩm thu được từ quá trình cracking xúc tác, có chất lượngcao hơn hẩn cracking nhiệt nhưng thấp hơn xăng reforming (RON khoảng 87 – 93)

• Xăng hydrocracking là sản phẩm của công nghệ cracking trong khí quyển hydro Loaị xăng này

có MON khoảng 73 -76, có tính ổn định chống oxy hóa tốt, dung pha chế xăng máy bay Loạixăng hydrocracking nhẹ (IBP = 85 0C) có MON khoảng 80 – 82 dùng pha chế xăng thươngphẩm

• Xăng alkyl hóa ( xăng alkylat) thu được nhờ dây chuyền alkyl xúc tác, có RON khoảng 92 – 98hoặc 89 – 94 tùy thuộc thành phần nguyên liệu sử dụng

• Xăng đồng phân hóa thu được nhờ công nghệ đồng phân các hydrocacbon mạch thẳng thànhmạch nhánh với trị số octan (RON) khoảng 82 – 90 tùy thuộc nguyên liệu sử dụng

• Xăng polymer hóa có RON khoảng 94 – 97 và MON khoảng 82 – 84 Tuy có trị số octan caonhưng xăng polymer hóa tính polymer hóa tính ổn định hóa học thấp, dễ bị biến chất

Trong các loại xăng chế biến sâu kể trên, phổ biến nhất là xăng reforming, xăng cracking xúctác và xăng alkylat Các loại xăng thu được từ chế biến sâu thường có trị số octan cao nhưng có

độ bay hơi kém vì chứa ít thành phần nhẹ

Vì vậy, người ta thường pha chế hai loại xăng chế biến sâu và chưng cất trực tiếp với nhau

để tạo ra xăng thương phẩm có chất lượng theo nhu cầu thị trường Chẳng hạn như ở xứ lạnh, đểtăng độ bay hơi, xăng được pha thêm n – butan (n - C4H10)

II.1.3 Chỉ tiêu chất lượng của xăng:

Xăng là nhiên liệu cho động cơ đốt trong có bộ chế hòa khí (còn gọi là động cơ xăng) đượclắp đặt cho ô tô và xe máy Động cơ xăng có những đặc điểm quan trọng sau:

a) Khả năng chống kích nổ:

• Một trong những tính chất quan trọng nhất của xăng đó là 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 đặc trưng cho khả năngchống kích nổ của nhiên liệu, được đo bằng phần trăm thể tích của iso-octan (2,2,4 –trimetylpentan) trong hỗn hợp chuẩn với n-heptan (n – C7H14), tương đương với khả năng chốngkích nổ của nhiên liệu ở điều kiện tiêu chuẩn Sử dụng thang chia từ 1-100, trong đó n-heptan cótrị số octan bằng 0 và iso-octan được quy ước bằng 100

• Có hai phương pháp để xác định trị số octan : phương pháp nghiên cứu (gọi là trị số octan theoRON) và phương pháp môtơ (gọi là trị số octan theo MON) Điểm khác nhau của 2 phương phápchủ yếu là do số vòng quay của môtơ thử nghiệm

- Theo RON : số vòng quay của môtơ thử nghiệm là 600 vòng/phút Thể hiện đặc tính cho động cơhoạt động trong thành phố, tốc độ thấp lại hay tăng giảm đột ngột

- Theo MON : số vòng quay của môtơ thử nghiệm là 900 vòng/phút đặc tính cho động cơ hoạtđộng trên xa lộ, tốc độ cao, đều đặn hoặc chuyên chở nặng

• Thông thường trị số octan theo RON thường cao hơn MON Mức chênh lệch đó phản ánh ở mộtmức độ nào đó tính chất của nhiên liệu thay đổi khi chế độ làm việc của động cơ thay đổi, chonên mức chênh lệch đó còn gọi là độ nhạy của nhiên liệu ứng với chế độ làm việc thay đổi củađộng cơ Mức chênh lệch giữa MON và RON càng thấp càng tốt

• Mỗi loại xăng khác nhau có khả năng chống kích nổ cũng khác nhau Người ta thấy rằng: cáchydrocacbon phân tử nhỏ như parafin mạch nhánh, các acromat chỉ thấy được sau khi điểm hỏa,

có nghĩa là loại này có khả năng chống kích nổ tốt Các n-parafin dễ dàng cháy ngay cả khi mặtlửa chưa lan truyền tới, gây ra sự cháy kích nổ

• Có thể sắp xếp khả năng chống kích nổ của các hydrocarbon như sau:

Hydrocacbon thơm > olefin mạch nhánh > parafin nhánh > naphten có nhánh > olefin mạchthẳng > naphten > parafin mạch thẳng ngắn > parafin mạch thẳng dài

• Như vậy: xăng chứa càng nhiều hydrocacbon thơm hoặc iso-parafin thì trị số octan càng cao

Trị số octan trên đường:

Khả năng chống kích nổ của một loại nhiên liệu nào đó, ngoài sự phụ thuộc chủ yếu vàothành phần hydrocacbon còn phụ thuộc vào chế độ làm việc thực tế của động cơ, tức là xe đangchạy ở tốc độ nhanh sang tốc độ chậm, ở những nơi đường xấu phải phanh gấp, thời tiết thay đổiđột ngột…thì hiện tượng cháy kích nổ có thể xảy ra Do vậy ngoài việc đánh giá khả năng chốngkích nổ của hydrocacbon trong nhiên liệu bằng phương pháp MON hoặc RON, còn phải đánh giá

khả năng chống kích nổ của nhiên liệu bằng phương pháp đo sự thay đổi trị số octan theo chế độlàm việc, tức là theo sự khác nhau về số vòng quay của động cơ, gọi là trị số octan trên đường.Trị số octan trên đường (kí hiệu là Ođ)

Ođ = RON - S2/aTrong đó :

- S là độ nhạy, tính bằng hiệu số giữa MON và RON

- a là hệ số (từ 4.6 ÷ 6.2) phụ thuộc vào tỉ số nén của động cơ

Rõ ràng, loại nhiên liệu nào có độ nhạy càng thấp (chênh lệch giữa MON và RON ít), thì Ođ

càng gần với RON Nếu hai loại hydrocacbon có cùng RON như nhau, nhưng loại nào có độnhạy càng thấp sẽ có khả năng chống kích nổ càng cao khi làm việc trong chế độ làm việc thayđổi khác nhau, vì vậy iso-parafin có nhiều ưu điểm hơn so với các olefin và hydrocacbon thơm

Trị số octan theo phân đoạn cất R-100 o C:

Xăng bao gồn nhiều thành phần có sự khác biệt lớn về khả năng chống kích nổ Thường thìcác thành phần có nhiệt độ sôi thấp (ngoại trừ iso-pentan, benzen) có trị số octan thấp so vớixăng nói chung

Trong một số chế độ làm việc của động cơ, có xảy ra sự chia tách xăng bị hóa hơi trong động

cơ, dẫn đến xylanh được nạp nhiều thành phần có nhiệt độ sôi thấp, bốc hơi nhanh nhưng lạithiếu hydrocacbon có nhiệt độ sôi cao (có khả năng chống kích nổ cao hơn) Hiện tượng này dẫntới sự kích nổ khi gia tốc và tốc độ 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 sốoctan thấp trong xăng Sự cháy kích nổ này không gây ra bất kì mối nguy hiểm nào và người tiêudùng có thể nhận ra ngay

Phương pháp xác định R-100oC: Chưng cất mẫu và xác định RON của phần chưng cất cókhoảng nhiệt độ sôi từ đầu đến 100oC Đối với xăng thương phẩm, R-100oC luôn nhỏ hơn RON

Sự cách biệt giữa RON và R-100oC gọi là ΔRON, giá trị này thường dao động trong khoảng từ4-12

Đối với xăng reforming xúc tác, trị số octan phân bố không đồng đều do các hydrocacbonthơm, là các cấu tử có trị số octan cao hầu như năm ở phần có nhiệt độ sôi cao nên ΔRONthường cao Còn xăng cracking xúc tác do chứa nhiều iso-parafin nên chênh lệch ΔRON thấp, cónghĩa là trị số octan phân bố rất đồng đều trong các khoảng nhiệt độ sôi của xăng

b) Độ bốc hơi tốt:

• Tính bay hơi của xăng được đánh giá bằng các chỉ tiêu sau:

- Thành phần điểm sôi

- Áp suất hơi bão hòa Reid

- Tỷ trọng hay khối lượng riêng

• Động cơ xăng luôn có bộ chế hòa khí còn gọi là bình xăng con là bộ phận chuẩn bị xăng trướckhi đưa vào xylanh Ở đây xăng qua giai đoạn phun thành bụi sương, bốc hơi và hòa trộn vớikhông khí theo một tỉ lệ xác định tùy thuộc lượng xăng đưa vào, sau đó hỗn hợp hơi xăng vàkhông khí sẽ phân phối nạp vào xylanh của động cơ Trong khi đó ở động cơ diesel, nhiên liệuđược phun thẳng dưới dạng lỏng trực tiếp vào xylanh của động cơ

Thành phần điểm sôi:

Chỉ tiêu này được xác định trong dụng cụ chưng cất đã tiêu chuẩn hóa Đối với xăng cần xácđịnh các điểm sôi sau:

• Điểm sôi đầu (tsđ hay IBP) và điểm sôi 10%V: Đặc trưng cho khả năng gây nghẽn hơi và hao hụt

tự nhiên Điểm sôi đầu thấp hơn quy định càng nhiều thì xăng càng dễ hao hụt, dễ sinh nghẽnkhí Điểm sôi 10% cao hơn quy định càng nhiều càng khó khởi động máy Đối với ô tô việc khởiđộng máy có liên quan tới nhiệt độ không khí và t10%V theo công thức kinh nghiệm sau:

tmin = ½ t10%V – 50,5Trong đó:

- tmin : nhiệt độ tối thiểu của không khí mà động cơ có thể khởi động

- t10%V : độ cất 10%

• Điểm sôi 50%V: biểu thị khả năng thay đổi tốc dộ của máy Nếu quá cao, khi tăng tốc, lượng hơixăng vào máy nhiều nhưng đốt cháy không kịp do khó bốc hơi, lâu ngày sẽ làm máy yếu, điềukhiển khó khăn

• Điểm sôi 90%V và điểm sôi cuối (tsc hay FBP) biểu thj độ bay hơi hoàn toàn của xăng Nếu điểmsôi này quá lớn, xăng khó bay hơi hoàn toàn gây ra hiện tượn pha loãng dầu nhờn, làm máy dễ bịmài mòn và lãng phí nhiên liệu

• Theo cơ sở trên, các loại xăng phải có độ bay hơi thích hợp Theo quy định điểm sôi đầu khôngdưới 35 – 40 oC Để có thể dễ dàng khởi động khi động cơ còn nguội, yêu cầu xăng ở 60 - 70oCphải bốc hơi được 10% thể tích, để dễ dàng đưa động cơ vào chế độ chạy ổn định hoặc tăng tốc,yêu cầu xăng ở 115 -120oC phải bốc hơi được 50% thể tích, để xăng cháy hết hoàn toàn trongđộng cơ, yêu cầu xăng ở 180 -190oC phải bốc hơi được 90% thể tích và ở 195 - 200oC phải bốchơi hết toàn bộ

• Xăng quá nhiều phần nhẹ nghĩa là ở nhiệt độ thấp hơn 60oC đã bốc hơi trên 10% thể tích, động

cơ dễ khởi động, nhưng dễ tạo nút hơi trong ống dẫn xăng khi máy nóng, làm gián đoạn cungcấp xăng gây tiếng kêu lụp bụp hoặc có thể dẫn đến chết máy Xăng quá nhiều phần nặng nghĩa

là trên 200oC mới bốc hơi hết hoàn toàn, xăng sẽ không cháy hết trong xylanh, vừa tiêu hao mộtcách vô ích vừa nhanh chóng làm hỏng động cơ do xăng đọng lại chảy qua khe xéc xăng loãngdầu nhớt, gây mài mòn

Áp suất hơi bão hòa Reid:

Áp suất hơi bão hòa Reid là áp suất hơi xăng ở trạng thái cân bằng với thể lỏng trong bơmReid được đo ở 37,8 oC (hay 100 oF) Đây là một chỉ tiêu về tính bay hơi của các loại xăng Dựavào áp suất hơi bão hòa Reid có thể đánh giá nhiên liệu về tính khởi động, khả năng tạo nút hơi,hao hụt do bay hơi và mức dộ nguy hiểm khi cháy Áp suất hơi bão hòa Reid càng cao thì khảnăng bay hơi càng mạnh

Khối lượng riêng và tỉ trọng:

• Khối lượng riêng (density) đo bằng g/cm3 hay kg/m3 là khối lượng của một đơn vị thể tích

• Tỷ trọng (relative density) là tỷ số khối lượng riêng của một chất ở nhiệt độ nào đó so với khốilượng riêng của nước ở 4oC Kí hiệu: d t/4, trong đó toC là nhiệt độ tại đó xác định tỷ trọng

• Độ API (oAPI – API gravity) là một chỉ tiêu đánh giá tỷ trọng của dầu thô và các sản phẩm củachúng theo tiêu chuẩn của Viện dầu mỏ Hoa Kỳ (American Petroleum Institute).

Với (tương đương 15,6 oC), kí hiệu hay dùng ở Anh, Mỹ

• Tỉ trọng hay oAPI biểu hiện tính bay hơi của một sản phẩm dầu mỏ Tỉ trọng càng thấp (oAPIcàng cao) chứng tỏ sản phẩm càng nhẹ, càng dễ bay hơi

• Mặt khác, xăng phải không có chứa hoặc có rất thấp hàm lượng acid, người ta gọi là độ acid(total acid number – TAN) Độ acid đo bằng lượng mg KOH đủ trung hòa hết lượng acid hữu cơ

có trong 100 mL xăng (mg/100mL)

d) Không bị đông đặc:

Xăng phải không bị đông đặc khi nhiệt độ hạ thấp, không hút nước và không tạo các tinh thểnước đá khi gặp lạnh

II.1.4 Các phương pháp nâng cao chất lượng của xăng:

Phân đoạn xăng lấy trực tiếp từ dầu mỏ có rất ít iso-parafin thơm, nhiều n-parafin, do đó trị

số octan RON rất thấp (chỉ đạt từ 30 - 60), trong khi đó yêu cầu về trị số octan cho xăng động cơphải lớn hơn 70 Vì vậy phải dùng những biện pháp khác nhau để nâng cao chất lượng của xăng,người ta dùng một số phương pháp sau:

a) Phương pháp dùng phụ gia:

Bản chất của phương pháp này là dùng một số hóa chất pha vào xăng nhằm hạn chế quá trìnhoxy hóa của các hydrocacbon ở không gian trước mặt lửa khi cháy trong động cơ Các loại phụgia được chia làm 2 nhóm:

• Phụ gia chì:

Phụ gia chì bao gồm các chất như tetrametyl chì (TML), tetraethyl chì (TEL), có tác dụng

phá hủy các hợp chất trung gian hoạt động (peroxyt, hydropeoxyt) và do đó làm giảm khả năngcháy kích nổ Kết quả là trị số octan của xăng thực tế được tăng lên Cơ chế dùng phụ gia chìnhư sau:

- Tạo chất tetrametyl chì trong động cơ:

C2H5Br →to C

C2H4 + HBr2HBr + PbO  PbBr2 + H2OCác sản phẩm PbBr2, H2O là chất lỏng có nhiệt độ sôi thấp sẽ bốc hơi và sẽ được khí thải đưa

ra ngoài Hỗn hợp phụ gia chì và chất mang gọi là nước chì Nước chì rất độc nên phải nhuộmmàu để phân biệt

• Phụ gia không chì:

Như đã phân tích ở trên, chì là phụ gia khi cho vào xăng làm tăng trị số octan nhiều nhất (từ

6 -12 đơn vị) Tuy nhiên do tính độc hại mà hiện nay nhiều quốc gia ban hành luật cấm sử dụngloại phụ gia này

Có một số giải pháp hữu hiệu cao để đạt tới trị số octan cao hơn khi không sử dụng chì:

- Pha trộn xăng có trị số octan cao (xăng alkyl hóa, izome hóa…) vào nhiên liệu có trị số octanthấp

- Nâng 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 oxy: metanol, etanol, metyltert-butyl eter (MTBE), metanol + tert-butyl alcol (MTBA), tert-amyl methyl eter (TAME)…Trong số các phụ gia chứa oxy nói trên, etanol và MTBE được sử dụng với số lượng nhiềunhất Chẳng hạn như ở Mỹ, MTBE được pha trộn với 15% thể tích, etanol tới 10% thể tích ỞBraxin đã pha trộn tới 22% etanol vào xăng trong nhiều năm

Bên cạnh việc tăng trị số octan, hỗn hợp của xăng với phụ gia chứa oxy đã giúp giảm thảihydrocacbon và CO từ xe cộ sử dụng nhiên liệu

b) Phương pháp hóa học:

Giải pháp pha trộn với các chất chứa oxy để tăng trị số octan của xăng chỉ là giải pháp tạmthời Giải pháp lâu dài hơn là phải tìm cách chế biến hóa học mới kinh tế nhất để tăng trị sốoctan Thông thường phải dùng các công nghệ lọc dầu tiên tiến nhất để chuyển các gốchydrocacbon mạnh thẳng thành các mạnh nhánh hoặc thành hydrocacbon vòng no, vòng thơm có

trị số octan cao Các công nghệ lọc dầu bao gồm các quá trình như: cracking xúc tác, reformingxúc tác…

Trong thành phần của xăng còn chứa một lượng nhỏ các chất S, N, O trong đó chủ yếu là S.Các chất này khi cháy tạo ra khí gây ăn mòn thiết bị và độc hại cho người sử dụng chẳng hạn :

II.1.5 Ứng dụng của xăng:

Ngoài công dụng chính là nhiên liệu, xăng còn được sử dụng làm dung môi hoặc nguyên liệu chotổng hợp hóa dầu

a) Xăng làm nhiên liệu: chủ yếu cho các động cơ xe gắn máy, xe ô tô và máy bay.

• Xăng dùng cho ô tô và xe gắn máy: định nghĩa, phân loại, tính chất,…đã trình bày ở phần trên

• Xăng dùng cho máy bay:

Xăng máy bay thuộc loại xăng cao cấp, không thể lấy được từ một loại xăng thuần nhất màthường là hỗn hợp của một số thành phần đặc biệt nhằm thu được xăng có phẩm chất tốt Xăngmáy bay cần phải có những chỉ tiêu cần thiết sau:

- Trị số octan bằng hoặc lớn hơn 100, ngoài ra phải đảm bảo trị số octan khi hỗn hợp cháy thiếuxăng, thừa không khí (hỗn hợp nghèo) và hỗn hợp cháy thừa xăng thiếu không khí (hỗn hợpgiàu) Động cơ máy bay khi làm việc có hai quá trình: quá trình cất cánh bao giờ cũng phải sửdụng công suất tối đa, lượng xăng trong hỗn hợp phải được tăng tối đa (gọi là hỗn hợp giàu).Trong quá trình bay, có lúc động cơ phải giảm công suất, lượng xăng giảm (hỗn hợp nghèo) Trị

số octan trong hỗn hợp giàu gọi là trị số phẩm độ Người ta thể hiện trị số octan của xăng máybay bằng phân số, trong đó: tử số là trị số octan, mẫu số là trị số phẩm độ Ví dụ: xăng loại B100/130 thì 100 là trị số octan, 130 là trị số phẩm độ

- Thành phần cất đoạn của xăng máy bay phải lấy hẹp (từ 40 -180oC) để tránh có nhiều cấu tử nhẹtạo nút hơi trong hệ thống cấp liệu, và có nhiều cấu tử nặng, vì khi cháy sẽ không hoàn toàn tạocặn

- Hàm lượng olefin phải thấp (<3%) để tránh sự trùng hợp tạo nhựa, làm cho xăng bị biến màu vàkhông bảo quản được lâu

Xăng máy bay thường là xăng pha trộn Ví dụ: xăng loại B 100/130 thu được bằng cách trộnxăng cracking xúc tác với những thành phần cao octan như isooctan Xăng B 91/115 là xăng phatrộn giữa xăng cracking xúc tác, xăng chưng cất trực tiếp và các thành phần cao octan

b) Xăng làm dung môi:

Phân đoạn xăng được sử dụng làm dung môi, cao su, keo dán, sử dụng để trích ly chất béo(dầu mỡ động thực vật trong công nghiệp hương liệu, dược liệu…

Trong các loại dung môi phổ biến là xăng parafinic (hexan, heptan, octan…) và acromatic(toluen, benen, xylen…) Thông thường xăng dung môi lấy trực tiếp từ dầu mỏ là xăng parafinic,

có hàm lượng hydrocacbon thấp (<5%) Những dung môi có hàm lượng hydrocacbon thơm cao(40 - 90%) phải lấy từ phân đoạn nặng của quá trình reforming

c) Xăng làm nguyên liệu cho tổng hợp hóa dầu:

Xăng dùng làm nhiên liệu cho tổng hợp hóa dầu còn gọi là phân đoạn naphta Từ phân đoạnnày người ta sản xuất được các hydrocacbon thơm khác nhau như benen, toluen, xylen,etylbezen Ngoài ra, còn thu được các olefin nhẹ như etylen, propylen, butadien…

Để thu được các hydrocacbon thơm người ta sử dụng các phân đoạn hẹp khi chưng cất:

- Phân đoạn 60 - 85oC: phân đoạn chứa metyl cyclopentan, cyclohexan cho hiệu suất benzen caonhất

- Phân đoạn 80 - 100oC: phân đoạn chứa naphten C7, cho hiệu suất toluen cao nhất

- Phân đoạn 105 - 140oC: phân đoạn chứa naphten C8, cho hiệu suất xylen cao nhất

 Phân đoạn xăng của dầu mỏ họ naphten thích hợp hơn cả để sản xuất hydrocacbon thơm vì cótổng hàm lượng naphten và thơm cao được đặc trưng bởi số chuẩn:

N + 2ArTrong đó:

- N là hàm lượng naphten (%)

- Ar là hàm lượng acromat (%)

Ngược lại phân đoạn xăng của họ parafinic lại tốt hơn cho việc sản xuất các olefin

Xăng dùng để chế biến hóa học cần phải rất sạch vì nếu trong xăng có nhiều S, N, O sẽ làmngộ độc xúc tác trong quá trình chế biến Ví dụ để tạo ra hydrocacbon thơm phải tiến hànhreforming Xúc tác sử dụng là kim loại mang trên chất mang là acid rắn (thông thường làPt/Al2O3) Các chất độc chứa S sẽ là ngộ độc trung tâm kim loại Các chất chứa N (thường cótính bazo pyridine, quinolin…) làm ngộ độc các trung tâm acid Ngoài ra, sự có mặt của các kimloại có trong xăng làm cho xúc tác hoàn toàn không có khả năng tái sinh Vì vậy yêu cầu về hàmlượng các chất dị thể và kim loại năng có trong xăng phải như sau:

rạ, phân, ), sản phẩm thải trong công nghiệp (mùn cưa, sản phẩm gỗ thải )

 Phân loại chính:

Nhiên liệu sinh học có thể được phân loại thành các nhóm chính như sau:

• Diesel sinh học (Biodiesel) là một loại nhiên liệu lỏng có tính năng tương tự và có

thể sử dụng thay thế cho loại dầu diesel truyền thống Biodiesel được điều chế bằng cáchdẫn xuất từ một số loại dầu mỡ sinh học (dầu thực vật, mỡ động vật), thường được thựchiện thông qua quá trình transester hóa bằng cách cho phản ứng với các loại rượu phổbiến nhất là metanol

• Xăng sinh học (Biogasoline) là một loại nhiên liệu lỏng, trong đó có sử dụng

ethanol như là một loại phụ gia nhiên liệu pha trộn vào xăng thay phụ gia chì Etanolđược chế biến thông qua quá trình lên men các sản phẩm hữu cơ như tinh bột, xenlulo,lignocellulose Etanol được pha chế với tỷ lệ thích hợp với xăng tạo thành xăng sinh học

có thể thay thế hoàn toàn cho loại xăng sử dụng phụ gia chì truyền thống

• Gas sinh học (Biogas) là một loại khí hữu cơ gồm metanvà các đồng đẳng khác.

Biogas được tạo ra sau quá trình ủ lên men các sinh khối hữu cơ phế thải nông nghiệp,chủ yếu là cellulose, tạo thành sản phẩm ở dạng khí Biogas có thể dùng làm nhiên liệukhí thay cho sản phẩm khí gas từ sản phẩm dầu mỏ

 Ưu điểm:

Trước kia, nhiên liệu sinh học hoàn toàn không được chú trọng Hầu như đây chỉ làmột loại nhiên liệu thay thế phụ, tận dụng ở quy mô nhỏ Tuy nhiên, sau khi xuất hiệntình trạng khủng hoảng nhiên liệu ở quy mô toàn cầu cũng như ý thức bảo vệ môi trườnglên cao, nhiên liệu sinh học bắt đầu được chú ý phát triển ở quy mô lớn hơn do có nhiều

ưu điểm nổi bật so với các loại nhiên liệu truyền thống (dầu khí, than đá ):

• Thân thiện với môi trường: chúng có nguồn gốc từ thực vật, mà thực vật trong

quá trình sinh trưởng (quang hợp) lại sử dụng cacbon dioxid (là khí gây hiệu ứng nhàkính - một hiệu ứng vật lý khiến t rái đ ất nóng lên) nên được xem như không góp phầnlàm trái đất nóng lên

• Nguồn nhiên liệu tái sinh: các nhiên liệu này lấy từ hoạt động sản xuất nông

nghiệp và có thể tái sinh Chúng giúp giảm sự lệ thuộc vào nguồn tài nguyên nhiên liệukhông tái sinh truyền thống

 Hạn chế:

Việc sản xuất cồn sinh học từ các nguồn tinh bột hoặc các cây thực phẩm được cho làkhông bền vững do ảnh hưởng tới an ninh lương thực Khả năng sản xuất với quy mô lớncũng còn kém do nguồn cung cấp không ổn định vì phụ thuộc vào thời tiết và nôngnghiệp Bên cạnh đó, giá thành sản xuất nhiên liệu sinh học vẫn cao hơn nhiều so với