NGHIÊN cứu CHẾ tạo NHIÊN LIỆU SẠCH XĂNG PHA cồn

Các loại nhiên liệu sạch dùng cho động cơ xăng hiện nay chủ yếu làxăng không chì có pha thêm các hợp chất làm tăng trị số octan như MTBE,ETBE, TBA, TAME, metanol, etanol,… Cáchợp chất nà

MễÛ ẹAÀU

Ngaứy nay, cuứng vụựi sự taờng trửụỷng kinh teỏ, taờng daõn soỏ thỡ nhu caàuveà nhieõn lieọu cho caực ngaứnh coõng nghieọp vaứ daõn duùng ngaứy caứng cao Doủoự, trong tửụng lai khoõng xa neỏu moói quoỏc gia khoõng coự keỏ hoaùch phaựt

bộ giáo dục và đào tạo trờng đại học bách khoa hà nội

triển ngành công nghiệp dầu khí của mình thì sẽ dẫn đến thiếu hụt nhiênliệu trầm trọng, ảnh hưởng đến sự phát triển của nền kinh tế quốc dân.

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

Bên cạnh đó, vấn đề về môi trường do khói thải động cơ đang đượcthế giới quan tâm vì trong khói thải có các chất gây ô nhiễm môi trườngsống, gây độc hại cho con người Vì vậy ngoài biện pháp hạn chế sử dụngcác nhiên liệu hoá thạch, sản xuất động cơ có sử dụng hộp xúc tác chuyểnđổi thì việc nghiên cứu và sử dụng nhiên liệu sạch là phương án hiệu quảhơn cả

Các loại nhiên liệu sạch dùng cho động cơ xăng hiện nay chủ yếu làxăng 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 chấtlượng khói thải, trong đó phụ gia etanol được sử dụng phổ biến do có nhiều

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 vàoxăng nhưng khi sử dụng cồn tuyệt đối thì dễ hút ẩm trong quá trình bảoquản, gây ra hiện tượng tách pha gây nhiều khó khăn trong quá trình sửdụng 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 cồn công nghiệp.

- Khảo sát các chỉ tiêu của xăng pha cồn

- 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

Phần I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

I Tình hình sử dụng nhiên liệu hiện nay

Năng lượng và nhiên liệu (NL) có vai trò quan trọng hàng đầu chosự phát triển kinh tế - xã hội Với vai trò quan trọng như vậy, nhiên liệucần phải phát triển trước một bước so với các ngành kinh tế khác

Với sự tăng trưởng kinh tế, tăng dân số (nhất là các nước đang pháttriển) dẫn đến tiêu thụ NL ngày càng tăng Theo báo cáo nhu cầu tiêu thụ

NL trong vòng 50 năm tới so với năm 1995 sẽ tăng 50% đối với phương ántăng 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 NLchủ yếu ở hiện tại và trong tương lai 4  5 thập kỷ nữa) giờ đây đang cạnkiệt và trở nên đắt đỏ Việc khai thác, sử dụng NL hoá thạch còn gây ônhiễm môi trường, làm tăng nguy cơ của hiệu ứng nhà kính, làm cho tráiđất nóng dần lên; lượng khí gây hiệu ứng nhà kính mà chủ yếu là CO2 đãtăng trên 30% so với thời kỳ tiền công nghiệp (tăng từ 280 ppmV lên 360ppmV và có nguy cơ tăng lên 500 ppmV trước năm 2100) gây ra hậu quảxấu cho nền kinh tế và xã hội toàn cầu

Để đảm bảo được an ninh NL, tăng trưởng kinh tế và giảm thiểu ônhiễm môi trường, chúng ta, bao gồm cả những nước phát triển và đangphát triển phải có chiến lược kết hợp sử dụng hợp lý các nguồn NL dài hạnvới chiến lược phát triển sử dụng các nguồn NL ít gây ô nhiễm môi trườngnhư NL sạch (NL sinh học) càng sớm càng tốt

II 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 quátrình chế biến dầu mỏ Xăng động cơ không phải đơn thuần chỉ là sảnphẩm của một quá trình chưng cất từ một phân đoạn nào đó hay từ một quátrình chưng cất đặc biệt khác Nó là sản phẩm hỗn hợp được pha trộn cẩnthận từ các quá trình lọc hoá dầu khác nhau như chưng cất, Cracking xúctác, Reforming xúc tác, Alkyl hoá, Isome hoá, kết hợp với các phụ gianhằm bảo đảm các yêu cầu hoạt động của động cơ trong những điều kiệnvận hành thực tế khác nhau và cả trong các điều kiện tồn chứa, dự trữkhác nhau [1]

2 Thành phần của xăng động cơ

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

T0

sôi50%,0

C

Octane, RON Octane, MON RVP,

bar kg/ mtrọngTỷ 3

0,00 chì +1,5%nướcc

hì

0,00 chì +1,5% nướcc

hìRefomat

3 Các chỉ tiêu kỹ thuật của xăng động cơ

3.1 Yêu cầu chung về chất lượng xăng động cơ

Những yêu cầu 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:

 Cháy 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 nắmrõ đặc điểm cơ bản của động cơ xăng Xăng là nhiên liệu cho động cơ đốttrong có sử dụng bộ chế hoà khí (còn gọi là động cơ xăng) được lắp đặtcho ôtô và xe máy Động cơ xăng có hai đặc điểm quan trọng, khác hẳnvới 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, làbộ phận chuẩn bị xăng trước khi đưa vào xylanh Ở đây, xăng được đưavào với một lượng xác định, sau đó hỗn hợp hơi xăng và không khí sẽ phânphối nạp vào xylanh của động cơ Do đó, nhiên liệu cho động cơ xăngđòi 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 ứngvới 10%, 50%, 90% thể tích xăng [1]

Xăng có quá nhiều phần nhẹ thì động cơ càng dễ khởi động, nhưngdễ tạo nút hơi trong ống dẫn xăng khi máy nóng, làm gián đoạn quá trìnhcung cấp xăng, gây nên tiếng kêu lụp bụp và có thể làm chết máy Xăngquá nhiều phần nặng thì xăng không cháy hết trong xylanh, vừa tiêu haoxăng một cách vô ích, vừa nhanh chóng làm hỏng động cơ do xăng đọnglại chảy qua khe xecmăng làm loãng dầu nhờn, gây mài mòn các chi tiếtđộng 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 cháycủa nhiên liệu trong động cơ Diezel là quá trình tự bốc cháy

Quá trình cháy của xăng trong xylanh diễn ra rất nhanh, nhưngkhông 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 ổnđịnh, tạo ra áp suất hơi trong xylanh được tăng lên đều đặn, phần hơi xăngbên 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 racùng một lúc trong xylanh) thì xem như là cháy không bình thường và đượcgọi là cháy kích nổ Khi nhiên liệu trong động cơ bị cháy kích nổ, mặt lửalan truyền với tốc độ rất nhanh (có khi đến 300 m/s), nhiệt độ tăng làm ápsuất tăng đột ngột, kèm theo hiện tượng nổ, tạo nên sóng xung kích đậpvào 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 máygiảm nhanh Do đó, yêu cầu xăng dùng cho động cơ xăng là phải có tínhchống kích nổ cao; và đây là yêu cầu chủ yếu nhất, quan trọng nhất đốivới xăng động cơ

Ngoài hai yêu cầu cơ bản trên, đòi hỏi xăng dùng cho động cơ phảicó độ ổn định hoá học cao, đăc trưng ở khả năng chống lại sự biến đổi hoáhọc khi bảo quản, vận chuyển và sử dụng Ngoài ra, yêu cầu xăng động cơphải chứa hàm lượng lưu huỳnh thấp, không được quá 0,1  0,155%, nhằmhạn chế sự mài mòn của động cơ, hạn chế sự ô nhiễm môi trường do khíthải 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 cókhả năng chống lại sự cháy kích nổ Đặc trưng đó gọi là Trị số Octan Trịsố Octan là một đơn vị đo quy ước dùng để đặc trưng cho khả năng chốngkích 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 vớikhả năng chống kích nổ của nhiên liệu ở điều kiện tiêu chuẩn (quy ước trịsố 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 tỷsố 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 nénđến 8:1 Xăng có RON lớn hơn 92 là các loại xăng đặc biệt, cao cấp vàthường 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 tỷsố 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.

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

Tỷ số nén của

động cơ Yêu cầu về ON HIỆU SUẤT NHIỆT (Khi van tiết lưu mở tối đa)

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 gây nên sự 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 vàmột 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 bền 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 3.

Bảng 3 Các điều kiện để đo trị số Octan

Các thông số thí nghiệm Phương pháp

nghiên cứu(RON)

Phương phápmôtơ (MON)

- Số vòng quay của động cơ thử nghiệm

- Nhiệt độ sấy nóng không khí, 0C 52  1 50  5

- Nhiệt độ hỗn hợp nhiên liệu- không

- Góc đánh lửa sớm (góc đánh lửa trước

khi đến điểm chết trên), độ 13 Điều chỉnh tựđộng từ 15 

26

- Nhiệt độ làm mát xylanh, 0C 100  2 100  2

- Độ ẩm tuyệt đối của không khí dẫn vào

động cơ, gH2O/1Kg Khí khô 3,5  7,0 3,5  7,0

Thông thường, trị số Octan theo RON thường cao hơn MON Chính vìvậy khi nói đến trị số Octan của một loại xăng nào đó, phải phân biệt đó làRON hay MON Trị số RON thể hiện đúng khả năng chống cháy kích nổcủa xăng động cơ chạy trong đường phố, tốc độ chậm nhưng lại hay thayđổi, tăng tốc đột ngột Trị số MON thể hiện khả năng chống cháy kích nổcủa 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 củanhiên liệu Mức chênh lệch này càng thấp càng tốt và phụ thuộc vào cấutạo hoá học và thành phần pha trộn của xăng Các hydrocacbon thơm cóđộ 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 Isomatechứa chủ yếu là i_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 vì dùngRON hay MON riêng rẽ [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:

 Trị số Octan trên đường (Road ON)

Road ON là trị số Octan được xác định trong động cơ xe máy đangvận 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 xăngtrong bất kỳ động cơ nào đó mà cao hơn yêu cầu Octan của nó thì sẽkhông xảy ra sự cháy kích nổ trong động cơ khi sử dụng loại xăng này Khiđó không cần phải xem xét RON hay MON Vì vậy Road ON là toàn bộdấu hiệu để xem xét một loại xăng nào đó có đáp ứng được tính năngchống kích nổ trong một động cơ nào đó hay không Tuy nhiên Road ONđược 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 thiếtkế động cơ [1,17]]

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

 Phương pháp dòng: chủ yếu là dùng trong nghiên cứu Bản chấtcủa phương pháp này là đưa dòng Oxy vào bình nhiên liệu để oxi hoá liêntục, 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 loạihydrocacbon đều có đặc tính hoá lý riêng và nhiệt độ sôi là một trongnhững đặc tính hoá lý đó Các phân tử hydrocacbon khác nhau thì nhiệt độsôi cũng khác nhau

Khi tiến hành gia nhiệt cho một mẫu xăng chưng cất nào đó (trênthiết bị chưng cất tiêu chuẩn), các phân tử hydrocacbon khác nhau sẽchuyển riêng rẽ từ dạng lỏng sang dạng hơi ở những nhiệt độ khác nhaugọi là nhiệt độ sôi Vì vậy tính chất sôi và bay hơi của xăng thường đượcđánh giá bằng nhiệt độ sôi đầu, nhiệt độ sôi cuối và nhiệt độ sôi tương ứngvới % thể tích chưng cất được của xăng ngưng tụ và được gọi là thànhphần chưng cất [1]

+ Nhiệt độ sôi đầu (IBP): khi tiến hành gia nhiệt 100 ml mẫu xăng trong thiết bị chưng tiêu chuẩn, nhiệt độ tại đó giọt chất lỏng đầu 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 điểmcất Bằng cách kết nối các điểm cất, người ta xây dựng được một biểu đồchưng cất là các đường cong

Trong thực tế, khi chưng cất hoàn toàn chỉ có khoảng 98% thể tíchđược thu hồi ở dạng ngưng tụ, phần còn lại là hao hụt và cặn sót lại trongbình ngưng Các chỉ tiêu chưng cất của xăng động cơ được quản lý bằngcách quy định một giới hạn cho nhiệt độ cất tương ứng với % thể tíchchưng 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

Nhiệt độ cất

của xăng

Phương phápthử

FBP, 0C 215 0C max 210 0C maxChỉ 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 kỳloại động cơ nào, chủ yếu là tính năng khởi động và tính năng làm ấmmáy, tạo nút hơi, tính kinh tế của hành trình dài hay ngắn, khả năng đóngbăng và khả năng làm loãng dầu nhờn trong cacte (xảy ra ở phần cất cónhiệt 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 bốđều 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 đếnđộng cơ, ngăn cản nhiên liệu chảy vào bộ chế hoà khí hoặc vòi phun nhiênliệu,

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 (Pbh) đặc trưng cho khả năng bay hơi của xăngôtô Áp suất hơi bão hòa là áp suất hơi của xăng đo được trong điều kiệncủa bình chịu áp tiêu chuẩn của bom Reid ở nhiệt độ 37,80C (hay 1000F) vàthường được đo bằng các đơn vị như KPa, Psi, mmHg, Áp suất hơi bãohòa càng lớn, độ bay hơi càng cao, dễ tạo nút hơi trong động cơ, gây ra haohụt trong bồn 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 khởiđộng của động cơ Để khởi động tốt động cơ, tối thiểu áp suất hơi bão hoàcũng phải đạt 7,0 Psi và thực nghiệm cho thấy rằng, nếu thấp hơn 4,834 Psi(250 mmHg) thì khả năng khởi động của động cơ bắt đầu xấu đi một cáchnghiêm trọng [20].

Tuy nhiên, nếu kiểm soát được chỉ tiêu về thành phần cất của xăngthì 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).

áp suất hơi bão hòa

Chất lượngcao ChâuÂu

Trênchấtlượngcao

Phươngpháp thử

D 4953Đối với Việt Nam, tiêu chuẩn TCVN 5690 – 92 quy định áp suất hơi

bão hòa cho xăng ôtô như sau (xem bảng 6)[1].

Bảng 6 Aùp suất hơi bão hoà của một số loại xăng

Nhiên liệu Áp suất hơi bão hòa (KPa) ở 37,80CMogas 83

Mogas 92Xăng thườngXăng cao cấpXăng đặc biệt

Max 70Max 75Max 67Max 67Max 74

3.3.4 Độ ổn định ôxy hoá

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 khả 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 ôxyhoá trong không khí và tạo thành các sản phẩm chứa oxy rất đa dạng Mứcđộ ôxy hoá phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng của xăng, cụ thể là thànhphần hoá học của xăng Các hợp chất olefin có hai nối đôi đối xứng và cácloại hydrocacbon dạng mono hoặc di-olefin nối với nhân thơm là kém ổnđịnh 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 Reformingxúc tác hầu như không có olefin nên có độ ổn định rất cao (1700  1800phút) [6]

Để đảm bảo yêu cầu về độ ổn định, xăng thương phẩm của Liên Xôtrước đây quy định từ 400  900 phút Thị trường xăng thương phẩm thếgiới 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 cấutrúc 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 dầu mỏ có nhiệt độ sôi cao hoặc trong cặn dầu mỏ

Dầu mỏ có nhiều nhựa và asphanten thì trong sản phẩm (nhất làdiezel, dầu nhờn, cặn) càng có nhiều chất đó Nói chung, nhựa vàasphanten là những chất có hại Nếu trong các sản phẩm nhiên liệu nóichung và trong xăng động cơ nói riêng có nhựa và asphanten thì khả năngcháy 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 vàngsẫm, nâu và hoà tan hoàn toàn Tuy nhiên, nếu tách ra khỏi xăng nó sẽ ởdạng nửa rắn hoặc lỏng Tính chất đặc biệt của nhựa là khả năng nhuộmmàu rất mạnh; vì vậy khi xăng ôtô có chứa hàm lượng nhựa cao đều cho tamàu nâu [3]

Trong quá trình bảo quản xăng ôtô, nhựa dễ bị ôxy hoá và sẽ làmgiảm tính chất ổn định của sản phẩm Hàm lượng nhựa trong xăng ôtô caocó thể gây nên cặn lắng trong hệ thống cảm ứng và làm kẹt van nạp Hàmlượng 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 chấtchủ yếu có trong dầu thô Chúng tồn tại ở nhiều dạng: mercaptan,

disunfua, H2S, S [1]

Trong xăng động cơ, S là chất gây nhiều tác hại: khi đốt cháy tạo

SO2, SO3 gây độc hại và ăn mòn đường ống, thiết bị và đặc biệt với sự có mặt của H2S 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 cácsản 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 quản

Đã có một thời gian dài, chỉ tiêu này ít được bàn cãi và đều thốngnhất trên toàn cầu với mức quy định nằm trong khoảng từ 0,05  1% khốilượng Tuy nhiên, tại Mỹ quy định về hàm lượng S vẫn còn là vấn đề gâytranh cãi nhằm đảm bảo các yêu cầu về chất lượng môi trường, không khívà tầng ôzôn

3.3.7 Độ 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 dầu, các hợp chất không mong muốn này khôngthể bị loại bỏ một cách dễ dàng được Để chắc chắn rằng trong xăng chỉchứa một lượng không đáng kể các hợp chất trên, người ta phải tiến hànhphép thử ăn mòn tấm đồng (ASTM D 130) Trong phép thử này, miếngđồng đã được đánh sạch và được nhúng ngập vào trong mẫu nhiên liệu cầnthử đã được nung nóng trong những điều kiện được quy định của phép thửvà trong khoảng thời gian quy định Sau đó, miếng đồng được đem ra sosánh với các mẫu chuẩn Từ đó có thể đánh giá được mức độ ăn mòn tấmđồng của nhiên liệu [5]

Theo yêu cầu chung và theo TCVN 6776 : 2000, mức độ ăn mòn tấmđồng trong xăng ở 500C trong 3 giờ phải có màu phù hợp với màu của thanh đồng chuẩn, mẫu số 1

3.3.8 Phép thử Docter

Sự có mặt của lưu huỳnh dạng mercaptan (RSH) và lưu huỳnh tự dotrong xăng có thể được kiểm tra theo phép thử Docter (ASTM D 4952,thay cho D 484) như sau: Hoà tan 5 ml dung dịch chì Natri vào 10 ml xăngmẫu và lắc đều trong khoảng 15 giây; sau đó cho một lượng nhỏ lưu huỳnhbột, khô và nguyên chất sao cho sau khi lắc, tất cả bột lưu huỳnh nằm trênbề mặt dung dịch chì Natri và dưới mẫu xăng Tiếp tục lắc với khoảng 15giây, 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 màu hoặc màu vàng nhạt của màng S có thay đổi chút ít hay lốm đốm đen thì mẫu thử là “âm tính” – (xăng ngọt) [3].

Hàm lượng các chất này có thể xác định bằng cách chuẩn độ với kiềm và trị số này gọi là “trị số axit” Chỉ tiêu này thường được áp dụng đểkiểm 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 Sản phẩm của Nga ngày nay cũng quy định mức cho phéptừ 0,8  2 mgKOH/100 ml

3.3.10 Hàm lượng chì

Mặc dù hàm lượng chì trong xăng là một trong các nguyên nhân gâynên sự ô nhiễm môi trường trầm trọng, nhưng lại là một chỉ tiêu rất quantrọng đối với chất lượng của xăng ôtô, xe máy; đặc biệt là các động cơ thếhệ trước năm 1990 [1]

Xăng ôtô có hàm lượng chì cao (đến 8 g/l) 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 Mĩ.

Ngày nay, khi chì và các hợp chất chì dưới dạng phụ gia làm tăng trịsố Octan đã bị cấm sử dụng thì phép thử hàm lượng chì trong xăng chỉ có ýnghĩa về mặt quản lý nhà nước về an toàn và môi trường Hầu hết các phụgia sử dụng xăng không chì đều chấp nhận và cho phép có một hàm lượngchì khoáng trong xăng không quá 0,013 g/l

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

Tuy nhiên, gần đây do hàm lượng benzen trong xăng không chì caohơn trong xăng chì nên đã có những tác dụng tiêu cực như dễ làm trươngnở các zoăng phớt cao su, thậm chí khí thải của nó cũng ảnh hưởng đến rauxanh, cây trồng hai bên đường, Hậu quả đã làm tăng hàm lượng benzentrong các loại thực phẩm trồng ở hai bên đường

Benzen cũng là một chất độc nguy hiểm đến sức khoẻ của conngười; đặc biệt đối với những đối tượng thường xuyên tiếp xúc với xăngdầu 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 lượngbenzen trong xăng càng ít càng tốt; thông thường quy định hàm lượngbenzen phải  5%.

3.3.12 Hàm lượng Photpho (P)

Kể từ năm 1950, Photpho được sử dụng dưới dạng phụ gia (tênthương mại là ICA) đã được hãng Shell đưa vào xăng nhằm ngăn cản sựbám muội vào bugi khi xăng có nồng độ chì cao Trong quá trình nghiêncứu, người ta cũng đã phát hiện ra rằng các hợp chất của P có khả năngngăn cản được hiện tượng mài mòn xupap của động cơ do xăng không chìgây ra Các nghiên cứu sau đó vào cuối năm 1960 đã kết luận rằng cáchợp chất P bảo vệ động cơ rất tốt chỉ cần nồng độ tương đối thấp

Việc sử dụng phụ gia Photpho trong xăng không chì đã được giớithiệu lần đầu tiên ở Mỹ vào năm 1971 Tuy nhiên, với sự ra đời của bộchuyển 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 Vìvậy việc sử dụng nó trong xăng không chì đã bị cấm ở Mỹ và nhiều nướckhác

4 Phụ gia pha vào xăng

Trong quá trình phát triển của động cơ xăng, người ta đã phát hiện ralà khi thêm một lượng nhỏ một số chất nhất định vào xăng có thể nâng caochất lượng của xăng

Một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất của xăng động cơ là khảnăng chống kích nổ Các chất phụ gia chống kích nổ là những chất khi chothêm vào xăng với một lượng không lớn nhưng sẽ làm tăng khả năngchống kích nổ trong động cơ; hay nói cách khác là nó sẽ làm “tăng” trị sốoctan 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(C2H5)4), TML (Tetra metyl chì – Pb(CH3)4), chúng đã được đưa vào sử dụng từ những năm 1920

Hàm lượng chì chủ yếu phụ thuộc vào lượng và loại phụ gia đưa vào xăng để tăng cường trị số octan ON

Vai trò của phụ gia chì: gián tiếp làm tăng ON của xăng thông qua

việc phá huỷ các hợp chất trung gian hoạt động (như peroxyt,

hydroperoxyt) và do đó làm giảm khả năng cháy kích nổ Kết quả là ON của xăng thực tế được tăng lên

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

Hydrocacbon khi bị ôxy hoá sâu sắc sẽ tạo thành các hợp chất khôngbền

T, 0C

Chất phụ gia (TML, TEL) bị phân huỷ dưới nhiệt độ và áp suất caotrong động cơ

Tác dụng của phụ gia bị phân huỷ với các hợp chất không bền tạo racác hợp chất bền, không hoạt động

RCH2OOH + PbO2 PbO + R – CHO + H2O + 1/2O2

Kết quả là biến các peroxyt hoạt động thành các alđehyt R – CHObền vững, làm giảm khả năng cháy kích nổ Nhưng đồng thời PbO kết tủasẽ bám trên thành xylanh, ống dẫn, làm tắc đường nhiên liệu và tăng độmài 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 C2H5Br hay C2H5Cl và cơ chế tác dụng như sau:

Các sản phẩm PbBr2, H2O là chất lỏng, có nhiệt độ sôi thấp nên sẽbốc hơi và được khí thải đưa ra ngoài Hỗn hợp phụ gia chì và chất manggọi là nước chì và rất độc Vì vậy, để phân biệt xăng có pha chì với xăngkhông chì, người ta thường nhuộm màu đặc trưng cho xăng chì là màu đỏđể phân biệt

Sự độc hại của phụ gia chì

C2H5Br CT, 2H4 + HBr

0

C

2HBr + PbO PbBr2 + H2O

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:

+ Chì trong xăng sau khi cháy (chủ yếu dưới dạng hỗn hợp dễ bay hơi PbBr2 + 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 tụgây độc Nhóm người có nguy cơ nhiễm bệnh chì là những người sốngtrong thành phố, những người làm việc liên quan đến xăng dầu và đặc biệtlà trẻ em Giới hạn tối đa về hàm lượng chì trong máy có thể ảnh hưởngđến 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 chìlà phụ gia khi cho vào xăng làm tăng ON nhiều nhất (từ 6  12 đơn vịoctan) Tại Việt Nam, ngày 23/11/2000, Thủ tướng Chính phủ cũng đã cóchỉ thị số 24/2000/CT – TTg về việc loại bỏ xăng chì và đã không dùngxăng 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 đảm bảo cho xăng có ON cao và đạt yêu cầu, vấn đề 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, Isomehoá, ) vào nhiên liệu có trị số Octan thấp

 Nâng cấp và đưa thêm các thiết bị lọc dầu để sản xuất hỗn hợpxăng có trị số Octan cao

 Sử dụng các chất phụ gia không chứa chì, như các hợp chất chứaôxy: Metanol, Ethanol, MTBE, MTBA, TAME,

Trong số các hợpchất chứa ôxy nói trên, Ethanol và MTBE được sửdụng với số lượng nhiều nhất Chẳng hạn như ở Mỹ, MTBE được pha trộntới 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

phụ gia Oxygen

Các tính chất Metanol Ethanol TBA MTBE TAME

1 Tỷ trọng, 60/60 0F 0,796 0,794 0,791 0,746 0,770

2 Áp suất hơi bão

4 Khả năng hoà tan

trong nước Tan vôhạn Tan vôhạn Tan vôhạn 1,4% 0,6%

6 Nhiệt lượng toàn

7 Nhiệt lượng hoá hơi,

-9 Giới hạn bắt lửa:

+ % tối thiểu

+ % tối đa

6,736,0

4,919,0

2,48,0

-

-

-Có thể thấy rõ trị số Octan của một số phụ gia chứa ôxy điển hình

Từ bảng 7 ta thấy, trị số Octan của MTBE là 117 ; do đó hỗn hợp15% MTBE trong xăng có trị số Octan gốc là 87 sẽ tạo nên hỗn hợp có trị

số RON nằm trong khoảng 91  92, làm tăng từ 4  5 đơn vị Octan, tươngđương với hàm lượng chì từ 0,1  0,15 g/l Tương tự, trị số octan củaEthanol là 106; do đó hỗn hợp 10% của Etanol với xăng có trị số Octan là

87 sẽ tạo ra hỗn hợp có trị số RON vào khoảng 90  92

* Ưu, nhược điểm của các hợp chất chứa ôxy

a Metanol

Metanol khi dùng để pha chế thường có trị số Octan cao tương tự nhưcác chất phụ gia khác họ Oxygen

+ Giá tương đối rẻ

+ Khả năng điều chế loại phụ gia này trong thiên nhiên tương đối dễ dàng Metanol có thể điều chế từ các nguyên liệu thô khác nhau.Tuy nhiên do áp suất hơi bão hoà của Metanol tương đối thấp nên cóthể 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 bịhạn chế Để khắc phục nhược điểm này chỉ cần pha vào một lượng nhỏrượu, RPV sẽ được cải thiện một cách đáng kể Nâng cao chỉ tiêu RPV làmột trong những vấn đề rất khó thực hiện được trong quá trình lọc và hoádầu Tuy nhiên, chú ý rằng nếu cho RPV của hỗn hợp lên quá cao sẽ dẫntới hiện tượng tạo nút hơi trong nhiên liệu khi vận hành động cơ, xe máy

 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 cóthể gây tử vong.

b Ethanol

Ethanol không được sử dụng rộng rãi bằng Metanol; nó chỉ được sửdụng chủ yếu ở các quốc gia có sẵn nguồn nguyên liệu thiên nhiên là míanhư Braxin Tuy nhiên, hiện nay do vấn đề môi trường đang đặt lên hàngđầu nên trong tương lai việc sử dụng nhiên liệu pha cồn sẽ được khuyếnkhích vì nhiên liệu pha cồn khi cháy không tạo ra CO và các chất độc hạikhác Đặc biệt, ở Braxin xu hướng sử dụng E100 (100% Ethanol) làmnhiên liệu cho động cơ đã 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

 Làm giảm RPV của nhiên liệu nên khó khởi động

Nếu khắc phục được các nhược điểm trên thì xu hướng sử dụng xăngpha cồn 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 mỗinăm; 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 tỉlệ 1:1) Hỗn hợp theo tỉ lệ này sẽ làm giảm khả năng phân cách giữa haipha của Metanol, đồng thời cải thiện RPV của hỗn hợp.

 Nhược điểm:

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

Metanol và Ethanol)

+ Làm 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 tồn chứa được ở nhiệt độ thấp

d Metyl Tert Butyl Ete (MTBE)

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

+ Khả năng hoà 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

Nhược điểm:

+ Giá thành MTBE khá cao, trong khi đó phải pha vào xăng với lượngkhá lớn (tối đa đến 15%) mới làm tăng đáng kể ON

+ MTBE được điều chế chủ yếu bằng phương pháp tổng hợp từ _Buten (i_Buten được tạo ra từ phản ứng đehydro hoá i_Butan) mà nguồn nguyên liệu này không phải dễ kiếm.

i-+ 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

điểm chung của phụ gia Oxygen

Metanol - Rẻ- Dễ kiếm - Dễ tan trong nước- Làm giảm RPV

- Làm tăng khả năng cháy nổ

- Độc hại cho người sử dụngEthanol -Nhiên liệu cháy sạch, ít tạo cặn bẩn. - Dễ tan trong nước- Làm giảm RPV

- Làm tăng khả năng cháy nổTBA/Metanol - Không tạo ra các pha phân tách - Nhiệt độ chảy mềm khá cao- Hoà tan được nước

- Làm tăng khả năng cháy nổ

Lượng tối đa các chất phụ gia họ Oxygen được pha trộn vào xăng bịgiới 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 gianày cho phép pha vào xăng không được quá quy định và nằm trong khoảngtừ 10  12%.

4.2 Các loại phụ gia khác

Ngoài phụ gia làm tăng trị số octan kể trên, để xăng đáp ứng đượccác yêu cầu 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

III Giới thiệu về Etanol

1 Tính chất lý hoá của etanol

Ethanol tinh khiết là chất lỏng không màu Nó có thể hòa tan đượcvới bất kỳ tỷ lệ nào của nước và cả axeton, benzen và một vài dung môihữu cơ khác Ethanol khan hút ẩm mạnh và lượng nước (ẩm) có thể đạt tới0,3  0,4% Một vài tính chất vật lý của Ethanol khan được thể hiện trong

bảng 10 [4].

Bảng 10. Các tính chất vật lý của

Ethanol khan

Nhiệt hoá hơi ở:

+ 70 0C

+ 80 0C

+ 100 0C

855,66 KJ/ Kg900,83 KJ/ Kg799,05 KJ/ KgNhiệt đốt cháy (thể tích không đổi) 1370,82 KJ/ mol

Hệ số giãn nở thể tích 1,1 10-3 K-1

Nhiệt lượng của hỗn hợp gồm 30% (TL)Etanol +

70% (TL) Nước ở 17,33 0C 39,32 J/ g

Giới hạn nổ (lượng Etanol trong hỗn hợp với KKhí )

+ Giới hạn dưới: 3,5% TT

+ Giới hạn trên: 15% TT 67 g/ cm

3

290 g/ cm3

Sức căng bề mặt ở 20 0C 22,03 mNmHệ số khuếch tán trong pha hơi ở 200C và 101,3 KPa 0,12 cm-1

Tính chất hoá học của Ethanol được quyết định bởi nhóm chức – OH và dođó 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 tinh bột và Xenluloza tạo thành đường

[11,35]

Ethanol có thể được sản xuất từ:

 Quá trình lên men đường nhận được từ tinh bột gạo (lúa mì và ngũcốc), 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 trìnhchế 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

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

C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + QĐầu tiên, đường được làm sạch bằng cách ép, ngâm tẩm và dùng cácbiện pháp xử lý hoá học Sau đó nước rỉ đường được lên men tạo thành

Lên men

Ethanol bằng cách sử dụng Enzym (từ men rượu) Bước cuối cùng là tiếnhành làm tinh khiết Ethanol từ quá trình chưng tách hỗn hợp đẳng phíEthanol – Nước (Ethanol chiếm từ 93  95%); còn lại là nước và các thànhphần khác Để cho quá trình chưng tách tốt nhất thì sử dụng thêm dungmôi Cyclohexan Bên cạnh đó, để làm tinh khiết Ethanol có thể sử dụngcác 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 Sản xuất Ethanol từ các loại hạt

Trong quá trình sản xuất Ethanol, chỉ có thành phần tinh bột của cácloại hạt như ngũ cốc, lúa mì, lúa mạch được sử dụng; lượng tinh bột nàyphần lớn trong hạt lúa mì Ngoài ra, một số loại vỏ và thân cây khô cũngđược sử dụng Nếu việc sử dụng phế thải có chứa Xenluloza gia tăng đượcquá trình lên men đường, thì quá trình sản xuất Ethanol từ các loại hạt cóhiệu 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 H3PO4.

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

CH2 = CH2 + H2O CH3CH2OH Etylen Nước Ethanol

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 nồng 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 hơn 1500 m so với mặt nước biển) Ảnh hưởng của hàm lượng 95%V Ethanol/ 5%V các rượu bậc cao (C3+) đến sự cải thiện ON và hoạt động của nhiên liệu pha cồn có thể được so sánh với Ethanol tinh khiết (99,9%) từ quá trình lên men ở

California

d So sánh quá trình sản xuất Ethanol từ việc lên men vàø tổng hợp hữu cơ

Xúc tác

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 đầu 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 dân dụng,

Từ các số liệu phân tích được cho thấy rằng: chi phí cho quá trình tổng hợp Ethanol từ Etylen (vào năm 1986) là 350 USD/tấn; trong khi đó Ethanol từ quá trình lên men rỉ đường mía chỉ là 45 USD/tấn

3 Ứng dụng của Etanol

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

 Các đồ uống có cồn (bia, rượu, );

 Dung môi;

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

 Dùng làm nhiên liệu cho động cơ

Ở hầu hết các quốc gia, Ethanol từ quá trình lên men được sử dụng trong các loại đồ uống có cồn và trong các chất hoá học đặc biệt; còn Ethanol từ 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 bề 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 cầu của conngười 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 11 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 khác[25]

Bảng 11 Các sản phẩm hoá học từ Ethanol ở Mỹ (từ 1-7-1978 

Ete, glycol (bao gồm cả Dietyl Ete) 11.419.306

Vào năm 1977, có 158.106 l Ethanol (1 tấn = 1260 l ) được sử dụng làm nguyên liệu thô cho quá trình tổng hợp hoá học ở Châu Âu; lượng lớn hơn dùng làm dung môi Ở các nước này, khoảng 55% Ethanol nhận được từ quá trình lên men

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