Đề tài Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia tăng RON họ amin thơm đến tính chất của nhiên liệu trong quá trình bảo quản và sử dụng

Chính vì vậy, đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia tăng RON họ amin thom dén tinh chất của nhiên liệu trong quá trình bảo quản và sử dung” được chọn để làm đồ án tốt nghiệp với mục

TRUONG DAI HOC MO DIA CHAT

TRUONG DAI HOC MO DIA CHAT

ĐÔ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài : “Nghiên cứu ảnh hướng của phụ gia tăng RON họ amin thơm đến tinh chat của nhiên liệu trong quả trình bảo quản và sử dụng”

Giáo viên hướng dân l Giáo viên phản biện

Thạc sĩ Nguyễn Văn Chúc Thạc sĩ Phạm Trung Kiên Giáo viên hướng dẫn 2

~ ` w Ẩ

Thac si Doan Van Huan

HÀ NỘI, 06/2013

LOI CAM ON

Trong thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp này, đưới sự hướng dan tan tinh

của cán bộ hướng dẫn và được phía nhà trường, cơ quan thực tập tạo điều kiện thuận lợi, tôi đã có một quá trình nghiên cứu, tìm hiểu và học tập nghiêm túc để hoàn thành đồ án Kết quả thu được không chỉ do nỗ lực của cá nhân mà còn có sự

giúp đỡ của quý thây cô, gia đình và các bạn

Tôi xin chân thành cảm ơn:

s* Ban giám hiệu nhà trường, Ban chủ nhiệm khoa Dầu khí, Bộ môn Lọc hóa dầu - Trường Đại học Mỏ-Địa Chất, giảng viên Th.S Doan Van Huan đã

tạo điều kiện giúp tôi hoàn thành đồ án tốt nghiệp

s* PGS.TS Võ Thị Thu Hà - Giám đốc Phòng thí nghiệm trọng điểm Công

nghệ lọc hóa dầu-Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam, Th.S Nguyễn

Văn Chúc cùng các anh chị trong viện đã hướng dẫn, hỗ trợ tôi về mặt

phương pháp, lý luận và nội dung trong suốt thời gian thực hiện đồ án

s* Gia đình đã tạo điều kiện về tinh thần và vật chất để học tập tốt nhất

s* Các bạn đã giúp đỡ, trao đối thông tin trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp này

Trong quá trình thực hiện và trình bày đồ án không thẻ tránh khỏi những sai

sót và hạn chế, đo vậy tôi rất mong được sự góp ý, nhận xét, phê bình của quý thầy

MỤC LỤC

098i ản 1

CHƯƠNG 1 : TÔNG QUAN LÝ THUYÊTT 2 <5 2S +k+sE+Es 8 2E£E 28v sesez 2 1.1 Tổng quan về nhiên liệu Xăng - 5 2 SE Sex S v ccgvgv xei 2 1.1.1 Thành phần và phân loại xăng s6 SE x se k x ee cv cxee 2 1.1.1.1 Thành phần của xăng - - - «6s xá xxx vu xe 2 In PA co pc an .-Ả 3

1.1.2 Các chỉ tiêu hóa lý cơ bản của Xăng co n2 se esse 3 P20 7a 3

1.1.2.2 Áp suất hơi bão hòa IR eid - - s5 SE SE kk 9u 9v gvvrkee 4 1.1.2.3 Thành phần cất phân đoạn ASTM - 5-5 Sex se xe 5 1.1.2.4 Ham long Chi 5

1.1.2.5 Hàm lượng nhựa thực 5

1.1.2.6 Độ ổn định oxy hóa << E24 SE Cư cư ng 6 1.1.2.7 Ham long lu hun 6

1.1.2.8 An mon tim d6ng icc cssccscssescssssssscecessssscssescscscsscevsecssscsacsceaseens 7 1.1.2.9 Ham long DenZen o 7

1.1.2.10 Hàm lượng hydrocacbon thom .:cccccscecceececceeccceceeceeceececsecaeens 7 1.1.2.11 §L i0) 0n 7

II UAVAsL 0) ve 2 §

1.1.2.13 Khối lượng riêng ở 1 5ŸC - 5 sẻ SE E9 Ex E9 kg vs xe 8 1.1.2.14 Hàm lượng kim loại (Mn, F€) - 5< Ăn S 1535 § ID UP A2 .::ÕÖÖÖ3Â3Ả §

1.2 Tổng quan về phụ gia pha Xăngg - 2 << sex Sex vn uy ve § 1.2.1 Phụ gia tăng trị SỐ OCẦaT G < ke SE SE cư ng 12 623 0 9 IUPAN Na gì 8n á‹ na 10

IUA ao 0s, n 17

II Nga 028i eo 22

1.2.2 Cac loai phul gia Khac 2.0.00 Ả 26

1.2.2.1 Phụ gia chống oxy hÓa << Sư SE ngưng cư eo 26 1.2.2.2 Phụ gia chống tạo căn trong buồng đốt - se se xe se sec cxe 26 1.2.2.3 Phụ gia tây rửa, phân tán và chống gỈ - 5-5 ce scxcc sex see 27 1.2.2.4 Phụ gia làm sạch bộ chế hòa khí - s s6 £Ek SE x6 cxe 27 1.2.2.5 Phụ gia chống ăn mòn - 5-52 SE SE 5 5 9c ga 27 IV a gà ch cà 28

1.3 Một số nghiên cứu về khả năng tang RON cua phu gia amin thom 28

1.3.1 Ưu điểm của việc dùng hỗn hợp các loại phụ gia 2-5 55s s se: 28

1.3.2 Khả năng tăng RON của hỗn hợp phụ gia amin thơm - - 5: 29 1.3.3 Khả năng tăng RON của hỗn hợp phụ gia amin thơm và các phụ

84 ốố.ốỐốỐỐỐ.ố ố 30 905I019)1€520:i0/08./€:50)07) 0057 32

2.1 Hóa chất và dụng cụ sử dụng cho quá trình thực nghiệm 5 5: 32

"No nu 32

2.2 Quy trình tạo phu gia tang RON ho amin thom va pha phy gia vao xang 32 2.2.1 Quy trình tạo phụ gia tăng RƠN họ amin thơm - -« << ««s «s« 32 2.2.2 Quy trình pha phụ g1a Vào xăng c9 0 11988188 s58 33

2.2.3 Phương pháp xác định các chỉ tiêu chất lượng của xăng .- 36

2.2.3.7 Áp suất hơi bão hòa Ri€d - G-G- <- 6< SE xk Sư S3 1E ve cư 2x ii 38

2.2.3.8 Hàm lượng hydrocacbon thơm, olefin, benzen và oxy 39

2.2.3.9 Khối lượng riÊngg - <1 3H Chư HE ưng gu crec 40

2.2.3.10 Hàm lượng kim loại (Mn, Fe, Pb) - 40

2.3 Quy trình đánh giá tính chất của xăng pha phụ gia amin thơm trong quá trình

19300 41 2.4 Quy trình đánh giá độ tương thích của xăng pha phu gia amin thom đến vật i0 41 2.4.1 Quy trình đánh g1á - GG << G G0 09909 99919 1 0 19 80056 08808 8 41 2.4.2 Đánh giá đặc trưng bề mặt của vật liệu bằng phương pháp kính hiển vi điện tử quét (Scaning Electron Microscopy- SEM) -. c3 55555 42 2.5 Quy trình đánh giá việc sử dụng xăng pha phụ gia amin thơm bằng phương pháp chạy thử nhiên liệu trên động CO . - - cSSSS S25 25511555 43 2.5.1 Hệ thống bang thir dong luc cao (High dynamic Engine Testbed ) 43 2.5.2 DOng CO thi nghi€M ccccecccsesceccesccceececceceececcecceeseceeeecsesseceeaesaeeaes 48

2.5.3 Nhiên liệu thử nghiỆm .- - - - 5 5 22 293361531555 15155556 555558555 48

2.5.4 Phương pháp và quy trình thử nghiệm động cơ - - << << 49

CHƯƠNG 3: KẾT QUÁ VÀ THẢO LUẬN . «- 6 +s+s xe cEe ve esez 50 3.1 Kết quả đánh giá sơ bộ xăng pha các hệ phụ gia amin thơm .- 50

3.1.1 Kết quả đo RON của các mẫu xăng pha phụ gia amin thơm 50 3.1.2 Ngoại quan các mẫu xăng pha phụ gia amin thơm - 5< <¿ 53 3.1.3 Kết quả đo hàm lượng nhựa của các mẫu xăng pha phụ gia amin thom 53 3.1.4 Kết quả đo RON của xăng pha các loại phụ gia hệ l 54 3.1.5 Kết quả đo các chỉ tiêu hóa lý của xăng pha phụ gia amin thơm 55 3.2 Kết quả quy trình đánh giá việc sử dụng xăng pha phụ gia amin thơm bằng

phương pháp chạy thử nhiên liệu trên động CƠ - - - 5< {<< s25 csssssss2 37 3.2.1 Đánh giá công suất, suất tiêu thụ nhiên liệu của động cơ khi thử nghiệm

2 mẫu nhiên liệu Xăng G6 «SE SE SE Sư SE Sư ưng 57 3.2.2 Đánh giá phát thải của động cơ khi thử nghiệm 2 mẫu nhiên liệu xăng 58 3.3 Kết quả quy trình đánh giá tính chất của xăng pha phụ gia amin thơm trong quá trình bảo QUảäï - - << <5 c2 9000900999139 919 139989885 18055 80 0 1050 8 1 583858555 60 3.3.1 Kếết quả ngoại QUa 5 - Sex Y9 SE ưng cư in 60 3.3.2 Kết quả đo hàm lượng nhựa của các mẫu xăng sau mội tháng bao quan 61 3.3.3 Kết quả đo các chỉ tiêu hóa lý của mẫu xăng pha phụ gia amin thơm sau một tháng bảo quUản co ng g9 HH ng H TK nh na 61 3.4 Kết quả quy trình đánh giá độ tương thích của xăng pha phy gia amin thom 581812: 111 63 3.4.1 Kết quả ngoại quan trong quá trình ngâm - << s xe sex s2 63 3.4.2 Kết quả đo SEM của các ống và đệm (zoăng) cao SU 5s se: 63 KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ .- 2° 52t +2*+EESYtEEEEEEteverrerrerterversrreree 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO c c7 221111110 21111111 1 311511111111 k:

DANH MỤC CÁC HÌNH VE TRONG DO AN

Hình 1.1 Công thức câu tạo của MMT 12

2 |Hinh1.2 | Công thức cấu tạo của anhydrit 27

polyisobutensuccinic polypropyl-phenol

3 |Hinh 1.3 | Đô thị đánh gid hiéu qua tuong hé cia hon hop| 31

phu gia NMA va MMT

4 | Hinh 2.1 Bang mau đánh giá độ ăn mòn tâm đông 37

Hinh 2.2 |Nguyên lý chung của phương pháp kính hiển vi| 42

điện tử

Hình2.5 | Thiết bị điêu chỉnh tay ga THA 100 và hộp tín| 44

hiệu của nó

9 | Hinh 2.6 Sơ d6 nguyén ly do cia AVL Fuel balance 7338 45

10 |Hình2.7 | So dé nguyén ly thiét bi lam mat nude AVLS33 45

11 | Hinh 2.8 Tu phan tich khi thai CEBII 45

12 | Hình2.9 | Sơ đô câu tạo của bộ phân tích CO 46

13 | Hình 2.10 | Sơ đồ câu tạo của bộ phân tích NO và NOx 47

14 | Hinh 2.11 | Sơ đô câu tạo hệ thông đo HC 48

15 |Hinh3.1 | Đô thị biểu diễn khả năng tăng trị số octan của phụ| 50

gia loại la(NMA+MMT)

16 |Hinh3.2 | Đô thị biểu điển khả năng RON của hệ phụ gia2| 51

(NMA+NNDMA+MMT)

17 | Hình 3.3 Đô thị biêu điển khả năng tăng RON của hệ phụ 52

gia 3 (NMA+NNDMA+Amiline)

18 | Hình 3.4 Kết quả ngoại quan của mẫu A92-DQ-DC và các 53

mau PG-12a, PG-23, PG-32 ngay sau khi pha phu gia

19 | Hinh 3.5 Đô thị so sánh khả năng tăng trị sô octan của 3 55

loai phu gia hé 1 (NMA+MMT)

20 | Hinh 3.6 Hình ánh ngoại quan của các mẫu xăng trong quá 61

trinh bao quan

21 | Hình 3.7 Hình ảnh ngoại quan của các mẫu nhiên liệu trong 63

quá trình ngâm vật liệu

DANH MUC CAC BANG BIEU TRONG DO AN

Bảng 1.1 Các họ phụ gia tăng trị sô octan 10

2 | Bang 1.2 Khả năng tương thích của các hợp chất tăng trị| 10

số octan

3 | Bảng 1.3 Thành phân và tính chất của MMT 12

4 | Bang 1.4 Kha nang tang RON cia MMT khi pha vao| 12

xang

5 | Bang 1.5 Khả năng tăng RON của hỗn hợp MMT và các | 13

hợp chất oxygenat khi pha vào xăng

6 | Bảng 1.6 Những ảnh hưởng của MMT đến tích chất của| 13

xăng

7 | Bang 1.7 Khả năng tăng trị số octan của phụ gia MMT| 14

đối với xăng gốc có trị số octan từ 8ó đến 88

8 | Bang 1.8 Khả năng tăng trị số octan của phu gia MMT 14

đối với xăng gốc có trị số octan 92 đến 94

12 | Bang 1.12 Tính chất hóa lý của Etanol 17

13 | Bang 1.13 Khả năng tăng RON của xăng với thê tích côn| 18

95” khác nhau

14 | Bang 1.14 Tinh chat hda ly cua butanol 18

15 | Bang 1.15 Khả năng tăng RON của xăng với các thể tích| 20

metanol khác nhau

17 | Bảng 1.17 Khả năng tăng RON của xăng với các thể tích | 21

MTBE khác nhau

18 | Bang 1.18 Tính chất vật lý và trị số octan cha mét s6 phu| 22

gia amin thom

19 | Bang 1.19 Kha nang RON cua N-methylaniline khi pha| 23

21 | Bang 1.21 Thir nghiém kha nang tang chi sé octan cuaphu| 24

gia PT-10515G đối với xăng từ dầu mỏ Bạch

Hỗ

22 | Bang 1.22 Kha năng tăng trị sô octan của phụ gia A-819 24

23 | Bảng 1.23 Khả năng tăng RON của các loại phụ gia khác | 25

nhau của KRATA

24 | Bảng 1.24 Kha nang tang tri so octan cua phy gia ADA-| 26

KRATA so voi MTBE

25 | Bang 1.25 Kha nang ting RON của hỗn hop NMA, m-| 29

Toludine, p-Toludine khi pha vao mot loai xăng có RON=91,8

26 | Bang 1.26 Kha nang tang RON của hỗn hợp NNDMA, | 29

anlne khi pha vào một loại xăng có RON=91,8

27 | Bảng 1.27 Khả năng ting RON của hỗn hợp| 29

NMA,NNDMA, aniline khi pha vao mot loai

xang cO RON=91,8

28 | Bang 1.28 Kha năng tăng RON của hỗn hop 97% kINMA | 30

và 3% kl NNDMA khi pha vào một loại xăng

có RON=91,6

29 | Bang 1.29 Khả năng tăng RON của hỗn hợp MMT vài 30

NMA khi pha vào một loại xăng có RON=91,6

30 | Bảng 1.30 Khả năng ting RON của hỗn hợp 97%NMA-| 31

32 | Bang 3.1 Kết qua do RON va khả năng tăng RON của| 50

các mẫu nhiên liệu pha phụ gia loại la

33 | Bảng 3.2 Kết quả đo RON và khả năng tăng RON của| 51

các mẫu nhiên liệu pha hệ phụ gia 2

34 | Bang 3.3 Kết qua do RON va khả năng tăng RON của| 52

các mẫu nhiên liệu pha hệ phụ gia 3

35 | Bang 3.4 Kết quả đo hàm lượng nhựa của các mẫu ngay| 53

sau khi pha phụ gia

36 | Bảng 3.5 Két qua do RON va khả năng tăng RON của| 54

các mẫu nhiên liệu pha phụ gia loại 1b

37 | Bảng3.6 Kết quả đo RƠN và khả năng tăng RON của| 54

các mẫu nhiên liệu pha phụ gia loại Ic

38 | Bảng 3.7 Kết quả đánh giá chất lượng của mau xing PG-| 56

12a

39 | Bang 3.8 Kết quả đo công suất của động cơ khi thử| 57

nghiệm 2 mẫu xăng A92-DQ-DC và PG-12a

40 | Bang 3.9 Kết quả đo suất tiêu thụ nhiên liệu của động co | 57

khi thử nghiệm 2 mẫu xăng A92-DQ-DC và

PG-12a

41 | Bảng 3.10 Kết quả đo phát thải CO của động cơ khi sử| 58

dụng 2 mẫu nhiên liệu thử nghiệm

42 | Bang 3.11 Kết quả đo phát thải HC của động cơ khi sử| 59

dụng 2 mẫu nhiên liệu thử nghiệm

43 | Bảng 3.12 Kết quả đo phát thải CO; của động cơ khi sử| 59

dụng 2 mẫu nhiên liệu thử nghiệm

44 | Bảng 3.13 Kết quả đo phát thải NOx của động cơ khi sử| 60

dụng 2 mẫu nhiên liệu thử nghiệm

45 | Bang 3.14 Hàm lượng nhựa của các mẫu nhiên liệu 61

46 | Bang 3.15 Kết quả đánh giá chất lượng của mẫu PG-12a| 62

sau | tháng bảo quản

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TAT

ON Octane Number (Tri sé octan )

%V Phan trim thé tich

TML Tetra-metyl Lead (Tetrametyl chi)

TEL Tetra-etyl Lead (Tetraetyl chi)

MMT Methyl Cyclopentadienyl Manganese Tricarbonyl

LOI MO DAU Ngày nay, cùng với sự phát triển về công nghệ cũng như chúng loại của động

cơ đốt trong, chất lượng nhiên liệu cũng được yêu cầu ngày càng cao Đặc biệt đối với xăng, một trong những nhiên liệu có tầm quan trọng và được sử dụng phô biến nhất hiện nay Yêu cầu chất lượng hàng đầu đặt ra đối với xăng thương phẩm là trị

số octan (RON) phải cao và phù hợp với động cơ

Về cơ bản các loại xăng được chế biến từ dầu mỏ ít được sử dụng trực tiếp

do không đáp ứng được các chỉ tiêu hóa lý của xăng thương phẩm Vi vậy dé đáp

ứng được các yêu câu kĩ thuật đặc biệt là trị số octan, bên cạnh việc phối trộn nhiều

loại xăng gốc với nhau như xăng chưng cất, xăng crackat, xăng reformat, các nhà sản xuất còn sử dụng phụ gia để pha vào xăng Hàm lượng các loại phụ gia pha trong xăng tuy rất nhỏ chỉ từ ppm đến vài phần trăm nhưng lại có thể bổ sung và nâng cao chất lượng của xăng Một trong những phụ gia không thể thiếu trong bất

kì các loại xăng thương phẩm nào đó là phụ gia tăng trị số octan Phụ gia tăng RON được nghiên cứu ngay từ khi nhiên liệu xăng xuất hiện và cho đến hiện nay đã có rất nhiều loại phụ gia được sử đụng, có thể kể đến như phụ gia oxygenat, phụ gia cơ

kim, phụ gia amin thơm, Mỗi loại đều có những ưu và nhược điểm nhất định Trong các phụ gia tăng trị số octan, phụ gia họ amin thơm là một trong

những họ phụ gia có RON cao, hơn nữa lại có hiệu ứng “hiệp trợ” tăng RON với các họ phụ gia khác Tuy nhiên ngoài các nghiên cứu về khả năng tăng RON của phụ gia họ amin thơm khi pha vào xăng, những nghiên cứu về ảnh hưởng của nó

đến quá trình bảo quản và sử đụng nhiên liệu còn chưa nhiêu

Chính vì vậy, đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia tăng RON họ

amin thom dén tinh chất của nhiên liệu trong quá trình bảo quản và sử dung” được chọn để làm đồ án tốt nghiệp với mục đích nghiên cứu, đánh giả các ảnh

hưởng của phụ gia họ amin thơm đến việc bảo quản cũng như trong quá trình sử dụng nhiên liệu Qua đó đánh giá ảnh hưởng của nhiên liệu pha phụ gia họ ammn thơm đến an toàn cháy nỗ của phương tiện giao thông sử dụng xăng

Đồ án gồm các nội dụng chính sau:

e Tổng quan về nhiên liệu xăng và các loại phụ gia pha xăng

e Thực nghiệm chế tạo và pha phụ gia tăng RON họ amin thơm vào xăng, thực nghiệm bảo quản và sử dụng nhiên liệu xăng pha phụ gia amin thơm

e Nghiên cứu đánh giá sự ảnh hưởng phụ gia họ amin thơm đến việc bảo quản và sử dụng nhiên liệu

CHUONG 1 : TONG QUAN LY THUYET

1.1 Tổng quan về nhiên liệu xăng

1.1.1 Thành phần và phân loại xăng

1.1.1.1 Thành phần của xăng

Trong suốt lịch sử công nghiệp dầu mỏ và cho đến tận bây giờ xăng là sản phẩm chủ yếu nhất của dầu mo Ngày nay tuy nó đã và đang mắt dần vị trí độc tôn

do sự phát triển của động cơ diesel và động cơ phản lực, xăng vẫn chiếm vị trí hàng

đầu Nó chiếm khoảng 20-50% trong số toàn bộ sản phẩm dầu mỏ, tùy thuộc vào nhu cầu cụ thể của mỗi vùng, mỗi nước

Xăng là loại nhiên liệu lỏng nhẹ nhất ở điều kiện thường thu được từ việc

chế biến đầu mỏ và khí Nó chủ yếu là các hydrocacbon từ C5 đến C11 và phụ gia, được sử dụng rộng rãi trong các động cơ đốt trong như: ôtô, xe máy, máy bay

Tương tự như dầu mỏ, thành phần hóa học của xăng cũng bao gồm các họ

hydrocacbon: parafin, naphtha và aromatic Bên cạnh đó, trong xăng cũng luôn có

mặt của nước, kim loại và các hợp chất dị nguyên tố Mặc dù thành phần hóa học

của xăng không phức tạp như dầu mỏ nhưng việc xác định chính xác các cấu tử hidrocacbon là không thực sự cần thiết Người ta chủ yếu dựa vào các tính chất hóa

lý cơ bản của xăng để đánh giá chất lượng của nó

Hop phan pha xăng (xăng gốc) chủ yếu thu được từ các quá trình sau:

e_ Quá trình chưng cất phân đoạn dầu mỏ (xăng chưng cất)

e Qua trinh cracking (xang crackat)

e Qua trinh reforming (x4ng reformat)

e Qua trinh ankyl hoa (xang ankylat)

e Qua trinh isome héa (x4ng isomerisat)

se Quá trình polime hóa (xăng polymerIsat)

e_ Quá trình cốc hóa (xăng cốc hóa)

e_ Quá trình nhiệt phân (xăng nhiệt phân) và rafñnat dầu mỏ

Về cơ bản các loại xăng của những quá trình trên ít hoặc gần như không được sử dụng trực tiếp vì không đáp ứng được các chỉ tiêu hóa lý của xăng thương phẩm Vì vậy, trong thực tế để sản xuất xăng thương phẩm các nhà sản xuất thường phối trộn hai hay nhiều các loại xăng trên với nhau để được xăng gốc có tính chất

ưu việt nhất

Một thành phan không thể thiếu trong xăng thương phẩm phải kể đến là phụ gia Hàm lượng các phụ gia pha trong xăng chỉ từ ppm đến vài phần trăm nhưng lại

bổ sung hoặc nâng cao chất lượng của xăng [1][2][9][11]

1.1.1.2 Phân loại xăng [3]

Hiện nay không có một quy định chung nào 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 chính sau:

s* Phân loại dựa vào trị số octan:

Dựa vào trị số octan người ta phân loại xăng động cơ theo giá trị RƠN xác

định như sau:

-Xăng RƠN 90 hay MOGAS 90

-Xăng RƠN 92 hay MOGAS 92

-Xang RON 95 hay MOGAS 95

-Xang RON 98 hay MOGAS 98

s* Phân loại dựa vào hàm lượng phụ gia chỉ:

Phụ gia chì pha trộn vào xăng nhằm mục đích tăng trị số octan Xăng được

phân loại dựa vào hàm lượng phụ gia chì gồm:

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

s* 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 động cơ như: tiêu chuẩn châu Âu, tiêu chuẩn Hoa Kì, tiêu chuẩn Nga,

tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) Các tiêu chuẩn này được xây dựng trên cơ sở phù

hợp với điều kiện của mỗi nước, mỗi vùng Ở Việt Nam các loại xăng đạt tiêu

chuẩn phải đáp ứng được các chỉ tiêu kĩ thuật theo TCVN 6776:2005 Chính vì vậy cách phân loại này còn được sử dụng để đánh giá chất lượng xăng cũng như quyết định đến giá thành trong sản xuất và kinh doanh xăng

1.1.2 Các chỉ tiêu hóa lý cơ bản của xăng [3][4][5]

(2,2,4 trimetyl pentan) trong hỗn hợp của nó với n-heptan, tương đương với khả năng chống kích nỗ của nhiên liệu thử nghiệm ở điều kiện chuẩn Quy ước n-heptan

có trị số octan bằng 0, iso-octan có trị số octan bằng 100

Trong quá trình cháy, khi tốc độ lan truyền quá lớn (hơn 40m/$) thì quá trình

cháy xảy ra gần như đồng thời ngay sau khi tia lửa điện của bugi phát cháy, đó là hiện tượng cháy kích nỗ Hiện tượng cháy kích nỗ sẽ gây ra các sóng xung kích va

đập mạnh vào xi lanh làm xuất hiện tiếng gõ kim loại khác thường, làm hao ton

công suất của động cơ, gây hỏng thiết bị

Về nguyên tắc trị số octan của xăng càng cao càng tốt, tuy nhiên phải phù hợp với tỷ số nén của động cơ Xu hướng cháy kích nỗ 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

nỗ sẽ được giảm bớt khi tăng tốc độ động cơ, chế độ chảy rối của hỗn hợp và độ

âm Khi dùng xăng có trị số octan thấp hơn so với yêu cầu của động cơ sẽ gây ra hiện tượng kích nỗ làm giảm công suất của động cơ, nóng máy, gây mài mòn chỉ tiết, tạo khói đen gây ô nhiễm môi trường Còn khi dùng xăng có trị số octan cao hơn sẽ gây lãng phí

Trị số octan của xăng phụ thuộc chủ yếu vào bản chất hoá học của chúng

Xăng chứa càng nhiều aromatic, các hydrocacbon mạch nhánh, các hidrocacbon không no sẽ có ON càng cao Trong số các họ hydrocacbon thì trị số octan tăng theo dãy sau:

Parain Naphten IsoParain Olefin IsoOleñn Aromatic

Trị số octan

1.1.2.2 Áp suất hơi bão hòa Reid (RVP)

Áp suất hơi bão hòa là một trong những tính chất để đo mức độ bay hơi của

xăng va được đo tại 100”F (37,8°C) Yêu cầu xăng phải có độ bay hơi thích hợp

Trong giai đoạn khởi động của động cơ, nếu xăng bay hơi quá lớn, sẽ bốc hơi ngay trên đường ống dẫn, gây hiện tượng nút hơi (nghẽn khí), làm cho xăng phun vào buông cháy lẫn bọt, không đảm bảo cung cấp đủ hơi xăng cho động cơ, do đó động

cơ hoạt động không ôn định, để chết máy Trong vận chuyên, bảo quản sé hao hut

nhiều do bốc hơi tự nhiên Xăng bốc hơi kém thì khó khởi động máy (nhất là khi trời lạnh), cũng như khó điều khiển máy, xăng cháy không hết, tạo muội, làm loãng

dầu nhớt, gây bào mòn máy Theo tiêu chuẩn chất lượng xăng không chì TCVN 6776:2005 thì áp suất hơi bão Reid của xăng nằm trong khoảng 43-75 kPa

1.1.2.3 Thành phần cất phân đoạn ASTM

Thành phần cất ở áp suất khí quyên được hiểu là nhiệt độ tại đó thu được x%

thể tích mẫu trong một thiết bị thử nghiệm tiêu chuẩn

Nhiệt độ sôi là một trong những phương pháp để đánh giá mức độ bay hơi của xăng Người ta chia ra các nhiệt độ sôi như sau: điểm sôi đầu (IBP), điểm sôi

5%V, 10%V (T5,T10), điểm sôi 50%V (T50), điểm sôi 90%V (T90) và điểm sôi

cuối (EBP) Ý nghĩa của các giá trị này như sau:

s* Điểm sôi đầu và 10%: Đặc trưng cho tính khởi động máy, khả năng gây nghẽn hơi và hao hụt tự nhiên Điểm sôi đầu càng thấp hơn quy định nhiều thì xăng càng dễ hao hụt và gây nghẽn khí Điểm sôi đầu và 10%V càng cao, càng khó khởi

động máy Thông thường điểm sôi đầu của xăng là 35-40°C, điểm sôi 10%V là 50- 60°C, quy định điểm sôi 10%V không quá 70C

s* Điểm sôi 50%V: Đặc trưng cho khả năng thay đổi vận tốc máy Điểm sôi 50%V của xăng càng thấp càng tốt, thông thường từ 115-120°C, quy định không

duoc qua 120°C

s* Điểm sôi 90%V và điểm sôi cuối: Đặc trưng cho khả năng bay hơi hoàn toàn của xăng Những điểm sôi này càng cao xăng càng khó bốc hơi, gây cháy không hết, tạo muội, làm loãng dầu nhờn của máy, tăng sự mài mòn Theo quy định độ sôi

90%V không được quá 190C và độ sôi cuối không quá 215”C Thực tế độ cất cuối

thấp, xăng có chất lượng cao, nhưng không thể giảm được nhiệt độ sôi này xuống quá thấp, do nhà sản xuất nào cũng muốn tận fhu được lượng xăng nhiều hơn

Xu hướng chung là giảm dần đều điểm sôi T10, T50, T90 và EBP giúp cải thiện khả năng tăng tốc và đốt cháy nhiên liệu của động cơ Riêng điểm sôi đầu

không quy định vì đã khống chế qua chỉ tiêu áp suất hơi bão hòa

1.1.2.4 Hàm lượng chì

Chì là một thành phần làm tăng trị số octan cho xăng rất tốt nhưng khi phát thải ra ngoài trong quá trình sử đụng nhiên liệu lại rất độc hại với môi trường, con người và sinh vật nên lượng chì có trong xăng phải bị hạn chế Ngày nay nhiều quốc gia đã cắm không sử dụng phụ gia chì pha vào xăng

Theo tiêu chuẩn chất lượng xăng không chì TCVN 6776:2005, hàm lượng chì trong xăng cho phớp tối đa là 0,013g/1 xăng

1.1.2.5 Hàm lượng nhựa thực tế

Nhựa trong xăng thường có màu vàng sẵm, được sinh ra do su polime hoa cua cac olefin có trong xăng trong quá trình bảo quản Nhựa hòa tan hoàn toàn trong xăng, tuy nhiên khi tách ra khỏi xăng nó thường ở dạng bán lỏng hoặc rắn Nên khi

xăng bốc hơi nhựa sẽ đọng lại trên các thành ống hút, đây Tại đây nhiệt độ cao làm

nhựa khô cứng lại, giảm tiết điện của ống dẫn, làm xăng bốc hơi vào buồng đốt khó

khăn, công suất cực đại của động cơ giảm, hơi hỗn hợp phân phối trong các ống

không đều, mức tiêu thụ nhiên liệu tăng Hơn nữa nhựa sinh ra bám trên các van

hút, làm kênh van, áp suất buồng đốt không đảm bảo, máy vận hành không tốt,

thậm chí có khi không làm việc được

Nhưa còn làm giảm trị số octan của xăng Vì vậy hàm lượng nhựa trong xăng phải được khống chế Theo tiêu chuẩn chất lượng xăng không chì TCVN 6776:2005 thì hàm lượng nhựa cho phép tối đa là 5mg/100ml

1.1.2.6 Độ ôn định oxy hóa

Tính ôn định oxy hóa của xăng là một chỉ tiêu kĩ thuật quan trọng đặc trưng

cho khả năng chống lại sự biến đổi hóa học của xăng Xăng sản xuất ra bao giờ

cũng qua một thời kỳ vận chuyên, bảo quản với thời gian ngắn đài khác nhau Trong quá trình vận chuyên, bảo quản và sử đụng, xăng có tính ôn định oxy hóa càng cao thì khả năng biến chất càng khó nên các tính chất khác của xăng ít bị biến đổi Ngược lại tính ôn định oxy hóa của xăng thấp thì xăng sẽ để bị oxy hóa bởi oxy trong không khí và tạo thành các sản phẩm chứa oxy rất đa dạng, làm tính chất của xăng thay đôi nhanh chóng, ảnh hưởng xấu đến việc sử dụng Theo tiêu chuẩn chất

lượng xăng không chì TCVN 6776:2005 thì độ ổn định oxy hóa tối thiểu của xăng

1.1.2.7 Hàm lượng lưu huỳnh

Lưu huỳnh là một trong những thành phần quan trọng đáng lưu ý trong dầu

mỏ nói chung và trong xăng nói riêng Lưu huỳnh là tạp chất chủ yếu có trong dầu

thô Chúng tồn tại ở nhiều dạng: mecaptan, đisunfa, H;S, S

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

gây độc hại và ăn mòn đường ống, thiết bị Đặc biệt với sự có mặt của HS khi không cháy hết sẽ thải ra không khí gây ô nhiễm môi trường

Chỉ tiêu này cho phép theo đõi được hàm lượng lưu huỳnh của các sản phẩm

dầu mỏ khác nhau và các phụ gia có chứa lưu huỳnh, từ đó có thể dự đoán được các

tính chất sử dụng và bảo quản Trong một thời gian chỉ tiêu này được thống nhất trên toàn cầu với mức quy định nằm trong khoảng 0,05-1% khối lượng Theo tiêu

chuẩn chất lượng xăng không chì TCVN 6776:2005 thì hàm lượng lưu huỳnh tối đa

là 500 mg/kg

1.1.2.8 Ăn mòn tắm đồng

Độ ăn mòn tắm đồng thể hiện sự có mặt của lưu huỳnh hoạt động có trong

mẫu thử nghiệm Hàm lượng lưu huỳnh có trong sản phẩm dầu mỏ là không nhiều nhưng sự có mặt của nó cùng với sự tồn tại của các hợp chất hữu cơ chứa oxy cũng

có thể gây ra sự ăn mòn mạnh đối với các bộ phận của động cơ Vì vậy, hàm lượng

của các hợp chất lưu huỳnh này trong nhiên liệu cũng cần phải nằm trong một giới

hạn nhất định Giới hạn này được biểu dién qua phép thử tính chất ăn mon tam

đồng

Theo tiêu chuẩn chất lượng xăng không chì TCVN 6776:2005, độ ăn mòn

tắm đồng của xăng ở 50C trong 3 giờ cho phép tối đa là Loại 1

1.1.2.9 Hàm lượng benzen

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

có tính chất đặc biệt của liên kết C-H no, bền vững với các chất oxy hóa nên là một tác nhân tích cực kìm hãm quá trình cháy kích nỗ trong động cơ, tăng được ƠN cho

xăng Vì vậy, trong nhiên liệu xăng đặc biệt là xăng không chì, benzen được sử

dụng như là một thành phần chống kích nổ Tuy nhiên hàm lượng benzen trong xăng nếu cao quá sẽ có những tác động tiêu cực như dễ làm trương nở các zoăng phớt cao su, thậm chí khí thải của nó còn ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe con người Theo tiêu chuẩn chất lượng xăng không chì TCVN 6776:2005 thì hàm lượng benzen cho phép tối đa là 2,5% thể tích

1.1.2.10 Hàm lượng hydrocacbon thơm

Sự có mặt của các hydrocacbon thơm trong xăng như: benzene, toluen, etylbenzen, p/m-xylen, o-xylen lam tang tri s6 octan rất hiệu quả nhưng chúng khá độc Các hydrocacbon thơm cũng có ảnh hưởng đến xăng như benzen Do vậy, yêu cầu hàm lượng hydrocacbon thơm trong xăng càng ít càng tốt Theo tiêu chuẩn chất lượng xăng không chì TCVN 6776:2005, hàm lượng hidrocacbon thơm trong xăng cho phép tối đa là 40% thể tích

1.1.2.11 Ham luong olefin

Oleñn có mặt trong xăng chủ yếu do quá trình chế biến dầu mỏ tạo ra Các oleñn có khả năng chống kích nỗ nằm trung gian giữa n-parañn và iso-parafn Khi các olefñn có chiều dài mạch cacbon càng lớn thì khả năng chống kích nỗ càng giảm

Mặt khác, do trong phân tử có liên kết đôi nên các oleñn rất để bị oxy hoá,

do vậy khi có mặt trong xăng chúng là một yếu tố làm tăng sự oxy hoá cho xăng, tăng khả năng tạo nhựa, làm giảm chất lượng xăng Theo tiêu chuẩn chất lượng

xăng không chỉ TCVN 6776:2005, hàm lượng olefn trong xăng tối đa cho phép là

38% thể tích

1.1.2.12 Hàm lượng oxy

Oxy tén tại trong xăng dưới dạng nước, phụ gia (Etanol, Metanol, MTBE,

ETBE ) và các loại tạp chất khác Sự có mặt của oxy hay nói cách khác là sự có

mặt của các hợp chất có chứa oxy có thê gây ra nhiều tác hại Trong quá trình tiếp xúc với kim loại, nó là tác nhân gây oxy hoá kim loại, làm giảm độ ôn định oxy hoá

của xăng, làm ăn mòn thiết bị

Mặt khác trong quá trình cháy của nhiên liệu, hàm lượng của oxy có trong

xăng tăng sẽ làm tăng việc phát thải các chất độc hại như CO, NO, Theo tiêu

chuẩn chất lượng xăng không chì TCVN 6776:2005, hàm lượng oxy trong xăng tối

đa cho phép là 2,7% khối lượng

1.1.2.13 Khối lượng riêng ở 15°C

Khối lượng riêng của xăng là khối lượng của một đơn vị thể tích xăng ở điều

kiện tiêu chuẩn 15°C (60°F) và latm

Việc xác định khối lượng riêng rất cần thiết cho việc chuyển đổi thể tích

nhiên liệu đã đo ở nhiệt độ thực tế về thê tích hoặc khối lượng hoặc cả hai ở nhiệt

độ đối chứng tiêu chuẩn trong quá trình bảo quản, vận chuyên Khối lượng riêng là yếu tổ ảnh hưởng đến chất lượng của xăng và là yếu tố góp phần đánh giá thành phan xăng

1.1.2.14 Hàm lượng kim loai (Mn, Fe)

Đối với xăng hàm lượng kim loại đáng kể sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của xăng, chủ yếu được cố ý đưa vào đưới dang phụ gia tăng trị số octan như sắt,

mangan Khi hàm lượng kim loại quá lớn sẽ tạo các hạt mài mòn, các hạt gi, dễ

gây ăn mòn thiết bị, ảnh hưởng lên bộ chuyên đổi xúc tác Khi bị oxy hoá sẽ làm ảnh hưởng đến chất lượng của xăng Mặt khác khi cháy sẽ tạo cặn lắng xuống, bám vào buøi là nguyên nhân gây ra mất lửa và hoạt động kém của động cơ

Theo tiêu chuẩn chất lượng xăng không chì TCVN 6776:2005, hàm lượng kim loại (Fe, Mn) trong xăng tối đa cho phép là 5mg/I

1.1.2.15 Ngoại quan

Về ngoại quan nhiên liệu phải trong, không có tạp chất lơ lửng thì mới đạt

tiêu chuẩn Nếu xăng biến màu có thể do đã bị oxy hoá, hoặc do quá trình bảo quản,

chứa đựng không đúng yêu cầu, hoặc do xăng đã biến tính

1.2 Tổng quan về phụ gia pha xăng

Như đã trình bày ở trên thì hầu như các xăng thu được trong quá trình chế biến dầu 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 của chúng Bên cạnh đó để đáp ứng được các yêu cầu kĩ thuật của xăng thương phẩm thì một 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:

VY Phu gia tang tri s6 octan

v Phụ gia chống oxy hóa

Phụ gia chống tạo cặn trong buồng đốt

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

Phụ gia làm sạch bộ chế hòa khi

Phu gia chong 4n mon

Y Phu gia tao mau

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

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

- Phụ gia phải bố sung hoặc làm tăng cường các tính chất vốn có của xăng

và không được làm giảm hoặc thay đổi không đáng kẻ, có thể chấp nhận được các tính chất của xăng Ví dụ, khi pha phụ gia tăng trị số octan thì phải đảm bảo không

làm giảm 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 các chỉ tiết của động cơ

- Có thể đảm nhiệm nhiều chức năng cùng lúc hay đáp ứng nhiều mục đích

sử dụng khác nhau Ví dụ pha ctanol vào xăng vừa làm tăng trị số Octan vừa làm giảm một phần sự phụ thuộc quá lớn vào dầu mỏ hay làm cho quá trình cháy của nhiên liệu triệt để hơn

1.2.1 Phụ gia tăng trị số octan

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

*_ Các hợp chất chứa oxy (oxygenat)

Y Cac hop chat co kim: chi yéu là hợp chất chứa sắt (ferocene),

mangan

Y Cac hop chat amin thom

Giới hạn của các loại phụ gia và khả năng tăng trị số octan được trình bày ở

bảng 1.1

Bảng 1.1 Các họ phụ gia tăng tri s6 octan [3]

Giới han trong Khả năng tăng trị | Nguyên nhân của

Tạo phân lớp khi Hợp chất oxygenat <20% V 3-5 pha trộn, lam tang

và trong buồng đốt

chính

Các loại phụ gia tăng trị số octan khi pha chế vào xăng có một số hiệu ứng

tương hỗ khác nhau đối với các thành phần của xăng cũng như với các loại phụ gia khác Khả năng tương thích đó được trình bày trong bảng 1.2

Bảng 1.2 Khả năng tương thích của các hợp chất tăng trị số octan [3]

1.2.1.1 Phụ gia họ cơ kim

Một trong những phụ gia sử dụng nhiều và từ rất sớm được pha chế vào xăng

là các 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 cắm sử dụng ở hầu hết các nước trên thế giới do tính độc hại của chúng, nhưng ưu điểm của phụ gia chì là không thể phủ nhận Cac

nhà khoa học trên thế giới luôn mong tìm ra được một loại phụ gia có thể thay thế

tốt nhất cho phụ gia chỉ

s* Phụ øia chì

Phụ gia chì bao gồm các chất như tetrametyl chì (TML), tetraetyl chì (TEL)

Cơ chế hoạt động điển hình của phụ gia này là phá hủy các hợp chất trung gian hoạt động (peoxit, hydropeoxit, gốc tự do) do đó làm giảm khả năng bị cháy kích nỗ Kết quả là trị số octan của xăng tăng lên Cơ chế này có thể được mô tả như sau:

- Phân hủy TML trong động cơ:

Pb(CH;), > Pb + 4 (CH; )

Pb + O2 > PbO,

-Tao chat khong hoat dong:

R-CH; + O; > RCH;OOH (chất hoạt động)

R-CH,OOH + PbO, > RCHO + PbO + H,O + 1/20,

Phụ gia chì biến các peoxit hoạt động thành các andchit (RCHO) bền vững,

từ đó làm giảm khả năng cháy nỗ Nhưng bên cạnh đó cũng tạo ra PbO kết tủa sẽ bám lên thành xylanh, ống dẫn, làm tắc đường nhiên liệu và tăng sự mài mòn Do vậy người ta dùng các chất mang để đưa PbO ra ngoài Các chất mang hay dùng là

C;H;Br hoặc C,H;Cl, cơ chế tác dụng như sau:

C;H;Br > C,H, + HBr

2HBr + PbO > PbBr; + H;O

Hỗn hợp PbBr;, H;O là chất lỏng có nhiệt độ sôi thấp nên sẽ bốc hơi và được

khí thải đưa ra ngoài Hỗn hợp phụ gia chì và chất mang gọi là nước chì và rất độc hại đối với sức khỏe con người (gây ra các bệnh như ung thư, bệnh về hô hấp Khi dùng phụ gia chì sẽ không dùng được hộp xúc tác

Cho đến nay, chưa có phụ gia nào làm tăng mạnh trị số octan như phụ gia chì (với hàm lượng chì từ 0,1-0,15 gø/1 xăng có thể làm tăng từ 6-12 đơn vị octan) Tuy nhiên do tính độc hại của chì mà hầu hết các nước trên thế giới hiện nay không sử dụng phụ gia này làm tăng trị số octan cho xăng Tại Việt Nam ngày 23/11/2000, Thủ tướng chính phủ cũng đã có chỉ thị số 24/2000/CT-VG về việc loại bỏ xăng chỉ

và đã không dùng xăng chì bắt đầu từ ngày 01/07/2001 Tuy nhiên để xăng không

có chì mà vẫn đảm bảo trị số octan cao, đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật cho xăng khi

làm việc người ta sử dụng các loại phụ gia khác [3 |[4][10]

** Phụ gia cơ kim chứa mangan

Phụ gia cơ kim có chứa mangan được sử dụng phô biến rộng rãi là hợp chất Methylcyclopentadienyl manganese tricarbonyl (MMT) có công thức phân tử C¿H;Mn(CO); do công ty Afton Chemical độc quyền sản xuất Đây có thể coi là phụ gia cơ kim thay thế thành công nhất phụ gia chì Các nhà khoa học trên thế giới cho biết phụ gia này không có dấu hiệu ảnh hưởng đến môi trường cũng như sức

khỏe con người Trong khí thái của động cơ, Mn tổn tại chủ yếu đưới dang Mn¿O¿ it

độc hại MMT là chất lỏng có màu vàng nhạt, không tan trong nước và ôn định tại

nhiệt độ cao có công thức cấu tạo như hình 1.1 Thành phần và tính chất của MMT

Cơ chế hoạt động làm tăng trị số octan của MMT hoàn toàn tương tự cơ chế

hoạt động của phụ gia chì Điều đó có nghĩa, chúng cũng có nhiệm vụ phá hủy, ngăn chặn các tác nhân peoxit gây ra sự cháy kích nổ Khả năng tăng RON của MMIT được chỉ ra ở bảng l4

Bang 1.4 Kha nang tang RON cua MMT khi pha vao xang [13]

Trong thực tế để tăng hiệu quả của phụ gia MMT người ta không pha một

mình nó vào xăng mà có sự phối trộn nó với các loại phụ gia khác nhằm mục đích

tăng RON cao nhất

các hợp chất oxygenat khi pha vào xăng [3]

Bảng 1.5 Khả năng tăng RON của hôn hơp MMT và

Tiêu chuân Phương pháp thử Ảnh hưởng của MMT

Hàm lượng lưu huỳnh ASTM D-2622 Không

Ham luong oxygenate ASTM D-4815 Khong

Ham lugng hydrocarbon | ASTM D-1319 Khong

Bang 1.7 Khả năng tăng trị số octan của phụ gia MMT đối với xăng gốc

Như vậy, kết quả so sánh giữa hai nguồn xăng gốc có trị số octan khác nhau,

dễ thấy loại xăng gốc có trị số octan thấp thì khả năng tăng RON cao hơn so với xăng gôc có trỊ sô octan cao

- Ngăn chặn được sự mất mát nhiên liệu do sự cháy sớm

- Phân tán tốt trong các loại xăng và không tăng độc tính của xăng

- Thích hợp cho động cơ đời cũ và đời mới

- Giảm việc thải ra các chất độc hại như CO, NOx, HC

- Không ảnh hưởng lên bộ chuyền đổi xúc tác, không ăn mòn thiết bị

Tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của MMT là rất nhạy với ánh sáng Khi có mặt của ánh sáng MMT phân hủy và tạo thành cặn lắng xuống Bên cạnh đó trong quá trình làm việc một phần phụ gia đọng lại trong các bộ phận của động cơ và

trong bộ xúc tác, chúng bịt kín bề mặt của xúc tác làm giảm hiệu quả của bộ lọc xúc

tác Khi cháy một lượng sản phẩm cháy MMT phủ lên bugi là nguyên nhân gây ra

mất lửa và hoạt động kém của động cơ

trình bảo quản và tồn chứa Nhưng ở nồng độ cao có thể tạo oxit với bộ phận đánh lửa gây ăn mòn động cơ Do đó, nồng độ phụ gia trong xăng bị giới hạn ở mức 30mg ferrocene/ I lít xăng (khoảng 9 mg Fe/1 xăng) ở Canada và các nước Châu Âu

và 37 mg Fe/l xăng ở Nga Hiện tại chưa có giới hạn nồng độ sắt trong xăng ở Việt

Nam mà chỉ có giới hạn nồng độ chung của các kim loại có trong phụ gia Các đặc tính kỹ thuật của phụ gia cơ kim chứa sắt thương mại Sunazocene được trình bày ở bang 1.9

Bang 1.9 Dac tinh ki thuadt cua phu gia thuong mai Sunazocene [3]

Điểm chớp cháy ( C) Chất răn để cháy 62

Nhiệt độ tự động bốc cháy >149 Không cung cấp

Cơ chế hoạt động của phụ gia này tương tự như phụ gia chì, chúng gián tiếp

làm tăng trị số octan của xăng do kìm hãm sự tạo thành các chất hoạt động mạnh

như peoxit trong buồng đốt của động cơ nên hạn chế được sự cháy kích nỗ Mặt khác, một lớp mỏng oxit sắt được tạo ra trên đầu piftong và trong buồng đốt của

động cơ như nhân xúc tác, đốt cháy hết các cặn, cũng giúp loại bỏ được một trong

các nguyên nhân cháy kích nỗ Khi pha phụ gia Plutocen với hàm lượng thấp hơn

30 ppm thì trị số octan của xăng có thể tăng lên 3 đơn vị Khả năng tăng RON khi

pha phụ gia plutocen vào các loại xăng khác nhau được trình bày ở bảng 1.10

Bang 1.10 Kết quả pha chế phụ gia phuftocen vào các loại xăng khác nhau [3]

Trị số octan sau khi pha với các loại xăng khác

RON 80 RON 85 RON 90 RON 95

- Xúc tác tăng khả năng cháy, cải thiện hệ số cháy của nhiên liệu

- Giảm trên 40% lượng khí thải ô nhiễm (khói, CO, NO,, HC)

- Không ảnh hưởng lên bộ chuyền đôi xúc tác

1.2.1.2 Phụ gia oxygenat

Các phụ gia chứa oxy thường được sử dụng gồm: etanol, metanol, butanol, MTBE, ETBE các phụ gia này có trị số octan rất cao, áp suất hơi bão hòa lớn, nguồn nguyên liệu phong phú, có thể không hoặc ít phụ thuộc vào dầu mỏ, chúng đảm nhiệm được một lúc nhiều chức năng và mục đích sử dụng Thành phần khí thải ít độc hại với môi trường và con người

s* Etanol

Etanol tinh khiết là chất lỏng không màu Nó có thể hòa tan được với bất kỳ

tỉ lệ nào của nước, axeton và một số dung môi hữu cơ khác Etanol khan có thê hút

âm mạnh và lượng nước (âm) có thê đạt tới 0,3-0,4% Một vài tính chất hóa lý của

Etanol khan được thể hiện ở bảng 1.12

Bảng 1.12 Tính chất hóa lÿ của Etanol

Bảng 1.13 Khả năng tăng RON của xăng với thể tích côn 95° khác nhau[3]

có ưu điểm là giảm hàm lượng khí phát thải, ít độc hại với môi trường và con người Nhược điểm lớn nhất của etanol là khả năng hút âm và tan vô hạn trong nước nên nếu tồn tại nước trong xăng, nó sẽ hòa tan một lượng đáng kế etanol pha trộn, kết quả là làm giảm tỉ lệ etanol, nghĩa là làm giảm trị số octan của xăng đồng thời thời

có khả năng gây phân tách pha làm giảm chất lượng xăng pha chế, gây khó khăn

trong tồn trữ và vận chuyển Như vậy phải có những giải pháp kỹ thuật khác để ngăn không cho etanol hút âm Đây chính là trở ngại lớn nhất trong việc triển khai

phân phối và sử dụng rộng rãi xăng pha etanol Vì lý đo nêu trên, etanol ít được pha

vào vào xăng trong phạm vi nhà máy lọc dầu, mà được pha vào tại các trung tâm

phân phối, hoặc trực tiếp tại các cây xăng [18][19]

** Butanol

Trong thời gian gần đây các nhà sản xuất quan tâm đến hai dạng đồng phân chính của butanol là n-butanol và tert-butyl ancol (TBA) Tính chất vật lý của

butanol được thể hiện qua bảng 1.14

Bảng 1.14 Tính chất hóa lý của butanol

Butanol có trị số octan cao hơn xăng thương phẩm và nhỏ hơn ctanol Vì vậy

có thể sử dụng butanol như một phụ gia pha xăng tượng tự đối với ctanol Đồng phân được quan tâm nhiều nhất là TBA Trong công nghiệp TBA thường không

được sử dụng một mình mà thường được phối trộn với các hợp phần khác là butan

va metanol

Hỗn hợp của TBA voi butan được biết đến đưới tên thương mại là Arconol Arconol là hỗn hợp của 91-94% TBA và các butan Khi pha trộn với tỷ lệ 5% thì

RON của xăng pha trộn tăng khoảng 6-9 đơn vị Xăng gốc có RƠN càng cao thì

hiệu quả tăng RON càng giảm

Oxinol là hỗn hợp của metanol và TBA dùng làm chất cải thiện trị số octan cho xăng với tỷ lệ 1:1 Hỗn hợp theo tỷ lệ này sẽ làm giảm khả năng tách lớp giữa

hai pha metanol và xăng, tạo điều kiện cho sự hình thành hỗn hợp đồng nhất

Tương tự như etanol thì khi pha vào xăng, butanol cũng làm giảm phát thải

CO và HC Ngoài ra so với etanol, butanol có một số ưu điểm sau:

- Nhiệt cháy của butanol cao hơn so với etanol

- Ít gây ăn mòn và bay hơi thấp hơn ctanol

- Ít tách lớp nước hơn so với etanol nên dễ dàng trong phân phối

-Nhiệt hóa hơi của butanol thấp hơn một nửa so với ctanol nên động cơ sử dụng nhiên liệu pha butanol đễ khởi động hơn so với pha etanol

Tuy nhiên butanol có độ nhớt động học ở 20°C cao nên nếu pha với tỷ lệ lớn

thì xăng pha trộn sẽ gây ra một số trục trặc trong quá trình hoạt động của động cơ Đặc biệt là trong hệ thống bơm vận chuyền nhiên liệu trong quá trình khởi động s* Metanol

Ngoài ctanol và butanol, metanol cũng có thể được sử đụng để pha xăng do chúng có trị số octan cao, tuy nhiên giá của metanol rất cao và độc hại Nhược điểm

của metanol so với etanol hay butanol là có nhiệt trị rất thấp, áp suất hơi bão hòa

thấp do vậy nếu pha trộn với hàm lượng lớn sẽ làm giảm công suất của động cơ và

áp suất hơi của xăng Tương tự như etanol, mefanol cũng có khả năng tan vô hạn trong nước nên cũng có khả năng hấp thụ nước lớn, dẫn đến xăng pha trộn metanol rất để bị phân tách lớp, tạo nhũ, gây ăn mòn trong quá trình bảo quản, sử dụng Dưới đây là một nghiên cứu về khả năng tăng RON của xăng khi pha các thể tích metanol khác nhau

Bảng 1.15 Khả năng tăng RON của xăng với các thể tích metanol khác nhau [3]

“+ Metyl-tert-butyl ete (MTBE)

MTBE 1a chat long không màu, linh động, độ nhớt thấp, dé cháy, tan vô hạn

trong các dung môi hữu cơ và hydrocacbon Một vài tính chất hóa lý của MTBE

MTBE có tính chất tương tự xăng, đặc biệt trị số octan cao nên có khả năng

làm phụ gia tăng trị số octan cho xăng rất tốt Thông thường MTBE được pha vào

xăng với tỷ lệ 5-15%V Với tỉ lệ này trị số octan của xăng tăng được từ 2-5 đơn vị

sau khi pha trộn, tương đương với hàm lượng chì từ 0,1-0,15 g/I Theo TCVN

6776:2005, giới hạn hàm lượng oxi là 2,7% nên MTBE có thể pha vào xăng đến

14,87%V Vì vậy, hàm lượng MTBE pha trộn vào xăng thường không quá 15%

Khả năng tăng RON của MTBE khi pha vào xăng với các tỉ lệ khác nhau được trình bày ở bảng 1.17

Bảng 1.17 Khả năng tăng RON của xăng với các thể tích MTBE khác nhau [3]

Ngoài khả năng tăng trị số octan, MTBE còn có ưu điểm là độ bay hơi thấp,

có khả năng pha trộn với xăng tốt, giảm hàm lượng khí thải và cháy hết hidrocacbon Tuy do khả năng hòa tan của MTBE vào nước và ngược lại là lớn hơn

so với xăng thông thường nên khi bị rò rỉ trong quá trình sử dụng và tồn chứa sẽ gây

ô nhiễm môi trường nước, đây là nhược điểm lớn nhất của phụ gia MTBE

s* Các loại phụ gia oxygenat khác

e Etyl tert-butyl ete (ETBE)

ETBE co tinh chat trong tr MTBE, tuy nhién kha năng hoà tan vào nước và

áp suất hơi bão hòa của ETBE thấp hơn Trị số octan của ETBE tương đương với

MTBE, RON nằm trong khoảng 110-119 nên ETBE cũng được sử dụng như một phu gia tang RON cho xăng Thông thường ETBE được pha vào xăng với ty lệ §- 17%V Với tỷ lệ này sẽ tăng được 2-5 đơn vị octan sau khi pha trộn tùy thuộc vào ROƠN của xăng gốc được pha Theo TCVN 6776:2005, giới hạn hàm lượng oxy là 2,7% kl nên ETBE có thể được pha vào xăng lên đến 17,4%V Hiện nay do giá thành sản xuất ETBE đắt hơn so với MTBE và ctanol nên nếu sử dụng nó để phối trộn vào xăng sẽ kéo theo giá thành sản phẩm Vì vậy để hạn chế nhược điểm này cũng như các nhược điểm của ctanol và MTBE người ta tiễn hành trộn ETBE với

MTBE hoặc ectanol với tỷ lệ nhất định ETBE ít tan trong nước và khó giải hấp từ

đất, nên ít gây ô nhiễm hơn MTBE, So với etanol thì ngoài việc giảm RVP pha trộn

của xăng thành phẩm và có nhiệt cháy cao hơn, ETBE còn có ưu điểm hiệu quả sử dụng năng lượng và giảm phát thải CO¿ Tuy it tan trong nước, ETBE cũng gây ô nhiễm và có mùi rất khó chịu khi lẫn vào nước, nó còn rất đễ cháy và gây dị ứng da

ocfan từ 2-3 đơn vị Nhìn chung cả 3 loại này đều có trị số octan thấp hơn các hợp chất chứa oxy khác, do vậy chúng cũng chưa được sử đụng phổ biến

1.2.1.3 Phụ gia amin thơm

Các hợp chất amin thơm đã được nghiên cứu làm phụ gia tăng RON cho nhiên liệu xăng từ năm 1950 Các hợp chất amin thơm tiêu biểu có thể kế đến như N-methylaniline (NMA); N,N-đimethylaniline (NNDMA); aniline Các tính chất

vật lý và trị số octan của các phụ gia amin thơm được trình bày ở bảng 1.18

Bảng 1.18 Tinh chat vat lý và trị số octan của một số phụ gia amin thom[13][14]

có tớ | lượng | độ | niet &6

Hgp chat amin thom đipu | riêng ở | nóng x20 RON | MON

kiện | 20C | chay | SOO

Cac hop chat amin thom co chtra nguyén t6 N con du cap điện tử tự do nên

có khả năng ức chế sự sự hình thành gốc tự do trong quá trình cháy của nhiên liệu làm giảm hiện tượng kích nỗ trong động cơ Nhược điểm lớn nhất của các phụ gia amin thơm là nitrogen có thể bị oxy hóa một phần trong quá trình cháy của nhiên

liệu, sẽ làm tăng lượng NO, trong khí thải Ngoài ra một số amin thơm còn có khả

năng tạo nhựa trong buồng đốt tại hàm lượng sử dụng yêu cầu

Trong các hợp chất amin thơm thì N-methylaniline được sử đụng nhiều vì

hợp chất này có thể tăng trị số octan nhiều nhất với hiệu ứng tạo nhựa thấp nhất Một vài hợp chất có hiệu quả hơn N-methylaniline nhưng lại có nhược điểm là làm tăng việc tạo nhựa trong buồng đốt và các hệ thống dẫn nhiên liệu Bản thân

N-methylaniline nguyên chất là chất độc nhưng khi pha trộn vào xăng sẽ không có tác hại đến môt trường 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

- Hop chat amin thom N-methyl aniline (CsHs-NH-CHs)

- Xúc tác độc quyền giúp đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu

- Tăng trị số octan của tất cả các loại xăng

- Tạo độ ồn định cho xăng

- Làm giảm bớt hoặc loại trừ các tạp chất trong xăng

- Có thể sử dung thay thé chi

- Cải thiện độ cháy

- Loại trừ và ngăn chặn các loại cặn carbon

- Giảm hoặc hạn chế lượng hidrocacbon thải ra

Một số kết quả thực nghiệm khả năng tăng trị số octan của xăng với phụ gia PT-10515G được trình bày ở bảng 1.20

Bảng 1.20 Một số thử nghiệm với phụ gia PT-10515G [22]

Với xăng gốc có RON=93,2, khi pha thêm 10 m1/1 phu gia PT-10515G thi tri

số octan của xăng tăng lên 3,8 Khi pha lên 40 m1/1 thì chỉ số octan của xăng lên

104,1, độ tăng là 10,9 Trị số RON và MON tăng đều Từ đó có thể kết luận rằng

với những xăng gốc có trị số octan càng thấp thì khả năng tăng trị số octan càng cao

Bảng 1.21 Thử nghiệm khả năng tăng chỉ số octan của phụ gia

PT-10515G đối với xăng từ dầu mỏ Bạch Ho [3]

số kết quả thực nghiệm về khả năng tăng RON của xăng với phụ gia A-819 được trình bày ở bảng1.22

Bảng 1.22 Khả năng tăng trị số octan của phụ gia A-819 [3]

RON xăng gôc %V xang goc % V A-819

Các hợp chất amin thơm được sử dụng để sản xuất loại phụ gia này đều xếp

vào loại độc hại, ngoài ra thông tin về loại phụ gia này rất ít và đã cũ Vì vậy phải hết sức thận trọng trong việc sử dụng phụ gia này để pha vào xăng

s* Phụ gia ADA-KRATA |3]

ADA-KRATA cũng như PT-10515G, A-819 là một loại phụ gia tăng trị số

octan có thành phần chủ yếu là N-methylaniline hoặc Mono aniline Phụ gia này đo KRATA group, Nga sản xuất với rất nhiều sản phẩm thương mại khác nhau Khả năng tăng RƠON của phụ gia ADA-KRATA khác nhau tùy theo loại phụ gia sử

dụng Khả năng tăng RON của các loại phụ gia khác nhau của KRATA được trình

bày ở bảng 1.23

Bang 1.23 Kha nang tang RON của các loại phụ gia khác nhau của KRATA [3]

Hàm lượng phụ | Khả năng tăng

Phụ gia gia (% khối RONtốiđaở | LƯợng sử dụng k tôi đa , max

lượng) hàm lượng tôi ưu

Khả năng tăng trị số octan của phụ gia ADA-KRATA so với MTBE được

chỉ ra ở bảng 1.24 Qua đây có thế nhận thấy với hàm lượng nhỏ hơn nhưng kha năng tăng RON của ADA-KRATA lớn hơn so với phụ gia MTBE nên giá thành của xăng pha trộn ADA-KRATA thấp hơn so với xăng pha trộn MTBE

Bảng 1.24 Khả năng tăng trị số octan của phụ gia ADA-KRATA so với MTBE [3]

Le RON | Phy gia MTBE, % khoi luong | RON

1.2.2.1 Phụ gia chống oxy hóa

Phụ gia chống oxy hóa phụ thuộc vào từng hệ thống công nghệ của các cơ sở lọc hóa dầu Trong thành phần của các nhiên liệu cần pha chế có thể chứa oleñn, những oleñn có xu hướng bị oxy hóa trong khi tồn chứa và tạo nhựa Các hợp chất này theo thời gian sẽ lắng xuống gây ảnh hưởng đến động cơ như tắc nghẽn các đường ống Bên cạnh đó sự oxy hóa xăng còn tạo ra các hợp chất như peoxit, hidropeoxit các hợp chất này là nguyên nhân làm giảm chất lượng xăng, gây ra hiện tượng cháy kích nỗ, cháy sớm, cháy không hết

Các phụ gia được sử đụng nhằm chống oxy hóa xăng với hàm lượng rất nhỏ

từ 10-20 ppm như: 2,6-Ditertbutyl p-cresol; salyxylal-0-aminophenol; disalyxylal

etylen diamin, N-butyl-p-aminophenol [4]

1.2.2.2 Phụ gia chồng tạo căn trong buông đốt

Khi nhiên liệu cháy, trong buồng đốt sẽ hình thành một lớp cặn dày gọi là cặn buông đốt Lớp cặn này ngày càng đày thêm làm giảm dung tích của buồng đốt, làm giảm khả năng cháy của nhiên liệu và tạo ra những khe nứt nhỏ dẫn đến tăng

thêm điện tích bề mặt của buồng đốt Hiện tượng này dẫn đến các tác hại:

- Tỷ số nén của động cơ cao hơn một cách không mong muốn và làm tăng các yêu cầu về trị số octan so với thiết kế ban đầu

- Tăng lượng khí thảI

- Tăng sự va chạm cơ học giữa đầu đỉnh của pittong va đầu của xilanh, được

gọi là tiếng gõ cacbon

Các phụ gia chống tạo cặn buồng đốt có tác dụng tây sạch cac can ban, cặn

do quá trình cháy không hết của nhiên liệu, cặn cacbon đồng thời ngăn cản sự hình thành cặn buồng đốt Cơ chế hoạt động của phụ gia này là bám dính lên bề mặt chi tiết ngăn cản sự bám dính của các cặn bân Các phụ gia thường được sử đụng là các amin, dẫn xuất của anhydrit polyisobutensuccinic, polypropyl-phenol (hình

2.2) với hàm lượng khoảng 50-125 ppm [3][4]

Hình 1.2 Công thức cấu tạo của anhydrit polyisobutensuccinic,

polypropyl-phenol 1.2.2.3 Phụ gia tây rửa, phân tán và chong gi

Trong động cơ và các hệ thống bơm nhiên liệu sau một thời gian sử dụng

thường có một lượng nhựa, các loại cặn, muội bám vào Các loại cặn đó thường tập

trung ở mặt van tiết lưu của động cơ gây tắc nghẽn Đề loại bỏ những loại cặn bân này người ta thường thêm vào trong xăng thương phẩm một lượng nhỏ các chất tây rửa Đi kèm theo phụ gia tây rửa là phụ gia phân tán có chức năng biến đôi hóa học

các loại cặn muội thành các đang muội khác xốp hơn, dễ vỡ thành các hạt nhỏ có

khả năng phân tán trong nhiên liệu

Bên cạnh đó một lượng nước tuy nhỏ có trong xăng theo thời gian cũng có tác dụng gây gỉ các bể chứa và các hệ thống trong động cơ Do vậy các nhà sản xuất

cho thêm vào xăng các loại phụ gia như muối ammon hoặc amine của axit

phosphoric, sulphonic, cacbocilic để chống lại hiện tượng gỉ [4]

1.2.2.4 Phụ gia làm sạch bộ chế hòa khí

Phụ gia này có tác dụng ngăn cản sự đóng băng của nước băng 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 Các

phụ gia thường là các hợp chất amin với hàm lượng khoảng 50 ppm, một SỐ TƯỢU,