Trên cơ sở việc lựa chọn các loại phụ gia để pha chế vào trong xăng có chỉ tiêu trị số octane thấp khi nhập khẩu, hoặc xăng bán thành phẩm thành xăng có trị số octane cao nhưng các thông
Trang 1ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
,
PHAN HUỲNH NAM
NGHIÊN CỨU NÂNG CAO TRỊ SỐ OCTANE
CỦA XĂNG BẰNG PHỤ GIA HỮU CƠ, CƠ KIM
VÀ ETHANOL ĐÁP ỨNG TIÊU CHUẨN VIỆT
NAM CỦA XĂNG KHÔNG CHÌ TCVN 6776:2013
Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học
Mã số: 8520301
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Đà Nẵng - Năm 2020
Trang 2Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN ĐÌNH THỐNG
Phản biện 1: TS LÊ THỊ NHƯ Ý
Phản biện 2: PGS.TS LÊ MINH ĐỨC
Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ chuyên ngành kỹ thuật hóa học tại Trường Đại học Bách khoa
Đà Nẵng vào ngày 30 tháng 06 năm 2020
* Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Học liệu và Truyền thông, Trường Đại học Bách khoa,
Đại học Đà Nẵng
- Thư viện Khoa Hóa Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng
Trang 3Việc hội nhập vào Tổ chức Thương mại Thế giới (WTO) của Việt Nam ngày càng đòi hỏi dùng xăng dầu chất lượng cao, giảm thiểu khí thải gây ô nhiễm môi trường do nhiên liệu có chất lượng kém thải ra Để theo kịp các nước trong khu vực và trên toàn thế giới về chất lượng nhiên liệu và khí thải Việt Nam đã áp dụng tiêu chuẩn mới cho xăng không chì theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6776:2013 [4], tiêu chuẩn này phù hợp với tiêu chuẩn Euro II, Euro III và Euro IV về khí thải nhiên liệu
Trên cơ sở việc lựa chọn các loại phụ gia để pha chế vào trong xăng có chỉ tiêu trị số octane thấp khi nhập khẩu, hoặc xăng bán thành phẩm thành xăng có trị số octane cao nhưng các thông số kỹ thuật vẫn đảm bảo đạt tiêu chuẩn kỹ thuật của xăng không chì, phù hợp với tiêu chuẩn Việt Nam, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và giá thành chi phí thấp đem lại lợi nhuận cho các nhà máy lọc dầu, các doanh nghiệp kinh doanh xăng dầu đủ điều kiện pha chế Trên đây là những lý do mà đề tài tập trung nghiên cứu
2 Mục đích nghiên cứu
Trang 4Nghiên cứu phối trộn các phụ gia Antiknock 819, Chimec FA
162, Antiknock 818 và ethanol với xăng nhằm nâng cao chỉ tiêu trị số octane của xăng, đảm bảo các nâng cao chất lượng xăng, giảm thiểu ô nhiễm môi trườngđem lại lợi nhuận cao hơn so với xăng đã chế biến thành phẩm cho các nhà máy lọc dầu, các đơn vị kinh doanh xăng dầu đủ điều kiện pha chế theo quy định của Chính phủ [11]
3.Nội dung và phạm vi nghiên cứu
- Nội dung nghiên cứu: phối trộn xăng trị số octane thấp với các phụ gia làm tăng trị số octane theo các tỷ lệ khác nhau, tiến hành phân tích mẫu Xác định được tỷ lệ mẫu xăng pha phụ gia với kết quả tối ưu và đánh giá chất lượng thực tế khí thải ra môi trường
- Phạm vi nghiên cứu:
+ Nghiên cứu pha các loại phụ gia hữu cơ, kim loại và ethanol với xăng
+ Nghiên cứu tỷ lệ pha chế tối ưu
4 Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu các phương pháp phân tích định lượng, phân tích các chỉ tiêu lý hoá của xăng theo tiêu chuẩn Việt Nam, phân tích thành phần các loại phụ gia bằng GC-MS, đo khí thải của xăng pha các loại phụ gia
5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
5.1.Ý nghĩa khoa học:
- Đưa ra cách pha chế ethanol, Antiknock 818, Antiknock 819, Chimec FA 162 vào xăng, xác định tỷ lệ pha chế các loại phụ gia vào xăng
- Nâng cao chất lượng xăng, giảm thiểu khí thải, giảm ô nhiễm môi trường
5.2.Ý nghĩa thực tiễn:
Trang 56 Cấu trúc của luận văn
Luận văn gồm 77 trang, trong đó có 25 bảng và 49 hình Phần mở đầu 5 trang, kết luận và kiến nghị 2 trang, tài liệu tham khảo 4 trang Nội
dung chính của luận văn chia làm 3 chương
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1.Dầu mỏ và quá trình chế biến dầu mỏ [11]
1.1.1 Định nghĩa:
1.1.2 Nguồn gốc
1.1.3 Thành phần
1.1.4 Sơ lược về quá trình chế biến dầu
1.1.5 Tầm quan trọng của các sản phẩm dầu mỏ
1.2 Nhiên liệu xăng
1.2.1.Giới thiệu chung
1.2.2.Chu trình đốt trong của động cơ
1.2.3.Yêu cầu về chất lượng xăng
1.2.3.1.Yêu cầu chung
1.2.3.2.Các chỉ tiêu lý hoá quan trọng
Trang 6l/Hàm lượng hydrocacbon thơm
m/Hàm lượng kim loại
n/Tỷ trọng ở 15o
C
o/Cảm quan và màu sắc
1.3 Ethanol và khả năng sử dụng ethanol trong lĩnh vực nhiên liệu trên thế giới và tình hình nghiên cứu ở Việt Nam
1.4.1 Phụ gia cơ kim antiknock 818
1.4.2 Phụ gia hữu cơ antiknock 819
1.4.3 Phụ gia Chimec Fa 162
1.5 Tác hại của các chất ô nhiễm trong khí thải của động cơ
1.5.1 Tác hại đối với sức khỏe của con người
1.5.2 Tác hại đối với môi trường
CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Quá trình tiến hành thực nghiệm
Quá trình thực nghiệm gồm các bước sau:
+ Chuẩn bị mẫu;
+ Chuẩn bị chất phụ gia Antiknock 819, Chimec FA 162, Antiknock 818, ethanol;
+ Pha chế;
Trang 7+ Tiến hành phân tích các chỉ tiêu chất lượng của xăng theo TCVN 6776:2013
2.2 Chuẩn bị mẫu xăng
2.2.1 Đặc điểm kỹ thuật các mẫu xăng
Những chỉ tiêu cơ bản của các loại xăng được trình bày ở bảng 2.1
Bảng 2.1 Những chỉ tiêu cơ bản của các mẫu xăng
Hàm lượng kim loại (mg/l)
Áp suất hơi bão hòa (kPa)
2.2.2 Nguồn gốc các mẫu xăng:
Xăng RON 90 do Kho xăng dầu ngoại quan Vân phong thuộc Tập đoàn xăng dầu Việt Nam cung cấp
2.3 Chất phụ gia
- Ethanol 99,5% của Công ty Tùng Lâm tại tỉnh Bình Dương
- Chất phụ gia A818 hàm lượng Fe là 30,1% khối lượng của Công ty TNHH Minh Kha cung cấp
- Chất phụ gia Antiknock 819 của Công ty TDS Chemical Corp., Limited và Công ty TNHH Minh Kha cung cấp
- Chất phụ gia Chimec FA 162: do công ty CHIMEC ASIA PACIFIC PTE LTD cung cấp
Trang 8- Phân tích mẫu xăng sau pha chế với phụ gia A818 với những tỷ lệ pha như trên được tiến hành phân tích trên máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS để xác định hàm lượng Fe, Mn có trong mẫu xăng sau pha
- Xác định tỷ lệ pha chất phụ gia A818 để tìm tỷ lệ ứng với hàm lượng
2.5 Tiến hành phân tích các chỉ tiêu chất lượng của xăng
- Phân tích các mẫu xăng pha chế trên máy sắc ký khí theo phương pháp ASTM D-4815 để xác định hàm lượng oxy
- Phân tích các mẫu xăng pha chế để xác định trị số octane trên máy xác định trị số octane
- Phân tích mẫu xăng trên máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS để xác định hàm lượng Fe
- Phân tích các chỉ tiêu còn lại của xăng theo TCVN 6776:2013
2.6 Thiết bị
2.6.1 Máy octane: Xác định trị số octane
2.6.2 Máy sắc ký khí: Dùng phân tích hàm lượng oxy và benzen
2.6.3 Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử: phân tích hàm lượng Fe, 2.6.4 Thiết bị xác định thành phần chưng cất xăng dầu
Trang 92.6.5 Một số thiết bị phân tích các chỉ tiêu chất lượng của xăng
- Thiết bị xác định hàm lượng lưu huỳnh, hàm lượng chì
- Thiết bị xác định áp suất hơi bão hoà
- Thiết bị xác định hàm lượng nhựa
-
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 Lựa chọn các mẫu xăng
Chọn các mẫu xăng để tiến hành thí nghiệm quá trình pha chế, phối trộn để đánh giá các chỉ tiêu chất lượng xăng sau pha chế, các mẫu xăng có các chỉ tiêu khác nhau như trị số octane, hàm lượng oxy, hàm lượng kim loại, áp suất hơi bão hòa, các chỉ tiêu này được trình bày ở bảng 2.1
3.2 Đánh giá chất lượng các loại phụ gia Ethanol, A818, A819, Chimec Fa 162
3.2.1 Ethanol
Chúng tôi đã phân tích mẫu ethanol để xác định độ tinh khiết của ethanol bằng GC-MS Phổ GC thu được tại hình 3.1 cho thấy xuất hiện peak chính với cường độ cao nhất tại thời gian lưu 1,826 phút Tra cứu trong ngân hàng phổ chúng tôi nhận thấy rằng phổ thu được ở peak này tương ứng với hợp chất ethanol, với hàm lượng bằng 99,883 phần trăm tổng thể tích Điều này khẳng định rằng ethanol có độ tinh khiết là 99,88
Hình 3.1 Sắc ký đồ của ethanol 3.2.2 Antiknock 818
Trang 10Trên phổ 1H NMR, 5 nguyên tử H tương đương của xiclopentađienyl C5H5
- cộng hưởng ở cùng một tần số và có độ chuyển dịch hóa học dịch chuyển rất nhiều về vùng trường mạnh (δ = 4,1 ppm)
so với tín hiệu cộng hưởng thông thường của Csp2 vòng benzene (khoảng trên 7 ppm) và anken (khoảng trên 6 ppm) Các dữ kiện phổ thu được chứng minh sự có mặt cyclopentadienyl sắt Chúng tôi đã phân tích mẫu A818 để xác định phần trăm của Fe có trong A818 và kết quả thu được là 29,8% khối lượng Fe trong phụ gia A818
Trang 11Hình 3.4 Sắc ký đồ của phụ gia Antiknock 819
Peak 1: thời gian lưu 4,11 phút
Hình 3.5 Phổ MS của Aniline từ ngân hàng phổ
Peak 2: thời gian lưu 5,28 phút
3.2.4 Chimec Fa 162
Để xác định thành phần chính của phụ gia Chimec Fa 162 chúng tôi đã phân tích mẫu phụ gia Chimec Fa 162 tại Trung tâm Kỹ thuật – Tiêu chuẩn – Đô lường – Chất lượng 2 (Quastest 2) theo phương pháp
GC – MS, kết quả theo hình 3.7 và 3.8 cho biết thành phần chính của phụ gia Chimec Fa 162 là: N – Methylanilin chiếm 95.04%, ngoài ra còn
có các thành phần khác như:N,N – Dimethylanilin; Iso-octane; Aniline; Toluene
RT: 0.00 - 19.97
Time (min) 0
NL: 3.12E9 TIC MS Antiknock8 19_1309172 33313
Antiknock819_130917233313 # 136 RT: 5.26 AV: 1 NL: 6.49E8
T: {0,0} + c EI Full ms [20.00-500.00]
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480
m/z 0
79.08 51.07 65.06 108.10
104.06 39.07
109.11 131.00 143.09 169.11 183.12 207.11 218.99
Trang 12Hình 3.7 Thành phần phụ gia Chimec Fa162 xác định theo phương
pháp GC – MS
Hình 3.8 Sắc ký đồ của phụ gia Chimex Fa 162
Phổ GC – MS thu được tại hình 3.8 cho thấy xuất hiện peak chính với cường độ cao nhất tại thời gian lưu 8,138 phút, tra cứu trong ngân hàng phổ chúng tôi nhận thấy rằng phổ thu được hoàn toàn tương ứng với hợp chất N – methylaniline Ngoài ra trong thành phần phụ gia Chimec Fa 162 còn chứa các amine thơm khác như aniline và N,N-Dimethylaniline, phổ GC-MS còn xuất hiện các peak của Iso-octane, Toluene nhưng thời gian lưu thấp hơn Điều này khẳng định rằng phụ gia Chimec Fa 162 là gốc amine thơm có thành phần chính là N – methylaniline
3.3 Xăng pha ethanol – Đánh giá chất lượng
3.3.1 Quy trình pha chế
Trang 13Chúng tôi tiến hành lấy mẫu xăng RON 90 các mẫu C1, C2, C3, C4, C5 pha với ethanol theo các tỷ lệ khác nhau về thể tích, pha từ 1 phần trăm đến 10 phần trăm thể tích ethanol trong xăng
Sau đó mẫu được tiến hành phân tích đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng của xăng bị ảnh hưởng khi pha ethanol theo TCVN 6776:2013 là hàm lượng oxy, trị số octane, áp suất hơi bão hòa, hàm lưu huỳnh, thành phần chưng cất,
3.3.2 Hàm lượng oxy (phương pháp thử ASTM D4815)
Kết quả phân tích chỉ tiêu hàm lượng oxy của các mẫu xăng C1, C2, C3, C4, C5 trước và sau khi pha ethanol được trình bày ở bảng 3.1
Bảng 3.1 Hàm lượng oxy của các mẫu xăng C1, C2, C3, C4, C5 pha ethanol
% Vol
ethanol
Mẫu C1 (%wt)
Mẫu C2 (%wt)
Mẫu C3 (%wt)
Mẫu C4 (%wt)
Mẫu C5 (%wt)
Trang 14phần trăm wt, không đạt TCVN Tại tỷ lệ pha nhỏ hơn hoặc bằng 7 phần trăm thể tích ethanol thì hàm lượng oxy đạt theo TCVN 6776:2013
3.3.3 Trị số octane (phương pháp thử ASTM D2699)
Bảng 3.2 Kết quả đo trị số octane các mẫu xăng C1, C2, C3, C4, C5
3.3.4 Áp suất hơi bão hòa (ASTM D5191)
Theo kết quả thực nghiệm:
Bảng 3.3 Áp suất hơi bão hoà của các mẫu xăng C1, C2, C3, C4, C5
pha ethanol
% Vol ethanol Mẫu C1
(kPa)
Mẫu C2 (kPa)
Mẫu C3 (kPa)
Mẫu C4 (kPa)
Mẫu C5 (kPa)
Trang 15Sự gia tăng áp suất hơi có thể giải thích như sau: do ethanol có tương tác với một vài hydrocacbon trong thành phần của xăng Cụ thể là
nó tạo hỗn hợp đẳng phí ở một tỷ lệ nào đó với các hydrocacbon nhẹ như: n-pentan, n-hexan,… Hỗn hợp đẳng phí này có nhiệt độ sôi thấp hơn nhiệt độ sôi của các cấu tử thành phần Do vậy khi pha ethanol vào xăng với một tỷ lệ nhất định sẽ làm tăng áp suất hơi bão hòa [49]
Áp suất hơi bão hòa của ethanol 99,5% rất thấp (khoảng 17 kPa), thấp hơn nhiều so với mẫu xăng gốc Tuy nhiên khi pha ethanol vào xăng thì ethanol lại có tác dụng làm tăng áp suất hơi của xăng lên rõ rệt Điều này cho thấy áp suất hơi bão hòa không thay đổi tuyến tính theo tỷ
lệ ethanol pha vào
3.3.5 Thành phần cất
Độ bay hơi là chỉ tiêu quan trọng nhất của phân đoạn xăng để đảm bảo cho khả năng vận hành bình thường của động cơ Đó là khả
Trang 16năng khởi động, khả năng tăng tốc và khả năng cháy hết Ngoài áp suất hơi bão hòa thì thành phần cất cũng là một chỉ tiêu rất quan trọng để đánh giá độ bay hơi của xăng nhiên liệu
Kết quả thực nghiệm:
Bảng 3.5 Nhiệt độ sôi đầu các mẫu xăng C1, C2, C3, C4, C5 và xăng pha ethanol
% Vol ethanol Mẫu C1( O C) Mẫu C2( O C) Mẫu C3( O C) Mẫu C4( O C) Mẫu C5( O C)
Trang 17* Nhận xét:
Nhiệt độ sôi đầu của các mẫu xăng pha ethanol đều tăng theo tỷ lệ ethanol pha vào, nguyên nhân nhiệt độ sôi đầu tăng là do ethanol có nhiệt độ sôi khoảng 78,5oC, trong khi đó mẫu xăng có nhiệt độ sôi đầu nhỏ hơn 38oC nên dẫn đến khi chưng cất nhiệt độ sôi đầu tăng lên Xăng pha ethanol làm tăng nhiệt độ sôi đầu, dẫn đến làm giảm khả năng bay hơi của xăng, đây cũng là ưu điểm của xăng pha ethanol
Nhiệt độ sôi tương ứng với các phần trăm chưng cất từ 10 phần trăm đến sôi cuối của các mẫu xăng pha ethanol đều giảm so với nhiệt độ sôi tương ứng các phần trăm chưng cất của mẫu xăng gốc Kết quả phân tích chỉ tiêu thành phần chưng cất của các mẫu xăng pha ethanol phù hợp với TCVN 6776:2013 của chỉ tiêu thành phần chưng cất
3.3.6 Hàm lượng lưu huỳnh
Kết quả thực nghiệm: hàm lượng lưu huỳnh của các mẫu xăng C1, C2, C3, C4, C5 pha ethanol được trình bày ở bảng 3.7
Bảng 3.7 Hàm lượng lưu huỳnh các mẫu xăng C1, C2, C3, C4, C5 pha ethanol
Mẫu C3 (mg/kg)
Mẫu C4 (mg/kg)
Mẫu C5 (mg/kg)
Trang 183.4 Xăng pha phụ gia A818 và ethanol – Đánh giá chất lượng
3.4.1 Trước khi pha phụ gia A818
Để tiến hành pha phụ gia A818 vào xăng chúng tôi chọn tỷ lệ pha 16mg phụ gia 818 vào trong 01 lít xăng các mẫu xăng mẫu C1, C2, C3 Quá trình lựa chọn 03 mẫu C1, C2, C3 có hàm lượng Mn bằng 0, nên trong trường hợp này lượng Fe qua quá trình phân tích và tính toán ứng với 16mg A818 pha vào trong 1 lít xăng có giá trị khoảng 4,76mg/lít Kết quả kiểm tra hàm lượng Fe và trị số octane của các mẫu xăng C1, C2, C3 trước và sau khi pha phụ gia A818 được trình bày ở bảng 3.9
Bảng 3.9 Kết quả phân tích hàm lượng Fe và trị số octane của các mẫu xăng C1, C2, C3 trước và sau khi pha phụ gia A818
Sau pha
A818
Trước pha A818
- Các mẫu xăng từ C1, C1, C3 sau khi pha phụ gia A818 hàm lượng
Fe phân tích được ở mức nhỏ hơn 5mg/l phù hợp với TCVN 6776:2013
- Trị số octane của các mẫu xăng sau khi pha phụ gia A818 đều tăng
3.4.2 Chỉ tiêu chất lượng các mẫu xăng C1, C2, C3 sau khi pha phụ gia A818
Pha các mẫu xăng C1, C2, C3 sau khi pha phụ gia A818 và ethanol
Trang 19Chúng tôi tiến hành pha các mẫu xăng C1, C2, C3 sau khi pha phụ gia A818 với ethanol tại các tỷ lệ thể tích 1%, 2%, 10% Các mẫu C1, C2, C3 sau khi pha phụ gia A818 có ký hiệu là C1Fe, C2Fe, C3Fe Phân tích chỉ tiêu hàm lượng oxy các mẫu C1Fe, C2Fe, C3Fe sau khi pha hàm lượng ethanol theo các tỷ lệ thể tích 1%, 2%, 10%., kết quả như sau:
Bảng 3.10 Kết quả phân tích chỉ tiêu oxy, trị số octane của các mẫu
xăng C1 Fe , C2 Fe , C3 Fe sau khi pha ethanol
Mẫu C2Fe tại tỷ lệ pha 3% thể tích ethanol chỉ tiêu trị số octane phân tích bằng 92,2 đạt tiêu chuẩn Việt Nam theo TCVN 6776:2013
Mẫu C1Fe tại tỷ lệ pha 2% thể tích ethanol chỉ tiêu trị số octane phân tích bằng 92,1 đạt tiêu chuẩn Việt Nam theo TCVN 6776:2013
3.5 Xăng pha phụ gia Chimec Fa 162, Antiknock 819 và Ethanol
3.5.1 Các mẫu xăng gốc trước khi pha
Chọn các mẫu xăng dùng để pha ethanol, chất phụ gia Chimec
Fa 162, Antiknock 819