Nghiên cứu tối ưu hóa trị số octane và áp suất hơi bão hòa trong xăng khoáng nhằm pha trộn với ethanol tạo sản phẩm xăng sinh học

TÓM TẮT NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA TRỊ SỐ OCTANE VÀ ÁP SUẤT HƠI BÃO HÒA TRONG XĂNG KHOÁNG NHẰM PHA TRỘN VỚI ETHANOL TẠO SẢN PHẨM XĂNG SINH HỌC Học viên: Trương Thị Thu Hà Chuyên ngành: Kỹ t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRƯƠNG THỊ THU HÀ

NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA TRỊ SỐ OCTANE

VÀ ÁP SUẤT HƠI BÃO HÒA TRONG XĂNG KHOÁNG NHẰM PHA TRỘN VỚI ETHANOL

TẠO SẢN PHẨM XĂNG SINH HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC

Đà Nẵng – Năm 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRƯƠNG THỊ THU HÀ

NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA TRỊ SỐ OCTANE

VÀ ÁP SUẤT HƠI BÃO HÒA TRONG XĂNG KHOÁNG NHẰM PHA TRỘN VỚI ETHANOL

TẠO SẢN PHẨM XĂNG SINH HỌC

Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học

TÓM TẮT NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA TRỊ SỐ OCTANE VÀ ÁP SUẤT HƠI BÃO HÒA

TRONG XĂNG KHOÁNG NHẰM PHA TRỘN VỚI ETHANOL TẠO SẢN PHẨM

XĂNG SINH HỌC

Học viên: Trương Thị Thu Hà Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học

Mã số: 8520301 Khóa: 35 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Tóm tắt: Nhận thức được những lợi ích nguồn NLSH đem lại như: giảm nguy cơ ảnh hưởng xấu đến

sức khỏe con người, giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và bảo vệ môi trường, đã có nhiều nghiên cứu và ứng dụng triển khai sử dụng xăng sinh học (được pha trộn từ ethanol với xăng khoáng) trên thế giới và tại Việt Nam Tuy nhiên, xăng E5 RON92 trên thị trường Việt Nam hiện nay, được pha trộn trực tiếp từ xăng khoáng có trị số octane 92 nên xăng E5 RON92 thường có trị số octane vượt yêu cầu từ 1,2-1,6 đơn vị RON, điều này rất lãng phí Bên cạnh đó, giá trị RVP xăng khoáng RON92 trên thị trường khoảng 75 kPa khi pha trộn với ethanol 5-10%, thì E5/E10 rất dễ vượt yêu cầu (80 kPa), làm ảnh hưởng đến tính khởi động nóng của động cơ, thất thoát vật chất ra môi trường, gây ô nhiễm môi trường sống và dễ cháy nổ trong tồn trữ, vận chuyển và phân phối

Với lý do này, tác giả lựa chọn “Nghiên cứu tối ưu hóa trị số Octane và áp suất hơi bão hòa trong xăng khoáng nhằm pha trộn với ethanol tạo sản phẩm xăng sinh học” cho luận văn thạc sĩ của mình

Qua nghiên cứu, tác giả sẽ đưa ra trị số octane tối thiểu và giá trị RVP tối đa của xăng khoáng nhằm phối trộn với ethanol tạo sản phẩm xăng sinh học E5/E10 RON92/95 đáp ứng yêu cầu TCVN, QCVN Góp phần tăng lợi nhuận NMLD DQ, tăng lượng xăng nội địa đáp ứng nhu cầu tiêu thụ năng lượng và đóng góp vào sự phát triển kinh tế đất nước

Từ khóa: Xăng sinh học, E5 RON 92, E5 RON 95, E5/E10 RON 92, E5/E10 RON 95

RESEARCHING OF OCTANE NUMBER OPTIMIZATION AND REID VAPOR PRESSURE OF GASOLINE TO BLEND WITH ETHANOL FOR CREATING BIO-

GASOLINE PRODUCTS Abstract: Aware of the benefits that the source of biofuels has to offer as reducing the risk of adverse

effects on human health, reducing the dependence on fossil fuels and protecting the environment, there have been many application implementations to use the bio-gasoline (blended from ethanol with traditional gasoline) on the world and Vietnam is also However, the current E5 RON92 on the market (Vietnam) is mixed directly from ethanol and gasoline which has octane number 92, so bio-gasoline often has Octane number that exceed the requirement 1.2-1.5 unit This was very wasteful Besides, the RVP value of regular gasoline on the import market/ production is usually about 75 kPa when blending with 5-10% volume ethanol is very easy to exceed requirements (80 kPa) This affects the hot start-up of engine, dispersing material vapor into the environment, which causes pollution, flammability during storage, transportation and distribution

For these reasons, the author selected “ Researching of Octane number optimization and Reid Vapor Pressure of mineral gasoline to blend with ethanol for creating bio-gasoline products” for my master

thesis The achived results are to give the minimum octane number and the maximum RVP value of the gasoline which be mixed with the source of ethanol to create bio-gasoline products E5/E10 RON92/95 in response to requests and conform to Vietnam national standards This contributes to meet the needs of the current energy consumption, ensuring the nation’s energy resources and increasing profits for the development of the country’s economy

Key words: Bio-gasoline, Ethanol-gasoline, E5 RON92, E5/E10 RON92, E5/E10 RON95

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

TÓM TẮT

MỤC LỤC

DANH MỤC VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

3 Phương pháp nghiên cứu 2

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài 3

5 Cấu trúc của luận văn 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 5

Cơ sở và mục tiêu nghiên cứu 5

1.1 Cơ sở nghiên cứu 5

1.1.1 Tính cấp thiết, mục tiêu và ý nghĩa nghiên cứu 8

1.1.2 Các nghiên cứu thử nghiệm, ứng dụng xăng sinh học 9

1.2 Giới thiệu về nhiên liệu xăng sinh học 9

1.2.1 Các nghiên cứu và ứng dụng xăng sinh học trên thế giới 10

1.2.2 Các nghiên cứu và ứng dụng trong nước 12

1.2.3 Thị trường Việt Nam và định hướng sản xuất 14

1.3 Tình hình sử dụng Xăng sinh học tại Việt Nam 14

1.3.1 Tình hình sản xuất ethanol trong nước 15

1.3.2 Tình hình sản xuất xăng khoáng trong nước 16

1.3.3 Quy trình Công nghệ sản xuất xăng sinh học 17

1.4 Công nghệ sản xuất và yêu cầu kỹ thuật đối với ethanol 17

1.4.1 Công nghệ sản xuất và yêu cầu kỹ thuật đối với xăng khoáng 20

1.4.2 Quy trình phối trộn sản xuất xăng sinh học RON92/95 22

1.4.3 Quá trình xuất bán xăng sinh học 23

1.4.4 CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT 26

Phần mềm tính toán, tối ưu hóa LP và ứng dụng Nhà máy Lọc dầu 26

2.1 Giới thiệu phần mềm LP (Linear Programing/Quy hoạch tuyến tính) 26

2.1.1 Mô hình phần mềm LP của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất 27

2.1.2 Quy trình tinh chỉnh, cập nhật mô hình LP Nhà máy lọc dầu Dung Quất 28 2.1.3

Đánh giá kiểm tra tính chính xác của mô hình LP/LP Health check 31 2.1.4.

Giới thiệu về hệ thống phối trộn sản phẩm xăng 31 2.1.5

Tính chất của xăng khoáng cần chú ý trong quá trình tính toán phối trộn 32 2.1.6

Công thức tính toán tính chất mẻ trộn 32 2.1.7

Sơ đồ phối trộn và tồn chứa Xăng khoáng 33 2.1.8

Các giới hạn vận hành và lập lệnh phối trộn 33 2.1.9

Hệ thống phối trộn tự động và hệ thống nạp phụ gia 34 2.2

Hệ thống tự động tối ưu phối trộn 34 2.2.1

Hệ thống nạp phụ gia 35 2.2.2

Các thiết bị và phương pháp thử nghiệm 35 2.3

Xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp thử trên thiết bị thử nghiệm 38 2.4

Kiểm tra xác nhận/xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp xác định trị 2.4.1

số Octane theo ASTM 2699-18 38

Kiểm tra xác nhận/xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp xác định áp 2.4.2

suất hơi bão hòa theo ASTM 5191-19 41

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 46

Phương pháp nghiên cứu 46 3.1

Nguyên liệu 46 3.1.1

Phương pháp nghiên cứu 46 3.1.2

Khảo sát thực trạng tính chất xăng khoáng và xăng E5 trên thị trường 46 3.2

Tính chất xăng gốc RON 92-II sản xuất tại BSR 46 3.2.1

Tính chất ethanol không biến tính 47 3.2.2

Tính chất xăng E5 trên thị trường tại tỉnh Quảng Ngãi 47 3.2.3

Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng ethanol lên tính chất của xăng thương 3.3

phẩm có trị số Octane 92 và Octane 95 49

Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng ethanol đến trị số octane (RON) của 3.3.1

xăng thương phẩm RON92, RON95 50

Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng ethanol đến trị số RVP của xăng 3.3.2

khoáng thương phẩm RON92, RON95 51

Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng ethanol đến giá trị Oxy tổng của 3.3.3

xăng khoáng thương phẩm RON92, RON95 52

Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng ethanol đến hàm lượng nước của 3.3.4

xăng khoáng thương phẩm RON92, RON95 53

Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng ethanol đến khối lượng riêng ở 15oC 3.3.5

của xăng khoáng thương phẩm RON 92, RON 95 53

Phối trộn các bộ xăng khoáng từ các cấu tử và khảo sát sự thay đổi của RON, 3.4.

RVP khi pha trộn với ethanol 53

Phối trộn các bộ xăng khoáng để tối ưu hóa giá trị RON của xăng khoáng 3.4.1

tạo xăng E5/E10 RON 92 54

Phối trộn các bộ xăng khoáng để tối ưu hóa RON của xăng khoáng tạo 3.4.2

xăng E5/E10 RON 95 56

Phối trộn các bộ xăng khoáng để đảm bảo RVP đạt yêu cầu khi pha trộn 3.4.3

tạo xăng E5/E10 RON 92/95 59

CHƯƠNG 4 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ 61

Thực tế hiện trạng và giải pháp 61 4.1

Hiện trạng 61 4.1.1

Giải pháp 61 4.1.2

Khả năng tồn chứa, phối trộn và xuất bán 62 4.1.3

Sản lượng sản xuất và hiệu quả kinh tế 62 4.2

Chế độ tối đa diesel 63 4.2.1

Chế độ tối đa xăng 64 4.2.2

Tối đa xăng không trộn FRN vào xăng (dầu thô ít naphtha) 64 4.2.3

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 PHỤ LỤC

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao)

DANH MỤC VIẾT TẮT

ASTM : Hiệp hội thử nghiệm và vật liệu Hoa Kỳ

(American Society for Testing and Materials) BKHCN : Bộ Khoa học và Công nghệ

BSR : Công ty Cổ phần Lọc Hóa dầu Bình Sơn

Biodiesel : Nhiên liệu dầu điêzen sinh học

CDU : Cụm phân xưởng chưng cất dầu thô

CCR : Cụm phân xưởng Reforming xúc tác

Check tank : Bể chứa sau khi phối trộn, tại đây lấy mẫu phân tích sơ bộ vài chỉ

tiêu trước khi chuyển ra bể chứa sản phẩm cuối để lấy mẫu cấp chứng thư chất lượng

CO và HC : Khí Carbon mono oxit và Hydrocarbon

CRM : Mẫu chuẩn tham chiếu hay chất chuẩn phân tích có kèm theo giấy

chứng nhận (Certified Reference Materials) Diesel : Nhiên liệu dầu điêzen (DO)

Ethanol : Cồn sinh học

DVPE : Áp suất hơi khô tương đương tại nhiệt độ 37,8 °C

(Dry Vapour Pressure Equivalent at a temperature of 37.8 °C , kPa) EIA : Cơ quan thông tin năng lượng Hoa Kỳ

E5 : Hỗn hợp của xăng khoáng và ethanol có hàm lượng ethanol từ

4-5% thể tích E10 : Hỗn hợp của xăng khoáng và ethanol có hàm lượng ethanol từ 9-

10% thể tích E20/E85 : Hỗn hợp của xăng khoáng và ethanol có hàm lượng ethanol tương

ứng 20, 85% thể tích E100 : Cồn sinh hoc 100%

E5/E10 RON92 : Hỗn hợp của xăng khoáng RON92 và ethanol có hàm lượng

ethanol từ 4% - 5% thể tích (E5) hoặc 9% - 10% thể tích (E10) E5/10 RON95 : Hỗn hợp của xăng khoáng RON95 và ethanol có hàm lượng

ethanol 4% - 5% thể tích (E5) hoặc 9% - 10% thể tích (E10) FRN : Phân đoạn Naphtha (Full range naphtha) tách từ phân xưởng CDU HCAM : Phần mềm quản lý tính chất Dầu thô

(Haverly Crude Assay Management system)

HP steam : Hơi cao áp (High Pressure steam)

HGO : Phân đoạn cắt Heavy gas oil từ cụm chưng cất khí quyển - CDU

MP steam : Hơi trung áp (Medium Pressure steam)

IC : So sánh liên phòng (Interlaboratory Comparison)

ISOM : Cụm phân xưởng đồng phân hóa

ISOMERATE

/Light Naphtha

: Sản phẩm isomerate/Naphtha nhẹ, thu được từ phân xưởng đồng phân hóa, dùng để phối trộn tạo xăng khoáng

LoQ : Giới hạn định lượng (Limit of detection)

LoD : Giới hạn phát hiện (Limit of Quantitation)

LP : Linear Programing/Quy hoạch tuyến tính

LIMs : Hệ thống quản lý iihong tin phòng thí nghiệm

(Laboratory information management systems) LPG : Khí dầu mỏ hóa lỏng

LGO : Phân đoạn cắt Light gas oil từ cụm chưng cất khí quyển - CDU Max : Giá trị tối đa

Min : Giá trị tối thiểu

Mix C4 : Khí C4 thu được sau tháp tách C3/C4, có trị số octane cao dùng

phối trộn tạo xăng khoáng nhưng với tỷ lệ nhỏ hơn 5 %thể tích MTBE : Hợp chất methyl-t-butyl ether

NHT : Phân xưởng xử lý Naptha bằng hydro

NIR : Cận hồng ngoại (Near Infrared)

NLSH : Nhiên liệu sinh học

NMLD DQ : Nhà máy Lọc dầu Dung Quất

NOx : Các hợp chất Nitơ oxit

NTU : Cụm phân xưởng xử lí Naphtha thu được từ phân xưởng RFCC PETROLIMEX : Tập đoàn xăng dầu Việt Nam

PRF : Nhiên liệu chuẩn gốc/sơ cấp tham chiếu

(Primary Reference Fuel) PTN : Phòng thí nghiệm

PV Oil : Tổng công ty Dầu Việt Nam

QCVN : Quy chuẩn Việt Nam (Quy chuẩn Quốc gia)

QĐ-TTg : Quyết định của Thủ tướng Chính phủ

QĐ-UBND : Quyết định của Ủy ban nhân dân

REFORMATE : Sản phẩm reformate có trị số octane cao, thu được từ phân xưởng

reforming xúc tác liên tục, dùng để phối trộn tạo xăng khoáng RESIDUE : Phân đoạn cặn thu được từ cụm chưng cất CDU

RFCC : Cụm phân xưởng Cracking xúc tác tầng sôi

RFCC Naphtha : Sản phẩm Naphtha có trị số octane cao, thu được từ phân xưởng

cracking xúc tác, dùng để phối trộn tạo xăng khoáng RFG : Hiệp hội Nhiên liệu tái tạo (RFA - Renewable Fuels Association) RVP : Áp suất hơi bão hòa (Reid Vapor Pressure) ở 37,8oC

RON : Trị số Octane nghiên cứu/Research Octane Number

TCVN : Tiêu chuẩn Quốc gia

TĐC : Tổng Cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng

TK5201A/B/C

TK5203A/B/C

: Các bể chứa sản phẩm xăng khoáng, ký hiệu TK-5201A/B/C và TK5203A/B/C

VAT : Thuế giá trị gia tăng (Value Added Tax)

VOC : Hợp chất hữu cơ dễ bay hơi

VPCP : Văn phòng Chính phủ

TCCS : Tiêu chuẩn cơ sở

Ton/h : Đơn vị tấn/giờ

ppm : Đơn vị phần triệu (Parts per million)

%vol : Phần trăm tính theo thể tích

% wt : Phần trăm tính theo khối lượng

Một số chỉ tiêu chất lượng của Xăng E5 RON92-II, III, RON

95-II, III và E10 RON92-II, III và RON95-II, III theo TCVN

Kết quả phân tích các bộ mẫu thử nghiệm E1-E10 trên nền

xăng khoáng có RON 92 và RON 95 theo phương pháp ASTM

D2699

50

3.6 Kết quả phân tích các bộ mẫu thử nghiệm E1 - E10 trên xăng

khoáng RON 92 và RON 95 theo phương pháp ASTM D5191 523.7

Kết quả phân tích các bộ mẫu thử nghiệm E1-E10 trên nền

xăng khoáng RON 92 và RON 95 theo phương pháp ASTM

D4815

52

3.8

Kết quả phân tích các bộ mẫu thử nghiệm E1-E10 trên nền

xăng khoáng RON 92 và RON 95 theo phương pháp ASTM

E203/ASTM D6304

53

3.9

Kết quả phân tích các bộ mẫu thử nghiệm E1 - E10 trên nền

xăng khoáng RON 92 và RON 95 theo phương pháp ASTM

D4052

53

Số hiệu

3.10

Tính chất của các cấu tử pha trộn xăng được sử dụng để tính

toán phối trộn cho bộ mẫu từ R1- R30 (mẫu lấy ngày

13/05/2019)

54

3.11

Tính chất của các cấu tử pha trộn xăng, được sử dụng để tính

toán phối trộn cho bộ mẫu từ R31 - R48 (mẫu lấy ngày

23/6/2019)

54

3.12 Bảng tính toán phối trộn các cấu tử tạo xăng khoáng có RON ≤

3.13 Bảng kết quả phân tích RON, RVP các bộ xăng khoáng có

RON≤ 92 và xăng khoáng pha trộn với ethanol 55

3.14 Bảng tính toán phối trộn các cấu tử tạo xăng khoáng có RON≤

2.3 Bảng khảo sát sự thay đổi RVP trên các bộ xăng khoáng R39 –

4.1 Bảng thử nghiệm giảm RVP của các cấu tử 624.2 Bảng tính toán hiệu quả khi chạy chế độ tối đa diesel 634.3 Bảng tính toán hiệu quả khi chạy chế độ tối đa xăng 644.4 Bảng tính toán hiệu quả khi chạy chế độ tối đa xăng 65

1.3 Tình hình sản xuất ethanol nhiên liệu hàng năm trên thế giới 121.4 Công suất một số Nhà máy sản xuất ethanol tại Việt Nam 161.5 Các nguồn nguyên liệu sản xuất ethanol 181.6 Sơ đồ Công nghệ sản xuất ethanol từ sắn lát 191.7 Sơ đồ Công nghệ sản xuất xăng khoáng RON92/95 201.8 Sơ đồ dòng phối trộn xăng sinh học theo phương pháp in-line 232.1 Các yếu tố đầu vào và kết quả đầu ra để xây dựng mô hình LP 272.2 Sơ đồ phối trộn và tồn chứa xăng khoáng 332.3 Sơ đồ hệ thống tự động tối ưu tính chất mẻ trộn 35

3.1 Biểu đồ thể hiện sự phụ thuộc của RVP vào hàm lượng

3.2 Biểu đồ thể hiện tỷ lệ tăng RON/ 1% ethanol của bộ xăng

3.3 Biểu đồ thể hiện tỷ lệ tăng RON/ 1% Ethanol của bộ xăng

Con người có thể thu nhận năng lượng từ nhiều nguồn khác nhau, nhưng nguồn nhiên liệu hóa thạch từ các tài nguyên thiên nhiên chứa hàm lượng cacbon và hydrocacbon cao nên đang được sử dụng nhiều nhất, và có thể chiếm trên 86% nguồn cung cấp năng lượng sơ cấp [11] Hiện nay, lượng tiêu thụ từ ba nguồn cung cấp khí, than, dầu mỏ đã, đang và sẽ tăng lên hàng năm, thậm chí là tăng rất nhanh Tuy nhiên năng lượng hóa thạch là tài nguyên có hạn, do đó khi quá trình khai thác quá nhanh thì trữ lượng của chúng sẽ giảm xuống và đến thời điểm mà tại đó việc khai thác sẽ không còn đem lại lợi nhuận hoặc không thể khai thác được nữa Quy luật này được Hubbert nêu ra trong học thuyết đỉnh điểm Hubbert [11] Do tính hữu hạn của nguồn nhiên liệu hóa thạch và những tác động đến môi trường gây một số hậu quả đến môi trường sống, ảnh hưởng trực tiếp đến chính con người nên thế giới đang dần chuyển dịch theo hướng hệ thống năng lượng bền vững [50]

Nhiều nỗ lực đã và đang thực hiện nhằm tìm kiếm nguồn năng lượng tái tạo dồi dào, đa dạng và thân thiện hơn Nguồn năng lượng mới đang được quan tâm từ những thập niên gần đây là nhiên liệu sinh học (NLSH) Ðây là loại nhiên liệu được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc từ động thực vật, có thể chế xuất từ chất béo của động thực vật như mỡ động vật, dầu dừa…; từ ngũ cốc như lúa mỳ, khoai, ngô, đậu tương…; từ chất thải trong nông nghiệp như rơm rạ, chất thải chăn nuôi…; từ sản phẩm thải trong công nghiệp như mùn cưa, gỗ thải… Loại nhiên liệu này có nhiều ưu điểm nổi bật so với các nhiên liệu truyền thống (dầu mỏ, than đá…) như thân thiện với môi trường và là nguồn nhiên liệu tái tạo, giúp giảm sự lệ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch [50] Nhiêu liệu sinh học thường được phân thành các nhóm sau:

Cồn sinh học (Bioethanol): Là cồn (ethanol) được sản xuất thông qua quá trình lên men các sản phẩm hữu cơ chứa tinh bột (ngô, sắn), các vật liệu cellulose, lignocellulose (rơm rạ, bã mía, vỏ trấu, ) Việc sản xuất cồn sinh học từ sinh khối và phế thải nông nghiệp hiện được phát triển và là hướng đi có nhiều triển vọng

Diesel sinh học (Biodiesel): Sản xuất từ các loại dầu sinh học, thường thực hiện thông qua quá trình chuyển hóa bằng cách cho phản ứng với các loại rượu phổ biến là methanol Diesel sinh học có thể sử dụng thay thế cho diesel có nguồn gốc dầu mỏ

Khí sinh học (Biogas): Được tạo ra sau quá trình ủ lên men các loại vật liệu hữu

cơ Sản phẩm tạo thành ở dạng khí (khí methane và đồng đẳng khác), có thể dùng làm nhiên liệu đốt cháy thay cho khí từ dầu mỏ Sản xuất khí sinh học đã được phát triển từ khá lâu và đã có nhiều nơi triển khai rộng rãi [3]

Một trong những loại nguyên liệu sinh học đề cập ở trên thì cồn sinh học (bioethanol) được sử dụng nhiều trong các nghiên cứu pha trộn với xăng truyền thống

để tạo ra loại nhiên liệu mang tên xăng sinh học và đã sử dụng phổ biến trong giao thông đường bộ (cho các loại động cơ đốt trong như xe ô tô và xe gắn máy) [39] Và điều này đã giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường một cách đáng kể

Nhận thức được những lợi ích mà nguồn nhiên liệu sinh học đem lại, đã có nhiều nghiên cứu và ứng dụng triển khai thực tế để sử dụng loại xăng sinh học (được pha trộn từ ethanol với xăng truyền thống) tại các nước trên thế giới và tại Việt Nam Tuy nhiên, việc pha trộn này chủ yếu thực hiện trên nền xăng khoáng có trị số RON tối thiểu là 92,0 Điều này chưa mang lại lợi ích kinh tế thực sự

Với nhận định nêu trên, tác giả xin được lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu tối ưu hóa trị số octane và áp suất hơi bão hòa trong xăng khoáng nhằm pha trộn với ethanol tạo sản phẩm xăng sinh học” cho luận văn thạc sĩ của mình

2 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

2.1 Mục tiêu của việc nghiên cứu

- Nghiên cứu ảnh hưởng các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm khi phối trộn ethanol

từ 1-10 %vol vào xăng khoáng thương phẩm RON92 và RON95

- Tính toán, phân tích, đánh giá và lựa chọn phối trộn xăng khoáng từ các cấu tử trung gian của NMLD DQ có trị số octane phù hợp (thấp hơn 92, 95) khi pha trộn với Ethanol tạo xăng sinh học thương mại E5, E10 RON 92/95 đạt yêu cầu theo TCVN, QCVN

2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Xăng thương phẩm RON92, RON95 được sản xuất từ NMLD Dung Quất; xăng sinh học E5 RON92 trên thị trường Quảng Ngãi

- Các cấu tử pha trộn xăng: Mixed C4; Isomerate/Light Naphtha; Reformate; RFCC Naphtha; FRN từ cụm phân xưởng công nghệ của NMLD Dung Quất;

- Ethanol không biến tính: từ Công ty Cổ phần Nhiên liệu Tùng Lâm

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Các bước tiến hành nghiên cứu

- Xác định các chỉ tiêu chất lượng của xăng khoáng sản xuất từ BSR và xăng E5 trên thị trường;

- Khảo sát sự thay đổi đặc tính kỹ thuật mẫu thử nghiệm khi pha trộn từ 1 - 10%

ethanol vào xăng khoáng thương phẩm RON 92/ 95 của BSR

- Phối trộn các mẫu theo công thức được trích xuất từ phần mềm LP;

- Pha chế xăng sinh học từ bộ xăng khoáng với tỉ lệ ethanol thay đổi: xác định các chỉ tiêu chất lượng, chứng minh sự phù hợp quá trình phối trộn;

- Đánh giá hiệu quả kinh tế với phương án sản xuất xăng khoáng đã lựa chọn với các chế độ vận hành hành của Nhà máy thông qua phần mềm LP

3.2 Phương pháp thử và thiết bị sử dụng trong nghiên cứu

- Sử dụng các thiết bị hiện đại, phương pháp thử hiện hành để phân tích, xác định

và đánh giá các đặc tính kỹ thuật của xăng khoáng, xăng sinh học dùng làm nhiên liệu cho động cơ đánh lửa cưỡng bức được quy định theo TCVN, QCVN

- Thiết bị chính sử dụng gồm: Thiết bị đo chỉ số Octane; Thiết bị đo áp suất hơi

tự động; Thiết bị đo tỷ trọng hiện số; Thiết bị phân tích sắc ký; Thiết bị đo hàm lượng nước bằng chuẩn độ điện lượng

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài

Việc xây dựng, chứng minh phối trộn xăng khoáng có trị số octane và giá trị RVP phù hợp từ các cấu tử được sản xuất từ NMLD DQ để pha trộn với ethanol công nghiệp nhằm đạt được xăng sinh học E5, E10 có các yêu cầu kỹ thuật phù hợp với TCVN 8063:2015, QCVN 1:2015/BKHCN và sửa đổi 1:2017 QCVN 1:2015/BKHCN

đã mang lại lợi nhuận cao hơn, đồng thời tăng khả năng sản xuất xăng RON 95 thương phẩm tại NMLD DQ đáp ứng nhu cầu thị trường hiện nay và giảm giá thành xăng khoáng pha E5 góp phần khuyến khích người tiêu dùng sử dụng xăng E5

Góp phần tối ưu hóa trong quá trình sản xuất và chống gian lận trong kinh doanh xăng dầu, tăng lợi ích kinh tế Nhà nước

5 Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm 67 trang, được chia làm 4 chương và 2 phần gồm: Mở đầu; Kết luận và kiến nghị Các chương chính như sau:

- Chương 1: Tổng quan

- Gồm 21 trang: Nội dung trình bày về cơ sở và tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu; Các nghiên cứu, ứng dụng và định hướng sản xuất xăng sinh học trên thế giới và tại Việt Nam; Quy trình công nghệ sản xuất xăng sinh học

- Chương 2: Nghiên cứu lý thuyết

- Gồm 20 trang: Giới thiệu phần mềm tính toán, tối ưu hóa LP; Hệ thống phối trộn sản phẩm xăng, công thức tính toán tính chất mẻ trộn, hệ thống phối trộn tự động và hệ thống tự động tối ưu tính chất mẻ trộn; Trình bày các thiết bị và các phương pháp thử nghiệm; Xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp thử nhằm đánh giá mức độ tin cậy, ổn định của 2 phép thử nghiệm: Xác định trị số octane

theo ASTM 2699 và áp suất hơi bão hòa theo ASTM D 5191 được đề cập trong nghiên cứu trên thiết bị sử dụng tại phòng thí nghiệm - BSR

- Chương 3: Thực nghiệm và kết quả

- Gồm 16 trang: Trình bày các kết quả khảo sát thực trạng, tính chất xăng khoáng sản xuất tại NMLD Dung Quất và xăng sinh học E5 RON92 trên thị trường Quảng Ngãi; Kết quả thử nghiệm về ảnh hưởng của hàm lượng ethanol (với các

tỷ lệ pha trộn từ 1-10% ethanol) lên tính chất của xăng thương phẩm có trị số octane 92, 95; Phối trộn 48 bộ xăng khoáng (có trị số octane và áp suất hơi bão hòa theo nhận định) từ các cấu tử của NMLD DQ và chứng minh sự thay đổi của trị số octane, áp suất hơi bão hòa khi pha trộn từ 4 - 5% ethanol ( xăng E5 RON 92/95) và từ 9 - 10% thể tích ethanol (xăng E10 RON 92/95) là hoàn toàn phù hợp với những lựa chọn mà tác giả đã nhận định

- Chương 4: Đánh giá hiệu quả kinh tế

- Gồm 6 trang: Trình bày hiện trạng, giải pháp và khả năng phối trộn tồn chứa, phương án sản xuất/xuất bán xăng khoáng đã lựa chọn có trị số octane 90,8 - 91,1 (giá trị tính trung bình 91,0); Thực hiện đánh giá hiệu quả kinh tế qua phần mềm LP cho phương án sản xuất xăng khoáng có trị số octane ở ngưỡng an toàn là 91,2 dùng để pha chế xăng sinh học E5 RON92, với ước tính trong một

số tình huống, tùy thuộc vào thị trường giả định:

 Trường hợp nhà máy chạy chế độ tối đa diesel;

 Trường hợp nhà máy chạy chế độ tối đa xăng;

 Trường hợp tối đa xăng (không phối trộn FRN vào xăng khi nguồn dầu thô

có ít Naphtha)

-

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

Cơ sở và mục tiêu nghiên cứu

Theo Cơ quan thông tin năng lượng Hoa Kỳ (EIA) [11], ước tính đến năm 2006, nguồn năng lượng hóa thạch cung cấp nhiên liệu được sản xuất trên thế giới bao gồm 36,8 % dầu mỏ, than 26,6 %, khí thiên nhiên 22,9 % Các nguồn nhiên liệu không hóa thạch bao gồm thủy điện 6,3 %, năng lượng hạt nhân 6,0 %, và năng lượng địa nhiệt, năng lượng mặt trời, năng lượng gió, nhiên liệu gỗ, tái chế chất thải chiếm 0,9 % [11] Tiêu thụ năng lượng trên thế giới tăng mỗi năm khoảng 2,3 % Tiêu thụ năng lượng chung ở Mỹ năm 2015 phụ thuộc nhiều nhất vào xăng dầu, khí đốt tự nhiên và than đá

Năng lượng tái tạo đã đóng góp tuy nhiên còn rất hạn chế Có thể thấy rõ điều này qua

biểu đồ hình 1.1 bên dưới:

Hình 1.1 Nhu cầu tiêu thụ năng lượng trên Thế giới năm 1970-2020 [39]

Rõ ràng nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng lớn, chỉ riêng đối với các nước trong khối ASEAN, mức tiêu thụ năng lượng của ASEAN tăng 60% trong 15 năm qua IEA dự báo nhu cầu năng lượng của ASEAN có thể tăng thêm 66% nữa vào năm

2040 Điều này đã khiến khu vực này nói riêng và thế giới nói chung, đang phải đối mặt với tình trạng thiếu hụt năng lượng [62] Đồng thời, cũng đối mặt với những tác động đến môi trường, ảnh hưởng môi trường sống của chúng ta Do đó, việc sử dụng năng lượng tái tạo nhằm giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và giảm thiểu ô nhiễm môi trường là một sự cần thiết Các nguồn năng lượng tái tạo có thể là: Năng lượng mặt trời; Năng lượng gió; Thủy điện; Địa nhiệt; Năng lượng sinh học: ethanol;

Biodiesel; …

Nhiên liệu sinh học (NLSH) như Biodiesel, xăng sinh học đang được biết đến hiện nay là nguồn nhiên liệu góp phần đảm bảo an ninh năng lượng, giảm sự phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch cách đây hàng ngàn năm và đang có nguy cơ cạn kiệt

sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự tồn tại và phát triển của hầu hết các quốc gia trên thế giới Loại nhiên liệu này đã được nhiều nước trên thế giới sử dụng từ những năm

70 của thế kỷ trước Đến nay, đã có khoảng trên 50 quốc gia trên thế giới sử dụng nhiên liệu sinh học [3] và Việt Nam cũng đã thiết lập đề án phát triển NLSH từ năm

2007, đến tháng 8/2010 PV Oil là đơn vị đầu tiên trong nước thực hiện nghiên cứu, sản xuất, đưa vào sử dụng thí điểm xăng sinh học E5 RON92 và kinh doanh chính thức Theo ông Jim Miller, Chủ tịch Hội đồng Nông nghiệp và Tư vấn Chính sách Nhiên liệu sinh học (Mỹ) cho hay, việc pha xăng thông thường với ethanol sẽ giúp đạt được nhiều lợi ích thiết thực Trong đó, lợi ích to lớn nhất là việc giảm nguy cơ gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người Bởi lẽ, việc pha xăng với ethanol sẽ giúp giảm phát thải khí hiệu ứng nhà kính, từ đó có thể giúp người dân hạn chế được phần nào việc tiếp xúc với các loại độc tố gây hại Bên cạnh đó, việc thay thế nguồn năng lượng hóa thạch bằng ethanol còn mang lại lợi ích rõ rệt trong việc bảo vệ môi trường [19] Nhiều nghiên cứu đã chỉ rõ, động cơ sử dụng xăng sinh học E5 tạo ra rất ít khí thải CO và HC, ít hơn hẳn các loại xăng thông dụng tới 20% Do sự có mặt của thành phần oxy trong xăng sinh học E5 là yếu tố giúp cho nhiên liệu được cháy triệt để hơn Đây là cơ sở tạo ra ít khí thải độc hại CO và HC Ngoài việc giảm đáng kể thành phần khí CO và HC, khả năng tăng tốc của xe cũng tốt hơn đối với xăng sinh học E5 [3], [59]

Theo Tạp chí của Hiệp hội quản lý chất thải và không khí đã có những nghiên cứu và đưa ra những ảnh hưởng của hỗn hợp ethanol-xăng đến hiệu quả năng lượng và phát thải khí thải của động cơ thể hiện ở các hình bên dưới:

(a) Ảnh hưởng của nhiên liệu pha trộn

ethanol đến phát thải CO

(b) Ảnh hưởng của nhiên liệu pha trộn ethanol đến phát thải CH

(c) Ảnh hưởng của nhiên liệu pha trộn ethanol đến phát thải khí NOx

Hình 1.2 Ảnh hưởng của các nhiên liệu có tỉ lệ % ethanol khác nhau đến phát thải

của động cơ [61]

Bên cạnh đó, việc pha trộn ethanol vào xăng còn giúp các doanh nghiệp tiết kiếm được chi phí pha trộn Đặc biệt, giá của loại xăng sinh học này cũng thấp hơn các loại xăng khác cho nên sẽ phù hợp với túi tiền của người tiêu dùng và tạo cho họ có thêm điều điện để lựa chọn nhiên liệu sử dụng [19]

Đối với sản phẩm xăng sinh học, ngoài những yếu tố nêu trên, việc phối trộn ethanol vào xăng mang lại lợi nhuận kinh tế cao vì cấu tử này giúp cải thiện trị số octane thay vì phải phối trộn từ các cấu tử reformate có giá thành cao

Với vai trò quan trọng trong sự cân bằng nhiên liệu của thế giới, lợi ích kinh tế lớn và tác động tích cực đối với môi trường, trong tương lai gần, triển vọng thị trường xăng sinh học ethanol được khẳng định sẽ gia tăng mạnh mẽ và là xu thế tất yếu của sự phát triển.Với tầm nhìn chiến lược, hiện nay rất nhiều quốc gia trên thế giới đã đưa

vào sử dụng nhiên liệu sinh học, đặc biệt là xăng sinh học [3]

Các tỷ lệ pha trộn vào xăng truyền thống có thể thay đổi trong một khoảng rộng, gồm có E5 (5%) [10], E10 (10%) [11], E85 (85%) và E100 (100%) [3], [32]

Trong khuôn khổ của luận văn, tác giả sẽ tập trung các thử nghiệm để tạo xăng E5, E10

Tính cấp thiết, mục tiêu và ý nghĩa nghiên cứu

1.1.2.

1.1.2.1 Tính cấp thiết

Xuất phát từ thực tế sản xuất và phân phối xăng E5 trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi

từ ngày 30/7/2014 theo quyết định 879/QĐ-UBND của Ủy Ban nhân dân tỉnh Quảng Ngãi ngày 19/6/2014 và Thông báo kết luận số 255/TB-VPCP ngày 06 tháng 6 năm

2017 về “thực hiện Đề án phát triển nhiên liệu sinh học và Lộ trình áp dụng tỷ lệ phối trộn nhiên liệu sinh học với nhiên liệu truyền thống” Cho phép tồn tại hai loại xăng: RON 92 và E5 RON92 đến hết ngày 31 tháng 12 năm 2017 Kể từ ngày 01 tháng 01 năm 2018, chỉ cho phép sản xuất kinh doanh xăng E5 RON 92 và xăng khoáng RON

95 nhằm góp phần bảo đảm mục tiêu an ninh năng lượng, giảm dần sự lệ thuộc vào xăng khoáng, cải thiện môi trường, đồng thời thực hiện tốt các cam kết của Chính phủ Việt Nam với quốc tế về giảm khí thải nhà kính, góp phần tạo thu nhập bền vững cho khu vực nông nghiệp và thúc đẩy tái cơ cấu ngành nông nghiệp [21] Theo đó, từ ngày 1/1/2018 cho đến nay, trên thị trường Việt Nam không sử dụng xăng RON92 nữa mà xăng E5 RON92 được đưa vào sử dụng cùng với xăng RON95 trên toàn quốc

Từ khi triển khai thực hiện, BSR đã sản xuất cung cấp xăng khoáng có trị số RON 92 đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn, quy chuẩn dùng để sản xuất pha chế xăng E5 RON92 nên việc phối trộn sản phẩm xăng thương mại này chưa đem lại lợi nhuận cho Nhà máy

Một thực tế trị số RON của xăng E5 RON92 trên thị trường đạt khoảng 93,2-93,5 vượt mức yêu cầu tối thiểu 1,2-1,5 đơn vị RON Cho nên tối ưu hoá giá trị RON của xăng gốc mà vẫn đảm bảo khi pha xăng sinh học đạt TCVN 8063:2015 và quy chuẩn quốc gia QCVN 1:2015/BKHCN là việc làm mang lại lợi ích kinh tế cho NMLD Dung Quất Bên cạnh đó giá trị RVP xăng khoáng RON92 trên thị trường cho phép theo TCVN, QCVN đến 75 kPa khi pha trộn với E5 rất dễ vượt TCVN 8063:2015 và quy chuẩn quốc gia QCVN 1:2015/BKHCN, điều này làm tăng khả năng tạo nút hơi và gây hao hụt do bay hơi trong bảo quản đồng thời lượng hydrocacbon thất thoát ra môi trường gây ô nhiễm và dễ cháy nổ trong quá trình tồn trữ, vận chuyển và phân phối Với những phân tích vừa nêu, tác giả lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu tối ưu hóa trị

số Octane và áp suất hơi bão hòa trong xăng khoáng nhằm pha trộn với ethanol tạo sản phẩm xăng sinh học” cho luận văn thạc sĩ của mình và đó cũng là nhiệm vụ rất cần

thiết không chỉ đối với BSR mà còn đỗi với các Nhà máy Lọc dầu hay các Công ty kinh doanh xăng dầu khác và các Nhà quản lý tại Việt Nam

1.1.2.2 Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu ảnh hưởng các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm khi phối trộn ethanol

từ 1-10 %vol vào xăng khoáng có RON92 và RON95

- Xây dựng, chứng minh việc phối trộn xăng khoáng từ các cấu tử trung gian của NMLD DQ có trị số RON phù hợp (thấp hơn 92, 95) khi pha trộn với Ethanol tạo xăng sinh học thương mại E5, E10 RON 92/95 đạt yêu cầu

1.1.2.3 Ý nghĩa

- Việc thực hiện đề tài sẽ đưa ra được trị số RON tối thiểu và RVP tối đa của xăng khoáng của NMLD Dung Quất để phối trộn với nguồn ethanol thành sản phẩm xăng sinh học E5/E10 RON92 và E5/E10 RON95 đạt TCVN 8063:2015

và QCVN 1:2015/BKHCN và sửa đổi 1:2017 QCVN 1:2015/BKHCN

- Số liệu nghiên cứu sẽ được làm cơ sở cho việc trình Bộ, ngành liên quan xem xét cho phép NMLD Dung Quất sản xuất xăng khoáng có trị số RON phù hợp cung cấp cho các đơn vị đầu mối pha trộn xăng sinh học E5 để đạt xăng E5/E10

có RON 92/95 Từ đó, xây dựng và Ban hành Tiêu chuẩn cơ sở xăng khoáng được sản xuất tại BSR, hoàn thiện các thủ tục cấp Giấy chứng nhận hợp quy cho xăng nền theo QCVN1:2015/BKHCN và Thông tư 04/2017/TT-BKHCN ngày 22/5/2017;

- Tăng khả năng sản xuất xăng thương phẩm RON 95 để đáp ứng nhu cầu thị trường và giảm chi phí cho khách hàng khi mua xăng khoáng pha trộn ethanol tạo xăng E5;

- Tối ưu hóa trong quá trình sản xuất, góp phần chống gian lận trong kinh doanh xăng dầu và tăng lợi ích kinh tế cho Nhà nước

Các nghiên cứu thử nghiệm, ứng dụng xăng sinh học

E100 tương ứng cho hàm lượng của ethanol 20, 85, 100% theo thể tích [3], [59]

Các nghiên cứu và ứng dụng xăng sinh học trên thế giới

1.2.2.

Hiện nay, nhiên liệu sinh học được sử dụng phổ biến trên thế giới Các quốc gia như Mỹ, Canada, các nước Tây Âu … đều có kế hoạch sản xuất nhiên liệu thay thế ở quy mô lớn để đáp ứng nhu cầu sử dụng nhiên liệu sinh học ngày càng tăng một cách

ổn định Trên thế giới có khoảng hơn 50 quốc gia đang sử dụng phổ biến các loại xăng sinh học E5, E10, có nước đã sử dụng từ cách đây hơn 40 năm Họ đều thực hiện các chương trình bắt buộc sử dụng xăng sinh học nhằm giải quyết tình trạng khủng hoảng nhiên liệu, bảo đảm an ninh năng lượng, phát triển kinh tế và cải thiện chất lượng môi trường [2], [3]

- Brazil là nước đi đầu với chương trình quốc gia ủng hộ xăng pha cồn từ năm

1975, sử dụng cồn sản xuất từ mía để pha vào xăng với tỷ lệ lên đến 20%, thậm chí có thể lên đến 85% dùng trong ngành vận tải [50]

- Mỹ bắt đầu thử nghiệm sử dụng xăng pha cồn từ năm 1976 sau đợt khủng hoảng năng lượng năm 1973 [3] Từ thời điểm đó, năng lực sản xuất ethanol cấp nhiên liệu của Mỹ đã tăng lên hơn 12 tỷ gallon mỗi năm và khối lượng sản xuất tiếp tục tăng

Từ năm 1978, Mỹ đã công nhận lợi ích của cồn trong nhiên liệu và dùng biện pháp giảm thuế đối với xăng pha cồn nhằm khuyến khích phát triển thị trường nhiên liệu này [3], [59] Cho đến cuối những năm 1980, vai trò chính của ethanol trong thị trường nhiên liệu là một chất tăng cường RON và nó được xem như là một lựa chọn thay thế cho việc sử dụng chì trong xăng Với giá trị octane 112,5, ethanol tiếp tục là một trong những chất tăng cường chỉ số octane kinh tế nhất sẵn có cho các máy lọc dầu hoặc các đầu mối phối trộn Vào thời điểm đó, một số tiểu Bang bắt đầu sử dụng ethanol và các hợp chất chứa Oxy khác trong các chương trình NLSH bắt buộc để giảm phát thải khí thải carbon monoxit (CO), chẳng hạn như ethanol, mục đích thêm vào nhiên liệu để thúc đẩy quá trình đốt cháy hoàn chỉnh hơn do đó làm giảm lượng khí thải CO Khí thải hydrocarbon (HC) cũng thường giảm, nhưng ở mức độ thấp hơn [59] Năm 1990,

Mỹ đã đưa ra chương trình nhiên liệu sinh học, bắt đầu từ tháng 11 năm 1992, tất cả các khu vực không đạt được hàm lượng phát thải CO đều thực hiện các chương trình nhiên liệu sạch trong những tháng mùa đông nhất định Chương trình này đã thành công rực rỡ Tiếp theo Mỹ lại có thêm đạo luật cho chương trình RFG: Bắt đầu từ ngày

1 tháng 1 năm 1995, các khu vực không đạt được ozone khác được phép "chọn tham gia" chương trình này theo yêu cầu của chính phủ Các khu vực của một số tiểu bang

đã "chọn tham gia" cho chương trình này Mục đích của chương trình RFG là giảm phát thải ô tô của các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC), và Ôxít Nitơ (NOx) Chương trình cũng được thiết kế để giảm lượng khí thải độc hại (benzen, 1,3 butadien,

formaldehyde, acetaldehyd và chất hữu cơ đa vòng), gây ra nguy cơ ung thư cao Trong năm 2006, MTBE đã bị cấm ở 25 tiểu Bang do lo ngại về ô nhiễm nước ngầm

từ MTBE và chuyển sang sử dụng ethanol Trong khi đó ethanol đã được pha trộn từ mức 5,7 và 7,7 % thể tích, nó đã được pha trộn tăng lên ở mức 10 % thể tích để cải thiện khả năng chịu nước, đạt được tính chất pha trộn tốt nhất và tận dụng tối đa các khoản tín dụng thuế hiện có Nhu cầu sử dụng nhiên liệu này khoảng 4,0 tỷ gallon mỗi năm vào năm 2006 và leo thang đến 7,5 tỷ gallon hàng năm đến năm 2012 [59] Đến tháng 9/2018, tại Mỹ có khoảng 250 triệu phương tiện sử dụng xăng, trong số 170 ngàn trạm bán xăng có hơn 2000 trạm bán xăng E85 Mỹ cũng nước tiêu thụ Ethanol (để pha chế nhiên liệu sinh học) lớn nhất khoảng 60% tổng sản lượng của thế giới [33]

- Philippines đưa Luật nhiên liệu sinh học vào năm 2006 quy định bắt buộc dùng xăng sinh học E5 từ năm 2009 và E10 từ năm 2011 Miễn thuế cho phần nhiên liệu sinh học pha vào xăng, cũng như miễn thuế VAT cho nguyên liệu thô (mía, sắn…) khi dùng để sản xuất nhiên liệu sinh học Các công ty xăng dầu phải mua hết sản phẩm sản xuất trong nước trước khi tìm đến nguồn nhập khẩu Philippines là một trong những nhà nhập khẩu ethanol lớn nhất ở Châu Á [3]

- Các nước Châu Âu, Châu Mỹ xăng sinh học hoặc xăng pha cồn được sử dụng nhiều năm qua và hiện nay tỷ lệ cồn pha vào xăng bắt buộc tối thiểu là 10% [3]

- Thái Lan là một trong những nhà sản xuất ethanol lớn ở khu vực Đông Nam Á,

đã bắt đầu cung cấp xăng pha cồn cho các phương tiện vận tải vào năm 2005, đến nay chủ yếu tiêu thụ xăng sinh học E10, một phần E20 và E85 Ban đầu, Chính phủ nước này hỗ trợ xăng sinh học thông qua giá bán và lưu hành song song 2 loại xăng sinh học

và xăng truyền thống Tuy nhiên, kết quả thu được không cao nên đã thay đổi phương thức thực hiện chương trình nhiên liệu sinh học Hiện nay, Thái Lan chỉ tồn tại xăng sinh học có pha ethanol Người tiêu dùng bắt buộc phải lựa chọn giữa các loại xăng pha ethanol với các tỷ lệ khác nhau, do đó lượng tiêu thụ xăng sinh học tăng lên 93% [3]

- Tại Ấn Độ, từ 1/2003, 9 bang và 4 tiểu vùng đã sử dụng xăng sinh học E5 Sau

đó xăng sinh học sử dụng ở các bang còn lại, sau đó mở rộng ra cả nước [3]

Đơn vị: triệu gallons lỏng/năm

Hình 1.3 Tình hình sản xuất ethanol nhiên liệu hàng năm trên thế giới [40]

Theo thông tin mới nhất: về việc các nước trên thế giới đã và đang sử dụng nhiên liệu sinh học, ông Brian Healy, Giám đốc phát triển Thị trường ethanol (Hội đồng Hạt cốc Mỹ) dẫn chứng, Brazil đang thực hiện mục tiêu sẽ sử dụng 40 tỷ lít nhiên liệu này tính đến năm 2030 Bên cạnh đó, các nước như Mexico, Ireland,… cũng đang sử dụng xăng E10 Lượng giao dịch thương mại ethanol toàn cầu năm 2017 đạt 8,3 tỷ lít, trong

đó thị phần của Mỹ so với tổng lượng xuất khẩu của thế giới đạt tới 65% Do đó, phía

Mỹ luôn sẵn sàng hỗ trợ Việt Nam trong việc áp dụng chính sách mới của mình liên quan đến sử dụng nhiên liệu sinh học; “Hiện tại, ở Mỹ, 40% ngô (bắp – PV) được đưa vào sản xuất ethanol Việt Nam có lợi thế về sản xuất ngô, sắn, khoai mì… Cho nên,

có thể vận dụng thế mạnh này vào việc sản xuất và sử dụng ethanol Phía Mỹ luôn sẵn sàng hỗ trợ Việt Nam trong việc áp dụng chính sách mới của mình, đặc biệt là việc đẩy mạnh sử dụng xăng E5 trong năm 2020” [19], [33]

Các nghiên cứu và ứng dụng trong nước

1.2.3.

Bằng kinh nghiệm phát triển trên thế giới, tác động của việc ứng dụng NLSH đối với phát triển kinh tế xã hội không còn phải bàn cãi Trong khi các nguồn nhiên liệu hóa thạch như dầu mỏ, than đá đang dần cạn kiệt, NLSH là nhiên liệu thân thiện với môi trường, có khả năng phân hủy sinh học, góp phần giảm hiệu ứng nhà kính do độ phát thải khí thải ít hơn nhiều so với xăng truyền thống, đồng thời được sản xuất từ nguồn nguyên liệu tái tạo được, phát triển NLSH còn sẽ tạo ra nhiều việc làm trực tiếp

và gián tiếp, tạo ra thị trường tiêu thụ cho nông sản, góp phần giảm di dân về các đô thị [2]

Nhận thấy tầm quan trọng của việc phát triển nguồn NLSH, Tại Việt Nam Công

ty SaigonPetro, Công ty Mía đường Lam Sơn, Công ty rượu Bình Tây cũng đã sản xuất thử nghiệm xăng E5 cho xe ô tô, nhưng chưa đưa vào được thị trường Tháng 9/2008, Công ty cổ phần Hóa dầu và nhiên liệu sinh học dầu khí (PVB) cung cấp xăng E5, sản xuất từ ethanol sinh học, nhập khẩu từ Brazil cho 50 taxi ở Hà Nội, nhưng sau

đó bị đình chỉ vì Việt Nam chưa có tiêu chuẩn xăng sinh học Việc tổ chức trồng nguyên liệu không có sự tham gia chỉ đạo của các cơ quan quản lý nhà nước nên cũng chưa mang lại kết quả [32]

- Ngày 20/11/2007, Chính phủ Việt Nam đã phê duyệt "Ðề án phát triển NLSH đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025" với mục tiêu chủ yếu phát triển NLSH

để thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch truyền thống, góp phần bảo đảm an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường Trong đó đưa ra mục tiêu đến 2010, sản xuất 100.000 tấn xăng E5/năm và 50.000 tấn B5/năm, đảm bảo 0,4% nhu cầu nhiên liệu cả nước và đến năm 2025, sẽ có sản lượng hai loại sản phẩm này đủ đáp ứng 5% nhu cầu thị trường nội địa Đề án cũng đưa ra 6 giải pháp quan trọng nhằm phát triển năng lượng sinh học và kiến lập thị trường để đưa ngành này từng bước hội nhập với thế giới [32]

- Để thực hiện chiến lược này, từ năm 2011 đến năm 2015, PetroVietNam đã đưa

3 nhà máy ethanol sinh học ở Quảng Ngãi, Phú Thọ, Bình Phước (công suất mỗi Nhà máy là 100 triệu lít/năm) vào hoạt động, với tổng công suất 230.000 tấn/năm, từ sản phẩm này sẽ pha thành nhiên liệu E5-E10, đáp ứng khoảng 20% tổng nhu cầu tiêu thụ xăng sinh học cả nước Tuy nhiên, giá cồn trên thị trường trong nước đã tăng từ 5.000 đồng/lít, năm 2001 lên 13.000 đồng/lít, năm 2010, trở thành cao hơn giá bán trong khu vực Sở dĩ có tình trạng này vì quy mô sản xuất nhỏ, công nghệ lạc hậu, chưa sử dụng nhiều loại nguyên liệu khác rẻ hơn, chưa tận dụng các phụ phẩm để hạ giá thành sản phẩm [32]

- Từ đầu tháng 8/2010, khi Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (PVN) đưa sản phẩm xăng sinh học E5 vào thị trường đã nhận sự đồng tình của các cấp ban, ngành

và người dân Sự kiện này đánh dấu tính tiên phong của PVN trong việc thực hiện chủ trương phát triển nhiên liệu sinh học của Chính phủ [14]

- Tiếp theo đó, ngày 22/11/2012 Phó Thủ tướng Hoàng Trung Hải đã ký quyết định số 53/2012/QĐ-TTg về việc ban hành lộ trình áp dụng tỷ lệ phối trộn nhiên liệu sinh học với nhiên liệu truyền thống [18]

- Đối với xăng E5: Từ ngày 1/12/2014, xăng sinh học E5 đã được sử dụng cho phương tiện cơ giới đường bộ tại 7 địa phương gồm: Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng, Cần Thơ, Quảng Ngãi, Bà Rịa-Vũng Tàu và chính thức

sử dụng rộng rãi trên toàn quốc từ 1/12/2015

- Theo Kết luận của Phó Thủ tướng Trịnh Đình Dũng tại Thông báo kết luận số 255/TB-VPCP ngày 06 tháng 6 năm 2017 về thực hiện Đề án phát triển nhiên liệu sinh học và Lộ trình áp dụng tỷ lệ phối trộn nhiên liệu sinh học với nhiên liệu truyền thống: Kể từ ngày 01 tháng 01 năm 2018, chỉ cho phép sản xuất kinh doanh xăng E5 RON 92 và xăng khoáng RON 95 [21]

- Từ ngày 1/1/2018, xăng E5 RON92 (xăng sinh học được phối trộn từ 95% xăng khoáng RON92 và 4 - 5% ethanol công nghiệp) được đưa vào sử dụng cùng với xăng RON95 trên cả nước Chính điều này đã góp phần giúp thực hiện tốt cam kết của Chính phủ Việt Nam với quốc tế về giảm phát khí thải hiệu ứng nhà kính [59]

Tuy vậy, việc nghiên cứu, đưa vào sử dụng nhiên liệu xăng sinh học và các kết quả công bố còn khá hạn chế

Thị trường Việt Nam và định hướng sản xuất

để họ an tâm tin dùng loại “nhiên liệu mới” này Chúng ta đi sau các nước như Brazil, Hoa Kỳ, Canada, Đức, Thụy Điển, Trung Quốc, Ấn Độ rất xa, cũng tụt hậu so với các nước trong khu vực như Thái Lan, Indonesia, Philippines… mục tiêu đề ra lại rất khiêm tốn: Giai đoạn 2011 - 2015, Việt Nam sẽ sản xuất 150 nghìn tấn NLSH, đáp ứng 0,1% nhu cầu xăng dầu của thị trường trong nước và đến năm 2025 sẽ sản xuất 1,8 triệu tấn NLSH, đáp ứng khoảng 5% nhu cầu xăng dầu của cả nước [2]

Hiện nay lộ trình sử dụng xăng E5 đã chính thức áp dụng thực hiện và một số trạm phân phối xăng dầu đã tiến hành phối trộn xăng gốc với ethanol biến tính để sản xuất xăng E5 RON 92 xuất bán ra thị trường Các nguồn xăng gốc chính do các đơn vị đầu mối phân phối như Petrolimex, PVOIL, đều tập trung từ hai nguồn chính là Xăng từ Nhà máy lọc dầu Dung Quất và Xăng nhập khẩu và từ giữa năm 2018 có thêm nguồn xăng từ Nhà máy Lọc dầu Nghi Sơn

Một số doanh nghiệp đầu mối trong nước có tỉ trọng tiêu thụ xăng E5RON92 khá cao so với tổng lượng tiêu thụ trong nửa đầu năm 2018 như: Tổng công ty xăng dầu Quân đội đạt khoảng 62,53%, Tổng Công ty Dầu Việt Nam (PVOIL) khoảng 50,15%, Tập đoàn Xăng dầu Việt Nam đạt khoảng 47,70% và Công ty TNHH Hải Linh đạt khoảng 42,62% Mức tiêu thụ tăng trưởng trong nửa đầu năm 2018 sau khi triển khai kinh doanh đại trà E5RON92 trên toàn quốc đã cho thấy tín hiệu khả quan cũng như

lòng tin của người dân đối với xăng sinh học [33]

Theo thống kê tính từ ngày 1/1/2018, tình hình sử dụng xăng sinh học E5 RON92, khi không còn tồn tại xăng RON92 trên thị trường thì:

- Tính đến nửa đầu năm 2018, tiêu thụ khoảng 1,78 triệu m3, chiếm tỷ trọng khoảng 40,18% tổng lượng xăng tiêu thụ nội địa cả nước, xăng RON95 đạt khoảng 2,65 triệu m³, chiếm tỷ trọng khoảng 59,82% Như vậy, trong nửa đầu năm 2018, lượng xăng E5 RON92 tiêu thụ nội địa đã tăng khoảng 31,18% so với năm 2017 (năm 2017 xăng E5 RON92 chỉ tiêu thụ được khoảng 9% tổng lượng xăng các loại) [33]

- Sau hơn 1 năm, tiêu thụ khoảng 3,118 triệu m3, tương đương khoảng 42,00% lượng xăng tiêu thụ trên toàn quốc [34]

Tuy nhiên, đến quý I/2019, khoảng 740 nghìn m3, chiếm 38,00% lượng xăng tiêu thụ toàn quốc [34] Đang có xu hướng giảm, do đó cần có các hoạt động tuyên truyền

về lợi ích của xăng E5 để người dân yên tâm khi sử dụng loại nhiên liệu sinh học này Việt Nam cũng đang hướng đến mở rộng chính sách sử dụng nhiên liệu sinh học

từ xăng E5 đến xăng E10, tính đến năm 2020 [19]

Tình hình sản xuất ethanol trong nước

đã dừng thi công từ tháng 11/2011 sau khi khởi công vào tháng 6/2009, Nhà máy ethanol Bình Phước hoạt động vào tháng 4/2012 nhưng đã dừng sản xuất từ tháng 8/2012; Nhà máy ethanol Dung Quất hoạt động vào tháng 02/2012 và dừng sản xuất vào tháng 7 cùng năm,…Hiện chỉ có một doanh nghiệp là Công ty TNHH Tùng Lâm cung cấp ethanol trên thị trường với nguồn ethanol 200.000 m3/năm, được sản xuất từ

2 nhà máy: nhà máy ethanol Đại Tân và nhà máy ethanol đặt tại tỉnh Đồng Nai Đến cuối năm 2018, nhà máy ethanol Bình Phước và Dung Quất đã được khởi động trở lại Như vậy, năng lực sản xuất E100 của các nhà máy ethanol tại Việt Nam đã lên tới 400.000 m3/năm (gồm: 200.000 m3 từ Công ty TNHH Tùng Lâm; 100.000 m3 của nhà máy ethanol Bình Phước; 100.000 m3 của nhà máy ethanol Dung Quất) [5], [31]

Trong khi đó, cả nước tiêu thụ 593.000 m3

xăng E5 RON92 trong 2 tháng đầu năm 2018 Lượng E100 cần thiết để pha chế số xăng này là khoảng 29.650 m3 Nếu việc tiêu thụ xăng E5 RON92 trong cả năm 2018 tiếp tục diễn biến như 2 tháng đầu năm, lượng xăng E5 RON92 bán ra sẽ đạt mức 3.558.000 m3 Nhu cầu E100 để pha chế là khoảng 177.900 m3 Con số này chỉ bằng 44% mức công suất tối đa mà 4 nhà máy có thể cung cấp (400.000 m3/năm) Công suất một số Nhà máy đang sản xuất ethanol trong nước thể hiện ở hình sau [31]:

Hình 1.4 Công suất một số Nhà máy sản xuất ethanol tại Việt Nam

Tình hình sản xuất xăng khoáng trong nước

1.3.3.

Từng là nước phụ thuộc hoàn toàn vào xăng dầu nhập khẩu, Việt Nam đã dần dần đáp ứng nhu cầu xăng dầu nội địa nhờ các nhà máy lọc dầu đã, đang và sắp đi vào hoạt động như Dung Quất, Nghi Sơn [9]

Ở Việt Nam, nguồn xăng dầu sản xuất trong nước được cung cấp chủ yếu bởi Nhà máy Lọc dầu Dung Quất, Nhà máy Lọc hóa dầu Nghi Sơn và một số nhà máy chế biến Khí hóa lỏng nhỏ lẻ khác Tổng sản lượng cung cấp ra thị trường từ hai nhà máy này có thể đáp ứng khoảng 80 - 85% nhu cầu xăng dầu nội địa

Theo tính toán, với sự phát triển và tăng trưởng của nền kinh tế Việt Nam trong 5 năm tới, tổng nhu cầu tiêu thụ xăng dầu trong cả nước từ năm 2018 đến năm 2022 trung bình đạt khoảng 6,5 triệu tấn xăng và 8,5 triệu tấn dầu DO

Với nhu cầu tiêu thụ trên, Việt Nam hiện có Nhà máy lọc dầu (NMLD) Dung Quất đang hoạt động với công suất 6,5 triệu tấn dầu thô/năm Sản lượng Dung Quất đưa ra thị trường một năm khoảng 2,746 triệu tấn xăng và 3,068 triệu tấn dầu DO Sắp tới, NMLD Dung Quất tiến hành nâng cấp mở rộng nhà máy, nâng công suất chế biến lên 8,5 triệu tấn dầu thô/năm

Nguồn cung xăng dầu nội địa lớn thứ 2 là NMLD Nghi Sơn vận hành thương mại vào năm 2018 Với công suất thiết kế 10 triệu tấn dầu thô/năm, dự kiến NMLD Nghi Sơn cung cấp khoảng 2,3 triệu tấn xăng và gần 3,7 triệu tấn dầu DO Ngoài ra, các nhà

máy Condensate như PV Oil Phú Mỹ, Sài Gòn Petro, Nam Việt Oil, Đông Phương có công suất thiết kế khoảng 690.000 tấn xăng/năm

Như vậy, năm 2018, dự kiến tổng nguồn cung xăng dầu của 2 NMLD lớn nhất Việt Nam đạt khoảng 6 triệu tấn/năm và gần 7 triệu tấn dầu DO/năm Sản lượng này tương ứng khoảng 92% xăng và 82% dầu DO nhu cầu tiêu thụ nội địa Con số thiếu hụt trung bình 0,8 triệu tấn xăng và 1,8 triệu tấn dầu DO mỗi năm sẽ được nhập khẩu

từ các nước trong khu vực như Singapore, Malaysia, Thái Lan, Hàn Quốc và Trung Quốc [9], [10]

Với sự cạnh tranh mạnh mẽ trên thị trường như trên, Công ty cổ phần Lọc hóa dầu Bình Sơn (BSR) - đơn vị quản lý vận hành NMLD Dung Quất đã và đang xây dựng chiến lược kinh doanh nhằm tiết kiệm chi phí sản xuất, tăng lợi nhuận

Theo đó, BSR tập trung lập kế hoạch sản xuất theo khả năng vận hành thực tế của nhà máy và điều chỉnh linh hoạt theo thị trường, tối đa công suất các phân xưởng công nghệ Bên cạnh đó, BSR luôn chủ động mở rộng thị trường tiêu thụ, tăng thị phần trong nước cũng như xây dựng phương án xuất khẩu sản phẩm sang nhiều nước lân cận trong khu vực như Lào, Campuchia, Indonesia…[9]

Quy trình Công nghệ sản xuất xăng sinh học

1.4.

Công nghệ sản xuất và yêu cầu kỹ thuật đối với ethanol

1.4.1.

Công nghệ sản xuất ethanol [50], [57]

- Công nghệ sản xuất ethanol tổng hợp

- Theo các phương pháp hóa học khác nhau như:

 Công nghệ hydrat hóa khí Etylene:

CH2 = CH2 + H2O  C2H5OH

 Công nghệ cacbonyl hóa với methanol:

CH3OH + CO + 2 H2  C2H5OH + H2O

- Công nghệ sản xuất ethanol sinh học

Qua quá trình lên men các hydrocacbon trong tự nhiên từ 3 nguồn nguyên liệu như: nguyên liệu chứa đường (mía, củ cải đường, thốt nốt ); nguyên liệu chứa tinh bột (ngô, sắn, gạo, lúa mạch, lúa mì ) và nguyên liệu chứa cenllulose (mùn, gỗ…) nhằm sản xuất Bio-ethanol có nồng độ thấp và công đoạn chưng cất, sau đó làm khan để tăng nồng độ nhằm phối trộn xăng [51]

Tùy theo lợi thế vùng nguyên liệu, mỗi Quốc gia sẽ chọn nguồn nguyên liệu khác nhau Ở Việt Nam, nguồn nguyên liệu sản xuất chủ yếu từ mía, sắn, ngô, rỉ đường

Hình 1.5 Các nguồn nguyên liệu sản xuất ethanol [51]

Tại Công ty cổ phần Nhiên liệu sinh học Miền Trung đang sử dụng công nghệ sản xuất ethanol điển hình từ nguyên liệu là sắn khô dựa trên hoạt động của các enzyme và vi sinh vật có khả năng thủy phân tinh bột, chuyển hóa tinh bột thành đường và sau đó chuyển hóa đường thành Bio-ethanol, cuối cùng được tinh chế bằng cách chưng cất

1.4.1.1 Quy trình sản xuất ethanol

Theo mô tả Hình [38], sắn lát khô có kích thước 40 - 70 mm, được gọt vỏ 70%

và có hàm lượng tinh bột khoảng 70%, độ ẩm từ 12 - 14%, tạp chất dưới 3% được đưa trực tiếp qua hệ thống nghiền búa tạo thành bột có kích thước phù hợp Sắn bột sau nghiền được hòa nước để tạo dịch và chuẩn bị tách cát Phần dịch sau tách cát được đưa vào phân xưởng sản xuất Dịch tinh bột nhờ sự tác động của Enzyme Alpha-amylase để cắt mạch tinh bột thành dextrin có độ nhớt thấp Quá trình nấu dịch sau khi

hồ hóa nhằm chuyển hóa triệt để tinh bột và khử trùng dịch cháo ở nhiệt độ 110oC Dịch cháo tiếp tục được Enzyme gluco amylase chuyển hóa dextrin sang dạng đường đơn, đường lên men được Quá trình đường hóa và lên men diễn ra đồng thời, chuyển đường đơn thành Bio-ethanol, khí CO2.Thời gian lên men từ 48 - 52 giờ, hiệu suất lên men 94%; sau khi lên men, dịch bia có nồng độ Bio-ethanol khoảng 10 – 14 %v/v được chuyển đến công đoạn chưng cất Glucose (một loại đường đơn giản) được tạo ra trong cây bằng quang hợp

Trong quá trình lên men ethanol, glucose bị phân hủy thành ethanol và carbon dioxide: C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO 2 + nhiệt

Quá trình lên men là sự phân hủy chậm của vi sinh vật của các phân tử hữu cơ lớn (như tinh bột) thành các phân tử nhỏ hơn như ethanol

Hình 1.6 Sơ đồ Công nghệ sản xuất ethanol từ sắn lát [38]

Hệ thống chưng cất bao gồm 01 hoặc 02 tháp chưng cất thô hoạt động ở áp suất chân không hoặc ở áp suất khí quyển nhằm tách cồn ra khỏi dịch bia thu được cồn có nồng độ từ 40-70%, hèm thải được tách ra ở đáy các tháp chưng cất thô sẽ được đưa đi tách bã Cồn thô 40-70% thể tích sẽ tiếp tục tinh luyện tại một tháp cất tinh, nâng nồng

độ Bio-ethanol lên 95-96% thể tích

Để sử dụng làm nhiên liệu, Bio-ethanol tiếp tục được đưa qua công đoạn tách nước bằng rây phân từ (Zeolit 3A) để đạt nồng độ tối thiểu 99,8 % thể tích Sau đó ethanol khan sẽ qua tháp tách axit và được đưa đi tồn chứa tại bể để kiểm tra chất lượng trước khi xuất bán

Sản phẩm ethanol khan có nồng độ tối thiểu 99,8% thể tích sau khi sản xuất sẽ được kiểm tra chất lượng tại các bể kiểm tra chất lượng sản phẩm Nếu sản phẩm không đạt chất lượng, sẽ được chuyển sang bể chứa sản phẩm không đạt chất lượng để tiến hành xử lý lại

1.4.1.2 Yêu cầu Kỹ thuật đối với ethanol [15], [29], [30]

Ethanol dùng để pha trộn xăng khoáng sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ đánh lửa cưỡng bức phải là ethanol nhiên liệu đáp ứng yêu cầu kỹ thuật quy định trong TCVN 7716 đối với ethanol nhiên liệu biến tính hoặc TCVN 10625 đối với ethanol nhiên liệu không biến tính, một vài chỉ tiêu chính được quy định như sau:

- Hàm lượng ethanol, % thể tích: ≥ 99,0 (không biến tính) và ≥ 92,1 (biến tính);

- Hàm lượng Methanol, % thể tích: ≤ 0,5;

- Hàm lượng nước, % thể tích: ≤ 1,0;

- Độ axit tổng (quy ra axit axetic), mg/L, ≤ 56;

- Hàm lượng clorua vô cơ, mg/L: ≤ 8;

- Khối lượng riêng, tại 15,56oC (60oF), kg/m3: Báo cáo

Theo TCVN 7716 đối với ethanol nhiên liệu biến tính thì hàm lượng chất biến tính (Higher saturated C3-C5 mono-alcohols), %: ≤ 2,0 Các yêu cầu khác sẽ tuân theo TCVN, QCVN 1:2015/BKHCN ở Phụ lục 1

Công nghệ sản xuất và yêu cầu kỹ thuật đối với xăng khoáng

1.4.2.

1.4.2.1 Công nghệ sản xuất xăng khoáng RON92/95 [52]

- Giai đoạn chưng cất

Theo sơ đồ công nghệ sản xuất hình 1.7 [52], dầu thô được đưa vào phân xưởng chưng cất CDU từ khu bể chứa Sau đó được tiền gia nhiệt và tách muối trước khi đưa vào lò đốt rồi nạp liệu vào tháp phân tách chính của CDU

Hình 1.7 Sơ đồ Công nghệ sản xuất xăng khoáng RON92/95 [52]

Tại đây, dầu thô được phân chia thành một số phân đoạn ở đỉnh, đáy tháp chưng cất chính và các cột tách cạnh sườn Sản phẩm ở đỉnh tháp chính được đưa sang tháp

ổn định để tách ra Full Range Naphtha (FRN)

Toàn bộ phân đoạn naphtha chung được đưa đến phân xưởng xử lý Naptha bằng hydro (NHT) Tại đây, naphtha sau khi xử lý đạt các yêu cầu về chất lượng sẽ được

tách ra thành hai dòng:

Dòng Naphtha nhẹ được đưa đến phân xưởng đồng phân hóa để sản xuất

isomerat có trị số octane cao hơn dùng pha chế xăng khoáng

Dòng Naphtha nặng được đưa đến phân xưởng reforming xúc tác liên tục để sản

xuất reformate có trị số octane cao dùng để pha chế khoáng

Dòng cặn chưng cất được đưa đến phân xưởng RFCC Qua các quá trình chế

biến trong phân xưởng cracking (cracking, hấp thụ amin), cặn được chuyển hóa thành:

Dòng hỗn hợp C3/C4 sau khi tách H2S bằng hấp thụ amin, được đưa đến phân

xưởng xử lý LPG để giảm hàm lượng Mercaptan, carbonyl sulfit, hydrosulfit , qua

tháp tách C3/C4 và dùng một phần C4 để phối trộn xăng

Dòng Naphtha được đưa đến phân xưởng xử lý Naphtha tạo sản phẩm Naphtha

ngọt (hàm lượng Mercaptan và lưu huỳnh thấp) để pha trộn xăng

- Giai đoạn phối trộn tạo xăng không chì RON 92/95

Xăng RON 90/92/95 thành phẩm được pha trộn trực tiếp tại phân xưởng U054 từ

các dòng cấu tử sau:

- Hỗn hợp C4 từ TK – 5105;

- Isomerate từ TK – 5106 A/B;

- Reformate từ TK – 5107;

- RFCC Naphtha đã được xử lý từ TK – 5108 A/B;

- Full range naphtha từ TK – 5112

Sản phẩm phối trộn đưa vào bể kiểm tra (check tank) Sau khi pha trộn đạt yêu

cầu, thành phẩm xăng RON 90/92/95 được đưa ra khu bể chứa sản phẩm

TK-5203A/B/C (RON 90/92) và TK-5201A/B/C (RON95) để chờ xuất hàng

- Các tuyến xuất sản phẩm

Theo thiết kế, sản phẩm xăng RON 90/92/95 có thể được xuất bán bằng 3 cách:

 Xuất bán ra xe bồn bằng Trạm xuất đường bộ (U053);

 Xuất bán ra tàu biển bằng Cảng xuất sản phẩm (U081);

 Xuất bằng đường ống sang kho Pvoil Dung Quất

1.4.2.2 Yêu cầu kỹ thuật và chỉ tiêu chất lượng đối với xăng khoáng truyền

thống

Các chỉ tiêu chất lượng và Phương pháp thử tương ứng của xăng không chì

(nhiên liệu cho động cơ đánh lửa) tương ứng Euro 2, Euro3 được quy định theo tiêu

chuẩn Quốc gia TCVN 6776:2013, một số chỉ tiêu cụ thể như sau [15], [26]:

Bảng 1.1 Một số chỉ tiêu chất lượng của xăng khoáng RON92-II, III và RON95-II -III

1.4.2.3 Các phương pháp phối trộn xăng sinh học [16]

Quy chuẩn QCVN 09: 2012/BCT đã quy định về các phương pháp phối trộn xăng sinh học, tại mục 2.3 của Quy chuẩn Theo đó, căn cứ cơ sở hạ tầng của kho xăng dầu, tổ chức, cá nhân áp dụng một hoặc kết hợp các phương pháp phối trộn sau đây để đảm bảo chất lượng sản phẩm xăng sinh học phối trộn:

- Phương pháp bơm trộn tuần hoàn kín trong bồn (in-tank: bơm hút đáy xả đỉnh trong bồn);

- Phương pháp phối trộn nội dòng bằng đoạn ống lòng xoắn (static mixer);

- Phương pháp phối trộn tại trạm xuất xe bồn (in-line)

Trong các Phương pháp phối trộn, cách phối trộn xăng sinh học E5, E10 theo Phương pháp in-line để cấp trực tiếp cho xe bồn có rất nhiều ưu điểm so với phương pháp khác như: Chi phí đầu tư thấp, công tác đảm bảo chất lượng cao, kiểm soát chất lượng dễ dàng, linh động xuất bán sản phẩm xăng không chì, xăng sinh học E5/E10, tồn kho thấp, chi phí vận hành và bảo dưỡng thấp,…

Do vậy, hiện nay hầu hết trạm phối trộn nhiên liệu sinh học trên thế giới đều áp dụng Phương pháp phối trộn in-line này

1.4.2.4 Phương pháp in-line: Hiện tại đang thực hiện tại kho PVOIL- DUNG QUẤT

Công đoạn phối trộn E5RON92 được mô tả trong sơ đồ dòng dưới đây [6]:

Hình 1.8 Sơ đồ dòng phối trộn xăng sinh học theo phương pháp in-line

Xăng E5 thành phẩm (với tỷ lệ 4 - 5% ethanol) được pha trộn trực tiếp tại trạm xuất xe bồn (in-line) từ các dòng sau:

- Xăng khoáng;

- Ethanol nhiên liệu biến tính

Tỷ lệ phối trộn được kiểm soát bằng bộ điều khiển hệ thống phối trộn in-line Bộ điều khiển này điều khiển các đồng hồ và các van, qua đó điều tiết lưu lượng của từng cấu tử RON 92/95 và ethanol để đảm bảo tỷ lệ phối trộn tương ứng cho từng loại sản phẩm xăng sinh học

Quá trình xuất bán xăng sinh học

Ngày 15/3/2015, BSR đã xuất bán lô 560 m3 xăng E5 bằng đường biển cho PVOil giao về kho Đình Vũ, Hải Phòng Lô hàng đã được theo dõi chặt chẽ về tình trạng hao hụt và chất lượng Lô hàng đã được PVOil xuất bán xong và không nhận phản ánh nào từ phía khách hàng về mặt chất lượng

Do nhu cầu xăng E5 xuất đường thủy chưa lớn nên BSR không thể đầu tư công nghệ xuất riêng cho E5 mà xuất chung với công nghệ xăng khoáng, sau khi xuất xăng sinh học thì phải dùng xăng khoáng đuổi đường ống nên xăng E5 không đạt yêu cầu

kỹ thuật về hàm lượng ethanol (4 - 5 % thể tích) theo TCVN 8063-2015 và thông tư số 30/2014/TT-BKHCN Đây là đặc thù về công nghệ hiện hữu của BSR nên BSR chưa xem xét đến việc xuất xăng E5 bằng đường thủy

1.4.3.1 Công tác Kiểm soát chất lượng xăng sinh học trong phối trộn và xuất bán

Đối với công tác đảm bảo và kiểm soát chất lượng xăng pha ethanol theo Phương

pháp phối trộn in-line tại các nước trên thế giới chỉ cần kiểm soát chất lượng của nguyên liệu dùng để pha chế, thể tích ethanol pha trộn

Cụ thể, tại Thái Lan đã thực hiện kiểm soát chất lượng của xăng pha ethanol xuất bán ra thị trường với những bước như sau:

- Chứng thư chất lượng xăng khoáng dùng để pha chế;

- Chứng thư chất lượng ethanol biến tính dùng để pha;

- Đồng hồ lưu lượng của ethanol và của xăng pha ethanol đã được kiểm định;

- Lấy mẫu chỉ 01 xe bồn đầu tiên trong ngày để kiểm tra bằng cách thử nghiệm nhanh hàm lượng ethanol trong xăng pha ethanol

Công tác kiểm soát chất lượng sản phẩm xăng pha E5 như trên hoàn toàn tuân thủ theo hướng dẫn của Hiệp hội Thương mại Quốc gia Công nghiệp Nhiên liệu ethanol Mỹ [59]

Do đó, BSR trình Tổng cục Đo lường Chất lượng xem xét và đã chấp thuận phương thức hợp quy và kiểm soát chất lượng xăng pha ethanol E5/E10

1.4.3.2 Yêu cầu kỹ thuật và chỉ tiêu chất lượng đối với xăng sinh học

Các chỉ tiêu chất lượng và phương pháp thử tương ứng của xăng E5/E10 RON92-II,III và RON95 III về cơ bản các yêu cầu kỹ thuật sẽ giống của xăng khoáng tương ứng Euro 2, Euro 3 được quy định theo TCVN 6776:2013 [15], [27], [28] Tuy nhiên, sẽ có một số chỉ tiêu thay đổi khi pha ethanol vào xăng khoáng nên sẽ tuân theo quy định TCVN 8063:2015, TCVN 8401:2015 và QCVN 1:2015/BKHCN, một số chỉ tiêu quy định như bảng 1.2:

Bảng 1.2 Một số chỉ tiêu chất lượng của Xăng E5 RON92-II, III, RON 95-II, III và

E10 RON92-II, III và RON95-II, III theo TCVN 8063:2015

Mức II, III

E10 RON 92/95 Mức II, III

1 Trị số Octane (RON (1)): ≥ 92/95 ≥ 92/95

3 Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg ≤ 500 (mức II)

≤ 150 (mức III)

≤ 500 (mức II) ≤ 150 (mức III)

4 Áp suất hơi (RVP) @ 37,8oC, kPa 43 ÷ 80 43 ÷ 80

Đối với xăng E10 RON92/95 có thêm quy định về chỉ tiêu Hàm lượng nước là là:

Bảng 1.3 Chỉ tiêu chất lượng của xăng E5/10 RON92-IV và E5/10 RON95-IV

2 Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg 50 ASTM D5453/ASTM D4294

3 Hàm lượng benzen, % thể tích 1,0 ASTM D5580/ASTM D6839

4 Hàm lượng olefin, % thể tích 18 ASTM D6296/ASTM D1319

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT Phần mềm tính toán, tối ưu hóa LP và ứng dụng Nhà máy Lọc dầu

sử dụng đa dạng hóa các nguồn thay thể như: vật tư, nguyên liệu, các yếu tố đầu vào

để cấu thành nên sản phẩm đầu ra Phần mềm này có thể sử dụng cho các hoạt động sản xuất như Nhà máy Lọc dầu, Hóa dầu, lĩnh vực hàng không, tính toán tối ưu lợi nhuận trong bán hàng,

Hiện nay nhiều nhà cung cấp với các mềm LP thông dụng như: Honeywell Spec Solutions (RPMS-Refinery & Petrochemical Modeling System); Aspentech PIMS-Process Industry Modeling System); Haverly (GRMPTS), [12] Tùy cấu hình, mục tiêu đặt ra, mỗi Nhà máy sẽ lựa chọn phần mềm khác nhau và phải xây dựng một LP-Model riêng, đặc trưng, phù hợp với đầu vào và kết quả mong muốn của Nhà máy

Hi-đó

Hình 2.1 Các yếu tố đầu vào và kết quả đầu ra để xây dựng mô hình LP [46]

Phần mềm LP sử dụng trong NMLD đều có các yếu tố đầu vào và kết quả đầu ra theo thể hiện ở hình 2.1 ở trên, thông thường gồm 3 phần [49]:

- Phần 1: Dữ liệu đầu vào

Thường được xây dựng dưới dạng file excel theo “ngôn ngữ” riêng Mô phỏng cấu hình Nhà máy, nguyên liệu, chế độ vận hành các phân xưởng, tiêu thụ năng lượng phụ trợ, phối trộn sản phẩm của Nhà máy, thông tin về giá, khả năng xuất bán hàng,

Chạy Solver để giải ma trận, xuất kết quả cho người dùng

Mô hình phần mềm LP của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất

2.1.2.

Hiện nay, Nhà máy Lọc dầu Dung Quất đang áp dụng phần mềm LP (PrincepsLP: được phát triển bởi Princeps – Pháp), sử dụng thuật toán theo mô hình toán học (tương tự như các Nhà máy Lọc dầu) [46], [53] nhằm mục đích:

- Lập kế hoạch sản xuất: Hoạch định kế hoạch dài hạn (chiến lược mua dầu thô nguyên liệu, ); kế hoạch năm (ước tính ngân sách, mua nguyên liệu, tăng/giảm