Tổng quan về xăng nhiên liệu

Mục lục trang Phần I: Lời mở đầu:................................................................................. PhầnII: Tổng quan................................................................................... Nguyên lý làm việc của động cơ xăng................................. Thành phần hoá học của xăng.............................................. Chỉ tiêu chất lượng của xăng nhiên liệu............................... III.1. Yêu cầu chung.........................................

doc95 trang | Chia sẻ: huyen82 | Lượt xem: 2525 | Lượt tải: 5download
Tóm tắt tài liệu Tổng quan về xăng nhiên liệu, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
............................ III.2. Các chỉ tiêu chất lượng của xăng........................................ III.2.2.1 Tính bay hơi của xăng................................................... III.2.2.2 Xác định chỉ tiêu chống kích nổ.................................... III.2.3. Trị số octane..................................................................... III.2.4. Thành phần chưng cất phân đoạn..................................... 2.5. Độ axit.............................................................................. 2.6. Hàm lượng oxy hoá ......................................................... 2.7. Độ ổn định oxy hoá ......................................................... 2.8. Hàm lượng lưu huỳnh tổng .............................................. 2.9. Nhiệt độ đông đặc............................................................ 2.10. Hàm lượng Bezen........................................................... 2.11. ăn mòn lá đồng ............................................................ 2.12. Hàm lượng phốt pho...................................................... 2.13. Khối lượng riêng (tỷ trọng ở 150C)............................... 2.14. Tính ổn định hoá học ................................................... 2.15. Hàm lượng nước và tạp chất cơ học ............................. 2.16. Hàm lượng các chất thơm............................................. 2.17. Màu săc của sản phẩm dầu........................................... IV. Các loại xăng......................................................................... IV.1. Xăng chưng cất trực tiếp.............................................. IV.2. Xăng cracking nhiệt .................................................... 2.1. Khái niệm................................................................. 2.2. Thành phần của crac king nhiệt .............................. 2.3. Sản phẩm của quá trình cracking nhiệt.................... IV.3. Xăng crac king xúc tác................................................ 3.1. Mục đích của quá trình crac king xúc tác ............... 3.2. Nguyên liệu dùng cho quá trình crac king xúc tác.. 3.3. Các sản phẩm của quá trình cracking xúc tác.......... 3.3.1. Sản phẩm khí cracking xúc tác............................. 3.3.2. Xăng cracking xúc tác .......................................... 3.3.3. Sản phẩm gasoil nhẹ.............................................. 3.3.4. Sản phẩm gasoil nặng................................................ 3.3.5. Xúc tác cho quá trình cracking ................................. IV.4. Xăng Reforming xúc tác.................................................... 4.1. Cơ sở hoá học của quá trình 4.2. Nguyên liệu và sản phẩm của quá trình Reforming xúc tác... 4.3. Xúc tác Reforming........................................................ 4.4. Tiến bộ về qúa trình xúc tác Reforming........................ IV.5. Quá trình Alkyl hoá............................................................ 5.1 Cơ sở quá lý của quá trình .............................................. 5.2. Nguyên liệu và sản phẩm quá trình ............................... V. Các phụ gia cho xăng nhiên liệu............................................ V.1. Phụ gia chì........................................................................ V.2. Phụ gia chống oxy hoá..................................................... V.3. Phụ gia khử hoạt tính kim loại......................................... V.4. Phu gia chống ăn mòn...................................................... V.5. Phụ gia chống đóng băng................................................. 5.1. Các chất hoạt động bề mặt............................................ 5.2. Các chất làm giảm nhiệt độ đông đặc........................... V.6. Phụ gia tẩy rửa................................................................. V.7. Phụ gia chốn kết tủa buồng đốt........................................ V.8. Phụ gia khử nước ............................................................. V.9. Phụ gia trợ giúp tia lửa điện............................................. V.10. Phụ gia chống tĩnh điện................................................. V.11. Sự khác nhau cơ bản giữa xăng chì và xăng không chì. VI. Các hợp chất chứa oxy có trị số octane cao ......................... VI.1 Methanol............................................................................ VI.2. Ethanol............................................................................... VI.3. Tertiary-butyl alcohol(TBA) VI.4. Methyl tertiatry-Buty êthr(MTBE) VII. Một số sơ đồ công nghệ đồng phân hoá.................................. Phần III. Kết luận............................................................................ Tài liệu tham khảo.......................................................................... Phần I: lời mở đầu: Trong thời đại hoà nhập và phát triển nền kinh tế của đất nước, hoà chung với nhịp cầu phát triển của thế giới. Đất nước Việt Nam đang không ngừng đổi mới và vươn lên trên con đường công nghiệp hoá, hiện đại hoá. Đảng và nhà nước ta đang coi trọng rất nhiều về xăng dầu cũng như là dầu mỏ, nó góp phần thúc đẩy sự phát triển kinh tế nước nhà. Hiện nay xăng dầu là một loại hàng hoá hết sức quan trọng và không thể thiếu được trong tất cả các quốc gia, đã và đang trên con đường phát triển sự phồn vinh của đất nước. Như vậy có thể khẳng định rằng trong những thập kỷ gần đây, xăng dầu đã là nguồn nhiên liệu vô giá và đặc biệt quan trọng mà ta cần phải chú trọng và đầu tư. Vì chính xăng dầu là nghành kinh tế mũi nhọn, khẳng định sự phồn vinh và đi lên của mỗi quốc gia. Đối với mỗi quốc gia, tuy khác nhau về điều kiện khí hậu, trang thiết bị, nhưng nhu cầu sử dụng nhiên liệu lỏng ngày càng tăng. Song nhìn chung xu hướng sử dụng xăng không chì, xăng sạch trên mỗi quốc gia ngày càng tăng. Đặc biệt là các quốc gia điển hình như. ở mỹ hiện sử dụng xăng không chì đã lớn hơn 40%á50% khối lượng nhiên liệu, ở Đức, ý, Pháp,Nhật... khối lượng dầu Diezen dự báo tới năm 2005 là 48%, nhiên liệu phản lực hàng năm trên thế giớ sản xuất 90á100 triệu tấn nhiên liệu cho nghành hàng không. Trước những năm 1990 xăng động cơ chiếm ưu thế. Nhưng gần đây xu hướng sử dụng dầu do có chiều hướng gia tăng. Tuy nhiên xăng vẫn giữ vị trí quan trọng vì là nhiên liệu cho những loại động cơ hiện đại có tỷ số nén cao và tốc độ lớn. Xu thế chuyển xăng thông dụng sang xăng sạch không chì, Việt Nam đã sử dụng hết xăng không chì vì trong xăng hàm lượng khí CO2 trong khí thải giảm, hàm lượng begen trong xăng không chì xuống còn < 1% thể tích, xăng không chì có hàm lượng chì nhất định nhưng không được vượt quá 0,013g/lit, ngoài ra việc cho thêm một số phụ gia không chì như Metanol, MTBE (Metyl tert-butyl ete).... ta còn phải sử dụng một số công nghệ sản xuất có trị số Octan cao như quá trình Ankyl hoá, đồng phân hoá. Vì vậy việc nâng cao trị số Octan của xăng là vô cùng quan trọng bởi nó ảnh hưởng trực tiếp tới thiết bị, máy móc sử dụng, năng suất lao động xã hội và tuổi thọ của thiết bị kỹ thuật cũng như vấn đề ô nhiễm môi trường và quan trọng hơn là sức khoẻ con người. Phần II: tổng quan I/ Nguyên lý làm việc của động cơ xăng. Nhiên liệu dùng cho động cơ xăng của ô tô, xe máy,...... là một nhiên liệu rất cần thiết trong cuộc sống hàng ngày và là một trong những sản phẩm quan trọng của công nghiệp chế biến dầu mỏ. Để sử dụng xăng làm nhiên liệu một cách có hiệu quả nhất, phải nắm vững nguyên lý làm việc của động cơ xăng: Động cơ xăng là một kiểu động cơ đốt trong, nhằm thực hiện sự chuyển hoá năng lượng hoá học của nhiên liệu khi cháy thành năng lượng cơ học dưới dạng chuyển động quay. Xăng dùng cho động cơ xăng không phải đơn thuần chỉ là sản phẩm của một quá trình chưng cất từ một phân đoạn nào đó của dầu mỏ, hay một quá trình chưng cất đặc biệt khác. Nó là một sản phẩm hỗn hợp được lựa chọn cẩn thận từ một số thành phần, kết hợp với một số phụ gia nhằm đảm bảo các yêu cầu hoạt động của động cơ trong những điều kiện vận hành thực tế va cả trong các điều kện tồn chứa, dự trữ khác nhau..... Yêu cầu đầu tiên của xăng là nó phải cháy một cách đều, không gây nổ trong điều kiện buồng đốt của động cơ được mồi bằng tia lửa điện, sao cho năng lượng tối đa được giả phóng. Động cơ xăng bao gồm động cơ 4 kỳ và động cơ 2 kỳ, trong đó thì động cơ 4 kỳ là phổ biến hơn cả. Ta nêu chu trình làm việc của động cơ 4 kỳ như sau: Động cơ 4 kỳ là loại động cơ đốt trong có sử dụng bộ chế hoà khí (Carbuarator), chu trình kín 4 kỳ như sau. Xăng từ thùng nhiên liệu của phương tiện được bơm chuyển đến bộ chế hoà khí(Carbuarator), tại đây nó được hoá mù và phối trộn với không khí để tạo thành hỗn hợp cháy. Hỗn hợp nhiên liệu và không khí sau đó được đưa vào xylanh động cơ thông qua ống góp đầu vào và van hút. -Chu kỳ 1: Chu kỳ hút. Piston đi từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới, Supap mở(van hút mở) ra để hút hỗn hợp công tác vào xylanh(hỗn hợp công tác là hỗn hợp nhiên liệu và không khí đã được điều chế trước ở bộ chế hoà khí). Lúc này van thải đóng. -Chu kỳ 2: Chu kỳ nén. Piston đi từ điểm chết dưới lên điểm chết trên, nén hỗn hợp công tác. Khi bị nén áp suất tăng dẫn đến nhiệt độ tăng, chuẩn bị cho quá trình cháy tiếp theo. -Chu kỳ 3: Chu kỳ cháy. Khi buzi đánh điện điểm lửa, sẽ đốt cháy hỗn hợp xăng và không khí. Khi cháy, nhiệt năng biến thành cơ năng đẩy piston xuống điểm chết dưới, đồng thời truyền chuyển động qua thành chuyền làm chạy máy. - Chu kỳ 4: Chu kỳ xả. Lúc piston bị đẩy xuống điểm chết dưới, và do quá trình của bánh đà piston tiếp tục đi lên, supap mở ra để khí cháy sẽ thoát ra ngoài, supap thải sẽ đóng lại. Khi piston bắt đầu đi xuống thì Supap hút lại mở ra và bắt đầu cho một chu trình mới...... Hiện nay động cơ 4 kỳ đã trở thành loại động cơ hoạt động quan trọng nhất và đang được áp dụng rộng rãi cho nhiều loại động cơ ôtô, xe máy khác nhau. Đa số các ô tô hành khách có 4 hoặc 6 xi lanh mặc dù loại 8 va 12 xi lanh cũng được thiết kế cho các phương tiện có tính năng cao II. Thành phần hoá học của xăng : phân đoạn xăng có nhiệt độ sôi từ 30á35oC tới nhiệt độ 180oC , được tinh cất tiếp để nhận các phân đoạn hẹp như 30á60oC, 62á85oC , 85á105oC ; 105á140oC hay phân đoạn rộng 85á140oC dùng làm nguyên liệu cho quá trình izomer hoá, reforming xúc tác với mục đích nhận xăng hay nhận hydrocacbon thơm loại benzen (B), toluen(T), xylen(x),hoặc làm nguyên liệu cho cracking nhằm sản xuất các olefin thấp như êtylen, propylen, butylen và butadien. Ngoài ra phân đoạn xăng còn được dùng làm dung môi như dung môi parafinic (etapetrol) cho công nghiệp trích ly tinh dầu, pha chế mỹ phẩm . Thành phần pha chế của xăng Các tính chất đặc trưng của xăng Phần cất oc Tosôi 50%, oC Octane Ron Ron (+1,5chì) Octane mon Mon (+1,5chì) RPV bar Tỷ trọng Kg/m3 Bbutane(n-parafine) 0 94 96 90 93 4,5 580 Phần nhẹ -xăng cracking (olefin) 40/110 83 93 96 80 83 0,7 690 Phần nặng- xăng cracking 110/210 155 91 94 79 82 0,1 800 Isomerate(iso-parafin) 40-70 60 80-90 83-93 80-90 83-93 0,7 690 Naphtha cất trực tiếp 25-90 66 68 71 58 61 0,8 680 Bảng các thành phần hoá học của xăng: Xăng thương phẩm thường được lấy từ nhiều quá trình lọc hoá dầu khác nhau như chưng cất, isomer hoá, alkyl hoá, polymer hoá, cracking, reforming Với khoảng nhiệt độ sôi dươí 180oC,phân đoạn xăng bao gồm các hydrocacbon từ C5 áC10 . Cả ba loại hydrocacbon parafinic,naphtenic,aromatic đều có mặt trong phân đoạn. Tuy nhiên thành phần, số lượng các hydrocacbon rất khác nhau,phụ thuộc vào nguồn gốc dầu thô ban đầu. Chẳng hạn, từ hồ dầu parafinic sẽ thu được xăng chứa parafin, còn từ dầu naphtenic sẽ thu được xăng có nhiều các cấu tử vòng no hơn. Các hydro cabon thơm thường có rất ít trong xăng. Ngoài hydro cacbon, trong phân đoạn xăng còn có các hợp chất lưu huỳnh, Nitơ và oxy. Các chất chứa lưu huỳnh thường ở dạng hợp chất không bền như Mercaptan (RSH). Các chất chứa oxy rất ít, thường ở dạng phenol và đồng đẳng.Các chất chứa nitơ chủ yếu ở dạng pyridin. Các chất nhựa và asphanten đều chưa có. III/ Chỉ tiêu chất lượng của xăng nhiên liệu: III.1> yêu cầu chung: Những yêu cầu về chất lượng đối với xăng thương phẩm phải xuất phát từ quan điểm của động cơ, theo khía cạnh thiết kế và khía cạnh người sử dụng. -Xăng phải có tính bay hơi tốt. bay hơi phản ánh qua chỉ tiêu chất lượng của xăng. + thành phần phân đoạn + áp suất hơi bão hoà. Động cơ xăng hỗn hợp cháy được tạo ra trong nhiệt độ thấp, trong quá trình cháy xảy ra ở pha hơi - Quá trình bắt lửa và cháy tốt: +Bắt lửa: tính khởi động của động cơ + Cháy tốt: Cháy không kích nổ, từ đây ta có trị số octane cao Xăng có tính ổn định cao: Cất giữ và bảo quản lâu dài, xăng không được biến chất ổn định về mặt hoá học và vật lý. Khả năng tạo cặn thấp: Trong động cơ xăng thì việc tạo cặn rắn trong động cơ và tạo trạng thái mềm trong quá trình vận chuyển. - ít gấy ăn mòn: Có 2 yếu tố gây ăn mòn sau + Axit hữu cơ + Hàm lượng lưu huỳnh - An toàn về môi trường: Là một chỉ tiêu rất là quan trọng của xăng. + Sản phẩm cháy và sự hao hụt của xăng ra môi trường. + Khống chế các hàm lượng Benzen có mặt ở trong xăng. + Khống chế các hàm lượng hợp chất lưu huỳnh tổng ở trong xăng. + Không tạo nút hơi trong hệ thống nhiên liệu của phương tiện. + Không sử dụng xăng chì. Ngoài ra còn những yêu cầu thứ yếu khác đối với xăng có thể kể tới đây là mùi, mầu. III.2> Các chỉ tiêu chất lượng của xăng: III.2.1> Tính bay hơi của xăng: Yêu cầu của xăng là nhiên liệu phải đủ khả năng hoá hơi để dễ khởi động, nhanh chóng sưởi ấm động cơ và phải có độ bay hơi thích hợp để phân bố đều giữa các xylanh. Do đó mà nhiên liệu phải được chuyển sang pha hơi với không khí, nếu nhiên liệu không chuyển hoàn toàn sang trạng thái hơi thì khi cháy sẽ tạo ra muội, tạo tro. Từ đây ta có thể nói tính bay hơi liên quan đến khởi động của động cơ. Động cơ muốn khởi động được thì phải phụ thuộc vào thành phần của xăng. Nếu xăng bay hơi quá dễ sẽ hoá hơi ngay trên đường ống dẫn, gây ra hiện tượng tạo nút hơi(nghẽn khí) làm cho xăng phun lên có lẫn bọt khí, không đảm bảo đủ hơi xăng cung cấp cho động cơ nên hoạt động không ổn định, có thể bị cháy máy hoặc làm hỏng động cơ. Nhưng ngược lại nếu bay hơi ở nhiệt độ sôi cao thì sẽ dẫn đến là có nhiều phần nặng không bay hơi thì sẽ thu được nhiệt độ sôi thấp. Xăng khó bay hơi dẫn đến khó điều chỉnh máy, gây nên khó khởi động máy, gây lãng phí nhiên liệu do cháy không hết, dẫn đến tạo ra muội than làm bẩn máy, làm loãng dầu nhờn, gây hiện tượng mài mòn nhiều hơn mức bình thường. Tính bay hơi của xăng được đánh giá bằng các chỉ tiêu phẩm chất + Thành phần điểm sôi + áp suất hoá hơi + Tỷ trọng hay khối lượng riêng a) Thành phần điểm sôi của xăng: Phương pháp xác định thành phần điểm sôi của xăng được tiến hành theo tiêu chuẩn TCVN 2698- 1995, ASTM -D.86 Chỉ tiêu này được xác định trong dụng cụ đã tiêu chuẩn hoá. Đối với xăng cần xác định thành phần điểm sôi như sau: Điểm sôi đầu (tsđ hay IBP): khi tiến hành gia nhiệt 100ml mẫu xăng trong thiết bị chưng cất tiêu chuẩn, nhiệt độ tại đó giọt nhiên liệu dầu tiên được ngưng tụ và rơi vào ống hứng gọi là nhiệt độ sôi đầu. + điểm sôi 10% thể tích + điểm sôi 50% thể tích + điểm sôi 90% thể tích. Điểm sôi cuối(tsc hay FBP) : là nhiệt độ cao nhất mà nhiệt kế ghi được khi toàn bộ chất lỏng trong bình chưng đã bay hơi hết. Đ ý nghĩa của điểm sôi: + Điểm sôi đầu và điểm sôi 10% đặc trưng cho tính khởi động máy, khả năng gây nghẽn hơi và hao hụt tự nhiên, khống chế 2 nhiệt độ này phải đủ thấp. + Điểm sôi đầu thấp hơn quy định càng nhiều thì sẽ dẫn đến hiện tượng càng dễ tăng hao hụt trong quá trình vận chuyển, bảo quản, làm ô nhiễm môi trường, tăng khả năng tạo nút hơi. + Điểm sôi đầu mà cao hơn quy định cho phép, thì động cơ càng khó khởi động máy. + Điểm sôi 50% biểu thị khả năng thay đổi tốc độ của máy. Nếu điểm sôi 50% của xăng cao quá quy định khi tăng tốc, lượng hơi xăng vào máy nhiều sẽ khó hoá hơi và có thể dẫn đến sự cháy không đều, và không hết. Sẽ dẫn đến lượng nhiên liệu bị tiêu tốn một cách lãng phí. + Điểm sôi 90% và điểm sôi cuối biểu thị độ bay hơi hoàn toàn của xăng. Nếu điểm sối cuối càng cao chứng tỏ trong xăng có nhiều cấu tử nặng sẽ gây ăn mòn trong bồn bể, sôi ở nhiệt độ cao, các cấu tử này trong điều kiện làm việc của động cơ xăng có thể không bay hơi hoàn toàn và dẫn đến quá trình cháy xảy ra trong pha lỏng, và như vậy sẽ không cháy hết, làm cho nhiên liệu tiêu tốn xăng, môi trường bị ô nhiễm. Ngoài ra nó còn gây ra hiện tượng pha loãng dầu nhờn bôi trơn làm máy dễ bị mài mòn đồng thời ảnh hưởng đến tiêu tốn nhiên liệu. Trên cơ sở ý nghĩa của thành phần điểm sôi cho thấy các loại xăng phải có độ bay hơi thích hợp. Theo quy định điểm sôi đầu không dưới 35á400C. Để có thể dễ dàng khởi động khi động cơ còn nguội yêu cầu ở 60á700C xăng phải được bay hơi 10% thể tích. Để dễ dàng tăng tốc, đưa đông cơ vào chế độ làm việc ổn định yêu cầu ở 180á1900C xăng phải bay hơi được 90% thể tích và ở 195á2000C phải bay hơi hoàn toàn. Nếu đối với một số loại xăng thương phẩm, kiểm tra chất lượng ban đầu cho thấy thành phần cất đạt tiêu chuẩn quy định nhưng sau một thời gian vận chuyển, bơm hút bảo quản, kiểm tra lại thấy thành phần điểm sôi cao hơn quy định, suy đoán ra có thê do một thành phần nhẹ đã bay hơi hoặc do các phần nhiên liệu nặng như dầu hoả, nhiên liệu Diezen lẫn vào. Khi đó nếu tiếp tục dùng xăng này chạy máy sẽ gây tác hại. b) áp suất hơi bão hoà Reiel: Tiêu chuẩn xác định TCVN 5731-1993, ASTM-D.323. áp suất hơi bão hoà là áp suất hơi xăng ở trạng thái cân bằng với thể lỏng trong bom Reid được đo tại nhiệt độ nhất định là 37,80C (hay 1000F) áp suất hơi bão hoà Reid có thể biểu diễn bằng nhiều đơn vị đo áp suất khác nhau như: Psi, Bar, mmHg, Kg/cm2.... áp suất hơi bão hoà Ried là một trong những chỉ tiêu về tính bay hơi của các loại xăng. Dựa vào áp suất hơi bão hoà Ried có thể đánh giá nhiên liệu về tính khởi động, khả năng tạo nút hơi,hao hụt do bay hơi trong bảo quản và mức độ nguy hiểm do cháy. áp suất hơi bão hoà càng lớn, độ bay hơi càng cao, dễ tạo nút hơi trong động cơ, gây ra hao hụt trong tồn chứa và ô nhiễm môi trường. Nếu áp suất hơi bão hoà mà quá thấp theo mức chỉ tiêu cũng sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến tính khởi động của động cơ. Do đó yêu cầu các loại xăng phải có áp suất hơi bão hoà Ried phù hợp không được vượt quá 12 psi và cũng không được quá thấp hơn 7 psi. c) Khối lượng riêng và tỷ trọng (Density and Relative Density) Tiêu chuẩn xác định TCVN 3893-84, ASTM-D.1298,TCVN 2691-78,ASTM-D941, ASTM-D.1217, ASTM-D.1480, ASTM4052. Khối lượng riêng(Desity) đo bằng g/cm3 hay kg/m3 là khối lượng của một đơn vị thể tích. Tỷ trọng (Relative Density): là tỷ số giữa trọng lượng riêng của một vật ở một nhiệt độ nhất định và trọng lượng riêng của một vật khác được chọn là chuẩn, xác định ở cùng vị trí, so với khối lượng riêng của nước ở 40C. Ký hiệu dt4, trong đó t0C là nhiệt độ tại đó xác định bằng tỷ trọng. Thông thường dùng tỷ trọng tiêu chuẩn ở 200C ký hiệu d204 hoặc tỷ trọng ở 150C, ở Anh, Mỹ và một số nước lại dùng tỷ trọng ở 600F (tương đương 15,60C) ký hiệu là d15,615,6, có nhiều tiêu chuẩn xác định tỷ trọng đó là: TCVN 3893-84, ASTM-D.1298 xác định tỷ trọng bằng phù kế (acrometer). ãTCVN 2691-78, ASTM-D.941, ASTM-D.1217 xác định tỷ trọng bằng bình đo mao quản (pyenometer). ãASTM-D.4052 xác định tỷ trọng chất lỏng bằng máy đo tỷ trọng hiện số. ãASTM-D1480 xác định tỷ trọng bằng bình đo mao quản, dùng cho chất lỏng nhớt. d) Độ API (0API-API Gravity) Tiêu chuẩn xác định ASTM-D.287. API là một chỉ tiêu đánh giá tỷ trọng của dầu thô và các sản phẩm của chúng theo tiêu chuẩn của viện dầu mỏ Hoa Kỳ (American petroleumin stitute). 0API= Tỷ trọng hay độ 0API biểu hiện tính bay hơi của một sản phẩm dầu mỏ. Tỷ trọng càng thấp(0API càng cao), chứng tỏ sản phẩm càng nhẹ, càng dễ bay hơi. Trong thực tế, việc xác định tỷ trọng hoặc khối lượng riêng hay độ 0API của các sản phẩm dầu mỏ lỏng thì nó chỉ mang ý nghĩa về thương mại, hay về tính kinh tế nhiều hơn là mang ý nghĩa kiểm định chất lượng. III.2.2> Quá trình cháy của xăng: 2.2.1> Sự cháy không bình thường: Phân biệt sự khác nhau giữa hai loại cháy không bình thường là một điều quan trọng. Cháy bình thường: là quá trình oxy hoá hoàn toàn với sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O kèm theo quá trình toả nhiệt. RH + O2 t0 CO2 + H2O + Q+sản phẩm phụ Hợp chất trung gian Đây là quá trình trộn không khí. Hợp chất trung gian là các chất hoạt động mạnh dùng để giải thích cơ chế, phản ứng thường nó là các hydro peoxit ROOH khi phân huỷ toả nhiệt rất mạnh. Sản phẩm phụ có thể là quá trình oxy hoá không hoàn toàn hay là cháy không hết CO, RH, NOx, SOx, các hợp chất chứa oxy, muội, tro, chất phụ gia.... Trong qúa trình cháy bình thường này sản phẩm phụ tạo ra càng ít càng tốt, và sản phẩm phụ có thể điều chỉnh được trong qúa trình cháy đó chính là bản thân của sản phẩm trong nhiên liệu. Qúa trình cháy bình thường là quá trình cháy xảy ra sau khi hỗn hợp cháy được chuẩn bị buzi đánh tia lửa điện, hỗn hợp cháy được bắt lửa và bề mặt lan truyền ngọn lửa được tiến hành với một tốc độ bình thường, tuần tự từ điểm bắt lửa ban đầu cho tới hết toàn bộ lượng cháy(hỗn hợp cháy). Sự cháy kích nổ: Như đã biết đó là sự cháy rất là nhanh hỗn hợp nhiên liệu và không khí trong buồng đốt do nhiệt và áp suất gia tăng nhanh tiếp theo sự cháy khởi đầu của hỗn hợp chung quanh buzi. Sự cháy kích nổ xảy ra trước bề mặt ngọn lửa và các yếu tố ảnh hưởng đến sự khơi mào của nó bao gồm thiết kế buồng đốt, vị trí và loại buzi, thời điểm đánh lửa,sự mở van tiết lưu, nhiệt độ không khí đầu vào, nhiệt độ làm mát, tỷ số nén, thành phần của xăng.... Các hợp chất parafin mạch thẳng có khả năng chống kích nổ kém, trong khi các hợp chất thơm và các hợp chất parafin mạch nhánh có khả năng chống kích nổ cao hơn. Vì vậy sự phối trộn thành phần xăng một cách cẩn thận để đạt được tính năng chống kích nổ cần thiết là một điều hết sức quan trọng. Sự cháy trước: Đó là sự cháy được khởi đầu bằng nguồn cháy khác không phải là buzi và xảy ra trước thời điểm cháy thông thường của buzi. Các nguyên nhân gây cháy này có thể bao gồm: mũi buzi quá nóng, cặn kết trong buồng đốt quá mức và các điểm nóng trong buồng đốt quá cao... Sự cháy trước thường xảy ra ở điều kiện tốc độ cao và tải trọng lớn, và đưa đến nhiệt độ rất cao trong buồng đốt. Kết quả là hư hại điện cực buzi, mũ piston, vòng xecmăng đỉnh....., và trong một số trường hợp khắc nghiệt hơn có thể xảy ra là chảy và thủng mũ pisiton dẫn đến hư hại nghiêm trọng cho động cơ. Nhiều nghiên cứu đã được tiến hành để tìm hiểu chi tiết các nguyên nhân đồng thời tìm giải pháp ngăn chặn hiện tượng cháy trước ở tốc độ cao. Sự cháy kích nổ: Ngoài hiện tượng thấy áp suất tăng đột ngột còn thấy xuất hiện tiếng gõ kim loại, động cơ nóng, xuất hiện các cụm khói đen, dẫn đến công suất động cơ giảm. Kết quả là tiêu tốn nhiên liệu tăng, động cơ mài mòn mạnh và có thể hỏng. Tác hại của sự cháy kích nổ xảy ra do các yếu tố sau: áp suất tăng đột ngột, dẫn đến qúa trình cháy rất nhanh, tốc độ lan truyền 30á40m/s. Khi đó động cơ cháy không hết tiêu hao nhiên liệu tạo muội có bám vào thành xylanh gây mài mòn xuống dầu nhờn làm đen dầu nhờn do tiêu hao nhiên liệu quá lớn cháy không hết, dẫn đến việc tiêu hao công suất và phá hỏng động cơ. Trong thực tế khi chúng ta cấu tạo xăng có những thành phần rất không bền trong khi chu trình nén. Các thành phần không bền + oxy không khí đ peroxyt hoạt động. Trong động cơ xăng thì đa phần 80á85% cháy với tốc độ bình thường, phần còn lại là 15á20% do nằm cách xa điểm đánh lửa phụ thuộc vào thành phần hoá học của xăng tự bắt cháy cùng một lúc, khi bề mặt ngọn lửa mới lan truyền tới, làm áp suất tăng đột ngột gây lên các sóng va đập, nhiệt độ tăng đột ngột cũng tạo ra những tiếng gõ kim loại khác thường. Nhiệt độ càng cao thì càng dễ oxy hoá dẫn đến càng dễ kích nổ phụ thuộc vào tỷ số nén. Ngày nay, khoa học đã đưa ra được khá nhiều giải pháp để hạn chế các hiện tượng cháy kích nổ. Đối với nhiên liệu(xăng), giải pháp cơ bản nhất vẫn là đưa các phụ gia chống kích nổ vào xăng. Có hai phụ gia chống kích nổ chính đối với xăng chì trong kỹ nghệ dầu mỏ. Chúng cải thiện được trị số octane của hỗn hợp xăng pha (blend) và thường được gọi là xăng sạch(clear), bằng cách ngăn chặn sự cháy trước trong xy lanh. Hai phụ gia đó là tetraethyl chì (TEL) và tetra methyl chì (TML). 2.2.2> Xác định chỉ tiêu chống kích nổ: Chỉ tiêu chống kích nổ được xác định trong động cơ một xy lanh CFR (cooperative Fuel Research) và biểu thị qua trị số octane. Việc xác định được tiến hành bằng cách cho động cơ chạy trong điều kiện chuẩn với mẫu xăng cần đo. Trong khi cho động cơ chạy, tỷ số nén được gia tăng cho đến khi xảy ra sự cháy kích nổ. Khả năng chống kích nổ của xăng được thể hiện qua trị số octane, vì izo-octane được sử dụng như nhiên liệu đối xứng, izo-octane có tính chống kích nổ cao và n-heptane không có khả năng chống kích nổ, được pha trộn theo một tỷ lệ nhất định. Nếu hỗn hợp đó dùng để chạy động cơ CFR và sự kích nổ diễn ra ở cùng một tỷ số nén, thì trị số octane của mẫu xăng đúng bằng phần trăm(%) thể tích hỗn hợp izo-octane/n-heptane. Đặc trưng cho hiện tượng, khả năng chống cháy kích nổ của nhiên liệu(xăng), ta có thể nêu lên chỉ số octane. III.2.3>Trị số octane: Trị số octane là một đơn vị đo quy ước dùng để đặc trưng cho khả năng chống kích nổ của nhiên liệu và nó được đo bằng phần trăm(%) thể tích của izo-octane(2,2,4-trimethyl pentane-C8H18) trong hỗn hợp của nó với n- Heptane (n-C7H16),tương đương với khả năng chống kích nổ của nhiên liệu thử nghiệm ở điều kiện chuẩn. (n-Heptane quy ước trị số octane = 0 và izo-octane quy ước trị số octane=100) Trị số octane đặc trưng cho khả năng chống kích nổ của nhiên liệu trong động cơ. Đối với động cơ 4 kỳ thì, ở cuối giai đoạn nén, hỗn hợp nhiên liệu và không khí trong xylanh sẽ được buzi phát tia lửa điện để đốt cháy. Quá trình cháy mặc dù xảy ra rất nhanh(bình thường từ 15á40m/s),nhưng không đồng thời trong toàn bộ xylanh mà cháy lan truyền theo từng lớp, phân chia không gian của xylanh thành hai phần: Phía trong ngọn lửa bao gồm các sản phẩm đã cháy và phía ngoài ngọn lửa bao gồm các loại carbuahydro(C-H) đang bị oxy hoá sâu sắc ở nhiệt độ và áp suất cao, tạo ra các loại hợp chất trung gian không bền, gây ra các phản ứng chuỗi làm cho các (C-H) tự oxy hoá sâu sắc thêm và tự bốc cháy khi mặt lửa chưa lan chuyền tới. Khi tốc độ lan truyền quá lớn (hơn 40m/s),thì quá trình cháy xảy ra gần như đồng thời ngay sau khi tia lửa điện của buzi phát cháy, hiện tượng đó được gọi là cháy kích nổ. Hiện tượng cháy kích nổ sẽ gây nên các sóng xung kích va đập mạnh vào xylanh làm xuất hiện tiếng gõ kim loại khác thường, làm hao tổn công suất động cơ. Nguyên tắc trị số octane càng cao càng tốt, tuy nhiên phải phù hợp với từng loại động cơ. Xăng có trị số octane từ 80 á83(tính theo phương pháp nghiên cứu-RON) hoặc 72á76(tính theo phương pháp mô tơ-MON) thường được sử dụng cho các loại xe có tỷ số nén nhỏ hơn 7,5. Xăng có trị số octane từ 90á95(tính theo phương pháp nghiên cứu -RON) thường được sử dụng cho các loại xe có tỷ số nén cao trên 9,5 như các loại xe đua, xe ôtô cao cấp, xe đặc nhiệm....... Như vậy, quá trình cháy trong động cơ bị ảnh hưởng bởi hai yếu tố( thiết kế chế tạo động cơ và chất lượng nhiên liệu (xăng). Trạng thái cháy lý tưởng là hỗn hợp của nhiên liệu và không khí được đốt và bề mặt ngọn lửa được lan truyền đều qua không gian của buồng đốt. Sự gia tăng nhiệt độ lớn sẽ gây nên sự gia tăng áp suất tương ứng, điều đó sẽ làm lan nhanh đến phần biên của hỗn hợp nhiên liệu và không khí chưa bị chảy trong xylanh(phần này còn được gọi là vùng khí cuối -end gaszone) Những biến đổi hoá học xảy ra sau đó có tạo ra sự peroxit hoá(peroxide) rất nhạy cảm với nhiệt độ. Các chất peroxit đó sẽ tự động bốc cháy nếu như nồng độ tới hạn của chúng bị vượt quá trước khi mặt lửa lan đến. Quá trình đó như đã nói là sự cháy kích nổ. Xu hướng cháy kích nổ của xăng sẽ gia tăng khi loại động cơ đang sử dụng có tỷ số nén cao hơn, tải trọng, nhiệt độ hỗn hợp, áp suất và nhiệt độ môi trường cũng cao hơn và thời gian điểm hoả sớm hơn. Xu hướng cháy kích nổ sẽ được giảm bớt khi gia tăng tốc độ động cơ, chế tạo chảy rối của hỗn hợp nhiên liệu và không khí và độ ẩm. Khi động cơ hoạt động, xu hướng cháy kích nổ sẽ xảy ra lớn nhất nếu tỷ lệ giữa nhiên liệu và không khí bằng 1/15,4 trong hỗn hợp cháy. Xu hướng cháy kích nổ giảm đi với hỗn hợp, nghèo hoặc là giầu nhiên liệu. Trong bất kỳ điều kiện hoạt động nào, động cơ chỉ có thể đạt được hiệu năng cao nhất khi sử dụng loại xăng không gây nên sự cháy kích nổ. Dĩ nhiên, xăng có trị số octane cao, tự nó không thể cải thiện được hiệu năng của động cơ, trừ phi phải thay đổi một số thông số hoạt động khác của động cơ. Các thay đổi đó là: Gia tăng tỷ số nén, thay đổi thiết kế buồng đốt, thay đổi thời điểm mở van và thời điểm đánh lửa buzi... Trong những điều kiện kích nổ nhẹ hoặc tốc độ chậm, sự hư hại động cơ cũng không chắc đã xảy ra. Trong điều kiện áp suất và nhiệt độ trong buồng đốt gia tăng nhiều có thể là nguyên nhân của sự cháy kích nổ lớn và kéo dài, gây ra sự giảm công suất và hư hại động cơ. Hiện có 4 loại trị số octane khác nhau đang được sử dụng ở châu âu đó là: Trị số octane theo phương pháp nghiên cứu(RON) Trị số octane theo phương pháp mô tơ (MON) Trị số octane nghiên cứu theo phân đoạn cất(có nhiệt độ sôi tới 1000C) -R.1000C Trị số octane trên đường đi (Road ON) 2.3.a>trị số octane theo phương pháp nghiên cứu (RON) Trị số octane theo phương pháp nghiên cứu là trị số octane của xăng thể hiện khi sử dụng trong động cơ ở điều kiện tốc độ và tải trọng trung bình, cụ thể động cơ hoạt động trong điều kiện như sau: +Tốc độ động cơ : 600v/p +Góc đánh lửa : 1300btdc +áp suất dầ._.u : 0,17á0,20 Mpa +Nhiệt độ dầu : 57±8,50C +Nhiệt độ là mát : 100±1,50C +Độ ẩm của không khí đầu vào: 0,00356á0,00712 kgnước/kg. +Nhiệt độ của không khí đầu vào: cần phải duy trì trong khoảng ±1,10C so với nhiệt độ được quy định cho áp suất khí quyển thực tế: Động cơ thử nghiệm và quy định được mô tả đầy đủ trong tiêu chuẩn ASTM-D.2699. Phép thử nhằm làm trùng khớp tính năng kích nổ của nhiên liệu thử nghiệm với nhiên liệu biết trước, còn gọi là nhiên liệu đối chứng. Trị số octane của nhiên liệu đối chứng có cùng tính năng kích nổ. Trị số octane của hỗn hợp nhiên liệu đối chứng là % thể tích được lấy chính xác đến nguyên tố izo-octane trong hỗn hợp với n-heptane RON thường được quy định trong các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia cũng như quốc tế. Khi người ta nói đến trị số octane thường là người ta nói đến RON. 2.3.b>Trị số octane theo phương pháp mô tơ(MON) Trị số octane xác định theo phương pháp mô tơ đặc trưng cho điều kiện hoạt động khắc nghiệt hơn, đó là nhiệt độ đầu vào của hỗn hợp cao, tải trọng lớn, và động cơ phải trải qua chế độ van tiết lưu mở hết ở tốc độ cao. Động cơ hoạt động trong điều kiện sau: +Tốc độ động cơ : 900v/p +Góc đánh lửa : được khống chế theo quy trình. +áp suất dầu : 0,17á0,20Mpa +Nhiệt độ dầu : 57±8,50C +Nhiệt độ là mát : 100±1,50C +Độ ẩm của không khí đầu vào : 0,00356á0,00712kgnước/kg. +Nhiệt độ của không khí đầu vào: 38±20C Động cơ thử nghiệm và quy trình mô tả đầy đủ trong điều kiện tiêu chuẩn ASTM-D.2700. Khi kích nổ xảy ra ở điều kiện tốc độ cao tải trọng lớn trong bất kỳ động cơ nào, hiện tượng đó được gọi là kích nổ tốc độ cao(high-speed knock-HSK) Do nhiều nguyên nhân như động cơ, gió,lốp và tiếng ồn chuyển động, tai người khó có thể nghe được loại kích nổ này. Dạng kích nổ cao này trong một thời gian tương đối ngắn có thể gây ra vết rỗ trên mũ piston vết cháy trên vòng xecmăng trên. Dạng kích nổ nặng HSK trong một thời gian kéo dài có thể dẫn đến hư hỏng mũ piston và tiếp theo là hư hỏng động cơ nghiêm trọng. 2.3.c) Độ nhạy của nhiên liệu: (Fuel Sensitive-FS) Thông thường RON cao hơn MON. Sự cách biệt giữ chúng gọi là độ nhạy của nhiên liệu. Độ nhạy của xăng FS=(RON-MON) và nó phụ thuộc vào cấu tạo hoá học và thành phần phối trộn của xăng. Độ nhạy của xăng dao động trong khoảng từ 8á10 đơn vị octane. Đối với xăng tốt độ nhạy này không được vượt quá 10 đơn vị. Các hydrocacbon thơm có độ nhạy FS cao, như được thấy trong phân đoạn reformate, chứa nhiều chất thơm: RON là 100 còn MON là 97. Mặt khác, thành phần isomerate chứa chủ yếu là iso-parafin có độ nhạy FS thấp: trị số RON là 89 và trị số MON là 88. 2.3. Sự kích nổ ở tốc độ thấp (low-speed knock-LSL): Xăng bao gồm một lượng lớn các thành phần carbua hydro có sự khác biệt lớn về khả năng chống kích nổ. Nói chung,các thành phần có nhiệt độ sôi thấp,trừ butane,isopentane và benzen, có trị số octane thấp so với xăng nói chung. Khi gia tốc động cơ trong điều kiện mở hết van tiết lưu ở tỷ số truyền lớn nhất (in top gear) sẽ xảy ra sự chia tách của xăng bị hoá hơi trong ống góp đầu vào của động cơ. Điều đó có nghĩa là ở điều kiện như vậy và trong khoảng thời gian ngắn, một hoặc nhiều xylanh được nạp khá nhiều các thành phần carbua hydro có nhiệt độ sôi thấp bốc hơi nhanh nhưng lại thiếu carbua hydro có nhiệt sôi cao-loại có khả năng chống kích nổ tốt hơn. Sự kích nổ đó có thể là do nguyên nhân này và hiện tượng đó càng trở nên đáng lưu ý khi động cơ gia tốc mà tốc độ khởi điểm thấp. Sự kích nổ đó gọi là kích nổ tốc độ thấp. Đó là loại kích nổ phổ biến nhất và rất dễ dàng nhận thấy bằng tai, vì vậy sẽ dễ dàng dẫn đến sự phàn nàn của khách hàng. Tuy nhiên sự kích nổ LSK sẽ không ra bất cứ một trường hợp hư hỏng động cơ nào. Bằng chứng cho thực tế đó là sự kích nổ LSK chỉ xảy ra trong một thời gian cực kỳ ngắn ở trong điều kiện chuyển tiếp về tốc độ của động cơ và đó không phải là mối nguy hiểm thực tế, nhưng chắc chắn là một trong các nguyên nhân chính không được coi thường. Và vì vậy mà trong thương mại người ta thường chỉ định phương pháp(RON) 2.3.e) Trị số octane theo phân đoạn cất R-1000C: Xăng bao gồm nhiều thành phần có sự khác biệt lớn về khả năng chống kích nổ. Thường thì các phần có nhiệt độ sôi thấp(ngoại trừ izo-pentane,benzen) có trị số octane thấp so với xăng nói chung. Trong một số chế độ làm việc của động cơ, có xảy ra sự chia tách xăng bị hoá hơi trong động cơ, dẫn đến xylanh được nạp nhiều thành phần có nhiệt độ sôi thấp, bốc hơi nhanh nhưng lại thiếu hydrocacbon có nhiệt độ sôi cao(có khả năng chống kích nổ cao hơn). Hiện tượng này dẫn tới sự kích nổ khi gia tốc và tốc độ khởi điểm thấp, lý do là khi động cơ làm việc ở chế độ sôi thấp, vốn có trị số octane thấp trong xăng. Sự cháy kích nổ này không gây ra bất kỳ mối nguy hiểm nào, và người tiêu dùng có thể nhận ra. Phương pháp xác định R-1000C. Chưng cất mẫu và xác định RON của phần cất có khoảng nhiệt độ sôi từ đầu đến 1000C. Đối với xăng thương phẩm, R-1000C luôn nhỏ hơn RON. Sự cách biệt giữa RON và R-1000C gọi là DRON, giá trị này thường dao động trong khoảng 4á12 đơn vị. Đối với xăng reforming xúc tác, trị số octane phân bố không đồng đều, do các hydro cacbon thơm, là các cấu tử có trị số octane cao hầu như nằm ở phần có nhiệt độ sôi cao nên DRON thường cao =10. Còn xăng cracking xúc tác, do chứa nhiều izo-parafin nên chênh lệch DRON thấp, có nghĩa là trị số octane phân bố rất đồng đều trong các khoảng nhiệt độ sôi của xăng. Các loại xăng thông dụng có thể có giá trị DRON lên tới 15. 2.3g) Trị số octane trên đường (Road ON) Khả năng chống kích nổ của một loại nhiên liệu nào đó, ngoài sự phụ thuộc chủ yếu vào thành phần hydro cacbon, còn phụ thuộc vào chế độ làm việc thực tế của động cơ, tức là xe đang chạy ở tốc độ nhanh chuyển sang tốc độ chậm, ở những nơi đường xấu phải phanh gấp, thời tiết thay đổi đột ngột v.v..., thì hiện cháy kích nổ có thể xảy ra . Do vậy ngoài việc đánh giá khả năng chống kích nổ của hydro cacbon trong nhiên liệu bằng phương pháp MON hoặc RON, còn phải đánh giá khả năng chống kích nổ của nhiên liệu bằng phương pháp đo sự thay đổi trị số octane theo chế độ làm việc, tức là theo sự khác nhau về số vòng quay của động cơ, gọi là trị số octane trên đường. Trị số Road ON trên thực tế là trị số octane cơ bản của xăng. Nếu Road ON của xăng trong bất kỳ động cơ nào đó mà cao hơn yêu cầu octane của nó thì sẽ không xảy ra sự kích nổ với động cơ đó khi sử dụng loại xăng. Khi đó hoàn toàn không cần phải xem xét gì đến RON, MON hoặc R-1000C của loại xăng. Vì vậy Road ON là toàn bộ dấu hiệu để quyết định liệu một xăng nào đó có đáp ứng được tính năng chống kích nổ trong một động cơ đó hay không. Song, rất tiếc Road ON được xác định trong một động cơ và chỉ có hiệu lực đối với động cơ đó. Trong động cơ khác trị số Road ON của cùng loại xăng đó đo được lại lớn hơn hoặc bé hơn đáng kể vì điều đó phụ thuộc lớn vào thiết kế động cơ. Đôi khi thuật ngữ : road deprcia tion- tạm dịch “sự hút hơi trên đường’ (bản chất là : sự giảm trị số octane trên đường) được sử dụng trong hoàn cảnh này. Điều này ngụ ý nói đến sự cách biệt giá trị giữa RON và Road ON. Sự hụt hơi trên đường có thể giao động từ +60N tới -10N. Vậy nên giá trị tuyệt đối của Road ON không có ý nghĩa mấy, bởi vì nó phụ thuộc vào động cơ mà nó được xác định. Tầm quan trọng của Road ON trước hết là người ta có thể so sánh tính năng chống kích nổ của một số loại xăng có tính năng đã được biết trước. Điều đó có tầm quan trọng khi phát triển công thức pha chế các loại xăng mới hoặc là để so sánh sản phẩm. Trị số octane trên đường(ký hiệu là 0đ) được xác định theo công thức: Ođ= RON- Trong đó: S là độ nhạy, tính bằng hiệu số giữa RON và MON. a là hệ số (từ 4,6á6,2) phụ thuộc vào tỷ số nén của động cơ. Rõ ràng, loại nhiên liệu nào có độ nhạy càng thấp(chênh lệch giữa RON và MON ít), thì Road ON càng gần với RON. Nếu hai loại hydro cacbon có cùng RON như nhau, nhưng loại nào đó có độ nhạy càng thấp sẽ có khả năng chống kích nổ càng cao khi làm việc trong các chế độ thay đổi khác nhau, vì vậy izo-parafin có nhiều ưu điểm hơn so với các olefin và hydro cacbon thơm. Bảng 1: Trị số octane của một số hydro cacbon khác nhau Hydro cacbon Trị số octane Theo phương pháp nghiên cứu(RON) Theo phương pháp mô tơ(MON) izo-Butane n-Butane izo-pentane 2,2-Dimethyl butane 2,3-Dimethyl butane n-pentane 2-Methyl pentane 3-Methyl pentane 2,2-Dimethyl pentane 2,3-Dimethyl pentane 2,4-Dimethyl pentane 3,3-Dimethyl pentane n-Hexane 2-Methyl Hụan 3-Methyl Hexane 3-Etyl pentane 2,2,3-trimethyl butane n-Heptane Benzen >100 93,6 92,3 91,8 100,5 61,7 73,4 74,5 92,8 91,1 83,1 80,8 24,8 42,4 52 65 112,1 0 108 99 90,1 90,3 93,4 94,3 61,9 73,5 74,3 93 89 82 84 26,0 45 55,8 69,3 101 0 98 2.4) thành phần chưng cất phân đoạn: Thành phần cất là một trong những chỉ tiêu quan trọng cần phải xác định đối với các sản phẩm trắng như xăng, kerosen, diezen. Theo thành phần cất phân đoạn có thể biết được các loại sản phẩm thu và khối lượng của chúng. Nó được thể hiện qua các phân đoạn sau: Nhiệt độ sôi đầu: Khống chế tối thiểu không quá 350C hoặc cũng không nên nhỏ quá dưới mức 350C. Nó đặc trưng cho khả năng bay hơi của xăng ở nhiệt độ môi trường. Và nhiệt độ sôi đầu này nó quyết định nhiều yếu tố quan trọng. + Khả năng khởi động của động cơ. + Quyết định áp suất hơi bão hoà. + Quyết định mức độ hao hụt của nhiên liệu + Quyết định khả năng tạo nút hơi gây ra nghẽn khí trong ống dẫn từ thùng chứa đến động cơ. Nhiệt độ sôi 10,0%: Đặc trưng cho khả năng khởi động của động cơ có nhiệt độ sôi từ 10 đến 30%. Khoảng nhiệt độ đó càng thấp, động cơ càng dễ khởi động. Tuy nhiên nếu thấp quá dễ tạo nút hơi, gây hao tổn nhiên liệu. Nên nhiệt độ sôi 10% không nên vượt quá 10% Nhiệt độ sôi 50%: Đặc trưng cho khả năng tăng tốc của động cơ. Theo quy định TCVN nhiệt độ này phải Ê 1250C. + Nhiệt độ cất 50%( từ 40 đến 70%) càng thấp thì càng tốt vì: Đ Dễ dàng tăng số vòng quay của động cơ lên mức tối đa trong thời gian ngắn nhất. Đ Làm tăng tuổi thọ của động cơ Đ Hiệu quả tăng tốc càng cao. Nhưng nhiệt độ cất mà thấp quá dễ tạo nút hơi và gây thoát nhiên liệu. + Nhiệt độ cất 50% quá cao (ít hydro cacbon nhẹ) nên lượng nhiên liệu ít, công suất giảm, điều khiển xe khó khăn. Nhiệt độ sôi 90%Ê1950C. Đặc trưng cho hàm lượng các chất có phần cất nặng trong xăng. Nếu nhiệt độ sôi 90% cao thì phần cất nặng trong xăng càng nhiều và xăng càng khó bốc hơi trong buồng đốt, hiện tượng này sẽ gây: + Xăng dư bị nhiệt phân tạo khói. + Công suất và hiệu suất của động cơ giảm. + Xăng dư làm pha loãng dầu nhờn. Nhiệt độ sôi cuối Ê 2050C cá biệt có thể tới 2250C. Nó đặc trưng cho hàm lượng keo nhựa trong xăng và mức độ bay hơi hoàn toàn. Nếu nhiệt độ càng cao thì keo nhựa và cặn trong xăng càng nhiều. Thành phần cất của xăng nhiên liệu của một số nước được trình bày. Bảng 2: Thành phần cất phân đoạn của xăng nhiên liệu ở một số nước: Số thứ tự Tên quốc gia Thành phần cất phân đoạn (0C) 10% 50% 90% Sôi cuối 01 Trung Quốc 49-70 100-120 166-190 190-205 02 Mỹ 39-46 79-101 176-181 213-217 03 Liên Xô cũ 55-70 100-120 155-190 190-225 04 ấn độ 42-70 95-125 144-176 190-225 05 Pháp 51-57 87-115 149-176 131-203 06 Italia 54-63 85-108 144-176 186-212 07 Chi lê Max 70 Max 140 Max 200 Max225 08 Soudiarabia Max60 Max 121 Max 90 Max221 09 Pakistan Max 70 Max 125 Max 190 Max 220 10 Nhật Bản Max 70 Max 125 Max 180 Max 220 2.5) Độ axit: Độ axits đặc trưng cho mức độ chứa các chất mang tính axits trong đó và chủ yếu là axit hữu cơ. Độ axit được biểu thị bằng hàm lượng kiềm để trung hoà nó. Mức quy định trên toàn thế giới nằm trong khoảng 1á4mg KOH/100ml nhiên liệu. Sản phẩm của Nga ngày nay cũng quy định mức cho phép từ 0,8á 2mg KOH/100ml. Phương pháp xác định độ axit: dùng rượu Etylic nóng để tách axit hữu cơ trong một thể tích mẫu nhiên liệu nhất định sau đó trung hoà bằng dung dịch KOH. RCOOH+ KOH đ RCOOK +H2O Sự có mặt của axit hữu cơ trong nhiên liệu, đặc biệt là axit hữu cơ có phân tử lượng bé sẽ gây nên hiện tượng ăn mòn thiết bị. 2.6) Hàm lượng nhựa (ExiStent Gum): Các chất nhựa và asphanten của dầu mỏ là những chất mà trong cấu trúc phân tử của nó, ngoài C và H còn có đồng thời các nguyên tố khác như S,O,N...., và thường có trọng lượng phân tử lớn (từ 500á 600 trở lên) Nhựa có khả năng nhuộm màu rất mạnh. Vì vậy khi xăng có chứa hàm lượng nhựa cao (hoặc tạo nhựa do quá trình bảo quản) sẽ cho mầu sẫm hơn. Trong quá trình sử dụng và bảo quản xăng thì nhựa dễ bị oxy hoá gây nên hiện tượng căn, lắng trong hệ thống cảm ứng và làm kẹt van nạp trong động cơ. Ngoài ra còn làm giảm tính chất ổn định của sản phẩm. Hàm lượng nhựa cho phép không được lớn hơn 4mg/100ml xăng. Xăng xác định hàm lượng nhựa thực tế theo phương pháp ASTM-D381-94, xác định lượng nhiên liệu bay hơi ở điều kiện khống chế về chế độ trong không khí hoặc dòng hơi. 2.7) Độ ổn định oxy hoá (oxidation) Độ ổn định oxy hoá hay còn được gọi là chu kỳ cảm ứng của xăng là một chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng đặc trưng cho khả năng chống lại các biến đổi hoá học của xăng động cơ. Trong quá trình vận chuyển và bảo quản, xăng dễ bị oxy hoá bởi oxy trong không khí và tạo thành các sản phẩm chứa oxy rất đan dạng. Mức độ oxy hoá phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng của xăng, cụ thể là thành phần hoá học của xăng. Xăng chưng cất trực tiếp thường chiếm nhiều olefin (30á40%) nên có độ ổn định oxy hoá thấp (từ 100á200 phút) Xăng reforming xúc tác hầu như không có olefin nên có độ ổn định oxy hoá cao nhất (1700á1800 phút) Xăng dự trữ cho quốc phòng ở nước ta có độ ổn định oxy hoá tối thiểu là 480 phút. 2.8) Hàm lượng lưu huỳnh (Total Subfur) Lưu huỳnh(S) là một trong những thành phần quan trọng đáng lưu ý trong xăng dầu. Hàm lượng lưu huỳnh có trong xăng nhiên liệu là chỉ tiêu đặc trưng cho khả năng gây ăn mòn trong thiết bị, chi tiết máy, ăn mòn đường ống và gây ô nhiễm môi trường. Các hợp chất có chứa lưu huỳnh ở trong xăng khi cháy sinh ra SO2, SO3 các khí này có thể tạo ra các axit tương ứng gây ăn mòn động cơ, máy móc. SO2 + H2O đ H2SO3(axit sunfurơ) SO3 + H2O đH2SO4(axit sunfuric) Để hạn chế tác hại của lưu huỳnh gây ra thì hiện nay TCVN quy định như sau: Xăng thông dụng thì hàm lượng lưu huỳnh ở trong xăng không được vượt quá 0,1% khối lượng. Với xăng cao cấp thì hàm lượng lưu huỳnh ở trong xăng không được vượt quá 0,05% khối lượng Hàm lượng của lưu huỳnh được xác định theo phương pháp đốt đèn. Xăng được đốt để thu hồi các loại oxit thành các axit tương ứng, axit được xác định bằng 2 cách: + Phương pháp trọng lượng: Chuyển axit thành kết tủa BaSo4 + Phương pháp thể tích: Chuẩn độ bằng xút NaOH và chỉ thị mầu. Hàm lượng lưu huỳnh trong xăng trên thế giới do từng nước quy định nằm trong khoảng từ 0,05á 0,1 % khối lượng. Bảng 3: Hàm lượng lưu huỳnh(S) tổng trong xăng ôtô Stt Tiêu chuẩn các nước Hàm lượng lưu huỳnh (S) tổng trong xăng ôtô % trọng lượng Xăng thông dụng Xăng cao cấp Xăng không chì thông dụng Xăng đặc biệt 01 SNG Max 0,1 Max 0,1 Max 0,1 02 ấn độ Max 0,1 Max 0,04 03 Pakistan Max 0,2 04 Pháp Max 0,2 Max 0,2 Max 0,2 05 Soudirabia Max0,1 Max0,1 Max0,1 06 Chi lê Max0,2 Max0,1 07 Phần lan Max0,05 08 Trung Quốc Max 0,1 Max 0,03 Max0,05 2.9) Nhiệt độ đông đặc: Khi hạ nhiệt của xăng xuống thấp trong một thiết bị chuẩn bị mà nó trở nên mất tính linh động thì nhiệt độ đó được gọi là nhiệt độ đông đặc. Trong xăng tính linh động mất đi là do sự tạo thành mạng kết tinh parafin hoặc do độ nhớt tăng mạnh. Xăng có các Hydro cacbon parafin khi nhiệt độ giảm xuống thì parafin kết tinh thành khung, các hydro cacbon parafin khác có phân tử lượng nhỏ hơn ở dạng thể lỏng sẽ chui vào khung tinh thể đó nhiên liệu mất tính linh động, dẫn đến sự vẩn đục trước khi đông đặc. Nhiệt độ đông đặc là nhiệt độ thấp nhất mà tại đó sản phẩm giữ được hoạt tính linh động ở điều kiện đã cho. Khi sản phẩm đủ lạnh đạt tới nhiệt độ đông đặc cho biết giới hạn thấp nhất của sản phẩm có thể sử dụng được. Vì xăng là một hỗn hợp hữu cơ phức tạp nên quá trình chuyển hoá pha rắn không thể diễn ra tại một nhiệt độ nhất định. Người ta quy định nhiệt độ đông đặc của sản phẩm là nhiệt độ thấp nhất mà tại đó sản phẩm được coi là mất tính linh động cộng thêm 30C (sản phẩm bị coi là mất tính chảy khi nghiêng một góc 450C thì cần thời gian không dưới một phút để mặt thoáng của sản phẩm lại vị trí cân bằng) Tính linh động của sản phẩm dầu ở nhiệt độ thấp có ý nghĩa rất quan trọng trong khi vận chuyển và tồn chứa đặc biệt là khi sử dụng trong điều kiện rét buốt. ở Việt Nam, thuộc miền khí hậu nhiệt đới nên chỉ tiêu này không quan trọng lắm, thường người ta hay xác định điểm đông đặc của diezen, nhiên liệu phản lực, nhiên liệu đốt lò. 2.10) Hàm lượng Benzen: Benzen là hợp chất carbua hydro (C-H) vòng thơm đơn giản nhất, nhưng lại có tính chất đặc biệt của Hydro cacbon no, bền vững với các chất oxy hoá với các chất oxy hoá nên là một tác nhân tích cực kìm hãm quá trình cháy kích nổ trong động cơ, tăng cường được trị số octane cho xăng. Vì vậy,trong xăng ôtô, đặc biệt đối với xăng không chì, benzen được sử dụng như một phụ gia chống kích nổ. Benzen là một chất độc nguy hiểm có hại cho sức khoẻ con người có hoạt tính gây ung thư, và còn ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường. Benzen có ở trong xăng có hiện tượng tiêu cực dễ làm trương nở các zoăng, phớt cao su, vì vậy nếu chưa trang bị đồng bộ, bộ phận chuyển đổi xúc tác, xử lý khí thải thì bắt buộc hàm lượng Benzen phải được khống chế để tránh ô nhiễm môi trường. ở Mỹ xăng được cải thiện khống chế sản lượng Hydro cacbon thơm < 25% thể tích, hàm lượng Bezen <1% thể tích. Bảng 4: Mức quy định đối với hàm lượng Benzen trong xăng của một số nước Thứ tự Tên các nước Hàm lượng Benzen trong xăng ôtô,% khối lượng Phương pháp thử Xăng không chì 01 Brazil ASTM.D.3606 2,91 02 Chi le ASTM.D.3606 Max5,0 03 Belgium(bỉ) ASTM.D.3606 1,38 04 France ASTM.D.3606 Max5,0 05 Malaysia ASTM.D.3606 Max5,0 06 Hàn Quốc ASTM.D.3606 Max4,0 07 Việt Nam TCVN 5690-92 5,0 08 ý ASTM.D.3606 Max4,9 2.11) Ăn mòn lá đồng: Khí H2S (Sunl phur hidro) là những hợp chất có hại đối với xăng động cơ, do chúng gây ăn mòn và tạo ra những mùi khó chụi cho nhiên liệu. Ngoài tác dụng ăn mòn của hợp chất có tính axit, chỉ tiêu này đưa ra nhằm mục đích chủ yếu là để nhận biết một phần lưu huỳnh ở dạng hợp chất có thể gây ăn mòn kim loại mà trong chỉ tiêu hàm lượng lưu huỳnh tổng không nói nên hết được. Chỉ tiêu toàn thế giới, mẫu ăn mòn lá đồng trong 3 giờ không vượt quá mẫu chuẩn N10 tức là mức quy định số 1. Phương pháp xác định: Lá đồng chuẩn đã được đánh sạch và được nhúng ngập trong mẫu nhiên liệu ở điều kiện quy định theo tiêu chuẩn ASTM.D.130. Sau khi thí nghiệm thì mức độ suy giảm lá đồng hoặc mức độ biến đổi màu sắc lá đồng so với bảng mẫu chuẩn được dùng làm căn cứ đánh giá ăn mòn của nhiên liệu đối với lá đồng nói riêng và kim loại nói chung. Mức độ ăn mòn càng thấp thì chất lượng nhiên liệu càng cao và ngược lại. 2.12) Hàm lượng phốt pho(phos pho) Kể từ năm 1950 phốt pho được sử dụng dưới dạng phụ gia (tên thương mại là ICA) đã được hãng shell đưa vào xăng nhằm ngăn cản vấn đề thường gặp vào lúc ấy là sự bám muội vào buzi khi xăng có nồng độ chì cao. Đồng thời các tạp chất của phốt pho có khả năng bảo vệ động cơ rất tốt chỉ cần nồng độ tương đối thấp. Nhưng phospho cũng là một nguyên tố gây ngộ độc xúc tác, với sự ra đời của động cơ hiện đại thì không cho phép sử dụng phospho làm phụ gia trong xăng. 2.13) Khối lượng riêng(tỷ trọng ở 150C). Khối lượng riêng là khối lượng của một đơn vị thể tích. Khối lượng của xăng tăng theo hàm lượng Hydro cacbon, oxyt, và lưu huỳnh có trong thành phần. Khối lượng riêng giảm khi điểm sôi của xăng giảm. Xăng có nhiều Hydro cacbon thơm thì khối lượng riêng lớn. Xăng có nhiều Naphten thì khối lượng trung bình. Xăng có nhiều Parafin thì khối lượng riêng nhỏ. Qua đây, ta có thể đánh giá sơ bộ về chất lượng khối lượng riêng của chúng, theo TCVN 5690-92 quy định về xăng. Mogas 83 và Mogas 92 vào khoảng 0,70á 0,74 kg/l Khối lượng riêng nói chung là phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng thì khối lượng giảm. Tỷ trọng của xăng dầu là tỷ số giữa khối lượng riêng của xăng dầu tại một nhiệt độ nhất định và khối lượng riêng của các nước nguyên chất là ở 40C. Quan hệ nhiệt độ và tỷ trọng được biểu diễn như sau: trong đó: là tỷ trọng của xăng ở nhiệt độ t là tỷ trọng của xăng ở nhiệt độ 150C t: nhiệt độ của xăng: 2.14) Tính ổn định hoá học: Tính ổn định hoá học của xăng là khả năng chống lại sự oxy hóa bởi oxy hoá không khí làm biến chất sản phẩm xăng với môi trường xung quanh. Xăng có tính ổn định càng cao thì khả năng biến chất càng khó, nên bảo quản được lâu, khi sử dụng sẽ ít ảnh hưởng đến động cơ đồng thời các tính chất khác ít bị thay đổi. Sự oxy hoá các sản phẩm dầu mỏ là quá trình biến đổi hoá học cấu trúc phân tử dẫn đến biến đổi thành phần xăng. Như đã biết, xăng sản xuất ra bao giờ cũng qua một thời kỳ vận chuyển, bảo quản với thời gian ngắn khác nhau. Trong thời gian đó xăng luôn phải tiếp xúc với kim loại, không khí, nhiệt độ, .... là những điều kiện dễ dàng làm cho sự oxy hoá là quá trình tạo thành nhựa, do trong xăng có nhựa thì sẽ sinh ra cặn than trong động cơ. Nhựa sinh ra khi xăng bốc hơi đọng lại trên các thành ống hút,ống đẩy. Tại đây nhiệt độ cao làm nhựa khô cứng lại, giảm tiết diện của ống, làm cho xăng bốc hơi vào buồng cháy khó khăn, công suất cực đại của động cơ giảm, hơi hỗn hợp phân phối trong các ống hơi không đều, mức tiêu thụ nhiên liệu tăng. Hơn nữa, nhựa bám trên các van hút làm kênh van, áp suất buồng cháy không đảm bảo máy vận hành, có khi không làm việc được. Mặt khác nhựa còn giảm trị số octane. Khi xăng bị oxy hoá không những sinh ra nhựa mà còn sinh ra axit hữu cơ gây ăn mòn hệ thống cháy. Nhựa thực tế của xăng cao là do nhiễm bẩn dầu nhờn hoặc một chất nào đó có điểm sôi cao. Hàm lượng nhựa thực tế của xăng là một chỉ tiêu đặc trưng cho xăng ôtô. Nói chung sau một thời gian bảo quản hàm lượng nhựa thực tế sẽ tăng nhưng chỉ được phép nằm trong giới hạn nhất định (thường tối đa là 4á5 mg/100ml xăng). Nếu lượng quá lớn sẽ ảnh hưởng đến khả năng tính chất của xăng như: tính chống kích nổ, tính ăn mòn, tính bốc hơi.... Để đánh giá tính ổn định của nhiên liệu thông thường người ta xác định hàm lượng thực tế và thời kỳ cảm ứng của nhiên liệu(thời kỳ cảm ứng càng lâu càng tốt). Phản ứng oxy hoá tiến hành theo cơ chế chuỗi gốc nên có chu kỳ cảm ứng(chu kỳ cảm ứng là thời gian cần thiết để quá trình oxy hoá nhiên liệu tới điểm có vận tốc tăng vọt). Chu kỳ cảm ứng càng dài thì ổn định của xăng càng cao. Đó là một chỉ tiêu quan trọng dễ đặc trưng cho khả năng chống lại các biến đổi hoá học của xăng. Từ đây ta có thể nói, tính ổn định hoá học của xăng là một chỉ tiêu quan trọng, nó ảnh hưởng đến tính chất và phẩm cấp của xăng do nhiều nguyên nhân dẫn đến. Vì vậy tính ổn định hoá học này cần phải đặc biệt chú trọng tới Bảng 5: Theo TCVN độ ổn định oxy hoá yêu cầu có giá trị: Loại xăng Thời kỳ cảm ứng (phút) Petrolimex Min240 Thường Min480 Cao cấp Min480 đặc biệt Min900 2.15) Hàm lượng nước và tạp chất cơ hoc: Hàm lượng nước và tạp chất cơ học không được tồn tại trong xăng dầu nói chung và xăng ôtô nói riêng. Tuy nhiên, trong quá trình vận chuyển, tồn chứa, nước tự do có thể lẫn vào ngoài ra nước có từ khi hình thành nên dầu khí do sự lún chìm của các vật liệu hữu cơ dưới đáy biển, hoặc nước từ khí quyển ngấm vào các mỏ dầu. Về sau nước có thể lắng xuống và được tách ra một cách tương đối dễ dàng. Hàm lượng của nước cho biết nước hoà tan hoặc khuyếch tán trong sản phẩm, thông thường hàm lượng nước tăng theo thành phần cất của phân đoạn dầu mỏ. Sự có mặt của nước trong dầu mỏ làm chúng bị nhiễm bẩn, vì trong nước có lẫn trong dầu mỏ còn gọi là nước khoan, nó có chứa một lượng rất lớn các muối khoáng. Ngoài ra còn một số oxyt không phân ly ở dạng keo như Al2O3, Fe2O3, SiO2 . Trong nhiều trường hợp nước bị biến chất tạo thành hệ nhũ tương bền vững, đẩy nhanh quá trình oxy hoá, do trong nước có một số muối khoáng bị thuỷ phân tạo ra axit, gây nên những tác hại nghiêm trọng như giảm độ cách điện, gây ăn mòn thiết bị, ăn mòn bể chứa, đường ống thiết bị theo phương trình phản ứng sau: MgCl2 + 2H2O đ Mg(OH)2 + 2HCl2 MgCl2 + H2O đ Mg(OH)Cl + HCl Sự có mặt của nước là nhân tố không có lợi cho việc sử dụng, nhưng biết được hàm lượng nước có trong xăng dầu lại có ý nghĩa quan trọng, nó giúp cho việc tính toán khối lượng sản phẩm, đáp ứng cho quá trình mua bán và vận chuyển...,hàm lượng nước trong sản phẩm dầu mỏ được tính bằng phần trăm (%) theo trọng lượng hay thể tích bằng triệu ppm. Tổng hàm lượng nước xác định theo phương pháp ASTM-D95-83, chính xác đến 0,005% thể tích sẽ được sử dụng để xác định đúng thể tích(khối lượng) sản phẩm khi vận chuyển xăng dầu. Từ đây, ta có thể nói hàm lượng nước là một đặc trưng quan trọng đối với dầu mỏ, đặc biệt đối với dầu biến thế. Với nhiên liệu xăng quy định không có nước, hàm lượng nước được xác định theo phương pháp chưng cất với dung môi, dùng các phân đoạn Ete dầu mỏ hoặc xác định theo tiêu chuẩn ASTM 1976 như sau: Đun nóng mẫu thử với dung môi trong bộ cất sinh hàn + hồi lưu có dung môi không tan trong nước, khi dung môi đó cùng được cất ra với nước sẽ trở lại bình cất. Trong điều kiện nóng ẩm như ở nước ta thì sản phẩm rất dễ hấp thụ nước, hàm lượng nước thay đổi nhanh khi trong tồn chứa và sử dụng xăng. Do vậy cần phải tách nước ra khỏi các phân đoạn sao cho hàm lượng nước càng nhỏ càng tốt. Thành phần chính của hợp chất cơ học là cát, đất sét, muối kim loại và các sản phẩm kết tủa của các quá trình oxy hoá. Ngoài ra ta còn thấy tạp chất cơ học còn là sản phẩm làm tăng độ tro. Tạp chất cơ học có ở trong xăng dầu cũng như là dầu mỏ nói chung, nó sẽ làm bẩn, gây mài mòn thiết bị, tắc đầu lọc và nhũ hoá sản phẩm, đồng thời sẽ gây ra những khó khăn cho việc vận chuyển. Nếu trong nhiên liệu này có hàm lượng các kim loại nặng lớn khi cháy sẽ tạo hợp kim với sắt có nhiệt độ nóng chảy thấp, sẽ gây mài mòn trong quá trình bơm phun, dẫn đến thủng lò. Đặc biệt nếu tạp chất cơ học nhiều sẽ làm giảm lượng và hiệu quả sử dụng nhiên liệu. Từ đây ta có thể xác định tạp chất cơ học bằng phương pháp tách và cân, phương pháp này được xác định như sau: lấy mẫu nhiên liệu đem lọc qua giấy lọc đã được sấy khô và cân bằng trước sự tăng trọng lượng của giấy sau khi lọc sẽ xác định được hàm lượng tạp chất cơ học. Nhưng quá trình xác định có thể không tránh khỏi sai sót trong quá trình cân, rửa không hết sẽ làm tăng dầu nhờn và kỹ thuật sấy. Do vậy việc tách hàm lượng nước và tạp chất cơ học ra khỏi dầu mỏ là một điều đặc biệt cần chú trọng. 2.16) Hàm lượng các chất thơm: Nếu trị số octane thấp sẽ bị cháy kích nổ, để khống chế hiện tượng này ta phải cải tiến thành phần hoá học của xăng trong các thành phần Hydro cacbon thì hợp chất Hydro cacbon thơm có trị số octane khá cao, nên xu hướng giảm hàm lượng chì trong xăng sẽ được thay thế khi sử dụng các hàm lượng các chất thơm để tăng kích nổ trong xăng(các phụ gia thơm như Benzen, Etanol). Tuy nhiên sự gia tăng này cũng gây ảnh hưởng đến sự ô nhiễm môi trường nên hàm lượng các chất thơm cũng càng được hạn chế trong điều kiện chưa trang bị cho động cơ bộ phận sử lý xúc tác khí thải. Bảng 6: Quy định hàm lượng các nhân tăng trị số octane trong xăng của một số quốc gia như sau: Số thứ tự Tiêu chuẩn hàm lượng phụ gia trị số octane trong xăng Quốc gia Olefin(%wt) Aromatic(%wt) MTBE(%v) SAcol(%v) 01 Brazil Max36,4 Max32,2 02 Pháp 03 Đức Max10 04 Nhật Max15 05 Thái lan Max36,4 Max50 Max10 2.17) Mầu sắc của sản phẩm dầu: Mầu sắc của sản phẩm dầu biến đổi từ mầu sáng đến nâu tối. Mầu sắc của các sản phẩm này phụ thuộc vào số lượng và đặc tính của các hợp chất keo nhựa và màu sắc của các hợp chất khác lẫn trong những sản phẩm đó. Mầu sắc là một chỉ tiêu ít có ý nghĩa đối với sản phẩm dầu mỏ sự khác nhau về màu sắc của những sản phẩm dầu thô có nguồn gốc về sự khác nhau về chủng loại dầu thô dùng để chế biến ra chúng, về khoảng nhiệt độ sôi, về phương pháp và mức độ làm sạch trong quá trình chế biến về bản chất và hàm lượng của phụ gia pha vào các sản phẩm đó. Tuy nhiên trong một số trường hợp, màu được coi là sự nhiễm bẩn của sự oxy hoá các sản phẩm. Phép xác định mầu của các sản phẩm dầu mỏ được sử dụng chủ yếu cho mục đích kiểm tra trong sản xuất, và đối với người tiêu dùng thì mầu cũng là chỉ tiêu chất lượng cũng quan trọng vì người ta nhìn thấy được nó mà qua đó người ta có thể đánh giá sơ bộ chất lượng của sản phẩm. Phương pháp so mầu seibolt: Mầu của nhiên liệu tương ứng với chiều cao cột mẫu, mà khi nhìn xuyên qua chiều cao của cột mẫu nhiên liệu trùng với mầu của một trong ba kính chuẩn mầu theo thang đo (+30) là sáng nhất và (-18) là tối nhất. Một số quốc gia quan sát được như sau: Nhật Bản: xăng chất lượng có mầu vàng Xăng thông dụng màu vàng Malaysia: xăng mùa đông, mùa hè: mầu vàng Philipin: Mầu sắc seibolt: ASTM.D156min +10 Bảng 7: Các chỉ tiêu kỹ thuật của xăng chì tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 5690-98) về xăng ôtô: Các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm Phương pháp thử Xăng chì 83 Xăng chì 92 Xăng chì 97 1-Trị số octane - Theo phương pháp RON 2-Thành phần cất phân đoạn,0C + 10% TT, Max + 50% TT,Max + 90% TT, Max + Điểm sôi cuối, Max + Cặn cuối, %TT, Max 3-ăn mòn lá đồng ở 50%/3h,Max 4-Hàm lượng nhựa thực tế mg/10ml,Max 5- Độ ổn định oxy hoá phút-min 6- Hàm lượng S tổng, % KL, max 7- Hàm lượng chì, g/l, Max 8- áp suất hơi bão hoà ở 37,80C; kpa ASTMD2699 -1995 TCVN2698-95 TCVN2694-95 ASTM D381-94 ASTM D525-95 ASTM D1266-91 TCVN 6020- 95 83 70 120 190 210 2 N1 5/8 240 0,15 0,15 92 70 120 190 210 2 N1 5/8 240 0,15 0,15 97 70 120 190 210 2 N1 5/8 240 0,15 0,15 IV) Các loại xăng: Các chỉ tiêu._.n của olefin trong nguyên liệu có ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Khi alkyl hoá izo- butane bằng olefin, sự ảnh hưởng của chúng đến các chỉ tiêu của quá trình. Bảng 15: ảnh hưởng của nguyên liệu đến hiệu suất alkylat Chỉ tiêu C3H6 C3H6 (40%) C4H8(60%) C4H8 C5H10 Hiệu suất alkylat so với olefin %V 178 174 172 160 Tiêu hao izo-butan %V 127 117 111 96 Trị số octane của alkylat sạch RON 89á92 92á95 94á97 90á93 RON[+0,8ml TEP/L] 101,5á103 103,5á105 104,2á106,3 103á103,6 MON 87á90 90á93 92á94 90á92 Các cấu tử có giá trị nhất là izo-octane. Trong đó cấu tử chuẩn là 2,2,4-trimetyl pentane có ON = 100. Sự phân bố của izo-C8H18 phụ thuộc vào olefin nguyên liệu Bảng 16: Sự phân bố của izo-octane trong sản phẩm alkyl hoá: Hydro cacbon C3 Olefin nguyên liệu RON Buten1 Buten2 izo-buten Hỗn hợp 2,2,4-trimey pentan 41,8 45,2 49,6 43,3 100 2,2,3-trimetyl pentane 3,4 3,2 3,4 2,1 109 2,3,3-trimetyl pentane 22,2 23,6 19,1 22,2 2,3,4-trimetyl petane 17,3 16,4 12,7 20,3 2,2-diemty hexan 4,8 3,0 3,2 3,6 72,5 2,4-dimetyl hexan 5,0 3,6 5,0 3,8 2,5-dimetyl hexan 5,0 4,4 7,0 4,6 3,4-dimetyl hexan 0,5 0,6 0,7 0,1 Chất lượng xăng alkyl hoá: Xăng thu được từ quá trinh alkyl hoá (còn gọi là alkylat) có chất lượng rất cao, trị số octane trên 95, chứa rất ít olefin và hydro cacbon thơm, trong thành phần chủ yếu là izo-alcan(izo-octane). Thường sử dụng alkylat để pha vào các loại xăng khác nhau nhằm nâng cao chất lượng. Nước chì làm tăng mạnh trị số octane cho xăng alkyl hoá. Do vậy xăng máy bay thường có hàm lượng lớn xăng Alkyl hoá có hàm lượng chì cao (có đến 0,55g/l và trị số octane MON>100 đơn vị). Người ta không dùng xăng Alkyl hoá để sử dụng trực tiếp mà phải pha vào xăng khác vì xăng được đặc trưng bởi rất nhiều yếu tố: + t0 sối dầu = 350C thấp để đảm bảo khởi động nguội + t0 sôi cuối = 2050C đảm bảo nhiên liệu cháy hết mà xăng Alkyl hoá ở đó chỉ có một loại cấu tử, có trị số octane cao, nếu đã không đảm bảo được thành phần cất, áp suất hơi bão hoà và các chỉ tiêu khác và xăng máy bay là xăng pha trộn. V. Các loại phụ gia cho xăng nhiên liệu: Để đảm bảo chất lượng của xăng nhiên liệu thường phải pha thêm phụ gia cho đạt yêu cầu và mục đích người sử dụng. Vì phân đoạn xăng lấy trực tiếp từ dầu mỏ có rất ít izo-parafin và thơm, nhiều n- parafin, do đó trị số octane rất thấp (chỉ đạt 30 đến 60), trong khi đó yêu cầu về trị số octane cho xăng động cơ phải lớn hơn 70. Vì vậy phải dùng các biện pháp khác nhau để nâng cao chất lượng của xăng, đó là dùng các phụ gia cho xăng được quan niệm là những hợp chất được đưa vào xăng với hàm lượng dưới 10% nhằm mục đích cải thiện các chỉ tiêu chất lượng của xăng. Trên thực tế cho thấy rằng phụ gia cho các sản phẩm dầu mỏ nói chung và riêng cho nhiên liệu có vai trò rất quan trọng. Bằng cách cho thêm phụ gia khác mới có thể hoàn thiện các tính năng của các mặt hàng thương phẩm của dầu mỏ với các yêu cầu ngày càng cao của sự phát triển khoa học kỹ thuật. Việc dùng phụ gia có hiệu quả kinh tế hơn các phương pháp khác. Phụ gia có mặt trong xăng sẽ giúp chúng ta có các sản phẩm với chất lượng riêng biệt. Vì vậy, trong khi công nghiệp chế biến dầu mỏ của ta chưa hình thành công ty phụ gia các sản phẩm dầu mỏ với tên gọi là Additires of petrol products (APP) Đ công cuộc tìm kiếm phụ gia cho xăng dầu chủ yếu tập trung vào phụ gia chống kích nổ. Những năm 1910-1930 trên thế giới đã tìm ra và đưa vào sử dụng phụ gia chống kích nổ bằng iốt, anilin và TEL (Tetra etyl chì-(C2H5)4Pb). Đến năm 1950 sự nghiên cứu các chất phụ gia có hệ thống và quy mô rộng lớn đã xác định ảnh hưởng của phụ gia đối với nhiều khía cạnh trong quá trình làm việc của động cơ như: phụ gia ăn mòn, phụ gia chống đóng băng. Từ thập kỷ 70 do tính chất bảo vệ môi trường cho nên việc sử dụng phụ gia chống kích nổ dưới dạng chì không được xếp vào loại phụ gia tốt để pha vào xăng. Tuy nhiên, ở Việt Nam do điều kiện kinh tế mà hiện nay phụ gia chì làm tăng chống kích nổ cho xăng, vẫn được quan tâm nhằm giới hạn tối đa hàm lượng chì trong xăng (0,4g/10). Hình 1: Trình bày lịch sử tìm kiếm, sử dụng các phụ gia cho xăng nhiên liệu và sự phát triển lượng xăng tiêu thụ trên thế giới. V.1) Phụ gia chì: Một trong những biện pháp tăng trị số Octane là dùng phụ gia chống kích nổ, đó là những chất khi cho thêm vào xăng với một lượng không lớn nhưng sẽ làm tăng trị số Octane lên. Các chất phụ gia sẽ tăng cường thêm các thành phần hoá học có khả năng kiềm chế hiện tượng cháy kích nổ của nhiên liệu trong điều kiện nhiên liệu bị oxy hoá sâu sắc bằng các giải pháp Ete hóa hoặc Alcohol hoá...., để bão hoà oxy trong hỗn hợp nhiên liệu, không đẩy tiến trình oxy hoá sâu sắc thêm.... Đối với xăng nói chung, từ lâu, người ta đã biết và dùng các loại hợp chất hữu cơ của Fe, Pb, Mn, Co....., là những chất có hoạt tính cao để làm phụ gia. Nhưng phụ gia được nhiều nước sử dụng nhất là Tetra etyl-chì (Pb (C2H5)4) (TEL) Chì Pb được đưa vào xăng động cơ dưới dạng các hợp chất hoá học với mục đích chủ yếu để cải thiện trị số Octane cho xăng. Hàm lượng chì chủ yếu phụ thuộc vào lượng và loại phụ gia được pha vào xăng động cơ để tăng cường trị số Octane. Phụ gia xăng cho động cơ được nhiều nước sử dụng nhất vẫn là Tetra etyl chì (Pb(C2H5)4); Tetrametyl chì (TML) Pb(CH3)4. Chất phụ gia pha vào nhiên liệu với lượng vừa đủ để phá huỷ các hợp chất trung gian hoạt động (peroxy, hydro peroxyt), làm giảm nồng độ của nó trong không gian phía ngoài ngọn lửa để sự cháy được điều hoà tốt hơn, không gây ra hiện tượng cháy kích nổ nữa. Kết quả là trị số Octane của xăng thực tế được tăng lên. Ngoài ra tetra ety chì (TEL) có nhiệt độ sôi thấp hơn nên có khả năng phân bố đồng đều làm cho chỉ số octane tăng. Cơ chế dùng phụ gia chì như sau: + Carbuahydro khi bị oxy hoá sâu sắc sẽ tạo thành các hợp chất không bền. R-CH3 + O2 RCH2OOH + Dùng phụ gia tetra metyl chì Pb(CH3)4, tetra ety chì (Pb(C2H5)4) để giảm hàm lượng peroxyt (ROOH) và phân huỷ các hợp chất trung gian hoạt động peroxyt để tránh hiện tượng cháy kích nổ. Pb(CH3)4 4CH3 + Pb Pb + O2 PbO2 + Tạo hợp chất không hoạt động: R-CH3 + O2 đ RCH2OOH (chất hoạt động) R-CH2OOH + PbO2đ RCHO + PbO + H2O +1/2O2 (chất hoạt động) (chất không hoạt động) Kết quả là biến các peroxyt hoạt động thành cac aldehyt (RC HO) bền vững, làm giảm khả năng cháy kích nổ. Nhưng đồng thời PbO kết tủa sẽ bám trên thành xylanh, ống dẫn, làm tắc đường nhiên liệu và tăng độ mài mòn. Do vậy, người ta dùng các chất mang để đưa PbO ra ngoài, các chất mang hay dùng là C2H5Br hoặc C2H5Cl, cơ chế tác dụng như sau: C2H5Br C2H4 + HBr 2HBr + PbO PbBr2 +H2O Các sản phẩm PbBr2, H2O là chất lỏng, có nhiệt độ sôi thấp sẽ bốc hơi và được khí thải đưa ra ngoài. Hỗn hợp phụ gia chì và chất mang gọi là nước chì. Nước chì rất độc nên phải nhuộm màu để phân biệt. Hỗn hợp phụ gia chì và chất mang là C2H5Br + Phụ gia + dung môi + phụ gia kháng oxy hoá tất cả cái này gọi là nước chì. Đối với các nước tiên tiến, thì xăng chì cũng pha với xăng không có chì, người ta thường nhuộm màu đặc trưng cho các loại có chì là màu đỏ, để báo hiệu xăng độc hại. Còn đối với nước ta cho màu vào mục đích cho mọi người phát hiện xăng màu gì. Xăng cao cấp thì bao giờ cũng là mầu trắng. Đối với nước chì thì khả năng tiếp nhận nước chì, khả năng tăng trị số Octane khi ta pha thêm lượng nước chì vào thì ta thấy n-parafin có khả năng tiếp nhận nước chì tốt nhất, còn các hydrocacbon thơm tiếp nhận kém. Khả năng tiếp nhận nước chì phụ thuộc vào thành phần hoá học của xăng. Xăng chưng cất trực tiếp là xăng có khả năng tiếp nhận lượng chì tốt nhất trong quá trình pha chế lượng chất mang trong nước chì phải cao hơn khoảng 15% theo lý thuyết. Vì khả năng tiếp xúc giữa chất mang với các Oxyt chì, nếu lượng chất mang C2H5Br mà không cao hơn thì các Oxyt chì sẽ tăng mài mòn động cơ. V.2) Phụ gia chống Oxy hoá: Phụ gia chống Oxy hoá phụ thuộc vào từng hệ thống công nghệ của các cơ sơ hoá học dầu. Vào đầu những năm 1930 người ta đã phát hiện ra một số chất làm chậm quá trình Oxy hoá của xăng và nó có vai trò quan trọng khi ta sử dụng xăng Cracking có nhiều Olefin. Trong thành phần của các nhiên liệu cần pha chế có thể chứa nhiều Olefin. Các Olefin đặc biệt là các Diezen có nối đôi liên hợp dễ dàng phản ứng theo cơ chế chuỗi gốc ở nhiệt độ thường tạo thành các hợp chất Polyme dạng nhựa. Các cấu tử dễ tạo nhựa khác là các hợp chất thơm. Các hợp chất Nitơ và lưu huỳnh Cơ chế của phản ứng tạo nhựa khởi đầu bằng việc tạo thành gốc alkyl. 2-6 Diter- Butyl phenol có công thức sau: Các Alkyl phenol làm phụ gia thích hợp cho xăng có hàm lượng Olefin 10% và được dùng với hàm lượng cao hơn (5-10 ppm) mới có hiệu quả như phụ gia loại para-phenyl diamin. Việc thêm chất phụ gia chống Oxy hoá nhằm mục đích làm chậm quá trình tạo nhựa của các thành phần Olefin có trong xăng. Các chất chống Oxy hoá thường sử dụng là phenol, hoặc các hợp chất của amine và lượng được cho vào trong xăng thường rất nhỏ. Trong phụ gia chống Oxy hoá người ta cũng thường cho thêm một lượng nhỏ các chất giảm độ hoạt động của kim loại, chúng có tác dụng làm giảm độ hoạt động hoá học của các kim loại kể cả đồng, trong quá trình lọc hoá dầu, trong vận chuyển. V.3) Phụ gia khử hoạt tính kim loại: Sự oxy hoá của nhiên liệu có thể tăng lên đáng kể khi những vụn kim loại lẫn vào xăng trong quá trình vận chuyển. Mercaptan phenol. Ete làm tăng khả năng hoà tan kim loại trong nhiên liệu. Kim loại đồng(Cu) là chất xúc tác mạnh nhất làm cho sự oxy hoá tăng lên rất nhiều chỉ với hàm lượng 0,01 mg/l. Chức năng của các loại phụ gia khác khử hoạt tính kim loại là chúng có thể tạo ra phức hợp bền vững với các nguyên tố kim loại bị hoà tan và do đó kim loại bị mất hoạt tính xúc tác có hại. Phụ gia khử hoạt tính kim loại như: n-Disalixyliden-1,2 Propan Diamian có công thức sau: Tạo phức vòng cùng với kim loại và làm mất hoạt tính xúc tác của đồng: V.4) Phụ gia chống ăn mòn: Một số tạp chất nhỏ trong xăng có thể ăn mòn kim loại dùng làm đường ống, bể chứa, đặc biệt là nước. Nước dưới dạng hạt nhỏ có thể lẫn vào xăng trong quá trình bảo quản và vận chuyển thì nước và các thành phần khác trong xăng như hợp chất rượu có thể gây ra sự ăn mòn do bản thân chúng hoặc vì tính hoà tan trong chúng. Việc ngăn chặn sự ăn mòn của các tạp chất nhỏ có trong xăng là cần thiết tránh sự hư hỏng bể chứa, đường ống vận chuyển, tránh để các hạt rỉ làm tắc bộ lọc nhiên liệu, bộ chế hoà khí và vòi phun của động cơ. Tác dụng của chất chống ăn mòn là chúng có khả năng bao phủ bề mặt kim loại không cho tiếp xúc với phần tử ăn mòn. Cấu trúc của các phụ gia chống ăn mòn cần thoả mãn yêu cầu sau: Đầu tích điện của phần tử (Cacboxylat, este hay nhóm amin) bám vào bề mặt kim loại, còn đầu Alykyl có khối lượng phân tử không tích điện quay về phía Hydro cacbon. Nhờ đó một lớp bao phủ tạo ra ngăn cản nước rất hiệu quả. Lượng rượu cao trong xăng rất có hại bởi vì ngoài tính ăn mòn thì rượu còn có thể hoà tan màng bảo về kim loại. Trong trường hợp này cần dùng phụ gia chống ăn mòn với hàm lượng cao hơn 100ppm. Trường hợp lượng rượu thấp chỉ cần từ 10 á12 ppm cũng đủ để chống ăn mòn có hiệu quả. V.5. Phụ gia chống đóng băng: Quá trình bay hơi của nhiên liệu trong bộ chế hoà khí hấp thụ nhiệt từ môi trường xung quanh nên khi nhiệt độ không khí là trên O0C vẫn có thể tạo ra nhiệt độ thấp (<O0C) trong bộ chế hoà khí gây ra tình trạng đông lạnh của hơi ấm trong bình đó (2) cho thấy điều kiện nhiệt độ, độ ẩm của không khí là nhân tố gây ra hiện tượng đóng băng trong bộ chế hoà khí. Khi độ ẩm tương đối của môi trường là 90% nếu nhiệt độ của không khí là 100C sẽ xảy ra hiện tượng đóng băng mạch ở điểm (1). Hình (2). Độ ẩm tương đối %. Hình 2: ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm của không khí đến hiện tượng đóng băng trong bộ chế hoà khí. Vùng đóng băng mạnh Vùng đóng băng Vùng không đóng băng. Sự đông lạnh ở bộ chế hoà khí có thể nhận ra khi máy chạy không tải và bị chết máy do đóng băng tạo ra máy chạy với vận tốc đều. Nhứng hiện tượng công suất máy bị giảm, tiêu thụ nhiều xăng, toả ra khí thải màu đen do động cơ đốt trong hết xăng và cuối cùng là chết máy. Có hai phụ gia khắc phục được hiện tượng đóng băng trong bộ chế hoà khí đó là: V.5.1 Các chất hoạt động bề măt: Các chất này tạo ra màng mỏng bao phủ bề mặt kim loại làm cho băng không bám dính vào bề mặt kim loại gồm các chất: Amn, Diamin, Glycol, Este của axit béo với nồng độ 10á66ppm. Các chất hoạt động bề mặt khác nhau như các phụ gia tẩy rửa có tác dụng chống đóng băng tương tự nhau: V.5.2. Các chất làm giảm nhiệt độ đông đặc: Các chất hoà tan nước như rượu, glycol, diametyl, formamit. Tuỳ từng loại chúng phải được thêm vào từ 0,02 á2% thể tích, gần đây rượu được sử dụng phụ gia chống đóng băng không còn ý nghĩa nữa. Tuy nhiên, việc đưa rượu vào thành phần của xăng cũng có ý nghĩa là phụ gia chống ăn mòn cần đạt được hiệu quả cao hơn giúp cho máy móc động cơ và các thiết bị chứa vận chuyển và sử dụng xăng bền hơn. V.6. Phụ gia tẩy rửa: Trong các động cơ, trong các hệ thống bơm nhiên liệu của động cơ, sau một thời gian sử dụng thường có một lượng nhựa, các loại cặn, muội bám vào, và các kết tủa hữu cơ có khối lượng phân tử lớn sẽ tạo ra trong quá trình nạp, trộn nhiên liệu có thể gây ra những trục trặc đáng kể trong quá trình vận hành. Kết quả ở bộ chế hoà khí và vòi phun sẽ ngăn cản quá trình trộn nhiên liệu không khí dẫn đến kết quả là mức tiêu thụ xăng lớn, động cơ hoạt động cầm chừng. Trong trường hợp nghiêm trọng có thể xảy ra chết máy, làm hư hại động cơ. Nguyên nhân của hiện tượng kết tủa là do trong xăng chứa lượng olegin, các tạp chất cơ học, keo nhựa... Đối với các động cơ 2 kỳ, dầu máy đi vào hệ thống nạp cũng có thê dẫn tới hiện tượng kết tủa. Chỉ có thể giải quyết hiện tượng kết tủa bằng các phụ gia tẩy rửa hiệu quả cao. Phụ gia tẩy rửa cho bộ chế hoà khí được sủ dụng từ năm 1955 với các thành phần gồm có. Polyizobutenamin, Polyizobutenpolyanit hay các Amit của axit, các boxylic mạch dài. Các chất này sử dụng cùng với các loại dầu chịu nhiệt để giữ cho bề mặt van trơn bảo đảm liên tục rửa trôi các kết tủa, Polyeteamin phân huỷ trên van mà không để lại cặn tẩy rửa rất hiệu quả giúp cho động cơ đạt năng suất cao, ít tốn nhiên liệu. Để giữ cho van sạch, người ta dùng nồng độ tương đối cao, phụ gia tẩy rửa (300-400ppm) và dầu bôi trơn (300-400ppm). Hỗu hết các chất tẩy rửa ở thế hệ thứ hai có khả năng rửa sạch chất bẩn bám dính trên bề mặt động cơ và van nạp. V.7. Phụ gia chống kết tủa buồng đốt: Trong một số trường hợp nhất định, một số lượng đáng kể hỗn hợp chì, cacbon dầu máy kết tủa trong buông đốt và trên thân buzi dẫn đến hiện tượng buồng đốt có tiếng lọc xọc và buzi tắc nghẽn hoặc tia lửa điện phóng ra bị cản trở. Hỗn hợp chất hữu cơ phốt pho và hợp chất hữu cơ được đưa vào nhiên liệu từ rất sớm. Những chất này không được kết tủa nhưng chúng có thể biến thành vật liệu chịu nhiệt và dẫn nhiệt thấp. Các sản phẩm bán ra thị trường của hãng (Shell) ICA, Ehyt (ICC) và Caltex (Borrow) có chứa Tricresyl phốt pho, Triizo propy phốt phít, Bara zan, và este của axit boric. Những phụ gia này không tồn tại trên thị trường nữa vì sự cắt giảm hàm lượng chì trong xăng nên đã không cần đến chúng nữa và những động cơ có bộ chuyển hoá xúc tác làm giảm công suất của động cơ và làm hư hại máy. Gần đây những nghiên cứu lại gắn bó với sự phát triển của phụ gia tránh tạo kết tủa ở buồng đốt, đồng thời làm tăng trị số Octane của xăng, nhờ đó mà làm tăng sự kín khít giữa pistong và xylanh, kéo dài tuổi thọ của động cơ, tiết kiệm nhiên liệu. V.8.Phụ gia khử nước: Do tiếp xúc với hới nước trong quá trình vận chuyển, tồn chứa thì xăng nhiên liệu thường có nước dạng nhũ. Quá trình tách nhũ được tăng cường khi dùng phụ gia để làm giảm sức căng bề mặt giữa các giọt nước lớn để nước lắng nhanh hơn. Muối Amin bậc 4 với nồng độ (5-50ppm) được dùng cho mục đích này ở xăng nhiên liệu khi nước lắng xuống ta dễ tách nước ra khỏi xăng nhiên liệu. V.9. phụ gia trợ giúp tia lửa điện: Tất cả các phụ gia đã được nêu lên từ đầu đều mục đích bảo vệ động cơ, giữ cho động cơ được làm việc tốt nhất. Một loạt các phụ gia có tác dụng tăng cường quá trình cháy trong động cơ đã được hãng Shell tung ra thị trường từ những năm 1986 với tên thương mại Formula Shell là hợp chất hữu cơ chứa Kali. Với phụ gia này thời gian lan truyền ngọn lửa trong buồng đốt được rút ngắn lại do đó giúp cho quá trình cháy hoàn toàn nhiên liệu khi buzi đánh lửa yếu hay hỗn hợp nghèo nhiên liệu lúc khởi động lạnh. Điều này giúp cho việc vận hành xe ở vùng khí hậu lạnh dễ dàng và giảm lượng Hydro cacbon trong khí thải ít gây ô nhiễm môi trường. Dựa trên các kết quả thực nghiệm cho thấy có phản ứng giữa Kali, chì và chất dẫn chì tạo ra hợp chất gây ăn mòn ở nhiệt độ cao ở van của một số loại động cơ, phụ gia này chỉ được dùng cho nhiên liệu không có chì. V.10. Phụ gia chống tĩnh điện: Khi xăng mà thành phần chủ yếu là Hydro cacbon được bơm với vận tốc lớn thì có thể tích điện và khi phóng điện có thể gây hiện tượng cháy nổ. Phụ gia tăng độ dẫn điện (chống tĩnh điện của dòng chảy) thường được dùng là các hợp chất chứa Canxi và Crôm cho và nhiên liệu với hàm lượng là nhỏ hơn 5ppm với các hợp chất này được hiện tượng cháy nổ làm tăng độ an toàn của xăng. V.11. Sự khác nhau cơ bản giữa xăng chì và xăng không chì: Đ Về chất lượng: Các đòi hỏi với xăng chì và xăng không chì cơ bản vẫn giống nhau như trị số Octane và phụ gia chống kích nổ. Với yêu cầu về trị số Octane vẫn là yêu cầu cần thiết nhất, ngoài ra có một số đặc điểm khác nhau. Đối với xăng có chì: Lượng chì (nhiều hay ít) là chì phụ gia được pha chế vào dạng Tetraethyl chì (TEL) hoặc Tetramethyl chì (TML) để cải thiện trị số Octane, nếu xăng gốc chưa đặt tới giá trị trị số octane yêu cầu. Đối với xăng không chì: Thực tế thì vẫn được có một hàm lượng chì nhất định với hàm lượng đó thông thường là 0,013g/l (TCVN 6776.2000) cũng quy định với xăng không chì, hàm lượng chì nói trên không phải là chì phụ gia được pha vào mà đơn giản nó chỉ là dạng chì khoáng có sẵn từ trong dầu mỏ nên hàm lượng thường phụ thuộc vào nguồn gốc dầu mỏ và khả năng về công nghệ lọc hoá dầu của từng nhà máy có thể loại bỏ tối đa đến mức bao nhiêu. Tuy nhiên xăng không chì sẽ phải có các phụ gia khác để thay thế cho phụ gia chì như Benzen,MTBE. Tỷ trọng (Density ở 150C) : đối với xăng không chì thường cao hơn xăng chì nhưng không quá 0,750g/l. Có thể nói, từ những đòi hỏi của môi trường, phụ gia chì trong xăng phải loại bỏ trong những yêu cầu chất lượng của xăng động cơ lại không được thay đổi. Do đó để đảm bảo xăng có trị số octane theo yêu cầu sử dụng và yêu cầu thiết kế củađộng cơ, phải có các phụ gia mới thay thế. Việc thay thế hay giống như việc sẽ có một số thay đổi trong thành phần xăng không chì nhưng chủ yếu là sự khác nhau đối với phụ gia nhằm tăng cường trị số octane. VI. Các hợp chất chứa oxy có trị số octane cao: Trước kia, chì là phụ gia khi cho vào xăng làm tăng trị số octane lên nhiều nhất (từ 6 đến 12 đơn vị octane). Nhưng do các yêu cầu về bảo vệ môi trường và do tính độc hại của chì mà sản phẩm cháy tạo thành PbBr2 ảnh hưởng đến bầu khí quyển, ngoài ra không lắp được hợp xúc tác Pt/Al2O3. Do vậy, mà hiện này nhiều quốc gia đã ban hành luật cấm sử dụng loại phụ gia này. Để xăng không chì vẫn đảm bảo được trị số octane cao và đạt yêu cầu, có thể cải tạo công nghệ nhằm tiến hành quá trình refoming, tiêu hao nhiều năng lượng hơn cho quá trình này, tăng lượng nguyên liệu tiêu thụ, đẩy chi phí và giá thành lên rất cao. ở Việt Nam, từ tháng 7 năm 2001 đã bắt đầu chiến dịch sử dụng xăng không có chì. Có một số giải pháp hữu hiệu để đạt tới trị số octane cao hơn khi không sử dụng chì Pha trộn xăng có trị số octane cao (như xăng alkyl hoá, izome hoá...) để biến đổi các parafine mạch thẳng những parafine mạch nhánh có trị số octane cao hơn có tính khả thi tốt vào nhiên liệu có trị số octane thấp. Nâng cấp và đưa thêm các thiết bị lọc dầu để sản suất hỗn hợp xăng có trị số octane cao. Sử dụng các chất phu gia không chưa chì, như các hợp chất chứa oxy: + Ethanol + Methanol + Tertiary-butyl alohol (TBBA) + Methyl tertiaty-Butyyl ether (MTBE) Trong số các phụ gia chứa oxy nói trên, etanol và MTBE được sử dụng với số lượng nhiều nhất. Chẳng hạn như ở Mỹ. MTBE được pha trộn tới 15% thể tích, etanol tới 10% thể tích. ở Brazil đã pha trộn tới 22% etanol vào xăng trong nhiều năm. 17: Tính chất lý học của các phụ gia chứa oxygen. Các tính chất Methanol Ethanol TBA MTBE TAME 1.Tỷ trọng 60/600F 0,796 0,794 0,791 0,746 0,770 2.áp suất hơi bão hoà, bar 0,35 0,16 0,14 0,61 0,22 3.Nhiệt độ sôi, 0C 65 78 83 55 86 4.Khả năng hoà tan trong nước Tan vô hạn Tan vô hạn Tan vô hạn 1,4% 0,6% 5.tỷ lệ A/F 6,5:1 9,0:1 11,1:1 11,7:1 11,9:1 6. Nhiệt lượng toàn phần Kcal/ 4,787 6,624 7,827 8,400 9,000* 7. Nhiệt lượng của hơi Kcal/ 276 218 145 77 78 8. Điểm chớp cháy,0C 11 13 11 ........... ........... 9. Giới hạn bắt lửa -% tối thiểu -% tối đa 6,7 36,0 4,9 19,0 2,4 8,0 .............. ............. .......... ............. Chú thích: * các số liệu tính toán gần đúng VI.1. Methanol: Methanol khi dùng để pha chế thường có trị só octane cao tương tự như các chất phụ gia khác họ oxygen. * ưu điểm lớn đối với loại phụ gia này là: Giá tương đối rẻ Khả năng điều chế loại phụ gia này trong thiên nhiên tương đối dễ dàng. Methanol có thể điều chế từ các nguyên liệu thô khác nhau. * Nhược điểm lớn nhất đối với phụ gia này là : Khả năng tan vô hạn của nó trong nước có thể dẫn tới những hậu quả không tốt VI.2. Ethanol: Ethanol không được sử dụng rộng rãi bằng Methanol, nó chỉ được sử dụng chủ yếu ở các quốc gia có sẵn nguồn nguyên liệu thiên nhiên là mía như Brazil. Tuy nhiên sử dụng loại phụ gia này cũng có một số nhược điểm như: Hút ẩm rất nhiều, làm tăng nguy có cháy nổ của nhiên liệu (tuy ít hơn so với Methanol). Làm tăng áp suất hơi bão hoà RPV của nhiên liệu. VI.3. Tertiary-butyalcohol(TBA) Tertiary-buty alcohol (TBA) là sản phẩm trung gian của Ocide propylene. Có khoảng 800.000 tấn TBA được sản xuất trên toàn thế giới hàng năm, trong đó khoảng 400.000 tấn được sản xuất tại châu âu. Hiện nay TBA thường được sử dụng để pha chế với Methanol (tỷ lệ 1:1). Hỗn hợp theo tỷ lệ này sẽ làm giảm khả năng phân cách giữa 2 pha của Methanol, đồng thời cải thiện áp suất hơi bão hoà (RPV) của hỗn hợp. Nhược điểm: Phụ gia này có nhiệt độ chảy mềm khá cao, do vậy đối với xăng có phụ gia này không tồn chứa được ở nhiệt độ thấp Tertiary-buty alcohol (TBA) có khả năng hút ẩm cao tuykhông nhiều như Methanolvà Ethanol. VI.4.Methyl tertiary-butyl ether(MTBE) ưu điểm: Khi pha vào xăng không làm thay đổi áp suất hơi bão hoà RPV của nhiên liệu. Khả năng hoà tan với nước của ether thấp hơn nhiều so với các loại rượu, do vậy lượng nước lẫn vào trong nhiên liệu sẽ ít hơn nhiều. Sử dụng MTBE ít nguy hiểm hơn so vói các loại phụ gia khác. Nguy cơ gây cháy nổ ít hơn so với rượu. Nhược điểm: Nhược điểm lớn nhất của loại phụ gia MTBE là giá thành, trong khi nó lại có thể được sử dụng để pha vào xăng với lượng khá lớn (tối đa đến 15%). MTBE được điều chế bằng phương pháp tổng hợp các izo-butylên mà izo-butylene không phải là một loại nguyên liệu dễ kiếm. Hiện này MTBE đang được tiến hành điều chế bằng những con đường khác nhằm giảm giá thành của sản phẩm. MTBE cũng ảnh hưởng đến độ bay hơi của nhiên liệu (nhiệt độ thành phần cất 50%) . Tuy nhiên, phụ gia họ Oxygen thường có trị số octane rất cao (trên 100), do vậy chúng không thể thay thế hoàn toàn các chất phụ gia có chứa chì. Bảng 18: Trị số octane của các chất phụ gia chứa Oxygen. Phụ gia chứa oxygen RON MON Metanol 127-136 99-104 Etanol 120-135 100-106 Tert-butanol(TBA) 104-110 90-98 Metanol/TBA (50/50) 115-123 96-105 Tert-Amyl metyl ete(TAME) 111-116 98-103 Trị số octane theo phương pháp nghiên cứu của MTBE vào khoảng 115á123, do đó hỗn hợp 15% MTBE trong xăng có trị số octane gốc là 87 sẽ tạo nên một hỗn hợp có trị số octane theo phương pháp nghiên cứu RON nằm trong khoảng 91 đến 92, làm tăng từ 4 đến 5 đơn vị octane, tương đương với hàm lượng chì từ 0,1 đến 0,15g/l. Tương tự, trị số octane của ethanol là 120 đến 135, do đó hỗn hợp 10% của ethanol với xăng có trị số octane là 87 sẽ tạo ra hỗn hợp có trị số RON vào khoảng 90á92 VII. một số sơ đồ công nghệ phân hoá: Để đảm bảo trị số octane cho xăng nhiên liệu dùng cho động cơ hiện đại tỷ số nén cao, xăng không chì được sản xuất bằng các quá trìn công nghệ như: Refoming xúc tác, đồng phân hoá, Ankyl hoá. Đấy là xu thế sử dụng xăng sạch- xăng không chì nói chung, sử dụng xăng không chì có một ưu điểm nổi bật đó là vấn đề môi trường - con người được cải thiện hơn rất nhiều so với việc sử dụng xăng chì. Vào khoảng 2005 toàn thế giới có xu hướng sử dụng hoàn toàn xăng không chì. Đây là tin đáng chú ý vì nó không những giúp cho chúng ta giải quyết vấn đề nan giải hiện nay, sự ô nhiễm môi trường rất có thể chấm dứt khi ta sử dụng hoàn toàn xăng không chì, mà còn hường cho ta một cách cụ thể cần phải cố gắng nhiều hơn nữa trong mọi lĩnh vực khoa học-kỹ thuật để làm sao chúng ta tự hoàn thiện mình hơn và không ngần ngại cốt để xăng thương phẩm Việt Nàm có đầy đủ các chỉ tiêu kỹ thuật thế giới đứng ngang với các nước phát triển. Hình : công nghệ đồng phân hoá CKSISOM của Kellog và Root, INC. Khí hydro cùng với nguyên liệu Naphta đi vào thiết bị (2) trao đổi nhiệt để tận dụng nhiệt thừa của phản ứng từ thiết bị phản ứng đi ra, sau đó đi vào thiết bị đun nóng (3) đung nóng hỗn hợp phản ứng, lúc này hỗn hợp phản ứng được đun nóng. Sau đó cho vào thiết bị phản ứng(1) ở thiết bị này xảy ra với phản ứng(2) để cấp lạnh(4) rồi đi vào tháp tách (6) qua máy nén(5). Một phần hydro được tuần hoàn trở lại còn một phần ra thì đi vào tháp tách C4 (7) ở tháp này thì C4 được tách ra và dùng là khí đốt công nghiệp sản phẩm đồng phân hoá lấy ra ở đáy tháp (7). Nguyên lý làm việc của sơ đồ công nghệ đồng phân hoá ipsomb-hexorb-isom của viện dầu mỏ pháp IFP. Nguyên liệu C5/C6 đi vào thiết bị (1) là thiết bị chưng cất phần trên là izo-pentan qua thiết bị làm lạnh, qua tháp lắng, một phần được hồi lưu voà thiết bị(1) còn phần là sản phẩm izo-pentan. Phần đáy của thiết bị là n-C5/C6 đi qua thiết bị (2) ở đấy khí H2 được sục vào để thực hiện phản ứng đồng phân hoá tại nhiệt độ vừa phải tạo nên hỗn hợp cân bằng giữa n-parafin vaizo-parafin. Một phần khí thải được thoát ra ngoài, còn một phần đi vào thiết bị (3) thiết bị tách sản phẩm đồng phân hoá. ở đây sản phẩm thu được chủ yếu là các đồng phân mạch izo, đồng thời hydro tuần hoàn trở lại ban đầu. Nguyên lý làm việc của sơ đồ công nghệ đồng phân hoá PENEX của UOP: Nguyên liệu C3/C6 được nạp vào, cho qua thiết bị sấy khô (1). Đồng thời khí H2 cũng được đưa vào cho thiết bị sấy khô (1). Nguyên liệu vào và khí H2 đã được sấy khô qua thiết bị trao đổi nhiệt vào thiết bị (2) thiết bị phản ứng đồng phân hoá.ở đây qua thiết bị phản ứng (2) để phản ứng được triệt để tối ưu hơn. Sản phẩm phản ứng ra khỏi thiết bị (2) được đưa vào tháp tách (3) phần trên của tháp tách qua thiết bị làm lạnh đi vào bể chứa một phần sản phẩm được lấy ra làm khí đốt công nghiệp, còn một phần được hồi lưu trở lại tháp tách. Phần dưới của tháp thì đi qua thiết bị làm lạnh thu được sản phẩm đồng phân hoá penex. Phần III: kết luận Sau thời gian tìm hiểu và nghiên cứu nay em đã hoàn thành đồ án của mình với để tài : “Tổng quan về xăng nhiên liệu” Qua đồ án này em rút ra được các nhận xét: Xăng là một hỗn hợp của một số Hydrocacbon với khoảng Xăng được chế biến từ các phần cất trực tiếp và các sản phẩm Cracking tiếp tục được xử lý nhằm cải thiện chất lượng của xăng. Xăng là nhiên liệu dùng cho động cơ đốt trong, cả động cơ 4 kỳ và động cơ 2 kỳ. Mặc dù có sự khác nhau giữa các động cơ nhưng cháy đều có yêu cầu về nhiên liệu là không bị kích nổ. Khi động cơ hoạt động, khởi động nhanh và không gặp khó khăn, không tạo nút hơi trong hệ thống dẫn nhiên liệu. Xăng cho động cơ ngày càng được nâng cấp rất nhiều về chất lượng, hoàn toàn đáp ứng được các yêu cầu của động cơ có tỷ số nén cao, hoạt động ổn định trong mọi điều kiện, không có hoặc có rất ít độc tố có hại cho người và môi trường. Các tính chất quan trọng nhất của xăng là áp suất hơi, tính cháy được thể hiên qua trị số octane. Các chỉ tiêu như: tính bay hơi, tính ổn định hoá học, tính cháy, tính ăn mòn kim loại..., cũng là những tính chất không thể thiếu được trong các lĩnh vực như bảo về động cơ an toàn cho người sử dụng, giảm ô nhiễm khí thải trong vấn đề bảo quản và quản lý. Hiện này trên thị trường Việt Nam phổ biến các loại xăng như: xăng Mogas 83,dùng cho các loại xe có tỷ sô nén nhỏ hơn 7,5. Còn Mogas 92, Mogas 90 thì dùng cho các loại xe đời mới tỷ số nén cao hơn 7,5. Xăng máy bay thì có trị số octane cao hơn các loại xăng thương phẩm này là sản phẩm được pha trộn từ các loại xăng có chất lượng khác nhau Ngoài ra để đảm bảo chất lượng của xăng, sức khoẻ người tiêu dùng hay môi trường thì xăng được pha với một số phụ gia nhằm cải thiện tính năng của xăng. Các phụ gia như phụ gia tẩy rửa, phụ gia chống rỉ, phụ gia Tài liệu tham khảo 1. Công nghệ chế biến dầu mỏ các loại sản phẩm của nó (Tổng công ty xăng dầu Việt Nam-Petrolimex) 2. Lê Văn Hiếu: Công nghệ chế biến dầu mỏ 3. Trần Mạnh Trí. Giáo trình hoá học dầu mỏ 4. Sổ tay xăng dầu. Cục xăng dầu –tổng cục hậu cần 1993 5. Tiêu chuẩn Việt Nam 5690-92 6. Thuyết minh kỹ thuật Việt Nam 5690-1997. các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm của xăng ôtô. Tổng công ty xăng dầu Việt Nam. 7. Đinh Thị Ngọ . Hoá học dầu mỏ. 8. Ullman’s encyclpedia of chemical. Vol A13 9. Võ Thị Liên. Công nghệ chế biến dầu mỏ và khí tập 1,2 ĐHBK Hà Nội 1980. 10. Xăng dầu tiêu chuẩn quốc gia Petrolimex. NXB giao thông vận tải 03-1994 11. Shell sciene and Technology. Gasoline, 5-1989 12. Processoing guide, hãng UOP, 1,1996 13. World gasoline and Diesel Fuel Survery 1995. ._.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docDA0583.DOC
Tài liệu liên quan