Khả năng phối trộn ethanol vào các loại xăng nhằm cải thiện chỉ số octan, đáp ứng tiêu chuẩn việt nam của xăng không chì (TCVN 67762005) và giảm ô nhiễm môi trường

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang: 1
LỜI MỞ ĐẦU

Năng lượng là đầu tàu cho sự phát triển kinh tế và đảm bảo an ninh của mỗi quốc
gia. Đây là lý do tại sao luôn xảy ra các cuộc chiến tranh mà mục đích sâu xa là giành
quyền kiểm soát năng lượng.
Thế giới hiện nay đang sử dụng chủ yếu là nguồn năng lượng hóa thạch. Theo dự
báo của các nhà nghiên cứu nhiên liệu, năng lượng hóa thạch sẽ cạn kiệt dần qua thời
gian khai thác. Bên cạnh đó những biến động về giá cả luôn tạo sự khủng hoảng kinh
tế đối với mỗi quốc gia.
Đi đôi với vấn đề kinh tế, sự ô nhiễm môi trường đang là mối quan tâm hàng đầu
của toàn cầu. Vì vậy, các nhà khoa học luôn nghiên cứu tìm kiếm các nguồn năng
lượng khác nhằm thay thế dần năng lượng hóa thạch trong đó phải kể đến nhiên liệu
sinh học.
Do những ưu điểm về môi trường của nhiên liệu sinh học ethanol nên người ta sử
dụng nó như là phụ gia trong xăng hoặc là nhiên liệu dần thay thế xăng. Ở một số quốc
gia như Brazil, Mỹ, Thái Lan, Trung Quốc…bio-ethanol được sử dụng rộng rãi. Ở
Việt Nam, Công ty Cổ phần Đồng Xanh gần đi vào hoạt động và nhiều dự án xây
dựng nhà máy cồn khác đang triển khai (Dự án ethanol Bình phước…), không lâu nữa
chúng ta có thể thay thế dần nhiên liệu hóa thạch.
Trong đề tài này, nhiệm vụ của chúng em là “Nghiên cứu khả năng phối trộn
ethanol vào các loại xăng nhằm cải thiện chỉ số octan, đáp ứng tiêu chẩn Việt nam
của xăng không chì (TCVN 6776:2005) và giảm ô nhiễm môi trường”. Qua việc xác
định các chỉ tiêu của xăng và xăng pha cồn, sẽ xác định tỷ lệ ethanol tối ưu pha vào
xăng. Qua đó ta có thể dự đoán được hàm lượng ethanol pha vào xăng 90 của nhà máy
lọc dầu Dung Quất để thành xăng 92. Đây được xem như một đề tài mang tính khả thi
nhằm giải đáp các vấn đề cấp bách về nhiên liệu hiện nay.
Tuy nhiên, đồ án không tránh khỏi những thiếu sót do hạn hẹp về thời gian
nghiên cứu cũng như kinh nghiệm. Mong các thầy cô giáo và các bạn đóng góp ý kiến
để đồ án hoàn thiện hơn.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang: 2
PHẦN 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XĂNG NHIÊN LIỆU
1.1 Giới thiệu chung về nhiên liệu dùng cho động cơ xăng
Nhiên liệu dùng cho động cơ xăng được gọi là xăng, đây là một hỗn hợp chứa
nhiều các hợp chất khác nhau. Khi nghiên cứu về thành phần hóa học của dầu mỏ,
phân đoạn dầu mỏ nói chung hay của xăng thương phẩm nói riêng người ta thường
chia thành phần của nó thành hai nhóm chất chủ yếu đó là các hợp chất hydrocacbon
và các hợp chất phi hydrocacbon.
Nhiên liệu cho động cơ xăng là một sản phẩm quan trọng của nhà máy lọc dầu,
nó đã trở thành một mặt hàng quen thuộc trong đời sống sinh hoạt hàng ngày của con
người và trong một số hoạt động khác.
Động cơ xăng ra đời sớm hơn động cơ Diesel (được phát minh ra đồng thời ở
Pháp và Đức vào khoảng 1860), nó đã phát triển mạnh mẽ từ sau những năm 50 của
thế kỷ trước. Với nền công nghiệp chế tạo ô tô hiện đại như ngày nay đã cho ra đời
nhiều chủng loại với công suất khác nhau và được áp dụng trong nhiều lĩnh vực của
đời sống sản xuất và sinh hoạt của con người
[1]
.
Cùng với sự gia tăng về số lượng động cơ xăng, nhu cầu về xăng nhiên liệu ngày
càng tăng nhanh, điều này đã mang đến cho các nhà sản xuất nhiên liệu những cơ hội
và cả những thách thức mới, bởi trong thực tế, bên cạnh những lợi ích mà động cơ này
mang lại cho con người thì đồng thời nó cũng thải ra môi trường một lượng lớn các
chất độc hại làm ảnh hưởng đến sức khỏe và cả môi trường sinh thái.
Vì vậy xăng thương phẩm bắt buộc phải bảo đảm được các yêu cầu không những
liên quan đến quá trình cháy trong động cơ, hiệu suất nhiệt mà còn phải bảo đảm các
yêu cầu về môi trường.
Thông thường xăng thương phẩm cần đạt được các yêu cầu cơ bản như sau:
• Khởi động tốt khi đang ở nhiệt độ thấp.
• Động cơ hoạt động không bị kích nổ.

• Không kết tủa, tạo băng trong bình chứa và cả trong bộ chế hòa khí.
• Không tạo nút hơi trong hệ thống cung cấp nhiên liệu.
• Dầu bôi trơn bị pha loãng bởi xăng là ít nhất.
• Trị số octan ít bị thay đổi khi thay đổi tốc độ động cơ.
• Các chất độc hại thải ra môi trường càng ít càng tốt.
Xăng nhiên liệu thu nhận được trong các nhà máy lọc dầu, ban đầu chỉ từ phân
xưởng chưng cất khí quyển, tuy nhiên hiệu suất thu xăng từ quá trình này rất thấp chỉ
vào khoảng 15% khối lượng dầu thô ban đầu và chất lượng của loại xăng này không
cao.
Khi nhu cầu về xăng tăng lên thì phân đoạn này không đủ để cung cấp cho các
nhu cầu thực tế, vì vậy bắt buộc con người phải chế biến các phần thu khác nhằm thu
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang: 3
hồi xăng với hiệu suất cao hơn, điều này đã làm xuất hiện các phân xưởng chế biến thứ
cấp như phân xưởng cracking, ankyl hoá, reforming, isome hóa . . .
Ngoài lý do vừa nêu ở trên thì do yêu cầu về hiệu suất của động cơ ngày càng
tăng và chất lượng xăng ngày càng cao nên các nhà sản xuất nhiên liệu phải đưa ra
nhiều quá trình sản xuất khác nhằm đảm bảo các yêu cầu của xăng thương phẩm.
Thực tế trong các nhà máy lọc dầu hiện nay, xăng thương phẩm được phối trộn từ
những nguồn sau:
• Xăng của quá trình cracking xúc tác FCC.
• Xăng Reforming xúc tác RC.
• Xăng chưng cất trực tiếp.
• Xăng của quá trình isome hóa.
• Xăng của quá trình ankyl hóa.
• Xăng của quá trình giảm nhớt, cốc hóa, các quá trình xử lý bằng hydro
• Các nguồn tổng hợp như MTBE, Methanol, Ethanol.
Trong đó xăng FCC và xăng RC là hai nguồn chính để phối trộn, phần còn lại
phụ thuộc vào yêu cầu về chất lượng của xăng và yêu cầu của từng Quốc gia mà
nguồn nguyên liệu và hàm lượng của nó được chọn khác nhau.
Ví dụ

[2]
Sau đây là 2 ví dụ điển hình về sự phối trộn xăng thương phẩm của Mỹ và Tây
Âu
Hình 1.1 - Tỷ lệ các nguồn phối trộn xăng thương phẩm ở Mỹ (trước năm 2000).
nhẹ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang: 4
Hình 1.2 - Tỷ lệ các nguồn phối trộn xăng thương phẩm ở Tây Âu (trước năm
2000).
Qua hình 1.1 và hình 1.2, nguồn phối trộn chủ yếu là xăng FCC và Reformat. Ở
Mỹ tỷ lệ phối trộn xăng FCC và xăng Reformat xấp xỉ nhau nhưng ở Tây Âu thì tỷ lệ
xăng Reformat lại cao hơn. Do đó tỷ lệ phối trộn hai loại xăng này vào xăng thương
phẩm phụ thuộc vào yêu cầu chất lượng xăng và yêu cầu từng Quốc gia.
- Tỷ lệ phối trộn ở Pháp từ năm 2000 như sau:
• Reformat 35% ÷ 45%
• Butan 5%
• Xăng FCC 15% ÷ 25%
• Xăng isome hóa 0% ÷ 15%
• Ankylat 0% ÷ 20%
• MTBE 0% ÷ 5% (trường hợp đặc biệt <15%)
1.2 Thành phần hóa học chung của nhiên liệu xăng
1.2.1 Giới thiệu chung về thành phần hóa học của xăng
Như phần trên vừa nêu, xăng thương phẩm không phải là sản phẩm của một quá
trình nào đó trong nhà máy lọc dầu mà nó là một hỗn hợp được phối trộn cẩn thận từ
một số nguồn khác nhau, 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 và cả trong các điều kiện
vận chuyển, tồn chứa và bảo quản khác nhau.
Thành phần hóa học chính của xăng là các hydrocacbon có số nguyên tử từ C4÷
C10, còn có các hydrocacbon nặng hơn như C11, C12 và cả C13 nhưng với hàm lượng
rất nhỏ. Ngoài ra trong thành phần hóa học của xăng còn chứa một hàm lượng nhỏ các
hợp chất phi hydrocacbon của lưu huỳnh, nitơ và oxy.

Với số nguyên tử cacbon như trên, trong thành phần của xăng chứa đầy đủ cả ba
họ hydrocacbon: parafinic, aromatic, naphtenic và hầu như các chất đại diện cho các
họ này đều tìm thấy trong xăng.
Mặc dù trong thành phần của dầu mỏ ban đầu không có các hợp chất không no
như olefin nhưng trong quá trình chế biến đã xảy ra quá trình cắt mạch hình thành nên
nhẹ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang: 5
các hợp chất không no này, do đó trong thành phần hóa học của xăng thương phẩm
còn có mặt các hợp chất olefin.
1.2.2 Thành phần hóa học của xăng
Khi nghiên cứu về thành phần hóa học của dầu mỏ cũng như các phân đoạn hay
sản phẩm của nó thì người ta thường chia thành phần chúng ra làm hai phần chính là
hydrocacbon và phi hydrocacbon.
1.2.2.1 Thành phần hydrocacbon của xăng
 Họ parafinic:
Công thức hóa học chung là C
n
H
2n+2
, bao gồm các chất có số nguyên tử như đã
nêu trên, chúng tồn tại dưới 2 dạng: mạch thẳng (n-parafin) và mạch phân nhánh (i-
parafin), với các isoparafin thì mạch chính dài, mạch nhánh ngắn, chủ yếu là gốc
metyl.
 Olefin:
Các hydrocacbon olefine có công thức chung là C
n
H
2n
, được tạo thành từ các quá
trình chuyển hóa, đặc biệt là quá trình cracking, giảm nhớt, cốc hoá,… Các olefin này

cũng bao gồm hai loại n-olefin và iso-olefin.
 Họ naphtenic:
Hydrocacbon naphtenic là các hydrocacbon mạch vòng no với công thức chung
là: C
n
H
2n
và các vòng này thường 5 hoặc 6 cạnh, các vòng có thể có nhánh hoặc không
có nhánh, hàm lượng của họ này chiếm một số lượng tương đối lớn, trong đó các hợp
chất đứng đầu dãy thường ít hơn các đồng đẳng của nó, những đồng phân này thường
có nhiều nhánh và nhánh lại rất ngắn chủ yếu là gốc metyl (-CH
3
).
 Họ aromatic:
Các hợp chất này trong xăng thường chiếm một hàm lượng nhỏ nhất trong ba họ
và các hợp chất đầu dãy cũng ít hơn các hợp chất đồng đẳng của nó.
1.2.2.2 Thành phần phi hydrocacbon của xăng
Trong xăng, ngoài các hợp chất hydrocacbon kể trên còn có các hợp chất phi
hydrocacbon như các hợp chất của O, N, S. Trong các hợp chất này thì người ta quan
tâm nhiều đến các hợp chất của lưu huỳnh vì tính ăn mòn và gây ô nhiễm môi trường
của chúng.
Trong xăng, S chủ yếu tồn tại chủ yếu ở dạng mercaptan (RSH), hàm lượng của
nó phụ thuộc vào nguồn gốc của dầu thô có chứa ít hay nhiều lưu huỳnh và hiệu quả
quá trình xử lý HDS. Đây là các hợp chất gây ăn mòn.
Ngoài ra còn có các hợp chất disunfua (RSSR), được tạo thành trong các quá
trình chuyển hóa. Các hợp chất này không gây ăn mòn.
Các hợp chất của các nguyên tử khác có hàm lượng chủ yếu ở dạng vết, trong đó
nitơ tồn tại chủ yếu ở dạng pyridin còn các hợp chất của oxy thì rất ít và chúng thường
ở dạng phenol và đồng đẳng.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang: 6

1.3 Đặc điểm quá trình hoạt động trong động cơ xăng
Quá trình cháy của động cơ hoạt động theo nguyên tắc một chu trình gồm bốn
giai đoạn: nạp, nén, cháy nổ và giản nở sinh công, thải khí cháy ra ngoài với hai vòng
quay của trục khuỷu. Quá trình hoạt động trong động cơ xăng được thể hiện theo hình
1.3

Hình 1.3 - Sơ đồ nguyên lý quá trình hoạt động của động cơ xăng
[3]
Quá trình hoạt động của động cơ xăng có những đặc điểm như sau:
• Nhiên liệu trước khi nạp vào xylanh nó đã được phối trộn với không khí để
tạo hỗn hợp cháy, như vậy độ bay hơi của xăng trong buồng cháy không phải là
vấn đề lớn ảnh hưởng đến chất lượng của quá trình cháy.
• Quá trình cháy của nhiên liệu chỉ được thực hiện khi bugie bật lửa hoặc khi
màng lửa lan truyền đến.
• Khi bugie bật lửa thì quá trình cháy bắt đầu, lúc này hỗn hợp trong buồng
cháy được chia thành hai phần: Phần thứ nhất là khí cháy, phần thứ hai là hỗn
hợp của không khí và nhiên liệu chưa cháy (hỗn hợp công tác). Trong điều kiện
nhiệt độ và áp suất cao với sự có mặt của oxy không khí thì các hydrocacbon
của nhiên liệu sẽ bị biến đổi một cách sâu sắc, cụ thể là chúng sẽ bị oxy hoá để
tạo thành các hợp chất có khả năng tự bốc cháy khi mặt lửa chưa lan truyền đến
(hình 1.4). Trong trường hợp này, nếu như phần nhiên liệu tự bốc cháy nhiều
thì nó sẽ làm tăng áp suất trong buồng cháy một cách đột ngột (hình 1.5) và gây
ra những sóng xung kích va đập vào piston, xylanh tạo ra những tiếng gõ kim
loại. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng cháy kích nổ.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang: 7
Hình 1.4 – Hình minh họa hiện tượng cháy kích nổ
[4]
Hình 1. 5 – Hình minh họa sự tăng áp suất đột ngột khi cháy kích nổ
[4]
• Quá trình cháy trong động cơ xăng là cháy bình thường hay kích nổ phụ thuộc

vào bản chất nhiên liệu, kết cấu và điều kiện vận hành của động cơ. Để đặt
trưng cho quá trình chống kích nổ trong động cơ xăng người ta đưa ra một đại
lượng đó là chỉ số octan (RON), là đại lượng được quy ước để đặc trưng cho
khả năng chống kích nổ của xăng. Nếu RON của xăng nhỏ hơn tiêu chuẩn thì sẽ
xảy ra hiện tượng cháy kích nổ. Còn RON của xăng lớn hơn thì cũng không ảnh
hưởng gì đến động cơ mà chỉ gây ra lãng phí.
1.4 Các nhiên liệu thay thế
Theo dự báo của các chuyên gia nhiên liệu (NL) trên thế giới về chiến lược phát
triển NL toàn cầu, dự báo NL hoá thạch (than, dầu, khí) vốn được coi là nguồn NL chủ
yếu hiện tại cho xã hội sẽ bị cạn dần trong vài thập kỷ tới. Việc khai thác và sử dụng
chúng đang gây ra ô nhiễm môi sinh, trong khi dân số thế giới tăng nhanh và đòi hỏi
tiêu chuẩn sống cao hơn. Dự báo trong vòng 15 năm tới, tiêu thụ dầu mỏ trên toàn thế
giới sẽ đạt mức cao nhất, khoảng 90 - 95 triệu thùng/ngày so với hiện tại là 70 - 77
triệu thùng/ngày. Sau đó sẽ giảm dần vì khai thác giảm đi, giá dầu tăng vọt, các nước
có thể rơi vào khủng khoảng NL, biến động về kinh tế. Ngày nay, vấn đề tranh chấp để
kiểm soát nguồn dầu mỏ lớn đang là nguyên nhân gây ra xung đột, bất ổn định ở
những vùng có trữ lượng dầu mỏ lớn trên thế giới.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang: 8
Vì thế, đã có nhiều nước trên thế giới, kể cả các nước ASEAN, đang triển khai
chương trình quốc gia tìm kiếm các dạng NL mới, sạch và tái tạo được để đảm bảo an
ninh NL trước những biến động tăng trên thị trường dầu mỏ, giảm dần sự phụ thuộc
vào bên ngoài.
Rất nhiều nguồn nhiên liệu mới sạch và tái tạo được như: nhiên liệu sinh học,
nhiên liệu sạch từ tảo biển, dimethyl ether (thay thế cho diesel), nhiên liệu hydro,… đã
được tìm, nghiên cứu và ứng dụng vào thực tế. Việc nghiên cứu sử dụng nhiên liệu
sinh học hiện nay đã trở thành xu thế phát triển tất yếu ở nhiều quốc gia để thay thế
xăng dầu trong các thập kỷ tới. Dự báo, cuối thế kỷ 21, năng lượng tái tạo trong đó có
nhiên liệu sinh học, sẽ chiếm hơn 50% số năng lượng thương mại
[5]
.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang: 9
CHƯƠNG 2: CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG CỦA XĂNG KHÔNG CHÌ
Bất kỳ một sản phẩm nào cũng có những chỉ tiêu chất lượng riêng. Những tiêu
chuẩn này phần lớn là nhằm giảm đến mức tối thiểu những tác hại mà chính sản phẩm
đó gây ra trong quá trình sử dụng. Xăng dùng cho động cơ là một ví dụ, trong quá
trình sử dụng sẽ xảy ra các nguy cơ như mất mát do bay hơi, gây cháy nổ, giảm tuổi
thọ của động cơ, đặc biệt là các chất thải độc hại của động cơ ảnh hưởng đến môi
trường sinh thái và sức khỏe của con người. Vì vậy một loạt các chỉ tiêu đã được đặt ra
cho loại nhiên liệu này, mức độ nghiêm ngặt tùy thuộc vào mỗi tiêu chuẩn quy định.
Hiện nay một số nước trên thế giới đã sử dụng đến tiêu chuẩn EuroIII, IV,V, trong khi
đó Việt Nam chỉ mới áp dụng tiêu chuẩn EuroII cho xăng động cơ. Sau đây là bảng
tiêu chuẩn của xăng không chì áp dụng ở Việt Nam hiện nay:
Bảng 1.1 - Tiêu chuẩn Việt Nam về xăng không chì – TCVN 6776: 2005
[6]
Tên chỉ tiêu
Xăng không
chì Phương pháp thử
90 92 95
1.Trị số Octan, min.
- Theo phương pháp nghiên cứu
(RON)*
- Theo phương pháp môtơ
(MON)**
90
79
92
81
95
84
TCVN 2703 : 2002 (ASTM D

2699)
ASTM D2700
2. Hàm lượng chì, g/l, max 0,013
TCVN 7143 : 2002 (ASTM D
3237)
3. Thành phần cất phân đoạn:
- điểm sôi đầu,
o
C
- điểm sôi 10% thể tích,
o
C, max
- điểm sôi 50% thể tích,
o
C, max
- điểm sôi 90% thể tích,
o
C, max
- điểm sôi cuối,
o
C, max
- cặn cuối, % thể tích, max
Báo cáo
70
120
190
215
2,0
TCVN 2698 : 2002 (ASTM D
86)

4. Ăn mòn mảnh đồng ở
50
o
C/3giờ,max
Loại 1
TCVN 2694 : 2000 (ASTM D
130)
5. Hàm lượng nhựa thực tế (đã rửa
dung môi), mg/100 ml, max
5
TCVN 2693 : 2000 (ASTM D
381)
6. Độ ổn định ôxy hóa, phút, min 480
TCVN 6778 : 2000 (ASTM D
525)
7. Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg,
max
500
TCVN 6701 : 2000 (ASTM D
2622)/
ASTM D 5453
8. Áp suất hơi bão hòa Reid ở
37,8
o
C, kPa
43-75
TCVN 7023 : 2002 (ASTM D
4953)/
ASTM D 5191
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang: 10

9. Hàm lượng benzen, % thể tích,
max
2,5
TCVN 6703 : 2000 (ASTM D
3606)/
ASTM D 4420
10. Hydrocacbon thơm, % thể tích,
max
40
TCVN 7330 : 2003 (ASTM D
1319)
11. Olefin, % thể tích, max 38
TCVN 7330 : 2003 (ASTM D
1319)
12. Hàm lượng oxy, % khối lượng,
max
2,7
TCVN 7332 : 2003 (ASTM D
4815)
13. Khối lượng riêng (ở 15
o
C),
kg/m
3

Báo cáo
TCVN 6594 : 2000 (ASTM D
1298)/
ASTM D 4052
14. Hàm lượng kim loại (Fe, Mn),

mg/l, max
5
TCVN 7331 : 2003 (ASTM D
3831)
15. Ngoại quan
Trong, không
có tạp chất lơ
lửng
ASTM D 4176
* RON: Research Octane Number.
** MON: Motor Octane Number, chỉ áp dụng khi có yêu cầu.
2.1 Chỉ số octan
Chỉ số octan là một chỉ tiêu rất quan trọng của xăng, khi dùng xăng có chỉ số
octan thấp hơn so với quy định của nhà chế tạo thì sẽ gây ra hiện tượng kích nổ làm
giảm công suất của động cơ, nóng máy, gây mài mòn các chi tiết máy, tạo khói đen
gây ô nhiễm môi trường. Ngược lại nếu dùng xăng có chỉ số octan cao quá sẽ gây lãng
phí. Điều quan trọng là phải dùng xăng đúng theo yêu cầu của nhà chế tạo, cụ thể là
theo đúng tỷ số nén của động cơ, khi tỷ số nén lớn thì yêu cầu chỉ số octan lớn và
ngược lại.
Chỉ số octan của xăng chưng cất trực tiếp rất thấp, số lượng ít không đảm bảo
được về chất lượng cũng như số lượng. Vì vậy người ta cần có các phương pháp nhằm
tăng số lượng và chất lượng của xăng. Các phương pháp này được phân thành ba loại
như sau:
2.1.1 Phương pháp hóa học
Thực hiện các phản ứng hóa học để biến đổi cấu trúc của nguyên liệu xăng ban
đầu như RC, FCC, Ankyl hoá, Isome hoá,… phương pháp này được dùng rộng rãi và
chiếm đại bộ phận xăng thương phẩm.
2.1.2 Phương pháp sử dụng phụ gia
Phương pháp này dùng hóa chất để làm tăng chỉ số octan như nước chì. Phương
pháp này ngày nay không còn sử dụng bởi sự độc hại do chì gây ra.

2.1.3 Phương pháp sử dụng các cấu tử có chỉ số octan cao
Phương pháp này dùng các cấu tử có chỉ số octan cao để pha trộn vào xăng như
MBTE, EBTE, methanol, ethanol,… trong đó ethanol đang được quan tâm nhiều nhất
bởi những ưu điểm về mặt kinh tế và môi trường mà nó mang lại.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang: 11
2.2 Các chỉ tiêu liên quan đến độ bay hơi
Xăng thương phẩm là một hỗn hợp của nhiều các hợp chất hydrocacbon có nhiệt
độ sôi thay đổi trong khoảng rộng. Thực tế, trong khoảng phân đoạn của nó thì ở nhiệt
độ nào cũng có những hydrocacbon bay hơi, nhưng ở một nhiệt độ nhất định thì cường
độ bay hơi của các cấu tử khác nhau là không giống nhau.
Tính chất bay hơi của xăng có ý nghĩa rất lớn trong quá trình bảo quản, vận
chuyển cũng như trong quá trình sử dụng. Vì vậy độ bay hơi của xăng là một tính chất
hết sức quan trọng. Tính bay hơi này được đặc trưng bằng những tính chất như: thành
phần cất, áp suất hơi bão hoà, điểm chớp cháy.
2.2.1 Thành phần cất
Thành phần cất là khái niệm dùng để biểu diễn phần trăm bay hơi theo nhiệt độ
hoặc ngược lại nhiệt độ theo phần trăm thu được khi tiến hành chưng cất mẫu trong
thiết bị chuẩn theo những điều kiện xác định.
Thành phần cất có ý nghĩa trong việc đánh giá thành phần hóa học của xăng và có
ý nghĩa quan trọng đối với xăng nhiên liệu bởi các giá trị của nó ảnh hưởng trực tiếp
lên khả năng khởi động, khả năng tăng tốc, và khả năng cháy hoàn toàn trong buồng
cháy :
- Từ nhiệt độ sôi đầu đến T10% : ảnh hưởng đến khả năng khởi động.
Theo TCVN 6776-2005, t
10%
tối đa là 70
o
C.
- Từ T10% đến T90% : Ảnh hưởng lên khả năng tăng tốc
Theo TCVN 6776-2005, t

50%
tối đa là 120
o
C, t
90%
là 190
o
C.
- Nhiệt độ sôi cuối ảnh hưởng đến khả năng cháy hết
Theo TCVN 6776-2005, nhiệt độ tối đa của t
cuối
là 215
o
C.
2.2.2 Áp suất hơi bão hòa
Áp suất hơi bão hoà có thể được biểu diễn theo 3 phương pháp khác nhau:
 Phương pháp của Reid (PVR).
 Phương pháp của Grabner
 Phương pháp xác định tỷ lệ lỏng - hơi (V/L).
Trong ba phương pháp trên thì phương pháp của Reid thường được dùng nhiều
nhất. Áp suất thu được là áp suất tuyệt đối. Áp suất này được đo ở 100
o
F (37,8
o
C).
Cũng tương tự như thành phần cất, áp suất hơi bão hoà đặc trưng cho khả năng
bay hơi của xăng. Chỉ tiêu này cộng với thành phần cất được dùng làm cơ sở để đánh
giá ảnh hưởng của loại xăng đó đến khả năng khởi động vận hành trên đường và hiệu
suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ. Khi giá trị này lớn thì động cơ dễ khởi động
nhưng nếu giá trị này lớn quá sẽ gây ra hiện tượng nút hơi, thiếu nhiên liệu khi cung

cấp cho động cơ và gây mất mát, nhưng nếu nhỏ quá thì động cơ khó khởi động.
Theo TCVN 6776-2005, áp suất hơi (Reid) ở 37,8
o
C của xăng là 43-75 kPa.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang: 12
2.3 Hàm lượng oxy
Hàm lượng oxy trong xăng của quá trình chưng cất trực tiếp thường rất thấp, tuy
nhiên để đảm bảo được các tính chất chất của xăng thương phẩm đặc biệt là nhằm
nâng cao chỉ số octan người ta thường sử dụng các phụ gia họ oxygenat như:
methanol, ethanol, MTBE,… do các cấu tử này có chỉ số octan khá cao (trên 100). Các
hợp chất này sẽ làm tăng áp suất hơi bão hòa của xăng dẫn đến hiện tượng tạo nút hơi
khi vận hành động cơ, gây mất mát trong quá trình tồn chứa, vận chuyển, ảnh hưởng
đến nhiệt trị của xăng, ảnh hưởng đến sức khỏe của con người và môi trường sinh thái.
Ngoài ra các hợp chất này còn có khả năng tan vô hạn trong nước nên có thể dẫn đến
nhiều hậu quả không tốt. Do vậy mà cần phải khống chế hàm lượng oxy trong xăng.
Theo TCVN 6776-2005, hàm lượng oxy tối đa trong xăng là 2,7% khối lượng.
2.4 Hàm lượng lưu huỳnh
Trong phân đoạn xăng thu được từ quá trình chưng cất khí quyển hay trong xăng
thương phẩm thì hàm lượng lưu huỳnh không nhiều, chúng có thể tồn tại dưới nhiều
dạng khác nhau tùy theo nguồn gốc phối trộn. Trong các dạng tồn tại này thì người ta
quan tâm nhiều nhất đến hợp chất mercaptan (có trong phân đoạn xăng chưng cất trực
tiếp) vì đây là hợp chất có khả năng gây ăn mòn trực tiếp các thiết bị trong quá trình
tồn chứa, bảo quản, vận chuyển cũng như sử dụng trong động cơ.
Mặc dù hàm lượng các hợp chất này trong thành phần của xăng không lớn nhưng
nó gây ra nhiều ảnh hưởng xấu đến chất lượng của xăng. Khi cháy trong động cơ
chúng tạo ra khí SO
2
, sau đó có thể chuyển một phần thành SO
3
, khi nhiệt độ xuống

thấp chúng sẽ kết hợp với nước để tạo thành axit tương ứng, đây là các chất gây ăn
mòn rất mạnh. Ngoài ra các chất khí này còn là tác nhân gây ngộ độc xúc tác trong hệ
thống xử lý khí thải và làm tăng ô nhiễm môi trường.
Theo TCVN 6776-2005, hàm lượng lưu huỳnh tối đa trong xăng là 500 mg/kg.
2.5 Hàm lượng Benzen
Như chúng ta đã biết benzen là một chất độc, nó có thể gây chết người khi ở
trong môi trường có hàm lượng benzen cao, với nồng độ thấp thì benzen có thể gây ra
căn bệnh ung thư cho con người.
Quá trình cháy trong động cơ thường không hoàn toàn bởi điều kiện cháy trong
động cơ khá đặc biệt. Trong khí thải của động cơ ngoài các khí CO
2
, H
2
O, N
2
còn có
thêm một số các chất khác như CO, NOx, SOx, các hydrocacbon chưa cháy, bồ hóng,
… hydrocacbon chưa cháy thực chất là một hỗn hợp các hợp chất hữu cơ như benzen,
butadien, formandehyt, acetandehyt, các hợp chất này khi thải ra môi trường đều có
hại cho con người và môi trường sinh thái, điều này bắt buộc con người phải xử lý nó.
Có nhiều phương pháp nhằm hạn chế các chất ô nhiễm này như cải tiến cấu tạo
của động cơ, khống chế điều kiện làm việc tối ưu hay cải thiện chất lượng của nhiên
liệu. Trong các giải pháp này thì hai giải pháp đầu tiên rất khó làm giảm hàm lượng
benzen trong khí thải vì benzen là một chất khó cháy nhất trong các hợp chất này. Vì
những lý do này mà người ta bắt buộc phải khống chế hàm lượng benzen và cả hàm
lượng các hợp chất aromatic trong nhiên liệu.
Theo TCVN 6776-2005, hàm lượng benzen tối đa trong xăng là 2,5% thể tích.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang: 13

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang: 14

CHƯƠNG 3: XĂNG PHA CỒN
3.1 Ethanol
[7]
3.1.1 Tính chất vật lý
Rượu ethylic là một chất lỏng, không màu, mùi thơm dễ chịu, vị cay, nhẹ hơn
nước, sôi ở nhiệt độ 78,.4
o
C, hóa rắn ở -114,3
o
C, tan vô hạn trong nước. Sở dĩ rượu
ethylic tan trong nước vô hạn và có nhiệt độ sôi cao hơn nhiều so với este hay andehyt
có khối lượng phân tử xấp xỉ là do sự tạo thành liên kết hydro giữa rượu với nhau và
với nước, đây là tính chất cần quan tâm khi trộn ethanol với xăng để làm nhiên liệu.
Bảng 1.2 - Tính chất vật lý của ethanol
Các tính chất Giá trị
Khối lượng phân tử
Nhiệt độ hoá rắn
Điểm tới hạn
Khối lượng riêng
Nhiệt độ sôi
Độ nhớt
Điểm chớp cháy
pH
Nhiệt độ tự cháy
46,07 g/mol
-114,3
o
C
241
o

C ở p=63 bar
0,789g/cm
3
78,4
o
C
1200 cP tại 20
o
C
13
o
C
7(trung tính)
425
o
C
3.1.2 Ứng dụng
Ethanol được sử dụng rộng trong nhiều ngành công nghiệp
- Trong hóa mỹ phẩm: ethanol tinh chất và 95% là các dung môi tốt được sử
dụng trong các loại nước hoa, sơn và cồn thuốc
- Trong thực phẩm: các loại đồ uống chứa cồn có hương vị khác nhau do có các
hợp chất tạo mùi khác nhau được hòa tan trong quá trình ủ và nấu rượu.
- Trong y tế: dung dịch 70% ethanol được sử dụng như là chất tẩy uế. Ethanol
cũng được sử dụng trong các gel vệ sinh kháng khuẩn phổ biến nhất ở nồng độ
khoảng 62%. Khả năng khử trùng tốt nhất của ethanol khi nó ở trong dung dịch
khoảng 70%, nồng độ cao hơn hay thấp hơn của ethanol có khả năng kháng
khuẩn kém hơn. Ethanol giết chết các vi sinh vật bằng cách biến tính protein và
hòa tan lipit của chúng. Nó có hiệu quả trong việc chống lại phần lớn các loại vi
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang: 15
khuẩn và nấm cũng như nhiều loại virut nhưng không hiệu quả trong việc

chống lại các bào tử vi khuẩn.
- Ngày nay ethanol được biết đến như là nguồn nhiên liệu trong động cơ đốt
trong. Ý tưởng sử dụng cồn thay thế cho nhiên liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ đã
có từ khá lâu. Ngay từ những năm 20 của thế kỉ trước, cồn đã được nghiên cứu
để làm nhiên liệu cho động cơ ô tô và xe máy. Điển hình cho hướng đi tiên
phong là Mỹ và Brazil. Song đến những năm 70 của thế kỉ 20, khi thế giới bắt
đầu có sự khủng hoảng dầu mỏ thì cồn và nhiên liệu sinh học mới thực sự khởi
động trở lại và đến những năm đầu của thế kỉ 21 cồn đã trở thành một trong
những ưu tiên hàng đầu trong những định hướng chiến lược nghiên cứu về năng
lượng của nhiều quốc gia phát triển trên thế giới mà điển hình là Mỹ, Tây Âu,
Nhật, Thái Lan, Trung Quốc…
[8]
3.1.3 Sản xuất ethanol
3.1.3.1 Nguồn nguyên liệu
Ethanol được sản xuất từ nhiều nguồn khác nhau
- Cây nông phẩm chứa đường: mía, củ cải đường, các cây nông phẩm chứa tinh
bột gồm các hạt ngũ cốc như lúa mì, lúa gạo, bắp,…củ như khoai tây, khoai mì,
khoai lang,…
- Thực vật hoang dại: tảo nước ngọt, tảo biển, lục bình, cỏ Vetiner, cỏ voi, cỏ lác,
cỏ tranh…
- Phó sản thực vật: rơm rạ, bã mía, thân gỗ, mạt cưa, trấu, hạt cao su, hạt bông
vải…
- Giấy phế thải
- Rác thành phố
3.1.3.2 Các phương pháp sản xuất ethanol
 Lên men
[9]

− Ethanol để sử dụng trong đồ uống chứa cồn cũng như phần lớn ethanol sử dụng
làm nhiên liệu, được sản xuất bằng cách lên men: khi một số loài men rượu nhất định

(quan trọng nhất là Saccharomyces cerevisiae) chuyển hóa đường trong điều kiện
không có o xy (gọi là yếm khí), chúng sản xuất ra ethanol và cacbon điôx i t CO
2
. Phản
ứng hóa học tổng quát có thể viết như sau:
C
6
H
12
O
6
→ 2 CH
3
CH
2
OH + 2 CO
2
−Quá trình nuôi cấy men rượu theo các điều kiện để sản xuất rượu được gọi là ủ
rượu. Men rượu có thể phát triển trong sự hiện diện của khoảng 12% rượu, nhưng
nồng độ của rượu trong các sản phẩm cuối cùng có thể tăng lên nhờ chưng cất.
− Để sản xuất ethanol từ các nguyên liệu chứa tinh bột như hạt ngũ cốc thì tinh
bột đầu tiên phải được chuyển hóa thành đường. Trong việc ủ men bia, theo truyền
thống nó được tạo ra bằng cách cho hạt nảy mầm hay ủ mạch nha. Trong quá trình nảy
mầm, hạt tạo ra các enzym có chức năng phá vỡ tinh bột để tạo ra đường. Để sản xuất
ethanol làm nhiên liệu, quá trình thủy phân này của tinh bột thành glucoza được thực
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang: 16
hiện nhanh chóng hơn bằng cách xử lý hạt với axit sulfuric loãng, enzym nấm amylas,
hay là tổ hợp của cả hai phương pháp.
−Về tiềm năng, glucoza để lên men thành ethanol có thể thu được từ xenluloza.
Phản ứng thủy phân x enluloza gồm các bước.

Bước 1: Thủy phân xenluloza thành mantoza dưới tác dụng của men
amylaza.
(C
6
H
10
O
5
)
n
→ C
12
H
22
O
11

Bước 2: Thủy phân tiếp mantoza thành glucoza hoặc fructoza dưới tác dụng
của men mantaza.
C
12
H
22
O
11
→ C
6
H
12
O

6

Bước 3 : Phản ứng lên men rượu có xúc tác là men zima.
C
6
H
12
O
6
→ 2 C
2
H
5
OH + 2 CO
2

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang: 17
Sau đây là sơ đồ minh họa quá trình sản xuất ethanol từ sắn lát:
Sơ đồ 1.1 – Sơ đồ minh họa quá trình sản xuất ethanol từ sắn lát
[10]
Enzym/H
2
SO
4
/dưỡng chất
Tách nước
Lên
men
Từ thiết bị
lọc CO

2
10100 kg/h
Dịch đã lên men
F: 115630 kg/h
Ethanol: 12%V
Lượng chất khô: 1,77 %kl
Chưng cất
Cồn ngưng
Nước công
nghệ để lọc CO
2
1000 kg/h
Nước công nghệ
5000 kg/h
BIOETHANOL
F: 10950 kg/h
Ethanol: 99,8%V
CO
2
10450 kg/h Thu hồi CO
2
CO
2
lỏng
F: 6000 kg/h
Cặn bã
F: 28900 kg/h
DCO 2000 mg/l
Nước rửa loãng đã sử dụng
F: 85100 kg/h

Lượng chất khô: 6,3%kl
Nước đã sử dụng
F: 94380 kg/h
Lượng chất khô: 8,6%kl
Gạn lắng
Bã ướt
F: 9280 kg/h
Lượng chất khô: 37%kl
Sản xuất BIOGAS
Nước rửa loãng đã sử dụng
F: 85100 kg/h
Lượng chất khô: 6,3%kl
Tuần hoàn nước rửa loãng đã sử dụng
37790 kg/h
Tuần hoàn cặn bã
2000 kg/h
Hơi tiết lưu
3500 kg/h
Dịch đường hóa
F: 126180 kg/h
Lượng chất khô: 23%kl
7990 kg/h
Hóa lỏng-Đường hóa
33600 kg/h
Nước công nghệ
Hơi nước
CO
2
4450 kg/h
Nguyên liệu: Bột sắn khô

Lưu lượng (F): 31200 kg/h
Lượng chất khô: 86%kl
Tinh bột: 70%kl
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang: 18
 Ngoài ra ethanol còn có thể sản xuất theo phương pháp hydrat hóa etylen
Ethanol được sử dụng như là nguyên liệu công nghiệp và thông thường nó được
sản xuất từ các nguyên liệu dầu mỏ, chủ yếu là thông qua phương pháp hyđrat hóa
etylen bằng xúc tác axit, được trình bày theo phản ứng hóa học sau. Cho etylen hợp
nước ở 300
o
C, áp suất 70-80 atm với chất xúc tác là axit wolframic hoặc axit
phosphoric:
H
2
C=CH
2
+ H
2
O → CH
3
CH
2
OH
3.1.4 Tinh chế ethanol
[11]
Hỗn hợp ethanol và nước có điểm đẳng phí ở 96% khối lượng ethanol. Nên
không thể dùng chưng cất thông thường để thu được độ tinh khiết của ethanol >96%.
Hiện nay, được biết trên thế giới các công ty sản xuất thường áp dụng các
phương pháp sau:
3.1.4.1 Chưng cất đẳng phí

Trong phương pháp này lại có hai cách thực hiện:
• Dùng một tác nhân để tách hỗn hợp đẳng phí (a material separation agent)
thường dùng là benzen.
• Dùng nhiều tháp chưng cất với áp suất khác nhau (Pressure Swing Distillation)
để di chuyển điểm đẳng phí, đối với hỗn hợp này thường có hai tháp: tháp đầu
áp suất nhỏ (0,3 atm) hơn tháp sau (1 atm).
3.1.4.2 Rây phân tử (Molecular Sieve Technology)
− Nguyên lý của phương pháp này là phân tách dựa trên áp suất hấp phụ chênh
lệch (Pressure Swing Adsorption), khi đó hỗn hợp ethanol-nước sẽ được hóa
hơi và nhập liệu vào thiết bị rây phân tử và quá trình phân tách sẽ xảy ra trên bề
mặt của zeolit (loại 3A). Loại này có kích thước lỗ khoảng 0,4 nm sẽ "nhốt"
phân tử hơi nước có kích thước <0,4 nm và phân tử ethanol >0,4 nm như thế sẽ
được tách ra.
− Về cấu tạo của thiết bị hoàn toàn giống thiết bị hấp phụ, gồm: tháp bên trong
người ta đổ zeolit vào và cho hỗn hợp đã hóa hơi đi qua. Và dĩ nhiên tính ưu
việt ở đây của zeolit là có thể sử dụng được nhiều lần bằng cách giải hấp
(desabsorption).
3.1.4.3 Lọc membrane (Membrane Technology)
− Phương pháp này hiện nay đang trên đà nghiên cứu vì nó có nhiều ưu điểm.
Thông dụng hiện nay là công nghệ lọc zeolit membrane. Về nguyên tắc thì cũng
giống như phương pháp rây phân tử, chỉ có khác là cấu tạo của vật liệu lọc
không chỉ có zeolit mà zeolit được phủ trên bề mặt của một loại vật liệu nền
(Ceramic support), ngoài ra cấu tạo của thiết bị lọc cũng khác, zeolit membrane
giống như thiết bị truyền nhiệt ống chùm, ở đó các zeolit membrane là các ống
được gắn thành chùm và lồng vào trong vỏ, dòng hỗn hợp nhập liệu sẽ đi bên
ngoài ống, các phân tử nước sẽ đi qua lõi lọc zeolit membrane nhờ động lực của
quá trình là chênh lệch giữa áp suất nhập liệu bên ngoài lõi lọc (áp suất dư) và
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang: 19
bên trong lõi là áp suất chân không. Phân tử ethanol sẽ được tách ra phía ngoài
ống lọc (phía vỏ của thiết bị).

3.2 Xăng pha cồn (Gasohol)
3.2.1 Khái niệm
Xăng pha cồn là sản phẩm hỗn hợp, pha trộn từ xăng - dầu có nguồn gốc dầu mỏ
(hiện đang sử dụng trên thị trường) với cồn (ethanol) có nguồn gốc từ sản phẩm nông
nghiệp như mía, đường, ngô, khoai, sắn. Chính vì vậy, nó thường được gọi là “xăng
sinh học”.
[12 ]
3.2.2 Ưu và nhược điểm của xăng pha cồn
3.2.2.1 Ưu điểm
[13], [14], [15], [16]
a. Về mặt động cơ
- Có chỉ số octan cao hơn nên giảm quá trình cháy kích nổ trong động cơ, động
cơ chạy êm hơn.
Xăng nguyên chất E10 E30
RON 92,4 95 99,7
MON 81,2 82,3 86,6
- Cháy tốt hơn xăng (quá trình cháy hoàn toàn hơn)
- Giảm phát thải các chất độc hại và các khí gây hiệu ứng nhà kính
- Khi nhiên liệu có hàm lượng ethanol thấp không cần phải thay đổi kết cấu của
động cơ.
b. Về mặt kinh tế
- Ethanol có thể thúc đẩy nền nông nghiệp phát triển bằng cách cung cấp cho
nông dân một thị trường ổn định cho các loại cây trồng đã biết, như ngô và củ cải
đường, tạo ra nhiều công ăn việc làm cho người lao động, khuyến khích tinh thần lao
động của người dân
- Ethanol có nhiệt trị cao hơn một vài nhiên liệu khác, như methanol, điều này có
nghĩa là trong cùng một quãng đường đi thì nó yêu cầu một thể tích ít hơn. Do đó sẽ
tiết kiệm nhiên liệu hơn.
- Dùng nhiên liệu ethanol sẽ giảm sự phụ thuộc vào dầu nhập khẩu.
c. Về môi trường

- Khi pha ethanol vào xăng giúp cho quá trình cháy hoàn toàn hơn, đồng thời
trong ethanol không có chứa các chất độc hại như chì và benzen. Do đó giảm được các
chất độc hại và các khí gây hiệu ứng nhà kính như CO
2
, CO, HC chưa cháy
- Loại bỏ được các phụ gia độc hại như phụ gia chì, MTBE
d. Về an ninh năng lượng
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang: 20
-Việc sử dụng ethanol làm tăng an ninh năng lượng quốc tế vì ethanol có nguồn
gốc hữu cơ, có thể tái tạo được và có thể sản xuất trong nước nên giảm được sự phụ
thuộc vào nguồn dầu mỏ nhập khẩu.
3.2.2.2 Nhược điểm
- Nhiệt trị thấp hơn xăng.
- Làm tăng sự phát thải các chất gây ô nhiễm như andehyt
- Có khả năng hấp thụ nước và các chất bẩn dễ dàng do đó dễ bị tách lớp.
- Có thể gây hư hỏng và ăn mòn các chi tiết máy.
- Cần một diện tích đất lớn và nhiều nhân công để trồng cây cung cấp cho quá
trình sản xuất ethanol. Công nghệ để chuyển hoá cây trồng thành ethanol tương đối
chưa hiệu quả bởi vì hàm lượng nước trong nguyên liệu lớn. Và vấn đề quan trọng là
việc sử dụng đất cho sản xuất ethanol sẽ cạnh tranh trực tiếp với việc sản xuất lương
thực. Đồng thời các cánh đồng ngô, củ cải đường có thể bị làm hại bởi thời tiết xấu,
hạn hán và sâu bọ gây hại.
- Đất để trồng ngô và các loại hạt khi bị khai thác quá mức có thể rút hết
khoáng chất và các dưỡng chất hữu cơ khác.
- Cũng giống như tất cả các quá trình, quá trình sản xuất ethanol cũng tạo ra các
chất thải cần được giải quyết. Các chất thải sinh ra từ quá trình sản xuất ethanol có thể
được sử dụng như là chất xử lý đất, tuy nhiên nó cực kỳ độc cho môi trường sống ở
nước.
Tóm lại, việc sử dụng gasohol có nhiều ưu điểm nhưng cũng có những mặt hạn
chế. Tuy nhiên khi phân tích tương quan giữa các mặt lợi và hại người ta vẫn thấy mặt

lợi lớn hơn, mang ý nghĩa chiến lược hơn.
3.2.3 Tình hình sử dụng ethanol ở các nước trên thế giới
[17], [18], [19]
.
Để thấy được khả năng sử dụng ethanol trong lĩnh vực nhiên liệu trên thế giới
trước hết chúng ta hãy điểm qua quá trình nghiên cứu ở một vài nước như sau:
Brazil năm 1931 đã tiến hành pha chế ethanol với xăng. Tới năm 1975, khi giá
dầu thế giới tăng cao, thì đã phát động thành chương trình lớn và Brazil là nước đi đầu
với chương trình quốc gia này, sử dụng ethanol để pha vào xăng với tỷ lệ đến 20%,
dùng trong vận tải. Ở Brazil, khoảng 3/4 số xe bắt buộc phải dùng gasohol nếu người
sử dụng xe không muốn dùng 100% ethanol.
Tại Mỹ, quốc gia tiêu thụ 25% năng lượng trên thế giới/năm (trong khi chỉ có 6%
trữ lượng dầu mỏ), hơn 60% dầu mỏ phải nhập từ bên ngoài. Để đảm bảo an ninh năng
lượng, một mặt Mỹ phải tranh giành quyền kiểm soát các khu vực dầu mỏ lớn trên thế
giới; mặt khác Mỹ phải đầu tư lớn từ ngân sách để nghiên cứu các dạng nhiên liệu thay
thế. Từ năm 1976, sau đợt khủng hoảng năng lượng năm 1973, Mỹ bắt đầu thử nghiệm
xăng sinh học. Từ 1978, Quốc hội Mỹ đã công nhận những lợi ích của ethanol trong
nhiên liệu và dùng biện pháp giảm thuế đối với xăng pha ethanol để khuyến khích phát
triển thị trường nhiên liệu này. Năm 1998, Tổng thống Mỹ B.Clinton đã ký sắc lệnh
13101 về sử dụng sản phẩm sinh học thay thế một phần dầu mỏ và Quốc hội Mỹ đã
theo đuổi chính sách công khai nhằm tạo lập ngành công nghiệp ethanol ở cấp nhiên
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang: 21
liệu và ban hành luật miễn thuế môn bài nhằm khuyến khích sản xuất ethanol từ nguồn
tái sinh. Nhờ đó, năm 2004, Mỹ đã sản xuất trên 13 triệu m
3
cồn để sản xuất xăng sinh
học. Hiện nay, tại Mỹ, luật pháp của nhiều bang bắt buộc phải sử dụng xăng pha cồn
(loại E10-tức là 10% cồn) và với 10% cồn được pha vào xăng, mỗi năm Mỹ tiết kiệm
rất nhiều ngoại tệ để nhập khẩu dầu. Năm 2025, với việc sử dụng xăng E10, nước Mỹ
sẽ tiết kiệm được 33,5 tỉ thùng dầu thô nhập khẩu, tương đương với việc giảm chi phí

nhập khẩu xăng lên tới 100 triệu đôla/ngày.
Tại Trung Quốc, quốc gia sản xuất và sử dụng cồn nhiên liệu lớn thứ 3 thế giới
(sau Brazil và Mỹ), năm 2004, đã đưa vào hoạt động nhà máy sản xuất cồn lớn nhất
thế giới với công suất 600.000 tấn/năm tại Cát Lâm (mỗi năm tiêu thụ 1,9 triệu tấn ngô
làm nguyên liệu), tăng sản lượng cồn ethanol cả nước trên 3,5 triệu m
3
. Từ tháng 6-
2004, Trung Quốc đã quyết định sử dụng xăng pha 10% cồn (xăng E10) ở 5 thành phố
và đến cuối năm 2006 tăng thêm 27 thành phố đông dân khác. Với chương trình phát
triển xăng sinh học, trong kế hoạch 5 năm lần thứ 10 (2005-2010), Trung Quốc sẽ sản
xuất 1,02 triệu tấn ethanol mỗi năm.
Tại Thái Lan, năm 1985, nhà vua đã khởi xướng dự án hoàng gia về nhiên liệu
sinh học. Ủy ban quốc gia về ethanol (NEC) được thành lập để chỉ đạo các cơ quan
khoa học, trường đại học và các doanh nghiệp tham gia chương trình nghiên cứu thử
nghiệm xăng pha cồn và diesel sinh học. Đến năm 2004, nước này đã sản xuất trên
280.000 m
3
cồn và đầu tư thêm 20 nhà máy để đến năm 2015 có trên 2,5 triệu m
3
cồn
dùng làm nhiên liệu.
Tại Ấn Độ, xăng pha 5% cồn đã được sử dụng ở 9 bang và 4 tiểu vùng từ ngày
1/1/2003. Giai đoạn 2, giai đoạn 3 sẽ tăng 10% cồn pha trong xăng. Trong báo cáo
năm 2003, Ủy ban phát triển nhiên liệu sinh học cho rằng, khả năng sản xuất được 29
triệu lít cồn ethanol của Ấn Độ đủ để tạo ra hỗn hợp nhiên liệu với 5% cồn cho tới kế
hoạch lần thứ 12.
Tại Châu Âu, các chính phủ khuyến khích pha cồn vào xăng dầu theo tỷ lệ từ 7%
đến 10%. Xăng có pha 7% hay 10% cồn tinh khiết (độ cồn 99,5%) được gọi là gasohol
E7 hay E10. Ngành công nghiệp dầu khí chỉ được bán các loại nhiên liệu (xăng hoặc
diesel) pha cồn với tỷ lệ tối thiểu 5%. Một vài mẫu xe như Saab 9-5 hay Ford Focus sẽ

sử dụng loại xăng E85, (chứa 85% cồn và 15% xăng)…
Thụy Điển dự kiến sau 2020 ethanol sinh học từ xenluloza sẽ thay thế toàn bộ
nhiên liệu hoá thạch nhằm chấm dứt phụ thuộc vào dầu mỏ.
Khả năng sử dụng ethanol trong các lĩnh vực: sử dụng làm nhiên liệu, trong công
nghiệp và trong ngành sản xuất nước uống có cồn được thể hiện qua biểu đồ dưới đây.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang: 22
Ethanol(1000 tấn)
Hình 1.6 - Tình hình sản xuất các loại ethanol
[20]
.
Nhận thấy rằng, lượng ethanol dùng cho mục đích nhiên liệu tăng một cách
đáng kể, trong khi việc dùng trong các mục đích khác thay đổi không đáng kể.
Trước năm 2000, việc sử dụng ethanol làm nhiên liệu có tăng nhưng tăng chậm.
Sau năm 2000, nhu cầu này ngày càng tăng và tăng rất nhanh. Điều này chứng tỏ
thế giới đang có chiều hướng quan tâm nhiều đến việc sử dụng ethanol làm nhiên
liệu thay thế.
3.2.4 Khả năng sử dụng ethanol ở thị trường Việt Nam
Ở Việt Nam, giới khoa học đã quan tâm nghiên cứu nhiên liệu sinh học hơn một
thập kỷ qua như các cơ quan thuộc ngành giao thông vận tải, công nghiệp, năng lượng,
viện khoa học và công nghệ Việt Nam, các trường đại học Về mặt kỹ thuật không có
rào cản lớn, nhưng để phát triển và sử dụng chúng ở quy mô công nghiệp cần phải có
chủ trương, chính sách và biện pháp mạnh mẽ của chính phủ.
Đánh giá một số thành tựu nghiên cứu về xăng pha cồn tại Việt Nam cho thấy:
Do nước ta chưa sản xuất cồn khan trên quy mô công nghiệp, hoặc sau này có
sản xuất được thì giá thành cồn khan cũng rất cao nên một hướng nghiên cứu cũng đã
được các nhà khoa học Việt Nam hướng tới như nghiên cứu phụ gia để tăng khả năng
hoà tan cho cồn công nghiệp (cồn thông dụng có hàm lượng từ 94 đến 96%) vào trong
xăng.
Để sản xuất xăng pha cồn phải có cồn khan và để loại trừ nước ra khỏi cồn công
nghiệp, phục vụ cho xăng pha cồn thực ra còn nhiều giải pháp kỹ thuật khác nhau và

hiện nay có nhiều tổ chức và cá nhân ở Việt Nam đang theo đuổi và nghiên cứu. Hy
vọng trong thời gian không xa sẽ cho kết quả tốt đẹp
[21]
Theo quyết định 177/2007/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ về việc phê duyệt
“Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025”:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang: 23
- Mục tiêu chủ yếu của Đề án là phát triển nhiên liệu sinh học (NLSH), một dạng
năng lượng mới, tái tạo được để thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch truyền thống,
góp phần bảo đảm an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường.
- Đến giai đoạn 2011-2015, nước ta sẽ làm chủ và sản xuất các vật liệu, chất phụ
gia phục vụ sản xuất NLSH; ứng dụng thành công công nghệ lên men hiện đại để đa
dạng hóa các nguồn nguyên liệu cho quá trình chuyển hóa sinh khối thành NLSH.
Đến năm 2015, sản lượng ethanol và dầu thực vật đạt 250 nghìn tấn, đáp ứng 1% nhu
cầu xăng dầu của cả nước. Và tầm nhìn đến năm 2025, công nghệ sản xuất NLSH ở
nước ta đạt trình độ tiên tiến trên thế giới. Sản lượng ethanol và dầu thực vật đạt 1,8
triệu tấn, đáp ứng khoảng 5% nhu cầu xăng dầu của cả nước.
[22]
Do nhận thức được tầm quan trọng của việc phát triển nhiên liệu sinh học nên
hiện nay ở nước ta có rất nhiều dự án xây dựng các nhà máy sản xuất ethanol trên toàn
quốc:
Việt Nam hiện có 5 dự án phát triển năng lượng sinh học ở góc độ thương mại ở
cả 3 khu vực Bắc-Trung-Nam. Ba dự án sớm nhất sẽ đi vào sản xuất từ năm 2009 là
nhà máy sản xuất ethanol 99,7% từ nguyên liệu sắn, quy mô 100 triệu lít/năm của
Tổng Công ty Dầu Việt Nam với tổng mức đầu tư 85 triệu USD tại tỉnh Phú Thọ; dự
án tương tự với quy mô sử dụng 100.000 tấn sắn nguyên liệu/năm của Công ty Cổ
phần Đồng Xanh và dự án sản xuất ethanol 99,7%, quy mô 40 triệu lít/năm của Công
ty nhiên liệu sinh học và hóa dầu Sài Gòn với đầu tư ban đầu 5 triệu USD.
Ngày 25-4, Công ty cổ phần Nhiên liệu sinh học và dầu khí miền Trung tổ chức
lễ khởi công xây dựng nhà máy nhiên liệu sinh học sản xuất bio - ethanol Dung Quất,
Khu kinh tế Dung Quất (Quảng Ngãi). Nhà máy được xây dựng trên diện tích 24ha,

có tổng vốn đầu tư gần 1.500 tỉ đồng, được thành lập bởi ba cổ đông sáng lập gồm
Tổng công ty cổ phần dịch vụ tổng hợp dầu khí (Petrosetco), Tổng Công ty Tài chính
cổ phần Dầu khí Việt Nam (PVFC) và Công ty TNHH Lọc Hóa dầu Bình Sơn (BSR),
trong đó Petrosetco giữ 51% vốn điều lệ. Dự kiến đến tháng 3-2011, nhà máy sẽ hoàn
thành, đưa vào hoạt động với công suất 100 triệu lít cồn nhiên liệu mỗi năm, đáp ứng
25% nhu cầu pha trộn xăng sinh học của VN.
[23]

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang: 24
PHẦN 2: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
CHƯƠNG 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CỦA XĂNG
[24]
1.1 Xác định chỉ số octan theo phương pháp ASTM D2699
1.1.1 Tóm tắt phép thử
Mẫu kiểm tra chỉ số octan được đưa vào trong bình chứa nhiên liệu để phân tích
sau đó được đưa vào động cơ của máy octan động cơ CFR xác định được số chỉ của
đồng hồ đo kích nổ. Sau đó pha dung dịch chuẩn sơ cấp chặn trên và chặn dưới có
được kết quả của số chỉ đồng hồ đo kích nổ thay vào công thức ta có kết quả của chỉ số
octan.
1.1.2 Dụng cụ thiết bị và hóa chất
- Máy xác định chỉ số octan (hình 2.1).
- Tủ pha hóa chất, ống đong 100 ml, 500 ml, bình nón 500 ml.
- Hóa chất izooctan, n-Heptan, Toluen.
Hình 2.1 - Máy xác định chỉ số octan
1.1.3 Tiến hành đo chỉ số Octan
Bảng 2.1 - Các thông số làm việc của động cơ
Tốc độ động cơ (vòng/phút) 600 ± 6
Nhiệt độ của dầu (
o
C) 57 ± 8

Áp suất dầu (bar) 1,7 ÷ 2,1
Dầu động cơ SAE 30
Nhiệt độ nước làm mát vỏ ngoài xylanh (
o
C) 100 ± 2
Nhiệt độ không khí đầu vào (
o
C) 52 ± 1
Độ ẩm của không khí đầu vào (gam nước/kg k.khí) 3,53 ÷ 7,12
Nhiệt độ làm lạnh carburator (
o
C) 0,6 ÷ 10
Độ chân không bên trong hộp trục khuỷu (inch nước) 1 ÷ 6
Góc đánh lửa 13
o
Khe hở của nến đánh lửa (mm) 0,5 ± 0,1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang: 25
1.1.3.1 Xác định khoảng chặn
 Trường hợp khi khoảng chỉ số octan kiểm tra có thể dự đoán được :
- Giả sử mẫu xăng có chỉ số octan khoảng 95.
- Kiểm tra áp suất khí quyển, sau đó thêm phần bù vào chiều cao của xylanh (nếu
thấy cần thiết).
- Chuẩn bị hai mẫu nhiêu liệu chuẩn sơ cấp, tối thiểu 400 ml, với iso-octan và n-
heptan, chênh lệch khoảng 2 độ octan, trong khoảng chỉ số octan (94 và 96).
- Đổ đầy bình 1 với nhiên liệu chuẩn sơ cấp có chỉ số octan thấp và bình 2 với
nhiên liệu chuẩn có chỉ số octan cao hơn.
- Điều chỉnh cao của xylanh cho nhiên liệu chuẩn sơ cấp có chỉ số octan thấp
(94), bằng đồng hồ micrometer hay bộ đếm digital. Đừng quên cộng hoặc trừ phần bù
áp suất khí quyển nếu cần thiết.
- Xoay van lựa chọn bình số 1.

- Điều chỉnh chiều cao mức nhiên liệu của bình từng bước từng bước một để tỷ
lệ nhiên liệu – không khí đạt cực đại (cường độ kích nổ cực đại), đọc chỉ số trên kích
nổ kế (kim sẽ tăng đến một mức nào đó, khi vượt quá mức đó thì không tăng nữa và
giảm, vậy mức đó là chỉ số cực đại), sau đó ghi lại mức chiều cao của bình và vị trí của
kim cho cường độ kích nổ cực đại.
- Xoay van lựa chọn bình số 2. Cũng làm tương tự như đối với bình số 1.
- Cần chú ý là sự chênh lệch giữa hai chỉ số đo của đồng hồ kích nổ kế của hai
nhiên liệu chuẩn sẽ phải trong khoảng 27 đến 30 vạch và chỉ số của nhiên liệu chuẩn
sơ cấp có chỉ số octan thấp hơn phải ở mức vạch 50.
- Nếu trong trường hợp độ chênh lệch giữa hai chỉ số vẫn chưa đạt được mức
cách nhau 27 vạch, thì ta phải xoay van trở về lại chọn bình số 1, đợi và điều chỉnh
kim chỉ của kích nổ kế với chết áp Meter Reading (chỉnh tinh) trên bảng điều chỉnh
Detonation Meter, để đạt được chỉ số 50 trên kích nổ kế.
- Sau đó xoay van lựa chọn bình số 2 và xem số chỉ của kim kích nổ kế:
• Nếu khoảng chênh lệch của hai nhiên liệu chuẩn nhỏ hơn 27 vạch, xoay
van chọn bình sang vị trí số 1, tăng độ nhạy với chiết áp Spread (chỉnh
tinh) trên bảng điều chỉnh Detonation Meter (vd: 1,6 → 1,72), đợi và điều
chỉnh kim của kích nổ kế về vị trí 50 với chiết áp Meter Reading. Sau đó
xoay van chọn bình số 2 và xem khoảng chênh mới. Ta có khoảng chênh
từ 27 đến 30 vạch. Nếu kết quả là không tốt (nhỏ hơn 27 vạch) thì lặp lại
các bước như được như trên.
• Nếu khoảng chênh lệch giữa hai nhiên liệu chuẩn sơ cấp là lớn hơn 30
vạch thì xoay van chọn bình số 1, tăng độ nhạy bằng chiết áp Spread
(chỉnh tinh) trên phần điều chỉnh Detonation Meter, đợi và chỉnh kim của
kích nổ kế tại điểm 50 bằng chiết áp Meter Reading. Sau đó, xoay van
chọn bình số 2 và xem khoảng chênh lệch mới. Ta sẽ phải có khoảng
chênh từ 27 đến 30 vạch.