Đồ án tốt nghiệp: “Tìm hiểu về phụ gia MTBE trong xăng và các tác dộng tiêu cực của việc sử dụng MTBE”.

1
LỜI CẢM ƠN
Đồ án tốt nghiệp là những gì đúc kết lại sau một quá trình học tập, nghiên cứu của
sinh viên dưới sự hướng dẫn của các quý thầy cô. Sau ba tháng làm việc, em đã hoàn
thành đề tài. Thành quả đạt được hôm nay là do sự nỗ lực của bản thân dưới sự hướng
dẫn giúp đỡ động viên tận tâm của quý thầy cô, của bố mẹ cũng như các anh chị em,
bạn bè.
Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng
đã truyền đạt kiến thức cơ bản và giúp đỡ chúng em trong những năm học vừa qua, đặc
biệt là các thầy cô trong Khoa Hóa và bộ môn công nghệ chế biến dầu và khí. Trên hết
em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến cô TS. Nguyễn Thị Diệu Hằng đã hướng
dẫn đề tài và tận tình giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp này.
Sau cùng em xin cảm ơn gia đình, bạn bè luôn là điểm tựa, nguồn động viên giúp
em vượt qua nhiều khó khăn trong thời gian qua.
Em xin trân trọng gửi đến quý thầy cô, gia đình và bạn bè của em những lời chúc
tốt đẹp nhất.
Trong quá trình thực hiện, do nhiều nguyên nhân khác nhau nên những thiếu sót là
điều khó tránh khỏi. Em rất mong sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô giáo và các bạn
để đề tài được hoàn thiện hơn.
Đà Nẵng, ngày 27 tháng 5 năm 2012
Sinh viên thực hiện:
Trần Việt Quốc
GVHD: TS. Nguyễn Thị Diệu HằngSVTH: Trần Việt Quốc
2
MỤC LỤC
GVHD: TS. Nguyễn Thị Diệu HằngSVTH: Trần Việt Quốc
3
DANH MỤC BẢNG BIỂU
GVHD: TS. Nguyễn Thị Diệu HằngSVTH: Trần Việt Quốc
4
GVHD: TS. Nguyễn Thị Diệu HằngSVTH: Trần Việt Quốc

5
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
MTBE: methyl tert- butyl ether
ETBE: etyl tert- butyl ether
TAME: tert-amyl metyl ether
TBA: tert-butyl alcohol
TAA: tert- amyl acohol
TBF: tertiary-butyl formate
BHT: butylated hydroxytoluene
BHA: butylated hydroxy anisole
RON: Research Octane Number
MON: Motor Octane Number
CFR: Cooperative Fuel Research
BOV: blending octane value
LCCG: light catalytically cracked gasoline
RFG: reformulated gasoline
NOAEL: no observed adverse effect level
LC50: lethal concentration, 50% kill
LT50: lethal time, 50% kill
LD50: lethal dose, 50% kill
MRL: Minimal Risk Levels
AOP: Advanced Oxidation Processes
VOC: volatile organic carbon compound
GAC: granular activated carbon
LP-UV: low pressure mercury vapor lamps
MP-UV: medium pressure mercury vapor lamps
P-UV: pulsed-UV
CAAA: Clean Air Act Amendments
GVHD: TS. Nguyễn Thị Diệu HằngSVTH: Trần Việt Quốc
6

LỜI MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển của các ngành khoa học công nghệ nói chung, ngành công
nghiệp dầu mỏ và khí cũng không nằm ngoài sự phát triển đó. Đây là một ngành công
nghiệp có một vị trí quan trọng trong nền kinh tế thế giới, nó tạo ra một nguồn năng
lượng lớn cung cấp cho chúng ta. Ngành công nghiệp phát triển này ngày một tạo ra
nhiều hơn các sản phẩm dầu mỏ, đồng thời chất lượng của chúng cũng được nâng cấp
lên nhiều đáp ứng được hoàn toàn yêu cầu kỹ thuật của các loại động cơ cũng như các
loại máy móc công nghiệp và dân dụng.
Với sản phẩm xăng nói riêng, xăng lấy từ phân đoạn xăng chưng cất trực tiếp thì
không đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật cần thiết, đặc biệt là chỉ số octan. Mà hiện nay
các nhà chế tạo động cơ không ngừng nâng cao công suất, chất lượng động cơ. Như
vậy chất lượng nhiên liệu dùng cho động cơ cũng phải được nâng lên cho phù hợp.
Động cơ càng có công suất cao thì tức là nó phải có tỷ số nén cao, động cơ có tỷ số nén
cao thì xăng phải có trị số octan cao mới đảm bảo được công suất của động cơ, để
nhiên liệu cháy tốt trong động cơ, cháy không bị kích nổ, cháy hoàn toàn, đảm bảo
được độ bền tuổi thọ cho động cơ. Vì vậy, để nâng cao chỉ số octan trong xăng, người
ta đã sử dụng nhiều biện pháp khác nhau như:
 Dùng phương pháp hóa học: tức là áp dụng các phương pháp lọc dầu tiên tiến hiện
đại để biến đổi thành phần của xăng. Đó là các công nghệ cracking xúc tác,
reforming xúc tác, isome hóa, alkyl hóa Và để có được xăng thành phẩm thì
người ta phải pha trộn các loại xăng trên với nhau và pha thêm phụ gia.
 Phương pháp dùng phụ gia: bản chất của phương pháp này là pha thêm các cấu tử
có chỉ số octan cao vào xăng để nâng cao chỉ số octan của xăng như: các phụ gia
chì (tetra etyl chì, tetra metyl chì), etanol, methyl tert- butyl ether (MTBE), etyl
tert- butyl ether (ETBE), tert- amyl metyl ether (TAME)…
Trong các phương pháp trên nếu dùng phụ gia chì thì có lợi là sẽ tăng được chỉ số
octan lên khá cao và có giá thành rẻ, tuy nhiên phụ gia chì là một chất rất độc hại và
hiện nay phụ gia này đã bị cấm không được sử dụng ở đa số các nước trên thế giới.
Dùng phương pháp chế biến là phương pháp cơ bản và lâu dài, tuy nhiên phải đầu tư
vốn ban đầu lớn, mặc dù vậy đây vẫn là biện pháp bắt buộc đối với các nhà máy lọc

dầu hiện đại. Dùng phụ gia không chứa chì là một biện pháp tốt, đi kèm với phương
pháp chế biến nhằm nâng cao chất lượng của xăng nhiên liệu, đem lại giá trị kinh tế
cao, chất lượng xăng tốt, hoàn toàn có thể đáp ứng được yêu cầu của động cơ, đồng
GVHD: TS. Nguyễn Thị Diệu HằngSVTH: Trần Việt Quốc
7
thời nó còn làm tăng thêm một lượng xăng đáng kể.
Trong các loại phụ gia được sử dụng hiện nay thì phụ gia MTBE được sử dụng với
số lượng rất lớn và phổ biến trên thế giới do chỉ số octan của nó cao và giúp làm giảm
phát thải khí thải trong xăng. Tuy nhiên, gần đây, MTBE đã bị cấm nhiều nơi ở Mỹ do
những tác động xấu của MTBE đến nguồn nước ngầm, đến sức khỏe con người.
Để tìm hiểu về phụ gia MTBE trong xăng và các ảnh hưởng của nó đến nguồn nước
ngầm, sức khỏe con người và động vật cũng như các ảnh hưởng của việc loại bỏ
MTBE trong xăng, em đã thực hiện đề tài: “Tìm hiểu về phụ gia MTBE trong xăng
và các tác dộng tiêu cực của việc sử dụng MTBE”. Đề tài này gồm có các phần chính:
 Tính chất của MTBE và ảnh hưởng của nó đến các tính chất của xăng.
 Sản xuất MTBE.
 Ảnh hưởng của MTBE đến nguồn nước ngầm và sức khỏe con người.
 Các phương pháp xử lý nguồn nước nhiễm MTBE.
 Ảnh hưởng của việc loại bỏ MTBE trong xăng đến công nghiệp hóa dầu và hóa
chất.
GVHD: TS. Nguyễn Thị Diệu HằngSVTH: Trần Việt Quốc
8
CHƯƠNG I:
TÍNH CHẤT CỦA METHYL
TERT- BUTYL ETHER VÀ ẢNH
HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN CÁC
TÍNH CHẤT CỦA XĂNG
GVHD: TS. Nguyễn Thị Diệu HằngSVTH: Trần Việt Quốc
9
Chương I: TÍNH CHẤT CỦA METHYL TERT- BUTYL ETHER VÀ

ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT CỦA XĂNG
1.1Giới thiệu chung về các chất chứa oxy trong xăng:
Trong những năm 70, các chất chứa oxy trong xăng đã được nghiên cứu và phát
triển nhằm nâng cao chỉ số octan trong xăng và thay thế cho việc thêm chì vào nhiên
liệu xăng. Ngoài mục đích nâng cao chỉ số octan và thay thế các hợp chất chì độc hại
thì các hợp chất hữu cơ chứa oxy trong xăng còn làm tăng khả năng cháy hết của nhiên
liệu trong động cơ, giảm hàm lượng các chất độc hại trong khói thải. Mặc dù những
tiến bộ khoa học kỹ thuật đã cải tiến đông cơ rất tốt nhằm hạn chế phát thải khí thải
nhưng chất lượng xăng cũng là một mối quan tâm đặc biệt của vấn đề ô nhiễm không
khí. Các chất chứa oxy trong xăng là một trong những giải pháp tốt nhất để giải quyết
vấn đề ô nhiễm không khí do khói thải động cơ.
Các chất hữu cơ chứa oxy chứa nguyên tử oxy trong phân tử của nó, trong khi đó
quá trình cháy của nhiên liệu cần oxy nên sự có mặt của oxy trong nhiên liệu thúc đẩy
quá trình cháy hết nhiên liệu trong động cơ, nâng cao giá trị octan của nhiên liệu, giảm
thải khí độc ra môi trường không khí. Hai loại hợp chất oxy hoá thường thêm vào
nhiên liệu là alcol và ete.
Trong alcol, mỗi nguyên tử oxy gắn với một nguyên tử cacbon và một nguyên tử
hydro, là một dãy C-O-H. Alcol thường được sử dụng là methanol, ethanol và tert-
butyl alcohol (TBA). TBA có tính chất tốt cho nhiên liệu gần giống như MTBE.
Trong ete, mỗi nguyên tử oxy đươc gắn với hai nguyên tử cacbon theo một dãy C-
O-C. Các ete thường được sử dụng là methyl tert- butyl ether (MTBE), etyl tert- butyl
ether (ETBE), tert- amyl metyl ether (TAME)…
Các chất chứa oxy trong xăng được sản xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu khác
nhau. Methanol thu được chủ yếu từ khí thiên nhiên, là nguồn nguyên liệu dùng để sản
xuất hợp chất hữu cơ chứa oxy, như MTBE. Hợp chất hữu cơ khác, ethanol được thu
chủ yếu từ lên men các loại hạt ngũ cốc và các sản phẩm nông nghiệp khác, nó là
nguồn nguyên liệu dùng để bổ sung trực tiếp vào nhiên liệu xăng hay dùng để sản xuất
ETBE.
Trong những phối liệu tạo xăng chứa oxy này thì MTBE là một trong những sự lựa
chọn hiệu quả nhất bởi vì các tính chất vật lý, hóa học và tính chất nhiệt của nó như

nhiệt độ bay hơi tương thích với xăng.
GVHD: TS. Nguyễn Thị Diệu HằngSVTH: Trần Việt Quốc
10
Công thức hóa học MTBE:
(2- methoxy- 2- methyl propane)
1.2Tính chất MTBE:
1.2.1 Tính chất vật lý:
MTBE là một chất lỏng không màu, độ nhớt thấp, có một mùi riêng biệt gần giống
mùi bạc hà. MTBE tan ít trong nước, tan tốt trong các dung môi hữu cơ thông thường
và trong tất cả các hydrocacbon. Một số tính chất vật lý và tính chất đặc trưng khác
của MTBE được trình bày ở bảng I-1 [1].
Bảng I-1: Một số tính chất vật lý và các tính chất đặc trưng khác của MTBE [1]
GVHD: TS. Nguyễn Thị Diệu HằngSVTH: Trần Việt Quốc
11
(a)
Chỉ số octan của xăng thu được khi thêm 10% thể tich MTBE vào xăng có RON
94,3 và MON 84,3. Quy trình đánh giá RON và MON trong phòng thí nghiệm là
không phù hợp để đánh giá với MTBE tinh khiết.
1.2.2 Tính chất hóa học
MTBE là chất khá ổn định trong môi trường kiềm, trung tính và axit yếu. Khi có
mặt axit mạnh thì nó bị phân hủy thành methanol và iso-buten, phản ứng như sau:
GVHD: TS. Nguyễn Thị Diệu HằngSVTH: Trần Việt Quốc
Tính chất Đơn vị Giá trị
Khối lượng phân tử đvC 88,15
Nhiệt độ sôi
o
C 55,0
Sức căng bề mặt dyn/cm
2
19,4

Tỉ trọng:
 Tại 15/4
o
C:
 Tại 20/4
o
C:
 Tại 25/4
o
C:
 Tại 30/4
o
C:
0,7456
0,7404
0,7352
0,7299
Nhiệt độ sôi
o
C 55,0
Nhiệt độ kết tinh
o
C -108,6
Tỉ trọng hơi (không khí = 1) g/cm
3
3,1
Độ hòa tan MTBE trong nước ở 25
o
C % khối lượng 5,0
Độ hòa tan nước trong MTBE ở 25

o
C % khối lượng 1,5
Độ nhớt tại 37,8
o
C cSt 0,31
Nhiệt độ tự bốc cháy
o
C 425
Nhiệt độ chớp cháy, cốc kín
o
C -30
Giới hạn cháy nổ trong không khí:
 Giới hạn dưới:
 Giới hạn trên:
% thể tích
% thể tích
1,5
8,5
RVP tại 25
o
C
RVP tại 37,8
o
C
psi
psi
4,7
7,8
Nhiệt dung riêng, ở 25
o

C cal/g.
o
C 0,51
Nhiệt hóa hơi, ở 25
o
C cal/g 81,7
Nhiệt trị cháy thấp cal/g 8400
Chỉ số octan hỗn hợp
(a)
 RON
 MON
 (RON+MON)/2
117
101
110
12
Nguyên tử oxy trong MTBE còn có một cặp điện tử không chia và các gốc alkyl có
hiệu ứng dương làm cho MTBE có tính bazơ yếu.
Một số phản ứng của MTBE:
1.2.2.1Phản ứng với một số axit vô cơ mạnh:
MTBE phản ứng với một số axit vô cơ mạnh như HCl, H
2
SO
4
… tạo muối.
1.2.2.2Phản ứng với HI:
MTBE phản ứng với HI, sản phẩm phản ứng tùy vào nhiệt độ.
Ở điều kiện nhiệt độ thường:
Ở điều kiện nhiệt độ cao (đun nóng):
1.2.2.3Phản ứng với oxy ở nhiệt độ cao:

1.3Ảnh hưởng của MTBE đến các tính chất của xăng:
1.3.1 Chỉ số Octan:
Chỉ số octan là một đại lượng quy ước đặc trưng cho khả năng chống kích nổ của
xăng, giá trị của nó được tính bằng phần trăm thể tích của iso-octan trong hỗn hợp của
nó với n-heptan khi hỗn hợp này có khă năng chống kích nổ tương đương với khả
năng chống kích nổ của xăng đang khảo sát [4]. Trong đó n-heptan là cấu tử có khả
năng chống kích nổ kém nên quy ước chỉ số octan bằng 0, còn iso-octan là cấu tử có
GVHD: TS. Nguyễn Thị Diệu HằngSVTH: Trần Việt Quốc
13
khả năng chống kích nổ tốt nên quy ước chỉ số octan bằng 100. Như vậy, chỉ số octan
càng lớn, khả năng chống kích nổ càng tốt.
Có hai chỉ số octan là chỉ số octan nghiên cứu (RON) và chỉ số octan động cơ
(MON). Sự khác biệt của hai chỉ số octan này là điều kiện đo trên động cơ chuẩn CFR
(Cooperative Fuel Research) (bảng I-2) [4]:
Bảng I - 2 : Các thông số kĩ thuật xác định RON và MON trên CFR [4]
Các thông số làm việc trên CFR RON MON
Tốc độ quay (vòng/ phút) 600 900
Góc đánh lửa sớm (%V) 13 14-16
Nhiệt độ của không khí hút vào (
o
C) 48 38
Nhiệt độ của hỗn hợp nhiên liệu (
o
C) - 149
Tiêu chuẩn đo ASTM D2700 ASTM D2699
Tuy nhiên, hai phương pháp ASTM D2699 và D2700 này là không phù hợp để đo
chỉ số octan của các chất chứa oxy nguyên chất như MTBE. Giá trị chỉ số octan thu
được bằng những phương pháp này là không đúng trong việc xác định khả năng chống
kích nổ của động cơ khi pha trộn các chất chứa oxy nguyên chất vào xăng.
Chỉ số octan của MTBE được đo bằng chỉ số octane trộn lẫn BOV (Blending

octane value). Giá trị này được tính từ sự khác biệt giữa giá trị chỉ số octan của xăng
cơ sở được pha trộn một lượng MTBE và xăng cơ sở không có MTBE. Công thức tính
toán BOV:
Với:
 ON = RON hoặc MON của hỗn hợp MTBE với xăng cơ sở
 ON
base
= RON hoặc MON của xăng cơ sở
 x = phần thể tích của MTBE trong hỗn hợp.
Phạm vi BOV của MTBE được đưa ra dưới đây. Phạm vi này được xác định từ một
lượng lớn các dữ liệu thực nghiệm thu được trong việc xây dựng các loại xăng khác
nhau nhưng vẫn nằm trong các giới hạn đặc điểm kỹ thuật [1].
 RON trộn lẫn: 115-135
 MON trộn lẫn: 98-110
 (RON+MON)/2: 106,5-122,5.
Ảnh hưởng của MTBE và một số hợp chất chứa oxy khác lên một loại xăng cơ sở
đã được nghiên cứu bởi Tehran Oil Refinery Company, Iran [2]. Tính chất của xăng cơ
sở và các chất chứa oxy được cho ở bảng I-3 và I-4 [2].
GVHD: TS. Nguyễn Thị Diệu HằngSVTH: Trần Việt Quốc
14
Theo các nghiên cứu này, ảnh hưởng của MTBE và các chất chứa oxy đến chỉ số
octan của xăng cơ sở được khảo sát ở các hàm lượng khác nhau được thêm vào xăng
cơ sở. Hình I-1 và I-2 thể hiện sự ảnh hưởng đến RON và MON của xăng cơ sở khi
thêm 2,5%, 5%, 7,5%, 10%, 15%, 20% MTBE, methanol, tert-butyl alcohol (TBA),
tert- amyl acohol (TAA) [2].
GVHD: TS. Nguyễn Thị Diệu HằngSVTH: Trần Việt Quốc
15
Bảng I - 3 : Tính chất của xăng cơ sở được nghiên cứu bởi Tehran Oil Refinery
Company [2]
Tính chất Đơn vị Giá trị Phương pháp đo

Tỉ trọng (tại 16
o
C) g/cm
3
0,7682 D4052
Nhiệt trị thấp (LHV) kJ/kg 43313 D4809
Áp suất hơi Reid (RVP) tại 37,8
o
C kPa 59,2 D323
Hàm lượng S %m 0,067 D4294
MON 81,6 D2700
RON 85,3 D2699
(MON+RON)/2 83,45 -
Hàm lượng oxy g/cm
3
0 -
Nhiệt độ chưng cất D86
 Điểm đầu IP
o
C 44,4
 10% chưng cất
o
C 68,4
 50% chưng cất
o
C 124,6
 90% chưng cất
o
C 169,5
 Điểm cuối FP

o
C 206,6
Bảng I - 4 : Tính chất của MTBE và các hợp chất chứa oxy được khảo sát [2]
Tính chất Đơn vị MTBE MeOH TBA TAA
Công thức hóa học C
5
H
12
O CH
3
OH C
4
H
10
O C
5
H
12
O
Độ tinh khiết % 99 99,9 99 99
Hàm lượng oxy %m 18,2 49,9 21,6 22,4
Khối lượng phân tử g/mol 88,15 32,04 74,12 88,15
Tỉ trọng tại 16
o
C g/cm
3
0,744 0,792 0,788 0,805
Điểm chớp cháy
o
C -25,6 11 14 20,5

Nhiệt độ sôi
o
C 55 65 82 102
Nhiệt độ tự bốc cháy
o
C 460 455 490 425
Áp suất hơi Reid tại 37,8
o
C kPa 53,8 31,7 5,5 1,6
MON 101 92 100 100
RON 116 107 130 130
GVHD: TS. Nguyễn Thị Diệu HằngSVTH: Trần Việt Quốc
16
Hình I - 1 : Ảnh hưởng của việc thêm MTBE, methanol, TBA, TAA đến RON của
xăng [2]
Hình I - 2 : Ảnh hưởng của việc thêm MTBE, methanol, TBA, TAA đến MON của
xăng [2]
GVHD: TS. Nguyễn Thị Diệu HằngSVTH: Trần Việt Quốc
17
Qua hai biểu đồ trên, ta nhận thấy sự gia tăng rõ rệt chỉ số octan của xăng khi thêm
các phụ gia chứa oxy. Trong đó chỉ số octan tăng nhanh khi thêm TBA và TAA, tăng
ít nhất khi thêm MTBE. Ngoài ra, các thí nghiệm khác cũng đã chỉ ra rằng các mẫu
xăng có RON và MON cao hơn thì chỉ số octan của nó có sự tăng ít hơn so với các loại
xăng có chỉ số octane thấp hơn, độ nhạy (RON-MON) cao hơn đối với xăng có số
octane cao hơn [1].
Dựa trên một số nghiên cứu, 15% thể tích (tương đương với 2,7 % khối lượng oxy)
là một nồng độ hợp lý của MTBE được thêm vào xăng mà vẫn nằm trong các yêu cầu
về cải thiện chỉ số octane, thay đổi tỷ lệ nhiên liệu/ không khí, và giá trị thương mại
của MTBE [1].
1.3.2 Á p suất hơi bão hòa:

Áp suất hơi bão hoà là áp suất sinh ra khi một chất lỏng ở thể cân bằng với hơi của
nó tại một nhiệt độ nhất định.
Áp suất hơi Reid (RVP) là áp suất hơi bão hòa của mẫu thử chứa trong một bơm
tiêu chuẩn (bơm Reid) trong những điều kiện xác định, nhiệt độ 100
o
F (37,8
o
C) [4].
Như vậy, áp suất hơi bão hoà đặc trưng cho các phần nhẹ trong dầu thô cũng như
các phân đoạn dầu mỏ. Đối với nhiên liệu xăng thì giá trị này có ảnh hưởng lớn đến
khả năng khởi động của động cơ, khi giá trị này càng lớn thì động cơ càng dễ khởi
động. Nhưng nếu giá trị này lớn quá thì chúng sẽ gây mất mát vật chất và dễ tạo ra
hiện tượng nút hơi.
Ảnh hưởng của MTBE và các hợp chất chứa oxy khác đến RVP của xăng cỏ sở
được cho ở bảng I-1 và bảng I-2 được khảo sát tại 37,8
o
C và hàm lượng các chất chứa
oxy được thêm vào tương ứng là 2,5%, 5%, 7,5%, 10%, 15%, 20% thể tích. Kết quả
được thể hiện ở hình I-3 [2].
Áp suất hơi của MTBE thường thấp hơn các loại xăng thương mại điển hình. RVP
của MTBE tại 37,8
o
C là 53,8 kPa, trong khi đó theo TCVN 6776: 2005 thì RVP tại
37,8
o
C của xăng thương phẩm là 43-75 kPa [14]. Hướng thay đổi của RVP của xăng
có thể lên hoặc xuống, tùy thuộc vào áp suất hơi ban đầu của xăng cơ sở. Ngoài ra,
thêm MTBE vào xăng thì sẽ tận dụng thêm một lượng butan bổ sung vào xăng (butan
có chỉ số octan cao nhưng RVP cao nên được thêm vào với một lượng vừa phải). Do
đó tăng hiệu quả chi phí cho xăng.

GVHD: TS. Nguyễn Thị Diệu HằngSVTH: Trần Việt Quốc
18
Hình I - 3 : RVP của xăng cơ sở khi thêm phụ gia MTBE và các hợp chất chứa
oxy khác [2]
1.3.3 Đường cong chưng cất.
Xăng là hỗn hợp của hàng trăm hydrocacbon, mỗi hydrocacbon lại có nhiệt độ sôi
đặc trưng. Đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa phần cất thu được và nhiệt độ được
gọi là đường cong chưng cất.
Hình I-4 a biểu diễn đường cong chưng cất ASTM D86 của xăng cơ sở (tính chất ở
bảng I-2) khi thêm 2,5%, 7,5%, 10%, 20% thể tích MTBE và các chất chứa oxy (tính
chất ở bảng I-3) được thực hiện bởi Tehran Oil Refinery Company, Iran [2].
GVHD: TS. Nguyễn Thị Diệu HằngSVTH: Trần Việt Quốc
19
a) Khi thêm 2,5%
b) Khi thêm 7,5%
GVHD: TS. Nguyễn Thị Diệu HằngSVTH: Trần Việt Quốc
20
c) Khi thêm 10%
d) Khi thêm 20%
Hình I - 4 : Đường cong chưng cất ASTM D86 của xăng cơ sở khi thêm 2,5%,
7,5%, 10%, 20% thể tích MTBE, methanol, TBA, TAA [2]
GVHD: TS. Nguyễn Thị Diệu HằngSVTH: Trần Việt Quốc
21
Qua các biểu đồ trên ta nhận thấy khi bổ sung các chất chứa oxy đều làm giảm
nhiệt độ chưng cất đáng kể, trong đó đường cong chưng cất của xăng chứa methanol là
thay đổi nhiều nhất. Khi nồng độ MTBE và các chất chứa oxy càng nhiều thì nhiệt độ
chưng cất các phân đoạn nặng cũng giảm theo. Có thể thấy được điều này thông qua
hai hình I-4 c) và d), khi thay đổi nồng độ các chất chứa oxy từ 10% lên 20% thì nhiệt
độ chưng cất các điểm 50% và 90% đều giảm rõ rệt.
1.3.4 Bảo quản và t ính ổn định nhiệt .

Sự ổn định của các loại xăng có thể được đánh giá bởi sự hình thành của peroxit
trong quá trình lưu trữ. Việc kiểm tra quá trình ổn định oxy hóa lâu dài của các loại
xăng với 10% thể tích hỗn hợp MTBE được thực hiện ở nhiệt độ lưu trữ lên đến
43,3
o
C. Lưu trữ tại 43,3
o
C trong một khoảng thời gian 6 tháng có thể được coi là bằng
khoảng 2 năm lưu trữ ở nhiệt độ môi trường xung quanh (J. D. Chase, 1979). Kết quả
cho thấy rằng xăng chứa MTBE không tạo ra bất kỳ peroxit, trong khi đó xăng không
chứa MTBE lại tạo ra một số lượng đáng kể peroxit. Hỗn hợp MTBE- xăng có thể
được lưu trữ tối thiểu là 2 năm có sự bảo vệ chống oxy hóa phù hợp ngay cả khi phối
trộn với xăng cracking xúc tác nhẹ (light catalytically cracked gasoline- LCCG) không
ổn định. Sự ổn định oxy hóa của xăng với 10% thể tích MTBE được thực hiện theo
tiêu chuẩn ASTM D525 và đã không tìm thấy sự hình thành peroxit trong hơn của
1000 phút tại 100
o
C .
Các kết quả này đã chỉ ra rằng MTBE là ổn định trong quá trình xử lý và lưu trữ.
Tính ổn định trong lưu trữ đã được thử nghiệm sau 180 ngày và không nhận thấy có sự
khác biệt đáng kể của hàm lượng peroxit được tìm thấy giữa các xăng cơ sở (có 98/99
RON và olefin 15% thể tích) và xăng cơ sở có 15% thể tích MTBE đã qua thử
nghiệm(G. Marceglia, G. Oriani, 1982). Các nghiên cứu phòng thí nghiệm xác nhận
rằng peroxit không được hình thành với MTBE. Các thí nghiệm tiến hành tại môi
trường oxy 60psig và nhiệt độ 90C cho thấy chuẩn độ không có peroxide sau 15giờ.
Một thử nghiệm mở rộng được thực hiện trong khoảng thời gian 2 năm cho thấy không
có hình thành peroxit trong mẫu MTBE tiếp xúc với ánh sáng và không khí.
1.3.5 Độ hòa tan và hấp thụ nước:
MTBE tan ít trong nước, 5% khối lượng ở 25
o

C. Hỗn hợp MTBE- xăng không tách
pha trong các hệ thống phân phối có sự hiện diện của nước. Độ hòa tan của nước trong
MTBE (1,5% khối lượng nước) là rất thấp so với của rượu. Nó đã được chỉ ra rằng khả
năng hấp thụ nước không phải là một vấn đề với xăng pha trộn MTBE. Các đám mây
vẩn đục đã được quan sát thấy trong quá trình chuẩn bị hỗn hợp MTBE-xăng cho thử
GVHD: TS. Nguyễn Thị Diệu HằngSVTH: Trần Việt Quốc
22
nghiệm (R. T. Jonshon, B. Y. Taniguchi, 1978). Tuy nhiên, các đám mây đã được biến
mất hoàn toàn sau 24 giờ, và không có vấn đề khác như phân tách và cặn đã được tìm
trong các mẫu. Phân tích một mẫu cho thấy rằng các nhũ tương là chủ yếu là nước và
MTBE, và số lượng là rất nhỏ.
Khả năng hấp thụ nước của xăng đã được nghiên cứu với xăng có 20% thể tích
MTBE và 10% thể tích nước. Nước đã được hòa tan dần trong hỗn hợp (M. F. Ali, A.
Bukhari, A. Amer, 1987). MTBE mất do tiếp xúc nước là không đáng kể (200-300ppm
trong nước). Việc phân tách pha của hỗn hợp MTBE- xăng không nhận thấy rõ như
trong trường hợp của xăng pha cồn.
1.3.6 Ảnh hưởng đối với phát thải khí thải.
Một cuộc nghiên cứu ảnh hưởng của MTBE trong xăng đến phát thải khí thải trên
một động cơ đánh lửa cưỡng bức điển hình đã được thực hiện bởi A. A. Al-Farayedhi,
A. M. Al-Dawood, P. Gandhidasan (2000) [18]. Động cơ thử nghiệm là động cơ sáu xi
lanh được sản xuất bởi Mercedes-Benz và có tổng thể tích xi lanh là 2.960 cm
3
. Động
cơ có đường kính mỗi xi lanh là 88,5mm, hành trình piston là 80,2 mm, tỉ số nén là 9,2
và công suất cực đại là 132 kW tại 5.700 rpm (vòng/ phút). Động cơ được trang bị hệ
thống phun nhiên liệu liên tục KE- Jetronic. Động cơ có một hệ thống đánh lửa điện tử
với một thiết bị điều chỉnh thời điểm đánh lửa điện tử.
Nhiên liệu kiểm tra:
Xăng cơ bản được chuẩn bị bằng cách trộn 20% thể tích xăng nhẹ và 80% thể tích
xăng reformate. Một nhiên liệu xăng pha chì được chuẩn bị bằng cách thêm tetra- ethyl

chì (TEL) vào xăng cơ sở với nồng độ chì trong xăng đạt mức tối đa cho phép tại Ả-
rập Xê-út lúc đó là 0,4 g Pb/l. MTBE được pha trộn với xăng cơ sở theo ba tỷ lệ: 10,
15 và 20% thể tích. Độ tinh khiết của MTBE là 98,71% khối lượng. Bảng I-5 là một
vài tính chất của MTBE và các loại xăng thử nghiệm [18].
GVHD: TS. Nguyễn Thị Diệu HằngSVTH: Trần Việt Quốc
23
Bảng I - 5 : Tính chất của MTBE và các loại xăng thử nghiệm [18].
Tính chất nhiên liệu
MTB
E
Xăng
cơ sở
Xăng
pha chì
MTBE
10
MTB
E
15
MTBE
20
Tỉ trọng tại 15,56
o
C 0,7461 0,7697 0,7717 0,7638 0,7633 0,7628
Áp suất hơi Reid, kPa 61,2 35,0 33,6 41,0 41,6 42,4
RON 116 84,7 92 87,9 89,8 91,7
Ẩn nhiệt hóa hơi, kJ/kg 340 350 350 349 349 348
Phần trăm khối lượng oxy 18 0 0 1,77 2,66 3,55
Nhiệt trị thấp, MJ/kg 35,2 44 44 43,144 42,715 42,283
Cân bằng hóa học:

Không khí/ nhiên liệu
11,76 14,6 14,6 14,33 14,19 14,05
Thành phần, % thể tích
 n- parafin 0 8,78 8,78 7,91 7,47 7,03
 Iso- parafin 0 43,60 43,60 39,24 37,06 34,88
 Naphten 0 3,83 3,83 3,45 3,26 3,07
 Aromatic 0 42,54 42,54 38,28 36,16 34,03
Điều kiện kiểm tra:
Tất cả các kiểm tra phát thải khí thải đều được tiến hành với thời điểm đánh lửa
thường được điều chỉnh ở thời điểm đánh lửa mô-men xoắn phanh tối đa MBT
(maximum brake torque), ngoại trừ những thử nghiệm liên quan đến việc thay đổi thời
gian đánh lửa. Thời điểm MBT là thời điểm đánh lửa tối ưu đã được nhà sản xuất thiết
kế sẵn trong động cơ nhằm tối ưu công suất và hiệu quả của đông cơ. Các động cơ thử
nghiệm được trang bị một hệ thống đánh lửa điện tử với một thiết bị điều chỉnh thời
điểm điện tử. Hệ thống này điều chỉnh thời điểm đánh lửa đến các giá trị định sẵn tùy
thuộc vào tốc độ động cơ và mức độ tiêu thụ chân không, cái mà thể hiện cho tải trọng
động cơ.
Trong cuộc thử nghiệm này, tất cả các cuộc kiểm tra phát thải khí thải được thực
hiện với các vận hành động cơ ở một hỗn hợp cân bằng hóa học trừ những thử
nghiệm liên quan đến việc thay đổi tỷ lệ cân bằng hóa học. Các động cơ thử nghiệm đã
được trang bị một hệ thống phun nhiên liệu liên tục đa điểm gọi là KE-Jetronic. Hệ
thống này có thể kiểm soát tỉ lệ không khí/ nhiên liệu.
Nhiệt độ của nước làm mát và dầu bôi trơn đã được kiểm soát bởi hai trao đổi
nhiệt. Trong tất cả các thử nghiệm, nhiệt độ nước làm mát được giữ tại 80
o
C ( ±5°C),
GVHD: TS. Nguyễn Thị Diệu HằngSVTH: Trần Việt Quốc
24
nhiệt độ của dầu bôi trơn được giữ tại 80
o

C (±2°C), nhiệt độ phòng thử nghiệm được
giữ tại 25
o
C (±2°C). Áp suất khí quyển trong phòng ghi lại dao động từ 99,4 đến 100,9
kPa.
Các bước kiểm tra:
Phát thải khí thải được đo ở các điều kiện khác nhau nằm trong khoảng phạm vi
hoạt động thực tế của động cơ ô tô bình thường. Những ảnh hưởng của các biến hoạt
động có ảnh hưởng nhất đến phát thải CO, HC và NO
x
đã được kiểm tra. Các biến này
là độ giàu, thời gian đánh lửa, tốc độ và tải trọng động cơ. Phát thải khí thải cũng đã
được đo ở tốc động nghỉ.
Ảnh hưởng của độ giàu (ф) đến phát thải khí thải được đánh giá ở một tốc
độ động cơ không đổi 2000 rpm, tải trọng 680 kPa, và thời điểm đánh lửa MBT.
Trong những thử nghiệm này, độ giàu dao động từ hỗn hợp nghèo là 0,8 đến hỗn hợp
giàu là 1,2.
Ảnh hưởng của thời gian đánh lửa đến phát thải CO, HC, NO
x
được đánh giá ở tốc
độ không đổi 2000 rpm, tải trọng 680 kPa, và hỗn hợp cân bằng hóa học (ф=1). Trong
những điều kiện này, thời điểm đánh lửa được điều chỉnh trong khoảng góc đánh lửa
sớm 10° đến góc đánh lửa sớm 35
o
.
Những ảnh hưởng của tốc độ động cơ và tải trọng động cơ đến phát thải CO, HC,
NO
x
cũng được đánh giá. Trong suốt các thử nghiệm tốc độ và tải trọng, động cơ hoạt
động với một hỗn hợp cân bằng hóa học (ф=1) và thời điểm đánh MBT. Các thử

nghiệm về ảnh hưởng của tốc độ động cơ được thực hiện với tốc độ thay đổi từ 1000
đến 3000 rpm. Các thử nghiệm về tải trọng được thực hiện tại bốn tải trọng khác nhau
là: 340, 510, 680 và 850 kPa.
Kết quả thử nghiệm:
a. Phát thải CO.
Ngoại trừ trong trường hợp hỗn hợp nghèo, việc thêm MTBE vào xăng đều làm
giảm phát thải CO.
Ảnh hưởng của độ giàu hỗn hợp cháy đến phát thải CO.
Hình I-5 cho thấy lượng phát thải CO cho các hỗn hợp MTBE như là một hàm của
độ giàu và xu hướng biến đổi phát thải CO của các nhiên liệu trên là tương tự như
nhau đối với độ giàu [18]. Khi hỗn hợp cháy được làm giàu, nồng độ thể tích của
lượng phát thải CO trong khí thải tăng mạnh, gần như tuyến tính và nồng độ CO giảm
đáng kể khi nồng độ MTBE trong xăng ngày càng tăng. Đối với hỗn hợp nghèo, việc
thêm MTBE không có tác dụng đến nồng độ CO, cái mà đã là rất nhỏ. Nói chung, việc
GVHD: TS. Nguyễn Thị Diệu HằngSVTH: Trần Việt Quốc
25
bổ sung MTBE làm giảm nồng độ CO trong khí thải và giảm đáng kể hơn nữa khi độ
giàu tăng lên.
Ảnh hưởng của thời điểm đánh lửa đến phát thải CO.
Hình I-6 cho thấy kết quả của lượng phát thải CO ở các thời điểm đánh lửa khác
nhau cho các hỗn hợp thử nghiệm [18]. Nói chung, các kết quả cho thấy tất cả các loại
xăng thử nghiệm đều có sự gia tăng gần như tuyến tính nồng độ CO khi thời gian đánh
lửa càng sớm (hay góc đánh lửa sớm càng lớn) và trong tất cả các trường hợp này,
nồng độ MTBE trong xăng càng tăng thì nồng độ phát thải CO đều giảm.
Hình I - 5 : Ảnh hưởng của độ giàu hỗn
hợp cháy đến phát thải CO của các
nhiên liệu thử nghiệm [18].
Hình I - 6 : Ảnh hưởng của góc đánh lửa
sớm đến phát thải CO của các nhiên liệu
thử nghiệm [18].

Ảnh hưởng của tốc độ và tải trọng động cơ đến phát thải CO.
Kết quả phát thải CO khi thay đổi tốc độ động cơ cho các hỗn hợp thử nghiệm tại
một tải trọng không đổi là 340 kPa và 850 kPa được thể hiện trong các hình I-7 và I-8
[18]. Việc giảm lượng phát thải CO do thêm MTBE có thể nhận thấy trong toàn bộ
phạm vi tốc độ và tải trọng. Ngoài ra các kết quả cũng cho thấy rằng nồng độ phát thải
CO tăng khi tốc độ động cơ tăng ,trong nhiều trường hợp, sự gia tăng này gần tuyến
tính với tốc độ động cơ.
GVHD: TS. Nguyễn Thị Diệu HằngSVTH: Trần Việt Quốc