Chuyên đề 3 Nghiên cứu lựa chọn hệ phụ gia phù hợp cho xăng sinh học E10, E15, E20

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ
thuộc Đề tài: “Nghiên cứu khả năng tương thích của động cơ nổ
thế hệ cũ sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ etanol E100 lớn hơn
5%”, mã số ĐT.06.11/NLSH
thuộc Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015,
tầm nhìn đến năm 2025

Sản phẩm 2.3: Nghiên cứu lựa chọn hệ phụ gia phù hợp cho
xăng sinh học E10, E15, E20
Chuyên đề số: 3
Chủ nhiệm đề tài

Người thực hiện

PGS.TS. Lê Anh Tuấn

PGS.TS. Vũ Thị Thu Hà
Cơ quan chủ trì

Hà Nội, tháng 08 năm 2011


ĐT.06.11/NLSH

MỤC LỤC

Lời nói đầu

2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

3

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM

10

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

13

3.1. Nghiên cứu lựa chọn hệ phụ gia cho nhiên liệu phối trộn E10

13

3.2. Nghiên cứu lựa chọn hệ phụ gia cho nhiên liệu phối trộn E15

17

3.3. Nghiên cứu lựa chọn hệ phụ gia cho nhiên liệu phối trộn E20

22

Kết luận

27

Tài liệu tham khảo

29

-1 -


ĐT.06.11/NLSH

Lời nói đầu

Ngày nay, động cơ đốt trongcủa phần lớn các loại phương tiện vận tải trên
thếgiới sử dụng nhiên liệuhóa thạch. Tuy nhiên, sự xuất hiện của nhiên liệu thay thế đã
mở ra những cơ hội cho việc giảm thiểu đáng kể lượng khí phát thải và làm tăng hiệu
quả đối với các loại xe thích hợp. Trong từng giai đoạn phát triển của mỗi loại nhiên
liệu thay thế khác nhau, từng loại động cơ xe được sử dụng sẽ có những cơng nghệ
thay đổi để phù hợp với mỗi loại nhiên liệu đó. Mỗi cơng nghệ có những tính năng và
sự phát thải khí khác nhau. Những phương tiện sử dụng xăng pha etanol sẽ làm giảm
phát thải các khí gây hiệu ứng nhà kính so với việc sử dụng xăng thông thường. Sự
giảm phát thải liên quan tới sự đốt cháy etanol tinh khiết trong nguyên liệu. Tuy nhiên,
việc chỉ sử dụng etanol hoặc hỗn hợp phối trộn với xăng có thể sẽ tạo ra những vấn đề
mới phát sinh trong động cơ sử dụng nhiên liệu xăng truyền thống. Các tính chất phân
cực, ăn mịn, bám dính, ma sát và tính dẫn của etanol hoặc nhiên liệu có chứa etanol có
thể tạo ra các vấn đề mới cần phải xử lý trong ngành công nghiệp nhiên liệu [4]. Vì
vậy mục đích của chun đề: "Nghiên cứu lựa chọn hệ phụ gia phù hợp cho xăng
sinh học E10, E15, E20'' là nghiên cứu các tính chất của nhiên liệu phối trộn etanol
và tìm hệ phụ gia với hàm lượng phù hợp cho nhiên liệu E10, E15, E20.

-2 -

ĐT.06.11/NLSH

Chuyên đề 3: Nghiên cứu lựa chọn hệ phụ gia phù hợp cho xăng sinh học E10,
E15, E20
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Những phương tiện sử dụng xăng pha etanol sẽ làm giảm phát thải các khí gây
hiệu ứng nhà kính so với việc sử dụng xăng thông thường. Sự giảm phát thải liên quan
tới sự đốt cháy etanol tinh khiết trong ngun liệu. Etanol được sản xuất từ ngơ có chu
kỳ phát thải khí nhà kính ít hơn khoảng 15% so với xe chạy xăng thơng thường. Trong
khi đó, etanol (E100) sản xuất từ sinh khối gỗ có chu kỳ phát thải khí nhà kính dưới 60
- 75% so với xăng thông thường [1].
Trước đây, metanol cũng được sử dụng để pha vào xăng làm nhiên liệu. Tuy
nhiên, so với metanol, etanol có ưu điểm hơn như ít gây ăn mịn và không độc.
Từ tháng 9 năm 2007, các trạm xăng ở Australia đã cung cấp xăng có chứa 2%
etanol [2]. Ở Mỹ, etanol được đưa vào sử dụng từ năm 1978, tuy nhiên hàm lượng
etanol trộn trong xăng rất thấp. Năm 2000, lượng nhiên liệu etanol E10 sản xuất được
là 1,6 triệu galon, chiếm 12% tổng số xăng tiêu thụ. Sản lượng etanol sản xuất tăng
nhanh kể từ sau năm 2000, tăng gần 6 lần chỉ trong 8 năm. Đến năm 2008, lượng
etanol đã đạt 9,2 triệu galon [3]. Sản lượng nhiên liệu etanol ở Mỹ từ năm 1981 đến
năm 2008 được trình bày trong hình 1.

Hình 1: Sản xuất etanol nhiên liệu ở Mỹ 1981-2008
Hỗn hợp phối trộn phổ biến của xăng và etanol được sử dụng ở nhiều nước trên
thế giới là từ 10% etanol trong xăng (E10) và cũng có thể là cả 85% hay 100% etanol
(E100).

-3 -

ĐT.06.11/NLSH

Hỗn hợp nhiên liệu E85 (85% etanol) đượcđiều chỉnh theo mùađể đảm bảo cho
việc khởi động thích hợpvà hiệu quả trongcácđịađiểmđịa lý khác nhau. Ví dụ, E85
được bán trong những tháng lạnh hơn thường chứa etanol chỉ có 70% và 30% các chất
phụ gia dầu mỏ để tạo ra áp suất hơi cần thiết để khởi động ở nhiệt độ thấp. Trong
những tháng ấm hơn, các hàm lượng phụ gia dầu mỏ cho E85 thông thường là từ 17%
đến khoảng 20%.
Nhiên liệu etanol thương mại thường được xử lý bằng cách pha trộn với một số
chất phụ gia nhằm đánh dấu mục đích sử dụng. Etanol sau khi xử lý được gọi là etanol
nhiên liệu biến tính và chất biến tính phổ biến là xăng hay phân đoạn của xăng và dầu
hỏa.
Việc chỉ sử dụng etanol hoặc hỗn hợp phối trộn với xăng có thể sẽ tạo ra những
vấn đề mới phát sinh trong động cơ sử dụng nhiên liệu xăng truyền thống. Các tính
chất phân cực, ăn mịn, bám dính, ma sát và tính dẫn của etanol hoặc nhiên liệu có
chứa etanol có thể tạo ra các vấn đề mới cần phải xử lý trong ngành công nghiệp nhiên
liệu [4].
Do etanol phân cực hơn so với xăng hydrocarbon nên q trình cung cấp và đốt
cháy nhiên liệu có chứa etanol có thể phát sinh một số vấn đề. Chẳng hạn, nhiên liệu
có thể có những tác động tiêu cực tới các bộ phận của bề mặt đốt của động cơ, bồn
chứa nhiên liệu, van, vòng đệm, các miếng đệm, kim phun, đường ống, máy bơm, vòi,
bộ lọc và các bộ phận khác. Ngoài ra, đối với etanol được sản xuất từ các nguồn
nguyên liệu có nguồn gốc sinh học, việc sử dụng nhiên liệu pha etanol có thể gây nên
sự tích tụ của các tạp chất trong etanol trong hoặc trên bộ phận động cơ và các bộ phận
cung cấp nhiên liệu. Hơn nữa, do nhiên liệu chứa etanol có hàm lượng nước và tạp
chất axit cao hơn nên trở thành mơi trường dẫn cho q trình oxi hóa các bề mặt kim
loại gây hiện tượng ăn mòn [5].
Trước đây, nhiên liệu xăng không gây ra nhiều vấn đề cho việc sử dụng vì
nhiên liệu hydrocacbon khơng gây ăn mịn. Với nhiên liệu có chứa etanol, ăn mịn thực
sự là vấn đề lớn. Tạp chất axit có chứa trong nhiên liệu như axit formic và axit acetic

có thể tăng lên do bị oxy hóa trong q trình lưu trữ. Theo U.S. Pat. No(s). 4509951,
4511367, 4511368, 4531984, sự kết hợp của hợp chất cacboxylic axit như một dime và
trime của alkenyl succinic axit với hợp chất chứa nitơ như polyisobutenyl (PIB)
succinimide hoặc được thay thế bởi imidazoline là tác nhân chống ăn mòn cho nhiên
-4 -


ĐT.06.11/NLSH

liệu chứa etanol. Ngồi ra, có một vài cơng thức độc quyền về tác nhân chống ăn mòn
cho nhiên liệu chứa cồn trên thị trường như ALCOOL (Shell Oil), GRAND PRIX và
PROAL (Bardahl) [5].
Hiện nay, nhiều phương pháp đã được sử dụng để cải thiện việc bảo vệ động cơ
và hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ đốt trong. Nhiên liệu bao gồm xăng,
etanol và được pha thêm ít nhất một loại phụ gia nhiên liệu. Một số các chất phụ gia
thông dụng như phụ gia chống tách pha, phụ gia chất phân tán, chất tẩy rửa, phụ gia
chống oxy hóa, phụ gia chống mài mịn …
Chất chống phân tách pha được bổ sung vào nhiên liệu để ức chế quá trình phân
tách pha được lựa chọn từ nhóm N, N-bis (hydroxyalkyl) alkyl amide hay cịn gọi là
dihydroxy amit đại diện bởi cơng thức:
Trong đó R là nhóm alkyl C10-20 và R’ là nhóm alkylene C1-5.
Lượng phụ gia sử dụng phụ thuộc vào hiệu quả của chất ức chế được sử dụng.
Chất ức chế có hiệu quả tốt ở khoảng 0,05 – 10,0 % khối lượng so với lượng hỗn hợp
nhiên liệu hydrocacbon lỏng và etanol [6].
Phụ gia chống oxy hóa được sử dụng nhằm mục đích làm chậm q trình ơxy
hóa của nhiên liệu (tăng độ bền oxy hóa), giảm bớt hiện tượng ăn mịn chi tiết và tạo
cặn. Các phụ gia chống oxy hóa được biết đến nhiều hiện nay là các dạng hóa chất bao
gồm phenate sulphide, phosphosulfurized terpenes, sulfurized estes, aromatic amines
và các hợp chất của phenol [7].
Các aromatic amin có cơng thức điển hình như sau:

Trong đó, R5 là nhóm phenyl hoặc nhóm phenyl được thế bằng R7, R6 và R7 độc
lập với nhau. R5 có thể là hydro hoặc nhóm alkyl có chứa từ 1 tới 24 nguyên tử cacbon.
Thay R5 bằng R7 thích hợp hơn là thế nhóm phenyl.R6 và R7 là nhóm alkyl có chứa từ
4 tới 20 nguyên tử cacbon. Trong một mẫu, chất chống oxy hóa có thể là alkylated
diphenylamine như nonylated diphenylamine có dạng điển hình như:
-5 -


ĐT.06.11/NLSH

Chất chống oxy hóa dạng hợp chất của phenol là dạng akyl phenol có cơng thức
điển hình:

Trong đó R4 là nhóm alkyl có chứa 1 tới 24 nguyên tử cacbon và m là số
nguyên từ 1 tới 5. Trong một mẫu cố định, R có thể chứa từ 4 tới 18 nguyên tử cacbon
hoặc từ 4 tới 12 nguyên tử cacbon. R4 có thể là mạch thẳng, mạch nhánh hoặc nhánh
đặc biệt. Giá trị m thích hợp bao gồm từ 1 tới 4 hoặc từ 1 tới 3.
Một loại chất chống oxy hóa khác được biết tới là phenol thế este có cơng thức
như sau:

Trong đó, t-alkyl có thể là t-butyl, R3 là nhóm alkyl chuỗi thẳng hoặc nhánh có
chứa khoảng từ 1 tới 22 nguyên tử cacbon hoặc từ 2 tới 22 hoặc từ 2 tới 8 hoặc từ 4 tới
8 nguyên tử cacbon. R3 có thể là nhóm 2-ethylhexyl hoặc nhóm n-butyl hoặc n-octyl.
Các chất chống oxy hóa hiện nay có thể bao gồm olefin lưu hóa. Trong đó lưu
huỳnh có thể là mono- hoặc di-sulfua hoặc hỗn hợp của cả hai.
Trong một mẫu, lượng chất chống oxy hóa trong thành phần nhiên liệu có thể
được sử dụng khoảng từ 5 đến 100 ppm [7].

-6 -

ĐT.06.11/NLSH

Phụ gia chất tẩy rửa sử dụng trong nhiên liệu lỏng cho động cơ đốt trong nhằm
mục đích ngăn cản và loại trừ các cặn không tan trong nhiên liệu như cặn cacbon,
sạn… Chất tẩy rửa có thể được điều chế như sau [8]:
 Từ 20% đến 40% khối lượng sản phẩm phản ứng của:
-

1mol alkylphenol có cơng thức như sau:

Trong đó, n là số nguyên từ 1 tới 2, R1 là gốc aliphatic hydrocacbon có khối
lượng phân tử trung bình khoảng từ 400 tới 1500.
-

1-5 mol aldehyde có cơng thức như:

R2 được lựa chọn từ hydro và gốc alkyl chứa 1-6 ngun tử cacbon
-

0,5-5 mol amin có ít nhất một hydro hoạt động liên kết với một nguyên tử nitơ
amin

 Từ 3,0% đến 6,0% khối lượng tác nhân khử nhũ có chứa:
-

Ít nhất một dung dịch dầu polyether được đặc trưng bởi sự có mặt trong cấu trúc
của nó một nhóm có cơng thức: (—O−A—)x trong đó A là nhóm alkylen chứa 2
tới 7 nguyên tử cacbon và x có giá trị trung bình khoảng từ 5 đến 200

-

Nhựa oxyalkylated phenol formaldehyde có cơng thức:

Trong đó A đại diện cho nhóm alkylene chứa từ 2 đến 10 nguyên tử cacbon, m
có giá trị trung bình từ 4 tới 200, R là nhóm alkyl chứa từ 1 tới khoảng 20
nguyên tử cacbon và x là số nguyên lớn hơn 1.

-7 -


ĐT.06.11/NLSH

 Từ khoảng 40% đến 70% khối lượng dung môi hydrocacbon thơm một nhân
hoặc hai nhân
 Từ khoảng 5% đến 15% khối lượng chất chống ăn mòn được lựa chọn từ
hydrocarbyl succinic axit hoặc anhydride có từ 12 tới 30 nguyên tử cacbon.
Phụ gia chất phân tán hiện nay được sử dụng trong nhiên liệu với mục đích
ngăn ngừa, làm chậm quá trình tạo cặn và lắng đọng trong điều kiện hoạt động ở nhiệt
độ thấp. Một số các phụ gia phân tán thường sử dụng bao gồm:


Ankenyl-poly-amin-suxinimit.



Ankyl-hydrobenzyl-polyamin.



Este-polyhydroxy-suxinic.



Poly-aminamit-imidazolin.



Polyamine suxinimit.



Ester-photpholat.



Polyetheramine
Như vậy các chất phân tán được sử dụng đều có chứa các nhóm chức như amin,

imít, amít hoặc các nhóm hydroxyl-ester nên các polymer như poly metacrylat cũng
cho khả năng phân tán. Mặt khác, do chúng có tính nhớt (chất tăng chỉ số độ nhớt) nên
chúng được sử dụng như các phụ gia phân tán nhiều tác dụng. Lượng chất phân tán
được sử dụng nói chung phụ thuộc vào lượng chất rắn cần phải phân tán trong dầu và
thường là chiếm từ 0,1 đến 2%.
Phụ gia ức chế ăn mòn là phụ gia có chức năng làm giảm thiểu việc tạo thành
các peoxit hữu cơ, axit và các thành phần ôxy hóa khác làm xuống cấp nhiên liệu động
cơ, bảo vệ ổ đỡ và các bề mặt khác nhau khỏi ăn mịn. Có thể nói chất ức chế ăn mịn
bổ sung trong thực tế có tác dụng như các chất chống ôxy hóa. Các phụ gia này bao
gồm: di-thiophotphat kim loại (đặc biệt là kẽm); sunphonat kim loại và kim loại kiềm

cao; và các tác nhân hoạt động bề mặt như các axit béo, amin, axit ankylsuxinic, clo
hóa parafin…
Theo [4], phụ gia ức chế ăn mòn là sự kết hợp của Imidazoline (IM) và
Ankenyl Succinimide (AS). Imidazoline và Ankenyl Succinimide có công thức như
dưới đây:
-8 -


ĐT.06.11/NLSH

-9 -


ĐT.06.11/NLSH

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
Nhiên liệu gồm có:
-

Xăng A92 mua tại cây xăng của Petrolimex

-

Etanol khan 99, 5% được cung cấp bởi Công ty TNHH Bagico

-

Các chất phụ gia là các hóa chất cơng nghiệp bao gồm: phụ gia chống tách pha,
phụ gia chất phân tán, phụ gia chống oxy hóa, phụ gia chống ăn mòn.
Sơ đồ nguyên lý phối trộn hỗn hợp nhiên liệu xăng sinh học:

Chất biến
tính

Phụ gia chống
tách pha

Phụ gia chất
phân tán

Phụ gia chống
oxy hóa

Phụ gia
chống ăn mịn

Hỗn hợp chất biến
tính đa chức năng
Etanol 99,5%
Etanol biến tính

Xăng A92
Sản phẩm E10, E15, E20
Hình 2: Sơ đồ phối trộn nhiên liệu xăng pha etanol
Các chất phụ gia được pha trộn với chất biến tính sau đó pha trộn với E100 tạo
thành hỗn hợp chất biến tính đa chức năng để phối trộn với xăng thương phẩm. Các
phụ gia sử dụng để phối trộn bao gồm: phụ gia chất chống tách pha, phụ gia chất phân
tán, chất tẩy rửa, phụ gia chất chống oxy hóa, phụ gia chất ức chế ăn mịn.
Cơng thức nhiên liệu với phụ gia chất phân tán, chất tẩy rửa được sử dụng bao
gồm chất phân tán Mannich (hợp chất có nhóm PIB với khối lượng phân tử khoảng

950 và nhóm cresol phản ứng với dibutylmine), chất phân tán Succinimide, chất phân
tán Polyetheramine. Phụ gia nhiên liệu này trong hợp phần nhiên liệu có hàm lượng là
100ppm.

-10 -


ĐT.06.11/NLSH

Công thức pha chế nhiên liệu với phụ gia chống oxy hóa bao gồm hợp phần
nhiên liệu xăng, ethanol và tác nhân chống oxy hóa có khả năng dẫn xuất phenolic
(hợp chất có chứa 2,4 di-t-butyl phenol), tác nhân chống oxy hóa dạng amine như
butylated diphenylamine. Phụ gia chất chống oxy hóa có mặt trong hợp phần nhiên
liệu với hàm lượng 100ppm.
Công thức nhiên liệu với phụ gia chống tách pha được chuẩn bị như sau: hỗn
hợp xăng khơng chì, ethanol và các loại phụ gia chất chống tách pha khác nhau: N,Nbis(2-hydroxyethyl)octadecane amide, isopropyl alcol (IPA), tetraethanolamine
(TEA).
Hợp phần nhiên liệu lỏng sử dụng bao gồm 5% - 100% khối lượng alcohol
trong xăng và lượng phụ gia chất chống ức chế ăn mòn bao gồm sự kết hợp của 2
thành phần: IM là imidazoline và AS là một alkenyl succinimide của hỗn hợp các
alkylenepolyamines. Các phụ gia khác cũng được sử dụng trong thực nghiệm này là
tetraethanolamine (TEA), 2-(diethylamine)-ethanol. Nồng độ phụ gia được sử dụng
theo yêu cầu thích hợp từ 2 đến 100ppm.
Các mẫu xăng sinh học sau khi phối trộn được đánh giá các tính chất nhiên liệu
theo tiêu chuẩn tại Viện HHCN Việt Nam. Cụ thể:
-

Khối lượng riêng ở 15oC được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 6594 /ASTM
1298

-

Trị số ốctan được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 2703/ASTM D 2699

-

Xác định hàm lượng chì được xác định theo tiêu chuẩn TCNV 7143/ASTM D
3237

-

Hàm lượng lưu huỳnh được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 6701/ASTM D
2662

-

Ăn mòn tấm đồng được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 2694/ASTM D 130

-

Áp suất hơi Reid ở 37,80C được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 7023/ASTM D
4953

-

Độ ổn định oxy hóa được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 6778/ASTM D 525

-

Nhiệt độ thành phần cất được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 2698/ASTM D

86

-

Hàm lượng etanol được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 7332/ASTM D 4815

-11 -


ĐT.06.11/NLSH

-

Hàm lượng kim loại (Fe, Mn) được xác định theo tiêu chuẩn TCVN
7331/ASTM D 3831

-

Hàm lượng oxy được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 7332/ASTM D 4815

-

Hàm lượng hydrocacbon thơm, olefin được xác định theo tiêu chuẩn TCVN
7330/ASTM D 1319

-

Hàm lượng Benzen được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 6703/ASTM D 3606

-12 -

ĐT.06.11/NLSH

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Nghiên cứu lựa chọn hệ phụ gia cho nhiên liệu phối trộn E10
Các phụ gia được sử dụng trong hỗn hợp chất biến tính được lựa chọn theo tiêu
chí có hiệu quả làm việc cao, hiệu quả kinh tế cao, phổ biến… Để lựa chọn từng loại
phụ gia phù hợp, thực nghiệm nghiên cứu được tiến hành đối với từng loại chất phụ
gia. Như đã trình bày trong chuyên đề trước, hỗn hợp nhiên liệu xăng sinh học E10
được pha thêm các phụ gia chống tách pha khác nhau với hàm lượng 0,1% (thể tích).
Để đánh giá khả năng tách pha của nhiên liệu, chúng tôi đưa thêm vào nhiên liệu phối
trộn 0,5% (thể tích) nước. Mẫu được kiểm tra hàm lượng pha nước bị tách ra trong hỗn
hợp nhiên liệu bằng phương pháp ly tâm. Kết quả được trình bày trong bảng 1.
Bảng 1: Sự tách pha của xăng sinh học sau khi pha phụ gia
Chất phụ gia

Lượng nước tách pha (% thể tích)

N,N-bis(2-hydroxyethyl)

0,03

octadecane amide
Isopropyl alcol (IPA)

0,02

Tetraethanolamine (TEA)

0,04

Từ kết quả thu được trên bảng thấy rằng, với các chất phụ gia chống tách pha
khác nhau được đưa vào hỗn hợp nhiên liệu phối trộn đều có tác dụng làm giảm khả
năng tách pha nước trong nhiên liệu. Với hàm lượng chất phụ gia 0,1% (thể tích), hàm
lượng nước tách pha trong nhiên liệu là thấp nhất. Trong đó, phụ gia chất chống tách
pha IPA có tác dụng hơn so với 2 loại phụ gia cùng loại còn lại. Hơn nữa, IPA là chất
phụ gia phổ biến và có giá thành thấp hơn do đó IPA là phụ gia chống tách pha thích
hợp.
Thực nghiệm tiếp theo được thực hiện với các loại phụ gia chất phân tán, phối
trộn trong hỗn hợp chất biến tính đa chức năng sử dụng cho nhiên liệu xăng sinh học
E10. Các phụ gia chất phân tán được sử dụng với hàm lượng 100 ppm bao gồm phụ
gia chất phân tán Manich, phụ gia phân tán Succinimide và phụ gia chất phân tán
Polyetheramine. Theo [4], các mẫu sau khi pha phụ gia chất phân tán với hàm lượng
100 ppm, hàm lượng cặn tạo thành trong động cơ trong quá trình cháy giảm. Bằng
cách thừa nhận kết quả nghiên cứu trong tài liệu [4], chất phân tán sử dụng trong hỗn
-13 -


ĐT.06.11/NLSH

hợp chất biến tính đa chức năng với hàm lượng là 100 ppm. Trong các loại chất phụ
gia trên, phụ gia chất phân tán, polyetheramine là loại phụ gia được sử dụng phổ biến
hiện nay cho các loại nhiên liệu động cơ đốt trong như xăng… Do đó, polyetheramine
được lựa chọn là phụ gia chất phân tán cho nhiên liệu và cho các thực nghiệm tiếp
theo.
Các phụ gia chống oxy hóa được sử dụng là ethoxyquin (ETX) và butylated
diphenylamine (BD). Theo [10], phụ gia chất chống oxy hóa được sử dụng với nồng độ
0,01% (100 ppm) trong hỗn hợp chất biến tính đa năng để phối trộn nhiên liệu xăng sinh
học E10. Thời gian ổn định oxy hóa được kiểm tra bằng phương pháp ASTM D 525.

Bảng 2: Độ ổn định oxy hóa của nhiên liệu

Thành phần nhiên liệu

Thời gian ổn định oxy hóa (phút)

Xăng A92

238

E10

315

E10 + ETX

894

E10 + BD

890

Bảng 2 trình bày kết quả xác định thời gian ổn định oxy hóa của mẫu xăng sinh
học E10. Từ kết quả thu được trên bảng cho thấy rằng, khi pha thêm phụ gia, làm tăng
thời gian ổn định oxy hóa của nhiên liệu gấp khoảng 3 lần so với nhiên liệu xăng thông
thường. Cả 2 loại phụ gia sử dụng cho kết quả độ ổn định oxy hóa tương đương nhau.
Tuy nhiên, so với ETX, BD là chất phụ gia được sử dụng phổ biến hơn đối với nhiên
liệu động cơ do đó BD được lựa chọn cho các thực nghiệm nghiên cứu tiếp theo.
Phụ gia ức chế ăn mòn được được sử dụng trong hỗn hợp chất biến tính đa chức
năng cho nhiên liệu phối trộn xăng sinh học E10 bao gồm các loại chất phụ gia với các

tỷ lệ khác nhau. Các mẫu sau khi pha trộn được kiểm tra độ ăn mòn tấm đồng để đánh
giá tác dụng của phụ gia. Kết quả được trình bày trong bảng 3.

-14 -


ĐT.06.11/NLSH

Bảng 3: Ảnh hưởng của phụ gia chống ăn mòn trong
nhiên liệu xăng sinh học E10
Hàm lượng

Ăn mòn tấm

(ppm)

đồng, 3h, 500C

AS + IM

80 + 50

Loại 1

Tetraethanolamine

100

Loại 1

100

Loại 1

STT

Phụ gia

1
2

(TEA)
3

2-(diethylamine)ethanol

Kết quả thu được trên bảng cho thấy, các phụ gia đều có tác dụng ức chế ăn
mịn tốt cho nhiên liệu xăng sinh học E10. Tuy nhiên, TEA là phụ gia chất chống ăn
mòn hiệu quả, phổ biến hơn và giá thành rẻ hơn so với 2 loại còn lại. Do đó, phụ gia
chống ăn mịn TEA là phụ gia thích hợp hơn cả và được lựa chọn cho các thí nghiệm
nghiên cứu tiếp theo.
Từ những nghiên cứu trên, thành phần các chất phụ gia sử dụng trong hỗn hợp chất
biến tính đa chức năng trong nhiên liệu xăng sinh học được thống kê trong bảng 4.
Bảng 4: Thành phần nhiên liệu của xăng sinh học
Thành phần nhiên liệu (% thể tích)
Hỗn hợp chất biến tính đa chức năng
Mẫu

Phụ gia chất Phụ

chống tách chất phân chống

tính

Etanol

Chất
biến

Xăng

gia Phụ gia chất Phụ gia chất

pha

tán

hóa

oxy chống

ăn

mịn

E10-1

90

9,5

0,5

0

0

0

0

E10-2

89,87

9,5

0,5

0,1

0,01

0,01

0,01

Mẫu E10-1 là hỗn hợp nhiên liệu khơng pha phụ gia, mẫu E10-2 là mẫu có pha
hỗn hợp chất biến tính đa chức năng. Các hỗn hợp xăng sinh học E10 sau phối trộn được
đánh giá các tính chất nhiên liệu. Các kết quả đánh giá được trình bày trong bảng 5.

-15 -


ĐT.06.11/NLSH

Bảng 5: Tính chất nhiên liệu của xăng sinh học E10
E10-2
STT

Chỉ tiêu

E10-1

E10-2

(sau 3
tháng)

1 Trị số ốctan

94

94,5

0,0032

2 Hàm lượng chì, g/l

94,6

0,0031

0,0032

3 Thành phần cất phân đoạn
-

10%, 0C

47,5

47,0

47,7

-

50%, 0C

67

67,3

68,1

-

90%, 0C

159,5

160,5

160,0

-

Điểm sôi cuối, 0C

183,0

183,0

184,5

-

Cặn cuối, %thể tích

1,6

1,7

1,6

Loại 1

Loại 1

Loại 1

4

3,5

3,4

6 Độ ổn định oxy hóa, phút

897

890

870

7 Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg

232

220

221

8 Áp suất hơi Reid, kPa

67

60

61

9 Hàm lượng benzen, % thể tích

1,4

1,3

1,3

10 Hàm lượng hydocacbon thơm, % thể tích

31,7

28,5

28,3

11 Hàm lượng olefin, % thể tích

38

34,2

34,7

12 Hàm lượng oxy, % khối lượng

4,15

3,96

4

13 Hàm lượng etanol, % thể tích

10,12

9,99

9,9

14 Khối lượng riêng ở 15 0C, kg/m3

0,736

0,742

0,745

4 Ăn mòn tấm đồng, 3h, 500C
5 Hàm lượng nhựa đã rửa dung môi,
mg/100ml

-16 -


ĐT.06.11/NLSH

15 Hàm lượng kim loại (Fe, Mn), mg/l

4,1

4,0

4,1

Các kết quả thu được trên bảng 5 cho thấy các mẫu xăng sinh học E10 có các
tính chất nhiên liệu nằm trong giới hạn phù hợp làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong
(ngoại trừ chỉ tiêu về hàm lượng oxi). So với mẫu ban đầu, mẫu sau khi bảo quản
(khoảng 3 tháng) cũng có các tính chất nhiên liệu hầu như không thay đổi. Như vậy,
các phụ gia được lựa chọn sử dụng trong hỗn hợp chất biến tính đa chức năng là phù
hợp. Ngoài ra, về mặt kinh tế, hàm lượng phụ gia sử dụng trong hỗn hợp chất biến tính
phối trộn trong mẫu xăng sinh học E10 là thích hợp.
Từ những kết quả nghiên cứu thu được ở trên, xác định được hệ các chất phụ
gia với hàm lượng thích hợp cho nhiên liệu phối trộn xăng sinh học E10 được trình
bày trong bảng 6. Hàm lượng các chất phụ gia trong hệ phụ gia cho E10 tương ứng với
0,13% (thể tích) của hệ phụ gia pha vào xăng sinh học E10.
Bảng 6: Thành phần các chất phụ gia trong hê phụ gia
cho xăng sinh học E10
Chất phụ gia

Hàm lượng (% thể tích)

Phụ gia chống tách pha IPA

76,9

Phụ gia chất phân tán PEA

7,7

Phụ gia chống oxy hóa BD

7,7

Phụ gia chống ăn mòn TEA

7,7

-17 -


ĐT.06.11/NLSH

3.2. Nghiên cứu lựa chọn hệ phụ gia cho nhiên liệu phối trộn E15
Ban đầu, chọn sử dụng hệ phụ gia cho xăng sinh học E15 với thành phần các
chất phụ gia như cho xăng sinh học E10.Hỗn hợp xăng sinh học chứa 15% etanol được
pha thêm hỗn hợp chất biến tính đa chức năng với thành phần được trình bày trong
bảng 7.
Bảng 7: Thành phần nhiên liệu của xăng sinh học E15
Thành phần nhiên liệu (% thể tích)
Hỗn hợp chất biến tính đa chức năng
Mẫu

Phụ gia chất Phụ

chống tách chất phân chống

tính

Etanol

Chất
biến

Xăng

gia Phụ gia chất Phụ gia chất

pha

tán

hóa

oxy chống

ăn

mịn

E15-1

85

14,25

0,75

0

0

0

0

E15-2

84,87

14,25

0,75

0,1

0,01

0,01

0,01

Mẫu xăng sinh học sau phối trộn (E15-2) được đánh giá các chỉ tiêu chất lượng
nhiên liệuvà so sánh với mẫu xăng sinh học không pha phụ gia (E15-1) và mẫu sau khi
được bảo quản (E15-2 sau bảo quản 3 tháng). Kết quả được trình bày trong bảng 8.

-18 -

ĐT.06.11/NLSH

Bảng 8: Chỉ tiêu nhiên liệu của các mẫu xăng nhiên liệu E15
STT
1

Chỉ tiêu

E15-2 (sau

E15-1

E15-2

95,2

95,1

95

0,0031

0,0028

0,0029

3 tháng)

Trị số ốctan
RON

2

Hàm lượng chì, g/l

3

Thành phần cất phân đoạn
-

10%, 0C

48,2

48,0

47,4

-

50%, 0C

68,0

67,0

68,9

-

90%, 0C

155,0

156,5

157,5

-

Điểm sôi cuối, 0C

178,0

178,5

183,5

-

Cặn cuối, % thể tích

1,4

1,3

1,3

Loại 1

Loại 1

Loại 1

2,8

2,5

2,7

4

Ăn mịn tấm đồng, 3h, 500C

5

Hàm lượng nhựa đã rửa dung môi, mg/100ml

6

Độ ổn định oxy hóa, phút

1149

1167

1009

7

Hàm lượng lưu huỳnh, ppmw

212

210

210

8

Áp suất hơi Reid, kPa

65

60

63

9

Hàm lượng benzen, %thể tích

1,3

1,2

1,2

27,7

26,9

27,0

11 Hàm lượng olefin, % thể tích

34

32,4

33

12 Hàm lượng oxy, % khối lượng

5,55

6,02

6,12

13 Hàm lượng etanol, % thể tích

14,7

14,98

14,67

14 Khối lượng riêng ở 15 0C, kg/m3

0,736

0,745

0,751

3,7

3,7

4,2

10 Hàm lượng hydocacbon thơm, %thể tích

15 Hàm lượng kim loại (Fe, Mn), mg/l
-19 -


ĐT.06.11/NLSH

Từ kết quả thu được trên bảng 8, thấy rằng các mẫu xăng sinh học E15 sau khi
phối trộn đều có các chỉ tiêu chất lượng nằm trong giới hạn cho phép của nhiên liệu
động cơ đốt trong (ngoại trừ chỉ tiêu về hàm lượng oxi).
Tuy nhiên, sau thời gian lưu trữ (khoảng 3 tháng), mẫu xăng sinh học với hàm
lượng phụ gia tương tự cho xăng sinh học E10 bắt đầu có hiện tượng tách pha. Để xác
định hàm lượng phụ gia chống tách pha thích hợp, chúng tơi pha thêm 0,5% (thể tích)
nước vào mẫu nhiên liệu phối trộn và xác định hàm lượng nước tách pha. Kết quả xác
định được hàm lượng nước tách pha trong nhiên liệu xăng sinh học bằng phương pháp
ly tâm được trình bày trong bảng dưới đây.
Bảng 9: Hàm lượng nước tách pha theo thời gian

Hàm lượng phụ gia (% thể tích)

Lượng nước tách pha (% thể tích)

0,1

0,11

0,15

0,02

0,2

0,02

Từ kết quả thu được trên bảng 9 thấy rằng, hàm lượng phụ gia chống tách pha
0,15% (thể tích) là thích hợp. Chúng tơi đã sử dụng hàm lượng phụ gia chống tách pha
trong nhiên liệu là 0,15% (thể tích) cho nhiên liệu E15. Mẫu nhiên liệu sau khi pha
trộn được đánh giá các chỉ tiêu chất lượng thể hiện trong bảng 10.
Bảng 10: Chỉ tiêu chất lượng xăng sinh học E15
STT

Chỉ tiêu

A92

E15

1

Trị số octan, RON

Min, 92

95,3

2

Hàm lượng chì, g/l

Max, 0,013

0,0028

3

Thành phần cất phân đoạn
10%, 0C

Max, 70

48,0

50%, 0C

Max, 120

67,0

90%, 0C

Max, 190

156,5

-20 -


ĐT.06.11/NLSH

Điểm sơi cuối, 0C

Max, 215

178,5

Max, 2

1,3

Cặn cuối, % thể tích
4

Ăn mòn tấm đồng, 3h, 500C

Loại 1

Loại 1

5

Hàm lượng nhựa đã rửa dung mơi, mg/100ml

Max, 5

2,5

6

Độ ổn định oxy hóa, phút

Min, 480

1250

7

Hàm lượng lưu huỳnh, ppmw

Max, 500

210

8

Áp suất hơi Reid, kPa

43-75

60

9

Hàm lượng benzen, %thể tích

Max, 2,5

1,2

10 Hàm lượng hydocacbon thơm, %thể tích

Max, 40

26,9

11 Hàm lượng olefin, % thể tích

Max, 38

32,4

12 Hàm lượng oxy, % khối lượng

Max, 2,7

6,02

13 Hàm lượng etanol, % thể tích

-

14,98

14 Khối lượng riêng ở 15 0C, kg/m3

Báo cáo

0,743

15 Hàm lượng kim loại (Fe, Mn), mg/l

Max, 5

3,7

Kết quả thu được trên bảng cho thấy, nhiên liệu sinh học E15 có các tính chất
nhiên liệu nằm trong giới hạn so với giới hạn tiêu chuẩn của nhiên liệu xăng không chì
A92 (ngoại trừ chỉ tiêu về hàm lượng oxi.
Từ những kết quả nghiên cứu thu được ở trên có thể đưa ra hệ các chất phụ gia với
hàm lượng thích hợp cho nhiên liệu phối trộn xăng sinh học E15 như trong bảng 11.
Bảng 11: Thành phần phụ gia cho nhiên liệu phối trộn E15
Chất phụ gia

Hàm lượng (% thể tích)

Phụ gia chống tách pha

83,2

Phụ gia chất phân tán

5,6

Phụ gia chống oxy hóa

5,6

-21 -


ĐT.06.11/NLSH

Phụ gia chống ăn mòn TEA

5,6

3.3. Nghiên cứu lựa chọn hệ phụ gia cho nhiên liệu phối trộn E20
Hỗn hợp nhiên liệu phối trộn xăng E20 được pha với hỗn hợp nhiên liệu biến
tính đa chức năng với thành phần nhiên liệu được trình dưới đây.
Bảng 12: Thành phần nhiên liệu mẫu xăng sinh học E20
Thành phần nhiên liệu (% thể tích)
Hỗn hợp chất biến tính đa chức năng
Mẫu

Phụ gia chất Phụ

chống tách chất phân chống

tính

Etanol

Chất
biến

Xăng

gia Phụ gia chất Phụ gia chất

pha

tán

hóa

oxy chống

ăn

mịn

E20-1

80

19

1

0

0

0

0

E20-2

79,87

19

1

0,1

0,01

0,01

0,01

Các mẫu xăng sinh học sau khi phối trộn được đánh giá chỉ tiêu chất lượng
nhiên liệu. So sánh chỉ tiêu chất lượng của các mẫu có pha phụ gia với mẫu không pha
phụ gia và mẫu tồn trữ theo thời gian để đánh giá chất lượng của nhiên liệu và tác
dụng của các chất phụ gia có mặt trong nhiên liệu.

-22 -

ĐT.06.11/NLSH

Bảng 13: Tính chất nhiên liệu của các mẫu xăng sinh học E20
E20-2
STT

Chỉ tiêu

E20-1

E20-2

(sau 3
tháng)

1

Trị số ốctan
RON

96,3

96,5

96,3

2

Hàm lượng chì, g/l

0,0028

0,0027

0,0028

3

Thành phần cất:

-

-

10%, 0C

49

49,5

51,7

-

50%, 0C

69,0

69,5

71,9

-

90%, 0C

153,0

155,5

160,3

-

Điểm sôi cuối, 0C

176,5

176,5

182,7

-

Cặn, % thể tích

1,0

1,0

1,2

4

Ăn mịn tấm đồng, 3h, 500C

Loại 1

Loại 1

Loại 1

5

Hàm lượng nhựa đã rửa dung mơi, mg/100ml

1,7

1,5

1,6

6

Độ ổn định oxy hóa, phút

1350

1440

1015

7

Hàm lượng lưu huỳnh, ppmw

203

198

201

8

Áp suất hơi Reid, kPa

65

61

63

9

Hàm lượng benzen, %thể tích

1,2

1,1

1,2

28

25,3

27

11 Hàm lượng olefin, %thể tích

32,3

30,4

32,6

12 Hàm lượng oxy, %khối lượng

7,94

8,06

7,76

13 Hàm lượng etanol, %thể tích

19,77

19,91

19,27

14 Khối lượng riêng ở 15 0C, kg/m3

0,75

0,751

0,752

10 Hàm lượng hydocacbon thơm, % thể tích

-23 -


ĐT.06.11/NLSH

15 Hàm lượng kim loại (Fe, Mn), mg/l

3,4

3,6

3,8

Từ kết quả thu được trên bảng ta thấy rằng, các mẫu xăng sinh học E20 sau khi
phối trộn đều có các chỉ tiêu chất lượng nằm trong giới hạn cho phép của nhiên liệu
động cơ đốt trong (ngoại trừ chỉ tiêu về hàm lượng oxi). Các mẫu xăng sinh học E20

có một số chỉ tiêu tốt hơn so với xăng A92 thông thường như thời gian ổn định oxy
hóa cao hơn, hàm lượng cặn thấp hơn.
Sau thời gian bảo quản (khoảng 3 tháng), mẫu xăng sinh học E20 bắt đầu có
hiện tượng tách pha. Điều này có thể do hàm lượng etanol trong xăng cao làm tăng khả
năng hấp thụ hơi nước của nhiên liệu. Để đánh giá hàm lượng chất phụ gia phù hợp,
chúng tôi đưa thêm vào hỗn hợp nhiên liệu xăng sinh học 0,5% (thể tích) nước và đánh
giá khả năng tách nước bằng phương pháp ly tâm.
Bảng 14: Hàm lượng nước tách pha theo thời gian
Hàm lượng phụ gia (%kl)

Lượng nước tách pha (%kl)

0,15

0,16

0,20

0,02

0,25

0,02

Hàm lượng nước tách pha trong nhiên liệu được xác định bằng phương pháp ly
tâm. Kết quả trên bảng 14 cho thấy, hàm lượng phụ chống tách pha thích hợp là 0,2%
(thể tích) hàm lượng.
Để làm giảm khả năng hấp thụ và tách pha nước trong nhiên liệu đối với hỗn
hợp xăng sinh học E20, chúng tôi sử dụng hàm lượng phụ gia chất chống tách pha
trong nhiên liệu là 0,2% và giữ nguyên hàm lượng của các phụ gia còn lại trong hỗn

hợp chất biến tính đa chức năng. Mẫu sau khi pha trộn được đánh giá các chỉ tiêu chất
lượng của nhiên liệu, số liệu được thể hiện ở bảng 15.

-24 -