Chuyên đề 6 Phối trộn và đánh giá chất lượng xăng sinh học (tổng 18000 lít gồm 17000 lít E10, 500 lít E15 , 500 lít E20) phục vụ việc thử nghiệm

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 2.6: Phối trộn và đánh giá chất lượng xăng sinh học
(tổng 18000 lít gồm 17000 lít E10, 500 lít E15,
500 lít E20) phục vụ việc thử nghiệm
Chuyên đề số: 6
Chủ nhiệm đề tài Người thực hiện


PGS.TS. Lê Anh Tuấn PGS.TS. Vũ Thị Thu Hà
Cơ quan chủ trì

Hà N
ội, tháng
3

năm 201
2


ĐT.06.11/NLSH
-1 -
MỤC LỤC

Lời nói đầu 2
CHƯƠNG 1: THỰC NGHIỆM 4
1.1. Hệ thiết bị 4
1.2. Qui trình phối trộn 7
CHƯƠNG 2: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 10
2.1. Phối trộn và đánh giá chất lượng của E10 10
2.2. Phối trộn và đánh giá chất lượng của E15 14
2.3. Phối trộn và đánh giá chất lượng của E20 15
KẾT LUẬN 16
Tài liệu tham khảo 17

ĐT.06.11/NLSH
-2 -
Lời nói đầu
Chuyên đề “Phối trộn và đánh giá chất lượng xăng sinh học (tổng 18 000 lít
gồm 17 000 lít E10, 500 lít E15, 500 lít E20) phục vụ việc thử nghiệm” thực hiện
việc phối trộn nhiên liệu xăng sinh học với hàm lượng etanol nhiên liệu biến tính và
các phụ gia khác nhau, với số lượng lớn và đánh giá các tính chất nhiên liệu của các
mẻ xăng sinh học pha chế được để đánh giá độ ổn định của qui trình phối trộn và phục
vụ việc thử nghiệm.
Chuyên đề này được thực hiện trên cơ sở kế thừa các kết quả nghiên cứu đã
được trình bày trong các chuyên đề 1 đến 3. Cụ thể:
- Áp dụng công nghệ phối trộn theo phương pháp khuấy, vừa đảm bảo tính kinh
tế, vừa đảm bảo về quy trình kỹ thuật, để phối trộn xăng sinh học E10, E15,
E20.
- Sử dụng chất biến tính và hệ phụ gia đa năng bao gồm phụ gia chống tách pha
IPA, phụ gia phân tán PEA, phụ gia chống oxy hóa BD, phụ gia chống ăn mòn
TEA để pha chế hỗn hợp nhiên liệu xăng sinh học E10, E15, E20 theo đơn pha
chế trong bảng 1 và sơ đồ công nghệ phối trộn trong hình 1.
Bảng 1: Thành phần nhiên liệu của xăng sinh học
Thành phần
Hàm lượng (% tt)
E10 E15 E20
Etanol nhiên liệu biến tính + hỗn hợp phụ gia
Chất biến tính 0,500

0,750

1,000

Phụ gia chống tách pha 0,100

0,150

0,200

Phụ gia chất phân tán 0,010

0,010

0,010

Phụ gia chất chống oxy hóa 0,010

0,010

0,010

Phụ gia chống ăn mòn 0,013

0,013

0,013

Etanol 99,5 9,500

14,200

18,900

Xăng
Xăng A92 89,867

84,867

79,867

Tổng 100,000

100,000

100,000




ĐT.06.11/NLSH
-3 -

Hình 1: Sơ đồ qui trình phối trộn xăng sinh học







Xăng A92
Phụ gia
ch
ố
ng tách

Sản phẩm E10, E15, E20
Phụ gia chất
phân

tán

Phụ gia chống
oxy hóa

Phụ gia chống
ăn m
òn

Chất
bi
ế
ntính

Etanol
≥99,5%
Hỗn hợp chất biến
tính đa ch
ứ
cnăng

Etanol biến tính

ĐT.06.11/NLSH
-4 -
Chuyên đề 6: Phối trộn và đánh giá chất lượng xăng sinh học (tổng 18 000 lít gồm
17 000 lít E10, 500 lít E15, 500 lít E20) phục vụ việc thử nghiệm

CHƯƠNG 1: THỰC NGHIỆM
1.1. Hệ thiết bị
Trên cơ sở kết quả nghiên cứu trong các chuyên đề trước [1], quy trình phối
trộn được lựa chọn là quy trình phối trộn bằng phương pháp khuấy trộn. Thiết bị sử
dụng là thiết bị khuấy trộn (hình 2) tận dụng từ dây chuyền pilot sản xuất B100 của
Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam do đối tác Hàn Quốc cung cấp. Hệ thiết bị này
có thể được sử dụng để phối trộn các loại nhiên liệu sinh học nói chung (bioetanol,

biodiesel…).
Đây là hệ thiết bị phối trộn hoàn chỉnh bao gồm các bộ phận sau:
1. Mô tơ khuấy
2. Bình chứa dầu bôi trơn cho mô tơ
3. Hệ thống đồng hồ hiển thị áp suất
4. Thùng phối trộn 2 vỏ có cánh khuấy
5. Van tự động
6. Hệ thống đường ống nạp liệu
7. Sinh hàn nước
8. Bơm định lượng
9. Núm điều chỉnh lưu lượng


ĐT.06.11/NLSH
-5 -

1
2
3
4
5

6
7

ĐT.06.11/NLSH
-6 -

Hình 2: Thiết bị phối trộn
Tuy nhiên, để phục vụ cho quá trình phối trộn xăng sinh học E10, E15, E20,
chúng ta chỉ quan tâm đến các bộ phận chính sau:
8

6
9

ĐT.06.11/NLSH
-7 -
- Bơm định lượng
- Mô tơ khuấy
- Thùng phối trộn 2 vỏ có cánh khuấy
- Hệ thống đường ống nạp liệu
Thùng khuấy trộn có đường kính d = 800 mm, chiều cao h = 1500 mm có thể
tích V = 900 lít và được trang bị trục khuấy và cánh khuấy. Thành thiết bị có độ dày l
= 0,5 mm. Trục khuấy được nối với mô tơ khuấy.
Mô tơ của bơm và mô tơ khuấy là loại mô tơ không đánh lửa để đề phòng cháy
nổ.
1.2. Qui trình phối trộn
Quá trình phối trộn được thực hiện theo mẻ với qui mô 500 lít sản phẩm/mẻ.
Tổng lượng E10 cần pha là 17000 lít, E15 là 500 lít, E20 là 500 lít.
Xăng A92 được mua tại cây xăng của Petrolimex.
Trước tiên, etanol khan với hàm lượng etanol ≥ 99,5% được pha trộn với các
phụ gia đa chức năng theo đơn [2] để tạo ra etanol nhiên liệu biến tính E100 làm
nguyên liệu cho quá trình phối trộn. Các phụ gia sử dụng gồm:
- Phụ gia chống tách pha: Isopropyl alcol (IPA)

- Phụ gia chất phân tán: Polyetheramine
- Phụ gia chống oxy hóa: Butylated diphenylamine (BD)
- Phụ gia chống ăn mòn: Tetraethanolamine (TEA).
Sơ đồ qui trình pha chế etanol nhiên liệu biến tính được trình bày trong hình 3.







Hình 3: Sơ đồ qui trình pha chế etanol nhiên liệu biến tính
Nguyên liệu etanol nhiên liệu biến tính E100 được chứa trong các phuy 200 lít.
Etanol ≥ 99,5
Phụ gia đa chức năng
Etanol NLBT
Khuấy trộn

ĐT.06.11/NLSH
-8 -
Như vậy, để pha chế được 17 000 lít nhiên liệu xăng sinh học E10 cần tiến hành
34 mẻ thực nghiệm; để pha chế được 500 lít E15 cần tiến hành 1 mẻ thực nghiệm và
để pha chế được 500 lít E20 cần tiến hành 1 mẻ thực nghiệm. Thành phần các nguyên
liệu để pha trộn các mẫu nhiên liệu xăng sinh học E10, E15, E20 được trình bày trong
bảng 2.
Bảng 2: Thành phần các mẫu xăng sinh học phối trộn
Thành phần
Hàm lượng (% tt)
E10 E15 E20
Etanol nhiên liệu biến tính + hỗn hợp phụ gia

Chất biến tính 0,500

0,750

1,000

Phụ gia chống tách pha 0,100

0,150

0,200

Phụ gia chất phân tán 0,010

0,010

0,010

Phụ gia chất chống oxy hóa 0,010

0,010

0,010

Phụ gia chống ăn mòn 0,013

0,013

0,013

Etanol 99,5 9,500

14,200

18,900

Xăng
Xăng A92 89,867

84,867

79,867

Tổng 100,000

100,000

100,000

Tiến hành phối trộn theo các điều kiện như đã nghiên cứu trong chuyên đề 1 và
[3], cụ thể:
- Tốc độ khuấy: 50 vòng/phút
- Thời gian khuấy: 15 phút
Qui trình pha chế được tiến hành như sau:
Xăng và etanol nhiên liệu biến tính E100 được đưa vào thiết bị phối trộn nhờ
bơm định lượng, mô tơ của bơm là loại không đánh lửa. Bơm có tốc độ tối đa 10
lít/phút. Bơm có núm điều chỉnh lưu lượng theo mục đích sử dụng. Đầu hút của bơm
sử dụng ống mềm để cắm vào phuy hút nguyên liệu, đầu ra của bơm được thiết kế
bằng inox nối trực tiếp lên đỉnh thiết bị phối trộn. Sản phẩm sau phối trộn được lấy ra
từ đáy thiết bị và cho vào đóng phuy. Sơ đồ quy trình phối trộn được trình bày trong

hình 4.

ĐT.06.11/NLSH
-9 -






Hình 4: Sơ đồ quy trình phối trộn
Các mẫu sau khi pha trộn được kiểm tra tính chất của nhiên liệu theo các chỉ
tiêu tương tự như qui định trong TCVN 8063:2009 [6].
Do nguyên liệu phối trộn là xăng và etanol là những chất lỏng rất dễ bay hơi và
sản phẩm sau phối trộn được đóng vào phuy để lưu trữ nên một số yêu cầu trong quá
trình làm việc cần lưu ý tuân thủ như:
 Nơi thao tác cần có không gian thoáng, có thể dễ dàng khuếch tán và pha
loãng hơi nhiên liệu bay hơi
 Cách ly mọi nguồn có khả năng phát sinh tia lửa điện như cầu giao, atomat, ổ
điện có nguy cơ chập (cháy)…
 Sử dụng biển cấm lửa, cấm hút thuốc với khoảng cách xa >10m đối với khu
vực pha chế

Xăng A92

Khuấy trộn
Thành phẩm
Etanol NLBT

ĐT.06.11/NLSH

-10 -
CHƯƠNG 2: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
2.1. Phối trộn và đánh giá chất lượng của E10
Kết quả đánh giá chất lượng của xăng A92 và etanol nhiên liệu biến tính E100
làm nguyên liệu cho quá trình phối trộn được trình bày trong bảng 3 và 4.
Bảng 3: Chỉ tiêu chất lượng của etanol NLBT E100
Tên chỉ tiêu Giá trị Tiêu chuẩn
TCVN 7716-2007
Etanol, % thể tích 95,4 Min. 92,1
Metanol, % thể tích 0,4 Max. 0,5
Hàm lượng nhựa đã rử
a qua dung môi,
mg/100 mL
1,0 Max. 5,0
Hàm lượng nước, % thể tích 0,7 Max. 1,0
Hàm lượng chất biế
n tính (xăng,
naphta),
% thể tích

4,7

1,96 - 5,0
Hàm lượ
ng clorua vô cơ, mg/L (ppm
khối lượng)
28 Max. 32 (40)
Hàm lượng đồng, mg/kg 0,06 Max. 0,1
Độ axit (như axit axêtic CH
3

COOH),
% khối lượng (mg/L)
- Max. 0,007 (56)
pH 7,5 6,5 đến 9,0
Lưu huỳnh, mg/kg (ppm khối lượng) 12 Max. 30
Sulfat, mg/kg (ppm khối lượng) 1,5 Max. 4
Khối lượng riêng ở 15
o
C, kg/m
3
0,785 Báo cáo
Ngoại quan Không tạp chấ
t
lơ lử
ng, trong
và sáng
Không tạp chấ
t lơ
lửng, trong và sáng



ĐT.06.11/NLSH
-11 -
Bảng 4: Chỉ tiêu chất lượng của xăng A92
STT

Chỉ tiêu
Xăng A92
thương phẩm

dùng pha
trộn
Tiêu chuẩn
TCVN
6776:2005
1 Trị số ốctan
RON

92,4

Min. 92
2 Thành phần cất phân đoạn
Điểm sôi đầu,
0
C
10%,
0
C
50%,
0
C
90%,
0
C
Điểm sôi cuối,
0
C

38,9
53,6

93,6
158,6
180,0

-
Max. 70
Max. 120
Max. 190
Max. 215
3 Độ ổn định oxy hóa, phút 530 Min. 480
4 Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg 215 Max. 500
5 Áp suất hơi Reid, kPa 70,46 43-75
6 Hàm lượ
ng hydocacbon thơm, %
thể tích
31,6 Max. 40
7 Hàm lượng oxy, % khối lượng 0,55 Max. 2,7
8 Khối lượng riêng ở 15
0
C, kg/m
3
0,730 Báo cáo
Các kết quả trong bảng 3 và 4 cho thấy, cả 2 nguyên liệu đều đạt tiêu chuẩn
Việt Nam và đủ điều kiện để làm nguyên liệu phục vụ cho quá trình phối trộn.
Mẫu xăng sinh học E10 sau phối trộn được kiểm tra các tính chất nhiên liệu
theo tiêu chuẩn. Kết quả phân tích các chỉ tiêu được trình bày trong bảng 5.


ĐT.06.11/NLSH
-12 -

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

Chỉ tiêu E10-M1
Tiêu chuẩ
n
TCVN
6776:2005

1 Trị số ốctan
RON

94,4

Min. 92
2 Thành phần cất phân đoạn
Điểm sôi đầu,
0
C
10%,
0
C
50%,
0
C
90%,
0
C
Điểm sôi cuối,
0

C

41,6
51,0
73,8
161,6
185,5

-
Max. 70
Max. 120
Max. 190
Max. 215
3 Độ ổn định oxy hóa, phút 880 Min. 480
4 Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg 215 Max. 500
5 Áp suất hơi Reid, kPa 70,46 43-75
6 Hàm lượng hydocacbon thơm,
% thể tích
27,8 Max. 40
7 Hàm lượng oxy, % khối lượng 3,93 Max. 2,7
8 Khối lượng riêng ở 15
0
C, kg/m
3
0,740 Báo cáo
Từ kết quả trên bảng 5 thấy rằng, xăng sinh học E10 có các chỉ tiêu kỹ thuật
nằm trong giới hạn của tiêu chuẩn xăng A92 nên E10 có thể làm nhiên liệu cho động
cơ đốt trong.
Tiến hành phối trộn 33 mẻ tiếp theo với điều kiện như trên, thể tích của mỗi mẻ
là 500 lít/mẻ. Các mẫu phối trộn được ký hiệu từ E10 - M2 đến E10 - M34. Các mẫu

sau pha chế được phân tích xác xuất để đánh giá chất lượng thông qua các chỉ tiêu tính
chất nhiên liệu theo tiêu chuẩn quy định đối với nhiên liệu sinh học.


ĐT.06.11/NLSH
-13 -
Bảng 6: Kết quả tính chất nhiên liệu của xăng sinh học theo các mẻ
STT

Chỉ tiêu E10-M10 E10-M20

E10-M30

E10-M34

1 Trị số ốctan
RON

94,4

94,2

94,2

94,3
2 Thành phần cất phân đoạn
Điểm sôi đầu,
0
C
10%,

0
C
50%,
0
C
90%,
0
C
Điểm sôi cuối,
0
C

41,3
51,5
72,9
160,9
186,2

41,5
51,2
74,1
161,3
185,8

41,4
51,3
73,6
162,0
186,0

41,6
51,6
73,9
161,6
185,7
3 Độ ổn định oxy hóa, phút 881 875 882 878
4 Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg 225 223 218 231
5 Áp suất hơi Reid, kPa 70,46 70,46 70,46 70,46
6 Hàm lượng hydocacbon thơm,
% thể tích
27,9 28,4 27,7 28,1
7 Hàm lượng oxy, % khối lượng 3,93 3,89 3,91 3,90
8 Khối lượng riêng ở 15
0
C, kg/m
3

0,740 0,741 0,738 0,740
Từ kết quả thu được trên bảng 6 cho thấy, tính chất nhiên liệu của các mẻ sau
pha chế tương tự nhau và đều nằm trong giới hạn cho phép của xăng A92 không chì
qui định trong TCVN 6776:2005. Điều này cho thấy qui trình phối trộn có độ ổn định
và độ lặp lại cao.


ĐT.06.11/NLSH
-14 -
2.2. Phối trộn và đánh giá chất lượng của E15
Thực hiện pha trộn và kiểm tra các tính chất nhiên liệu điển hình của mẫu xăng
sinh học E15 theo tiêu chuẩn qui định. Kết quả phân tích các chỉ tiêu chất lượng của
mẫu xăng sinh học E15 được trình bày trong bảng 7.

Bảng 7: Tính chất nhiên liệu của xăng sinh học E15
STT

Chỉ tiêu E15 Tiêu chuẩn TCVN
6776:2005
1 Trị số ốctan
RON

94,5

Min. 92
2 Thành phần cất phân đoạn
Điểm sôi đầu,
0
C
10%,
0
C
50%,
0
C
90%,
0
C
Điểm sôi cuối,
0
C

40,5
51,0

72,5
160,6
183

-
Max. 70
Max. 120
Max. 190
Max. 215
3 Độ ổn định oxy hóa, phút 1070 Min. 480
4 Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg 202 Max. 500
5 Áp suất hơi Reid, kPa 63,78 43-75
6 Hàm lượng hydocacbon thơm,
% thể tích
26,9 Max. 40
7 Hàm lượng oxy, % khối lượng 5,98 Max. 2,7
8 Khối lượng riêng ở 15
0
C, kg/m
3

0,747 Báo cáo
Từ kết quả trên bảng 7 cho thấy xăng sinh học E15 có các chỉ tiêu kỹ thuật nằm
trong giới hạn của tiêu chuẩn xăng A92 trừ hàm lượng oxy cao hơn hẳn do pha thêm
etanol.


ĐT.06.11/NLSH
-15 -
2.3. Phối trộn và đánh giá chất lượng của E20

Thực hiện pha trộn nhiên liệu xăng sinh học E20 và tiến hành phân tích đánh
giá các tính chất nhiên liệu theo qui định và được so sánh với tiêu chuẩn của xăng
thương phẩm. Kết quả phân tích được trình bày trong bảng 8.
Bảng 8: Tính chất nhiên liệu của xăng sinh học E20
STT

Chỉ tiêu E20 Tiêu chuẩn
TCVN
6776:2005
1 Trị số ốctan
RON

96,6

Min. 92
2 Thành phần cất phân đoạn
Điểm sôi đầu,
0
C
10%,
0
C
50%,
0
C
90%,
0
C
Điểm sôi cuối,
0

C

39,3
51,0
71,0
159,5
178,5

-
Max. 70
Max. 120
Max. 190
Max. 215
3 Độ ổn định oxy hóa, phút 1262 Min. 480
4 Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg 190 Max. 500
5 Áp suất hơi Reid, kPa 61,67 43-75
6 Hàm lượng hydocacbon thơm,
% thể tích
25,3 Max. 40
7 Hàm lượng oxy, % khối lượng 8,03 Max. 2,7
8 Khối lượng riêng ở 15
0
C, kg/m
3

0,754 Báo cáo
Từ kết quả trên bảng trong bảng 8 cho thấy, tương tự như xăng sinh học E15,
xăng sinh học E20 cũng có các chỉ tiêu kỹ thuật phù hợp với tiêu chuẩn của xăng A92.

ĐT.06.11/NLSH

-16 -
KẾT LUẬN
 Đã phối trộn được nhiên liệu xăng sinh học với hàm lượng 10%, 15%, 20% thể
tích etanol nhiên liệu biến tính trong xăng A92 với hàm lượng các phụ gia khác
nhau, với số lượng như sau:
 17000 lít E10
 500 lít E15
 500 lít E20
 Đã đánh giá các tính chất nhiên liệu của các mẻ xăng sinh học pha chế được và
thấy rằng chỉ tiêu chất lượng giữa các mẻ xăng sinh học có giá trị tương đương
nhau và nằm trong giới hạn tiêu chuẩn của xăng thương phẩm A92.
 Quy trình phối trộn đã sử dụng hoàn toàn phù hợp và có tính ổn định cao.


ĐT.06.11/NLSH
-17 -
Tài liệu tham khảo
1. Chuyên đề “Nghiên cứu đề xuất quy trình công nghệ phối trộn xăng sinh học
E10, E15, E20”
2. Chuyên đề 2 “Nghiên cứu lựa chọn đơn pha chế xăng sinh học E10, E15, E20”
3. Báo cáo Dự án “Hoàn thiện công nghệ sản xuất dầu diesel sinh học gốc (B100)
từ nguồn dầu mỡ động thực vật Việt Nam bằng xúc tác dị thể trên hệ dây
chuyền pilot công suất 200 tấn/năm và diesel sinh học (B5) 4.000 tấn/năm”
4. Chỉ tiêu chất lượng xăng không chì, TCVN 6776:2005
5. Etanol nhiên liệu biến tính dùng để trộn với xăng sử dụng làm nhiên liệu cho
động cơ đánh lửa – Yêu cầu kỹ thuật, TCVN 7716 –2007
6. Xăng không chì pha 5% etanol,TCVN 8063: 2009