thử nghiệm phương pháp xác định trị số octan và hàm lượng kim loại trong xăng thương phẩm

Luận văn tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
------------

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

THỬ NGHIỆM PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH
TRỊ SỐ OCTAN VÀ HÀM LƢỢNG KIM
LOẠI TRONG XĂNG THƢƠNG PHẨM

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN

SINH VIÊN THỰC HIỆN

Ths.Nguyễn Thị Diệp Chi

Huỳnh Công Hữu
MSSV: 2082222
Ngành: Công nghệ hóa học - K34

Tháng 5/2012
1


Luận văn tốt nghiệp

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

----------------

------------------

Cần Thơ, ngày 12 tháng 1 năm 2011.

PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
NĂM HỌC: 2011 – 2012
1. Họ và tên của cán bộ hƣớng dẫn:
ThS. Nguyễn Thị Diệp Chi

MSCB: 1104.

Tên đề tài: “ Thử nghiệm phƣơng pháp xác định phƣơng pháp xác
định trị số Octan và hàm lƣợng kim loại trong xăng ”
2. Địa điểm thực hiện: TRUNG TÂM KỸ THUẬT VÀ ỨNG DỤNG CÔNG
NGHỆ CẦN THƠ, 45 đƣờng 3/2, Q. Ninh kiều, TP. Cần thơ.
3. Số lƣợng sinh viên thực hiện: 01 sinh viên.
4. Họ và tên sinh viên: Huỳnh Công Hữu
Lớp: Công nghệ Hóa học

MSSV: 2082222
Khóa: 34.

5. Mục đích của đề tài:
- Xác định trị số Octan của xăng thƣơng phẩm
- Xác định hàm lƣợng kim loại của xăng thƣơng phẩm
6. Các nội dung chính và giới hạn của đề tài:
- Tìm hiểu các tiêu chuẩn về chất lƣợng xăng dầu
- Tiến hành xác định trị số Octan của xăng
- Tiến hành xác định hàm lƣợng Pb trong xăng
- Tiến hành xác định hàm lƣợng Fe,Mn trong xăng

2


Luận văn tốt nghiệp

7. Các yêu cầu hỗ trợ cho việc thực hiện đề tài
Các hóa chất để thực hiện

DUYỆT CỦA CB TẠI CƠ SỞ

DUYỆT CỦA CBHD

ThS. Nguyễn Thị Diệp Chi

DUYỆT CỦA BỘ MÔN

DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG THI & XÉT TỐT NGHIỆP

3

Luận văn tốt nghiệp

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA CÔNG NGHỆ

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

----------

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
1. Cán bộ hƣớng dẫn: ThS. NGUYỄN THỊ DIỆP CHI
2. Đề tài: Thử nghiệm phương pháp xác định trị số octan và hàm lượng kim
loại trong xăng thương phẩm.
3. Sinh viên thực hiện: HUỲNH CÔNG HỮU
-

MSSV: 2082222

- Lớp: Công nghệ hóa học – K34

4. Nội dung nhận xét:
a. Nhận xét về hình thức LVTN:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
b. Nhận xét về nội dung của LVTN (đề nghị ghi chi tiết và đầy đủ):
 Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài:
.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................
 Những vấn đề còn hạn chế:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
c. Nhận xét đối với từng sinh viên tham gia thực hiện đề tài (ghi rõ từng nội
dung chính do sinh viên nào chịu trách nhiệm thực hiện nếu có):
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
d. Kết luận, đề nghị và điểm:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

4


Luận văn tốt nghiệp

Cần Thơ, ngày

tháng

năm 2012.

Cán bộ hƣớng dẫn
NGUYỄN THỊ DIỆP CHI

5


Luận văn tốt nghiệp

LỜI CÁM ƠN


Trong khoảng thời gian làm luận đã giúp cho tôi học hỏi đƣợc nhiều kinh
nghiệm thực tế, có thêm nhiều kiến thức để sau khi tốt nghiệp có thể làm việc tốt
hơn.
Để thực hiện tốt luận văn tốt nghiệp tôi xin gởi lời cám ơn chân thành đến cô
Nguyễn Thị Diệp Chi, cô đã tận tình hƣớng dẫn và giúp đỡ trong suốt thời gian qua.
Tôi xin gởi lời cám ơn chân thành đến Anh Nguyễn Văn Quốc Sự cùng các
Anh (Chị) tại trung tâm “Kỹ thuật và ứng dụng công nghệ” thành phố Cần Thơ đã
tận tình chỉ dẫn và tạo mọi điều kiện tốt giúp tôi hoàn thành tốt luận văn của này,
giúp tôi có cơ hội tiếp xúc với công việc thƣc tế, nâng cao kiến thức về chuyên
ngành hóa.
Tôi cũng xin đƣợc gửi lời cám ơn đến các quý Thầy Cô Bộ môn công nghệ
hóa học, Khoa công nghê, Trƣờng Đại học Cần Thơ đã cung cấp đầy đủ kiến thức
về chuyên ngành hóa và tạo mọi điều kiện giúp tôi hoàn thành tốt luận văn tốt
nghiệp này.
Cuối cùng tôi xin gởi lời cám ơn đến tất cả các bạn lớp CNHH K34, đã động
viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và làm luận văn, các bạn là nguồn
động viên tinh thần quý báo, giúp tôi vƣợt qua mọi khó khăn.
Tôi xin chân thành cám ơn!

6


Luận văn tốt nghiệp

LỜI MỞ ĐẦU
1.Đặt vấn đề

Năm 2011 là năm diễn ra nhiều sự kiện nổi bật mà điển hình là các vấn đề
liên quan đến chất lƣợng của xăng thƣơng phẩm nhƣ: xe tự bốc cháy, nhiều cơ sở
kinh doanh bán xăng có chất lƣợng thấp và ô nhiễm môi trƣờng đang là một vấn
nạn lớn của xã hội mà xăng dầu đóng một vai trò quan trọng. Điều đó đã gây ra
những tác động xấu đến nền kinh tế cũng nhƣ đời sống xã hội.
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 ngƣời cũng nhƣ
hoạt động sản xuất trong công nghiệp.
Vài năm gần đây, Cùng với sự gia tăng nhanh chóng về số lƣợng 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 ngƣời thì đồng
thời nó cũng thải ra môi trƣờng một lƣợng lớn các chất độc hại làm ảnh hƣởng đến
sức khoẻ và cả môi trƣờng sinh thái.
Vì vậy xăng thƣơng phẩm bắt buộc phải bảo đảm đƣợc 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 bảo vệ môi trƣờng.
Do đó việc kiểm nghiệm chất lƣợng của xăng thƣơng phẩm trên thị trƣờng
đóng vai trò vô cùng quan trọng ,trong các chỉ tiêu của xăng thì trị số Octan và hàm
lƣợng kim loại trong xăng là hai chỉ tiêu quan trọng ảnh hƣởng lớn đến chất lƣợng
và tính an toàn cho môi trƣơng của xăng thƣơng phẩm.
Xuất phát từ vấn đề trên nên em đã thực hiện đề tài “Thử nghiệm phƣơng
pháp xác định chỉ số octan và hàm lƣợng kim loại trong xăng thƣơng phẩm”.
2.Mục tiêu đề tài
- Thử nghiệm phƣơng pháp xác định trị số octan bằng thiết bị đo trị số octan
sử dụng động cơ chuẩn CRF tiêu chuẩn
- Thử nghiệm phƣơng pháp xác định hàm lƣợng kim loại trong xăng bằng
máy AAS.
- Tiến hành thí nghiệm xác định trị số octan và hàm lƣợng kim loại trên 20
mẫu xăng thƣơng phẩm trên địa bàn TP.Cần Thơ.

7


Luận văn tốt nghiệp

MỤC LỤC
Phiếu đề tài tốt nghiệp ................................................................................................. i
Phiếu nhận xét đánh giá của cán bộ hƣớng dẫn ........................................................ iii
Lời cám ơn ..................................................................................................................v
Lời mở đầu ................................................................................................................ vi
Mục lục ..................................................................................................................... vii
Danh mục hình ............................................................................................................x
Danh mục bảng ........................................................................................................ xii
Danh mục những từ viết tắt ..................................................................................... xiv
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .......................................................1
1.1. Xăng nhiên liệu ..................................................................................................17
1.1.1. Giới thiệu chung ........................................................................................17
1.1.2. Thành phần hóa học của xăng nhiên liệu ..................................................18
1.1.3. Đặc điểm của các nguồn xăng phối trộn ...................................................22
1.2. Nguyên tắc hoạt động và đặc điểm của động cơ xăng .......................................24
1.2.1. Nguyên tắc hoạt động của động cơ xăng ...................................................24
1.2.2. Đăc điểm của động cơ xăng .....................................................................26
1.3. Chỉ tiêu chất lƣợng của xăng..............................................................................26
1.3.1. Trị số octan ................................................................................................27
1.3.2. Hàm lƣợng kim loại ...................................................................................27
1.3.3. Tỷ trọng .....................................................................................................27
1.3.4. Độ bay hơi .................................................................................................27
1.3.5. Độ ổn định oxy hóa ...................................................................................28
1.3.6. Hàm lƣợng lƣu huỳnh ................................................................................28

1.3.7. Hàm lƣợng Benzen ....................................................................................28
1.4. Hiện tƣợng kích nổ và trị số octan .....................................................................29
1.4.1. Hiện tƣợng kích nổ ....................................................................................29
1.4.2.Trị số octan của xăng ..................................................................................32
8


Luận văn tốt nghiệp

1.5. Hàm lƣợng chì trong xăng .................................................................................36
1.5.1. Hỗn hợp nƣớc chì ......................................................................................36
1.5.2 .Cơ chế chống kích nổ của hợp chất tetraetyl chì .......................................37
1.5.3. Tác hại của hợp chất tetraetyl chì trong xăng ............................................37
1.6. Hàm lƣợng mangan và sắt trongxăng ................................................................38
1.7.. Giới thiệu phƣơng pháp xác định trị số octan ...................................................39
1.7.1. Nguyên tắc .................................................................................................39
1.7.2. Máy đo trị số octan và các thông số của máy ............................................40
1.7.3. Các chất chuẩn và thuốc thử ......................................................................42
1.7.4. Các đặc tính thay đổi của phép đo trị số octan ..........................................42
1.8 Giới thiệu phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS ..............................44
1.8.1. Nguyên tắc đo AAS ...................................................................................44
1.8.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến phép đo ...........................................................45
1.8.3. Khái niệm về độ nhạy ................................................................................46
1.8.4. Giới hạn phát hiện .....................................................................................46
1.8.5. Khoảng xác định trong phép đo AAS........................................................47
1.8.6. Những ƣu và nhƣợc điểm của phép đo AAS .............................................47
CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ……………………...…………... 50
2.1. Địa điểm, thời gian và phƣơng tiện thực hiện ....................................................50
2.1.1. Địađiểmthựchiện ........................................................................................50
2.1.2. Thời gian thực hiện ....................................................................................50

2.1.3. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất .....................................................................50
2.1.4. Đối tƣợng nghiên cứu ................................................................................51
2.2. Nội dung nghiên cứu ..........................................................................................51
2.3. Hoạch định thí nghiệm .......................................................................................51
2.3.1. Thử nghiệm phƣơng pháp xác định trị số octan ........................................51
2.3.2. Xác định hàm lƣợng kim loại trong xăng ..................................................51
2.4. Các chỉ tiêu theo dõi, đánh giá ...........................................................................51
9


Luận văn tốt nghiệp

2.5. Thực nghiệm ......................................................................................................52
2.5.1. Xác đinh trị số octan của xăng ..................................................................52
2.5.2. Xác định hàm lƣợng kim loại trong xăng ..................................................60
CHƢƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................57
3.1. Kết luận ..............................................................................................................57
3.2. Kiến nghị ............................................................................................................57
PHỤ LỤC ..................................................................................................................59
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................65

10


Luận văn tốt nghiệp

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Chu trình hoạt động của động cơ bốn thì ..............................8
Hình 1.2: Máy đo trị số octan ............................................................................24
Hình 1.3: Đƣờng đặc trƣng của trị số octan nghiêm cứu theo số đọc của bộ đếm

bằng số 27
Hình 1.4: Tác động điển hình của tỷ lệ nhiên liệu - không khí đối với cƣờng độ
gõ
28
Hình 1.5: Máy

đo quang phổ hấp thụ nguyên tử ...............29

Hình 2.1: Mẫu xăng đƣợc lƣu trong tủ lạnh ........................................................35
Hình 2.2: Thiết bị pha nhiên liệu chuẩn đầu và nhiên liệu so sánh ............36
Hình 2.3: Bộ đếm của tỷ số nén ..................................................39
Hình 2.4: Đồng hồ đo áp suất và nhiệt độ .......................................39
Hình 2.5: Đồng hồ đo kích nổ ....................................................40
Hình 2.6: Thiết bị đo độ gõ .......................................................40
Hình 2.7: Hệ thống bình chứa nhiên liệu mẫu và nhiên liệu so sánh .................40
Hình 2.8: Biểu đồ so sánh trị số octan của một số mẫu xăng 92 với tiêu chuẩn .42
Hình 2.9: Biểu

đồ so sánh trị số octan của một số mẫu xăng
95 với tiêu chuẩn ..........................................................43
Hình 2.10: Cƣờng độ của các bƣớc sóng đặc trƣng của Pb44
Hình 2.11: Cƣờng độ của các bƣớc sóng đặc trƣng của Mn
44
Hình 2.12: Cƣờng độ của các bƣớc sóng đặc trƣng của Fe 44
Hình 2.13: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa độ hấp thu và nồng độ Pb ..........46
Hình 2.14: Biểu đồ so sánh hàm lƣợng Pb trong một số mẫu xăng 92 với hàm lƣợng
tiêu
chuẩn………………………………………………………………………….............
......48

11


Luận văn tốt nghiệp

Hình 2.15: Biểu đồ so sánh hàm lƣợng Pb trong một số mẫu xăng 95 với hàm
lƣợng
tiêu
chuẩn…………………………………………………………………………........
...........49
Hình 2.16: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa độ hấp thu và nồng độ Mn .........50
Hình 2.17: Biểu đồ so sánh hàm lƣợng Mn trong một số mẫu xăng 92 với hàm
lƣợng
tiêu
chuẩn…………………………………………………………………………........
...........52
Hình 2.18: Biểu đồ so sánh hàm lƣợng Mn trong một số mẫu xăng 95 với hàm
lƣợng
tiêu
chuẩn…………………………………………………………………………........
...........52
Hình 2.19: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa độ hấp thu và nồng độ Pb ..........54
Hình 2.20: Biểu đồ so sánh hàm lƣợng Pb trong một số mẫu xăng 92 với hàm lƣợng
tiêu
chuẩn………………………………………………………………………….............
......55
Hình 2.21: Biểu đồ so sánh hàm lƣợng Pb trong một số mẫu xăng 95 với hàm
lƣợng
tiêu
chuẩn…………………………………………………………………………........

...........56

12


Luận văn tốt nghiệp

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 : Sự phân bố các cấu tử theo số nguyên tử cacbon và theo họ
hydrocacbon của một loại xăng super thƣơng phẩm.............................................3
Bảng 1.2 : Sự phân bố các cấu tử theo số nguyên tử cacbon và theo họ
hydrocacbon của một loại xăng thƣờng thƣơng phẩm ..........................................4

Đặc trƣng xăng của quá trình cracking xúc tác 29
Bảng 1.4 : Các đặc tính kỹ thuật và thông tin của máy ......25
Bảng 1.3 :

Bảng 2.1 : Thiết bị và nƣớc sản xuất ...................................................................33
Bảng 2.2 : Hóa chất và nƣớc sản xuất ...........................................33
Bảng 2.3 : Trị

số octan của nhiên liệu chuẩn TSF, khoảng
dung sai điều chỉnh và khoảng đo của trị số octan của
nhiên liệu mẫu ..............................................................36
Bảng 2.4 : Các thông số vận hành chuẩn của máy đo trị số
octan 37
Bảng 2.5 : Kết quả chuẩn hóa máy đo trị số octan .............38
Bảng 2.6: Kết quả trị số octan của một số mẫu xăng thƣơng phẩm M92..........41
Bảng 2.7: Kết quả trị số octan của một số mẫu xăng thƣơng phẩm M95 ...........42
Bảng 2.8: Độ hấp thụ của các dung dịch chuẩn chì.............................................46

Bảng 2.9: Bảng kiểm tra độ nhạy và giới hạn phát hiện của của Pb ...................47
Bảng 2.10: Hàm

lƣợng chì trên một số mẫu xăng thƣơng
phẩm M92.....................................................................48
Bảng 2.11: Hàm lƣợng chì trên một số mẫu xăng thƣơng
phẩm M95.....................................................................48
Bảng 2.12: Độ hấp thụ của các dung dịch chuẩn mangan ..50
Bảng 2.13: Bảng kiểm tra độ nhạy và giới hạn phát hiện của
của Mn 51

13


Luận văn tốt nghiệp

Bảng 2.14: Hàm

lƣợng Mn trong một số mẫu xăng M92 ..51
Bảng 2.15: Hàm lƣợng Mn trong một số mẫu xăng M95 ..52
Bảng 2.16: Độ hấp thụ của các dung dịch chuẩn sắt ..........53
Bảng 2.17: Bảng kiểm tra độ nhạy và giới hạn phát hiện của
của Fe 54
Bảng 2.18: Hàm lƣợng Fe trong một số mẫu xăng M92 ....55
Bảng 2.19: Hàm lƣợng Fe trong một số mẫu xăng M95 ....55

14


Luận văn tốt nghiệp

DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT

-

RON: Research octan number.

-

HDS: Hydrodesunfua.

-

MTBE: Metyl Tertbutyl Ether.

-

MON: Motor octan number

-

TSF: Nhiên liệu toluene chuẩn

-

PRF: Nhiên liệu chuẩn đầu

15

Luận văn tốt nghiệp

CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN

16


Luận văn tốt nghiệp

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1

Xăng nhiên liệu

1.1.1 Giới thiệu chung
Nhiên liệu dùng cho động cơ xăng đƣợc gọi là xăng, đây là một hỗn hợp chứa
nhiều các hợp chất khác nhau. Khi nghiên cứu về thành phần hoá học của dầu mỏ,
phân đoạn dầu mỏ nói chung hay của xăng thƣơng phẩm nói riêng ngƣời ta thƣờng
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 ngƣời cũng nhƣ hoạt động sản xuất trong công nghiệp.
Động cơ xăng ra đời sớm hơn động cơ Diesel (đƣợc phát minh ra đồng thời ở
Pháp và Đức vào khoảng 1860), nó đã phát triển mạnh mẻ từ sau những năm 50 của
thế kỷ trƣớc. Với nền công nghiệp chế tạo ô tô hiện đại nhƣ ngày nay đã cho ra đời
nhiều chủng loại với công suất khác nhau và đƣợc áp dụng trong nhiều lĩnh vực của
đời sống sản xuất và sinh hoạt của con ngƣời.

Cùng với sự gia tăng về số lƣợng 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 ngƣời thì đồng thời nó cũng thải ra môi trƣờng một
lƣợng lớn các chất độc hại làm ảnh hƣởng đến sức khoẻ và cả môi trƣờng sinh thái.
Vì vậy xăng thƣơng phẩm bắt buộc phải bảo đảm đƣợc 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 bảo vệ môi trƣờng.
Thông thƣờng xăng thƣơng phẩm cần đạt đƣợc các yêu cầu cơ bản nhƣ 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 hoà 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
trƣờng càng ít càng tốt.
Xăng nhiên liệu thu nhận đƣợc trong các nhà máy lọc dầu, ban đầu chỉ từ
phân xƣởng chƣng cất khí quyển, tuy nhiên hiệu suất thu xăng từ quá trình này rất
thấp chỉ vào khoảng 15% khối lƣợng dầu thô ban đầu. 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

17


Luận văn tốt nghiệp

con ngƣời phải chế biến các phần thu khác nhằm thu hồi xăng với hiệu suất cao
hơn, điều này đã làm xuất hiện các phân xƣởng khác nhƣ phân xƣởng cracking,
alkyl hoá . . .
Ngoài lý do vừa nêu ở trên thì do yêu cầu về hiệu suất của động cơ ngày
càng tăng và chất lƣợng xăng ngày càng cao nên các nhà sản xuất nhiên liệu phải
đƣa ra nhiều quá trình sản xuất khác nhằm đảm bảo các yêu cầu của xăng thƣơng

phẩm.
Thực tế trong các nhà máy lọc dầu hiện nay xăng thƣơng phẩm đƣợc phối
trộn từ những nguồn sau: Xăng của quá trình cracking xúc tác, xăng của quá trình
reforming xúc tác, xăng chƣng cất trực tiếp, xăng của quá trình isomer hoá, xăng
của quá trình alkyl hóa, xăng của quá trình giảm nhớt, cốc hoá, các quá trình xử lý
bằng hydro, xăng thu đƣợc từ các quá trình tổng hợp nhƣ Methanol, Ethanol,
MBTE.
Nói chung, hai loại đầu tiên là các nguồn chính để phôi trộn, phần còn lại
phụ thuộc vào yêu cầu về chất lƣợng của xăng và yêu cầu của từng Quốc gia mà
nguồn nguyên liệu và hàm lƣợng của nó đƣợc chọn khác nhau.
1.1.2 Thành phần hóa học của xăng nhiên liệu
Nhƣ phần trên vừa nêu, xăng thƣơng phẩm không phải là sản phẩm của một
quá trình nào đó trong nhà máy lọc dầu mà nó là một hỗn hợp đƣợc 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 hoá học chính của xăng là các hydrocacbon có số nguyên tử từ
C4  C10 thậm chí có cả các hydrocacbon nặng hơn nhƣ C11 , C12 , C13 . Ngoài ra trong

thành phần hoá học của xăng còn chứa một hàm lƣợng nhỏ các hợp chất phi
hydrocacbon của Lƣu huỳnh, Nitơ và Oxy. Với số nguyên tử cacbon nhƣ trên, trong
thành phần của xăng chứa đầy đủ cả ba họ hydrocacbon và hầu nhƣ 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 nhƣ Olefin nhƣng trong quá trình chế biến đã xãy ra quá trình cắt mạch hình
thành nên các hợp chất đói này, do đó trong thành phần hoá học của xăng thƣơng
phẩm còn có mặt các hợp chất đói.

18

Luận văn tốt nghiệp

Bảng 1.1: Sự phân bố các cấu tử theo số nguyên tử cacbon và theo họ hydrocacbon
của một loại xăng super thƣơng phẩm.

Số
nguyên tử
cacbon

Thành phần tính theo khối lƣợng
Parafin
%

Naphten
%

Olefin
%

Diolefin
%

Aromatic
%

Tổng
%

4

1.46

0

0.59

0.

0

2.05

5

11.64

0.18

3.16

0.06

0

15.04

6

12.27

1.03

2.09

0.06

2.22

17.67

7

11.52

1.41

1.40

0

12.84

27.17

8

4.26

0.05

0.12

0

16.70

21.13

9

0.65

0

0

0

10.76

11.41

10

0

0

0

0

3.08

3.08

11

0

0

0

0

0.19

0.19

Tổng

41.8.0

2.67

7.36

0.12

45.79

97.74

Các cấu tử không xác định chiếm 2.26%

19


Luận văn tốt nghiệp

Bảng 1.2: Sự phân bố các cấu tử theo số nguyên tử cacbon và theo họ hydrocacbon
của một loại xăng thƣờng thƣơng phẩm.

Số
nguyên
tử
cacbon

Thành phần tính theo khối lƣợng
nisoNaphten
parafin parafin
%
%
%

Olefin
%

Aromatic
%

Hợp chất
chứa Oxy %

Tổng
%

4

5.14

0.3

0

1.49

0

0

6.93

5

1.26

7.84

0

10.11

0

0.5

19.71

6

0.64

6.34

1.19

5.07

1.23

3

17.47

7

0.65

3.22

1.05

1.56

8.11

0

14.59

8

0.48

11.47

0.43

0.34

13.61

0

26.33

9

0.11

1.12

0.16

0.07

9.49

0

10.95

10

0.01

0.09

0.09

0.02

2.80

0

3.01

11

0

0.1

0

0

0.25

0

0.35

12

0

0.61

0

0

0

0

0.61

13

0

0.01

0

0

0

0

0.01

Tổng

8.29

31.1

2.92

18,66

35,49

3.5

99.96

Các cấu tử không xác định chiếm 0.4%
1.1.2.1 Thành phần hydrocacbon trong xăng
a) Hydrocacbon parafin
Các Hydrocacbon parafin có công thức tổng quát là CnH2n+2, trong đó n là số
nguyên tử cacbon có trong mạch. Về cấu trúc thì Hydrocacbon trong xăng có hai
loại, loại cấu trúc mạch thẳng còn gọi là n-parafin và loại có cấu trúc mạch nhánh
còn gọi là iso-parafin. Các hydrocacbon parafin C5  C10 với cấu trúc nhánh là
những cấu tử tốt của xăng vì làm cho xăng có khả năng chống kích nổ cao ( iso20


Luận văn tốt nghiệp

octan có trị số octan bằng 100). Trong khí đó n-parafin lại có tác dụng xấu cho khả
năng chống kích nổ (n-heptan có trị số octan bằng 0).
b) Olefin
Các hydrocacbon olefin có công thức chung là CnH2n đƣợc 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-parafin và iso-parafin. Sự có mặt của các
hydrocacbon olefin làm mất tính ổn định của xăng.
c) Họ naphtenic
Hydrocacbon naphtenic là các hydrocacbon mạch vòng no với công thức
chung là: CnH2n+2 và các vòng này thƣờng 5 hoặc 6 cạnh, các vòng có thể có nhánh
hoặc không có nhánh, hàm lƣợng của họ này chiếm một số lƣợng tƣơng đối lớn,
trong đó các hợp chất đứng đầu dãy thƣờng ít hơn các đồng đẳng của nó, những
đồng phân này thƣờng có nhiều nhánh và nhánh lại rất ngắn chủ yếu là gốc metyl (CH3). Hydrocacbon naphtenic là một thành phần quan trọng của xăng nhiên liệu vì

nó có tính chống kích nổ cao cho xăng.
d) Họ aromatic
Hydrocacbon thơm có công thức tổng quát là CnH2n-6, có cấu trúc vòng 6
cạnh, đặc trƣng là benzen và các dẫn xuất có mạch ankyl đính bên. Hydrocacbon
thơm là cấu tử có trị số octan cao nhất nên chúng là những cấu tử quý của xăng.
1.1.2.2 Thành phần phi hydrocacbon trong xăng
Trong xăng, ngoài các hợp chất hydrocacbon kể trên còn có các hợp chất phi
hydrocacbon nhƣ các hợp chất của O2, N2, S. Trong các hợp chất này thì ngƣời ta
quan tâm nhiều đến các hợp chất của lƣu huỳnh vì tính ăn mòn và ô nhiễm môi
trƣờng của nó. Trong xăng, lƣu huỳnh chủ yếu tồn tại chủ yếu ở dạng mercaptan
(RSH), hàm lƣợng của nó phụ thuộc vào nguồn gốc của dầu thô có chứa ít hay
nhiều lƣu huỳnh và hiệu quả quá trình xử lý HDS.
Các hợp chất của các nguyên tử khác có hàm lƣợng 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 thƣờng ở dạng phenol và đồng đẳng.

21


Luận văn tốt nghiệp

1.1.3 Đăc điểm của các nguồn xăng phối trộn
1.1.3.1 Xăng của quá trình Reforming xúc tác
Reforming là một trong số các quá trình quan trọng của công nghiệp chế biến
dầu. Vai trò của quá trình này không ngừng đƣợc tăng lên do nhu cầu về xăng có
chất lƣợng cao và yêu cầu nguyên liệu tổng hợp cho hóa dầu ngày càng nhiều.
Quá trình Reforming thƣờng dùng nguyên liệu là phân đoạn xăng có trị số
octan thấp không đủ tiêu chuẩn của nhiên liệu xăng cho động cơ xăng. Đó là phân
đoạn xăng của quá trình chƣng cất trực tiếp dầu thô hay từ phân đoạn xăng của quá
trình Cracking nhiệt, cốc hóa hay vibreking.

Reforming xúc tác là quá trình biến đổi các thành phần hydrocacbon của
nguyên liệu mà chủ yếu là naphten và parafin thành hydrocacbon thơm có trị số
octan cao nên đây là nguồn nguyên liệu chính để pha trộn xăng có chất lƣợng cao
và RON = 95-102.
1.1.3.2 Xăng của quá trình Cracking xúc tác
Cracking xúc tác là một quá trình chế biến dầu mỏ nhằm thu đƣợc xăng có trị
số octan cao dùng cho xăng otô hay xăng máy bay từ nguyên liệu là phần cất nặng
hơn chủ yếu từ quá trình chƣng cất trực tiếp AD và VD. Qúa trình cracking xúc tác
đã đƣợc nghiên cứu từ cuối thế kỷ XIX nhƣng mãi đến năm 1923, một kỹ sƣ ngƣời
pháp tên là Houdry mới đề nghị đƣa quy trình vào áp dụng vào công nghệ và năm
1936 nhà máy cracking xúc tác đầu tiên ra đời.
Ngày nay, quá trình cracking xúc tác là một quá trình không thể thiếu trong
các nhà máy lọc dầu. Quá trình xãy ra theo cơ chế ion cacboncation và dƣới sự chọn
lọc cao của chất xúc tác nên sản phẩm của quá trình chứa nhiều cấu tử quý của
xăng. Đây là nguồn cho xăng lớn nhất trong nhà máy lọc dầu. Trị số octan của xăng
này khoảng 87- 95 tuỳ theo điều kiện công nghệ. Thành phần hóa học chứa tới 1530 % hydrocacbon olefin. Sự có mặt của của các olefin này chính là nguyên nhân
làm mất tính ổn định của xăng.

22


Luận văn tốt nghiệp

Bảng 1.3: Đặc trƣng xăng của quá trình cracking xúc tác

d 420
Hàm lƣợng lƣu huỳnh, % kl.

0,72-0,77
0,01-0,2

Thành phần Hydrocacbon % kl
-

Hydrocacbon thơm

25-40

-

Olefin

15-30

-

Naphten

2-10

-

Parafin

35-60

(iso- paraffin là thành phần chính)

Trị số octan
-

RON

87-95

-

MON

78-85

1.1.3.3 Xăng chƣng cất trực tiếp
Phân xƣởng chƣng cất ở áp suất khí quyển là một phân xƣởng quan trọng
nhất trong nhà máy lọc dầu có nhiệm vụ phân chia dầu thô thành nhiều phân đoạn
khác nhau. Phần hơi thu đƣợc ở đỉnh sau khi ổn định ta sẽ thu đƣợc xăng. Loại xăng
chƣng cất trực tiếp này có chỉ số octan thấp khoảng 54- 65 nên chỉ dùng một lƣợng
ít để phối trộn còn phần chính đƣợc phân chia thành xăng nhẹ (chủ yếu C5 và C6) và
xăng nặng. Phần xăng nhẹ thƣờng làm nguyên liệu cho quá trình isomer hoá còn
phần xăng nặng làm nguyên liệu cho quá trình reforming xúc tác.
1.1.3.4 Quá trình alkyl hóa.
Quá trình alkyl hóa là một quá trình quan trọng trong nhà máy lọc dầu nhằm
chế biến các Olefin nhẹ và iso butan thành cấu tử xăng có trị số octan cao nhất đó là
iso – parafin mà chủ yếu là iso-octan. Alkylat nhận đƣợc là cấu tử tốt nhất để pha
trộn tạo xăng cao cấp trong các nhà máy lọc dầu vì nó có trị số octan cao và độ nhạy
nhỏ (RON  96, MON  94), áp suất hơi thấp. Điều đó cho phép chế tạo đƣợc
xăng theo bất cứ công thức pha trộn nào. Ngoài ra, khi Alkyl hóa Benzen bằng
olefin nhẹ ta cũng sẽ thu đƣợc Alkyl benzene có trị số octan cao dùng để pha chế
xăng hoặc dùng để tổng hợp hữu cơ hóa dầu.
23

Luận văn tốt nghiệp

Ngày nay, quá trình alkyl hóa đƣợc sử dụng phổ biến ở các nƣớc trên thế
giới. Với quá trình này, ngƣời ta đã tạo ra một nguồn phối liệu có trị số octan cao
hầu nhƣ không có tạp chất và các hợp chất aromatic đáp ứng yêu cầu sản suất xăng
sạch bảo đảm các yêu cầu về động cơ và môi trƣờng.
1.1.3.5 Các nguồn phối liệu khác
Ngoài các nguồn chính trên thì xăng còn đƣợc phối liệu từ các nguồn khác
nhƣ: xăng giảm nhớt, xăng cốc hóa ... đây là các sản phẩm phụ của các quá trình.
Đặc điểm của xăng này là hàm lƣợng các hợp chất phi hydrocacbon lớn, xăng kém
ổn định vì chứa lƣợng lớn các hợp chất không no.
Cùng các loại xăng trên thì ngày nay khi yêu cầu về việc giảm các chất gây ô
nhiễm môi trƣờng trong khói thải của động cơ càng khắt khe thì việc dùng các cấu
tử đƣợc tổng hợp từ các phản ứng hoá học có trị số octan cao nhƣ: MTBE,
methanol, ethanol.. Để phối trộn xăng thƣơng phẩm cũng đang đƣợc áp dụng rộng
rãi.

1.2

Nguyên tắc hoạt động và đặc điểm của động cơ xăng

1.2.1 Nguyên tắc hoạt động của động cơ xăng
Động cơ xăng là một động cơ nhiệt dùng để biến năng lƣợng hoá học của
nhiên liệu khi bị đốt cháy thành năng lƣợng cơ học dƣới dạng chuyển động quay.
Động cơ này làm việc theo nguyên tắc một chu trình gồm bốn giai đoạn: nạp, nén,
cháy nổ và giản nở sinh công, thải khí cháy ra ngoài. Sơ đồ nguyên lý nhƣ sau:

Kỳ nạp

Kỳ cháy - giãn nở

Kỳ nén

Hình 1.1: Chu trình hoạt động của động cơ bốn thì.

24

Kỳ xã


Luận văn tốt nghiệp

1.2.1.1 Kỳ nạp
Piston từ vị trí điểm chết trên xuống vị trí điểm chết dƣới, xupap nạp mở ra
còn xupap xã đóng, hỗn hợp nhiên liệu và không khí sau khi đã đƣợc chuẩn bị trong
bộ chế hòa khí với một tỷ lệ thích hợp đƣợc đƣa vào xilanh của động cơ qua xupap
nạp.
1.2.1.2 Kỳ nén
Sau khi đến điểm chết dƣới, piston đi ngƣợc lên trên, khi này cả hai xupap
đều đóng lại, hỗn hợp công tác trong xilanh bị nén do đó nhiệt độ và áp suất có thể
tăng cao, áp suất trong xilanh tăng lên 5-15kg/cm2 còn nhiệt độ có thể đến 300425°C. Với điều kiện nhiệt độ và áp suất nhƣ vậy đồng thời với sự có mặt của oxy
không khí các hydrocacbon có trong thành phần của xăng đều bị biến đổi sâu sắc và
với nhiều mức độ khác nhau theo chiều hƣớng biến thành các hợp chất chứa oxy
không bền vững (các peroxyd, các aldehyd v.v..)
1.2.1.3 Kỳ cháy và giản nở sinh công
Đến cuối quá trình nén, nến điện điểm lửa, lúc đó hỗn hợp nhiên liệu tức
khắc bị đốt cháy một cách mãnh liệt. Tuy nhiên sự cháy bao giờ cũng bắt đầu từ nến
điện và quá trình cháy không phải đồng thời trong cả không gian xilanh mà, theo
từng lớp lan dần ra trong khắp xilanh tạo thành một mặt lửa lan truyền. Bấy giờ hỗn

hợp nhiên liệu trong xilanh coi nhƣ đƣợc chia làm hai phần. Phần nằm ở khu vực
phía trong mặt lửa, ở đây chủ yếu chứa các sản vật của các hydrocacbon đã bị cháy
tạo ra nhiệt độ cao và áp suất cao trong xilanh, phần nằm ở khu vực phía ngoài mặt
lửa, ở đấy bao gồm những nhiên liệu chƣa bốc cháy, nhƣng chịu một nhiệt độ cao
và áp suất cao do quá trình cháy ở khu vực phía trong mặt lửa tạo ra, nên đã ở trạng
thái sẳn sàng bốc cháy khi mặt lửa lan truyền hết không gian xilanh. Kết quả của
quá trình cháy trong xilanh là tạo ra nhiệt độ cao và do đó áp suất trong xilanh có
thể lên đến 25-50 kg/cm2. Nhờ vậy piston bị đẩy di chuyển từ vị trí điểm chết trên
xuống điểm chết dƣới, thực hiện quá trình giản nở sinh công, làm chuyển động cơ
cấu thành truyền trục khuỷu của động cơ.
1.2.1.4 Kỳ xã
Sau giai đoạn giản nở sinh công, xupap thải mở ra, piston đi từ điểm chết
dƣới lên điểm chết trên, thực hiện quá trình đuổi sản vật cháy ra ngoài, để chuẩn bị
nạp hỗn hợp công tác mới vào xilanh thực hiện tiếp tục một chu trình làm việc mới.

25