NGHIÊN cứu CHẾ tạo NHIÊN LIỆU SẠCH XĂNG PHA cồn

bộ giáo dục và đào tạo
trờng đại học bách khoa hà nội
---------------------------------------

luận văn thạc sỹ khoa học

nghiên cứu chế tạo nhiên liệu sạch
xăng pha cồn
ngành: công nghệ hoá học

Ngời hớng dẫn khoa học: TS. NGUYễN HữU TRịNH

Hà Nội


MỞ ĐẦU
Ngày nay, cùng với sự tăng trưởng kinh tế, tăng dân số thì nhu cầu
về nhiên liệu cho các ngành công nghiệp và dân dụng ngày càng cao. Do
đó, trong tương lai không xa nếu mỗi quốc gia không có kế hoạch phát
triển ngành công nghiệp dầu khí của mình thì sẽ dẫn đến thiếu hụt nhiên
liệu trầm trọng, ảnh hưởng đến sự phát triển của nền kinh tế quốc dân.
Hiện nay, trong ngành công nghiệp dầu khí trên thế giới, bên cạnh
việc đổi mới công nghệ lọc- hoá dầu để không ngừng gia tăng lượng “sản
phẩm trắng” (xăng, kerosel, diezel); nhiều quốc gia đã có chương trình
Quốc gia phát triển nhiên liệu sinh học.
Bên cạnh đó, vấn đề về môi trường do khói thải động cơ đang được
thế giới quan tâm vì trong khói thải có các chất gây ô nhiễm môi trường
sống, gây độc hại cho con người. Vì vậy ngoài biện pháp hạn chế sử dụng
các nhiên liệu hoá thạch, sản xuất động cơ có sử dụng hộp xúc tác chuyển
đổi thì việc nghiên cứu và sử dụng nhiên liệu sạch là phương án hiệu quả
hơn cả.

Các loại nhiên liệu sạch dùng cho động cơ xăng hiện nay chủ yếu là
xăng không chì có pha thêm các hợp chất làm tăng trò số octan như MTBE,
ETBE, TBA, TAME, metanol, etanol,… Cáchợp chất này cải thiện tốt chất
lượng khói thải, trong đó phụ gia etanol được sử dụng phổ biến do có nhiều
ưu điểm như: Trò số octan cao, dễ sản xuất, không độc hại, cháy sạch hơn,
ít có ảnh hưởng xấu đến môi trường.


Hiện nay đã có một số nghiên cứu sử dụng cồn tuyệt đối pha vào
xăng nhưng khi sử dụng cồn tuyệt đối thì dễ hút ẩm trong quá trình bảo
quản, gây ra hiện tượng tách pha gây nhiều khó khăn trong quá trình sử
dụng và bảo quản.
Xuất phát từ những yêu cầu trên, mục đích của bài luận văn này là:
- Nghiên cứu và sản xuất xăng pha cồn công nghiệp.
- Khảo sát các chỉ tiêu của xăng pha cồn.
- Nghiên cứu các phụ gia chống hiện tượng tách pha.
- Khảo sát khói thải và tiêu tốn xăng pha cồn sử dụng trong động
cơ

đốt trong.


Phần I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

I. Tình hình sử dụng nhiên liệu hiện nay
Năng lượng và nhiên liệu (NL) có vai trò quan trọng hàng đầu cho
sự phát triển kinh tế - xã hội. Với vai trò quan trọng như vậy, nhiên liệu
cần phải phát triển trước một bước so với các ngành kinh tế khác.
Với sự tăng trưởng kinh tế, tăng dân số (nhất là các nước đang phát
triển) dẫn đến tiêu thụ NL ngày càng tăng. Theo báo cáo nhu cầu tiêu thụ

NL trong vòng 50 năm tới so với năm 1995 sẽ tăng 50% đối với phương án
tăng trưởng kinh tế thấp và sẽ tăng 250% với tăng trưởng kinh tế cao.
Trong khi nguồn NL hoá thạch (than, dầu khí vốn được coi là nguồn NL
chủ yếu ở hiện tại và trong tương lai 4 ÷ 5 thập kỷ nữa) giờ đây đang cạn
kiệt và trở nên đắt đỏ. Việc khai thác, sử dụng NL hoá thạch còn gây ô
nhiễm môi trường, làm tăng nguy cơ của hiệu ứng nhà kính, làm cho trái
đất nóng dần lên; lượng khí gây hiệu ứng nhà kính mà chủ yếu là CO 2 đã
tăng trên 30% so với thời kỳ tiền công nghiệp (tăng từ 280 ppmV lên 360
ppmV và có nguy cơ tăng lên 500 ppmV trước năm 2100) gây ra hậu quả
xấu cho nền kinh tế và xã hội toàn cầu.
Để đảm bảo được an ninh NL, tăng trưởng kinh tế và giảm thiểu ô
nhiễm môi trường, chúng ta, bao gồm cả những nước phát triển và đang
phát triển phải có chiến lược kết hợp sử dụng hợp lý các nguồn NL dài hạn
với chiến lược phát triển sử dụng các nguồn NL ít gây ô nhiễm môi trường
như NL sạch (NL sinh học) càng sớm càng tốt.


II. Giới thiệu về xăng động cơ
1. Khái niệm về xăng động cơ.
Xăng động cơ là một trong những sản phẩm quan trọng của các quá
trình chế biến dầu mỏ. Xăng động cơ không phải đơn thuần chỉ là sản
phẩm của một quá trình chưng cất từ một phân đoạn nào đó hay từ một quá
trình chưng cất đặc biệt khác. Nó là sản phẩm hỗn hợp được pha trộn cẩn
thận từ các quá trình lọc hoá dầu khác nhau như chưng cất, Cracking xúc
tác, Reforming xúc tác, Alkyl hoá, Isome hoá,... kết hợp với các phụ gia
nhằm bảo đảm các yêu cầu hoạt động của động cơ trong những điều kiện
vận hành thực tế khác nhau và cả trong các điều kiện tồn chứa, dự trữ
khác nhau [1].
2. Thành phần của xăng động cơ
Bảng 1. Bảng tổng hợp các thành phần dùng để pha chế xăng động cơ.

Thành
phần

Phần
cấ
t,
0
C

Refomat 30/180
e
(Aromat
e)
Butane
0
(nparafin)
Alkylate 25/200
(iparafin)
Phần

T
sôi 0
50%,
C
0

110

Các tính chất đặc trưng
Octane, RON

Octane, MON
0,00
+1,5% 0,00
+1,5%
chì
nướcc chì
nướcc
hì
hì
95
95
90 ÷
92 ÷
÷102
÷104
97
98

RVP,
bar

Tỷ
trọng3
kg/ m

0,5

780 ÷
800

-

94

96

90

93

4,5

580

80

95

98

94

97

1

700


nhẹ xăng 40/110

Cracking
Phần
nặng
110/21
xăng
0
Craking
Isomerat 40 ÷
e (i70
parafin)
Naphta
25 ÷
trực tiếp
90
3.

83

93

96

80

83

0,7

690

155

91

94

79

82

0,1

800

60

80 ÷
90

83 ÷
93

80 ÷
90

83 ÷
93

0,7

690

66

68

71

58

61

0,8

680

Các chỉ tiêu kỹ thuật của xăng động cơ

3.1. Yêu cầu chung về chất lượng xăng động cơ
Những yêu cầu chung về chất lượng đối với xăng thương phẩm phải
xuất phát từ quan điểm của động cơ, theo khía cạnh thiết kế và khía cạnh
người sử dụng.
Những yêu cầu chủ yếu đó có thể được tóm tắt như sau:
 Cháy không kích nổ
 Có độ bay hơi phù hợp
 Không tạo nút hơi trong hệ thống nhiên liệu
 Có tính ổn đònh cao
 Ít ăn mòn và làm trương nở các gioăng đệm bằng cao su
 Ít tạo cặn, ít độc hại đối với con người và môi trường
3.2. Đặc điểm của động cơ xăng

Trước khi nói đến các chỉ tiêu kỹ thuật của xăng động cơ thì cần nắm
rõ đặc điểm cơ bản của động cơ xăng. Xăng là nhiên liệu cho động cơ đốt
trong có sử dụng bộ chế hoà khí (còn gọi là động cơ xăng) được lắp đặt
cho ôtô và xe máy. Động cơ xăng có hai đặc điểm quan trọng, khác hẳn
với động cơ Diezel; từ đó đòi hỏi xăng phải có hai đặc tính quan trọng sau:
* Động cơ xăng luôn có bộ chế hoà khí, còn gọi là bình xăng con, là
bộ phận chuẩn bò xăng trước khi đưa vào xylanh. Ở đây, xăng được đưa
vào với một lượng xác đònh, sau đó hỗn hợp hơi xăng và không khí sẽ phân
phối nạp vào xylanh của động cơ.

Do đó, nhiên liệu cho động cơ xăng

đòi hỏi phải có độ bay hơi tốt, thể hiện ở thành phần phân đoạn của chúng,
đặc trưng ở nhiệt độ bắt đầu bốc hơi, nhiệt độ sôi cuối và nhiệt độ sôi ứng
với 10%, 50%, 90% thể tích xăng [1].
Xăng có quá nhiều phần nhẹ thì động cơ càng dễ khởi động, nhưng
dễ tạo nút hơi trong ống dẫn xăng khi máy nóng, làm gián đoạn quá trình
cung cấp xăng, gây nên tiếng kêu lụp bụp và có thể làm chết máy. Xăng
quá nhiều phần nặng thì xăng không cháy hết trong xylanh, vừa tiêu hao
xăng một cách vô ích, vừa nhanh chóng làm hỏng động cơ do xăng đọng
lại chảy qua khe xecmăng làm loãng dầu nhờn, gây mài mòn các chi tiết
động cơ.
** Quá trình cháy của xăng trong động cơ xăng là quá trình cháy
cưỡng bức, thực hiện nhờ tia lửa điện của bugi; trong khi đó, quá trình cháy
của nhiên liệu trong động cơ Diezel là quá trình tự bốc cháy.
Quá trình cháy của xăng trong xylanh diễn ra rất nhanh, nhưng
không phải xảy ra tức khắc trong toàn bộ xylanh, mà bắt đầu từ bugi, sau

đó lan truyền đều trong toàn bộ thể tích của xylanh, từ lớp nọ sang lớp kia.
Tốc độ lan truyền bình thường là từ 15 ÷ 40 m/s. Để quá trình cháy ổn
đònh, tạo ra áp suất hơi trong xylanh được tăng lên đều đặn, phần hơi xăng
bên ngoài mặt lửa yêu cầu chỉ được bắt cháy khi mặt lửa lan truyền tới.
Nếu mặt lửa lan truyền với tốc độ quá lớn (nghóa là sự cháy xảy ra
cùng một lúc trong xylanh) thì xem như là cháy không bình thường và được
gọi là cháy kích nổ. Khi nhiên liệu trong động cơ bò cháy kích nổ, mặt lửa
lan truyền với tốc độ rất nhanh (có khi đến 300 m/s), nhiệt độ tăng làm áp
suất tăng đột ngột, kèm theo hiện tượng nổ, tạo nên sóng xung kích đập
vào xylanh, piston, gây nên tiếng gõ kim loại, tiếng va đập trong động cơ,
làm máy bò hao tổn công suất, động cơ quá nóng và làm tuổi thọ của máy
giảm nhanh. Do đó, yêu cầu xăng dùng cho động cơ xăng là phải có tính
chống kích nổ cao; và đây là yêu cầu chủ yếu nhất, quan trọng nhất đối
với xăng động cơ.
Ngoài hai yêu cầu cơ bản trên, đòi hỏi xăng dùng cho động cơ phải
có độ ổn đònh hoá học cao, đăc trưng ở khả năng chống lại sự biến đổi hoá
học khi bảo quản, vận chuyển và sử dụng. Ngoài ra, yêu cầu xăng động cơ
phải chứa hàm lượng lưu huỳnh thấp, không được quá 0,1 ÷ 0,155%, nhằm
hạn chế sự mài mòn của động cơ, hạn chế sự ô nhiễm môi trường do khí
thải có mặt SOX và yêu cầu hàm lượng SOX < 1%.
3.3. Các chỉ tiêu kỹ thuật của xăng động cơ
3.3.1. Trò số Octan (Octane Number: ON)


Một trong những tính chất quan trọng của xăng động cơ là phải có
khả năng chống lại sự cháy kích nổ. Đặc trưng đó gọi là Trò số Octan. Trò
số Octan là một đơn vò đo quy ước dùng để đặc trưng cho khả năng chống
kích nổ của nhiên liệu, được đo bằng phần trăm thể tích của iso-octan
(2,2,4- trimetyl pentan) trong hỗn hợp chuẩn với n-heptan, tương đương với

khả năng chống kích nổ của nhiên liệu ở điều kiện tiêu chuẩn (quy ước trò
số octan của iso-octan bằng 100, của n-heptan bằng 0)[1,3].
Tỷ số nén của động cơ là một trong những yếu tố quan trọng nhất
mà có liên quan đến trò số Octan. Tỷ số nén là tỷ lệ giữa thể tích toàn bộ
xylanh so với phần còn lại của xylanh khi pittông nén tối đa.
Về nguyên tắc, ON càng cao càng tốt, tuy nhiên phải phù hợp với tỷ
số nén của động cơ. Xăng có ON từ 80 RON ÷ 83 RON (hoặc từ 72 MON ÷
76 MON) thường được dùng cho các loại xe có tỷ số nén nhỏ hơn 7:1.
Xăng có RON từ 90 ÷ 92 thường được sử dụng cho các loại xe có tỷ số nén
đến 8:1. Xăng có RON lớn hơn 92 là các loại xăng đặc biệt, cao cấp và
thường được sử dụng cho các loại xe có tỷ số nén đến 9:1. Xăng có RON >
96 được sử dụng cho các loại xe đua, xe hơi cao cấp, xe đặc nhiệm,... có tỷ
số nén từ 10:1 trở lên. Mối tương quan giữa tỷ số nén, ON và hiệu suất của
động cơ dưới tác động của nhiệt độ được thể hiện trong bảng 2.
Bảng 2. Tương quan giữa tỷ số nén của động cơ và trò số Octan
Tỷ số nén của
động cơ

Yêu cầu về ON

HIỆU SUẤT NHIỆT

5:1

72

-

6:1

81

25%

(Khi van tiết lưu mở tối đa)


7:1

87

28%

8:1

92

30%

9:1

96

32%

10:1

100

33%

11:1

104

34%

12:1

108

35%

Xu hướng cháy kích nổ của xăng sẽ gia tăng khi loại động cơ đang
sử dụng có tỷ số nén cao hơn, tải trọng, nhiệt độ hỗn hợp, áp suất và nhiệt
độ môi trường cũng cao hơn và thời gian điểm hoả sớm hơn. Vì vậy yêu
cầu xăng phải có ON cao hơn mới không xảy ra cháy kích nổ. Xu hướng
cháy kích nổ sẽ được giảm bớt khi gia tăng tốc độ động cơ, chế độ chảy rối
của hỗn hợp (NL + KK) và độ ẩm.
Trong bất kỳ loại động cơ nào, với các điều kiện hoạt động khác
nhau thì động cơ chỉ có thể đạt được hiệu suất cao nhất khi sử dụng loại
xăng không gây nên sự cháy kích nổ.
Để giảm sự cháy kích nổ của nhiên liệu, thường phải:
 Chế biến hoá học nhằm tạo ra xăng mà bản thân nó đã có ON cao.
 Tăng ON bằng cách pha thêm các loại phụ gia chống kích nổ và
một số thành phần khác như Isomerat, Alkylat,...
* Có hai phương pháp cơ bản để xác đònh ON, đó là phương pháp
nghiên cứu (tiếng Anh viết tắt là RON) và phương pháp môtơ (tiến Anh
viết tắt là MON). Điểm chung của hai phương pháp này là đều đo trò số
octan trong động cơ 1 xylanh.

Bản chất của các phương pháp này là so sánh độ bền chống kích nổ
của nhiên liệu thí nghiệm và nhiên liệu tiêu chuẩn, biểu thò bằng ON.
Các điều kiện tiến hành đo trò số Octan theo phương pháp nghiên
cứu và phương pháp môtơ được ghi trong bảng 3.
Bảng 3. Các điều kiện để đo trò số Octan
Các thông số thí nghiệm

- Số vòng quay của động cơ thử nghiệm
(vg/ph)
- Nhiệt độ sấy nóng không khí, 0C
- Nhiệt độ hỗn hợp nhiên liệu- không
khí, 0C
- Góc đánh lửa sớm (góc đánh lửa trước
khi đến điểm chết trên), độ
- Nhiệt độ làm mát xylanh, 0C
- Độ ẩm tuyệt đối của không khí dẫn vào
động cơ, gH2O/1Kg Khí khô

Phương pháp
nghiên cứu
(RON)

Phương pháp
môtơ (MON)

600 ± 6

900 ± 9

52 ± 1

50 ± 5

-

149 ± 1

13

Điều chỉnh tự
động từ 15 ± 26

100 ± 2

100 ± 2

3,5 ± 7,0

3,5 ± 7,0

Thông thường, trò số Octan theo RON thường cao hơn MON. Chính vì
vậy khi nói đến trò số Octan của một loại xăng nào đó, phải phân biệt đó là
RON hay MON. Trò số RON thể hiện đúng khả năng chống cháy kích nổ
của xăng động cơ chạy trong đường phố, tốc độ chậm nhưng lại hay thay
đổi, tăng tốc đột ngột. Trò số MON thể hiện khả năng chống cháy kích nổ
của xăng của động cơ khi chạy trên xa lộ có tốc nhanh đều đặn, hoặc động
cơ khi chở nặng. Mức chênh lệch giữa RON và MON gọi là độ nhạy của

nhiên liệu. Mức chênh lệch này càng thấp càng tốt và phụ thuộc vào cấu
tạo hoá học và thành phần pha trộn của xăng. Các hydrocacbon thơm có
độ nhạy cao. Ví dụ trong phân đoạn Reformate chứa nhiều chất thơm:
RON là 100, còn MON là 97; trong khi đó đối với thành phần Isomate chứa
chủ yếu là i_parafin có độ nhạy thấp: RON là 89, còn MON là 88. Hiện
nay, nhiều nước trên thế giới có xu hướng sử dụng trò số Octan (RON +
MON)/2 để đặc trưng cho tính chống kích nổ của xăng, thay vì dùng RON
hay MON riêng rẽ [3].
* Tuy nhiên cả hai phương pháp trên chưa phản ánh trung thực lắm về
quá trình cháy của xăng. Do đó, hiện nay còn sử dụng các phương pháp
mới:
 Trò số Octan trên đường (Road ON)
Road ON là trò số Octan được xác đònh trong động cơ xe máy đang
vận hành thực tế trên đường hoặc trên máy động lực kế dạng satxi. Road
ON trên thực tế là trò số Octan cơ bản của xăng. Nếu Road ON của xăng
trong bất kỳ động cơ nào đó mà cao hơn yêu cầu Octan của nó thì sẽ
không xảy ra sự cháy kích nổ trong động cơ khi sử dụng loại xăng này. Khi
đó không cần phải xem xét RON hay MON. Vì vậy Road ON là toàn bộ
dấu hiệu để xem xét một loại xăng nào đó có đáp ứng được tính năng
chống kích nổ trong một động cơ nào đó hay không. Tuy nhiên Road ON
được xác đònh trong một động cơ và chỉ có hiệu lực đối với động cơ đó;
trong động cơ khác thì Road ON có thể lớn hay bé hơn tuỳ thuộc vào thiết
kế động cơ [1,17]].


Tầm quan trọng của Road ON trước hết là người ta có thể so sánh
tính năng chống kích nổ của một số loại xăng với loại xăng có tính năng đã
được biết trước. Điều đó có tầm quan trọng khi phát triển công thức pha
chế các loại xăng mới hoặc là để so sánh sản phẩm của hãng mình với các

hãng cạnh tranh khác.
 Phương pháp dòng: chủ yếu là dùng trong nghiên cứu. Bản chất
của phương pháp này là đưa dòng Oxy vào bình nhiên liệu để oxi hoá liên
tục, xác đònh thành phần oxi hoá và từ đó xác đònh được ON.
3.3.2. Độ bay hơi
Xăng động cơ là hỗn hợp của nhiều loại hydrocacbon khác nhau,
chưa kể đến một lượng phụ gia được pha chế vào xăng. Mỗi loại
hydrocacbon đều có đặc tính hoá lý riêng và nhiệt độ sôi là một trong
những đặc tính hoá lý đó. Các phân tử hydrocacbon khác nhau thì nhiệt độ
sôi cũng khác nhau.
Khi tiến hành gia nhiệt cho một mẫu xăng chưng cất nào đó (trên
thiết bò chưng cất tiêu chuẩn), các phân tử hydrocacbon khác nhau sẽ
chuyển riêng rẽ từ dạng lỏng sang dạng hơi ở những nhiệt độ khác nhau
gọi là nhiệt độ sôi. Vì vậy tính chất sôi và bay hơi của xăng thường được
đánh giá bằng nhiệt độ sôi đầu, nhiệt độ sôi cuối và nhiệt độ sôi tương ứng
với % thể tích chưng cất được của xăng ngưng tụ và được gọi là thành
phần chưng cất [1].


+ Nhiệt độ sôi đầu (IBP): khi tiến hành gia nhiệt 100 ml mẫu xăng
trong thiết bò chưng tiêu chuẩn, nhiệt độ tại đó giọt chất lỏng đầu tiên rơi
xuống bình hứng gọi là nhiệt độ sôi đầu.
+ Nhiệt độ sôi cuối (FBP): là nhiệt độ cao nhất khi cột chất thuỷ ngân
trong nhiệt kế từ cực đại tụt xuống đột ngột.
Từ điểm sôi đầu đến điểm sôi cuối, ứng với 10 ml mẫu ngưng tụ
(10% thể tích thu hồi ) sẽ xác đònh được một giá trò nhiệt độ gọi là điểm
cất. Bằng cách kết nối các điểm cất, người ta xây dựng được một biểu đồ
chưng cất là các đường cong.
Trong thực tế, khi chưng cất hoàn toàn chỉ có khoảng 98% thể tích
được thu hồi ở dạng ngưng tụ, phần còn lại là hao hụt và cặn sót lại trong

bình ngưng. Các chỉ tiêu chưng cất của xăng động cơ được quản lý bằng
cách quy đònh một giới hạn cho nhiệt độ cất tương ứng với % thể tích
chưng cất cố đònh, hoặc giới hạn % thể tích chưng cất được ở nhiệt độ xác
đònh (xem bảng 4)
Bảng 4. Phương pháp quy đònh độ bay hơi của xăng
Nhiệt độ cất

Phương pháp

Mùa hè

Mùa đông

của xăng

thử

10%

70 0C max

54 0C max

50%

110 0C max

85 ± 105

180 0C max

180 0C max

90%

ASTM. D86


FBP, 0C

215 0C max

210 0C max

Chỉ tiêu chưng cất của xăng thường được quyết đònh bởi độ bay hơi.
Các chỉ tiêu đó có ảnh hưởng quan trọng đến các tính năng trong bất kỳ
loại động cơ nào, chủ yếu là tính năng khởi động và tính năng làm ấm
máy, tạo nút hơi, tính kinh tế của hành trình dài hay ngắn, khả năng đóng
băng và khả năng làm loãng dầu nhờn trong cacte (xảy ra ở phần cất có
nhiệt độ cao). Nhiên liệu phải có đủ khả năng hoá hơi để dễ khởi động,
nhanh chóng sưởi ấm động cơ và phải có độ bay hơi thích hợp để phân bố
đều giữa các xylanh. Mặt khác, nhiên liệu lại không được quá dễ hoá hơi
vì sẽ gây hao hụt quá mức và tạo nút hơi trong các ống dẫn nhiên liệu đến
động cơ, ngăn cản nhiên liệu chảy vào bộ chế hoà khí hoặc vòi phun nhiên
liệu,...
3.3.3. Áp suất hơi bão hoà
Áp suất hơi bão hòa là một trong các tính chất vật lý quan trọng của
các chất lỏng dễ bay hơi nói chung và của xăng động cơ nói chung. Đây
chính là áp suất hơi mà tại đó thể hơi cân bằng với thể lỏng [1].
Áp suất hơi bão hòa (Pbh) đặc trưng cho khả năng bay hơi của xăng

ôtô. Áp suất hơi bão hòa là áp suất hơi của xăng đo được trong điều kiện
của bình chòu áp tiêu chuẩn của bom Reid ở nhiệt độ 37,8 0C (hay 1000F) và
thường được đo bằng các đơn vò như KPa, Psi, mmHg,... Áp suất hơi bão
hòa càng lớn, độ bay hơi càng cao, dễ tạo nút hơi trong động cơ, gây ra hao
hụt trong bồn chứa và ô nhiễm môi trường. Vì vậy trong chỉ tiêu kỹ thuật,


người ta thường giới hạn mức độ tối đa mà ít khi giới hạn mức độ tối thiểu.
Áp suất hơi bão hòa chỉ đònh không nên vượt quá 12 Psi. Tuy nhiên, áp
suất hơi bão hòa quá thấp cũng sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến tính năng khởi
động của động cơ. Để khởi động tốt động cơ, tối thiểu áp suất hơi bão hoà
cũng phải đạt 7,0 Psi và thực nghiệm cho thấy rằng, nếu thấp hơn 4,834 Psi
(250 mmHg) thì khả năng khởi động của động cơ bắt đầu xấu đi một cách
nghiêm trọng [20].
Tuy nhiên, nếu kiểm soát được chỉ tiêu về thành phần cất của xăng
thì áp suất hơi bão hòa không nhất thiết phải quy đònh mức tối thiểu.
Thông thường, áp suất hơi bão hòa quy đònh cho từng loại được thể hiện
trong bảng sau (bảng 5).
Bảng 5. Quy đònh hiện hành về áp suất hơi bão hòa
Quy đònh hiện hành về áp suất hơi bão hòa (RPV), KPa
SUPER

Không chì

Chất lượng

Trên

Phương

của Đức

Bắc & Tây

cao Châu

chất

pháp thử

Âu

Âu

lượng
cao

- Mùa đông

60 ÷ 90

90 max

80 ÷ 90

80 ÷ 90

- Mùa hè

45 ÷ 70

70 max

45 ÷ 70

45 ÷ 70

ASTM
D.323 hoặc
D. 4953

Đối với Việt Nam, tiêu chuẩn TCVN. 5690 – 92 quy đònh áp suất hơi
bão hòa cho xăng ôtô như sau (xem bảng 6)[1].
Bảng 6. p suất hơi bão hoà của một số loại xăng


Nhiên liệu

Áp suất hơi bão hòa (KPa) ở 37,80C

Mogas 83

Max 70

Mogas 92

Max 75

Xăng thường

Max 67

Xăng cao cấp

Max 67

Xăng đặc biệt

Max 74

3.3.4. Độ ổn đònh ôxy hoá
Độ ổn đònh ôxy hoá hay còn được gọi là chu kỳ cảm ứng của xăng là
một chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng, đặc trưng cho khả năng chống lại các
biến đổi hoá học của xăng động cơ.
Trong quá trình bảo quản, vận chuyển và sử dụng, xăng dễ bò ôxy
hoá trong không khí và tạo thành các sản phẩm chứa oxy rất đa dạng. Mức
độ ôxy hoá phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng của xăng, cụ thể là thành
phần hoá học của xăng. Các hợp chất olefin có hai nối đôi đối xứng và các
loại hydrocacbon dạng mono hoặc di-olefin nối với nhân thơm là kém ổn
đònh nhất... Xăng chưng cất trực tiếp thường chứa nhiều olefin (từ 30 ÷
40%) nên có độ ổn đònh ôxy hoá thấp (100 ÷ 200 phút). Xăng Reforming
xúc tác hầu như không có olefin nên có độ ổn đònh rất cao (1700 ÷ 1800
phút). [6]


Để đảm bảo yêu cầu về độ ổn đònh, xăng thương phẩm của Liên Xô
trước đây quy đònh từ 400 ÷ 900 phút. Thò trường xăng thương phẩm thế
giới và khu vực thường có độ ổn đònh ôxy hoá từ 200 ÷ 400 phút.
3.3.5. Hàm lượng nhựa
Các chất nhựa và asphanten của dầu mỏ là những chất mà trong cấu

trúc phân tử của nó, ngoài C và H còn có đồng thời các nguyên tố khác
như S, O, N,... và thường có trọng lượng phân tử lớn (từ 500 ÷ 600 trở lên).
Vì vậy các chất nhựa và asphanten thường có mặt trong những phân đoạn
dầu mỏ có nhiệt độ sôi cao hoặc trong cặn dầu mỏ...
Dầu mỏ có nhiều nhựa và asphanten thì trong sản phẩm (nhất là
diezel, dầu nhờn, cặn) càng có nhiều chất đó. Nói chung, nhựa và
asphanten là những chất có hại. Nếu trong các sản phẩm nhiên liệu nói
chung và trong xăng động cơ nói riêng có nhựa và asphanten thì khả năng
cháy sẽ không hoàn toàn, tạo cặn và tàn làm tắc vòi phun của động cơ.
Trong xăng ôtô chủ yếu chỉ có nhựa; nhựa trong xăng ôtô có màu vàng
sẫm, nâu và hoà tan hoàn toàn. Tuy nhiên, nếu tách ra khỏi xăng nó sẽ ở
dạng nửa rắn hoặc lỏng. Tính chất đặc biệt của nhựa là khả năng nhuộm
màu rất mạnh; vì vậy khi xăng ôtô có chứa hàm lượng nhựa cao đều cho ta
màu nâu. [3]
Trong quá trình bảo quản xăng ôtô, nhựa dễ bò ôxy hoá và sẽ làm
giảm tính chất ổn đònh của sản phẩm. Hàm lượng nhựa trong xăng ôtô cao
có thể gây nên cặn lắng trong hệ thống cảm ứng và làm kẹt van nạp. Hàm
lượng nhựa thấp bảo đảm không gây kẹt tắc trong hệ thống cảm ứng.


Ý nghóa và ảnh hưởng của nhựa trong xăng ôtô đã được xác lập và
công nghệ xử lý nó cũng tương đối hoàn hảo, nên các chỉ tiêu khống chế
về hàm lượng nhựa cho đến nay cũng ít được bàn cãi. Lý thuyết và thực tế
đều cho phép hàm lượng nhựa trong xăng ôtô từ 1 ÷ 10 mg/100ml.
3.3.6. Hàm lượng lưu huỳnh tổng
Lưu huỳnh (S) là một trong những thành phần quan trọng đáng lưu ý
trong dầu mỏ nói chung và trong xăng ôtô nói riêng. Lưu huỳnh là tạp chất
chủ yếu có trong dầu thô. Chúng tồn tại ở nhiều dạng: mercaptan,
disunfua, H2S, S... [1].
Trong xăng động cơ, S là chất gây nhiều tác hại: khi đốt cháy tạo

SO2, SO3 gây độc hại và ăn mòn đường ống, thiết bò và đặc biệt với sự có
mặt của H2S khi không cháy hết sẽ thải ra không khí và gây ô nhiễm môi
trường.
Chỉ tiêu này cho phép ta theo dõi được hàm lượng lưu huỳnh của các
sản phẩm dầu mỏ khác nhau và các phụ gia có chứa S; từ đó có thể dự
đoán được các tính chất sử dụng và bảo quản.
Đã có một thời gian dài, chỉ tiêu này ít được bàn cãi và đều thống
nhất trên toàn cầu với mức quy đònh nằm trong khoảng từ 0,05 ÷ 1% khối
lượng. Tuy nhiên, tại Mỹ quy đònh về hàm lượng S vẫn còn là vấn đề gây
tranh cãi nhằm đảm bảo các yêu cầu về chất lượng môi trường, không khí
và tầng ôzôn.
3.3.7. Độ ăn mòn tấm đồng


Các hợp chất lưu huỳnh hoạt tính là một trong những chất có hại đối với
xăng động cơ do chúng gây ăn mòn và tạo ra những mùi khó chòu cho
nhiên liệu.
Trong quá trình lọc dầu, các hợp chất không mong muốn này không
thể bò loại bỏ một cách dễ dàng được. Để chắc chắn rằng trong xăng chỉ
chứa một lượng không đáng kể các hợp chất trên, người ta phải tiến hành
phép thử ăn mòn tấm đồng (ASTM. D 130). Trong phép thử này, miếng
đồng đã được đánh sạch và được nhúng ngập vào trong mẫu nhiên liệu cần
thử đã được nung nóng trong những điều kiện được quy đònh của phép thử
và trong khoảng thời gian quy đònh. Sau đó, miếng đồng được đem ra so
sánh với các mẫu chuẩn. Từ đó có thể đánh giá được mức độ ăn mòn tấm
đồng của nhiên liệu [5].
Theo yêu cầu chung và theo TCVN 6776 : 2000, mức độ ăn mòn tấm
đồng trong xăng ở 500C trong 3 giờ phải có màu phù hợp với màu của
thanh đồng chuẩn, mẫu số 1.
3.3.8. Phép thử Docter

Sự có mặt của lưu huỳnh dạng mercaptan (RSH) và lưu huỳnh tự do
trong xăng có thể được kiểm tra theo phép thử Docter (ASTM D. 4952,
thay cho D. 484) như sau: Hoà tan 5 ml dung dòch chì Natri vào 10 ml xăng
mẫu và lắc đều trong khoảng 15 giây; sau đó cho một lượng nhỏ lưu huỳnh
bột, khô và nguyên chất sao cho sau khi lắc, tất cả bột lưu huỳnh nằm trên
bề mặt dung dòch chì Natri và dưới mẫu xăng. Tiếp tục lắc với khoảng 15
giây, sau đó để lắng và theo dõi trong 2 phút.


Nếu dung dòch mất màu hoặc dung dòch màu vàng của S bò che kín
thì kết luận là mẫu xăng “dương tính” – (xăng chua). Nếu không thay đổi
màu hoặc màu vàng nhạt của màng S có thay đổi chút ít hay lốm đốm đen
thì mẫu thử là “âm tính” – (xăng ngọt) [3].
3.3.9. Độ Axit
Độ axit của xăng ôtô đặc trưng cho mức độ chứa các chất mang tính
axit trong đó và chủ yếu là các axit hữu cơ [3].
Trong xăng ôtô có thể chứa các hợp phần axit mà chúng có mặt như
các phụ gia hoặc các sản phẩm biến đổi chất tạo thành trong quá trình tồn
chứa.
Hàm lượng các chất này có thể xác đònh bằng cách chuẩn độ với
kiềm và trò số này gọi là “trò số axit”. Chỉ tiêu này thường được áp dụng để
kiểm tra chất lượng xăng nhập khẩu và lưu thông trên thò trường.
Trên toàn cầu, mức quy đònh hiện nay nằm trong khoảng từ 1 ÷ 4
mgKOH/100 ml. Sản phẩm của Nga ngày nay cũng quy đònh mức cho phép
từ 0,8 ÷ 2 mgKOH/100 ml.
3.3.10. Hàm lượng chì
Mặc dù hàm lượng chì trong xăng là một trong các nguyên nhân gây
nên sự ô nhiễm môi trường trầm trọng, nhưng lại là một chỉ tiêu rất quan
trọng đối với chất lượng của xăng ôtô, xe máy; đặc biệt là các động cơ thế
hệ trước năm 1990 [1].

Xăng ôtô có hàm lượng chì cao (đến 8 g/l) đa phần được sử dụng tại
các nước có nền kinh tế kém phát triển (trong đó bao gồm trình độ thiết bò
công nghệ, xe máy lạc hậu) như Châu Phi và một vài nước Trung Mó.
Ngày nay, khi chì và các hợp chất chì dưới dạng phụ gia làm tăng trò
số Octan đã bò cấm sử dụng thì phép thử hàm lượng chì trong xăng chỉ có ý
nghóa về mặt quản lý nhà nước về an toàn và môi trường. Hầu hết các phụ
gia sử dụng xăng không chì đều chấp nhận và cho phép có một hàm lượng
chì khoáng trong xăng không quá 0,013 g/l.
3.3.11. Hàm lượng Benzen
Benzen là hợp chất hydrocacbon (H-C) vòng thơm đơn giản nhất,
nhưng lại có tính chất đặc biệt của liên kết C-H no, bền vững với các chất
ôxy hoá nên là một tác nhân tích cực kìm hãm quá trình cháy kích nổ trong
động cơ, tăng được ON cho xăng. Vì vậy, trong xăng ôtô, đặc biệt đối với
xăng không chì, benzen được sử dụng như là một thành phần chống kích
nổ.
Tuy nhiên, gần đây do hàm lượng benzen trong xăng không chì cao
hơn trong xăng chì nên đã có những tác dụng tiêu cực như dễ làm trương
nở các zoăng phớt cao su, thậm chí khí thải của nó cũng ảnh hưởng đến rau
xanh, cây trồng hai bên đường,... Hậu quả đã làm tăng hàm lượng benzen
trong các loại thực phẩm trồng ở hai bên đường.
Benzen cũng là một chất độc nguy hiểm đến sức khoẻ của con
người; đặc biệt đối với những đối tượng thường xuyên tiếp xúc với xăng
dầu. Theo các kết quả nghiên cứu, nếu hàm lượng benzen cao thì sẽ dễ


dẫn đến các bệnh (trong đó có bệnh ung thư ). Vì vậy, yêu cầu hàm lượng
benzen trong xăng càng ít càng tốt; thông thường quy đònh hàm lượng
benzen phải ≤ 5%.

3.3.12. Hàm lượng Photpho (P)
Kể từ năm 1950, Photpho được sử dụng dưới dạng phụ gia (tên
thương mại là ICA) đã được hãng Shell đưa vào xăng nhằm ngăn cản sự
bám muội vào bugi khi xăng có nồng độ chì cao. Trong quá trình nghiên
cứu, người ta cũng đã phát hiện ra rằng các hợp chất của P có khả năng
ngăn cản được hiện tượng mài mòn xupap của động cơ do xăng không chì
gây ra. Các nghiên cứu sau đó vào cuối năm 1960 đã kết luận rằng các
hợp chất P bảo vệ động cơ rất tốt chỉ cần nồng độ tương đối thấp.
Việc sử dụng phụ gia Photpho trong xăng không chì đã được giới
thiệu lần đầu tiên ở Mỹ vào năm 1971. Tuy nhiên, với sự ra đời của bộ
chuyển đổi xúc tác (catalytic converter) trên các xe ôtô đời mới từ năm
1975 đã không cho phép sử dụng P nữa bởi vì nó gây ngộ độc xúc tác. Vì
vậy việc sử dụng nó trong xăng không chì đã bò cấm ở Mỹ và nhiều nước
khác.

4.

Phụ gia pha vào xăng
Trong quá trình phát triển của động cơ xăng, người ta đã phát hiện ra

là khi thêm một lượng nhỏ một số chất nhất đònh vào xăng có thể nâng cao
chất lượng của xăng.


Một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất của xăng động cơ là khả
năng chống kích nổ. Các chất phụ gia chống kích nổ là những chất khi cho
thêm vào xăng với một lượng không lớn nhưng sẽ làm tăng khả năng
chống kích nổ trong động cơ; hay nói cách khác là nó sẽ làm “tăng” trò số
octan của xăng động cơ.
4.1. Phụ gia làm tăng trò số octan

Các loại phụ gia được chia làm hai nhóm:
4.1.1. Phụ gia chì
Phụ gia chì được sử dụng phổ biến là phụ gia TEL (Tetra etyl chì –
Pb(C2H5)4), TML (Tetra metyl chì – Pb(CH3)4), chúng đã được đưa vào sử
dụng từ những năm 1920.
Hàm lượng chì chủ yếu phụ thuộc vào lượng và loại phụ gia đưa vào
xăng để tăng cường trò số octan ON.
Vai trò của phụ gia chì: gián tiếp làm tăng ON của xăng thông qua
việc phá huỷ các hợp chất trung gian hoạt động (như peroxyt,
hydroperoxyt) và do đó làm giảm khả năng cháy kích nổ. Kết quả là ON
của xăng thực tế được tăng lên.
Cơ chế các phản ứng khi dùng phụ gia chì như sau:
Hydrocacbon khi bò ôxy hoá sâu sắc sẽ tạo thành các hợp chất không
*
T, 0C
Pb(CH3)4
Pb + 4CH3
bền


T, 0C
Pb + O2
R – CH3 + O2

PbO2
RCH2OOH




Chất phụ gia (TML, TEL) bò phân huỷ dưới nhiệt độ và áp suất cao

trong động cơ



Tác dụng của phụ gia bò phân huỷ với các hợp chất không bền tạo ra

các hợp chất bền, không hoạt động
RCH2OOH + PbO2

PbO

+ R – CHO + H2O + 1/2O2

Kết quả là biến các peroxyt hoạt động thành các alđehyt R – CHO
bền vững, làm giảm khả năng cháy kích nổ. Nhưng đồng thời PbO kết tủa
sẽ bám trên thành xylanh, ống dẫn, làm tắc đường nhiên liệu và tăng độ
mài mòn. Do vậy, người ta dùng các chất mang để đưa PbO ra ngoài, thải
ra không khí và đây là nguyên nhân chính gây ra ô nhiễm môi trường.
Các chất mang hay dùng là C2H5Br hay C2H5Cl và cơ chế tác dụng
như sau:

C2H5Br
2HBr + PbO

T, 0C

C2H4
PbBr2

+ HBr
+ H2O

Các sản phẩm PbBr2, H2O là chất lỏng, có nhiệt độ sôi thấp nên sẽ
bốc hơi và được khí thải đưa ra ngoài. Hỗn hợp phụ gia chì và chất mang
gọi là nước chì và rất độc. Vì vậy, để phân biệt xăng có pha chì với xăng
không chì, người ta thường nhuộm màu đặc trưng cho xăng chì là màu đỏ
để phân biệt.
Sự độc hại của phụ gia chì