Seminar phương pháp và thiết bị đo chỉ số octane và cetane

TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC


SEMINAR KỸ THUẬT NHIÊN
LIỆU SINH HỌC
Phương pháp và thiết bị đo
chỉ số octane và cetane
GVHD: PGS.TS TRƢƠNG VĨNH
SINH VIÊN THỰC HIỆN:
NGUYỄN THỊ NHƢ NGỌC

15139081

ĐÀO HƢƠNG XUÂN

15139152

LUYỆN THANH LAN

15139060

NGUYỄN THỊ KIM

15139057

TRẦN PHƢƠNG UYÊN

15139146

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2018


Seminar kỹ thuật nhiên liệu sinh học

GVHD: PGS.TS Trương Vĩnh

MỤC LỤC
I. Tổng quan về nhiên liệu sinh học ..................................................................................... 7
1. Khái niệm ...................................................................................................................... 7
2. Ưu điểm ......................................................................................................................... 7
3. Nhược điểm ................................................................................................................... 7
4. Các giai đoạn phát triển của nhiên liệu sinh học........................................................... 8
5. Phân loại ...................................................................................................................... 10
5.1 Diesel sinh học (Biodiesel) .................................................................................... 10
5.1.1 Diesel sinh học là gì?....................................................................................... 10
5.1.2 Nguyên liệu sản xuất ....................................................................................... 11
5.2 Xăng sinh học (Biogasoline) ................................................................................. 11
5.2.1 Xăng sinh học (Biogasoline) là gì? ................................................................. 11
5.2.2 Quy trình sản xuất xăng sinh học .................................................................... 12
5.2.3 Xăng sinh học E5 ............................................................................................ 12
5.2.3.1 Giới thiệu về xăng E5 ............................................................................... 12
5.2.3.2 Ưu điểm và đặc tính kỹ thuật .................................................................... 13
5.2.3.3 Hạn chế ..................................................................................................... 13
5.3 Khí sinh học (Biogas) ............................................................................................ 13
5.3.1 Khái niệm ........................................................................................................ 13
5.3.2 Lợi ích của khí sinh học ................................................................................. 14
6. Khả năng phát triển của nhiên liệu sinh học ............................................................... 14
7. Nhiên liệu sinh học tại Việt Nam ................................................................................ 15
II. Chỉ số octane và cetane .................................................................................................. 16

1. Chỉ số octane ............................................................................................................... 16
1.2 Tại sao cần trị số Octan? ........................................................................................ 16
1.3 Cách tính trị số Octan ............................................................................................ 17
1.4 Các loại trị số Octan .............................................................................................. 17
1.5 Các cách để tăng chỉ số octan ................................................................................ 18
1.5.1 Phụ gia tăng chỉ số Octan ................................................................................ 18
1.5.2 Thành phần, tính chất và chức năng của một số loại phụ gia tăng trị số octan
cho xăng ................................................................................................................... 20
1.5.2.1 Phụ gia PT – 10515 G ............................................................................... 20
Phương pháp và thiết bị đo chỉ số octane và cetane

Trang 2


Seminar kỹ thuật nhiên liệu sinh học

GVHD: PGS.TS Trương Vĩnh

1.5.2.2 Phụ gia MMT - Hợp chất chứa Mangan ................................................... 21
1.5.2.3 Phụ gia Sunazocene – Hợp chất chứa sắt ................................................. 22
2. Chỉ số Cetane .............................................................................................................. 23
2.1 Giới thiệu trị số Cetane .......................................................................................... 23
2.2 Trị số cetane ........................................................................................................... 24
2.3 Phụ gia cải thiện trị số cetane ................................................................................ 24
III. Phương pháp đo chỉ số Octane và Cetane .................................................................... 26
1. Chỉ số octane (Octane number – ON) ......................................................................... 26
2. Chỉ số cetane (Cetane index - CI) ............................................................................... 27
2.1 Cetane Engine ........................................................................................................ 27
2.2 Ignition Quality Tester ........................................................................................... 27
2.3 Near Infra – Red (NIR) Analyzer .......................................................................... 28

2.4 Cetane Indices ........................................................................................................ 28
IV. Một vài thiết bị đo chỉ số Octane - Cetane ................................................................... 29
1. Thiết bị phân tích chỉ số Octane - Cetane lưu động .................................................... 29
Model: ZX-101XL ....................................................................................................... 29
Hãng sản xuất: Zeltex – USA ...................................................................................... 29
1.1 Đặc điểm ................................................................................................................ 30
1.2 Thông số kỹ thuật .................................................................................................. 31
1.2.1 Thông số hệ thống ........................................................................................... 31
1.2.2 Thông số quang học ........................................................................................ 32
1.2.3 Thông tin về mẫu ............................................................................................. 32
1.2.4 Kích thước và trọng lượng .............................................................................. 32
1.2.5 Nguồn điện ...................................................................................................... 32
2. Thiết bị đo chỉ số octan cầm tay - Koehler K88600 ................................................... 33
2.1 Đặc điểm ................................................................................................................ 33
2.2 Thông số kỹ thuật .................................................................................................. 33
3. Máy đo chỉ số octane/cetane SX-200 .......................................................................... 34
3.1 Khả năng ................................................................................................................ 34
3.2 Phạm vi sử dụng .................................................................................................... 35
3.3 Mô tả thông số ....................................................................................................... 35
V. Tiềm năng và khó khăn của ngành nhiên liệu sinh học Việt Nam ................................ 37
Phương pháp và thiết bị đo chỉ số octane và cetane

Trang 3


Seminar kỹ thuật nhiên liệu sinh học

GVHD: PGS.TS Trương Vĩnh

1. Tình hình chung .......................................................................................................... 37

2. Tiềm năng sản xuất nhiên liệu sinh học ở Việt Nam .................................................. 39
2.1 Tiềm năng nguồn nguyên liệu cho sản xuất cồn nhiên liệu................................... 39
2.2 Tiềm năng nguồn nguyên liệu cho sản xuất diesel sinh học từ dầu thực vật ........ 41
2.3 Đánh giá chung về cơ hội và thách thức đối với phát triển nhiên liệu sinh học ở
Việt Nam ...................................................................................................................... 42
2.3.1 Thuận lợi ......................................................................................................... 42
2.3.2 Khó khăn ......................................................................................................... 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................. 45

Phương pháp và thiết bị đo chỉ số octane và cetane

Trang 4


Seminar kỹ thuật nhiên liệu sinh học

GVHD: PGS.TS Trương Vĩnh

DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 1- Quy trình sản xuất năng lượng sinh học từ vi tảo................................................. 10
Hình 2 - Quy trình sản xuất xăng sinh học ......................................................................... 12
Hình 3 - Iso-octan (2,2,4-trimetylpentan) .......................................................................... 16
Hình 4 - Methyl naphthalene .............................................................................................. 23
Hình 5 - n-hexandecane...................................................................................................... 23
Hình 6 -Thiết bị phân tích chỉ số Octane - Cetane lưu động ZX-101XL ............................ 29
Hình 7 - Thiết bị đo chỉ số octan cầm tay - Koehler K88600............................................. 33
Hình 8 - Máy đo chỉ số octane/cetane SX-200 ................................................................... 34

Phương pháp và thiết bị đo chỉ số octane và cetane

Trang 5


Seminar kỹ thuật nhiên liệu sinh học

GVHD: PGS.TS Trương Vĩnh

DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 1 - Các loại phụ gia tăng trị số octan ....................................................................... 19
Bảng 2 - Khả năng tương thích của các hợp chất tăng trị số octan .................................. 19

Phương pháp và thiết bị đo chỉ số octane và cetane

Trang 6


Seminar kỹ thuật nhiên liệu sinh học

GVHD: PGS.TS Trương Vĩnh

I. Tổng quan về nhiên liệu sinh học
1. Khái niệm
Nhiên liệu sinh học (Tiếng Anh: Biofuels) là loại nhiên liệu được hình thành từ
các hợp chất có nguồn gốc động thực vật.
- Chế xuất từ chất béo của động thực vật (mỡ động vật, dầu dừa…)
- Chế xuất từ ngũ cốc (lúa mì, ngô, đậu tương…)
- Chế xuất từ chất thải trong nông nghiệp (rơm, rạ, phân…)
- Chế xuất từ sản phẩm thải trong công nghiệp (mùn cưa, gỗ thải…)
2. Ƣu điểm
Trước kia, nhiên liệu sinh học hoàn toàn không được chú trọng. Hầu như đây

chỉ là một loại nhiên liệu thay thế phụ, tận dụng ở quy mô nhỏ. Tuy nhiên, sau khi xuất
hiện tình trạng khủng hoảng nhiên liệu ở quy mô toàn cầu cũng như ý thức bảo vệ môi
trường lên cao, nhiên liệu sinh học bắt đầu được chú ý phát triển ở quy mô lớn hơn do có
nhiều ưu điểm nổi bật so với các loại nhiên liệu truyền thống (dầu khí, than đá...):
- Thân thiện với môi trường: chúng có nguồn gốc từ thực vật, mà thực vật
trong quá trình sinh trưởng (quang hợp) lại sử dụng điôxít cácbon (là khí gây hiệu ứng nhà
kính - mộthiệu ứng vật lý khiến Trái Đất nóng lên) nên được xem như không góp phần
làm trái đất nóng lên.
- Nguồn nhiên liệu tái sinh: các nhiên liệu này lấy từ hoạt động sản xuất
nông nghiệp và có thể tái sinh. Chúng giúp giảm sự lệ thuộc vào nguồn tài nguyên nhiên
liệu không tái sinh truyền thống.
3. Nhƣợc điểm
Việc sản xuất cồn sinh học từ các nguồn tinh bột hoặc các cây thực phẩm được
cho là không bền vững do ảnh hưởng tới an ninh lương thực. Khả năng sản xuất với quy
mô lớn cũng còn kém do nguồn cung cấp không ổn định vì phụ thuộc vào thời tiết và
nông nghiệp.
Bên cạnh đó, giá thành sản xuất nhiên liệu sinh học vẫn cao hơn nhiều so với
nhiên liệu truyền thống từ đó việc ứng dụng và sử dụng nhiên liệu sinh học vào đời sống
chưa thể phổ biến rộng.

Phương pháp và thiết bị đo chỉ số octane và cetane

Trang 7


Seminar kỹ thuật nhiên liệu sinh học

GVHD: PGS.TS Trương Vĩnh

4. Các giai đoạn phát triển của nhiên liệu sinh học

Giai đoạn nhiên liệu sinh học thế hệ thứ nhất
- Nhiên liệu sinh học thế hệ thứ nhất được tạo ra từ các nguồn nguyên liệu
carbohydrate như gạo, ngô, lúa mạch, lúa mỳ, củ cải đường...; các loại hạt có dầu như dầu
cọ, đậu tương, dầu hạt cải... hoặc từ mỡ động vật.
- Các loại nhiên liệu sinh học thế hệ thứ nhất bao gồm: dầu thực vật, diesel
sinh học, ethanol sinh học, khí sinh học (biogas), nhiên liệu sinh học thể rắn, khí đốt tổng
hợp (syngas).
- Nhiên liệu sinh học thế hệ thứ nhất đã được sử dụng từ rất lâu. Sử dụng
nguồn nhiên liệu sinh học thế hệ thứ nhất tuy làm giảm đáng kể khí CO2 phát thải so với
nhiên liệu hóa thạch, nhưng không thực sự phát triển bền vững vì nguyên liệu được sử
dụng thường là một phần nguồn thức ăn cho người và động vật nuôi. Gia tăng sử dụng
nguồn nguyên liệu nêu trên sẽ làm gia tăng giá cả các loại cây trồng này và bất ổn lương
thực, quỹ đất trồng cho các loại cây lương thực bị cạnh tranh gây ảnh hưởng đến an ninh
lượng thực của mọi quốc gia.
- Chính vì vậy, cần phải tìm kiếm các loại nhiên liệu thay thế đảm bảo an
ninh lương thực và năng lượng quốc gia cũng như cải tiến hơn về mặt công nghệ đã được
đặt ra. Chính vì vậy nhiên liệu sinh học thế hệ thứ hai đã ra đời.
Giai đoạn nhiên liệu sinh học thế hệ thứ hai
- Nhiên liệu sinh học thế hệ thứ hai ra đời nhằm hạn chế những nhược điểm
của nhiên liệu sinh học thế hệ thứ nhất, sử dụng các nguồn nguyên liệu phế thải của nông
nghiệp hay các cây nguyên liệu được trồng trên đất bạc màu, bỏ hoang (nhiên liệu sinh
học được sản xuất từ cellulose), ví dụ như cỏ switchgrass, cây cọc rào (Jatropha)… (Naik
và cs., 2010).
- Mặc dù nguyên liệu thô cho sản xuất nhiên liệu sinh học thế hệ 2 rất phong
phú, sẵn có tùy thuộc ở từng địa phương, nhưng việc sản xuất nhiên liệu sinh học từ
nguyên liệu này vẫn chưa thực sự có hiệu quả kinh tế do chi phí để chuyển hóa cellolose
thành đường đắt hơn so với chi phí chuyển tinh bột thành đường.

Phương pháp và thiết bị đo chỉ số octane và cetane

Trang 8


Seminar kỹ thuật nhiên liệu sinh học

GVHD: PGS.TS Trương Vĩnh

- Nhiên liệu sinh học thế hệ thứ hai về cơ bản có thể không đe dọa đến an
ninh lương thực của thế giới, nhưng nó sẽ là nguyên nhân làm nảy sinh một loạt các vấn
đề rất quan trọng khác như: gây ô nhiễm và cạn kiệt nguồn tài nguyên nước, giảm diện
tích rừng, nguy cơ từ sự độc canh... Nếu chúng ta giải quyết các vấn đề này không thỏa
đáng thì sẽ làm nảy sinh nhiều vấn đề bất cập khác.
- Chính vì vậy, nhiên liệu sinh học thế hệ thứ 3 đã ra đời, được cho là có thể
giải quyết được hầu hết các vấn đề đang tồn tại.
Giai đoạn nhiên liệu sinh học thế hệ thứ ba
- Có thể nói nhiên liệu sinh học từ tảo chính là nhiên liệu sinh học thế hệ thứ
3.
- Việc dùng tảo để sản xuất nhiên liệu sinh học thay thế dầu mỏ giống như
một mũi tên bắn trúng hai đích: vừa tạo ra năng lượng vừa góp phần làm sạch môi trường.
Mỗi tế bào tảo là một nhà máy sinh học nhỏ, sử dụng quá trình quang hợp để chuyển hóa
CO2 và ánh sáng mặt trời thành năng lượng dự trữ trong tế bào và tạo ra các sản phẩm thứ
cấp có giá trị cao. Hoạt động chuyển đổi của chúng hiệu quả đến mức sinh khối có thể
tăng gấp nhiều lần trong một ngày.
- Ngoài ra, trong quá trình quang hợp, tảo còn sản xuất ra dầu ngay trong tế
bào của chúng. Trên cùng một đơn vị diện tích, lượng dầu mà tảo tạo ra nhiều gấp 30 lần
lượng dầu từ đậu nành. Đồng thời tảo có thể tăng khả năng sản xuất dầu bằng cách bổ
sung khí CO2 trong quá trình nuôi trồng chúng hoặc sử dụng các môi trường giàu chất
hữu cơ (như nước thải) để nuôi trồng. Điều này vừa tạo ra nhiên liệu sinh học, vừa làm
giảm lượng CO2 cũng như làm sạch môi trường.

Phương pháp và thiết bị đo chỉ số octane và cetane

Trang 9


Seminar kỹ thuật nhiên liệu sinh học

GVHD: PGS.TS Trương Vĩnh

Hình 1- Quy trình sản xuất năng lượng sinh học từ vi tảo
- Tuy nhiên, trở ngại lớn nhất hiện nay đối với nhiên liệu sinh học thế hệ thứ
ba là vấn đề về công nghệ sản xuất sinh khối tảo có hàm lượng lipid và dầu cao với giá
thành rẻ, cạnh tranh được với các nguồn nguyên liệu truyền thống khác cũng như giá
thành của việc chiết xuất dầu từ sinh khối tảo... Hiện nay, việc sản xuất dầu tảo vẫn có giá
thành cao hơn nhiều so với sản xuất nhiên liệu diesel từ dầu mỏ.
5. Phân loại
Nhiên liệu sinh học có thể được phân loại thành các nhóm chính như sau:
5.1 Diesel sinh học (Biodiesel)
5.1.1 Diesel sinh học là gì?
Diesel sinh học là một loại nhiên liệu lỏng có tính năng tương tự và có thể sử
dụng thay thế cho loại dầu diesel truyền thống. Biodiesel được điều chế bằng cách dẫn
xuất từ một số loại dầu mỡ sinh học (dầu thực vật, mỡ động vật), thường được thực hiện
thông qua quá trình transester hóa bằng cách cho phản ứng với các loại rượu phổ biến
nhất là methanol.

Phương pháp và thiết bị đo chỉ số octane và cetane

Trang 10

Seminar kỹ thuật nhiên liệu sinh học

GVHD: PGS.TS Trương Vĩnh

5.1.2 Nguyên liệu sản xuất
Với điều kiện ở châu Âu thì cây cải dầu (Brassica napus) với lượng dầu từ
40% đến 50% là cây thích hợp để dùng làm nguyên liệu sản xuất diesel sinh học. Dầu
được ép ra từ cây cải dầu, phần còn lại được dùng trong công nghiệp sản xuất thức ăn cho
gia súc. Trong một phản ứng hóa học đơn giản giữa dầu cải và mêtanol có sự hiện diện
của một chất xúc tác, glyxêrin và mêtanol trao đổi vị trí cho nhau, tạo thành methyl este
của axít béo và glyxêrin.
Ưu và nhược điểm đối với môi trường:
- Quy trình sản xuất không có chất thải vì tất cả các sản phẩm phụ đều có
thể được tiếp tục sử dụng. Bã cây cải dầu được dùng làm thức ăn gia súc và glyxêrin có
thể được tiếp tục dùng trong công nghiệp hóa (thí dụ như trong mỹ phẩm).
- Thế nhưng cây cải dầu phải được trồng luân canh, tức là chỉ có thể trồng
cây cải dầu trên cùng một cánh đồng từ 3 đến 5 năm một lần. Vì nguyên nhân này mà việc
tiếp tục tăng sản xuất cải dầu là một việc khó khăn.
- Một hạn chế khác là diện tích canh tác. Hiện nay (2006) ở Đức có hơn 1,2
triệu hecta, tức 1/10 diện tích canh tác nông nghiệp, được dùng để trồng cây cải dầu. Theo
nhiều chuyên gia, việc mở rộng diện tích canh tác lên khoảng 1,5 triệu hecta là điều
không thể. Do đó, tối đa nước Đức chỉ có thể sản xuất được vào khoảng 2 triệu tấn diesel
sinh học. Trong khi đó nhu cầu dầu mỏ hiện nay của nước Đức là vào khoảng 130 triệu
tấn hằng năm.
- Ngoài ra, việc sản xuất diesel sinh học từ cây cải dầu cần dùng rất nhiều
năng lượng cho phân bón và xử lý tiếp theo và vì thế tiêu hủy một phần lớn tiềm năng tiết
kiệm năng lượng.
5.2 Xăng sinh học (Biogasoline)
5.2.1 Xăng sinh học (Biogasoline) là gì?
Xăng sinh học (Biogasoline) là một loại nhiên liệu lỏng, trong đó có sử dụng

ethanol như là một loại phụ gia nhiên liệu pha trộn vào xăng thay phụ gia chì. Ethanol
được chế biến thông qua quá trình lên men các sản phẩm hữu cơ như tinh bột, xen-lu-lô,
lignocellulose. Ethanol được pha chế với tỷ lệ thích hợp với xăng tạo thành xăng sinh học
có thể thay thế hoàn toàn cho loại xăng truyền thống.
Phương pháp và thiết bị đo chỉ số octane và cetane

Trang 11


Seminar kỹ thuật nhiên liệu sinh học

GVHD: PGS.TS Trương Vĩnh

5.2.2 Quy trình sản xuất xăng sinh học

Hình 2 - Quy trình sản xuất xăng sinh học
5.2.3 Xăng sinh học E5
5.2.3.1 Giới thiệu về xăng E5
Xăng sinh học E5 là nhiên liệu chứa 5% là nhiên liệu sinh học, 95% còn lại
là xăng Ron A92 truyền thống.
Để đảm bảo chất lượng sản phẩm, xăng E5 được kiểm soát chặt chẽ từ khâu
nhập nguyên liệu, pha chế, tồn chứa, vận chuyển đến khâu phân phối tại các cửa hàng
xăng dầu.
Xăng E5 đáp ứng Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8063:2009 và các tiêu chuẩn
quốc tế liên quan.

Phương pháp và thiết bị đo chỉ số octane và cetane

Trang 12

Seminar kỹ thuật nhiên liệu sinh học

GVHD: PGS.TS Trương Vĩnh

5.2.3.2 Ƣu điểm và đặc tính kỹ thuật
Xăng E5 RON 92 thích hợp với tất cả các loại phương tiện sử dụng động cơ
chạy bằng xăng.
Sử dụng xăng E5 làm tăng khả năng chống kích nổ của động cơ, giúp quá trình
cháy tỏng động cơ triệt để, do đó tăng công suất, tăng tuổi thọ động cơ, giảm khí thải
CO2, SO2, SO3.
Quá trình sử dụng rất thuận tiện, không cần phải điều chỉnh hay thay thế bất kỳ
thiết bị nào của động cơ.
Đặc biệt, có thể thay thế xăng truyền thống bằng xăng E5 RON 92 tại bất kỳ
thời điểm nào, trộn lẫn với xăng còn lại trong bình nhiên liệu theo bất kỳ tỷ lệ nào, và
ngược lại mà không gây ảnh hưởng đến hoạt động của động cơ.
5.2.3.3 Hạn chế
Việc sản xuất được cho là không bền vững do ảnh hưởng tới an ninh lương
thực.
Nguồn cung cấp không ổn định vì phụ thuộc vào thời tiết và nông nghiệp.
Giá thành sản xuất cao.
Nhiều người còn quan ngại vì tính hút nước và dễ bị oxy hóa của Ethanol có
thể làm hư hại buồng đốt nhiên liệu của động cơ.
5.3 Khí sinh học (Biogas)
5.3.1 Khái niệm
Biogas còn gọi là khí sinh học là một hỗn hợp khí được sản sinh từ sự phân
hủy những hợp chất hữu cơ dưới tác dụng của vi khuẩn trong môi trường yếm khí.
Khí sinh học là quá trình phân giải các chất hữu cơ trong môi trường không
có ô xy được gọi là phân giải yếm khí, quá trình phân giải này sinh ra một hỗn hợp khí
gọi là khí sinh học. Khí sinh học là một hỗn hợp các chất khí gồm khí mêtan, dioxit

cacbon và một phần nhỏ các khí khác như hydro, monoxit cacbon, nitơ… Khí sinh học
tự nhiên có hàm lượng mêtan cao hơn 70%. Khí sinh học còn được gọi là khí đầm lầy,
khí bãi rác…, khi được tinh lọc để có hàm lượng mê tan cao hơn 95% và nén trong
bình thì gọi là khí sinh học nén tinh lọc.

Phương pháp và thiết bị đo chỉ số octane và cetane

Trang 13


Seminar kỹ thuật nhiên liệu sinh học

GVHD: PGS.TS Trương Vĩnh

5.3.2 Lợi ích của khí sinh học
Phân tích thực tế, các chuyên gia đã nhận định khí sinh học đem lại những
lợi ích thiết thực cho người sử dụng. Cụ thể như:
Tạo nguồn khí đốt sử dụng để đun nấu tiện lợi và sạch sẽ.
Sử dụng khí sinh học để thắp sáng.
Sử dụng khí sinh học để chạy máy phát điện.
Dùng nước xả và phân từ hầm khí sinh học làm phân hữu cơ cho cây
trồng.
Nước xả từ hầm khí sinh học làm thức ăn bổ sung cho cá
Nước xả từ hầm khí sinh học làm thức ăn bổ sung cho lợn.
Đồng thời, hầm khí biogas còn giúp bảo vệ môi trường, tạo cảnh quan
sạch sẽ.
6. Khả năng phát triển của nhiên liệu sinh học
Tại thời điểm hiện tại (2010), công nghệ sản xuất cồn sinh học từ các nguồn
lignocellulose chưa đạt được hiệu suất cao và giá thành còn cao. Theo ước tính trong sau
khoảng 7-10 năm, công nghệ này sẽ được hoàn thiện và đáp ứng được nhu cầu sản xuất

và thương mại. Bên cạnh đó, khi nguồn nhiên liệu truyền thống cạn kiệt, nhiên liệu sinh
học có khả năng là ứng cử viên thay thế.

Phương pháp và thiết bị đo chỉ số octane và cetane

Trang 14


Seminar kỹ thuật nhiên liệu sinh học

GVHD: PGS.TS Trương Vĩnh

7. Nhiên liệu sinh học tại Việt Nam
Khí sinh học được áp dụng ở nhiều miền quê, bằng cách ủ phân để lấy khí đốt.
Trên thực tế, xăng sinh học E5 đã được lưu hành trên thị trường trong nước từ năm 2010.
Từ năm 2011, Việt Nam có chính sách sử dụng xăng sinh học E5 (gồm hàm
lượng Ethanol khan 5% (nồng độ cồn 99,5%) và 95% xăng A92) làm nguyên liệu thay thế
cho xăng A92 truyền thống. Tuy nhiên, nhiều người còn lo ngại vì tính hút nước và dễ
bị oxy hóa của Ethanol có thể làm hư hại buồng đốt nhiên liệu của động cơ.
Để giải đáp nghi ngại này thì một số chuyên gia cho rằng: Do ethanol có trị số
Octan cao tới 109 nên khi pha vào xăng sẽ làm tăng trị số Octane (tăng khả năng chống
kích nổ của nhiên liệu). Thêm vào đó, với hàm lượng ôxy cao hơn xăng thông dụng, giúp
quá trình cháy trong động cơ diễn ra triệt để hơn, tăng công suất, giảm tiêu hao nhiên liệu,
đồng thời giảm thiểu phát thải các chất độc hại trong khí thải động cơ. Đó là lý do vì sao
nhiên liệu xăng sinh học được coi là nhiên liệu của tương lai, được cả thế giới quan tâm.
Cần lưu ý là nếu sử dụng nhiên liệu xăng có hàm lượng ethanol cao có thể gây
ảnh hưởng đến một số chi tiết kim loại, cao su, nhựa, polymer của động cơ. Tuy nhiên,
với hàm lượng 5% ethanol trong E5 thì các ảnh hưởng này không xảy ra. Việc sử dụng
xăng E5 giúp cải thiện tính năng động cơ, giảm phát thải, mang lại lợi ích cho người tiêu
dùng và xã hội. Quá trình sử dụng E5 rất thuận tiện, không cần phải điều chỉnh động cơ

khi chuyển đổi giữa nhiên liệu E5 và xăng thông thường.
Không đổ xăng E5 vào bình chứa xăng khi không sử dụng xe trong thời gian từ
3 tháng trở lên. Với điều kiện độ ẩm cao của Việt Nam, nước trong không khí rất dễ hấp
thụ vào xăng, có thể gây ra hiện tượng phân lớp trong xăng, khiến xăng giảm chất lượng,
gây hỏng hóc động cơ.

Phương pháp và thiết bị đo chỉ số octane và cetane

Trang 15


Seminar kỹ thuật nhiên liệu sinh học

GVHD: PGS.TS Trương Vĩnh

II. Chỉ số octane và cetane
1. Chỉ số octane
1.1 Định nghĩa trị số Octane (Octane Number)
Trị số octan (Octane Number) là một đại lượng quy ước đặc trưng cho tính
chống kích nổ của nhiên liệu. Trị số này được đo bằng % thể tích của iso-octan (2,2,4trimetylpentan) có trong hỗn hợp của nó với n-heptan và có khả năng chống kích nổ
tương đương khả năng chống kích nổ của nhiên liệu thí nghiệm ở điều kiện chuẩn.

Hình 3 - Iso-octan (2,2,4-trimetylpentan)
Công thức: C8H18
Điểm sôi: 99°C
Khối lượng phân tử: 114,22 g/mol
Mật độ: 690 kg/m³
CID PubChem: 10907
1.2 Tại sao cần trị số Octan?
Khả năng xăng được đốt cháy hoàn hảo trong buồng đốt của động cơ mà

không gây nổ, làm hỏng động cơ đã trở thành một yếu tố hết sức quan trọng trong việc
đánh giá và phân loại xăng. Từ năm 1920, khi chất lượng xăng tốt hơn, đồng nghĩa với
việc chúng sinh công nhiều hơn, nhiều động cơ đã bị hư hại do xăng phát nổ trong buồng
đốt. Nhất là những động cơ có tỉ số nén cao. Các thí nghiệm thời đó đã chỉ ra rằng những
vụ nổ lớn, gây hại nhiều nhất đều do xăng heptane trong khi xăng iso-octan thường không
gây nổ trong buồng đốt.
Chính điều này đã dẫn đến việc người ta quy định trị số octan như một một
thông số định lượng xác định tính chất chống kích nổ của xăng.

Phương pháp và thiết bị đo chỉ số octane và cetane

Trang 16


Seminar kỹ thuật nhiên liệu sinh học

GVHD: PGS.TS Trương Vĩnh

Để đơn giản, có thể hiểu rằng trong động cơ xăng có hiện tượng cháy không
bình thường gọi là hiện tượng cháy kích nổ (do hiện tượng tự cháy của xăng mà không
phải do bugi bật tia lửa điện). Thành phần của xăng gồm nhiều hydrocacbon no nhưng có
dạng mạch nhánh và cacbuahydro thơm là các kết cấu bền vững. Xăng có cấu trúc càng
bền vững thi tính tự cháy càng kém, do đó khó xảy ra kích nổ và ngược lại. Để đánh giá
tính chống kích nổ của xăng, người ta dùng một thông số gọi là trị số OCTAN.
1.3 Cách tính trị số Octan
Trị số Octan được tính theo thỉ lệ phần trăm lượng xăng iso-octan trong toàn
bộ hỗn hợp xăng giữa xăng iso-octan và xăng heptane. Những nghiên cứu thời đó đã chỉ
ra rằng với tỉ lệ 90% xăng iso-octan và 10% xăng heptane, động cơ làm việc với hiệu suất
tương đương với các loại xăng sử dụng cùng thời kì. Do đó, người ta đưa ra tỉ lệ octan là
90.

1.4 Các loại trị số Octan
Có 2 phương pháp đã được ASTM (American Society for Testing Materials Hiệp hội thử nghiệm vật liệu Hoa Kỳ) đề nghị sử dụng, dần trở nên thông dụng và cuối
cùng các nhà kiểm định chất lượng đã thống nhất sử dụng để đo chỉ số Octan tiêu chuẩn
mang tính toàn cầu đó là:
- Chỉ số Octan nghiên cứu: RON (Research Octane Number)
- Chỉ số Octan động cơ: MON (Motor Octane Number)
Chỉ số RON được tính khi cho động cơ hoạt động ở điều kiện nhẹ, nhiệt độ
49oC (120oF) và động cơ quay 600 vòng/ phút. Trong khi đó, chỉ số MON được tính ở
điều kiện khắc nghiệt hơn rất nhiều, nhiệt độ hoạt động là 149oC(300oF) và tốc độ quay
của động cơ là 900 vòng/phút. Sau nhiều năm tính toán, chỉ số RON được công nhận là
chỉ số có tính chính xác cao hơn khi xác định tới hiệu năng làm việc của động cơ và
thường được dùng đơn lẻ khi nhắc tới chỉ số chống kích nổ của xăng.
Khi xăng không chì được phát triển, và động cơ có nhiều cải tiến, thay đổi về
mặt thiết kế, người ta phát hiện ra rằng chỉ số MON hạn chế hiệu năng làm việc thực tế
của động cơ. Và người ta phát triển một chỉ số mới bằng giá trị trung bình của chỉ số
Phương pháp và thiết bị đo chỉ số octane và cetane

Trang 17


Seminar kỹ thuật nhiên liệu sinh học

GVHD: PGS.TS Trương Vĩnh

RON và MON để phân loại chất lượng xăng.Thông thường, các phương tiện giao thông
sử dụng xăng có giá trị octane trung bình cộng của RON và MON từ 87-100.
1.5 Các cách để tăng chỉ số octan
1.5.1 Phụ gia tăng chỉ số Octan
Phụ gia có chứa hợp chất oxygenat:
- Methanol

- Ethanol
- Isopropyl alcohol
- n-butanol
- Gasoline grade t-butanol
- Methyl tert butyl ether
- Tertiary amyl methyl ether
- Tertiary hexyl methyl ether
- Ethyl tertiary butyl ether
- Tertiary amyl butyl ether
- Diisopropyl ether
Phụ gia chứa hợp chất thơm, amin thơm:
- Butylated hydroxytoluene (BHT)
- 2,4-Dimethyl-6-tert-butylphenol
- 2,6-Di-tert-butylphenol (2,6-DTBP)
- p-Phenylenediamine
- Ethylene diamine

Phương pháp và thiết bị đo chỉ số octane và cetane

Trang 18


GVHD: PGS.TS Trương Vĩnh

Seminar kỹ thuật nhiên liệu sinh học
Phụ gia có chứa hợp chất kim loại.
Chất

Giới hạn trong

Khả năng tăng

phụ gia

xăng

trị số octan

1-1.3% thể tích

6

Hợp chất
thơm amin
Hợp chất

6% thể tích nếu
có xúc tác
30mg Fe/lit

chứa sắt

Nguyên nhân của việc hạn chế
Tạo nhựa trong động cơ và các bộ

18

phận đốt nhiên liệu

1-2

Làm tăng sự mài mòn và hư hỏng ở bộ
phận đánh lửa và trong buồng đốt

Hợp chất
chứa mangan

18mg Mn/lit

chính.

2-3

Bảng 1 - Các loại phụ gia tăng trị số octan
Các loại phụ gia tăng trị số octan khi pha chế vào xăng có một số hiệu ứng tác
động khácnhau đối với các thành phần của xăng cũng như với các loại phụ gia khác. Bảng
2 cho biết khả năng tương thích của các hợp chất tăng trị số octan trong xăng.
Hợp chất tăng trị số octan

Chì

Chì

Sắt

Mangan

Amin

Oxygenate

-

-

+

+

-

+

-

+

0

Sắt

-

Mangan

-

-

Amin

+

+

+

Oxygenate

+

-

0

Ghi chú

+
+

+: cộng hưởng, - : tương phản, 0: cộng hợp
Bảng 2 - Khả năng tương thích của các hợp chất tăng trị số octan

Phương pháp và thiết bị đo chỉ số octane và cetane

Trang 19


Seminar kỹ thuật nhiên liệu sinh học

GVHD: PGS.TS Trương Vĩnh

1.5.2 Thành phần, tính chất và chức năng của một số loại phụ gia tăng trị số
octan cho xăng
Hợp chất amin thơm :Trong các hợp chất thơm amine thì N-methylaniline
được sử dụng rộng rãi nhất vì hợpchất này có thể tăng trị số octan nhiều nhất với hiệu ứng
tạo nhựa thấp nhất. Thành phần , tínhchất và chức năng của một loại phụ gia thông dụng
đặc trưng cho nhóm hợp chất amin được trình bày dưới đây.
1.5.2.1 Phụ gia PT – 10515 G
Thành phần:
- Hợp chất thơm amine N- methyl aniline ( C6H5-NH-CH3)
- Xúc tác độc quyền giúp đốt cháy hoàn toàn nguyên liệu
Tính chất:
- Chất lỏng màu vàng xanh đến nâu tía khi tiếp xúc với không khí
- Điểm sôi: 960C
- Điểm chảy: - 570C
- Điểm chớp cháy cốc kín: 790C
- Tỉ trọng: 0.989 –Nồng độ sử dụng tối đa 6% thể tích . Được cơ quan bảo
vệ Mỹ EPA cho phép sử dụng ở Mỹ.
- Khả năng tăng Ron: khoảng 20 điểm tùy vào thành phần và trị trí octan của
xăng gốc.
Chức năng của phụ gia:
- Tăng trị số octan của tất cả các loại xăng.
- Tạo độ ổn định cho xăng.
- Làm giảm bớt hoặc loại trừ các tạp chất trong xăng.
- Có thể sử dụng thay thế chì.
- Cải thiện độ cháy.
- Loại trừ và ngăn chặn các loại cặn carbon.
- Giảm hoặc hạn chế lượng hydrocarbon, NOx, SO2 thải ra.

Phương pháp và thiết bị đo chỉ số octane và cetane

Trang 20


Seminar kỹ thuật nhiên liệu sinh học

GVHD: PGS.TS Trương Vĩnh

1.5.2.2 Phụ gia MMT - Hợp chất chứa Mangan
Một trong số những hợp chất chứa Mangan được sử dụng phổ biến để làm phụ
gia tăng trị số octan cho xăng là Methylcyclopentadienyl Manganese Tricarbonyl (MMT).
MMT đượcdùng để tăng trị số octan cho xăng không chì ở Mỹ và Canada từ năm 1977
[18,19]. Năm 1995, Tổ chức bảo vệ môi trường của Mỹ EPA cho phép sử dụng MMT
trong xăng không chì. Năm 2000, Tổ chức bảo vệ môi trường Trung Quốc cho phép sử
dụng MMT trong xăng không chì .Hiện nay, có trên 150 nhà máy ở 45 quốc gia trên thế
giới sử dụng MMT [18,19] .Tại Việt Nam, các công ty TNHH một thành viên Dầu khí
Tp. Hồ Chí Minh và Công tychế biến và Kinh doanh dầu PDC cũng đang sử dụng MMT
để pha xăng . MMT được chào bántại Việt Nam thông qua Daryar International Corp và
công ty TNHH C&S. MMT còn đáp ứng những tiêu chuẩn Euro III, Euro IV về khí thải.
Một số đặc điểm về thành phần và tính chất của phụ gia MMT được trình bày dưới đây:
Thành phần và tính chất của MMT:
- Công thức hóa học: C6H7Mn(CO)3
- Chất lỏng cơ kim chứa 24.4% Mangan
- Nhiệt độ đông đặc: -10C
- Khối lượng riêng: 1.38 g/ml tại 200C
- Điểm sôi: 2320C tại 760 mmHg
- Điểm chớp cháy cốn kín: 820C
- Áp suất bay hơi: -0.05 mmHg tại 200C
- Ổn định tại nhiệt độ cao.

- Không tan trong nước.
So sánh với tetraethyl chì và một số phụ gia kim loại tăng trị số octan khác thì
MMT có những ưu điểm như:
- Sử dụng hàm lượng thấp.
- Phân tán tốt trong các loại xăng và không tăng độc tính của xăng.
- Thích hợp với các động cơ đời cũ và mới.
- Giảm việc thải ra các chất độc hại như CO, NOx, HC
- Không ảnh hưởng lên bộ chuyển đổi xúc tác.

Phương pháp và thiết bị đo chỉ số octane và cetane

Trang 21


Seminar kỹ thuật nhiên liệu sinh học

GVHD: PGS.TS Trương Vĩnh

Nhược điểm lớn nhất của MMT là rất nhạy với ánh sáng. Khi có mặt ánh sáng
MMT phân hủy và tạo thành cặn lắng xuống.
Hiệu ứng tăng trị số octan của MMT đối với các loại xăng như sau:
- Parafin > Olefins > Aromatics
- Xăng gốc có trị số octan thấp > Xăng gốc có trị số octan cao
- RON > MON
- Xăng không chì > Xăng chì.
1.5.2.3 Phụ gia Sunazocene – Hợp chất chứa sắt
Hợp chất chứa sắt sản xuất theo 3 cấp độ tinh khiết là 98% 99% và 99,9% với
giá cả cách biệt nhau nhiều lần. Octel Corporation chào bán hợp chất chứa ferrocene
99,9% hiệu PLUTOcen dạng viên nén ở VIệt Nam thông qua công ty kinh doanh hóa chất
J-J Degussa.Công ty Sila Chemicals (Dailian) Limited của Trung Quốc bán hợp chất

ferrocene hiệuSunazocene.
Các hợp chất chứa sắt không độc hại nhưng ở nồng độ cao có thể tạo oxyt sắt ở
bộ phận đánh lửa gây ăn mòn động cơ. Do đó, nồng độ phụ gia trong xăng bị giới hạn ở
mức 30 mgferocene/l xăng (khoảng 9 mg Fe/l xăng) ở Canada và các nước Châu Âu và
37 mg Fe/l xăng ở Nga. Hiện tại chưa có giới hạn nồng độ sắt trong xăng ở Việt Nam.
Thành phần tính chất và đặc tính sử dụng của Sunazocene
- Công thức hóa học: (C5H5)2Fe
- Độ tinh khiết: 99,5 - 99,9%
- Hàm lượng sắt: 30,02%
- Sử dụng hàm lượng thấp
- Xúc tác khả năng cháy, cải thiện hệ số cháy của nhiên liệu.
- Giảm các chất phát thải ô nhiễm (khói, CO, NOx, hidrocacbon không
cháy).

Phương pháp và thiết bị đo chỉ số octane và cetane

Trang 22


GVHD: PGS.TS Trương Vĩnh

Seminar kỹ thuật nhiên liệu sinh học
2. Chỉ số Cetane
2.1 Giới thiệu trị số Cetane

Trị số Cetane là đơn vị đo quy ước đặc trưng cho tính bốc cháy của nhiên liệu.
Trị số Cetane được đo bằng % thể tích hàm lượng n-cetane trong hỗn hợp của
nó với methyl naphthalene ở điều kiện tiêu chuẩn.

Hình 4 - Methyl naphthalene

Hình 5 - n-hexandecane

Theo quy ước, n-cetane và methyl naphthalene có trị số cetane tương ứng là
100 và 0.
Những hydrocarbon có trị số cetane càng cao( 100 = n-alkane, 15= iso-alkane)
thì trị số octane càng thấp (100= iso-alkane, 0= n-alkane).
Trị số octane của n-alkanes giảm khi chiều dài mạch carbon tăng trong khi trị
số cetane sẽ tăng khi chiều dài mạch carbon tăng.
Trị số cetane được xác định theo phương pháp thử ASTM D 613.
Trị số cetane, ngoài ý nghĩa là thước đo chất lượng cháy của nhiên liệu còn ảnh
hưởng đến sự cháy kích nổ.
Yêu cầu của trị số cetane phụ thuộc vào thiết kế, kích thước, đặc điểm của sự
thay đổi tốc độ và tải trọng của động cơ, phụ thuộc vào điểm khởi động, điều kiện khí
quyển.
Sự gia tăng trị số cetane khi vượt quá giá trị thực tế yêu cầu sẽ không cải thiện
được tính năng của động cơ về mặt vật chất.

Phương pháp và thiết bị đo chỉ số octane và cetane

Trang 23


Seminar kỹ thuật nhiên liệu sinh học

GVHD: PGS.TS Trương Vĩnh

2.2 Trị số cetane
Đặc trưng cho khả năng tự bốc cháy của nhiên liệu. Nếu trị số cetane càng cao
thì nhiên liệu càng dễ cháy hơn, thời gian khởi động máy ngắn hơn.

Trị số cetane được đo bằng thiết bị chuyên dụng ( bằng cách so sánh đặc tính
cháy của nó trong một động cơ thử nghiệm với đặc tính cháy của hỗn hợp nhiên liệu
chuẩn đã biết trước trị số cetane dưới điều kiện vận hành tiêu chuẩn).
Trị số cetane từ 40-50 là trị số tối ưu cho động cơ diesel và không phụ thuộc tỉ
số nén. Vì vậy đối với nhiên liệu diezen, trong TCVN quy định CI = 45 min.
2.3 Phụ gia cải thiện trị số cetane
Nhiên liệu là hỗn hợp phối trộn của những đoạn chưng cất và các hydrocarbon
sau khi được cracking.
Các hợp chất hydrocarbon từ quá trình cracking có trị số cetane thấp do chứa
hàm lượng aromatics cao.
Để đạt được trị số cetane theo yêu cầu của hầu hết các loại động cơ, người ta
thường thêm và các hợp chất cải thiện trị số cetane.
Khi thêm 0.5% thể tích chất cải thiện trị số cetane thì trị số cetane có thể tăng
được 10 đơn vị. Chất cải thiện trị số cetane có thể là alkyl nitrates, primary amyl nitrates,
nitrites, or peroxides.
Chất cải thiện chỉ số cetane giúp điều chỉnh sự cháy bên trong động cơ.
Nhiên liệu sẽ bắt lửa sớm và đồng nhất hơn, ngăn cản quá trình cháy sớm và sự
gia tăng áp lực quá nhiều trong chu kì cháy.
Tùy thuộc vào hàm lượng của các thành phần có trị số cetane cao hay thấp
trong nhiên liệu cơ bản, mà thêm vào phụ gia alkyl nitrate để tăng trị số cetane từ 3 đến 5
đơn vị ( tỉ lệ 1:1000).
Đối với nguồn nhiên liệu tự nhiên có trị số cetane cao (chứa chủ yếu là các
parafins), tỷ lệ pha trộn khoảng 1:500 thì trị số cetane có thể tăng lên tối đa là 7 đơn vị.
Hầu hết các chất cải thiện trị số cetane chứa alkyl nitrates có thể phá vỡ dễ
dàng để cung cấp thêm oxy cho quá trình đốt cháy tốt hơn.

Phương pháp và thiết bị đo chỉ số octane và cetane

Trang 24

Seminar kỹ thuật nhiên liệu sinh học

GVHD: PGS.TS Trương Vĩnh

Tuy nhiên, các chất này cũng phá vỡ và oxy hóa nhiên liệu trong bình chứa.
Điều này tạo ra các phần tử hữu cơ, nước, bùn. Tất cả các chất này sẽ làm giảm chất
lượng của nhiên kiệu. Do đó, một số nhiên liệu không còn đáp ứng được nhu cầu tối thiểu
cần có.
Nhiên liệu cháy tốt hơn dẫn đến động cơ khởi động dễ dàng, làm nóng tốt hơn,
chất lượng đánh lửa tốt hơn, khả năng khởi động ở nhiệt độ thấp được cải thiện. Kết quả
là động cơ sẽ hoạt động êm hơn, tiết kiệm nhiên liệu, ít mài mòn, kéo dài tuổi thọ.
 Biodiesel cần có chỉ số cetane cao để đảm bảo quá trình chấy, nếu cao quá
sẽ gây lẵng phí nhiên liệu vì một số thành phần ở nhiệt độ cao trong xăng sẽ phân hủy
thành carbon tự do( còn gọi là mụi than) trước khi cháy, tuy nhiên chỉ số cetane quá thấp
sẽ gây ra hiện tượng kích nổ ( do còn nhiều thành phần khi bị oxy hóa đòi hỏi phải phun
rất nhiều nhiên liệu vào xylanh mới xảy ra quá trình tự cháy, dẫn đến lượng nhiên liệu bị
đốt cháy nhiều hơn so với yêu cầu, nhiệt sinh ra rất lớn gây tăng mạnh áp suất, làm xylanh
dễ bị mòn và động cơ co giật).
 Vì thế, chỉ số cetane là một trong những tiêu chuẩn đã được quy định theo
từng quốc gia cho các nhiên liệu trong đó có Biodiesel. Thông thường, với động cơ diesel
chậm ( dưới 500rpm) chỉ số cetane khoảng 45 đến 50, còn đối với động cơ chạy nhanh(
đến 1000rpm) chỉ cần trên 50.

Phương pháp và thiết bị đo chỉ số octane và cetane

Trang 25