Các sản phẩm dầu mỏ - Xăng động cơ

CÁC SẢN PHẨM DẦU MỎ Xăng động cơ

Thành phầnphần xăngxăng độngđộng cơcơ Thành

 Nhiên liệu dùng cho động cơ xăng nói chung (ôtô, xe

máy, xuồng máy,…) gọi là xăng động cơ.

 Là hỗn hợp của các sản phẩm dầu mỏ có nhiệt độ sôi từ 30 – 220oC gồm nhiều loại hydrocacbon khác nhau từ C4 – C12, kết hợp với một số phụ gia nhằm đảm bảo điều kiện vận hành của động cơ, và điều kiện tồn trữ,…

 Các dạng HC trong xăng: paraffins, aromatics, olefins.  Chất nền pha xăng trong NMLD đi từ các quá trình: cracking, hóa,

isome

alkyl

hóa,

chưng cất, reforming,…

Thành phầnphần xăngxăng độngđộng cơcơ Thành

 Thành phần hydrocacbon trong xăng

• Họ parafinic: CT chung CnH2n+2, n từ 4-10, tồn tại ở 2 dạng: n-parafin và iso-parafin (mạch nhánh ngắn, chủ yếu là gốc metyl);

• Họ olefin: CT chung CnH2n, được tạo thành từ các quá trình chuyển hóa như cracking, visbreaking, coking,… • Họ naphthenic: CT chung CnH2n, mạch vòng no dạng 5-

6 cạnh không nhánh hoặc có nhánh metyl;

• Họ aromatic: chủ yếu là bezene và các đồng đẳng của

benzene, tạo thành chủ yếu từ quá trình reforming • Hợp chất oxygenate: etanol, MTBE, ETBE,…

PhaPha trộntrộn, , sảnsản xuất

xuất xăngxăng

 Thành phần chất nền pha xăng:

◦ Xăng chưng cất trực tiếp: chỉ số octane thấp từ 54- 65, nên chỉ dùng một phần nhỏ để phối trộn, còn phần chính được phân thành xăng nhẹ (chủ yếu C5, C6) làm nguyên liệu cho quá trình isome hóa và xăng nặng làm nguyên liệu cho quá trình reforming; ◦ Xăng cracking xúc tác: là nguồn xăng lớn nhất trong NMLD. Tùy theo công nghệ, mà trị số octane của xăng thay đổi từ 87-92, hàm lượng olefin từ 9-13%. Xăng có hàm lượng olefin cao có tính ổn định kém;

PhaPha trộntrộn, , sảnsản xuất

xuất xăngxăng

 Thành phần chất nền pha xăng (tt):

Các tính chất đặc trưng

Chất nền pha xăng RON MON Phần cất, oC Tỷ trọng, kg/m3

750-800 95-102 90-97 Reformate 30/180

Alkylate 25/200 700 95 94

Isomerate 40/70 690 80-90 80-90

SR naphtha* 25/90 680 68 58

Butane 0 580 94 90

Xăng cracking 40/110 690 93 80

*SR naphtha: naphtha từ cột chưng cất khí quyển

Nguồn: European Corporation: motor gasoline – sec.751-007

Xăng cracking 110/210 800 91 79

PhaPha trộntrộn, , sảnsản xuất

xuất xăngxăng

 Thành phần chất nền pha xăng (tt):

◦ Xăng từ quá trình reforming (reformate): chứa hàm lượng aromatic cao, nên có trị số octane cao, từ 95- 102. Đây là nguồn nguyên liệu quan trọng để sản xuất xăng chất lượng cao. Tuy nhiên, do các hợp chất aromatic là chất gây ung thư, nên tỉ lệ reformate pha vào xăng cũng bị giới hạn (giới hạn hàm lượng aromatic 40% thể tích);

◦ Xăng từ quá trình isome hóa và alkyl hóa (isomerate và alkylate): chủ yếu là các parafin mạch nhánh, có nhiều nhánh và không có aromatics, chỉ số octane tương đối cao, từ 80-90.

Tỉnh hình nhập khẩu, sản xuất và tiêu thụ xăng trong giai đoạn 2001-2006

3500

75% phương tiện giao thông dùng xăng

3000

2500

Tốc độ tăng trưởng nhu cầu xe cơ giới:

m ă n

/

2000

- ôtô: 7% - xe máy: 15%

n ấ t

1500

n à g N

1000

500

AAGR = 11,9% - giai đoạn 2001 - 2006

0

2001

2002

2003

2004

2005

2006

Chuyển từ A90 sang A92

1929

2309

2514

3237

3096

3304

Tiêu thụ

210

210

340

480

480

480

Sản xuất

1719

2099

2174

2757

2616

2824

Nhập khẩu

Xăng A83 dùng ở các vùng nông thôn

Cơ cấu tiêu thụ xăng các loại

100%

80%

60%

40%

20%

0%

2001

2002

2003

2004

2005

2006

4%

1%

7%

1%

2%

3%

A 95 & 97

45%

48%

48%

57%

72%

79%

A 92

23%

40%

30%

24%

8%

1%

A 90

28%

11%

15%

18%

18%

17%

A 83

Thoâng soá chæ tieâu

Möùc qui ñònh

, min

AN

)RON

S T T O C T

)MON

//9 //7 .0

1 0 9 2 9 5 9 8 1 8 4 2 0 1 3

AÙO C

AÙO

C C C

C

LO

0oC/3 giôø ,max

AÏI 1

B 1 7 0 5 3 1 2 0 9 1 9 0 2 1 5 2 4

1 0 0 5 5

.0 3-7

.2

6 4 8 0 7 5 3 7 8 4 5

9 5

.2

F M

Trò soá Theo phöông phaùp nghieân cöùu ( Theo phöông phaùp moâtô ( Haøm löôïng chì, g/l, max Thaønh phaàn caát phaân ñoaïn Ñieåm soâi ñaàu oC 0% theå tích, o, max 0% theå tích, o, max 0% theå tích, o, max Ñieåm soâi cuoái o, max caën cuoái, % theå tích, max Aên moøn maûnh ñoàng ôû 5 Haøm löôïng nhöïa thöïc teá,mg/ml,max Ñoä oån ñònh oxi hoùa , phuùt, min Haøm löôïng S, %khoái löôïng, max 8 C P Aùp suaát hôi (Reid) ôû . o, ka Haøm löôïng Benzene, % theå tích, max Hydrocacbon thôm, % theå tích, max Olefin, %theå tích, max Haøm löôïng oxy, % khoái löôïng, max Haøm löôïng kim loaïi ( e, n)mg/l, max Ngoaïi quan

Trong, khoâng coù taïp chaát lô löûng

1 0 4 0 1 1 3 8 1 2 7 1 3 5

1 4

PhaPha trộntrộn, , sảnsản xuất

xuất xăngxăng

 Pha trộn xăng trong NMLD Dung Quất:

Sản phẩm dầu mỏ = ∑ các cấu tử khác nhau

Tỉ lệ các cấu tử: Pha trộn sản phẩm từ NMLD Dung Quất

- Tối ưu giá trị sản

phẩm thu được

- Đảm bảo chất lượng

sản phẩm

Có thể sử dụng thêm phu gia:

- Tăng chỉ số octane - Tăng độ ổn định - Pha cồn khan  nhiên liệu sinh học - Pha biodiesel  nhiên liệu sinh học

CácCác tínhtính chất

chất vàvà sửsử dụngdụng

 Xăng dùng làm nhiên liệu cho động cơ xăng;  Động cơ xăng = động cơ đốt trong, cháy cưỡng

bức;

 Quá trình đốt cháy xăng trong động cơ: xăng trộn trong bộ chế hòa khí lẫn với không khí (carburette)  nén trong xilanh đến tỷ số nén định trước  buji đánh lửa đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu và không khí  nhiên liệu cháy và giãn nở sinh công cơ học  chuyển động;

 Xăng cần có tính chất phù hợp với hoạt động của

động cơ.

CácCác tínhtính chất

chất vàvà sửsử dụngdụng

 Áp suất hơi:

◦ Là chỉ tiêu quan trọng nhất của xăng, đảm bảo khả năng

vận hành bình thường của động cơ

◦ Đặc trưng cho khả năng bay hơi của xăng, được đo bằng bình chịu áp tiêu chuẩn theo phương pháp Reid và tiêu chuẩn ASTM D323

◦ Áp suất hơi lớn  tạo nút hơi trong động cơ, gây hao hụt

trong tồn chứa và ô nhiễm môi trường

◦ Áp suất hơi quá thấp  động cơ khó khởi động (thấp hơn 250mmHg thì khả năng khởi động của động cơ xấu đi nghiêm trọng)

CácCác tínhtính chất

chất vàvà sửsử dụngdụng

 Thành phần cất:

◦ Xăng không có nhiệt độ sôi cố định, mà trong khoảng từ

30 – 220 oC.

◦ Tính chất sôi và bay hơi được đánh giá bằng đường cong chưng cất của xăng, thể hiện mối quan hệ giữa nhiệt độ và % chưng cất.

◦ Xác định đường cong chưng cất

theo phương pháp

ASTM D86

CácCác tínhtính chất

chất vàvà sửsử dụngdụng

 Thành phần cất (tt):

◦ Nhiệt độ sôi đầu (IBP): nhiệt độ tại đó giọt lỏng đầu tiên được ngưng tụ và rơi vào ống hứng. Giới hạn sôi đầu (từ IBP đến nhiệt độ sôi 10%) ảnh hưởng đến khả năng khởi động của động cơ và nguy cơ tạo nút hơi. Thường qui định từ 30 – 70oC;

◦ Nhiệt độ sôi cuối: là nhiệt độ cao nhất ghi được khi toàn bộ chất lỏng trong bình chưng cất đã bay hơi hết. Được dùng để đánh giá mức độ tạo cặn trong buồng đốt, mức độ tan lẫn trong dầu bôi trơn, mức độ độc hại của khí xả động cơ.

◦ Khoảng nhiệt độ sôi tương đương với 10 – 90% (T10 và T90) gọi là giới hạn sôi giữa. Nó ảnh hưởng đến hiệu suất động cơ khi chạy trên đường, khả năng tăng tốc sau khi khởi động và hiện tượng chết máy khi dừng giữa đường.

CácCác tínhtính chất

chất vàvà sửsử dụngdụng

 Độ ổn định oxy hóa (chu kỳ cảm ứng của xăng):

◦ Là chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng, đặc trưng cho khả năng

chống lại các biến đổi hóa học của xăng động cơ;

◦ Trong quá trình bảo quản, vận chuyển, tồn trữ và sử dụng, xăng dễ bị oxy hóa bởi oxy không khí và tạo các hợp chất chứa oxy;

◦ Mức độ oxy hóa phụ thuộc và thành phần xăng: hợp chất

olefin, di-olefin dễ bị oxy hóa tạo cặn nhựa

◦ Xăng có độ ổn định oxy hóa thấp: giảm chất lượng xăng

trong quá trình tồn trữ, sử dụng.

CácCác tínhtính chất

chất vàvà sửsử dụngdụng

 Hàm lượng S:

◦ Ảnh hưởng đến khả năng ăn mòn động cơ của xăng; ◦ Khí thải ra có chứa SO2, H2S gây ô nhiễm môi trường.

 Hàm lượng benzene, aromatics:

◦ Có trị số octane cao, nên được dùng nhiều để sản xuất

xăng chất lượng cao;

◦ Tuy nhiên, hàm lượng các chất này cao gây nên trương nở joint cao su, khí thải có benzene độc hại đối với môi trường;

◦ Benzene rất độc đối với cơ thể con người; ◦ Do đó, việc sử dụng bezene, aromatics trong xăng cũng bị

hạn chế.

octane ChỉChỉ sốsố octane

 Sự cháy nhiên liệu trong động cơ:

◦ Cuối giai đoạn nén, bugi đánh lửa để đốt cháy nhiên liệu; ◦ Quá trình cháy diễn ra rất nhanh (15-40 m/s) lan truyền theo

từng lớp, chia không gian xilanh thành 2 phần:  Phía trong ngọn lửa: các sản phẩm đã cháy;  Phía ngoài ngọn lửa: các HC đang bị oxy hóa sâu ở T cao, P cao tạo các chất trung gian không bền (peroxit) và có thể tự bốc cháy khi mặt lửa chưa lan truyền tới

◦ Trạng thái cháy lý tưởng: hỗn hợp nhiên liệu + không khí được đốt cháy bằng ngọn lửa, bề mặt ngọn lửa lan truyền đều qua không gian buồng đốt

◦ Trạng thái cháy kích nổ: các peroxit không bền, khi nồng độ vượt quá nồng độ tới hạn  cháy trước khi ngọn lửa lan đến.

octane ChỉChỉ sốsố octane

 Sự cháy kích nổ:

◦ Sự cháy diễn ra đồng thời trong xilanh khi bugi phát tia lửa điện;

◦ Áp suất

trong xilanh tăng đột ngột, kèm theo hiện tạo sóng xung tượng nổ, kích đập vào xylanh, piston; ◦ Làm máy tổn hao công suất, động cơ quá nóng, tuổi thọ động cơ giảm;

◦ Xu hướng cháy kích nổ của xăng tăng khi động cơ đang sử dụng có tỷ số nén lớn; ◦ Chỉ tiêu chống kích nổ của xăng thể hiện qua chỉ số octane Tr.O.

Hình – biểu đồ áp suất trong động cơ khi cháy kích nổ và bình thường

octane ChỉChỉ sốsố octane

 Chỉ số octane (Tr.O):

◦ Là đơn vị đo quy ước dùng để đặc trưng cho khả năng

chống kích nổ của nhiên liệu;

◦ Được đo bằng % thể tích của iso-octane (có Tr.O = 100) trong hỗn hợp của nó với n-heptan (có Tr.O=0), tương đương với khả năng chống kích nổ của nhiên liệu thử nghiệm ở điều kiện tiêu chuẩn;

◦ Xác định trong động cơ một xylanh CFR (Cooperative Fuel Research), bằng việc so sánh mẫu xăng cần đo với hỗn hợp nhiên liệu chuẩn giữa n-heptan và iso-octan khi sự kích nổ diễn ra ở cùng một tỷ số nén

octane ChỉChỉ sốsố octane

 Phân loại chỉ số octane:

◦ RON (Research Octane Number): Tr.O của xăng khi động cơ

ở điều kiện tốc độ và tải trọng trung bình;

◦ MON (Motor Octane Number): đặc trưng cho điều kiện hoạt động khắc nghiệt hơn, nhiệt độ đầu vào của hỗn hợp cao, tải trọng lơn và động cơ phải trải qua chế độ van tiết lưu mở hết ở tốc độ cao;

◦ Tr.O nghiên cứu theo phân đoạn cất ở 100oC: phân tích khả

năng chống kích nổ của những phần có nhiệt độ sôi thấp

◦ Tr.O trên đường (Road ON): được xác định trong động cơ đang vận hành thực tế trên đường hoặc trên máy động lực kế dạng satxi. Giá trị đo được phụ thuộc vào loại động cơ mà nó xác định

octane ChỉChỉ sốsố octane

 Yếu tố ảnh hưởng đến trị số octane tối thiểu của nhiên

liệu: ◦ Tỷ số nén của động cơ:

Tỉ số nén

RON

Tỉ số nén

RON

5:1

72

9:1

95

6:1

81

10:1

100

7:1

87

11:1

104

8:1

92

12:1

108

◦ Góc đánh lửa sớm: càng lớn  octane yêu cầu càng cao ◦ Tỷ lệ nhiên liệu/không khí: khi thay đổi cao/thấp hơn so với hệ số tỷ lượng  giảm yêu cầu về Tr.O nhưng cũng làm giảm hiệu suất và công suất động cơ

◦ Độ cao: càng lên cao  yêu cầu về Tr.O giảm

octane ChỉChỉ sốsố octane

 Các biện pháp làm tăng chỉ số octane:

◦ Phương pháp hóa học: dùng các quá trình sản xuất thành phần pha xăng có trị số octane cao (reforming, cracking xúc tác, alkyl hóa,…). Phương pháp này được dùng phổ biến;

◦ Dùng phụ gia: phụ gia chì, cơ kim. Các chất này độc hại và gây ô nhiễm môi trường, nên hiện nay gần như bị cấm sử dụng hoặc sử dụng hạn chế;

◦ Dùng cấu tử có trị số octane cao để pha xăng: MTBE, ETBE,

metanol, etanol,…

Phụ gia pha xăng Phụ gia pha xăng

 Phụ gia làm tăng chỉ số octane:

◦ Phụ gia chì:

 Có tác dụng phá hủy các hợp chất trung gian  giảm nồng độ của nó trong không gian phía ngoài ngọn lửa  cháy điều hòa hơn  không cháy kích nổ.

RCH2OOH + PbO2  PbO + RCHO + H2O + ½ O2

 PbO kết tủa bám vào xilanh, ống dẫn làm tắc nhiên liệu 

cho thêm chất làm bay hơi PbO.

 Sản phẩm chì thoát ra môi trường rất độc  bị cấm.

Phụ gia pha xăng Phụ gia pha xăng

 Phụ gia làm tăng chỉ số octane:

◦ Phụ gia oxygenate:

 Có chỉ số octane cao, có thể thay thế thành phần aromatics

trong xăng; Phụ gia

Etanol MTBE ETBE TAME

 Làm giảm khí thải ô nhiễm: tăng 2% oxy làm giảm 16% CO

và 10% hydrocacbon thải ra;

 Nhược điểm: có nhiệt trị cháy thấp, hiệu suất động cơ giảm

so với khi chạy xăng và tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn.

129 118 119 112 RON khi pha

Phụ gia pha xăng Phụ gia pha xăng

 Phụ gia làm tăng chỉ số octane:

◦ Phụ gia oxygenate (tt): ƯU ĐIỂM

LOẠI PHỤ GIA

NHƯỢC ĐIỂM

Metanol

Rẻ Dễ kiếm

- -

-

Etanol

- -

TBA/metanol

- - - - - - - - - - -

MTBE

- - -

Dễ sản xuất từ nguyên liệu nông nghiệp Dễ kiếm Không tạo ra các pha phân cách An toàn Sẵn có Ít hòa tan với nước

Dễ tan trong nước; Làm tăng RPV Làm tăng khả năng cháy nổ Dễ tan trong nước; Làm tăng RPV Làm tăng khả năng cháy nổ Nhiệt độ chảy mềm cao Hòa tan được nước Làm tăng RPV Đắt Tăng khả năng bay hơi của phân đoạn giữa Tạo ra khí độc trong quá trình đốt

-

Phụ gia pha xăng Phụ gia pha xăng

 Phụ gia chống oxy hóa:

◦ Trong xăng có chứa các olefin  dễ bị oxy hóa khi tồn trữ và

tạo nhựa

◦ Phụ gia chống oxy hóa: làm chậm quá trình tạo nhựa của

olefins trong xăng

◦ Phụ gia thường dùng: phenol, hợp chất amine

 Chất tẩy rửa: loại bỏ cặn, bẩn tích tụ trong carburator  Chất chống rỉ:

◦ Xăng có S  có thể tạo môi trường axit gây ăn mòn ◦ Các phụ gia chống rỉ: muối ammon/amin của axit phosphoric,

sulfonic, cacbocilic  Phụ gia biến đổi cặn

 Thành phần xăng gốc:

 Etanol:

◦ Condensate Bạch Hổ hoặc Nam Côn Sơn; ◦ Reformate (RON = 97);

 Pha trộn xăng gốc và etanol, đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng

etanol đến RON, RVP, khả năng tách lớp,

 Thử trên động cơ: so sánh với xăng M92 ở các yếu tố: momen,

công suất, lượng nhiên liệu tiêu hao, suất tiêu hao nhiên liệu, nhiệt độ khí xả. Thử nghiệm ở 2 chế độ: 50% tải và 100% tải.

◦ Tuyệt đối: nồng độ 99,5%; ◦ Etanol công nghiệp: nồng độ 95%

RON: -Etanol làm tăng RON; -Khả năng tăng RON phụ thuộc vào bản chất xăng gốc: xăng gốc có RON càng thấp thì mức độ tăng RON càng lớn; -Nồng độ etanol cao  RON tăng cao, hiệu quả tăng RON giảm; -Etanol tuyệt đối tăng RON cao hơn etanol công nghiệp

lượng etanol pha vào xăng

RVP: -Etanol có RVP thấp hơn xăng gốc; -Khi pha trộn etanol vào xăng gốc thì RVP xăng tăng; -RVP tăng đến cực đại (khi khoảng 2%tt) và không tăng nữa

Độ ổn định: -Xăng và etanol tuyệt đối: hầu như không tách pha, dù ở nhiệt độ rất thấp (-21oC) và nồng độ etanol cao (25%tt) -Xăng và etanol công nghiệp: tách pha ngay ở nhiệt độ cao (60oC, với hàm lượng etanol 5%) -Nguyên nhân: nước -Giải pháp: sử dụng dung môi phụ trợ n-butanol/ter-butanol

 Momen động cơ giảm, trung bình 2,39% khi dùng cồn tuyệt đối và

2,76% khi dùng công công nghiệp

 Công suất động cơ giảm: trung bình 2,38% khi dùng cồn tuyệt đối

và 1,35% khi dùng công công nghiệp

 Lượng tiêu thụ nhiên liệu tăng: trung bình 0,03% khi dùng cồn tuyệt

đối và 1,80% khi dùng công công nghiệp

 Suất tiêu hao nhiên liệu tăng: trung bình 0,05% khi dùng cồn tuyệt

đối và 1,82% khi dùng công công nghiệp

 Nhiệt độ khí xả giảm: trung bình 2,08% khi dùng cồn tuyệt đối và

2,37% khi dùng công công nghiệp