Nâng cao trị số octan của xăng Mogas 90 bằng phụ gia Ferrocene và Etanol

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009<br /> <br /> <br /> <br /> NÂNG CAO TRỊ SỐ OCTAN CỦA XĂNG MOGAS 90<br /> BẰNG PHỤ GIA FERROCENE VÀ ETANOL<br /> ENHANCEMENT OF OCTAN NUMBER OF MOGAS 90 GASOLINE WITH<br /> FERROCENE AND ETANOL ADDITIVES<br /> <br /> <br /> Đào Hùng Cường Võ Nguyễn Phiên Lam<br /> Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng Học viên cao học khoá 2006 – 2009<br /> <br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Ô nhiễm khí thải từ các loại xe cơ giới là nguồn gây ô nhiễm môi trường không khí lớn<br /> nhất và nguy hại nhất, đặc biệt là đối với khu vực đô thị. Cùng với sự phát triển của Ngành<br /> năng lượng thế giới, ngành dầu khí Việt Nam ngày càng lớn mạnh, trong đó việc cung cấp xăng<br /> dầu với chất lượng cao, giảm thiểu ô nhiễm môi trường trên thị trường rất quan trọng. Bài báo<br /> trình bày những kết quả nghiên cứu nhằm nâng cao trị số octan của xăng có trị số octan thấp<br /> MO90 thành xăng có trị số octan ca o hơn và làm giảm hàm lượng khí thải ô nhiễm môi trường.<br /> Với phụ gia Ferrocene (pha 15.5mg/l) và etanol (7% thể tích) pha vào xăng MO90 làm tăng trị<br /> số octan lên 3,8 đơn vị octan nhưng các chỉ tiêu như hàm lượng Fe, oxi, benzen, độ ổn định oxi<br /> hoá vẫn đảm bảo phù hợp với TCVN 6776:2005.<br /> ABSTRACT<br /> Air pollution from vehicles is the most serious problem, especially in big cities. Together<br /> with the growth of the world energy industries, Vietnam’s energy industry has gradually<br /> developed. One of the most important roles of Vietnam energy industry is to provide high-quality<br /> gas in order to reduce air pollution. This report presents some research results on the<br /> enhancement of the octane number of some imported gasolines such as MO90 for the<br /> purpose of reducing air pollution. The mixing of Ferrocene (mixed 15.5mg/l) and etanol (7%<br /> volume) with MO90 gasoline has increased octan rating to 93.8, and some specifications such<br /> as iron, oxi, benzen, oxidation stability contents still ensure the suitable standard of TCVN<br /> 6776:2005.<br /> <br /> <br /> <br /> 1.Đặt vấn đề<br /> Quá trình hội nhập vào WTO của Việt Nam ngày càng đòi hỏi dùng xăng dầu<br /> chất lượng cao, giảm thiểu khí thải gây ô nhiễm môi trường do nhiên liệu có chất lượng<br /> kém thải ra. Để theo kịp các nước trong khu vực và trên toàn thế giới về chất lượng<br /> nhiên liệu và khí thải, ngày 01/01/2007 Việt Nam đã áp dụng tiêu chuẩn mới cho xăng<br /> không chì theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 6776:2005), tiêu chuẩn này phù hợp với<br /> tiêu chuẩn Euro II về khí thải nhiên liệu [1].<br /> Trước thực trạng nguồn dầu mỏ đang cạn kiệt dần, để đảm bảo an ninh năng<br /> lượng, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, phát triển nông nghiệp từ nguồn nông sản dồi<br /> dào trong nước như sắn, ngô...., chúng tôi lựa chọn đề tài nghiên cứu nâng cao trị số<br /> octan của xăng MO90 bằng etanol, chất phụ gia Ferrocene phù hợp với tiêu chuẩn Việt<br /> <br /> 89<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009<br /> <br /> Nam, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và giá thành chi phí thấp nhằm đem lại lợi nhuận<br /> cho các nhà máy lọc dầu.<br /> Hiện nay tại Việt Nam nhà máy lọc dầu Dung Quốc đã đi vào hoạt động, nhiên<br /> liệu xăng thành phẩm sản xuất ra là xăng MO90, MO92, MO95 [5], [6]. V ấn đề nâng<br /> cao trị số octan xăng MO90 lên MO92 đã được các đơn vị ngành dầu khí quan tâm,<br /> nhưng cho đến nay đã chưa được thực thi áp dụng. Các đơn vị sản xuất etanol trong<br /> nước chỉ quan tâm đến việc pha etanol vào trong xăng chứ chưa nghiên cứu đến việc<br /> pha thêm một phụ gia khác để đảm bảo đạt tiêu chuẩn về chỉ tiêu trị số octan và phù hợp<br /> với TCVN của xăng không chì TCVN 6776:2005. Bài báo này chúng tôi công bố một<br /> số kết quả đạt được về nghiên cứu công nghệ phối trộn xăng với ferrocene và etanol<br /> nhằm nâng cao chỉ tiêu trị số octan của xăng.<br /> 2.Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu<br /> 2.1.Nguyên liệu<br /> - Nguồn xăng MO90 của Công ty dầu quân đội<br /> - Etanol sản xuất tại Đức giang: hàm lượng etanol (% thể tích) 99.5%<br /> - Chất phụ gia Ferrocene [Fe(C 5 H 5 ) 2 ] của Công ty Tây Nam Việt – TP Hồ Chí<br /> Minh.<br /> 2.2. Phương pháp nghiên cứu<br /> 2.2.1.Qui trình pha chế<br /> Mẫu xăng MO90 thí nghiệm được phối trộn với etanol 99.5% và chất phụ gia<br /> Ferrocene với những thể tích và khối lượng khác nhau. Sau khi khuấy đều tạo dung dịch<br /> đồng nhất, mẫu được giữ trong hệ thống làm lạnh theo qui định của xăng trước khi đưa<br /> vào phân tích các chỉ tiêu hóa lý quan trọng nhất của xăng để tìm ra tỷ lệ phối trộn tốt<br /> nhất [3], [5].<br /> 2.2.2. Phương pháp phân tích hàm lượng Fe<br /> Mẫu xăng được xử lý với dung dịch brom và pha loãng với metyl isobutyl keton.<br /> Xác định hàm lượng sắt trong mẫu bằng thiết bị quang phổ hấp thụ nguyên tử, sử dụng<br /> ngọn lửa không khí – axetylen tại bước sóng 279nm và các chất chuẩn được chuẩn bị từ<br /> chất chuẩn sắt-hữu cơ.<br /> 2.2.3.Phương pháp phân tích độ ổn định oxy hoá<br /> Mẫu được oxy hoá trong bom đã nạp đầy oxy ngay từ đầu ở nhiệt độ từ 15 đến<br /> 25 C, áp suất 690kPa (100psi) và được gia nhiệt từ 98 đến 102oC. Đọc và ghi lại áp suất<br /> o<br /> <br /> sau từng khoảng thời gian định trước cho tới khi đạt tới điểm gãy. Thời gian cần để mẫu<br /> đạt tới điểm gãy chính là chu kỳ cảm ứng đã quan sát tại nhiệt độ thử, từ thời gian đó<br /> tính chu kỳ cảm ứng tại 100oC [2], [3].<br /> 2.2.4. Phương pháp phân tích hàm lượng oxy, benzen<br /> Tiến hành phân tích mẫu trên máy sắc kí GC 6890N khí để xác định hàm lượng<br /> <br /> 90<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009<br /> <br /> oxy, benzen có trong mẫu. Hệ phần mềm xử lý dữ liệu được phát triển riêng cho hệ<br /> thống phân tích các hợp chất thơm và các hợp chất chứa oxi trong xăng theo phương<br /> pháp thử nghiệm ASTM D4815/D5580<br /> * Hàm lượng benzen w b (%) trong xăng được tính theo tỷ lệ đáp ứng rsp i:<br /> Wib × 100<br /> wb = ;<br /> Wg<br /> Trong đó W g - khối lượng của mẫu xăng; khối lượng aromatic W bi:<br />  A  <br /> W ib =  ib − bib  mib Wsb ;<br />  Asb  <br /> với: A ib - diện tích mũi của aromtic; A sb - diện tích mũi của chuẩn nội; W sb - khối<br /> lượng chuẩn nội thêm vào; m ib - độ dốc của phương trình tuyến tính cho chất thơm thứ i<br /> [2].<br /> * Hàm lượng oxi w o (%) trong xăng được tính theo tỷ lệ đáp ứng rsp i:<br /> Wio × 100<br /> wo = ;<br /> Wg<br /> Sau khi đã xác định được các hợp chất chứa oxy có trong mẫu tính diện tích của<br /> từng peak và peak của chất chuẩn nội. Từ phương trình tối thiểu đơn giản phù hợp hiệu<br /> chỉnh, tính toán khối lượng của từng hợp chất chứa oxy có trong xăng (W io ), sử dụng tỷ<br /> lệ đáp ứng (rsp i ) của diện tích của các hợp chất chứa oxy so với diện tích của chất<br /> chuẩn nội theo công thức:<br /> rsp i =(m i )(atm i ) + b i ;<br /> Trong đó:<br /> - rsp i : tỷ lệ đáp ứng đối với các hợp chất chứa oxy thứ i (trục y);<br /> - (m i ): độ dốc của đồ thị đối với hợp chất chứa oxy thứ i;<br /> - (b i ): giao điểm của đồ thị với trục tung;<br /> - (atm i ): tỷ lệ về lượng của hợp chất chứa oxygenate, trục x;<br /> - (atm i ) = (W io /W so ), với W io : lượng hợp chất chứa oxy và W so : lượng<br /> chất chuẩn có trong mẫu [2].<br /> 2.2.5. Phương pháp phân tích xác định trị số octan<br /> Trị số octan A được xác định trên máy: WAUKESHA - Mỹ, No: C-14458/1 với<br /> công thức tính:<br /> a1 − a<br /> A = A 1 + (A 2 – A 1 ) ;<br /> a1 − a 2<br /> <br /> Trong đó: A 1 - trị số octane của nhiên liệu chuẩn chặn dưới; A 2 - trị số octane<br /> của nhiên liệu chuẩn chặn trên; a - cường độ kích nổ (chỉ số kích nổ) của nhiên liệu<br /> <br /> 91<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009<br /> <br /> mẫu; a 1 - cường độ kích nổ của nhiên liệu chuẩn chặn dưới; a 2 - cường độ kích nổ của<br /> nhiên liệu chuẩn chặn trên [2], [3], [4].<br /> 3. Kết quả và thảo luận<br /> 3.1. Nghiên cứu sự phụ thuộc hàm lượng oxy vào hàm lượng etanol pha vào mẫu<br /> xăng<br /> Kết quả nghiên cứu sự phụ thuộc hàm lượng oxy vào thể tích phối trộn etanol<br /> với xăng được trình bày trên bảng 1 và hình 1.<br /> Bảng 1. Sự phụ thuộc oxy vào hàm lượng thể tích etanol<br /> <br /> Etanol (%thể 0% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8%<br /> tích)<br /> Hàm lượng oxy 0.08 0.48 0.77 1.13 1.43 1.77 2.14 2.51 2.83<br /> (%wt)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Phổ GC của oxy trong hỗn hợp xăng và etanol<br /> Kết quả trên bảng 1 và hình 1 cho thấy khi thể tích etanol pha vào càng nhiều thì<br /> hàm lượng oxy càng lớn, với thể tích pha 8% etanol hàm lượng oxy bằng 2,83% khối<br /> lượng vượt quá tiêu chuẩn cho phép (theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6776:2005 hàm<br /> lượng oxy ≤ 2,7% khối lượng). Do vậy để đảm bảo mẫu xăng phối trộn với ethanol có<br /> hàm lượng oxy phù hợp theo tiêu chuẩn Việt Nam ta chọn thể tích etanol pha vào xăng<br /> ≤ 7% thể tích. Tương ứng với thể tích này hàm lượng oxy là 2,51%, hoàn toàn phù hợp<br /> với tiêu chuẩn Việt Nam.<br /> 3.2. Nghiên cứu sự phụ thuộc trị số octan vào hàm lượng etanol pha vào mẫu xăng<br /> Kết quả nghiên cứu sự phụ thuộc trị số octane vào thể tích phối trộn ethanol với<br /> xăng được trình bày trên bảng 2.<br /> Bảng 2. Sự phụ thuộc trị số octan vào thể tích etanol<br /> <br /> Etanol (%thể tích) 0 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8%<br /> Trị số octan (RON) 90.0 90.4 90.8 91.2 91.5 91.9 92.3 92.6 92.9<br /> <br /> 92<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009<br /> <br /> Kết quả trên bảng 2 cho thấy với thể tích phối trộn 8% etanol, xăng đạt trị số<br /> octan cao nhất 92,9. Tuy nhiên theo kết quả phân tích hàm lượng oxy bảng 1, với thể<br /> tích phối trộn 8% etanol vào trong xăng hàm lượng oxy là 2,83 % thể tích, hàm lượng<br /> này không đạt theo tiêu chuẩn Việt Nam theo TCVN 6776:2005 (theo tiêu chuẩn Việt<br /> Nam hàm lượng oxy ≤ 2,7% khối lượng). Ứng với thể tích phối trộn 7% etanol hàm<br /> lượng oxy đạt TCVN (bảng 1) và trị số octan là 92,6.<br /> 3.3. Nghiên cứu sự phụ thuộc trị số octan vào hàm lượng etanol và Ferrocene pha<br /> vào mẫu xăng<br /> Kết quả nghiên cứu sự phụ thuộc trị số octan vào thể tích phối trộn etanol và<br /> chất phụ gia Ferrocene với xăng được trình bày trên bảng 3.<br /> Bảng 3. Sự phụ thuộc trị số octan vào thể tích etanol và Ferrocene<br /> <br /> Etanol (%thể tích) 0 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8%<br /> Trị số octan (RON) 91.2 91.6 92.0 92.4 92.7 93.1 93.5 93.8 94.1<br /> Kết quả trên bảng 3 cho ta thấy khi ứng với thể tích phối trộn 15.5 mg Ferrocene<br /> trong 1 lít xăng và 7% thể tích etanol trong xăng trị số octan đạt 93.8, hàm lượng oxi và<br /> hàm lượng Fe đo được đạt theo TCVN<br /> 3.4. Nghiên cứu sự phụ thuộc hàm lượng benzen vào thể tích etanol<br /> Kết quả khảo sát sự phụ thuộc hàm lượng benzen vào thể tích etanol phối trộn<br /> với xăng được trình bày trên bảng 4 và hình 2:<br /> Bảng 4. Sự phụ thuộc benzen vào hàm lượng thể tích etanol pha vào<br /> <br /> Etanol (%thể tích) 0% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8%<br /> Hàm lượng benzen 1.848 1.820 1.750 1.736 1.715 1.686 1.663 1.648 1.615<br /> (% thể tích)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2. Phổ GC của benzen trong hỗn hợp xăng và ethanol<br /> Kết quả trên bảng 4 và hình 2 cho thấy khi pha etanol vào xăng càng nhiều thì<br /> hàm lượng benzen càng giảm, đã giảm thiểu về ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên với thể<br /> <br /> 93<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009<br /> <br /> tích etanol phối trộn cao hơn 7% thể tích sẽ làm tăng hàm lượng oxy (theo bảng 1),<br /> không phù hợp với tiêu chuẩn Việt Nam.<br /> 3.5. Nghiên cứu độ ổn định oxi hoá của nhiên liệu vào thể tích etanol<br /> Bảng 5. Sự phụ thuộc độ ổn định oxi hoá vào hàm lượng thể tích etanol<br /> <br /> Etanol (% thể tích) 0% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8%<br /> Độ ổn định oxi hoá (phút) 566 566 566 567 567 568 569 569 569<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Độ ổn định oxi hoá của hỗn hợp xăng và etanol<br /> Kết quả trên bảng 5 và hình 3 cho thấy khi phối trộn 7% etanol vào xăng thì độ<br /> ổn định oxi hoá thu được bằng 569 phút kết quả phù hợp với tiêu chuẩn Việt Nam (theo<br /> TCVN độ ổn định oxy hoá ≥ 480 phút).<br /> 4. Kết luận<br /> Sự phối trộn etanol vào xăng đã làm tăng trị số octan. Với thể tích etanol phối<br /> trộn 7% thể tích vào một lượng xăng MO90 xác định sẽ làm tăng trị số octan lên 92,6.<br /> Khi phối trộn 7% thể tích etanol vào trong xăng MO90 và 15,5mg ferrocene vào trong 1<br /> lít xăng thì trị số octan tăng lên 93.8 nhưng vẫn đảm bảo các chỉ tiêu hàm lượng oxy,<br /> benzen, hàm lượng Fe và độ ổn định oxi hoá theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN<br /> 6776:2005).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 94<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009<br /> <br /> <br /> <br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> <br /> <br /> [1] Cục đăng kiểm Việt Nam, áp dụng tiêu chuẩn Châu Âu đối với khí thải xe cơ giới<br /> đường bộ và chất lượng nhiên liệu, 2005.<br /> [2] Kiều Đình Kiểm (2005), Các sản phẩm dầu mỏ và hoá dầu, NXB khoa học và kỹ<br /> thuật, Hà Nội.<br /> [3] Đinh Thị Ngọ (1999), Hoá học dầu mỏ, Trường đại học bách khoa Hà Nội<br /> [4] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6776:2005 (2005), Xăng không chì - yêu cầu kỹ<br /> thuật, Hà Nội.<br /> [5] R.L.Furay (1985), “Volatility Characteristics of Gasoline – Alcohol and Gasoline<br /> Ether Fuel Blends”. AE paper 852116.<br /> [6] T.V.Rasskazchikova, V.M.Kapustin, and S.A.Karpov (2004), “Ethanol as High-<br /> Octane Additive to utomotive Gasolines. Production and Use in Russia and<br /> Abroad”. Chemistry & Technology of Fuels and Oils, Vol.40, No.4.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 95<br />