TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009
89
NÂNG CAO TRỊ SỐ OCTAN CỦA XĂNG MOGAS 90
BẰNG PHỤ GIA FERROCENE VÀ ETANOL
ENHANCEMENT OF OCTAN NUMBER OF MOGAS 90 GASOLINE WITH
FERROCENE AND ETANOL ADDITIVES
Đào Hùng Cường
Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng
Võ Nguyễn Phiên Lam
Học viên cao học khoá 2006 – 2009
TÓM TẮT
Ô nhiễm khí thải từ các loại xe cơ giới là nguồn gây ô nhiễm môi trường không khí lớn
nhất và nguy hại nhất, đặc biệt là đối với khu vực đô thị. Cùng với sự phát triển của Ngành
năng lượng thế giới, ngành dầu khí Việt Nam ngày càng lớn mạnh, trong đó việc cung cấp xăng
dầu với chất lượng cao, giảm thiểu ô nhiễm môi trường trên thị trường rất quan trọng. Bài báo
trình bày những kết quả nghiên cứu nhằm nâng cao trị số octan của xăng có trị số octan thấp
MO90 thành xăng có trị số octan ca o hơn và làm giảm hàm lượng khí thải ô nhiễm môi trường.
Với phụ gia Ferrocene (pha 15.5mg/l) và etanol (7% thể tích) pha vào xăng MO90 làm tăng trị
số octan lên 3,8 đơn vị octan nhưng các chỉ tiêu như hàm lượng Fe, oxi, benzen, độ ổn định oxi
hoá vẫn đảm bảo phù hợp với TCVN 6776:2005.
ABSTRACT
Air pollution from vehicles is the most serious problem, especially in big cities. Together
with the growth of the world energy industries, Vietnam’s energy industry has gradually
developed. One of the most important roles of Vietnam energy industry is to provide high-quality
gas in order to reduce air pollution. This report presents some research results on the
enhancement of the octane number of some imported gasolines such as MO90 for the
purpose of reducing air pollution. The mixing of Ferrocene (mixed 15.5mg/l) and etanol (7%
volume) with MO90 gasoline has increased octan rating to 93.8, and some specifications such
as iron, oxi, benzen, oxidation stability contents still ensure the suitable standard of TCVN
6776:2005.
1.Đặt vấn đề
Quá trình hội nhập vào WTO của Việt Nam ngày càng đòi hỏi dùng xăng dầu
chất lượng cao, giảm thiểu khí thải gây ô nhiễm môi trường do nhiên liệu có chất lượng
kém thải ra. Để theo kịp các nước trong khu vực và trên toàn thế giới về chất lượng
nhiên liệu và khí thải, ngày 01/01/2007 Việt Nam đã áp dụng tiêu chuẩn mới cho xăng
không chì theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 6776:2005), tiêu chuẩn này phù hợp với
tiêu chuẩn Euro II về khí thải nhiên liệu [1].
Trước thực trạng nguồn dầu mỏ đang cạn kiệt dần, để đảm bảo an ninh năng
lượng, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, phát triển nông nghiệp từ nguồn nông sản dồi
dào trong nước như sắn, ngô...., chúng tôi lựa chọn đề tài nghiên cứu nâng cao trị số
octan của xăng MO90 bằng etanol, chất phụ gia Ferrocene phù hợp với tiêu chuẩn Việt
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009
90
Nam, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và giá thành chi phí thấp nhằm đem lại lợi nhuận
cho các nhà máy lọc dầu.
Hiện nay tại Việt Nam nhà máy lọc dầu Dung Quốc đã đi vào hoạt động, nhiên
liệu xăng thành phẩm sản xuất ra là xăng MO90, MO92, MO95 [5], [6]. Vấn đề nâng
cao trị số octan xăng MO90 lên MO92 đã được các đơn vị ngành dầu khí quan tâm,
nhưng cho đến nay đã chưa được thực thi áp dụng. Các đơn vị sản xuất etanol trong
nước chỉ quan tâm đến việc pha etanol vào trong xăng chứ chưa nghiên cứu đến việc
pha thêm một phụ gia khác để đảm bảo đạt tiêu chuẩn về chỉ tiêu trị số octan và phù hợp
với TCVN của xăng không chì TCVN 6776:2005. Bài báo này chúng tôi công bố một
số kết quả đạt được về nghiên cứu công nghệ phối trộn xăng với ferrocene và etanol
nhằm nâng cao chỉ tiêu trị số octan của xăng.
2.Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu
2.1.Nguyên liệu
- Nguồn xăng MO90 của Công ty dầu quân đội
- Etanol sản xuất tại Đức giang: hàm lượng etanol (% thể tích) 99.5%
- Chất phụ gia Ferrocene [Fe(C5H5)2
2.2. Phương pháp nghiên cứu
] của Công ty Tây Nam Việt – TP Hồ Chí
Minh.
2.2.1.Qui trình pha chế
Mẫu xăng MO90 thí nghiệm được phối trộn với etanol 99.5% và chất phụ gia
Ferrocene với những thể tích và khối lượng khác nhau. Sau khi khuấy đều tạo dung dịch
đồng nhất, mẫu được giữ trong hệ thống làm lạnh theo qui định của xăng trước khi đưa
vào phân tích các chỉ tiêu hóa lý quan trọng nhất của xăng để tìm ra tỷ lệ phối trộn tốt
nhất [3], [5].
2.2.2. Phương pháp phân tích hàm lượng Fe
Mẫu xăng được xử lý với dung dịch brom và pha loãng với metyl isobutyl keton.
Xác định hàm lượng sắt trong mẫu bằng thiết bị quang phổ hấp thụ nguyên tử, sử dụng
ngọn lửa không khí – axetylen tại bước sóng 279nm và các chất chuẩn được chuẩn bị từ
chất chuẩn sắt-hữu cơ.
2.2.3.Phương pháp phân tích độ ổn định oxy hoá
Mẫu được oxy hoá trong bom đã nạp đầy oxy ngay từ đầu ở nhiệt độ từ 15 đến
25oC, áp suất 690kPa (100psi) và được gia nhiệt từ 98 đến 102oC. Đọc và ghi lại áp suất
sau từng khoảng thời gian định trước cho tới khi đạt tới điểm gãy. Thời gian cần để mẫu
đạt tới điểm gãy chính là chu kỳ cảm ứng đã quan sát tại nhiệt độ thử, từ thời gian đó
tính chu kỳ cảm ứng tại 100o
2.2.4. Phương pháp phân tích hàm lượng oxy, benzen
C [2], [3].
Tiến hành phân tích mẫu trên máy sắc kí GC 6890N khí để xác định hàm lượng
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009
91
oxy, benzen có trong mẫu. Hệ phần mềm xử lý dữ liệu được phát triển riêng cho hệ
thống phân tích các hợp chất thơm và các hợp chất chứa oxi trong xăng theo phương
pháp thử nghiệm ASTM D4815/D5580
* Hàm lượng benzen wb (%) trong xăng được tính theo tỷ lệ đáp ứng rsp
w
i:
b
g
ib
W
W100×
= ;
Trong đó Wg - khối lượng của mẫu xăng; khối lượng aromatic W
W
bi:
ib
sbibib
sb
ib
Wmb
A
A
−
= ;
với: Aib - diện tích mũi của aromtic; Asb - diện tích mũi của chuẩn nội; Wsb - khối
lượng chuẩn nội thêm vào; mib
* Hàm lượng oxi w
- độ dốc của phương trình tuyến tính cho chất thơm thứ i
[2].
o(%) trong xăng được tính theo tỷ lệ đáp ứng rsp
w
i:
o
g
io
W
W100×
= ;
Sau khi đã xác định được các hợp chất chứa oxy có trong mẫu tính diện tích của
từng peak và peak của chất chuẩn nội. Từ phương trình tối thiểu đơn giản phù hợp hiệu
chỉnh, tính toán khối lượng của từng hợp chất chứa oxy có trong xăng (Wio), sử dụng tỷ
lệ đáp ứng (rspi
rsp
) của diện tích của các hợp chất chứa oxy so với diện tích của chất
chuẩn nội theo công thức:
i =(mi)(atmi) + bi
Trong đó:
;
- rspi
- (m
: tỷ lệ đáp ứng đối với các hợp chất chứa oxy thứ i (trục y);
i
- (b
): độ dốc của đồ thị đối với hợp chất chứa oxy thứ i;
i
- (atm
): giao điểm của đồ thị với trục tung;
i
- (atm
): tỷ lệ về lượng của hợp chất chứa oxygenate, trục x;
i) = (Wio/Wso), với W io: lượng hợp chất chứa oxy và W so
2.2.5. Phương pháp phân tích xác định trị số octan
: lượng
chất chuẩn có trong mẫu [2].
Trị số octan A được xác định trên máy: WAUKESHA - Mỹ, No: C-14458/1 với
công thức tính:
A = A1 + (A2 – A1
21
1
aa
aa
−
−
) ;
Trong đó: A1 - trị số octane của nhiên liệu chuẩn chặn dưới; A2 - trị số octane
của nhiên liệu chuẩn chặn trên; a - cường độ kích nổ (chỉ số kích nổ) của nhiên liệu
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009
92
mẫu; a1 - cường độ kích nổ của nhiên liệu chuẩn chặn dưới; a2
3. Kết quả và thảo luận
- cường độ kích nổ của
nhiên liệu chuẩn chặn trên [2], [3], [4].
3.1. Nghiên cứu sự phụ thuộc hàm lượng oxy vào hàm lượng etanol pha vào mẫu
xăng
Kết quả nghiên cứu sự phụ thuộc hàm lượng oxy vào thể tích phối trộn etanol
với xăng được trình bày trên bảng 1 và hình 1.
Bảng 1. Sự phụ thuộc oxy vào hàm lượng thể tích etanol
Etanol (%thể
tích)
0% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8%
Hàm lượng oxy
(%wt)
0.08 0.48 0.77 1.13 1.43 1.77 2.14 2.51 2.83
Hình 1. Phổ GC của oxy trong hỗn hợp xăng và etanol
Kết quả trên bảng 1 và hình 1 cho thấy khi thể tích etanol pha vào càng nhiều thì
hàm lượng oxy càng lớn, với thể tích pha 8% etanol hàm lượng oxy bằng 2,83% khối
lượng vượt quá tiêu chuẩn cho phép (theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6776:2005 hàm
lượng oxy ≤ 2,7% khối lượng). Do vậy để đảm bảo mẫu xăng phối trộn với ethanol có
hàm lượng oxy phù hợp theo tiêu chuẩn Việt Nam ta chọn thể tích etanol pha vào xăng
≤ 7% thể tích. Tương ứng với thể tích này hàm lượng oxy là 2,51%, hoàn toàn phù hợp
với tiêu chuẩn Việt Nam.
3.2. Nghiên cứu sự phụ thuộc trị số octan vào hàm lượng etanol pha vào mẫu xăng
Kết quả nghiên cứu sự phụ thuộc trị số octane vào thể tích phối trộn ethanol với
xăng được trình bày trên bảng 2.
Bảng 2. Sự phụ thuộc trị số octan vào thể tích etanol
Etanol (%thể tích) 0 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8%
Trị số octan (RON) 90.0 90.4 90.8 91.2 91.5 91.9 92.3 92.6 92.9
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009
93
Kết quả trên bảng 2 cho thấy với thể tích phối trộn 8% etanol, xăng đạt trị số
octan cao nhất 92,9. Tuy nhiên theo kết quả phân tích hàm lượng oxy bảng 1, với thể
tích phối trộn 8% etanol vào trong xăng hàm lượng oxy là 2,83 % thể tích, hàm lượng
này không đạt theo tiêu chuẩn Việt Nam theo TCVN 6776:2005 (theo tiêu chuẩn Việt
Nam hàm lượng oxy ≤ 2,7% khối lượng). Ứng với thể tích phối trộn 7% etanol hàm
lượng oxy đạt TCVN (bảng 1) và trị số octan là 92,6.
3.3. Nghiên cứu sự phụ thuộc trị số octan vào hàm lượng etanol và Ferrocene pha
vào mẫu xăng
Kết quả nghiên cứu sự phụ thuộc trị số octan vào thể tích phối trộn etanol và
chất phụ gia Ferrocene với xăng được trình bày trên bảng 3.
Bảng 3. Sự phụ thuộc trị số octan vào thể tích etanol và Ferrocene
Etanol (%thể tích) 0 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8%
Trị số octan (RON) 91.2 91.6 92.0 92.4 92.7 93.1 93.5 93.8 94.1
Kết quả trên bảng 3 cho ta thấy khi ứng với thể tích phối trộn 15.5 mg Ferrocene
trong 1 lít xăng và 7% thể tích etanol trong xăng trị số octan đạt 93.8, hàm lượng oxi và
hàm lượng Fe đo được đạt theo TCVN
3.4. Nghiên cứu sự phụ thuộc hàm lượng benzen vào thể tích etanol
Kết quả khảo sát sự phụ thuộc hàm lượng benzen vào thể tích etanol phối trộn
với xăng được trình bày trên bảng 4 và hình 2:
Bảng 4. Sự phụ thuộc benzen vào hàm lượng thể tích etanol pha vào
Etanol (%thể tích) 0% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8%
Hàm lượng benzen
(% thể tích) 1.848 1.820 1.750 1.736 1.715 1.686 1.663 1.648 1.615
Hình 2. Phổ GC của benzen trong hỗn hợp xăng và ethanol
Kết quả trên bảng 4 và hình 2 cho thấy khi pha etanol vào xăng càng nhiều thì
hàm lượng benzen càng giảm, đã giảm thiểu về ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên với thể