49
Tây Ban Nha 0,5 - 0,5 -
Anh 25 - 21 4
Thụy Điển 42 - 41,5 0,5
Xăng không chì dùng ở châu Âu chia làm 3 loại:
1 - Mức độ bình thường (Regular-grade) được dùng chủ yếu ở Đức, có RON từ 92 ÷
93 và MON từ 82 ÷ 83.
2 - Nhiên liệu động cơ chuẩn dùng cho tất cả các nước trong khối cộng đồng châu Âu
có RON cực tiểu là 95, MON cực tiểu là 85 (những nước không thuộc cộng đồng châu Âu
cũng dùng là Áo, Phần Lan, Đan Mạch, Thuỵ Điển và Thụy Sĩ, tính đến năm 1990).
3 - Nhiên liệu có chỉ số octan cao RON 98 và MON 88. Các nước dùng xăng này là
Pháp, Hà Lan.
Bảng 20 giới thiệu việc dùng nhiên liệu động cơ xăng không chì trên thế giới.
Toàn bộ châu Âu dùng xăng không pha chì khoảng 118 triệu tấn/năm chiếm khoảng
26% thị trường nhiên liệu.
Như trên đã trình bày, tuỳ thuộc vào giá trị RON và MON người ta chia xăng ôtô
thành các cấp độ khác nhau và như thế thành phần hóa học của chúng cũng khác nhau và
ngay xăng cùng cấp độ (Eurosuper với RON 95, MON 85) cũng có hàm lượng olefin và
aromat khác nhau tuỳ thuộc vào từng quốc gia châu Âu (bảng 21). Bảng 22 cho biết hàm
lượng olefin và aromat trong các xăng có cấp độ khác nhau ở châu Âu.
Bảng 21.
Hàm lượng olefin và aromat của các nhiên liệu không chì châu Âu (cấp độ
Eurosuper với RON 95, MON 85)
Hàm lượng olefin
(%V)
Hàm lượng aromat
(%V)
Quốc gia
RON 95 MON 85 RON 95 MON 85
Tây Đức 7,7 22,4 38,9 45,5
Italia 5,9 13,8 35,3 43,4
Bỉ 7,4 14,4 36,0 45,0
Anh 6,4 9,0 35,8 43,6
Đan Mạch, Thụy Điển 9,1 18,2 42,1 45,6
Phụ gia quan trọng và phổ biến nhất thay thế cho các hợp chất cơ chì là MTBE (metyl-
tec-butylete). Việc sử dụng MTBE trong xăng không chì ở châu Âu được trình bày trong
bảng 23.
50
Bảng 22.
Sự khác nhau của các loại xăng không chì ở châu Âu
Kiểu xăng Hàm lượng olefin trung bình
(%V)
Hàm lượng aromat trung bình
(%V)
Regular (Đức) 12,1 31,8
Eurosuper (EEC) 7.3 37,6
Superpremium (Pháp) 5,4 50,1
Ta thấy rằng MTBE được dùng trong tất cả các loại xăng. Ngoài MTBE người ta còn
dùng các tác nhân làm tăng chỉ số octan khác là:
- TAME, (Tec-amylmetyl ete).
- Metanol với hàm lượng trung bình ~ 1,2 %.
- Tec-butanol hàm lượng trung bình ~ 1,4 %.
Người ta cũng có thể kết hợp các ancol này với MTBE thêm vào thành phần của xăng
không chì.
Bảng 23.
Việc sử dụng MTBE trong xăng không chì ở châu Âu
Hàm lượng MTBE quan sát được (%
trọng lượng)
Nước Kiểu xăng Phần nhiên liệu
chứa MTBE
Cực tiểu Trung bình Cực đại
Bỉ Eurosuper 100 0,8 2,1 4,0
Superpremium 64 1,0 6,8 11,4
Eurosuper 42 0,7 1,1 1,6
Đức
Regular 42 0,1 0,5 1,1
Anh Eurosuper 25 - 4,4 -
Italia Eurosuper 50 2,2 4,0 6,2
Sự có mặt của các hợp chất chứa oxi dường như không có bất kì ảnh hưởng gì đến hộp
xúc tác xử lí khí thải. Tuy nhiên, các nhà sản xuất ôtô không muốn có một khoảng quá
rộng về nồng độ của các cấu tử chứa oxi. Bởi vì họ phải nghiên cứu những thành phần
phân cực có thể cho nhiên liệu ôtô để thu được sự cháy thoả mãn trong tất cả các trường
hợp. Ví dụ, sự khác nhau về tỉ lệ đương lượng các cấu tử của xăng do sự thay đổi hàm
lượng MTBE có thể làm thay đổi sự phát thải các sản phẩm chưa cháy hết (CO và CH)
trong giai đoạn đầu khi hộp xúc tác chưa hoạt động.
Nói tóm lại, xăng không chì là một tổ hợp phức tạp của các hiđrocacbon và các phụ gia.
Phụ gia tăng chỉ số octan là các hợp chất chứa oxi như MTBE, CH3OH, C2H5OH, (CH3)3C-
51
OH, tec-amylmetylete... Thành phần xăng này có thể có thay đổi nhỏ tuỳ thuộc vào khí hậu
và địa hình cụ thể của từng nước sử dụng xăng.
Các nhà nghiên cứu cho rằng phụ gia C2H5OH cho xăng có triển vọng sáng sủa nhất vì
C2H5OH không độc hại, và người ta có thể sản xuất được những lượng rất lớn từ nguồn
nguyên liệu nông nghiệp và dầu mỏ.
3.3 Nhiên liệu điezen (DO)
Khi chưng cất sơ cấp dầu thô ta thu được phân đoạn sôi giữa 200°C và 320°C. Phân
đoạn này được gọi là gazoin hay dầu điezen. Dầu gazoin thu được từ các sản phẩm
crackinh nhiệt và crackinh xúc tác rất khác với gazoin thu được từ chưng cất trực tiếp dầu
thô do thành phần của chúng đã bị biến đổi. Hàm lượng parafin đã bị giảm đi do sự hình
thành các hiđrocacbon không bão hoà và hiđrocacbon thơm, chất lượng nổ và chỉ số xetan
của dầu bị giảm đi.
Tên gọi dầu gazoin có nguồn gốc từ việc dùng dầu này để sản xuất khí thắp sáng bằng
crackinh và mặc dầu ngày nay người ta không còn dùng nữa nhưng tên phân đoạn này vẫn
được giữ nguyên vì những lượng lớn dầu vẫn được dùng để sản xuất khí ướt. Vì mục đích
này, dầu gazoin phải có đặc trưng parafin để khi crackinh nhiệt người ta thu được hiệu suất
cao khí có nhiệt trị lớn. Bởi vậy, dầu gazoin phải là distillat cất trực tiếp từ dầu mỏ parafin.
Nhiên liệu điezen (Diezel fuel) có cùng một khoảng nhiệt độ chưng cất (200 ÷ 320°C)
như dầu gazoin và dĩ nhiên chúng là cùng một nhiên liệu nhưng được sử dụng cho động cơ
nén - nổ (được gọi là động cơ điezen) vì thế chúng được gọi là nhiên liệu điezen. Các động
cơ điezen có rất nhiều dạng và tốc độ, sử dụng một khoảng rất rộng các nhiên liệu từ các
distillat của dầu thô đến các phân đoạn chưng cất dầu than đá và các dầu thực vật.
3.3.1. Dầu gazoin
Vì là một sản phẩm thu được từ chưng cất nên dầu gazoin thay đổi về thành phần
tuỳ theo bản chất của dầu thô nhưng một số tính chất đặc trưng phải được thoả mãn
đó là điểm chớp cháy, khoảng nhiệt độ chưng cất (từ 200 ÷ 320°C). Bảng dưới đây
minh hoạ một số tính chất của dầu gazoin khác nhau tùy theo khối lượng riêng của
chúng.
Bảng 24. Thành phần và tính chất của các dầu gazoin
T
ỷ
tr
ọ
n
g
(
15
,
5 / 15
,
5°C
)
0,84 0,88 0,86
Điểm chớ
p
chá
y,
°C 200 186 186
Đ
ộ
nhớt Redwood ở 37
,
7°C35 33 37
Nhi
ệ
t đ
ộ
khoản
g
sôi thấ
p
nhất
,
°C220 200 210
% chưn
g
cất tới 300°C 65 34 47
Chỉ số xeta
n
62 34 47
Cặn cacbon Conradson
(
% trọn
g
lượn
0,02 0,07 0,02
Điểm rót
,
°C
−
4−9 −12
52
Công dụng chính của dầu gazoin là dùng để sản xuất khí ướt và tách benzen từ khí
than (coal gas), nhưng dầu gazoin có thể được dùng làm nhiên liệu cho động cơ điezen tuỳ
thuộc vào chỉ số xetan của nó. Nếu chỉ số xetan cao thì nó rất thích hợp cho các động cơ
điezen cỡ nhỏ và tốc độ cao. Nếu độ nhớt của dầu gazoin cao thì không thích hợp cho các
động cơ điezen chạy đường biển, trong công nghiệp có tốc độ thấp vì việc bơm nhiên liệu
khó khăn.
3.3.2. Nhiên liệu điezen và động cơ điezen
Những tính chất của nhiên liệu điezen được giải thích tốt nhất sau khi nghiên cứu các
đặc trưng của động cơ nén-nổ - động cơ điezen. Sơ đồ động cơ nén-nổ điezen được cho
trên hình 7.
Hình 7
Sơ đồ động cơ nén-nổ điezen
Nguyên lí cơ bản của động cơ này là dựa trên nhiệt nén làm bốc cháy nhiên liệu.
Nhiên liệu được tiêm vào buồng nén mà ở đó không khí đã được nén tới 1 áp lực từ 41,5 -
45,5 kg/cm2 và đạt tới nhiệt độ ít nhất là 500°C. Nhiệt độ này đủ để làm bốc cháy nhiên
liệu và khí dãn nở làm tăng áp lực lên tới trên 70 kg/cm2. Áp lực này tác động lên pittong
và làm động cơ chuyển động. Trong động cơ nén-nổ 4 kì bình thường, 1 vòng có thể chia
thành 4 kì:
1. Hút không khí vào xilanh, sau đó van vào đóng lại.
2. Nén không khí trong xilanh tới một thể tích xác định (trong kì nén này áp suất và
nhiệt độ tăng lên), khi đó nhiên liệu điezen được phun vào buồng nén.
3. Nhiên liệu cháy. Khí cháy dãn nở trong khi tất cả các van đóng, áp lực tác động
lên đầu pittong làm máy chuyển động.
53
4. Van xả mở và khí cháy được thải ra ngoài buồng nén. Kì này hoàn thành 1 vòng
của động cơ và vòng tiếp theo được bắt đầu với việc đóng van xả. Như vậy có 1
kì sinh công và 3 kì không tải cho hai chuyển động của tay quay.
Trong động cơ 2 kì không khí bị nén như trên, nhưng ngay gần đầu kì sinh công, van
xả mở ra và xilanh được quét bằng không khí sạch từ 1 máy bơm sao cho kì trở lại nén
không khí sạch. Nén không khí sạch là cần thiết để đạt hiệu quả của tay quay và động cơ
làm việc mạnh hơn và êm hơn so với động cơ bốn kì có cùng cỡ và tốc độ.
Những thuận lợi chủ yếu của động cơ điezen là sự gọn gàng của động cơ, sạch sẽ và
hiệu quả nhiệt cao, có thể kể ra như sau:
1. Với mục đích hàng hải, động cơ điezen chiếm chỗ ít hơn so với động cơ hơi nước
có cùng công suất năng lượng.
2. Nó không tiêu tốn nước vì nước làm lạnh có thể quay vòng.
3. Với mục đích chạy đường bộ, hệ thống tiêm nhiên liệu của động cơ điezen hiệu
quả hơn động cơ xăng và tiêu tốn nhiên liệu chỉ vào khoảng một nửa cho cùng
một cung đường.
4. Động cơ có thể xuất phát trong điều kiện lạnh và có thể đạt được công suất hầu
như ngay thức thời, một thuận lợi rất lớn so với bất kì động cơ hơi nước nào.
5. Được kết hợp với việc sản xuất điện thì động cơ điezen hiệu quả hơn bất kì động
cơ nào khác để cung cấp năng lượng cho việc sử dụng trung gian.
6. Động cơ điezen làm việc với hiệu suất nhiệt cao khoảng 30 ÷ 35%.
Như trên đã trình bày, trong chu trình làm việc của động cơ điezen, nhiên liệu tự bốc
cháy trong điều kiện nhiệt độ và áp suất tới hạn, không cần mồi lửa từ bugi. Vì thế tính
chất quan trọng của nhiên liệu điezen là chất lượng cháy của nó. Đầu tiên, nhiên liệu phải
có khả năng dễ dàng cháy ở nhiệt độ nén đủ thấp để đảm bảo sự cháy, thậm chí khi xuất
phát ở điều kiện nhiệt độ thấp. Thứ hai, thời gian giữa khi tiêm nhiên liệu vào xilanh và
cháy phải không được quá dài hay quá nhiều dầu trong xilanh khi sự cháy xảy ra và như
thế áp suất cao không cân bằng sẽ sinh ra và động cơ hoạt động không tốt.
Bởi vậy, chất lượng cháy của nhiên liệu điezen phải được đo bằng nhiệt độ cháy tức
thời và bằng các phép thử động cơ được chế tạo đặc biệt để thu được các giá trị số đối với
sự trễ cháy.
Nhiệt độ cháy tức thời (SIT - Spontaneous Ignition Temperature) liên quan rất nhiều
đến hàm lượng hiđro của dầu và đồng thời nó được xem như phép đo sự tiện lợi của việc
dùng nhiên liệu điezen. Một phương pháp chuẩn là điểm chớp cháy trong khí quyển oxi
được xác định bằng cách nhỏ từng giọt dầu vào một cái cốc kim loại được đốt nóng liên
tục.
Một giá trị nhiệt độ thấp của sự tự bốc cháy trong oxi được xem là thuận tiện cho việc
dùng dầu đó. Phép thử này chỉ là một chỉ dẫn rất chung cho sự tiện lợi của việc dùng nhiên
liệu điezen.
Giá trị SIT của xăng ôtô (OC 75) là khoảng 500°C, của dầu điezen (chỉ số xetan 50) là
260°C và của octan là 235°C.