Tiểu luận: PHỤ GIA CHỐNG TÁCH PHA CHO XĂNG PHA CỒN

Chia sẻ: Nguyen Ha | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:16

Thêm vào BST

Báo xấu

138
lượt xem 16
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chúng ta hiện đang được chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp, và cũng theo đó chúng ta ngày càng phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hoá thạch. Các lĩnh vực như sản xuất, giao thông thực sự không thể thiếu nhiên liệu, mà phần lớn vẫn đang sử dụng nguồn nhiên liệu từ dầu mỏ. Có hai vấn đề rất lớn xoay quanh sử dụng nguồn nhiên liệu này, đó là dầu mỏ sẽ có lúc cạn kiệt và vấn đề ô nhiễm môi trường do nhiên liệu này gây ra.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tiểu luận: PHỤ GIA CHỐNG TÁCH PHA CHO XĂNG PHA CỒN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC TIỂU LUẬN PHỤ GIA CÁC SẢN PHẨM DẦU MỎ Đề tài: PHỤ GIA CHỐNG TÁCH PHA CHO XĂNG PHA CỒN CBHD: TS. NGUYỄN HỮU LƯƠNG HVTH: TRIỆU QUANG TIẾN MSHV: 10400163 LỚP: KTHD2010 TP. HỒ CHÍ MINH 2011
Tiểu luận phụ gia cho Gasohol GVHD: TS. NGUYỄN HỮU LƯƠNG Mục Lục 1. Giới thiệu ................................................................................................................ 1 1.1 Xu hướng sử dụng nhiên liệu sinh học................................................................... 1 1.2 Tính chất của ethanol ............................................................................................ 1 1.2.1 Các tính chất lý hoá ........................................................................................... 1 1.2.2 So sánh tính chất nhiên liệu của ethanol với các chất oxygenate khác ............... 2 1.2.3 Ưu nhược điểm của ethanol............................................................................... 5 1.3 Tính chất của Gasohol ........................................................................................... 7 2. Phụ gia chống tách pha cho Gasohol: ...................................................................... 7 2.1 Phụ gia chống tách pha theo cơ chế đồng dung môi (cosolvent): ........................... 7 2.2 Phụ gia chống tách pha theo cơ chế nhủ hoá:....................................................... 10 2.3 Các phụ gia đa tính năng đã thương mại hoá: ...................................................... 10 3. Các nghiên cứu về phụ gia chống tách pha cho xăng pha cồn: ............................... 11 4. Kết luận ................................................................................................................. 13 HVTH: TRIỆU QUANG TIẾN i
Tiểu luận phụ gia cho Gasohol GVHD: TS. NGUYỄN HỮU LƯƠNG 1. Giới thiệu 1.1 Xu hướng sử dụng nhiên liệu sinh học Chúng ta hiện đang được chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp, và cũng theo đó chúng ta ngày càng phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hoá thạch. Các lĩnh vực như sản xuất, giao thông thực sự không thể thiếu nhiên liệu, mà phần lớn vẫn đang sử dụng nguồn nhiên liệu từ dầu mỏ. Có hai vấn đề rất lớn xoay quanh sử dụng nguồn nhiên liệu này, đó là dầu mỏ sẽ có lúc cạn kiệt và vấn đề ô nhiễm môi trường do nhiên liệu này gây ra. Hiện các nước trên thế giới đã ý thức được hai vấn đề đó nên ngày càng có nhiều nghiên cứu ứng dụng những loại nhiên liệu thay thế có khả tái sinh và đồng thời giảm thiểu phát thải ra môi trường các chất độc hại. Chúng ta đã biết, nhiên liệu sinh học chính là một trong những nguồn nhiên liệu tái tạo hiện đang được quan tâm nhiều nhất như: biodiesel, biogas, hay bioethanol. Trong số đó, ethanol là một trong những nhiên liệu thay thế hiện rất được quan tâm. Năm 1907, Henry Ford đã giới thiệu ethanol với hiệp hội xe máy của Hoa Kỳ bằng cách ông tự chế tạo ra chiếc xe đầu tiên cho riêng ông chạy bằng ethanol. Sự phát hiện ra dầu thô và khả năng chưng cất nó thành xăng đã làm giảm sự quan tâm về ethanol như là nguồn nhiên liệu thay thế vào đầu thế kỷ 20. Tuy nhiên, vào thập niên 70 của thế kỷ 20, do sự cấm vận dầu thô và tăng giá dầu đến các nước của tổ chức các quốc gia xuất khẩu dầu (OPEC) nên nền công nghiệp ethanol phát triển trở lại. Và hiện nay, ethanol đang được nhiều nước sử dụng như là một lọai phụ gia để cho vào xăng hoặc thay thế một phần xăng. Ở Việt Nam, bắt được xu hướng của thế giới cùng với tình hình nhiên liệu trong nước hiện tại, chính phủ đã Chính phủ đã phê duyệt “Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025”, với mục tiêu sẽ dần giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hoá thạch và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Với mục tiêu đó, một trong những nhiên liệu thay thế được chú ý phát triễn đó là ethanol dưới dạng sử dụng là E5 (ethanol pha với 95% xăng). 1.2 Tính chất của ethanol 1.2.1 Các tính chất lý hoá Ethanol là chất lỏng không màu, có mùi thơm, dễ cháy, dễ hút ẩm, tan vô hạn trong nước. Một số tính chất hoá lý của ethanol: HVTH: TRIỆU QUANG TIẾN 1
Tiểu luận phụ gia cho Gasohol GVHD: TS. NGUYỄN HỮU LƯƠNG Bảng 1. Các tính chất hoá lý của ethanol Công thức phân tử C2H6O Khối lượng phân tử 46.07 g mol−1 Màu sắc Chất lỏng không màu Khối lượng riêng 0.789 g cm−3 Điểm chảy −114 °C, 159 K, -173 °F Điểm sôi 78 °C, 351 K, 172 °F Áp suất hơi 5.95 kPa (ở 20 °C) Chiết suất (nD) 1.36 Độ nhớt 0.0012 Pa s (at 20 °C) Nhiệt độ chớp cháy 13–14 °C Nhiệt độ tự cháy 362 °C Ethanol có điểm đẳng phí với nước ở 90% mole ethanol và 10% mole nước: Hình 1. Cân bằng hệ ethanol-nước có điểm đẳng phí ở 90% mole ethanol 1.2.2 So sánh tính chất nhiên liệu của ethanol với các chất oxygenate khác Một trong những tính chất quan trọng của xăng sử dụng trong động cơ đốt trong là khả năng cháy đồng đều và không kích nổ khi nhận nhiệt bằng tia lữa điện để năng lượng được giải phóng là tối đa. Trong động cơ đốt trong 4 thì hiện tượng kích nổ là hiện tượng khi nhiên liệu được đốt bằng tia lửa điện ở cuối chu kỳ nén, nếu tốc độ lan HVTH: TRIỆU QUANG TIẾN 2
Tiểu luận phụ gia cho Gasohol GVHD: TS. NGUYỄN HỮU LƯƠNG truyền sự cháy quá nhanh (hơn 40m/s) bên trong động cơ, có nghĩa là khi bugi đánh lữa thì gần như ngay lập tức hỗn hợp không khí và nhiên liệu bên trong buồng đốt sẽ gần như cháy ngay lập tức. Hiện tượng này làm tổn thất hiệu suất động cơ và làm giảm tuổi thọ động cơ. Chỉ tiêu chống cháy kích nổ trong động cơ được biểu thị qua trị số octane. Để gia tăng chỉ số octane cho xăng, người ta pha vào xăng các loại phụ gia mà với một lượng nhỏ các chất này sẽ làm giảm khả năng cháy kích nổ của xăng. Các chất này sẽ giúp cho quá trình cháy được hoàn toàn (oxi hoá sâu) và kềm chế được sự cháy kích nổ của nhiên liệu. Các chất được sử dụng hiệu quả thường là các oxygenate (ether hoặc alcohol) giúp bão hoà oxygen trong hỗn hợp nhiên liệu. Đối với xăng nói chung, từ lâu người ta đã biết dùng các hợp chất hữu cơ của Fe, Pb, Mn, Co,…, là những chất có hoạt tính cao để làm phụ gia, nhưng phụ gia được nhiều nước sử dụng nhất vẫn là Tetra Ethyl Lead (TEL). Tuy nhiên, TEL khi cháy cùng với xăng sẽ tạo PbO bám vào xylanh, ống dẫn làm nghẽn dòng nhiên liệu. Vì vậy, người ta phải cho thêm một số chất khác để làm bay hơi PbO, thải ra không khí và đây là nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường. Các phụ gia khác được sử dụng ngày càng nhiều để thay thế cho các phụ gia cơ kim gây ô nhiễm môi trường là các alcohol như: TBA, methanol, ethanol…hay các ether như: MTBE, ETBE, … các phụ gia oxygenate này có trị số octane rất cao: Bảng 2. Trị số octane của một số hợp chất oxygenate [1] Phụ gia chứa oxygen RON MON Ethanol 120  135 100  106 Ethyl tert-butyl ether (ETBE) 110  119 95  104 Methanol 127  136 99  104 Methanol/TBA (50/50) 115  123 96  104 Methyl tert-butyl ether (MTBE) 115  123 98  105 Tert-amyl methyl ether (TAME) 111  126 98  103 Tert-butanol (TBA) 104  110 90  98 HVTH: TRIỆU QUANG TIẾN 3
Tiểu luận phụ gia cho Gasohol GVHD: TS. NGUYỄN HỮU LƯƠNG Bảng 3. Tính chất vật lý của một số hợp chất oxygenate [1]. Các tính chất Ethanol Methanol TBA MTBE TAME Tỷ trọng 60/600F 0,794 0,796 0,791 0,746 0,770 Áp suất hơi bão hòa, bar 0,16 0,35 0,14 0,61 0,22 Nhiệt độ sôi, 0C 78 65 83 55 86 Khả năng hòa tan trong nước Vô hạn Vô hạn Vô hạn 1,4% 0,6% Tỷ lệ A/F 9,0:1 6,5:1 11,1:1 11,7:1 11,9:1 Nhiệt lượng tòan phần, 6,624 4,787 7,827 8,400 9,000 kcal/kg Nhiệt lượng của hơi, kcal/kg 218 276 145 77 78 Điểm chớp cháy, 0C 13 11 11 - - Giới hạn bắt lửa: % tối thiểu 4,9 6,7 2,4 - - % tối đa 19,0 36,0 8,0 - - Tuy nhiên, các loại phụ gia góc ether như MTBE, TAME, hay alcol TBA đã được phát hiện là nguyên nhân gây nên ô nhiễm nước ngầm, methanol thì hơi có độc tính cao. Vì vậy, trong số những oxygenate được sử dụng để gia tăng trị số octane cho xăng thì ethanol là có nhiều ưu điểm nhất. Ethanol có hàm lượng oxygen cao (khoảng 35%) giúp cho quá trình cháy của nhiên liệu sạch hơn và gì thế giảm thiểu sự phát thải CO. Các tiêu chuẩn kỹ thuật đối với cồn biến tính ở Việt Nam được thể hiện trong bảng 4 [1] Bảng 4. Yêu cầu kỹ thuật đối với ethanol nhiên liệu biến tính (TCVN 7716:2007). Tên chỉ tiêu Giới hạn 1. Ethanol, %tt, min 92,1 2. Methanol, %tt, max 0,5 3. Hàm lượng nhựa đã rửa qua dung môi, mg/100 ml, max 5,0 4. Hàm lượng nước, %tt, max 1,0 5. Hàm lượng chất biến tính (xăng, naphta), %tt 1,96 – 5,0 6. Hàm lượng clorua vô cơ, mg/l (ppm khối lượng), max 32 (40) HVTH: TRIỆU QUANG TIẾN 4
Tiểu luận phụ gia cho Gasohol GVHD: TS. NGUYỄN HỮU LƯƠNG 7. Hàm lượng đồng, mg/kg, max 0,1 8. Độ axít (axít axêtic CH3COOH), %kl (mg/l), max 0,007 (56) 9. Độ pH, min - max 6,5 – 9,0 10. Lưu hùynh, mg/kg (ppm khối lượng), max 30 11. Sulfat, mg/kg (ppm khối lượng), max 4 0 3 12. Khối lượng riêng ở 15 C, kg/m Báo cáo 13. Ngọai quan Trong, sạch 1.2.3 Ưu nhược điểm của ethanol a) Ưu điểm: - Sử dụng ethanol giúp sự phụ thuộc vào xăng dầu, giảm được nguy cơ làm giá, và đồng thời giúp gia tăng sản xuất nông nghiệp. - Ethanol cháy sạch, sản phẩm cháy chỉ có CO2 và nước. - Giảm sự phát thải NOx (giảm đến 20%) so với nhiên liệu xăng truyền thống. - Lượng khí thải độc hại như CO cũng giảm rất nhiều. do khả năng cháy sạch nên quá trình cháy gần như hoàn toàn, và vì thế lượng CO phát thải giảm đáng kể so với xăng truyền thống (giảm thiểu lượng CO: 1 triệu galon xăng 10% ethanol khi cháy giảm được 61 tấn CO [1]). - Giảm lượng phát thải CO2, do CO2 sinh ra do quá trình đốt ethanol xem như được cây trồng hấp thụ lại trong quá trình quang hợp khi chúng ta trồng những loại cây để sản xuất ethanol. Đây chính là vòng đời của CO2 trong quá trình sử dụng nhiên liệu CO2 (trong khi cây cối chỉ hấp thụ 30% CO2 thải từ đốt xăng dầu). Hình 2. Vòng đời CO2 khi sử dụng nhiên liệu ethanol [1]. HVTH: TRIỆU QUANG TIẾN 5
Tiểu luận phụ gia cho Gasohol GVHD: TS. NGUYỄN HỮU LƯƠNG - Trị số octane cao, nếu ta sử dụng ethanol để pha vào xăng thì sẽ cải thiện khả năng chống kích nổ của nhiên liệu đáng kể. b) Nhược điểm: - Ethanol rất háo nước, chính vì thế gây khó khăn cho quá trình tồn trữ đặc biệt là với xăng pha cồn. Quá trình hút ẩm sẽ làm cho xăng pha cồn xảy ra hiện tượng tách pha làm giảm chất lượng của xăng. - Ethanol khó bay hơi hơn so với phần nhẹ trong xăng, vì thế khi pha vào xăng sẽ làm cho xăng khó khởi động hơn khi nhiệt độ môi trường xuống thấp - Nhiệt trị của ethanol thấp hơn so với xăng1,5 lít ethanol mới có thể thay cho một lít xăng. Tuy nhiên, một số nghiên cứu cho thấy rằng, để đạt được cùng một khoảng chạy, thì chỉ cần tốn thêm khoảng 5-12 % lượng E85 so với xăng. Đó là nhờ khả năng cháy sạch hơn của ethanol trong động cơ. - Ethanol cháy với ngọn lửa mờ rất khó phát hiện, điều này làm cho chúng ta rất khó phát hiện khi xảy ra rò rỉ và có khả năng gây nguy cơ cháy nổ. Chính vì thế, trong thực tế, để khắc phục nhược điểm này, cần cho vào trong ethanol các chất khi cháy có màu sắc để dễ phát hiện khi có sự cố cháy xảy ra. - Giá thành của ethanol còn tương đối cao (đặc biệt là khi yêu cầu nghiêm ngặc hơn về hàm lượng nước trong cồn dùng để pha xăng).  Ngoài những vấn đề trên thì sản xuất ethanol hiện còn nhiều vấn đề cần được xem xét. Do ethanol đi từ nguồn gốc nông nghiệp và đi từ nguồn nguyên liệu khá đa dạng. Chính vì thế, việc quy hoạch nguồn nguyên liệu để sản xuất ethanol cũng cần được xem xét tuỳ theo vùng, khu vực, quốc gia, tránh những trường hợp độc canh làm ảnh hưởng đến những cây lương thực khác và vì thế ảnh hưởng đến an ninh lương thực. Ngoài ra, thì vấn đề sử dụng ethanol hiện cũng đang có nhiều ý kiến trái chiều là liệu sử dụng ethanol có thực sự làm giảm ô nhiễm môi trường không? Vấn đề này cần được xem xét dưới nhiều góc độ và tính toán một cách bao quát, hoàn chỉnh, để chúng ta có cái nhìn đúng hơn về nhiên liệu sinh học ethanol  Nhiên liệu sinh học đi từ nguồn nguyên liệu có nguồn gốc nông nghiệp chỉ là bước đầu để đánh giá khả năng thay thế của nhiên liệu sinh học (nhiên liệu sinh học thế hệ thứ nhất). Chính vì vậy, người ta dần phát triển nhiên liệu sinh học theo hướng ứng dụng hơn, không ảnh hưởng nhiều đến anh ninh lương thực và có khả năng đáp ứng yêu cầu về năng suất cao, đó là nhiên liệu sinh học thế hệ thứ 2 đi biomass qua tổng hợp Fischer-Tropsch và nhiên liệu sinh học thế hệ thứ 3 đi từ tảo. HVTH: TRIỆU QUANG TIẾN 6
Tiểu luận phụ gia cho Gasohol GVHD: TS. NGUYỄN HỮU LƯƠNG 1.3 Tính chất của Gasohol - Khả năng tách pha của gasohol giảm khi tăng hàm lượng cồn trong xăng. - Quá trình tách pha tăng lên khi nhiệt độ giảm. - Cồn và gasohol có thể gây ăn mòn, vấn đề này có thể gây ra các hệ quả của sự tắt nghẽn đường ống. - Áp suất hơi của gasohol cao hơn áp suất hơi của xăng. - Vận chuyển gasohoh tránh mọi khả năng tiếp xúc nước hoặc ẩm. 2. Phụ gia chống tách pha cho Gasohol: Những tính chất than thiện với môi trường khiến ngày càng nhiều các nghiên cứu và ứng dụng ethanol như một nhiêu liệu thay thế. Cùng với tình trạng nhiên liệu hoá thạch ngày càng cạn kiệt, các nước đã dần đưa vào ứng dụng ethanol với nhiều thành phần và tiêu chuẩn khác nhau. Hiện nay, hàm lượng ethanol đưa vào xăng phổ biến là từ 5-10% (E5, E10). Với thành phần như vậy, xăng pha cồn có thể sử dụng giống như xăng hoá thạch mà không cần thay đổi bất cứ cơ cấu nào của động cơ. Nhưng với thành phàn ethanol vào khoảng 20% thì cần phải thay đổi một số chi tiết trong động cơ. Với tham vọng thay thế hoàn toàn xăng hoá thạch, một số nước như Mỹ, Brazil đã đưa vào ứng dụng xăng pha cồn với hàm lượng cồn lên đến 75-85%. Tuy nhiên, việc ổn định xăng pha cồn cũng không phải đơn giản. Ethanol pha vào xăng sẽ làm tăng khả năng ăn mòn cũng như khả năng tách pha. Khả năng ăn mòn xăng pha cồn sẽ tăng khi lượng cồn và nước tăng. Còn khả năng tách pha phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thành phần ethanol, hàm lượng nước, nhiệt độ môi trường, hàm lượng aromatic…Khi xăng pha cồn có hiện tượng tách pha sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của xăng, đồng thời cũng không thể tái tạo đồng pha do hàm lượng nước lẫn vào đã tăng. Trên thực tế, xăng pha cồn thường được cho vào các phụ gia như: phụ gia chống ăn mòn, phụ gia chống tách pha, phụ gia tẩy rửa…nhằm cải thiện các nhược điểm của nhiên liệu này. 2.1 Phụ gia chống tách pha theo cơ chế đồng dung môi (cosolvent): Loại phụ gia này có moment lưỡng cực nằm giữa xăng và cồn, đồng thời có khả năng hoà tan nước cao. Cơ chế của quá trình tách pha cơ bản là do sự háo nước của ethanol và nước không tan lẫn vào xăng. Tuỳ theo hàm lượng ethanol pha vào xăng, khi hàm lượng nước tăng sẽ kéo ethanol ra khỏi xăng và hiện tượng tách pha xảy ra. HVTH: TRIỆU QUANG TIẾN 7
Tiểu luận phụ gia cho Gasohol GVHD: TS. NGUYỄN HỮU LƯƠNG Hình 3. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên sự tách pha của xăng E5 Dựa vào đồ thị trên ta thấy quan hệ giữa nhiệt độ và hàm lượng nước dẫn đến hiện tượng tách pha với xăng E10. Lượng nước lẫn vào càng cao thì nhiệt độ tại đó có hiện tượng tách pha cũng cao. Điển hình với hàm lượng nước là 0.5% thể tích thì nhiệt độ tách pha vào khoảng 70 oF (khi giảm nhiệt độ hệ từ 75oF xuống 50oF sẽ có hiên tượng tách pha xảy ra. Hình 4. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên sự tách pha của các loại xăng pha cồn HVTH: TRIỆU QUANG TIẾN 8
Tiểu luận phụ gia cho Gasohol GVHD: TS. NGUYỄN HỮU LƯƠNG Đồ thị trên cho thấy sự khả năng hoà tan nước của các loại xăng pha cồn khác nhau (E5, E10, E15). Khi hàm lượng ethanol pha vào càng cao thì độ dốc của đường tách pha càng lớn, điều đó nói lên với hàm lượng ethanol pha vào xăng tăng thì khả năng hoà tan nước cũng tăng theo. Ta có thể thấy ở cùng 60 oF thì hiện tượng tách pha xảy ra với xăng E5 khi hàm lượng nước khoảng 0.45%, trong khi hiện tượng tách pha vẫn chưa xảy ra với xăng E10 khi hàm lượng nước lên đến gần 0.9% Hình 5. Phụ gia TBA giúp giảm nhiệt độ tách pha của E10 và M10 Một đánh giá khác: ta thấy E10 có khả năng hoà tan nước cao hơn M10, nhu vậy rượu có có góc alkyl lớn hơn sẽ khó bị tách pha hơn. Dựa vào đồ thị này ta thấy ý nghĩa rõ ràng của chất phụ gia đồng dung môi TBA (tert butyl alcol) trong việc lam tăng khả năng hoà tan nước của xăng pha cồn. Các phụ gia có moment lưỡng cực nằm trong khoảng xăng và cồn, cùng khả năng hoà tan nước tốt sẽ giúp cho hệ bền và không bị tách pha. Các chất này thông thường là các alcohol bậc cao (iso-propyl alcohol, tert-butyl alcohol, iso-butyl alcohol,…) và các hợp chất ether (như MTBE, ETBE,…). Tuy nhiên các chất này cũng có hạn chế về khả năng ứng dụng vì chỉ có chức năng chống tách pha mà không có khả năng chống ăn mòn. MTBE người ta đã phát hiện gây ô nhiễm, vì thế đã bị cấm sử dụng ở một số quốc gia, ETBE thì giá thành khá cao không khả thi để sử dụng làm nhiên liệu. Hiện nay có nhiều nghiên cứu các hợp HVTH: TRIỆU QUANG TIẾN 9
Tiểu luận phụ gia cho Gasohol GVHD: TS. NGUYỄN HỮU LƯƠNG chất alkylamin, những chất này vừa có khả năng chống tách pha, vừa có khả năng chống ăn mòn. Trong nước ta cũng đã có nghiên cứu và ứng dụng thử nghiệm TEA trong việc chống tách pha và chống ăn mòn cho xăng E5. Tháng 06/2008 Công ty Petromekong đã thực hiện dự án sản xuất thử nghiệm phụ gia triethylamine (hàm lượng 0,15%) dùng cho E5 tại phòng Hoá nghiệm VILAS 308 của Công ty từ các nguồn nguyên liệu trong nước và cho kết quả tốt về khả năng chống tách lớp và ăn mòn trong tồn trữ, phân phối và sử dụng. Thử nghiệm được thực hiện với 25.000 lít xăng E5, tại Tổng kho Xăng dầu Cần Thơ – Công ty Petromekong Phương pháp đồng dung môi được sử dụng chủ yếu khi hàm lượng nước trong nhiên liệu thấp. 2.2 Phụ gia chống tách pha theo cơ chế nhủ hoá: Phụ gia loại này được sử dụng khi hàm lượng nước lẫn vào xăng lớn. Các chất được sử dụng thực tế là các chất hoạt động bề mặt để nhủ hoá hệ xăng-cồn-nước. Với phương pháp này, chúng ta có thể “hoà tan” một lượng lớn nước mà không bị tách pha. Tuy nhiên, để tạo được hệ nhủ bền, không bị đục, ta cần một lực phân tán lớn để tạo thành các microemulsion. Chất nhủ hoá phổ biến là Organosulfate được chuyển hoá từ Ethoxylated fatty alcohols: ROH + n C2H4O → R(OC2H4)nOH (xt: KOH) R(OC2H4)nOH + SO3 → R(OC2H4)nOSO3H Ưu điểm của phương pháp này là hệ bền, hàm lượng nước lẫn vào lớn, không ăn mòn. Nhược điểm của phương pháp là giá thành của chất nhủ hoá cao, lượng nước lẫn vào nhiên liệu lớn cũng ảnh hưởng đến chất lượng của nhiên liệu. 2.3 Các phụ gia đa tính năng đã thương mại hoá: Một số lọai phụ gia thương mại dùng cho xăng pha cồn được sử dụng trên thế giới: PHASEGUARD4™ của CRC:  Chống tách lớp  Chống ăn mòn  Chống tạo cặn  Bình 250 ml sử dụng được cho 80 gallon nhiên liệu HVTH: TRIỆU QUANG TIẾN 10
Tiểu luận phụ gia cho Gasohol GVHD: TS. NGUYỄN HỮU LƯƠNG Phụ gia đa tính năng VpCI-705  Được sản xuất bởi công ty Cortec Corporation.  Chứa các họat chất có tính tẩy rửa và tính phân tán.  Hàm lượng sử dụng từ 0,01 – 0,05%.  Có tác dụng chống tạo cặn, chống ăn mòn bề mặt kim loại, và chống tách lớp. 22214 Fuel Stabilizer của STA-BIL  Chống tạo cặn  Chống ăn mòn  Chống tách lớp  Bình 1lit sử dụng được cho 80 gallon nhiên liệu Fuel FIXrx của Well-Worth  Chống tạo cặn  Chống ăn mòn  Chống tách lớp  Bình 375 ml sử dụng được cho 30 gallon nhiên liệu Nhìn chung, các lọai phụ gia được sử dụng trong thương mại thường là hỗn hợp của nhiều chất để đem lại nhiều tính năng ưu việt cho người sử dụng. Thành phần và bản chất hóa học các chất có trong phụ gia không được công bố. 3. Các nghiên cứu về phụ gia chống tách pha cho xăng pha cồn: a) Nghiên cứu khả năng chống tách pha của MTBE của nhóm Francis S.Bove ở New York vào năm 1980. Nghiên cứu này tập trung khảo sát hàm lượng sử dụng MTBE với các loại xăng pha cồn khác nhau, trong đó sử dụng loại cồn 95%, và xăng nền được sử dụng có hàm lượng aromatic thấp. - Kết quả cho thấy, hàm lượng cồn pha vào càng tăng thì hàm lượng sử dụng MTBE càng giảm - Hàm lượng sử dụng MTBE trong khoảng từ 5-12%, tuỳ thuộc chủ yếu vào lượng ethanol pha vào và nhiệt độ. - Nhiệt độ ổn định của nhiên liệu được hạ đáng kể, kết quả được thể hiện ở 2 bảng số liệu sau: HVTH: TRIỆU QUANG TIẾN 11
Tiểu luận phụ gia cho Gasohol GVHD: TS. NGUYỄN HỮU LƯƠNG Đối với trường hợp xăng và cồn được pha với tỉ lệ nhất định và MTBE được cho vào cho tới khi không còn tách pha được cho ở bảng sau: b) Dr Alfred R. Globus ở Houston vào năm 1982 đã nghiên cứu khả năng ổn định xăng pha cồn bằng n-hexanol và các chất phụ trợ khác. Việc nghiên cứu được thực hiện với các tỉ lệ pha trộn giữa ethanol và xăng khác nhau, trong đó ethanol được sử dụng có độ tinh khiết khoảng 96-97%. - Kết quả thật ấn tượng, nhiệt độ được hạ xuống rất thấp mà vẫn không có hiện tượng tách pha. - Tác giả cũng đã khảo sát khả năng chống tách pha của các alcol, theo đó n- hexan cho kết quả tốt nhất: + tertiary butyl alcohol: +55.degree. F + isobutyl alcohol: +24.degree. F + n - hexanol: -2.degree. F Ngoài ra, tác giả còn khảo sát các chất bổ trợ khác nhằm chống ăn mòn: + diglycol amine + n-butylamine Kết quả nghiên cứu được cho trong bảng sau: HVTH: TRIỆU QUANG TIẾN 12
Tiểu luận phụ gia cho Gasohol GVHD: TS. NGUYỄN HỮU LƯƠNG Bảng 5. Kết quả khảo sát phụ gia n-hexanol chống tách pha cho gasohol Thành phần phụ gia (%) Xăng Ethanol Phụ gia surfynol (3,5- Nhiệt Stt diglycol (%) (%) (%) n-hexanol dimethyl-1- n-butylamine 2-pentanone độ (F) amine hexyn-3-ol) 1 90 9 1 90 7 3 - - -30 2 90 8 2 90 7 3 - - -65 3 85 13.5 1.5 100 - - - - -20 4 85 13.5 1.5 90 - - 8 2 -20 5 85 13.5 1.5 85 - - 12 3 -20 4. Kết luận Phương pháp chủ yếu để chống tách pha cho xăng pha cồn hiện tại vẫn là dùng phụ gia theo cơ chế đồng dung môi. Vì phương pháp dễ thực hiện hơn nhiều so với phương pháp nhủ hoá, và thực tế với nhiên liệu xăng pha cồn cũng không lẫn lượng nước lớn. Phương pháp nhủ hoá phức tạp hơn vì cần một năng lượng lớn để tạo hệ nhủ, và chỉ khi hệ nhủ đạt trạng thái vi nhủ thì mới đáp ứng được các yêu cầu mong muốn của nhiên liệu. Trên thực tế, có rất ít (hầu như không có) các nghiên cứu về phương pháp nhủ hoá để chống tách pha cho xăng pha cồn. Phụ gia cho xăng pha cồn phần lớn là các hợp chất các alcol bậc cao, ether và các alkylamine. Việc sử dụng loại phụ gia nào phụ thuộc vào từng nhu cầu cụ thể (hàm lượng nước trong cồn, hàm lượng cồn cần pha vào xăng…).Có thể kết hợp nhiều loại phụ gia với nhau để có được phụ gia đa tính năng như các phụ gia cho xăng pha cồn mà các công ty đã thương mại hoá. Và một điều quan trọng hơn nữa là chúng ta cần chú ý đến yếu tốt môi trường, như đã phân tích ở trên, mỗi loại phụ gia đều có những ưu và nhược điểm mà khi ta lạm dụng có thể gây nguy hại đối với môi trường. HVTH: TRIỆU QUANG TIẾN 13
Tiểu luận phụ gia cho Gasohol GVHD: TS. NGUYỄN HỮU LƯƠNG TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hữu Lương, Nghiên cứu ứng dụng và hoàn thiện công nghệ sản xuất thử nghiệm phụ gia chống tách lớp và chống ăn mòn cho xăng sinh học E5, Báo cáo chuyên đề 1, 8-2010. [2] Nguyễn Hữu Lương, Bài giảng: phụ gia các sản phẩm dầu mỏ, 2010 [3] KS. Nguyễn Huỳnh Hưng Mỹ,ThS. Huỳnh Minh Thuận,KS. Lê Hồng Nguyên, KS. Lê Dương Hải, Nghiên cứu dùng cồn etylic sản xuất trong nước pha chế xăng thương phẩm có trị số octan cao - giai đoạn 3, Viện Dầu khí Việt Nam [4] Francis S.Bove, Gasoline-ethanol fuel mixture solubilized with methyl-t-butyl- ether, United States Patent. 14,507. Feb-1979 [5] Dr Alfred R. Globus, Stabilization of Ethanol-Gasoline Mixtures, The Houston Post ( May 23, 1975 ) [6] Kevin Hughes, Treatise on Alcohol-Blended Gasoline: Phase Separation and Alcohol Monitors, MSc Research and Development Engineer Central Illinois Manufacturing Company 201 N. Champaign St. Bement, IL 61813 HVTH: TRIỆU QUANG TIẾN 14