Báo cáo khoa học: " 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 " ppsx

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(C 5 H 5 ) 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 25 o C, áp suất 690kPa (100psi) và được gia nhiệt từ 98 đến 102 o C. 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 100 o 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 w b (%) trong xăng được tính theo tỷ lệ đáp ứng rsp w i: b g ib W W 100× = ; Trong đó W g - khối lượng của mẫu xăng; khối lượng aromatic W W bi: ib sbibib sb ib Wmb A A               − = ; với: A ib - diện tích mũi của aromtic; A sb - diện tích mũi của chuẩn nội; W sb - khối lượng chuẩn nội thêm vào; m ib * 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 W 100× = ; 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 (W io ), sử dụng tỷ lệ đáp ứng (rsp i rsp ) của diện tích của các hợp chất chứa oxy so với diện tích của chất chuẩn nội theo công thức: i =(m i )(atm i ) + b i Trong đó: ; - rsp i - (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 ) = (W io /W so ), 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 = A 1 + (A 2 – A 1 21 1 aa aa − − ) ; Trong đó: A 1 - trị số octane của nhiên liệu chuẩn chặn dưới; A 2 - 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; a 1 - cường độ kích nổ của nhiên liệu chuẩn chặn dưới; a 2 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 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009 94 tích etanol phối trộn cao hơn 7% thể tích sẽ làm tăng hàm lượng oxy (theo bảng 1), không phù hợp với tiêu chuẩn Việt Nam. 3.5. Nghiên cứu độ ổn định oxi hoá của nhiên liệu vào thể tích etanol Bảng 5. Sự phụ thuộc độ ổn định oxi hoá vào hàm lượng thể tích etanol Etanol (% thể tích) 0% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8% Độ ổn định oxi hoá (phút) 566 566 566 567 567 568 569 569 569 Hình 3. Độ ổn định oxi hoá của hỗn hợp xăng và etanol Kết quả trên bảng 5 và hình 3 cho thấy khi phối trộn 7% etanol vào xăng thì độ ổn định oxi hoá thu được bằng 569 phút kết quả phù hợp với tiêu chuẩn Việt Nam (theo TCVN độ ổn định oxy hoá ≥ 480 phút). 4. Kết luận Sự phối trộn etanol vào xăng đã làm tăng trị số octan. Với thể tích etanol phối trộn 7% thể tích vào một lượng xăng MO90 xác định sẽ làm tăng trị số octan lên 92,6. Khi phối trộn 7% thể tích etanol vào trong xăng MO90 và 15,5mg ferrocene vào trong 1 lít xăng thì trị số octan tăng lên 93.8 nhưng vẫn đảm bảo các chỉ tiêu hàm lượng oxy, benzen, hàm lượng Fe và độ ổn định oxi hoá theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 6776:2005). TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Cục đăng kiểm Việt Nam, áp dụng tiêu chuẩn Châu Âu đối với khí thải xe cơ giới đường bộ và chất lượng nhiên liệu, 2005. [2] Kiều Đình Kiểm (2005), Các sản phẩm dầu mỏ và hoá dầu, NXB khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. [3] Đinh Thị Ngọ (1999), Hoá học dầu mỏ, Trường đại học bách khoa Hà Nội [4] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6776:2005 (2005), Xăng không chì - yêu cầu kỹ thuật, Hà Nội. [5] R.L.Furay (1985), “Volatility Characteristics of Gasoline – Alcohol and Gasoline Ether Fuel Blends”. AE paper 852116. [6] T.V.Rasskazchikova, V.M.Kapustin, and S.A.Karpov (2004), “Ethanol as High- Octane Additive to utomotive Gasolines. Production and Use in Russia and Abroad”. Chemistry & Technology of Fuels and Oils, Vol.40, No.4. . 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. 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. 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