Chuyên đề 3 Nghiên cứu lựa chọn hệ phụ gia phù hợp cho xăng sinh học E10, E15, E20

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ thuộc Đề tài: “Nghiên cứu khả tương thích động nổ hệ cũ sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ etanol E100 lớn 5%”, mã số ĐT.06.11/NLSH thuộc Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025 Sản phẩm 2.3: Nghiên cứu lựa chọn hệ phụ gia phù hợp cho xăng sinh học E10, E15, E20 Chuyên đề số: Chủ nhiệm đề tài Người thực PGS.TS Lê Anh Tuấn PGS.TS Vũ Thị Thu Hà Cơ quan chủ trì Hà Nội, tháng 08 năm 2011 ĐT.06.11/NLSH MỤC LỤC Lời nói đầu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 10 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 13 3.1 Nghiên cứu lựa chọn hệ phụ gia cho nhiên liệu phối trộn E10 13 3.2 Nghiên cứu lựa chọn hệ phụ gia cho nhiên liệu phối trộn E15 17 3.3 Nghiên cứu lựa chọn hệ phụ gia cho nhiên liệu phối trộn E20 22 Kết luận 27 Tài liệu tham khảo 29 -1 - ĐT.06.11/NLSH Lời nói đầu Ngày nay, động đốt trongcủa phần lớn loại phương tiện vận tải thếgiới sử dụng nhiên liệuhóa thạch Tuy nhiên, xuất nhiên liệu thay mở hội cho việc giảm thiểu đáng kể lượng khí phát thải làm tăng hiệu loại xe thích hợp Trong giai đoạn phát triển loại nhiên liệu thay khác nhau, loại động xe sử dụng có cơng nghệ thay đổi để phù hợp với loại nhiên liệu Mỗi cơng nghệ có tính phát thải khí khác Những phương tiện sử dụng xăng pha etanol làm giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính so với việc sử dụng xăng thơng thường Sự giảm phát thải liên quan tới đốt cháy etanol tinh khiết nguyên liệu Tuy nhiên, việc sử dụng etanol hỗn hợp phối trộn với xăng tạo vấn đề phát sinh động sử dụng nhiên liệu xăng truyền thống Các tính chất phân cực, ăn mịn, bám dính, ma sát tính dẫn etanol nhiên liệu có chứa etanol tạo vấn đề cần phải xử lý ngành công nghiệp nhiên liệu [4] Vì mục đích chun đề: "Nghiên cứu lựa chọn hệ phụ gia phù hợp cho xăng sinh học E10, E15, E20'' nghiên cứu tính chất nhiên liệu phối trộn etanol tìm hệ phụ gia với hàm lượng phù hợp cho nhiên liệu E10, E15, E20 -2 - ĐT.06.11/NLSH Chuyên đề 3: Nghiên cứu lựa chọn hệ phụ gia phù hợp cho xăng sinh học E10, E15, E20 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Những phương tiện sử dụng xăng pha etanol làm giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính so với việc sử dụng xăng thông thường Sự giảm phát thải liên quan tới đốt cháy etanol tinh khiết ngun liệu Etanol sản xuất từ ngơ có chu kỳ phát thải khí nhà kính khoảng 15% so với xe chạy xăng thơng thường Trong đó, etanol (E100) sản xuất từ sinh khối gỗ có chu kỳ phát thải khí nhà kính 60 - 75% so với xăng thông thường [1] Trước đây, metanol sử dụng để pha vào xăng làm nhiên liệu Tuy nhiên, so với metanol, etanol có ưu điểm gây ăn mịn khơng độc Từ tháng năm 2007, trạm xăng Australia cung cấp xăng có chứa 2% etanol [2] Ở Mỹ, etanol đưa vào sử dụng từ năm 1978, nhiên hàm lượng etanol trộn xăng thấp Năm 2000, lượng nhiên liệu etanol E10 sản xuất 1,6 triệu galon, chiếm 12% tổng số xăng tiêu thụ Sản lượng etanol sản xuất tăng nhanh kể từ sau năm 2000, tăng gần lần năm Đến năm 2008, lượng etanol đạt 9,2 triệu galon [3] Sản lượng nhiên liệu etanol Mỹ từ năm 1981 đến năm 2008 trình bày hình Hình 1: Sản xuất etanol nhiên liệu Mỹ 1981-2008 Hỗn hợp phối trộn phổ biến xăng etanol sử dụng nhiều nước giới từ 10% etanol xăng (E10) 85% hay 100% etanol (E100) -3 - ĐT.06.11/NLSH Hỗn hợp nhiên liệu E85 (85% etanol) đượcđiều chỉnh theo mùađể đảm bảo cho việc khởi động thích hợpvà hiệu trongcácđịađiểmđịa lý khác Ví dụ, E85 bán tháng lạnh thường chứa etanol có 70% 30% chất phụ gia dầu mỏ để tạo áp suất cần thiết để khởi động nhiệt độ thấp Trong tháng ấm hơn, hàm lượng phụ gia dầu mỏ cho E85 thông thường từ 17% đến khoảng 20% Nhiên liệu etanol thương mại thường xử lý cách pha trộn với số chất phụ gia nhằm đánh dấu mục đích sử dụng Etanol sau xử lý gọi etanol nhiên liệu biến tính chất biến tính phổ biến xăng hay phân đoạn xăng dầu hỏa Việc sử dụng etanol hỗn hợp phối trộn với xăng tạo vấn đề phát sinh động sử dụng nhiên liệu xăng truyền thống Các tính chất phân cực, ăn mịn, bám dính, ma sát tính dẫn etanol nhiên liệu có chứa etanol tạo vấn đề cần phải xử lý ngành công nghiệp nhiên liệu [4] Do etanol phân cực so với xăng hydrocarbon nên trình cung cấp đốt cháy nhiên liệu có chứa etanol phát sinh số vấn đề Chẳng hạn, nhiên liệu có tác động tiêu cực tới phận bề mặt đốt động cơ, bồn chứa nhiên liệu, van, vòng đệm, miếng đệm, kim phun, đường ống, máy bơm, vòi, lọc phận khác Ngoài ra, etanol sản xuất từ nguồn nguyên liệu có nguồn gốc sinh học, việc sử dụng nhiên liệu pha etanol gây nên tích tụ tạp chất etanol phận động phận cung cấp nhiên liệu Hơn nữa, nhiên liệu chứa etanol có hàm lượng nước tạp chất axit cao nên trở thành mơi trường dẫn cho q trình oxi hóa bề mặt kim loại gây tượng ăn mịn [5] Trước đây, nhiên liệu xăng khơng gây nhiều vấn đề cho việc sử dụng nhiên liệu hydrocacbon khơng gây ăn mịn Với nhiên liệu có chứa etanol, ăn mòn thực vấn đề lớn Tạp chất axit có chứa nhiên liệu axit formic axit acetic tăng lên bị oxy hóa q trình lưu trữ Theo U.S Pat No(s) 4509951, 4511367, 4511368, 4531984, kết hợp hợp chất cacboxylic axit dime trime alkenyl succinic axit với hợp chất chứa nitơ polyisobutenyl (PIB) succinimide thay imidazoline tác nhân chống ăn mòn cho nhiên -4 - ĐT.06.11/NLSH liệu chứa etanol Ngồi ra, có vài cơng thức độc quyền tác nhân chống ăn mòn cho nhiên liệu chứa cồn thị trường ALCOOL (Shell Oil), GRAND PRIX PROAL (Bardahl) [5] Hiện nay, nhiều phương pháp sử dụng để cải thiện việc bảo vệ động hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động đốt Nhiên liệu bao gồm xăng, etanol pha thêm loại phụ gia nhiên liệu Một số chất phụ gia thông dụng phụ gia chống tách pha, phụ gia chất phân tán, chất tẩy rửa, phụ gia chống oxy hóa, phụ gia chống mài mòn … Chất chống phân tách pha bổ sung vào nhiên liệu để ức chế trình phân tách pha lựa chọn từ nhóm N, N-bis (hydroxyalkyl) alkyl amide hay gọi dihydroxy amit đại diện cơng thức: Trong R nhóm alkyl C10-20 R’ nhóm alkylene C1-5 Lượng phụ gia sử dụng phụ thuộc vào hiệu chất ức chế sử dụng Chất ức chế có hiệu tốt khoảng 0,05 – 10,0 % khối lượng so với lượng hỗn hợp nhiên liệu hydrocacbon lỏng etanol [6] Phụ gia chống oxy hóa sử dụng nhằm mục đích làm chậm q trình ơxy hóa nhiên liệu (tăng độ bền oxy hóa), giảm bớt tượng ăn mòn chi tiết tạo cặn Các phụ gia chống oxy hóa biết đến nhiều dạng hóa chất bao gồm phenate sulphide, phosphosulfurized terpenes, sulfurized estes, aromatic amines hợp chất phenol [7] Các aromatic amin có cơng thức điển sau: Trong đó, R5 nhóm phenyl nhóm phenyl R7, R6 R7 độc lập với R5 hydro nhóm alkyl có chứa từ tới 24 nguyên tử cacbon Thay R5 R7 thích hợp nhóm phenyl.R6 R7 nhóm alkyl có chứa từ tới 20 nguyên tử cacbon Trong mẫu, chất chống oxy hóa alkylated diphenylamine nonylated diphenylamine có dạng điển hình như: -5 - ĐT.06.11/NLSH Chất chống oxy hóa dạng hợp chất phenol dạng akyl phenol có cơng thức điển hình: Trong R4 nhóm alkyl có chứa tới 24 nguyên tử cacbon m số nguyên từ tới Trong mẫu cố định, R chứa từ tới 18 nguyên tử cacbon từ tới 12 nguyên tử cacbon R4 mạch thẳng, mạch nhánh nhánh đặc biệt Giá trị m thích hợp bao gồm từ tới từ tới Một loại chất chống oxy hóa khác biết tới phenol este có cơng thức sau: Trong đó, t-alkyl t-butyl, R3 nhóm alkyl chuỗi thẳng nhánh có chứa khoảng từ tới 22 nguyên tử cacbon từ tới 22 từ tới từ tới nguyên tử cacbon R3 nhóm 2-ethylhexyl nhóm n-butyl n-octyl Các chất chống oxy hóa bao gồm olefin lưu hóa Trong lưu huỳnh mono- di-sulfua hỗn hợp hai Trong mẫu, lượng chất chống oxy hóa thành phần nhiên liệu sử dụng khoảng từ đến 100 ppm [7] -6 - ĐT.06.11/NLSH Phụ gia chất tẩy rửa sử dụng nhiên liệu lỏng cho động đốt nhằm mục đích ngăn cản loại trừ cặn không tan nhiên liệu cặn cacbon, sạn… Chất tẩy rửa điều chế sau [8]:  Từ 20% đến 40% khối lượng sản phẩm phản ứng của: - 1mol alkylphenol có cơng thức sau: Trong đó, n số nguyên từ tới 2, R1 gốc aliphatic hydrocacbon có khối lượng phân tử trung bình khoảng từ 400 tới 1500 - 1-5 mol aldehyde có cơng thức như: R2 lựa chọn từ hydro gốc alkyl chứa 1-6 nguyên tử cacbon - 0,5-5 mol amin có hydro hoạt động liên kết với nguyên tử nitơ amin  Từ 3,0% đến 6,0% khối lượng tác nhân khử nhũ có chứa: - Ít dung dịch dầu polyether đặc trưng có mặt cấu trúc nhóm có cơng thức: (—O−A—)x A nhóm alkylen chứa tới nguyên tử cacbon x có giá trị trung bình khoảng từ đến 200 - Nhựa oxyalkylated phenol formaldehyde có cơng thức: Trong A đại diện cho nhóm alkylene chứa từ đến 10 nguyên tử cacbon, m có giá trị trung bình từ tới 200, R nhóm alkyl chứa từ tới khoảng 20 nguyên tử cacbon x số nguyên lớn -7 - ĐT.06.11/NLSH  Từ khoảng 40% đến 70% khối lượng dung môi hydrocacbon thơm nhân hai nhân  Từ khoảng 5% đến 15% khối lượng chất chống ăn mòn lựa chọn từ hydrocarbyl succinic axit anhydride có từ 12 tới 30 nguyên tử cacbon Phụ gia chất phân tán sử dụng nhiên liệu với mục đích ngăn ngừa, làm chậm trình tạo cặn lắng đọng điều kiện hoạt động nhiệt độ thấp Một số phụ gia phân tán thường sử dụng bao gồm:  Ankenyl-poly-amin-suxinimit  Ankyl-hydrobenzyl-polyamin  Este-polyhydroxy-suxinic  Poly-aminamit-imidazolin  Polyamine suxinimit  Ester-photpholat  Polyetheramine Như chất phân tán sử dụng có chứa nhóm chức amin, imít, amít nhóm hydroxyl-ester nên polymer poly metacrylat cho khả phân tán Mặt khác, chúng có tính nhớt (chất tăng số độ nhớt) nên chúng sử dụng phụ gia phân tán nhiều tác dụng Lượng chất phân tán sử dụng nói chung phụ thuộc vào lượng chất rắn cần phải phân tán dầu thường chiếm từ 0,1 đến 2% Phụ gia ức chế ăn mịn phụ gia có chức làm giảm thiểu việc tạo thành peoxit hữu cơ, axit thành phần ơxy hóa khác làm xuống cấp nhiên liệu động cơ, bảo vệ ổ đỡ bề mặt khác khỏi ăn mịn Có thể nói chất ức chế ăn mịn bổ sung thực tế có tác dụng chất chống ơxy hóa Các phụ gia bao gồm: di-thiophotphat kim loại (đặc biệt kẽm); sunphonat kim loại kim loại kiềm cao; tác nhân hoạt động bề mặt axit béo, amin, axit ankylsuxinic, clo hóa parafin… Theo [4], phụ gia ức chế ăn mòn kết hợp Imidazoline (IM) Ankenyl Succinimide (AS) Imidazoline Ankenyl Succinimide có cơng thức đây: -8 - ĐT.06.11/NLSH -9 - ĐT.06.11/NLSH Bảng 3: Ảnh hưởng phụ gia chống ăn mòn nhiên liệu xăng sinh học E10 Hàm lượng Ăn mòn (ppm) đồng, 3h, 500C AS + IM 80 + 50 Loại Tetraethanolamine 100 Loại 100 Loại STT Phụ gia (TEA) 2-(diethylamine)ethanol Kết thu bảng cho thấy, phụ gia có tác dụng ức chế ăn mịn tốt cho nhiên liệu xăng sinh học E10 Tuy nhiên, TEA phụ gia chất chống ăn mòn hiệu quả, phổ biến giá thành rẻ so với loại cịn lại Do đó, phụ gia chống ăn mịn TEA phụ gia thích hợp lựa chọn cho thí nghiệm nghiên cứu Từ nghiên cứu trên, thành phần chất phụ gia sử dụng hỗn hợp chất biến tính đa chức nhiên liệu xăng sinh học thống kê bảng Bảng 4: Thành phần nhiên liệu xăng sinh học Thành phần nhiên liệu (% thể tích) Hỗn hợp chất biến tính đa chức Mẫu Phụ gia chất Phụ chống tách chất phân chống tính Etanol Chất biến Xăng gia Phụ gia chất Phụ gia chất pha tán hóa oxy chống ăn mịn E10-1 90 9,5 0,5 0 0 E10-2 89,87 9,5 0,5 0,1 0,01 0,01 0,01 Mẫu E10-1 hỗn hợp nhiên liệu không pha phụ gia, mẫu E10-2 mẫu có pha hỗn hợp chất biến tính đa chức Các hỗn hợp xăng sinh học E10 sau phối trộn đánh giá tính chất nhiên liệu Các kết đánh giá trình bày bảng -15 - ĐT.06.11/NLSH Bảng 5: Tính chất nhiên liệu xăng sinh học E10 E10-2 STT Chỉ tiêu E10-1 E10-2 (sau tháng) Trị số ốctan 94 94,5 0,0032 Hàm lượng chì, g/l 94,6 0,0031 0,0032 Thành phần cất phân đoạn - 10%, 0C 47,5 47,0 47,7 - 50%, 0C 67 67,3 68,1 - 90%, 0C 159,5 160,5 160,0 - Điểm sôi cuối, 0C 183,0 183,0 184,5 - Cặn cuối, %thể tích 1,6 1,7 1,6 Loại Loại Loại 3,5 3,4 Độ ổn định oxy hóa, phút 897 890 870 Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg 232 220 221 Áp suất Reid, kPa 67 60 61 Hàm lượng benzen, % thể tích 1,4 1,3 1,3 10 Hàm lượng hydocacbon thơm, % thể tích 31,7 28,5 28,3 11 Hàm lượng olefin, % thể tích 38 34,2 34,7 12 Hàm lượng oxy, % khối lượng 4,15 3,96 13 Hàm lượng etanol, % thể tích 10,12 9,99 9,9 14 Khối lượng riêng 15 0C, kg/m3 0,736 0,742 0,745 Ăn mòn đồng, 3h, 500C Hàm lượng nhựa rửa dung môi, mg/100ml -16 - ĐT.06.11/NLSH 15 Hàm lượng kim loại (Fe, Mn), mg/l 4,1 4,0 4,1 Các kết thu bảng cho thấy mẫu xăng sinh học E10 có tính chất nhiên liệu nằm giới hạn phù hợp làm nhiên liệu cho động đốt (ngoại trừ tiêu hàm lượng oxi) So với mẫu ban đầu, mẫu sau bảo quản (khoảng tháng) có tính chất nhiên liệu không thay đổi Như vậy, phụ gia lựa chọn sử dụng hỗn hợp chất biến tính đa chức phù hợp Ngồi ra, mặt kinh tế, hàm lượng phụ gia sử dụng hỗn hợp chất biến tính phối trộn mẫu xăng sinh học E10 thích hợp Từ kết nghiên cứu thu trên, xác định hệ chất phụ gia với hàm lượng thích hợp cho nhiên liệu phối trộn xăng sinh học E10 trình bày bảng Hàm lượng chất phụ gia hệ phụ gia cho E10 tương ứng với 0,13% (thể tích) hệ phụ gia pha vào xăng sinh học E10 Bảng 6: Thành phần chất phụ gia phụ gia cho xăng sinh học E10 Chất phụ gia Hàm lượng (% thể tích) Phụ gia chống tách pha IPA 76,9 Phụ gia chất phân tán PEA 7,7 Phụ gia chống oxy hóa BD 7,7 Phụ gia chống ăn mòn TEA 7,7 -17 - ĐT.06.11/NLSH 3.2 Nghiên cứu lựa chọn hệ phụ gia cho nhiên liệu phối trộn E15 Ban đầu, chọn sử dụng hệ phụ gia cho xăng sinh học E15 với thành phần chất phụ gia cho xăng sinh học E10.Hỗn hợp xăng sinh học chứa 15% etanol pha thêm hỗn hợp chất biến tính đa chức với thành phần trình bày bảng Bảng 7: Thành phần nhiên liệu xăng sinh học E15 Thành phần nhiên liệu (% thể tích) Hỗn hợp chất biến tính đa chức Mẫu Phụ gia chất Phụ chống tách chất phân chống tính Etanol Chất biến Xăng gia Phụ gia chất Phụ gia chất pha tán hóa oxy chống ăn mịn E15-1 85 14,25 0,75 0 0 E15-2 84,87 14,25 0,75 0,1 0,01 0,01 0,01 Mẫu xăng sinh học sau phối trộn (E15-2) đánh giá tiêu chất lượng nhiên liệuvà so sánh với mẫu xăng sinh học không pha phụ gia (E15-1) mẫu sau bảo quản (E15-2 sau bảo quản tháng) Kết trình bày bảng -18 - ĐT.06.11/NLSH Bảng 8: Chỉ tiêu nhiên liệu mẫu xăng nhiên liệu E15 STT Chỉ tiêu E15-2 (sau E15-1 E15-2 95,2 95,1 95 0,0031 0,0028 0,0029 tháng) Trị số ốctan RON Hàm lượng chì, g/l Thành phần cất phân đoạn - 10%, 0C 48,2 48,0 47,4 - 50%, 0C 68,0 67,0 68,9 - 90%, 0C 155,0 156,5 157,5 - Điểm sôi cuối, 0C 178,0 178,5 183,5 - Cặn cuối, % thể tích 1,4 1,3 1,3 Loại Loại Loại 2,8 2,5 2,7 Ăn mòn đồng, 3h, 500C Hàm lượng nhựa rửa dung mơi, mg/100ml Độ ổn định oxy hóa, phút 1149 1167 1009 Hàm lượng lưu huỳnh, ppmw 212 210 210 Áp suất Reid, kPa 65 60 63 Hàm lượng benzen, %thể tích 1,3 1,2 1,2 27,7 26,9 27,0 11 Hàm lượng olefin, % thể tích 34 32,4 33 12 Hàm lượng oxy, % khối lượng 5,55 6,02 6,12 13 Hàm lượng etanol, % thể tích 14,7 14,98 14,67 14 Khối lượng riêng 15 0C, kg/m3 0,736 0,745 0,751 3,7 3,7 4,2 10 Hàm lượng hydocacbon thơm, %thể tích 15 Hàm lượng kim loại (Fe, Mn), mg/l -19 - ĐT.06.11/NLSH Từ kết thu bảng 8, thấy mẫu xăng sinh học E15 sau phối trộn có tiêu chất lượng nằm giới hạn cho phép nhiên liệu động đốt (ngoại trừ tiêu hàm lượng oxi) Tuy nhiên, sau thời gian lưu trữ (khoảng tháng), mẫu xăng sinh học với hàm lượng phụ gia tương tự cho xăng sinh học E10 bắt đầu có tượng tách pha Để xác định hàm lượng phụ gia chống tách pha thích hợp, chúng tơi pha thêm 0,5% (thể tích) nước vào mẫu nhiên liệu phối trộn xác định hàm lượng nước tách pha Kết xác định hàm lượng nước tách pha nhiên liệu xăng sinh học phương pháp ly tâm trình bày bảng Bảng 9: Hàm lượng nước tách pha theo thời gian Hàm lượng phụ gia (% thể tích) Lượng nước tách pha (% thể tích) 0,1 0,11 0,15 0,02 0,2 0,02 Từ kết thu bảng thấy rằng, hàm lượng phụ gia chống tách pha 0,15% (thể tích) thích hợp Chúng tơi sử dụng hàm lượng phụ gia chống tách pha nhiên liệu 0,15% (thể tích) cho nhiên liệu E15 Mẫu nhiên liệu sau pha trộn đánh giá tiêu chất lượng thể bảng 10 Bảng 10: Chỉ tiêu chất lượng xăng sinh học E15 STT Chỉ tiêu A92 E15 Trị số octan, RON Min, 92 95,3 Hàm lượng chì, g/l Max, 0,013 0,0028 Thành phần cất phân đoạn 10%, 0C Max, 70 48,0 50%, 0C Max, 120 67,0 90%, 0C Max, 190 156,5 -20 - ĐT.06.11/NLSH Điểm sôi cuối, 0C Max, 215 178,5 Max, 1,3 Cặn cuối, % thể tích Ăn mịn đồng, 3h, 500C Loại Loại Hàm lượng nhựa rửa dung môi, mg/100ml Max, 2,5 Độ ổn định oxy hóa, phút Min, 480 1250 Hàm lượng lưu huỳnh, ppmw Max, 500 210 Áp suất Reid, kPa 43-75 60 Hàm lượng benzen, %thể tích Max, 2,5 1,2 10 Hàm lượng hydocacbon thơm, %thể tích Max, 40 26,9 11 Hàm lượng olefin, % thể tích Max, 38 32,4 12 Hàm lượng oxy, % khối lượng Max, 2,7 6,02 13 Hàm lượng etanol, % thể tích - 14,98 14 Khối lượng riêng 15 0C, kg/m3 Báo cáo 0,743 15 Hàm lượng kim loại (Fe, Mn), mg/l Max, 3,7 Kết thu bảng cho thấy, nhiên liệu sinh học E15 có tính chất nhiên liệu nằm giới hạn so với giới hạn tiêu chuẩn nhiên liệu xăng khơng chì A92 (ngoại trừ tiêu hàm lượng oxi Từ kết nghiên cứu thu đưa hệ chất phụ gia với hàm lượng thích hợp cho nhiên liệu phối trộn xăng sinh học E15 bảng 11 Bảng 11: Thành phần phụ gia cho nhiên liệu phối trộn E15 Chất phụ gia Hàm lượng (% thể tích) Phụ gia chống tách pha 83,2 Phụ gia chất phân tán 5,6 Phụ gia chống oxy hóa 5,6 -21 - ĐT.06.11/NLSH Phụ gia chống ăn mòn TEA 5,6 3.3 Nghiên cứu lựa chọn hệ phụ gia cho nhiên liệu phối trộn E20 Hỗn hợp nhiên liệu phối trộn xăng E20 pha với hỗn hợp nhiên liệu biến tính đa chức với thành phần nhiên liệu trình Bảng 12: Thành phần nhiên liệu mẫu xăng sinh học E20 Thành phần nhiên liệu (% thể tích) Hỗn hợp chất biến tính đa chức Mẫu Phụ gia chất Phụ chống tách chất phân chống tính Etanol Chất biến Xăng gia Phụ gia chất Phụ gia chất pha tán hóa oxy chống ăn mòn E20-1 80 19 0 0 E20-2 79,87 19 0,1 0,01 0,01 0,01 Các mẫu xăng sinh học sau phối trộn đánh giá tiêu chất lượng nhiên liệu So sánh tiêu chất lượng mẫu có pha phụ gia với mẫu không pha phụ gia mẫu tồn trữ theo thời gian để đánh giá chất lượng nhiên liệu tác dụng chất phụ gia có mặt nhiên liệu -22 - ĐT.06.11/NLSH Bảng 13: Tính chất nhiên liệu mẫu xăng sinh học E20 E20-2 STT Chỉ tiêu E20-1 E20-2 (sau tháng) Trị số ốctan RON 96,3 96,5 96,3 Hàm lượng chì, g/l 0,0028 0,0027 0,0028 Thành phần cất: - - 10%, 0C 49 49,5 51,7 - 50%, 0C 69,0 69,5 71,9 - 90%, 0C 153,0 155,5 160,3 - Điểm sôi cuối, 0C 176,5 176,5 182,7 - Cặn, % thể tích 1,0 1,0 1,2 Ăn mòn đồng, 3h, 500C Loại Loại Loại Hàm lượng nhựa rửa dung môi, mg/100ml 1,7 1,5 1,6 Độ ổn định oxy hóa, phút 1350 1440 1015 Hàm lượng lưu huỳnh, ppmw 203 198 201 Áp suất Reid, kPa 65 61 63 Hàm lượng benzen, %thể tích 1,2 1,1 1,2 28 25,3 27 11 Hàm lượng olefin, %thể tích 32,3 30,4 32,6 12 Hàm lượng oxy, %khối lượng 7,94 8,06 7,76 13 Hàm lượng etanol, %thể tích 19,77 19,91 19,27 14 Khối lượng riêng 15 0C, kg/m3 0,75 0,751 0,752 10 Hàm lượng hydocacbon thơm, % thể tích -23 - ĐT.06.11/NLSH 15 Hàm lượng kim loại (Fe, Mn), mg/l 3,4 3,6 3,8 Từ kết thu bảng ta thấy rằng, mẫu xăng sinh học E20 sau phối trộn có tiêu chất lượng nằm giới hạn cho phép nhiên liệu động đốt (ngoại trừ tiêu hàm lượng oxi) Các mẫu xăng sinh học E20 có số tiêu tốt so với xăng A92 thông thường thời gian ổn định oxy hóa cao hơn, hàm lượng cặn thấp Sau thời gian bảo quản (khoảng tháng), mẫu xăng sinh học E20 bắt đầu có tượng tách pha Điều hàm lượng etanol xăng cao làm tăng khả hấp thụ nước nhiên liệu Để đánh giá hàm lượng chất phụ gia phù hợp, đưa thêm vào hỗn hợp nhiên liệu xăng sinh học 0,5% (thể tích) nước đánh giá khả tách nước phương pháp ly tâm Bảng 14: Hàm lượng nước tách pha theo thời gian Hàm lượng phụ gia (%kl) Lượng nước tách pha (%kl) 0,15 0,16 0,20 0,02 0,25 0,02 Hàm lượng nước tách pha nhiên liệu xác định phương pháp ly tâm Kết bảng 14 cho thấy, hàm lượng phụ chống tách pha thích hợp 0,2% (thể tích) hàm lượng Để làm giảm khả hấp thụ tách pha nước nhiên liệu hỗn hợp xăng sinh học E20, sử dụng hàm lượng phụ gia chất chống tách pha nhiên liệu 0,2% giữ nguyên hàm lượng phụ gia cịn lại hỗn hợp chất biến tính đa chức Mẫu sau pha trộn đánh giá tiêu chất lượng nhiên liệu, số liệu thể bảng 15 -24 - ĐT.06.11/NLSH Bảng 15: Tính chất nhiên liệu xăng sinh học E20 STT Chỉ tiêu Giá trị Trị số ốctan 97,1 RON Hàm lượng chì, g/l Thành phần cất: 0,0027 - 10%, 0C 49,5 - 50%, 0C 69,5 - 90%, 0C 155,5 - Điểm sôi cuối, 0C 176,5 - Cặn, % thể tích 1,0 Ăn mịn đồng, 3h, 500C Loại Hàm lượng nhựa rửa dung mơi, mg/100ml Độ ổn định oxy hóa, phút Hàm lượng lưu huỳnh, ppmw 198 Áp suất Reid, kPa 61 Hàm lượng benzen, %thể tích 1,1 1,5 >1440 10 Hàm lượng hydocacbon thơm, %thể tích 25,3 11 Hàm lượng olefin, %thể tích 30,4 12 Hàm lượng oxy, %khối lượng 8,06 13 Hàm lượng etanol, %thể tích 19,91 14 Khối lượng riêng 15 0C, kg/m3 0,745 15 Hàm lượng kim loại (Fe, Mn), mg/l -25 - 3,6 ĐT.06.11/NLSH Kết thu cho thấy hỗn hợp xăng sinh học E20 có tính chất nhiên liệu nằm giới hạn cho phép (ngoại trừ tiêu hàm lượng oxi), phù hợp làm nhiên liệu cho động đốt Từ kết nghiên cứu thu đưa hệ chất phụ gia với hàm lượng thích hợp sử dụng cho nhiên liệu phối trộn xăng sinh học E20 bảng 16 Bảng 16: Thành phần phụ gia cho nhiên liệu phối trộn E20 Chất phụ gia Hàm lượng (% thể tích) Phụ gia chống tách pha: IPA 87,1 Phụ gia chất phân tán: PEA 4,3 Phụ gia chống oxy hóa: BD 4,3 Phụ gia chống ăn mòn: TEA 4,3 -26 - ĐT.06.11/NLSH KẾT LUẬN - Đã nghiên cứu tìm hiểu loại phụ gia công thức loại cụ thể sử dụng giới Tùy thuộc vào loại nhiên liệu khác mà sử dụng hàm lượng loại phụ gia cho nhiên liệu khác - Đã nghiên cứu pha chế loại phụ gia nhiên liệu xăng sinh học E10, E15, E20 xác định hệ phụ gia thích hợp hỗn hợp chất biến tính cho loại hỗn hợp nhiên liệu xăng sinh học bao gồm: - Phụ gia chất phân tán: Polyetheramine (PEA) - Phụ gia chống oxy hóa: Butylated diphenylamine (BD) - Phụ gia chống tách pha: Isopropyl alcol (IPA) Phụ gia chống ăn mòn: Tetraethanolamine (TEA) Đã đưa hệ phụ gia cho loại nhiên liệu phối trộn xăng sinh học E10, E15, E20 với hàm lượng thích hợp Thành phần hệ phụ gia cho xăng sinh học E10: Hàm lượng (% thể tích) Chất phụ gia Phụ gia chống tách pha IPA 76,9 Phụ gia chất phân tán PEA 7,7 Phụ gia chống oxy hóa BD 7,7 Phụ gia chống ăn mòn TEA 7,7 Thành phần phụ gia cho nhiên liệu phối trộn E15: Hàm lượng (% thể tích) Chất phụ gia Phụ gia chống tách pha 83,2 Phụ gia chất phân tán 5,6 Phụ gia chống oxy hóa 5,6 Phụ gia chống ăn mòn TEA 5,6 -27 - ĐT.06.11/NLSH Thành phần hệ phụ gia cho nhiên liệu phối trộn E20: Hàm lượng (% thể tích) Chất phụ gia Phụ gia chống tách pha: IPA 87,1 Phụ gia chất phân tán: PEA 4,3 Phụ gia chống oxy hóa: BD 4,3 Phụ gia chống ăn mòn: TEA 4,3 -28 - ĐT.06.11/NLSH Tài liệu tham khảo Cleaner fuels, Policy guidelines for reducing vehicle emission in Asia “NSW to mandate ethanol in petrol” (http://www.smh.com.au/news/NATIONAL/NSW-to-mandate-ethanol-inpetrol/2007/05/11/1178390531377.html) http://tonto.eia.doe.gov/dnav/pet/hist/m_epooxe_yop_nus_1A.htm Lawrence J Cunningham, Richard F DuMont, William J.Colucci, Alexander M Kulinowski, Joseph W Roos, Ronald K Fricke, US 0086934, Protecting fuel delivery systems in engines combusting ethanol-containing fuels, 2008 Sophia L Wang, George R Meyer, Kerry C Brinkman, US 5024677, Corrosion inhibitor for alcohol and gasohol fuels, Jun 18 1991 Harry A Smith, US 4428754, N, N-Bis (Hydroxy alkyl) Alkyl Amides as phase separation inhibitors in liquid hydrocarbon and ethanol mixtures, Jan 31 1984 Jonathan S Vilardo, US 0307965, Fuel additives for use in high level alcoholgasoline blends, 2009 Ellis B Rifkin, Martin E Gluckstein, Warren L Perilstein, US 4398921, Gasohol compositions, Aug 16 1983 Thummarat thummadetsak, Gasohol specification issue: Effect on vehicle emissions and driveability 5’th Asia Petroleum Technology Symposium, January 23-25, 2007 Jakarta, Indonesia Ibrahim Abou-Nemeh, US 0204505, Gasoline fuel compositions having increased oxidative stability, 2007 -29 - ... CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 13 3.1 Nghiên cứu lựa chọn hệ phụ gia cho nhiên liệu phối trộn E10 13 3.2 Nghiên cứu lựa chọn hệ phụ gia cho nhiên liệu phối trộn E15 17 3. 3 Nghiên cứu lựa chọn hệ phụ. .. đích chuyên đề: "Nghiên cứu lựa chọn hệ phụ gia phù hợp cho xăng sinh học E10, E15, E20'' '' nghiên cứu tính chất nhiên liệu phối trộn etanol tìm hệ phụ gia với hàm lượng phù hợp cho nhiên liệu E10,. .. nhiên liệu E10, E15, E20 -2 - ĐT.06.11/NLSH Chuyên đề 3: Nghiên cứu lựa chọn hệ phụ gia phù hợp cho xăng sinh học E10, E15, E20 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Những phương tiện sử dụng xăng pha etanol làm