Tổng quan về các loại xăng thông dụng trên thị trường Việt Nam

Với mục đích tăng thêm hiểu biết về xăng thông dụng tiêu thụ trên thịtrờng quốc gia và trên cở sở đó sử dụng hiệu quả cho động cơ của mình, cuốn "Tổng quan về các loại xăng thông dụng tr

Phần mở đầu

Nhiên liệu sử dụng cho các động cơ đợc sản xuất từ dầu mỏ; một trong

số các nhiên liệu quan trọng nhất và đã trở nên quen thuộc với con ngời làxăng Trên thế giới, tại bất kỳ một quốc gia nào, xăng dầu luôn đợc coi làhàng hoá đặc biệt quan trọng, là máu huyết của nền kinh tế quốc dân và quốcphòng Chính vì dầu mỏ nói chung và đặc biệt là xăng nói riêng có ý nghĩa tolớn nh vậy mà các cuộc cạnh tranh giành giật nguồn tài nguyên quí giá nàyluôn kéo dài dai dẳng nh cuộc chiến ở Trung Đông, vùng vình và hiện nay

đang diễn ra nóng bỏng nhất là cuộc chiến chống Iraq của liên quân Mĩ - Anh

Mặc dù đã rất quen thuộc với cuộc sống của con ngời, xong không phải

ai cũng có thể hiểu đợc thật đầy đủ về xăng động cơ, bao gồm cả bản chất hoáhọc, phẩm chất, đối tợng sử dụng… và nhất là lịch sử của nó trên một phạm vi và nhất là lịch sử của nó trên một phạm vilãnh thổ chẳng hạn nh ở Việt Nam chúng ta

Trớc đây, không chỉ riêng Việt Nam mà cả thế giới đều sử dụng xăngchì, do những u điểm làm tăng chỉ số octan hiệu quả và làm động cơ thựchiện quá trình tốt Ngày nay, do sự hiểu biết về tác hại của chì đối với sứckhoẻ con ngời và môi trờng ngày càng rõ ràng, nên quá tình loại bỏ việc sửdụng xăng pha chì ngày càng đợc các quốc gia trên thế giới quan tâm thựchiện Trong bối cảnh đó, Việt Nam cũng tích cực đặt ra các giải pháp thựchiện loại bỏ xăng pha chì Ngày 23/11/2002, Chính phủ Việt Nam đã có chỉthị số 24/2000CT-TTg về việc "Triển khai sử dụng xăng không pha chì ở ViệtNam" kể từ ngày 01/07/2000 Cho tới nay, trên thị trờng Việt Nam đã thực sựkhông sử dụng, tiêu thụ xăng pha chì, đã loại bỏ hoàn toàn xăng pha chì khỏithị trờng nhêin liệu cho động cơ Trên thị trờng Việt Nam hiện nay, các loạixăng không chì thông dụng gồm: RON90, RON92 và RON95

Với mục đích tăng thêm hiểu biết về xăng thông dụng tiêu thụ trên thịtrờng quốc gia và trên cở sở đó sử dụng hiệu quả cho động cơ của mình, cuốn

"Tổng quan về các loại xăng thông dụng trên thị trờng Việt Nam" ra đời nhằm

đóng vai trò nh một tài liệu tham khảo cho những ai quan tâm, đồng thời cũng

là phần thu hoạch kiến thức, hoàn thành bản tiểu luận nhỏ trong quá trình đàotạo kỹ s chuyên ngành công nghệ Hữu cơ - Hoá dầu của trờng Đại học Bách

Khoa Hà Nội Em xin bày tỏ lỏng biết ơn tới cô Đinh Thị Ngọ, ngời đã hớngdẫn tận tình trong quá trình thu hoạch.

Sinh viên

Trần Bằng Giang.

Chơng 1: Giới thiệu về xăng và động cơ xăng.

I Giới thiệu về xăng.

Xăng là một sản phẩm quan trọng của công nghiệp chế biến dầu mỏ.Nhìn bằng mắt thờng, xăng là một chất lỏng trong suốt, gần nh không màu,nhng thực chất nó không phải là đơn chất, mà là một hỗn hợp phức tạp củanhiều hydrocacbon, khác nhau

Xăng động cơ không phải đơn thuần hcỉ là sản phẩm của một quá trìnhchng cất từ một phân đoạn nào đó của dầu mỏ hay một quá trình chng cất đặcbiệt khác Nó là một sản phẩm hỗn hợp đợc lựa chọn cẩn thận từ một số thànhphần, kết hợp với một số phụ gia nhằm đảm bảo các yêu cầu hoạt động của

động cơ trong những điều kiện vận hành thực tế và cả trong các điều kiện tồnchứa dự trữ khác nhau… và nhất là lịch sử của nó trên một phạm vi

Xăng động cơ đợc sản xuất từ dầu thô bằng nhiều giải pháp công nghệkhác nhau: chng cất trực tiếp, thu hồi xăng từ khí tự nhiên, cracking, hyđrocracking, alkyl hoá, polime hoá, isome hoá… và nhất là lịch sử của nó trên một phạm vi

Có ba dạng hydrocacbon thờng đợc dùng để pha chế xăng thơng phẩmlà: parafin, aromatic, olefin đó chính là thành phần hoá học cơ bản nhất củaxăng

Các thành phần cơ bản để pha chế xăng đợc sản xuất, chế biến thôngqua các quá trình công nghệ hoá học chủ yếu sau:

- Chng cất trực tiếp dầu thô

- Cracking xúc tác (thực hiện quá trình bẻ gãy mạch)

- Refoming xúc tác (thực hiện cải tạo mạch)

- Isome hoá (đồng phân hoá)

- Alkyl hoá từ các phân đoạn dầu mỏ

Hiện nay xăng là loại nhiên liệu đợc sử dụng rộng rãi nhất, một phần balợng dầu mỏ khai thác đợc trên toàn thế giới đợc dùng để chế biến thành xăngnhiên liệu, công nghệ sản xuất nhiên liệu xăng gắn liền với sự phát triển củangành công nghiệp sản xuất ôtô Hiện nay trên toàn thế giới có khoảng 300triệu xe ôtô cùng với số lợng lớn môtô xe máy và các phơng tiện máy móc sử

dụng động cơ xăng với nhu cầu lớn nh vậy, lợng xăng tiêu thụ trên thế giới ớctính 2000 triệu lít/ngày.

Đất nớc ta đang trong giai đoạn công nghiệp hoá, hiện đại hoá, nhu cầu

về xăng là rất lớn Sự tiêu thụ xăng qua các năm và dự báo nhu cầu tiêu thụxăng trong những năm tới nh sau:

Năm Lợng tiêu thụ (triệu tấn/năm)

và trong đời sống xã hội

Động cơ xăng bao gồm động cơ 4 kỳ và động cơ 3 kỳ, trong đố phổ biến hơn

là động cơ 4 kỳ

1 Động cơ 4 kỳ.

Động cơ 4 kỳ là loại động cơ đốt trong có sử dụng đợc bơm chuyển đến

bộ chế hoà khí, tại đây nó đợc hoá mù và phối trộn với không khí tạo thành

hỗn hợp cháy Sau đó, hỗn hợp cháy đợc đa vào xi lanh động cơ thông quaống góp đầu vào và van hút Chu trình kín 4 kỳ xảy ra trong xy lanh nh sau:

Kỳ hút: Piston đi từ điểm chết trên (ĐCT) xuống điểm chết dới (ĐCD),van hút mửo ra để hút hỗn hợp công tác vào xy lanh lúc này van thải đóng

Kỳ nén: Piston đi từ ĐCD đến ĐCT, nén hỗn hợp công tác; khi bị nén,

áp suất tăng dẫn đến nhiệt độ tăng, chuẩn bị cho quá trình cháy tiếp theo

Kỳ cháy: Khi nén đến điểm lửa, sẽ đốt cháy hỗn hợp xăng và khôngkhí Khi cháy, nhiệt năng biến thành cơ năng đẩy piston xuống điểm chết dới,

đồng thời chuyển động qua thanh truyền làm chạy máy

Kỳ xả: Piston lại từ điểm chết dới lên điểm chết trên, đẩy sản phẩmcháy qua van thải ra ngoài và động cơ lại bắt đầu một hành trình mới Cấu tạocủa một xy lanh cho trên hình I.1

2 Sự cháy của xăng trong động cơ:

Nhiệt năng sinh ra do nhiên liệu cháy trong xylanh không hoàn toàndùng vào việc sinh công hữu ích cho động cơ mà một phần bị mất mát cùgnvới khí thải nóng một phần dùng để thắng lực ma sát giữa các cơ cấu truyền

Hình I.1: Chu trình làm việc của động cơ 4 kỳ

1

4

Sản phẩm cháy

động, do vậy mà chất lợng của nhiên liệu sử dụng đóng một vai trò quan trọngtrong việc tăng hiệu suất hoạt động của động cơ.

Nhiên liệu cháy trong động cơ với một thời gian ngắn khoảng 0,001 đến0,01 giây, nó có cháy đều và cháy hoàn toàn hay không là tuỳ thuộc vào tínhchất của nhiên liệu Quá trình cháy của nhiên liệu là phản ứng giữa cáchyđrocacbon của nhiên liệu với oxy của không khí Muốn xăng cháy hoàntoàn thì cần phải có một lợng oxy nhất định Do vậy ta phải cung cấp cho

động cơ một một hỗn hợp công tác có tỉ lệ nhiên liệu: oxy xác định Trong các

điều kiện làm việc khác nhau của động cơ, thành phần hỗn hợp cháy đi vào

động cơ có thể khác nhau rất nhiều so với thành phần cần thiết theo lý thuyết

Có thể đoán nhậnt hành phần hỗn hợp dùng cho động cơ căn cứ vào một

số biểu hiện bên ngoài nh màu của khói xả, tính tăng tốc của động cơ, tiếngkêu trong ống giảm thanh hoặc trong bộ chế hoà khí Khi động cơ chạy bằnghỗn hợp nghèop (thiếu oxy trong hỗn hợp cháy) thì xuất hiện khói đen từtrong ống giảm thanh, do nhiên liệu cha bị oxy hoá hoàn toàn

Trong thực tế ta chỉ có thể biến đổi thành phần hỗn hợp cháy trongnhững giới hạn nhất định, vì rằng không phải bất kỳ hỗn hợp nào của nhiênliệu và không khí cũng đều bén lửa và cháy đợc trong động cơ Có các giớihạn bén lửa cao nhất và thấp nhất đối với hỗn hợp nhiên liệu và không khí

- Giới hạn bén lửa cao nhất: Khi đã có lợng nhiên liệu thừa trong hỗnhợp, nếu ta thêm một lợng nhiên liệu nữa thì hỗn hợp sẽ không bén nữa

- Giới hạn bén lửa thấp nhất: Khi đã thiếu nhiên liệu trong hỗn hợp mà

ta tiếp tục giảm lợng nhiên liệu thì hỗn hợp cũng không bén lửa nữa

Đối với các động cơ quay nhanh nh hiện nay thì quá trình cháy chỉ xảy

ra trong phần nghìn giây Hỗn hợp công tác bắt đầu cháy ở cuối kỳ nén, ngaysau khi bật tia lửa điện, lúc này áp suất trong buồng đốt không tăng lên độtngột, mà tăng đều do quá trình biến đổi hỗn hợp vẫn tiếp diễn, thời kỳ này gọi

là thời kỳ cháy trễ hay thời kỳ cảm ứng Trong thời kỳ này hỗn hợp cháy có sựchuẩn bị mạnhmẽ đồng thời kèm theo sự oxy hoá mãnh liệt nhữnghydrocacbon trong nhiên liệu Thời gian cháy cảm ứng chiếm khoảng 12 đến15% tổng thời gian cháy của nhiên liệu Sau thời kỳ cháy trễ, áp suất trong xylanh bắt đầu tăng mạnh, đạt tới một giá trị cực đại nào đó, rồi lại giảm xuốngkhi các sản phẩm cháy nở ra trong lúc piston đi xuống

Trong những điều kiện xác định, quá trình cháy bình thờng của hỗn hợp

bị phá huỷ và xuất hiện sự nổ Khi tốc độ lan truyền mặt lửa quá lớn, sựcháyxảy ra gần nh cùng một lúc trong xy lanh ngay sau khi điểm lửa thì đó là sựcháy không bình thờng hay còn gọi là sự cháy kích nổ Lúc này áp suất vànhiệt độ tăng cao, các hydrocabon dễ bị phân huỷ hoặc dễ bị oxy hoá tạo racác hợp chất chứa oxy không bền Trong các hợp chất không bền, đáng chú ý

là các penoxit, chúng có thể gây phản ứng chuỗi dẫn đến sự tự oxy hoá và tựbốc cháy trong không gian trớc mặt lửa, khi mặt lửa cha lan truyền đến Khi bịcháy kích nổ, tốc độ lan truyền của mặt lửa rất lớn (có khi đến 300m/s), nhiệt

độ và áp suất tăng vọt kèm theo sự nổ tạo thành các sóng xung kích đập vào

xy lanh gây nên các tiếng gõ kim loại khác thờng, làm động cơ quá nóng,công suất hao tổn, giảm tuổi thọ động cơ

Các hợp chất parfin mạch thẳng có khả năng chống kích nổ kém, trongkhi các hợp chất thơm và các hợp chất paratin mạch nhánh có khả năng chốngkích nổ cao hơn Vì vậy sự phối trộn thành phần xăng một cách cẩn thận để

đạt đợc tính năng chống kích nổ cần thiết là một điều rất quan trọng

Chơng 2: Các chỉ tiêu chất lợng cơ bản của

xăng động cơ.

Các chỉ tiêu chất lợng khác nhau của xăng đặt ra để nhằm thoả mãn cácyêu cầu trớc nhất, đó là yêu cầu của ngời sử dụng Từ đó đặt ra các yêu cầukhác nh yêu cầu về phái hãng thiết kế động cơ, từ đó quyết định dến các yêucầu trên phơng diện chất lợng sản phẩm, chế biến xăng động cơ

I Các yêu cầu từ khía cạnh thiết kế động cơ và ngời sử dụng.

Những yêu cầu này có thể tóm tắt trong các yếu tố sau:

- Bật máy tốt

- Động cơ hoạt động không bị kích nổ

- Khởi động nhanh và không gặp khó khăn

- Không kết tủa, tạo băng trong bộ chế hoà khí

- Không có nút hơi trong hệ thống nhiên liệu

- Dầu bôi trơn bị pha loãng bởi xăng ít nhất

- Trị số octan đợc phân bố đều trong khoảng nhiệt độ sôi

- Hệ thống đầu vào của động cơ phải sạch

II Các yêu cầu từ khía cạnh chất lợng sản phẩm, chế biến xăng

động cơ.

Xăng phải đợc tiến hành kiểm nghiệm trong cá cphòng hoá nghiệm đểxác định các chỉ tiêu quan trọng liên quan đến chất lợng sản phẩm Thông th-ờng phải xác định khoảng 10 đến 15 chỉ tiêu hoá lý mới có thể đánh giá đợc t-

ơng đối đầy đủ về chất lợng của một loại xăng động cơ Sau đây là một số chỉtiêu kỹ thuật cơ bản nhất về chất lợng của xăng

hoá sâu sắc, ở nhiệt độ và áp suất cao, các H-C bị oxi hoá tạo thành các hợpchất trung gian không bền, có khả năng tự bốc cháy gây ra các phản ứngchuỗi, làm cho nhiệt độ và áp suất tăng cao, gây ra hiện tợng nổ.

Nh vậy, khi mặt lửa cha lan truyền tới khì HC đã bị cháy rồi và hiện ợng đó gọi là sựcháy kích nổ Khi xảy ra sự cháy kích nổ thì tốc độ lan truyềnmặt lửa rất lớn (6300m/s), và quá trình cháy xảy ra gần nh đồng thời, ttạo ratiếng nổ và sóng xung kích va đập vào xi lanh, piston gây nên các tiếng gõkim loại khác thờng, làm động cơ bị đốt nóng, nhanh bị h hỏng và làm việckhông hiệu quả do hao tổn công suất, tiêu hao nhêin liệu lãng phí… và nhất là lịch sử của nó trên một phạm vi Do vậytính chống kích nổ của nhiên liệu đợc xem là một trong những chỉ tiêu quantrọng nhất nên quyết định hoạt động của động cơ Để đặc trng cho khả năngchống kích nổ của xăng ngời ta đa ra một chỉ tiêu gọi là trị số octan, đợc địnhnghĩa nh sau:

t-Trị số octan là một đơn vị đo quy ớc dùng để đặc trng cho khả năngchống kích nổ của nhiên liệu và nó đợc đo bằng phần trăm thể tích củaisooctan trong hỗn hợp của nó với n-heptan tơng đơng với khả năng chốngkích nổ của nhiên liệu thử nghiệm ở điều kiện chuẩn (n-heptan có trị số octanqui ớc = 0, isooctan có trị số octan quy ớc bằng 100)

Việc xác định trị số octan đợc tiến hành bằng cách cho động cơ (độngcơ một xi lanh) chạy trong điều kiện chuẩn với mẫu xăng cần đo Trong khichạy, động cơ đợc tăng dần tỉ số nén (tỉ số nén là tỉ lệ phần thể tích mà pistonquét đợc trong một kỳ với phần thể tích chết giữa piston ở điểm chết trên vànắp xy lanh), cho đến khi xảy ra sự cháy kích nổ Sử dụng mẫu nhiên liệuchuẩn là iso octan và n-heptan với cùng tỉ số nén nh vậy, cho khả năng chốngkích nổ tơng đơng, để xác định phần trăm iso octan (phần thể tích) Khi đó, trị

số phần trăm iso octan đợc gọi là trị số octan của nhiên liệu kiểm tra

Hiện có 4 loại trị số octan khác nhau đang đợc sử dụng

* Trị số octan theo phơng pháp nghiên cứu (RON):

Dùng để đánh giá khả năng chống kích nổ của nhiên liệu khi động cơhoạt động trong điều kiện tốc độ và tải trọng trung bình, thể hiện thông qua sốvòng quay của mô tơ thử nghiệm bằng 600 vòng/ phút trong các điều kiện:

+ Góc đánh lửa sớm, độ: 13

RON thờng đợc qui định trong các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia cũng

nh quốc tế, khi nói đến trị số octan thờng là nói đến RON

* Trị số octan theo phơng pháp môtơ - MON:

Dùng để đặc trng cho khả năng chống kích nổ của nhiên liệu, khi độngcơ hoạt động trong các điều kiện khắc nghiệt hơn, đó là nhiệt độ đầu và củahỗn hợp cao, tải trọng lớn và động cơ phải trải qua chế độ van tiết lu mở hết ởtốc độ cao Động cơ thử nghiệm hoạt động trong điều kiện nh sau:

+ Nhiệt độ chất lỏng làm mát xy lanh, 0C: 100  2

+ Độ ẩm tuyệt đối của không khí dẫn vào động cơ, gH2O/1kg không khíkhô: 3,5 7,0

KHi kích nổ xảy ra ở điều kiện tốc độ cao, tải trọng lớn trong bất kỳ

động cơ nào, hiện tợng đó gọi là kích nổ tốc độ cao Do nhiều nguyên nhân nh

động cơ, gió, lớp và tiếng ổn chuyển động, tai ngời khó có thể phát hiện đợc

loại kích nổ này Dạng kích nổ tốc độ cao này trong một thời gian tơng đốingắn có thể gây ra vết nổ trên mũi piston, vết cháy ở vòng xecmăng trên; nếukéo dài sẽ gây h hỏng mũ piston, thậm chí có thể thủng mũi piston, phá hoại

Bảng II.1: Trị số octan của một số htydrocacbon khác nhau

Hydrocabon

chênhlệch

Theo phơng phápnghiên cứu(RON)

Theo phơng phápmô tơ (MON)

Các parfin:

độ chậm, ở những nơ đờng xấu phải phanh gấp, thời tiết thay đổi đột ngộtv.v… và nhất là lịch sử của nó trên một phạm vi thì hiện tợng cháy kích nổ có thể xảy ra Do vậy, ngoài việc đánh giánăng lực chống kích nổ của hydrocacbon trong nhiên liệu bằng phơng phápRON và MON, còn phải đánh giá khả năng chống kích nổ của nhiên liệu bằngphơng pháp đo sự thay đổi trị số octan theo chế độ làm việc, tức là sự khácnhau về số vòng quay của động cơ, đặc trng bằng trị số octan trên đờng (Ođ),

đợc xác định theo công thức:

Ođ = RON -

2

SaTrong đó:

S: là độ nhạy: S = RON - MON

a là hệ số, từ 4,6 6,2; phụ thuộc vào tỉ số nén của động cơ

Nh vậy, rõ ràng là nhiên liệu nào có độ nhạy càng thấp, thì Ođ càng gầnvới RON Nếu hai loại hydrocacbon có cùng RON nh nhau, những loại nào

có độ nhạy càng thấp sẽ có khả năng chống kích nổ cao hơn khi làm việctrong các chế độ thay đổi khác nhau

Trị số octan theo phân đoạn cất R-1000C

Do có nhiều thành phần hydrocacbon có sự khác nhau lớn về khả năngchống kích nổ, và thờng thì các phần có nhiệt độ sôi thấp (ngoại trừ iso-pentan, benzen) có trị số octan thấp so với xăng nói chung nên trong một sốchế độ làm việc của động cơ, có xảy ra sự chia tách xăng bị hoá hơi trong

động cơ, dẫn đến xylanh đợc nạp nhiều thành phần có nhiệt độ sôi thấp, bốchơi nhanh nhng lại thiếu hydrocacbon có nhiệt độ sôi cao (có khả năng chốngkích nổ cao hơn) Hiện tợng này dẫn đến sự cháy nổ kích khi gia tốc dẫn tớitốc độ khởi động thấp, lý do là khi động cơ làm việc ở chế độ này, lợng xăng

đa vào xylanh ít và dẫn đến có phần lớn cấu tử có nhiệt độ sôi thấp, vốn có trị

số octan thấp trong xăng Sự cháy kích nổ này không gây ra bất kỳ mối nguyhiểm nào, và ngời tiêu dùng có thể nhận ra ngay

Một phơng pháp phân tích khả năng chống kích nổ của những phần cónhiệt đội sôi thấp đã đợc phát triển Phơng pháp đó bao gồm việc chng cấtmẫu và sau đó xác định RON của phần cất có khoảng nhiệt độ sôi từ nhiệt độsôi đầu đến 1000C Trị số RON nh vậy gọi là trị số octan theo phân đoạn cấtR-1000C củaxăng Đối với xăng thơng phẩm R - 1000C luôn nhỏ hơn RON

Sự cách biệt RON và R-1000C gọi là RON, nó phụ thuộc vào thànhphần cấu tạo của xăng nên nó có thể dao động từ 4  12 đơn vị Đối với xăngchất lợng cao thì RON thờng bằng 10, các loại xăng thông dụng có thể cógiá trị RON lên tới 15

Tuy nhiên, sự cháy kích nổ ở tốc độ thấp sẽ không gây nên bất cứ mộttrờng hợp h hỏng động cơ nào Bằng chứng cho thực tế đó là sự cháy kích nổ