Nghiên cứu tối ưu hóa trị số octane và áp suất hơi bão hòa trong xăng khoáng nhằm pha trộn với ethanol tạo sản phẩm xăng sinh học

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  TRƯƠNG THỊ THU HÀ NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA TRỊ SỐ OCTANE VÀ ÁP SUẤT HƠI BÃO HÒA TRONG XĂNG KHOÁNG NHẰM PHA TRỘN VỚI ETHANOL TẠO SẢN PHẨM XĂNG SINH HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC Đà Nẵng – Năm 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  TRƯƠNG THỊ THU HÀ NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA TRỊ SỐ OCTANE VÀ ÁP SUẤT HƠI BÃO HỊA TRONG XĂNG KHỐNG NHẰM PHA TRỘN VỚI ETHANOL TẠO SẢN PHẨM XĂNG SINH HỌC Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số: 8520301 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Trương Hữu Trì Đà Nẵng – Năm 2019 TÓM TẮT NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA TRỊ SỐ OCTANE VÀ ÁP SUẤT HƠI BÃO HỊA TRONG XĂNG KHỐNG NHẰM PHA TRỘN VỚI ETHANOL TẠO SẢN PHẨM XĂNG SINH HỌC Học viên: Trương Thị Thu Hà Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã số: 8520301 Khóa: 35 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt: Nhận thức lợi ích nguồn NLSH đem lại như: giảm nguy ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người, giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch bảo vệ mơi trường, có nhiều nghiên cứu ứng dụng triển khai sử dụng xăng sinh học (được pha trộn từ ethanol với xăng khoáng) giới Việt Nam Tuy nhiên, xăng E5 RON92 thị trường Việt Nam nay, pha trộn trực tiếp từ xăng khống có trị số octane 92 nên xăng E5 RON92 thường có trị số octane vượt yêu cầu từ 1,2-1,6 đơn vị RON, điều lãng phí Bên cạnh đó, giá trị RVP xăng khoáng RON92 thị trường khoảng 75 kPa pha trộn với ethanol 5-10%, E5/E10 dễ vượt yêu cầu (80 kPa), làm ảnh hưởng đến tính khởi động nóng động cơ, thất vật chất môi trường, gây ô nhiễm môi trường sống dễ cháy nổ tồn trữ, vận chuyển phân phối Với lý này, tác giả lựa chọn “Nghiên cứu tối ưu hóa trị số Octane áp suất bão hịa xăng khống nhằm pha trộn với ethanol tạo sản phẩm xăng sinh học” cho luận văn thạc sĩ Qua nghiên cứu, tác giả đưa trị số octane tối thiểu giá trị RVP tối đa xăng khoáng nhằm phối trộn với ethanol tạo sản phẩm xăng sinh học E5/E10 RON92/95 đáp ứng yêu cầu TCVN, QCVN Góp phần tăng lợi nhuận NMLD DQ, tăng lượng xăng nội địa đáp ứng nhu cầu tiêu thụ lượng đóng góp vào phát triển kinh tế đất nước Từ khóa: Xăng sinh học, E5 RON 92, E5 RON 95, E5/E10 RON 92, E5/E10 RON 95 RESEARCHING OF OCTANE NUMBER OPTIMIZATION AND REID VAPOR PRESSURE OF GASOLINE TO BLEND WITH ETHANOL FOR CREATING BIOGASOLINE PRODUCTS Abstract: Aware of the benefits that the source of biofuels has to offer as reducing the risk of adverse effects on human health, reducing the dependence on fossil fuels and protecting the environment, there have been many application implementations to use the bio-gasoline (blended from ethanol with traditional gasoline) on the world and Vietnam is also However, the current E5 RON92 on the market (Vietnam) is mixed directly from ethanol and gasoline which has octane number 92, so bio-gasoline often has Octane number that exceed the requirement 1.2-1.5 unit This was very wasteful Besides, the RVP value of regular gasoline on the import market/ production is usually about 75 kPa when blending with 5-10% volume ethanol is very easy to exceed requirements (80 kPa) This affects the hot start-up of engine, dispersing material vapor into the environment, which causes pollution, flammability during storage, transportation and distribution For these reasons, the author selected “ Researching of Octane number optimization and Reid Vapor Pressure of mineral gasoline to blend with ethanol for creating bio-gasoline products” for my master thesis The achived results are to give the minimum octane number and the maximum RVP value of the gasoline which be mixed with the source of ethanol to create bio-gasoline products E5/E10 RON92/95 in response to requests and conform to Vietnam national standards This contributes to meet the needs of the current energy consumption, ensuring the nation’s energy resources and increasing profits for the development of the country’s economy Key words: Bio-gasoline, Ethanol-gasoline, E5 RON92, E5/E10 RON92, E5/E10 RON95 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN TÓM TẮT MỤC LỤC DANH MỤC VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Cơ sở mục tiêu nghiên cứu 1.1.1 Cơ sở nghiên cứu 1.1.2 Tính cấp thiết, mục tiêu ý nghĩa nghiên cứu 1.2 Các nghiên cứu thử nghiệm, ứng dụng xăng sinh học 1.2.1 Giới thiệu nhiên liệu xăng sinh học 1.2.2 Các nghiên cứu ứng dụng xăng sinh học giới 10 1.2.3 Các nghiên cứu ứng dụng nước 12 1.3 Thị trường Việt Nam định hướng sản xuất 14 1.3.1 Tình hình sử dụng Xăng sinh học Việt Nam 14 1.3.2 Tình hình sản xuất ethanol nước 15 1.3.3 Tình hình sản xuất xăng khống nước 16 1.4 Quy trình Cơng nghệ sản xuất xăng sinh học 17 1.4.1 Công nghệ sản xuất yêu cầu kỹ thuật ethanol 17 1.4.2 Công nghệ sản xuất yêu cầu kỹ thuật xăng khoáng .20 1.4.3 Quy trình phối trộn sản xuất xăng sinh học RON92/95 22 1.4.4 Quá trình xuất bán xăng sinh học 23 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT 26 2.1 Phần mềm tính tốn, tối ưu hóa LP ứng dụng Nhà máy Lọc dầu 26 2.1.1 Giới thiệu phần mềm LP (Linear Programing/Quy hoạch tuyến tính) 26 2.1.2 Mơ hình phần mềm LP Nhà máy Lọc dầu Dung Quất 27 2.1.3 Quy trình tinh chỉnh, cập nhật mơ hình LP Nhà máy lọc dầu Dung Quất 28 2.1.4 Đánh giá kiểm tra tính xác mơ hình LP/LP Health check 31 2.1.5 Giới thiệu hệ thống phối trộn sản phẩm xăng 31 2.1.6 Tính chất xăng khống cần ý q trình tính tốn phối trộn 32 2.1.7 Cơng thức tính tốn tính chất mẻ trộn 32 2.1.8 Sơ đồ phối trộn tồn chứa Xăng khoáng 33 2.1.9 Các giới hạn vận hành lập lệnh phối trộn 33 2.2 Hệ thống phối trộn tự động hệ thống nạp phụ gia .34 2.2.1 Hệ thống tự động tối ưu phối trộn 34 2.2.2 Hệ thống nạp phụ gia 35 2.3 Các thiết bị phương pháp thử nghiệm 35 2.4 Xác nhận giá trị sử dụng phương pháp thử thiết bị thử nghiệm .38 2.4.1 Kiểm tra xác nhận/xác nhận giá trị sử dụng phương pháp xác định trị số Octane theo ASTM 2699-18 .38 2.4.2 Kiểm tra xác nhận/xác nhận giá trị sử dụng phương pháp xác định áp suất bão hòa theo ASTM 5191-19 41 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 46 3.1 Phương pháp nghiên cứu 46 3.1.1 Nguyên liệu 46 3.1.2 Phương pháp nghiên cứu 46 3.2 Khảo sát thực trạng tính chất xăng khống xăng E5 thị trường 46 3.2.1 Tính chất xăng gốc RON 92-II sản xuất BSR 46 3.2.2 Tính chất ethanol khơng biến tính 47 3.2.3 Tính chất xăng E5 thị trường tỉnh Quảng Ngãi 47 3.3 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng ethanol lên tính chất xăng thương phẩm có trị số Octane 92 Octane 95 49 3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng ethanol đến trị số octane (RON) xăng thương phẩm RON92, RON95 .50 3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng ethanol đến trị số RVP xăng khoáng thương phẩm RON92, RON95 51 3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng ethanol đến giá trị Oxy tổng xăng khoáng thương phẩm RON92, RON95 52 3.3.4 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng ethanol đến hàm lượng nước xăng khoáng thương phẩm RON92, RON95 53 3.3.5 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng ethanol đến khối lượng riêng 15oC xăng khoáng thương phẩm RON 92, RON 95 53 3.4 Phối trộn xăng khoáng từ cấu tử khảo sát thay đổi RON, RVP pha trộn với ethanol 53 3.4.1 Phối trộn xăng khống để tối ưu hóa giá trị RON xăng khoáng tạo xăng E5/E10 RON 92 54 3.4.2 Phối trộn xăng khoáng để tối ưu hóa RON xăng khống tạo xăng E5/E10 RON 95 56 3.4.3 Phối trộn xăng khoáng để đảm bảo RVP đạt yêu cầu pha trộn tạo xăng E5/E10 RON 92/95 59 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ 61 4.1 Thực tế trạng giải pháp .61 4.1.1 Hiện trạng 61 4.1.2 Giải pháp .61 4.1.3 Khả tồn chứa, phối trộn xuất bán 62 4.2 Sản lượng sản xuất hiệu kinh tế 62 4.2.1 Chế độ tối đa diesel .63 4.2.2 Chế độ tối đa xăng 64 4.2.3 Tối đa xăng không trộn FRN vào xăng (dầu thơ naphtha) 64 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao) DANH MỤC VIẾT TẮT BKHCN BCT : Hiệp hội thử nghiệm vật liệu Hoa Kỳ (American Society for Testing and Materials) : Bộ Khoa học Công nghệ : Bộ Công thương BSR Biodiesel : Cơng ty Cổ phần Lọc Hóa dầu Bình Sơn : Nhiên liệu dầu điêzen sinh học CDU : Cụm phân xưởng chưng cất dầu thô CCR : Cụm phân xưởng Reforming xúc tác Check tank : Bể chứa sau phối trộn, lấy mẫu phân tích sơ vài tiêu trước chuyển bể chứa sản phẩm cuối để lấy mẫu cấp ASTM CO HC CRM Diesel Ethanol DVPE EIA E5 E10 E20/E85 E100 E5/E10 RON92 E5/10 RON95 FRN HCAM chứng thư chất lượng : Khí Carbon mono oxit Hydrocarbon : Mẫu chuẩn tham chiếu hay chất chuẩn phân tích có kèm theo giấy chứng nhận (Certified Reference Materials) : Nhiên liệu dầu điêzen (DO) : Cồn sinh học : Áp suất khô tương đương nhiệt độ 37,8 °C (Dry Vapour Pressure Equivalent at a temperature of 37.8 °C , kPa) : Cơ quan thông tin lượng Hoa Kỳ : Hỗn hợp xăng khống ethanol có hàm lượng ethanol từ 45% thể tích : Hỗn hợp xăng khống ethanol có hàm lượng ethanol từ 910% thể tích : Hỗn hợp xăng khống ethanol có hàm lượng ethanol tương ứng 20, 85% thể tích : Cồn sinh hoc 100% : Hỗn hợp xăng khoáng RON92 ethanol có hàm lượng ethanol từ 4% - 5% thể tích (E5) 9% - 10% thể tích (E10) : Hỗn hợp xăng khoáng RON95 ethanol có hàm lượng ethanol 4% - 5% thể tích (E5) 9% - 10% thể tích (E10) : Phân đoạn Naphtha (Full range naphtha) tách từ phân xưởng CDU : Phần mềm quản lý tính chất Dầu thơ (Haverly Crude Assay Management system) HP steam : Hơi cao áp (High Pressure steam) HGO : Phân đoạn cắt Heavy gas oil từ cụm chưng cất khí - CDU MP steam IC ISOM : Hơi trung áp (Medium Pressure steam) : So sánh liên phòng (Interlaboratory Comparison) : Cụm phân xưởng đồng phân hóa ISOMERATE /Light Naphtha LoQ : Sản phẩm isomerate/Naphtha nhẹ, thu từ phân xưởng đồng phân hóa, dùng để phối trộn tạo xăng khoáng : Giới hạn định lượng (Limit of detection) LoD : Giới hạn phát (Limit of Quantitation) LP : Linear Programing/Quy hoạch tuyến tính LIMs : Hệ thống quản lý iihong tin phịng thí nghiệm (Laboratory information management systems) LPG LGO Max Min Mix C4 : Khí dầu mỏ hóa lỏng : Phân đoạn cắt Light gas oil từ cụm chưng cất khí - CDU : Giá trị tối đa : Giá trị tối thiểu : Khí C4 thu sau tháp tách C3/C4, có trị số octane cao dùng phối trộn tạo xăng khoáng với tỷ lệ nhỏ %thể tích MTBE NHT NIR NLSH : Hợp chất methyl-t-butyl ether : Phân xưởng xử lý Naptha hydro : Cận hồng ngoại (Near Infrared) : Nhiên liệu sinh học NMLD DQ NOx NTU PETROLIMEX PRF : Nhà máy Lọc dầu Dung Quất : Các hợp chất Nitơ oxit : Cụm phân xưởng xử lí Naphtha thu từ phân xưởng RFCC : Tập đoàn xăng dầu Việt Nam : Nhiên liệu chuẩn gốc/sơ cấp tham chiếu PTN PV Oil QCVN QĐ-TTg QĐ-UBND REFORMATE (Primary Reference Fuel) : Phịng thí nghiệm : Tổng công ty Dầu Việt Nam : Quy chuẩn Việt Nam (Quy chuẩn Quốc gia) : Quyết định Thủ tướng Chính phủ : Quyết định Ủy ban nhân dân : Sản phẩm reformate có trị số octane cao, thu từ phân xưởng reforming xúc tác liên tục, dùng để phối trộn tạo xăng khoáng RESIDUE : Phân đoạn cặn thu từ cụm chưng cất CDU RFCC : Cụm phân xưởng Cracking xúc tác tầng sơi RFCC Naphtha : Sản phẩm Naphtha có trị số octane cao, thu từ phân xưởng RFG RVP cracking xúc tác, dùng để phối trộn tạo xăng khoáng : Hiệp hội Nhiên liệu tái tạo (RFA - Renewable Fuels Association) : Áp suất bão hòa (Reid Vapor Pressure) 37,8oC TĐC : Trị số Octane nghiên cứu/Research Octane Number : Tiêu chuẩn Quốc gia : Tổng Cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng TK5201A/B/C : Các bể chứa sản phẩm xăng khoáng, ký hiệu TK-5201A/B/C TK5203A/B/C TK5203A/B/C VAT VOC : Thuế giá trị gia tăng (Value Added Tax) : Hợp chất hữu dễ bay VPCP TCCS Ton/h ppm %vol % wt : Văn phịng Chính phủ : Tiêu chuẩn sở : Đơn vị tấn/giờ : Đơn vị phần triệu (Parts per million) : Phần trăm tính theo thể tích : Phần trăm tính theo khối lượng RON TCVN Phụ lục 16: Tính chất xăng khoáng RON 92-II sản xuất BSR SẢN PHẨM RON92-II Tên tiêu Phương pháp Đơn vị QCVN/ TCVN/ TCCS Trị số RON/ RON number TCVN 2703 (ASTM D 2699) - ≥ 92 92.0 ÷ 92.3 g/L ≤ 0.013 KPH (< 0,0025) Điểm sôi đầu/ IBP o Báo cáo 30.0-33.3 10% thể tích/ volume o ≤ 70 48.6-52.1 o ≤ 120 88.1-98.7 90% thể tích/ volume o ≤ 190 148.1 ÷ 173.7 Điểm sôi cuối/ FBP o C ≤ 215 176.9 ÷ 206.1 % vol ≤ 2.0 0.8 ÷ 1.2 - ≤1 1a mg/100mL ≤5 0.5 ÷ Hàm lượng chì/ Lead content TCVN 7143 (ASTM D 3237) Giá trị thực tế (tham khảo) Thành phần cất phân đoạn/ Distillation: 50% thể tích/ volume C C TCVN 2698 (ASTM D 86) C Cặn cuối/ Residue Ăn mòn mảnh đồng 50oC/3 giờ/ Copper strip corrosion at 50 oC/ 3hrs Hàm lượng nhựa thực tế (đã rửa dung môi)/ C TCVN 2694 (ASTM D 130) TCVN 6593 Gum content (solvent washed) (ASTM D 381) Độ ổn định oxy hoá/ Oxidation stability TCVN 6778 (ASTM D 525) minute ≥ 480 ≥ 480 Hàm lượng lưu huỳnh/ Sulfur content TCVN 7760 (ASTM D 5453) mg/kg ≤ 500 21 ÷ 65 ASTM D 5191 kPa 43 ÷ 75 63.7 ÷ 65.9 Áp suất (Reid) 37,8oC/ RVP @ 37.8oC SẢN PHẨM RON92-II Phương pháp Đơn vị QCVN/ TCVN/ TCCS Hàm lượng benzen/Benzene content TCVN 3166 (ASTM D 5580) % vol ≤ 2.5 0.84 ÷ 2.14 Hydrocacbon thơm/Aromatic content TCVN 3166 (ASTM D 5580) % vol ≤ 40 19.6 ÷ 29.7 Hàm lượng olefin/ Olefins content TCVN 7330 (ASTM D 1319) % vol ≤ 38 24.5 ÷ 36.0 (32) Hàm lượng oxy/ Total oxygen TCVN 7332 (ASTM D 4815) % wt ≤ 2.7 KPH (< 0.2) - KPH (< 0.2) Max 10 KPH (< 0.2) Max 10 KPH (< 0.2) Max KPH (< 0.2) Max 15 KPH (< 0.2) Max 10 KPH (< 0.2) - Methanol KPH KPH (< 0.2) - Keton KPH KPH (< 0.2) - Ester KPH KPH (< 0.2) Tên tiêu Giá trị thực tế (tham khảo) Hợp chất oxygenat/ Oxygenates content - Ethanol - Iso- propyl- alcohol - Iso- butyl- alcohol - Tert-butyl-alcohol - Ether TCVN 7332 (ASTM D 4815) % vol - MTBE Khối lượng riêng (ở 15oC)/ Density @ 15oC TCVN 6594 (ASTM D 1298) kg/m3 Báo cáo 724.5 ÷ 736.1 Hàm lượng kim loại (Fe, Mn) / Metal content TCVN 7331 (ASTM D 3831) mg/L ≤5 KPH (< 1,0) - Trong suốt, khơng có nước tự tạp chất Ngoại quan/ Appearance [ TCVN 7759 (ASTM D 4176) ...ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  TRƯƠNG THỊ THU HÀ NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA TRỊ SỐ OCTANE VÀ ÁP SUẤT HƠI BÃO HÒA TRONG XĂNG KHOÁNG NHẰM PHA TRỘN VỚI ETHANOL TẠO SẢN PHẨM XĂNG... phân phối Với lý này, tác giả lựa chọn ? ?Nghiên cứu tối ưu hóa trị số Octane áp suất bão hịa xăng khống nhằm pha trộn với ethanol tạo sản phẩm xăng sinh học? ?? cho luận văn thạc sĩ Qua nghiên cứu, tác... chuyển phân phối Với phân tích vừa nêu, tác giả lựa chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu tối ưu hóa trị số Octane áp suất bão hịa xăng khống nhằm pha trộn với ethanol tạo sản phẩm xăng sinh học? ?? cho luận văn