Xăng chưng cất trực tiếp cú thành phần chủ yếu là hydrocarbon parafin mạch thẳng (60-80 %) và cú tớnh chống kớch nổ kộm ( MON = 43-53). Nú chỉ cú thể sử dụng
được cho động cơ cú tỷ số nộn thấp. Với mục đớch tăng hiệu suất nhiệt, tỷ số nộn của
động cơ xăng luụn cú xu hướng tăng trong mấy chục năm vừa qua và kộo theo đú là yờu cầu nõng cao tớnh chống kớch nổ của nhiờn liệu. Cỏc biện phỏp nõng cao tớnh chống kớch nổ của xăng hiện nay cú thể phõn thành hai nhúm cơ bản là : thay đổi cụng nghệ chế biến dầu mỏ và sử dụng chất phụ gia.
• Cụng nghệ chế biến dầu mỏ - Cỏc cụng nghệ chế biến dầu mỏ như : cracking, reforming, isomer hoỏ, alkyl hoỏ... cho ra cỏc sản phẩm xăng cracking, reformate, isomerate, alkylate ... cú tớnh chống kớch nổ cao hơn xăng chưng cất trực tiếp (xem mục 1.6 và Bảng 3-2). Xăng thương phẩm thường là hỗn hợp với những tỷ lệ khỏc nhau của cỏc loại sản phẩm núi trờn với xăng chưng cất trực tiếp, cú hoặc khụng cú phụ gia.
• Chất phụ gia - là chất được pha với một tỷ lệ rất nhỏ vào nhiờn liệu, chất bụi trơn, chất lỏng chuyờn dựng , v.v. để cải thiện cỏc tớnh chất tự nhiờn của chỳng hoặc tạo cho chỳng cỏc tớnh chất mới đem lại lợi ớch trong sử dụng, vận chuyển và bảo quản. Cỏc sản phẩm dầu mỏ cú thể khụng cú hoặc được pha thờm một hoặc nhiều loại phụ gia. Một chất phụ gia cú thể chỉ cú ảnh hưởng đến một tớnh chất (tỏc dụng đơn) hoặc tỏc dụng
- -
Bảng 3-2. Cỏc thành phần cơ bản để pha chế xăng động cơ [3] Cỏc tớnh chất đặc trưng Thành phần pha chế Nhiệt độ sụi [0C] t50 [0C] RVP [bar] Mật độ [kg/m3] RON MON Xăng cracking nhẹ 40 ữ 110 83 0,7 690 93 80 Xăng cracking nặng 110 ữ 210 155 0,1 800 91 79 Reformate 30 ữ 180 110 0,5 780 ữ 800 95 ữ 102 90 ữ 97 Isomerate 40 ữ 70 60 0,7 690 80 ữ 90 80 ữ 90 Alkylate 25 ữ 200 80 1,0 700 95 94 Butane - - 4,5 580 94 90 Xăng cất trực tiếp 25 ữ 90 66 0,8 680 68 58 Bảng 3-3. Một số chất phụ gia chống kớch nổ [9], [3]
Chất phụ gia Cụng thức hoỏ học Hiệu quả chống kớch nổ tương đương [g] Tetraethyllead (TEL) (C2H5)4Pb 1 Aniline C6H5NH2 34 Ethyl iodide C2H5I 53 Ethyl alcohol C2H5OH 161 Xylene C6H4(CH3)2 271 Toluene C6H5CH3 298 Benzene C6H6 332 Tetramethyllead (TML) (CH3)4Pb -
Tertiary-buthyl alcohol (TBA) - -
Methyl tertiary-Buthyl ether (MTBE) - -
Bảng 3-4. Hiệu quả chống kớch nổ của TEL với cỏc loại xăng khỏc nhau [12] Loại xăng Nhúm hydrocarbon
ưu thế
MON trước khi pha TEL
MON sau khi pha 1,2 g TEL/1kg xăng Xăng chưng cất trực tiếp loại nhẹ Parafin-Naphthene 63 81 Xăng chưng cất trực tiếp loại nặng Parafin-Naphthene 26 43 Xăng cracking xỳc tỏc Olefin 80 82 Xăng reforming Aromatic 82 89
- - ON ON TEL [ml/kg] 2,0 H. 3-2. Ảnh hưởng của TEL đến ON của xăng
Tetraethyllead (TEL), cú nhiệt độ sụi là 390 0F , được phỏt hiện là chất cú tỏc dụng chống kớch nổ vào năm 1921 và đó được sử dụng rộng rói từ đú do cú hiệu quả chống kớch nổ cao và giỏ thành thấp. Bảng 3-6 và H.3-5 thể hiện ảnh hưởng của TEL đến khả
năng chống kớch nổ của xăng. Cơ chế chống kớch nổ của TEL được một số tỏc giả giải thớch là do nú cú tỏc dụng kỡm hóm cỏc phản ứng tiền ngọn lửa (preflame reactions), hạn chế tốc độ hỡnh thành cỏc phần tử hoạt tớnh và do đú làm chậm quỏ trỡnh hỡnh thành cỏc trung tõm kớch nổ. Cỏc phản ứng hoỏ học diễn ra trong giai đoạn tiền kớch nổ như sau [2] : - Cỏc phõn tử hydrocarbon bị oxy hoỏ dưới tỏc dụng của ỏp suất và nhiệt độ cao thành cỏc peroxide khụng bền : CnHm + O2 → R-OOH
- TEL bị phõn huỷ : Pb (C2H5)4 → Pb + 4 C2H5 Pb + O2 → PbO2
- Phản ứng biến đổi peroxide khụng bền thành cỏc hợp chất cú tớnh hoạt hoỏ kộm hơn : R-OOH + PbO2 → PbO + R-CHO
Nếu khụng cú cỏc biện phỏp thớch hợp, oxide chỡ (PbO) sẽ tớch tụ dần trờn cỏc cực của bougie, nấm soupape, v.v. gõy ảnh hưởng xấu đến hoạt động của động cơ. Để trỏnh hiện tượng này, trong thành phần của "nước chỡ " pha vào xăng phải cú cỏc chất hoỏ học cú tỏc dụng biến đổi cỏc oxide chỡ thành cỏc chất dễ bay hơi để dễ dàng thải ra ngoài. Cỏc chất hoỏ học thường được sử dụng là ethyl dichloride (C2H5Cl) và ethyl dibromide (C2H5Br). Hỗn hợp của TEL với hoỏ chất chống oxide chỡ tớch tụđược gọi là " nước chỡ " và rất độc đối với cơ thể sống. Vỡ vậy, người ta thường nhuộm màu đặc trưng cho cỏc loại xăng pha chỡ để phõn biệt với cỏc loại xăng khỏc.
Tetramethyllead (TML) được đưa vào sử dụng từ năm 1960. TML cú nhiệt độ sụi là 230 0F, cú xu hướng bay hơi cựng với phần nhẹ của xăng. Như vậy, TML thớch hợp hơn TEL đối với xăng cú R100 0C thấp.
TEL và MTL đó từng được sử dụng rộng rói trờn quy mụ toàn cầu trong suốt mấy chục năm vừa qua. Gần đõy, vai trũ của TEL và TML như là cỏc tỏc nhõn tăng khả năng
- -
chống kớch nổ của xăng đó bị hạn chế dần. Lý do chớnh là do tớnh độc hại của chỡ đối với mụi trường sống. Hầu hết cỏc nước cụng nghiệp phỏt triển đó cấm hoàn toàn việc sử
dụng phụ gia chỡ trong xăng. Ở Việt nam, quy định về việc sử dụng xăng khụng chỡ sẽ cú hiệu lực thi hành từ ngày 01 thỏng 07 năm 2001. Rất tiếc là cho đến nay chưa cú loại phụ
gia chống kớch nổ nào khụng độc hại mà lại cú hiệu quả chống kớch nổ cao và giỏ thành thấp như TEL và TML. Một lý do khỏc để loại bỏ phụ gia chỡ là ảnh hưởng xấu của chỳng đến hoạt tớnh của chất xỳc tỏc cú trong cỏc thiết bị hạn chế tỏc hại của khớ thải
động cơ ụtụ hoạt động theo nguyờn tắc trung hoà cỏc thành phần độc hại nhờ chất xỳc tỏc (catalytic converters).
Phụ gia cú chỡ đó và đang được thay thế bằng cỏc chất pha khỏc ớt độc hại cho mụi trường hơn, như methanol, ethanol, tertiary-buthyl alcohol (TBA), tertiary-amyl methyl ether (TAME), methyl tertiary-buthyl ether (MTBE), v.v. Cỏc loại phụ gia núi trờn thường được gọi chung là phụ gia họ oxygen .
3.1.2. TÍNH HOÁ HƠI