1.7.1 Ý nghĩa
Tỷ trọng là một chỉ tiêu quan trọng trong quá trình nghiên cứu dầu mỏ và các sản phẩm của nó. Nhờ tỷ trọng người ta có thể chuyển từ khối lượng thể tích sang khối lượng trọng lượng của chúng ứng dụng ở các cơ sở sản xuất, tiêu dùng và vận chuyển.
Cùng với các chỉ tiêu khác tỷ trọng biểu hiện thành phần hóa học, nguồn gốc, chất lượng dầu thô và các sản phẩm của nó.
Đối với xăng thì tỷ trọng không phải là một chỉ tiêu quan trọng, nhưng nó cũng có ý nghĩa nhất định trong việc điều khiển độ giàu khi khởi động động cơ, ảnh hưởng trực tiếp lên nhiệt cháy thể tích của nhiên liệu.
1.7.2 Tóm tắt phương pháp
Mẫu được giữ ở môi trường nhiệt độ ổn định và được chuyển tới ống đong hình trụ có cùng nhiệt độ. Một tỷ trọng kế thích hợp đặt trong lòng mẫu và cho phép chìm xuống. Sau khi đạt được sự cân bằng nhiệt độ, đọc số chỉ trên tỷ trọng kế và ghi lại nhiệt độ của mẫu. Sau đó tra bảng hiệu chỉnh để xác định tỷ trọng chuẩn ở 150C.
1.7.3 Thiết bị và dụng cụ
- Phù kế có khoảng chia theo tiêu chuẩn ASTM - Nhiệt kế
- Ống đong 500 ml, đường kính trong của ống đong lớn hơn đường kính ngoài của phù kế ít nhất là 25 mm.
- Bể ổn nhiệt: được sử dụng khi yêu cầu đo tỷ trọng ở nhiệt độ cao hơn hay thấp hơn nhiệt độ phòng, hoặc sử dụng trong trường hợp nhiệt độ không ổn định hay chênh lệch nhiệt độ quá nhiều trong quá trình đo.
- Khay dùng để hứng dầu tràn.
1.7.4 Cách tiến hành
Chọn tỷ trọng kế thích hợp cho mẫu cần đo, đối với xăng chọn tỷ trọng kế loại 0,65 – 0,7; 0,7 – 0,75.
Đặt khay trên mặt phẳng và đo trong môi trường nhiệt độ ổn định, biên độ dao động là 20C.
Đặt ống đong vào lòng khay rồi rót mẫu vào đầy ống đong. Thả nhẹ tỷ trọng kế thích hợp vào ống đong mẫu theo phương thẳng đứng đồng thời làm tan hết các bọt khí trên bề mặt mẫu, để yên trong 2 phút (đối với các sản phẩm nặng để yên trong 5 phút).
Quan sát vị trí các vạch chia trên nhiệt kế và tỷ trọng kế, đọc giá trị đo được. Giá trị nhiệt độ đọc trong khoảng gần nhất 0,250C. Giá trị tỷ trọng đọc trong khoảng gần nhất 0,0005 đơn vị.
Ta thu được kết quả tỷ trọng ở nhiệt độ tiến hành, sau đó tra “Bảng hiệu chỉnh đo tính xăng dầu theo tiêu chuẩn TCVN 6005-1995/ASTM-D1250 API.2540/IP.200”[29], ta có được tỷ trọng ở 150C.
1.8 Xác định hàm lượng nước theo tiêu chuẩn ASTM E203[24]
1.8.1 Ý nghĩa
Việc xác định hàm lượng nước trong xăng pha cồn có ý nghĩa rất quan trọng do sự có mặt của nước sẽ dẫn đến những tác hại sau:
- Giảm nhiệt trị quá trình cháy. - Gây ăn mòn các chi tiết máy.
- Trong quá trình tồn chứa gây tách lớp do cồn tan vô hạn trong nước còn xăng thì không.
Để khắc phục các tác hại do nước gây ra người ta giảm tối thiểu hàm lượng nước chứa trong cồn bằng các phương pháp tinh chế cồn khan và để tránh sự tách lớp trong quá trình tồn chứa ta sử dụng phụ gia chống tách lớp hoặc các thiết bị cánh khuấy.
1.8.2 Nguyên lý
Dựa vào sự chênh lệch điện thế của dung dịch trước và sau khi thêm mẫu. Chuẩn độ hỗn hợp dung môi Chloroform và methanol(tỷ lệ 1:4 về thể tích) bằng thuốc thử CombiTitrant 5 đạt được một điện thế ổn định. Cho một lượng mẫu xác định vào tiếp tục chuẩn độ cho đến khi đạt giá trị điện thế ổn định như ban đầu. Thông qua lượng thuốc thử dùng để chuẩn độ ta xác định được hàm lượng nước có trong mẫu.
1.8.3 Thiết bị và dụng cụ
- Cân điện tử
- Thiết bị đo hàm lượng nước
- Các lọ chứa dung môi và thuốc chuẩn độ - Xylanhbơm mẫu
1.8.4 Cách tiến hành
- Pha dung môi gồm chloroform và methanol theo tỷ lệ 1:4 về thể tích
- Dùng thuốc thử CombiTitrant 5, bấm nút titration để tiến hành chuẩn độ cho đến khi đạt giá trị điện thế ổn định.
- Dùng xylanhhút mẫu, cân bằng cân điện tử, bấm on tare.
- Bấm add sample để bơm lượng mẫu vào.
- Sau khi bơm xong cân lại vỏ xylanh để biết được khối lượng mẫu. Bấm enter
nhập giá trị khối lượng mẫu vào. Bấm 3 lần enter và escape.
CHƯƠNG 2: QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN VÀ KẾT QUẢ 2.1 Quá trình tiến hành thực nghiệm
Việc pha ethanol vào trong xăng ngoài mục đích giải quyết vấn đề năng lượng khi nguồn dầu mỏ khai thác ngày càng cạn kiệt dần, thêm vào đó là giá dầu không ngừng biến động, mà còn giải quyết được các vấn đề về môi trường và khí hậu trái đất hiện nay. Vì thế xu hướng thế giới là tăng dần tỷ lệ ethanol trong xăng đi đến thay thế hoàn toàn xăng bằng nhiên liệu ethanol.
Quá trình tiến hành thực nghiệm nhằm xác định tỷ lệ ethanol trong xăng đảm bảo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 6776) về các chỉ tiêu đối với xăng không chì hiện nay và đưa ra dự đoán về khả năng pha ethanol vào xăng MO90 của Dung Quất.
Ethanol là cấu tử tốt để pha vào xăng. Ngoài việc tăng chỉ số octan của xăng, đảm bảo áp suất hơi nó còn làm giảm thiểu ô nhiễm môi trường so với xăng. Nhưng ethanol là hợp chất chứa oxy, vì vậy hàm lượng oxy là một chỉ tiêu quan trọng đối với xăng pha ethanol.
Quá trình thực nghiệm gồm các bước sau: + Chuẩn bị mẫu.
+ Pha chế.
+ Tiến hành xác định các chỉ tiêu.
2.1.1 Chuẩn bị mẫu
- Mẫu cồn (ethanol) là cồn tuyệt đối với 99,5% thể tích và 99,7% thể tích.
- Mẫu xăng: Các mẫu xăng của Công ty xăng dầu Khu Vực V được nhập vào các thời điểm khác nhau và xăng 83 mua từ cửa hàng xăng dầu Quân đội.
- Các mẫu xăng và mẫu cồn phải giữ kín ở nhiệt độ phòng.
2.1.2 Pha chế
Tiến hành pha ethanol với các mẫu xăng theo các tỷ lệ khác nhau vào bình định mức 1lít. Mẫu sau khi pha được lưu ở nhiệt độ phòng để xác định các chỉ tiêu.
2.1.3 Tiến hành xác định các chỉ tiêu
Sau khi pha xong tiến hành xác định các chỉ tiêu:
- Đầu tiên xác định các chỉ tiêu hàm lượng oxy, benzen, lưu huỳnh, tỷ trọng, hàm lượng nước.
- Sau đó làm lạnh mẫu để xác định chỉ số octan và các chỉ tiêu liên quan đến độ bay hơi như: thành phần cất, áp suất hơi bão hòa.
2.2 Kết quả thực nghiệm
2.2.1 Các chỉ tiêu chất lượng của xăng thương phẩm
Các mẫu xăng dùng thí nghiệm là xăng 83, 90, 92 được lấy từ xăng gốc của Công ty xăng dầu khu vực V và xăng 83 mua ở cửa hàng xăng dầu Quân đội. Qua việc kiểm tra ban đầu chất lượng xăng ta xác định được một số chỉ tiêu sau:
Mẫu 1
MO 90 MO 83Mẫu 2 MO 90Mẫu 3 MO 92Mẫu 4 MO 83Mẫu 5 MO 90Mẫu 6
RON 90 81,9 90 92,1 82 90,1
Thành phần cất phân đoạn
Điểm sôi đầu, 0C 43 39,3 40,4 38,5 42,4 36,2
Điểm sôi 10% thể tích, 0C 57 55 58 56,5 56,5 54,5 Điểm sôi 50% thể tích, 0C 84 76,5 89,6 93 78,7 93,5 Điểm sôi 90% thể tích, 0C 154 147,3 161,1 161,4 151,5 161,7
Điểm sôi cuối, 0C 176 196,8 195,7 207,7 197,3 207,3
Cặn cuối, % thể tích 1,4 1,65 1,4 1,35 1,8 1,4
Hàm lượng lưu huỳnh,
mg/kg 147 234 180 144 261 260
Áp suất hơi (Reid) ở
37,8 0C, kPa 57 55,8 53,5 53,5 55 57
Hàm lượng benzen,
% thể tích 0,835 0,96 0,85 0,69 0,96
Hàm lượng oxy, % kl 1,4 0,57 1,199 1,167 0,512 0,401
Tỷ trọng 0,735 0,7253 0,7408 0,7478 0,7272 0,7409
Bảng 2.5 - Chỉ tiêu chất lượng của xăng thương phẩm.
So sánh với tiêu chuẩn xăng không chì theo tiêu chuẩn Việt Nam ở bảng 1.1, ta thấy xăng MO 90 và MO 92 đều thỏa mãn các tiêu chuẩn.
Riêng đối với xăng MO 83 chỉ dùng để khảo sát tính chất của nó khi pha thêm ethanol vào.
2.2.2 Tính chất của ethanol
Ethanol là chất lỏng không màu, trong suốt và có mùi đặc trưng Ethanol 99,5% thể tích dùng để pha mẫu 1 (MO90)
Hàm lượng ethanol tuyệt đối, % thể tích max 99,5 Cặn không bay hơi, % thể tích max 0,001
Hàm lượng kim loại nặng (Pb), % max 0,001
Ethanol 99,7% thể tích dùng để pha các mẫu 2, 3, 4, 5 (MO 83,90, 92) Hàm lượng Ethanol tuyệt đối, % thể tích max 99,7
Độ Axit,mmol/100g max 0,04 Độ bazơ, mmol/100g max 0,01
15 4
d , g/ml 0,789-0,791
Methanol, % thể tích max 0,05
Rượu bậc cao, % thể tích max 0,01
2.2.3 Kết quả các chỉ tiêu chất lượng của xăng sau khi pha ethanol
2.2.3.1 Chỉ số octan
a/ Theo tài liệu tham khảo[30]
Do ethanol có chỉ số octan cao hơn nhiều phần tử của xăng, khi được thêm vào xăng, nó làm tăng giá trị octan của nhiên liệu. So với các hợp chất chứa oxy làm phụ gia tăng chỉ số octan cho xăng, ethanol có chỉ số octan cao nhất, được thể hiện qua hình 2.19
Hình 2.19 – Chỉ số octan của các hợp chất chứa oxy
Chỉ số octan tăng lên phụ thuộc vào chỉ số octan của nhiên liệu và phụ thuộc vào thành phần cơ bản của nhiên liệu ban đầu.
Để đảm bảo các chỉ tiêu thì hàm lượng ethanol thêm vào tối đa là 10% thể tích. Nếu lớn hơn 10% thể tích thì không đảm bảo một số chỉ tiêu (chủ yếu là hàm lượng oxy), khi đó phải thay kết cấu của động cơ. Khi thêm 10% thể tích ethanol sẽ làm tăng xấp xỉ 2 – 3 giá trị chỉ số octan (R+M)/2. Ở mức 7% thể tích chỉ số octan tăng từ 1,5 – 2,5. Ở 5,7% thể tích, chỉ số octan tăng từ 1 – 1,5, được thể hiện ở hình 2.20
Hình 2.20 – Độ tăng chỉ số octan của hỗn hợp xăng/ethanol ứng với xăng gốc có chỉ số octan khác nhau[15]
b/ Kết quả thực nghiệm
Qua quá trình thực nghiệm ta thu được kết quả: Lô Mẫu 1 (MO 90) 2 (MO 83) 3 (MO 90) 4 (MO 92) 5 (MO 83) 6 (MO 90) 0 90 81,9 90 92,1 82 90,1 1 90,4 82,3 90,3 92,5 82,4 90,5 2 90,8 82,8 90,7 92,9 83 90,8 3 91,1 83,3 91,1 93,2 83,6 91,1 4 91,6 83,9 91,5 93,5 84,2 91,6 5 92,1 84,5 91,9 93,8 84,7 91,9 6 92,5 85 92,3 94,1 85,2 92,2 7 93 85,6 92,7 94,4 85,9 92,6 8 93,4 86,1 93,1 94,6 86,6 93 9 93,8 86,7 93,4 94,8 87,2 93,4 10 94,2 93,8 95,1 87,7 93,7
Biểu diễn các số liệu trên theo đồ thị 2.1
Đồ thị 2.1 – Chỉ số octan của các mẫu xăng
Nhận xét:
Qua kết quả thực nghiệm cho thấy: chỉ số octan tăng dần theo lượng ethanol thêm vào. Trong đó giá trị octan tăng trung bình ở các mẫu:
∆ΙΟ (ΜΟ90) ≈ 0,36 ÷ 0,42
∆ΙΟ (ΜΟ92) ≈ 0,3
∆ΙΟ (ΜΟ83) ≈ 0,48 ÷ 0,57
Như vậy tùy thuộc vào chỉ số octan của xăng ban đầu mà độ tăng chỉ số octan khác nhau. Xăng có chỉ số octan càng thấp, độ tăng chỉ số octan càng cao và ngược lại. Kết quả này phù hợp với lý thuyết.
2.2.3.2 Thành phần cấta/ Theo tài liệu tham khảo a/ Theo tài liệu tham khảo
Khi pha ethanol vào xăng nó sẽ tạo hỗn hợp đẳng phí với các hydrocacbon nhẹ như n-pentan, n-hexan,… Hỗn hợp này có nhiệt độ sôi thấp hơn so với các cấu tử ban đầu. Vì vậy đường cong chưng cất của xăng pha ethanol sẽ thấp hơn so với đường cong chưng cất của xăng gốc ban đầu.
Hình 2.21 – Sự thay đổi đường cong chưng cất khi thêm ethanol vào xăng gốc
Hình 2.22 – Đường cong chưng cất ASTM của xăng và các hỗn hợp của xăng/ethanol[32]
Theo hình 2.22, cho thấy đường cong chưng cất của xăng pha 10% và 20% ethanol thấp hơn so với xăng gốc ban đầu.
Trong khoảng nhiệt độ sôi đầu đến nhiệt độ sôi ở 50% thể tích thì nhiệt độ của xăng E10, E20 giảm tương đối nhiều so với xăng gốc. Khi nhiệt độ sôi lớn hơn T70 thì giảm rất ít..
Điều này có thể giải thích như sau: Do ethanol tạo hỗn hợp đẳng phí với các hydrocacbon nhẹ trong xăng với các tỷ lệ khác nhau, mà các hydrocacbon này có khoảng nhiệt độ sôi trong khoảng T10 ÷ T50 của xăng gốc.
b/ Kết quả thực nghiệm
Qua quá trình thực nghiệm ta thu được kết quả:
Mẫu 1 (MO90) Mẫu 2 (MO83) Mẫu 3 (MO90)
Xăng gốc E3 Xăng gốc E6 Xăng gốc E4
IBP 43 30,5 39,3 39,6 40,4 38,5 10 57 50 55 50,2 58 50,3 20 62 55 59,3 52,7 63 54,7 50 84 79 76,5 71,4 89,6 82,1 90 154 152,5 147,3 142,2 161,1 158 95 176 168,5 168,6 162,7 182,6 175,1 EP 185 182,8 196,8 194 195,7 200,6 Residue 1,4 1,4 1,65 1,2 1,4 1,35
Mẫu 4 (MO92) Mẫu 5 (MO83) Mẫu 6 (MO90)
Xăng gốc E4 Xăng gốc E6 Xăng gốc E4
IBP 38,5 38,2 42,4 40,6 36,2 38,4 10 56,6 50,7 56,5 50,5 54,5 50,5 20 63,5 55,8 61 53,1 62,8 55,6 50 93 88 78,7 74 93,5 87,8 90 161,4 161,6 151,5 146,7 161,7 161,9 95 182 178,5 172,7 167,9 182,5 178,9 EP 207,7 206,8 197,3 194,2 207,3 203,4 Residue 1,35 1,5 1,8 1,8 1,4 1,35
Bảng 2.7 - Thành phần cất của các mẫu xăng gốc và xăng pha ethanol.
Biểu diễn thành phần cất của các mẫu xăng lên đồ thị
Đồ thị 2.2 – Đường cong chưng cất
Đồ thị 2. 3 – Đường cong chưng cất
Đồ thị 2.4 – Đường cong chưng cất Đồ thị 2.5 – Đường cong chưng cất
của xăng gốc và xăng E4 của xăng gốc và xăng E4
Đồ thị 2.6 – Đường cong chưng cất Đồ thị 2.7 – Đường cong chưng cất
của xăng gốc và xăng E6 của xăng gốc và xăng E6
Nhận xét:
Theo kết quả thực nghiệm ta thấy nhiệt độ chưng cất của các mẫu xăng pha ethanol đều giảm so với các mẫu gốc, tuy nhiên kết quả này vẫn thỏa mãn TCVN 6776 của xăng không chì và phù hợp với lý thuyết.
2.2.3.3 Ăn mòn mảnh đồng
Cồn có thể gây hư hại và ăn mòn các chi tiết của động cơ. Tuy nhiên, với kết quả khi khảo sát tính chất ăn mòn mảnh đồng ở 50oC, 3h trong tất cả các mẫu xăng gốc và các mẫu khi pha ethanol vào từ 1 - 10 % thể tích đều cho ăn mòn mảnh đồng loại 1, thỏa mãn TCVN 2694 : 2000 (ASTM D 130).
Như vậy, khi pha thêm ethanol vào xăng trong phạm vi thí nghiệm vẫn đảm bảo ít gây hư hại và ăn mòn các chi tiết của động cơ.
2.2.3.4 Hàm lượng lưu huỳnh
Kết quả đo hàm lượng lưu huỳnh (ppm) trong các mẫu xăng được thể hiện ở bảng 2.8
Lô
Mẫu (MO 90)1 (MO 83)2 (MO 90)3 (MO 92)4 (MO 83)5 (MO 90)6
0 147 235 180 144 261 260 1 159 284 189 151 280 251 2 171 288 200 165 305 239 3 184 293 204 172 323 231 4 189 298 215 187 337 226 5 195 308 223 194 349 220 6 200 318 247 205 367 215 7 207 327 257 216 379 211 8 213 332 261 233 389 208 9 220 341 278 241 390 205 10 226 293 261 394 202
Bảng 2.8 – Hàm lượng lưu huỳnh các mẫu xăng gốc và xăng pha ethanol
Biễu diễn các số liệu trên theo đồ thị 2.8
Đồ thị 2.8 – Sự phụ thuộc của hàm lượng lưu huỳnh theo % thể tích ethanol
Nhận xét:
Khi pha ethanol vào xăng, tùy thuộc vào hàm lượng S trong ethanol mà ta thu được các kết quả khác nhau:
- Đối với các mẫu từ MO90 (1) đến MO83 (5), do hàm lượng S trong ethanol cao hơn trong xăng nên khi % thể tích ethanol trong xăng càng cao, hàm lượng S trong các mẫu càng cao.
- Đối với mẫu MO90 (6), hàm lượng S trong ethanol thấp hơn trong xăng nên khi % thể tích ethanol trong xăng tăng, hàm lượng S trong các mẫu càng giảm.
Tuy nhiên, hàm lượng S trong mẫu xăng gốc thấp nên hàm lượng S trong các