CHƯƠNG 3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CỦA SẢN PHẨM XĂNG VÀ DẦU DIESEL (DO)
3.2 Phương pháp đánh giá các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm 1 Sản phẩm xăng thương phẩm.
3.2.1 Sản phẩm xăng thương phẩm.
Xác định áp suất hơi bão Reid.
Hình 3.2 Thiết bị đo áp suất [3]
Phương pháp ASTM D323-99; TCVN 5731:2006 áp dụng để xác định áp suất hơi ở 37,8 oC (100 oF) của sản phẩm dầu mỏ và dầu thô có nhiệt độ sôi đầu lớn hơn 0 oC (32 oF).
• Cách xác định [3].
Lấy bình chứa mẫu ra khỏi bể làm lạnh và không được mở nắp bình, gắn ống chuyển mẫu đã được làm lạnh vào bình chứa mẫu. Lấy buồng mẫu ra khỏi bể ổn nhiệt và lắp theo chiều quay xuống vào đỉnh ống chuyển mẫu, quay ngược
nhanh toàn hệ thống sao cho buồng mẫu quay lên với đầu cuối ống chuyển mẫu cách đáy buồng chứa mẫu lỏng khoảng 6 mm.
Cho đầy mẫu vào buồng chứa mẫu lỏng. Rút ống chuyển mẫu ra khỏi buồng chứa mẫu và tiếp tục để cho mẫu chảy hết vào buồng chứa mẫu. Ngay lập tức di chuyển bình chứa hơi ra khỏi bể ổn nhiệt đến buồng chứa mẫu, tránh làm đổ mẫu. Khi buồng chứa hơi được lấy ra khỏi bể ổn nhiệt thì lắp ngay vào buồng chứa mẫu tránh làm thay đổi nhiệt độ khối không khí bên trong buồng chứa hơi (37,8 oC). Thời gian từ lúc lấy buồng ra khỏi bể ổn nhiệt đến khi lắp hoàn chỉnh thiết bị không được vượt quá 10s.
Lắc mạnh thiết bị đo lên xuống theo chiều thẳng đứng khoảng 8 lần (cho phép mẫu đi vào buồng chứa hơi). Khi đồng hồ đo áp không tăng nữa thì nhúng thiết bị đo vào bể ổn nhiệt và duy trì ở 37,8 ± 0,1 oC.
Sau khi ngâm trong bể ổn nhiệt ít nhất 5 phút, đọc chính xác giá trị trên áp kế. Lấy thiết bị ra khỏi bể và lắc như trên và ngâm lại 5 phút trước khi đọc lại kết quả. Lặp lại quy trình trên đến khi hai lần đọc kề nhau có giá trị không đổi. Đọc chính xác đến 0,25 kPa.
Trị số Octan (ON-octan number)-Chỉ số Octan (OI-octan index).
Có hai phương pháp để xác định ON của xăng là trị số octan theo phương pháp nghiên cứu RON ( research octan number) theo phương pháp ASTM D2699- 06a; TCVN 2703:2007 và trị số octan theo phương pháp mô tơ MON (motor octan number) theo phương pháp ASTM D2700-06. Cả hai giá trị số này đều được xác định trên cùng một động cơ. Sự khác nhau cơ bản giữa hai phương pháp này là RON được xác định nhờ động cơ hoạt động với tốc độ 600 vòng/phút, hỗn hợp nhiên liệu-không khí không được hâm nóng trước khi vào xylanh, còn MON xác định được nhờ động cơ hoạt động ở tốc độ 900 vòng/phút và hỗn hợp nhiên liệu- không khí được hâm nóng lên 140 oC trước khi vào xylanh.
• Quy trình xác định RON theo phương pháp ASTM D2699-06a; TCVN 2703:2007 [3].
- Quy trình chặn trên- chặn dưới: động cơ được hiệu chỉnh để hoạt dộng tạo điều
kiện cường độ gõ KI chuẩn. Tỷ lệ hỗn hợp nhiên liệu-không khí của mẫu được điều chỉnh để KI cực đại, điều chỉnh chiều cao xylanh so cho đạt KI tiêu chuẩn và cố định lại chiều cao xylanh. Hai hỗn hợp nhiên liệu chuẩn dầu (PRF) được lựa chọn sao cho tại tỷ lệ hỗn hợp nhiên liệu-không khí đạt KI cực đại. Một nhiên liệu chuẩn đầu gây tiếng gõ động cơ mạnh hơn (KI cao hơn so với mẫu đo ON) và nhiên liệu chuẩn dầu có KI thấp hơn. Tuy nhiên việc lựa chọn hai nhiên liệu chuẩn phải thỏa
mãn điều kiện sao cho độ chệch lệch độ gõ của chúng phải không lớn hơn 0,3 ON. Trị số ON của mẫu được tính bằng cách nội suy theo tỷ lệ chênh lệch của các số đọc KI trung bình theo sơ đồ hình …. Và công thức tính…
Số đọc của mẫu và nhiên liệu chuẩn
Công thức tính ON của mẫu theo phương pháp chặn trên – chặn dưới:
( HRF LRF) HRF LRF S LRF LRF S ON ON HW HW KI KI CN ON − − − + =
Trong đo: ONs trị số octan của mẫu cần đo.
ONLRF trị số octan của mẫu chuẩn đầu có ON thấp (chặn dưới). ONHRF trị số octan của mẫu chuẩn đầu có ON cao (chặn trên). KIs cường độ gõ của mẫu cần đo.
KILRF cường độ gõ của nhiên liệu chuẩn có ON thấp. KIHRF cường độ gõ của nhiên liệu có ON cao
- Quy trình đo như sau:
Quy trình đo chặn trên-chặn dưới với mức nhiên liệu cân bằng.
Kiểm tra tất cả các điều kiện vận hành của động cơ đảm bảo sự phù hợp với các điều kiện thử nghiệm. Xác định cường độ gõ chuẩn bằng cách hiệu chuẩn động cơ khi sử dụng nhiên liệu chuẩn đầu có ON gần với mẫu đo. Đặt chiều xylanh theo giá trị áp suất khí quyển đã được bù trừ cho trị số octan của nhiên liệu chuẩn dầu được chọn. xác định mức nhiên liệu đối với cường độ gõ cực đại và sau đó điều chỉnh đồng hồ đo kích nổ, xoay núm điều chỉnh Meter reading để số đọc của đồng hồ đo độ gõ là 50 vạch. Kiểm tra độ nhạy (spread) của đồng hồ đo kích nổ được đặt ở mức cực đại mà vẫn đảm bảo độ ổn định của đồng hồ đo độ gõ. Khoảng đo của đồng hồ kích nổ được đặt từ khoảng 12 – 15 vạch KI cho một trị số octan. Đổ nhiên liệu mẫu vào cacbuaratơ làm sạch hệ thống dẫn nhiên liệu, vận hành động cơ trên nhiên liệu mẫu, điều chỉnh chiều cao xylanh để số đọc của đồng hồ đo độ gõ nằm ở giữa thanh đọc. Xác định mức nhiên liệu cho cường độ gõ cực đại bằng cách: đầu tiên hạ thấp mức nhiên liệu sau đó nâng lên từng mức nhỏ một (mức 0,1 theo vạch ghi trên ống thủy tinh hoặc ít hơn ) đến khi số đọc của đồng hồ đo độ gõ đạt được
cực đại và bắt đầu hạ xuống. Đặt lại bình nhiên liệu ở mức sao cho số đọc của đồng hồ đo độ gõ đạt cực đại. Điều chỉnh chiều cao xylanh sao cho số đọc của đồng hồ đo độ gõ là 50 vạch. Ghi lại số đọc của đồng hồ đo độ gõ. Quan sát số đọc chiều cao xylanh đã được bù về áp suất khí quyển, xác định ON của mẫu cần đo.
Quy trình chặn trên-chặn dưới với mức nhiên liệu thay đổi.
Quy trình thử nghiệm tương tự như trên, tuy nhiên khi áp dụng phương pháp thay đổi mức nhiên liệu thì dừng quá trình đo bằng cách chuyển sang một nhiên liệu khác khi cường độ gõ vượt quá giá trị cực đại và giảm đi khoảng 10 vạch. Luôn đổ thêm nhieenl iệu sao cho động cơ luôn chạy ở chế độ giàu nhiên liệu. Sau khi xác định được chiều cao xylanh, cần phải điều chỉnh lần cuối để đảm bảo rằng: mức nhiên liệu trong ống quan sát để đạt cường độ gõ cực đại nằm trong khoảng tới hạn từ 0,7 đến 1,7 in và số đọc cường độ gõ cực đại nằm trong khoảng từ 45-55 vạch. Xác định ON ước lượng của nhiên liệu mẫu.
Các xác định MON của xăng hoàn toàn tương tự. Giá trị MON xác định được thường thấp hơn thấp hơn giá trị RON. Tuy nhiên, sự khác nhau này là không nhiều nhưng cũng có những ý nghĩa rất quan trọng sẽ được đề cập ở phần sau.
Hình 3.4 Máy đo trị số octan theo phương pháp ASTM D-2699 [3]
A. Ống chống ẩm không khí F: Hộp cacte CFR-48 B. Thiết bị làm nóng không khí vào G: Thiết bị lọc dầu C. Bộ ngưng chất làm lạnh H: Thiết bị đo kích nổ D. Cacbuaratơ bốn bình J: thiết bị đo độ gõ
E. Mô tơ thay đổi tỷ số nén (CR) K: Bộ đếm bằn tỷ số của tỷ số nén (CR) Xác định các hợp chất thơm.
Trong một số các sản phẩm dầu mỏ, sự có mặt của hydrocacbon thơm như: benzen, toluen, xylen, etylbenzen… với một lượng lớn sẽ làm giảm đáng kể chất lượng của chúng và khí thải gây ô nhiễm môi trường. Chẳng hạn, trong nhiên liệu phản lực, hydrocacbon thơm làm giảm tăng khả năng tạo cặn, dẫn đến là giảm chiều cao ngọn lửa không khói. Trong dầu dieze, hydrocacbon làm giảm khả năng tự bắt cháy của nhiên liệu, giảm trị số cetan. Benzen có nhiều trong xăng gây ngộ độc và có khả năng dẫn đến bệnh ung thư. Hydrocacbon ngưng tụ đa vòng trong dầu nhờn làm giảm khả năng bôi trơn, độ nhớt, chỉ số độ nhớt. Vì vậy, hàm lượng các hợp chất thơm trong các sản phẩm dầu mỏ thường được khống chế ở hàm lượng nhất định.
Phương pháp ASTM D 5580-02; TCVN 3166-2008 quy định phương pháp xác định các hợp chất thơm như benzen, etylbenzen, p/m-xylen, o-xylen, các chất thơm C9 và nặng hơn, và tổng các chất thơm bằng phương pháp sắ ký khí.
• Quy trình xác định [3].
Dùng pipet lấy 1 ml chất chuẩn nội cho vào định mức 10 ml có nắp đã trừ bì. Ghi lại khối lượng tính chất chuẩn nội đã cho vào, chính xác đến 0,1 mg. cân lại bình đã đậy nắp (đã trừ bì). Cho 9 ml mẫu đã làm lạnh vào bình hoặc lọ, đậy nắp và ghi lại khối lượng tịnh (Wg) của mẫu mới cho vào. Trộn đều mẫu. nếu dùng bộ lấy mẫu tự động, chuyển một lượng dung dịch vào lọ thủy tinh GC. Đậy kín lọ bằng nắp TFE-fluorocacbon
Hệ thống sắc ký hai cột được trang bị van chuyển cột và detector ion hóa ngọn lửa. thể tích của mẫu chứa châts chuẩn nội thích hợp như 2-hexanon được bơm vào bên trên của cột đầu chứa một pha chất lỏng phân cực (TCEP). Các chất không thơm cà C9 nhẹ hơn thoát ra không khí khi rửa giả từ cột đầu. dùng detector dẫn nhiệt để theo dõi sự tách này. Cột dầu được đảo ngược ngay khi rửa giải benzen, và phần còn lại của mẫu đó được đưa trực tiếp vào cột thứ hai chứa pho lỏng không phân cực (WCOT). Benzen, toluen và chất chuẩn nội thoát ra theo thứ tự điểm sôi của chúng và được phát hiện bằn detector ion hóa ngọn lửa. ngay khi chất chuẩn nội tách ra, lưu lượng quá cột không phân cực WCOT được đảo ngược để thổi ngược phần còn lại của mẫu thử (các chất thơm C8 và nặng hơn cộng các chất không thơm C10 và nặng hơn ) từ cột đến detector ion hóa ngọn lửa.
Việc phân tích được lặp lại lần thứ hai để cho C12 và những hợp chất không thơm nhẹ hơn, benzen và toluen được rửa giải từ cột dầu phân cực TCEP tới lỗ thoát. Có thể dùng detector dẫn nhiệt để theo dõi sự tách này. Cột đầu TCEP được
thổi ngược ngay trước khi có sự rửa giải etylbenzen và phần hợp chất thơm còn lại của mẫu được đưa vào cột WCOT. Chất chuẩn độ và những thành phần hợp chất thơm C8 được rửa giải theo thứ tự điểm sôi của chúng và được phát hiện bởi detector ion hóa ngọn lửa. ngay sau khi o-xylen được rửa giải, lưu lượng chảy qua cột không phân cực WCOT được đảo ngược để thổi các chất thơ, C9 và nặng hơn đến detector ion hóa ngọn lửa.
Sau lần phân tích đầu tiên, diện tích pic của benzen, toluen và chất chuẩn nội (2-hexanon) được đo và ghi lại. Diện tích pic của etylbenzen, o-xylen, các chất thơm C9 và nặng hơn và chất chuẩn nội được đo và ghi lại từ lần phân tích thứ hai. Pic di sự thổi ngược tách từ cột WCOT trong lần phân tích thứ hai chỉ chứa các chất thơm C9 và nặng hơn.
Tín hiệu của detector ion hóa ngọn lửa tỷ lệ với nồng độ của từng thành phần được dùng để tính số lượng hợp chất thơm hiện diện có so sánh với chất chuẩn nội. so sánh thời gian lưu của các thành phần mẫu với thời gian lưu của các chất hiệu chuẩn để nhậ dạng sự có mặt của các chất thơm. Phát hiện benzen, toluen và chất chuẩn nội từ lần phân tích thứ nhất. Phát hiện chất chuẩn nội, etylbenzen, p/m- xylene, o-xylen, các chất thơm C9 và nặng hơn từ lần phân tích thứ hai.