Hà Nội, tháng 08 năm 2011
ĐT.06.11/NLSH
-1 -
MỤC LỤC

Lời nói đầu
2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
3
1.1 Trị số octan
3
1.1.1 Ý nghĩa của trị số octan
4
1.2.2 Các phương pháp đo trị số octan
4
1.2 Tỷ trọng
5
1.3 Thành phần cất phân đoạn
6
1.4 Áp suất hơi bão hoà
6
1.5 Độ ổn định oxy hoá
7
1.6 Hàm lượng ôlefin
8


Etanol và metanol là hai nhiên liệu thuộc họ rượu. Trong đó, etanol được sử
dụng pha vào xăng làm nhiên liệu động cơ rộng rãi hơn so với metanol vì metanol gây
ăn mòn cao hơn.
Cùng với sự gia tăng về số lượng động cơ, nhu cầu về nhiên liệu ngày càng tăng
nhanh. Bên cạnh những lợi ích mà động cơ mang lại cho con người thì đồng thời nó
cũng thải ra môi trường một lượng lớn các chất thải độc hại làm ảnh hưởng đến sức
khoẻ và cả môi trường sinh thái.
Do đó nhiên liệu thương phẩm bắt buộc phải bảo đảm được các yêu cầu không
những liên quan đến quá trình cháy trong động cơ, hiệu suất đốt cháy mà còn phải bảo
đảm các yêu cầu về bảo vệ môi trường.
Thông thường nhiên liệu cần phải đạt được các yêu cầu cơ bản như sau [1]:
 Khởi động tốt khi đang ở nhiệt độ thấp.
 Động cơ hoạt động không bị kích nổ.
 Không kết tủa, tạo cặn trong bình chứa và cả trong bộ chế hoà khí.
 Không tạo nút hơi trong hệ thống cung cấp nhiên liệu.
 Dầu bôi trơn bị pha loãng bởi xăng là ít nhất.
 Trị số octan ít bị thay đổi khi thay đổi tốc độ động cơ.
 Các chất độc hại thải ra môi trường càng ít càng tốt.
Do đó, việc đánh giá chất lượng xăng sinh học sản xuất thử là yêu cầu bắt buộc.
Chuyên đề “Phối trộn và đánh giá chất lượng xăng sinh học E10, E15, E20 sản
xuất thử" thực hiện việc phối trộn và đánh giá các chỉ tiêu chất lượng của các loại
xăng sinh học sản xuất thử.

ĐT.06.11/NLSH
-3 -
Chuyên đề 4: Phối trộn và đánh giá chất lượng xăng sinh học E10, E15, E20 sản

 Độ giàu
1.1.1 Ý nghĩa của trị số octan
Trị số octan là một chỉ tiêu rất quan trọng của xăng khi dùng xăng có trị số
ốctan thấp hơn so với quy định của nhà chế tạo thì sẽ gây ra hiện tượng kích nổ làm
giảm công suất của động cơ, nóng máy, gây mài mòn các chi tiết máy, tạo khói đen
gây ô nhiễm môi trường. Ngược lại nếu dùng xăng có trị số octan cao quá sẽ gây lãng
phí. Điều quan trọng là phải dùng xăng đúng theo yêu cầu của nhà chế tạo, cụ thể là
theo đúng tỷ số nén của động cơ, khi tỷ số nén lớn thì yêu cầu trị số octan lớn và
ngược lại.
1.1.2 Các phương pháp đo chỉ số octan
Thông thường thì chỉ số octan được đo theo hai phương pháp như sau:
 Phương pháp nghiên cứu (RON) đo theo tiêu chuẩn ASTM D 2700
 Phương pháp mô tơ (MON) đo theo tiêu chuẩn ASTM D 2699
Cả hai phương pháp này đều được đo trên cùng một động cơ CFR (Cooperative
Fuel Research). Đây là động cơ có một xylanh có các thông số như sau:
 Đường kính xylanh: 82,55 mm
 Khoảng chạy piston: 114,30 mm
 Thể tích xylanh: 661 cm
3

 Tỷ số nén: 4 ÷ 18
 Vận tốc quay khi thử nghiệm là cố định
 Độ giàu điều chỉnh được
Để phát hiện ra hiện tượng kích nổ có thể dùng các thiết bị sau:
+ Capteur từ
+ Theo tín hiệu
+ Theo cường độ âm thanh
Điều kiện đo của 2 phương pháp được trình bày trong bảng 1.
việc của động cơ thay đổi, cho nên mức chênh lệch đó còn gọi là độ nhạy của nhiên
liệu đối với chế độ làm việc thay đổi của động cơ. Độ nhạy càng thấp càng tốt.
1.2 Tỷ trọng
Tỷ trọng của một chất lỏng là tỷ số giữa khối lượng riêng chất đó so với khối
lượng riêng của nước được đo ở trong những điều kiện nhiệt độ xác định. Như vậy, tỷ
trọng là một đại lượng không có thứ nguyên.
Người ta thường ký hiệu là ρ
t1
t2
, trong đó t1 là nhiệt độ mà tại đó người ta xác
định khối lượng riêng của nước, tương tự như vậy t2 là nhiệt độ mà tại đó người ta đo
khối lượng riêng của chất cần đo.
Trong thực tế ta thường gặp ρ
4
20
, ρ
4
15
, ρ
15.6
15.6
, đối với dầu mỏ và các sản phẩm
của nó thì trong tính toán người ta thường dùng tỷ trọng chuẩn ρ
15.6
15.6
.
ĐT.06.11/NLSH
-6 -
Ở Mỹ và một số nước khác người ta còn biểu thị tỷ trọng thông qua một đại lượng
khác gọi là độ API và giá trị của nó được xác định thông qua tỷ trọng chuẩn như sau:

, t
95%
, . . .: là nhiệt độ đọc trên nhiệt kế tương
ứng khi thu được 10%, 50%, 90%, 95% . . . chất lỏng ngưng tụ trong ống thu.
Phần trăm thu hồi được là số ml chất lỏng ngưng tụ thu được trong ống đong có
chia độ tương ứng lúc đọc nhiệt độ.
Ý nghĩa của việc xác định thành phần cất:
ĐT.06.11/NLSH
-7 -
Ngoài việc đánh giá thành phần hoá học của nhiên liệu thì thành phần cất còn
có ý nghĩa rất quan trọng đối với xăng nhiên liệu bởi các giá trị của nó ảnh hưởng trực
tiếp lên khả năng khởi động, khả năng tăng tốc và cả khả năng cháy hoà toàn trong
buồng cháy.
Thành phần cất phân đoạn của nhiên liệu được xác định bằng phương pháp
ASTM D 86.
1.4 Áp suất hơi bão hoà
Áp suất hơi là một đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất các phân tử trong
pha lỏng có xu hướng thoát khỏi bề mặt của nó để chuyển sang pha hơi ở nhiệt độ nào
đó. Như vậy áp suất hơi bảo hoà chính là áp suất hơi mà tại đó thể hưoi cân bằng với
thể lỏng.
Áp suất hơi là một hàm số của nhiệt độ và của đặc tính pha lỏng. Sự sôi của một
hydrocacbon nào đó, hay của một phân đoạn dầu mỏ chỉ xảy ra khi áp suất hơi của nó
bằng với áp suất hơi của hệ. Vì vậy, khi áp suất hệ tăng lên, nhiệt độ sôi của phân đoạn
sẽ tăng theo nhằm tạo ra một áp suất hơi bằng áp suất của hệ. Ngược lại, khi áp suất
của hệ giảm thấp, nhiệt độ sôi của phân đoạn sẽ giảm đi tương ứng.
Đối với các hydrocacbon riêng lẻ, áp suất hơi của nó chỉ phụ thuộc vào nhiệt
độ, vì vậy ở một áp suất nhất định chỉ có một nhiệt độ sôi tương ứng.
Đối với một phân đoạn dầu mỏ trong đó bao gồm nhiều hydrocacbon riêng lẽ
thì áp suất hơi của phân đoạn, ngoài sự phụ thuộc vào nhiệt độ, còn phụ thuộc vào
thành phần các hydrocacbon có áp suất riêng phần khác nhau, nghĩa là áp suất hơi của

khác nhau.
Độ ổn định oxy hoá phụ thuộc vào thành phần hoá học của các họ hydrocacbon.
Trong dầu thô cũng như các sản phẩm của nó thì các hydrocacbon có độ ổn định hoá
học khác nhau, các hợp chất aromatic có độ ổn định kém nhất còn các hợp chất
parafinic có độ ổn định cao nhất, tuy nhiên ở điều kiện nhiệt độ thường thì tốc độ oxy
hoá của các họ hydrocacbon này không lớn.
Độ ổn định oxy hóa được xác định bằng phương pháp ASTM D 525.
1.6 Hàm lượng ôlefin
Trong dầu thô không có các hợp chất ôlefin, nhưng trong quá trình chế biến,
dưới tác dụng của nhiệt độ các hydrocacbon kém bền nhiệt sẻ bị cắt mạch để tạo thành
các sản phẩm nhẹ hơn trong đó có các hợp chất không no như ôlefin. Ngoài ra, xăng
thương phẩm thường được phối trộn từ rất nhiều nguồn khác nhau trong đó chủ yếu là
các sản phẩm của các quá trình chế biến sâu, trong các sản phẩm này thường chứa các
hợp chất không no. Vì vậy trong thành phần của xăng luôn chứa các hợp chất ôlefin,
ĐT.06.11/NLSH
-9 -
đây là hợp chất kém bền dễ bị oxy hoá tạo nhựa và các hợp chất có hại khác cho xăng.
Chính vì lý do này mà phải khống chế hàm lượng của ôlefin trong xăng.
Hàm lượng ôlefin trong xăng nhiên liệu được xác định bằng phương pháp
ASTM D 1319 hoặc ASTM D 6296.
1.7 Hàm lượng etanol
Theo tiêu chuẩn về hàm lượng etanol trong xăng đối với nhiên liệu sinh học
được xác định bằng phương pháp ASTM D 4815
1.8 Hàm lượng benzen
Như chúng ta đã biết benzen là một chất độc, có thể gây chết người với hàm
lượng cao, với nồng độ thấp thì benzen có thể gây ung thư.
Quá trình cháy trong động cơ thường không hoàn toàn bởi điều kiện cháy trong
động cơ khá đặc biệt. Trong khí thải của động cơ, ngoài các khí CO
2
, H

3606 hoặc ASTM D 4420.
1.9 Hàm lượng lưu huỳnh
Trong phân đoạn xăng thu được từ quá trình chưng cất khí quyển hay trong
xăng thương phẩm thì hàm lượng lưu huỳnh không nhiều, chúng có thể tồn tại dưới
nhiều dạng khác nhau tuỳ theo nguồn gốc phối trộn. Trong các dạng tồn tại này, người
ta quan tâm nhiều nhất đến hợp chất mercaptan (có trong phân đoạn xăng chưng cất
trực tiếp) vì đây là các hợp chất có khả năng gây ăn mòn trực tiếp các thiết bị trong tồn
chứa bảo quản, vận chuyển cũng như sử dụng trong động cơ.
Mặc dù hàm lượng các hợp chất này không lớn trong thành phần của xăng
nhưng nó gây ra nhiều ảnh hưởng xấu đến chất lượng của xăng. Khi cháy trong động
cơ chúng tạo ra khi SO
2
, khí này sau đó có thể chuyển một phần thành SO
3
. Các chất
khí này sẽ tạo thành các axit tương ứng khi nhiệt độ xuống thấp, đây là các chất gây ăn
mòn rất mạnh. Ngoài ra, khi theo khói thải ra ngoài các chất khí này sẽ làm nhiễm độc
xúc tác trong hệ thống xử lý khí thải và gây ô nhiễm môi trường khí quyển.
Hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu lỏng được xác định bằng phương pháp
ASTM D 5453.
1.10 Độ ăn mòn tấm đồng
Mặc dù phần lớn các thành phần chứa lưu huỳnh đã được loại ra khỏi nhiên liệu
trong quá trình chế biến nhưng việc loại bỏ toàn bộ lưu huỳnh là khó thực hiện về mặt
công nghệ và không kinh tế. Tuy hàm lượng lưu huỳnh còn lại trong sản phẩm là
không nhiều nhưng sự tồn tại của nó cùng với sự tồn tại của các hợp chất hữu cơ chứa
oxy cũng có thể gây ra sự ăn mòn mạnh đối với các bộ phận của động cơ. Vì vậy, hàm
lượng của các hợp chất lưu huỳnh này trong nhiên liệu cũng cần phải nằm trong một
giới hạn nhất định. Giới hạn này được biểu diễn qua phép thử tính chất ăn mòn tấm
đồng.
Tiêu chuẩn việt Nam về độ ăn mòn tấm đồng đối với nhiên liệu theo phương pháp thử

Hình 2.1: Sơ đồ quy trình phối trộn
Xăng, etanol nhiên liệu biến tính được phối trộn với tỷ lệ theo đơn và quy trình
như đã trình bày trong các chuyên đề trước.
Các mẫu sau khi pha trộn được kiểm tra tính chất của nhiên liệu và so sánh với
mẫu xăng thương mại.
Các chỉ tiêu chất lượng được xác định tại Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam.
Xăng A92
Etanol 99,5
Phối trộn
Hỗn hợp chất biến tính
đa chức năng
Sản phẩm
ĐT.06.11/NLSH
-13 -
2.2 Các phương pháp phân tích
2.2.1 Trị số octan (TCVN 2703/ASTM D 2699)
Phương pháp này dùng để xác định khả năng chống kích nổ của nhiên liệu
xăng
Hóa chất, thiết bị, dụng cụ:
 Động cơ xy lanh đơn tiêu chuẩn có khả năng thay đổi tỷ số nén trong quá trình
hoạt động

Pa)
 Cốc thủy tinh đựng sản phẩm
Tiến hành:
 Lấy mẫu vào bình chưng thủy tinh 100 mL mẫu và lắp vào hệ thiết bị chưng cất
chân không
 Bật thiết bị tạo độ chân không đến 10 mmHg sau đó bật thiết bị gia nhiệt với
tốc độ ngưng tụ 6-8 mL/phút
 Ghi các nhiệt độ bay hơi của mẫu ở các thể tích ngưng tụ khác nhau: 5, 10, 20,
30, 40, , 90, 95.
2.2.4 Ăn mòn tấm đồng (TCVN 2694/ASTM D 130)
Phương pháp này dùng để xác định khả năng ăn mòn tấm đồng các sản phẩm
dầu mỏ, dung môi có áp suất hơi không lớn hơn 124 kPa ở 37,8
o
C
Hóa chất, thiết bị, dụng cụ:
 Ống chịu áp thử nghiệm ăn mòn: làm từ thép không rỉ có kích thước theo đúng
tiêu chuẩn có thể chịu được áp suất 700 kPa
 Ống thử nghiệm: thủy tinh borosilicate chứa được 30 ml mẫu và ngập trên tấm
đồng 5 mm
 Bể điều nhiệt: có thể duy trì nhiệt độ với sai số ±1
o
C
 Dung môi rửa, panh, giấy ráp, tấm đồng
Tiến hành:
 Đánh sạch tấm đồng và cho vào ống nghiệm chứa mẫu cho vào ống chịu áp đặt
vào bể điều nhiệt
 Duy trì bể điều nhiệt ở 100
o
C trong vòng 2 giờ sau đó bỏ ống chịu áp ra và làm
lạnh bằng nước

Tiến hành:
 Chuẩn máy trước khi thử nghiệm
 Pha loãng mẫu trong dung môi thích hợp và tiến hành phân tích
 Số liệu kết quả X-ray chỉ ra khi mà các hệ số hấp thụ của các phần khối lượng
của mẫu không lớn hơn 4 đến 5% so với chuẩn.
ĐT.06.11/NLSH
-16 -
2.2.7 Áp suất hơi Reid (TCVN 7023/ASTM D 4953/ASTM D 5191)
Xác định khả năng bay hơi của nhiên liệu xăng ở một điều kiện nhiệt độ nhất
định
Hóa chất, thiết bị, dụng cụ:
 Máy điều nhiệt
 Thiết bị xác định áp suất hơi (bom đựng mẫu, buồng bay hơi, detecto áp suất)
 Tủ lạnh lưu mẫu
Tiến hành:
 Đặt mẫu, bom đựng mâu trong tủ làm lạnh đến nhiệt độ 0
o
C
 Duy trì máy điều nhiệt ở nhiệt độ 37,8 ± 0,5
o
C
 Rót đầy mẫu vào bom chứa rồi lắp vào buồng bay hơi rồi cho vào bể điều nhiệt
 Cứ 2 phút đọc kết quả một lần rồi nhấc thiết bị đo áp suất ra lắc. Sau đó lại cho
vào bể điều nhiệt; quá trình lặp lại đến khi trong vòng 2 phút áp suất tăng không
quá 5 psi; đọc kết quả cuối cùng.
2.2.8 Hàm lượng benzen (TCVN 6703/ASTM D 3606/ASTM D 4420)
Hóa chất, thiết bị, dụng cụ:
 Máy sắc ký khí, bình thủy tinh 500 mL, buret, pipet, micropipet
 Khí mang heli độ tinh khiết 99,99%, Metanol, Cloroform, Metylen Clorit,
Aceton, MEK, Benzen, Isooctan, Toluen, n-Nonan

Phương pháp này dùng sắc ký khí để xác định các ete và rượu trong nhiên liệu
xăng.
Hóa chất, thiết bị, dụng cụ:
 Máy sắc ký khí, micropipet, kim lấy mẫu 10 µL
 Khí mang heli độ tinh khiết ≥ 99,95%
 Metylen Clorit (sử dụng trong chuẩn bị cột sắc ký)
Tiến hành:
 Bật máy GC duy trì các điều kiện thích hợp để ổn định trong vòng 1 giờ
 Chuẩn bị mẫu (có thể pha loãng bằng n-hexan) sử dụng micropipet
 Lấy 1 µL mẫu bằng kim rồi tiến hành đo
 Pick thu được so với pick chuẩn qua đó xác định được hàm lượng etanol

ĐT.06.11/NLSH
-18 -
2.2.12 Khối lượng riêng ở 15
o
C (TCVN 6594 /ASTM 1298)
Phương pháp này được sử dụng trong phòng thí nghiệm, sử dụng tỷ trọng kế
bằng thủy tinh để xác định khối lượng riêng, tỷ trọng hay trọng lượng API của dầu thô,
các sản phẩm của dầu mỏ hay không phải dầu mỏ.
Hóa chất, thiết bị, dụng cụ:
 Tỷ trọng kế thủy tinh có vạch chia
 Nhiệt kế đo nhiệt độ mẫu kiểm tra
 Ống thủy tinh trong chứa mẫu có đường kính trong ít nhất là 25 mm
 Bể điều nhiệt độ có khả năng ổn định nhiệt sai số trong khoảng 0,25
o
C
Tiến hành thí nghiệm:
 Cho mẫu vào ống thủy tinh
 Bật bể điều nhiệt duy trì đến nhiệt độ cần đo

Phụ gia chống tách pha 0,100
Phụ gia chất phân tán 0,010
Phụ gia chất chống oxy hóa 0,010
Phụ gia chống ăn mòn 0,013
Etanol 99,5 9,500
Xăng
Xăng A92 89,867
Tổng 100,000
Mẫu sau khi pha trộn được kiểm tra các tính chất nhiên liệu điển hình của xăng
sinh học theo tiêu chuẩn TCVN 6776:2005 của xăng A92 không trì.
Bảng 2: Tính chất nhiên liệu của xăng sinh học E10
STT

Chỉ tiêu E10
TCVN
6776:2005
(A92)
1 Trị số ốctan

ĐT.06.11/NLSH
-20 -
 RON 94,6
Min. 92
2 Hàm lượng chì, g/l 0,0031
Max. 0,013
3 Thành phần cất phân đoạn

 10%,
0
C

8 Áp suất hơi Reid, kPa 60
43 – 75
9 Hàm lượng benzen, % thể tích 1,3
Max. 2,5
10 Hàm lượng hydocacbon thơm, % thể tích 28,5
Max. 40
11 Hàm lượng olefin, % thể tích 34,2
Max. 38
12 Hàm lượng oxy, % khối lượng 3,96
Max. 2,7
13 Hàm lượng etanol, % thể tích 9,99
-
14 Khối lượng riêng ở 15
0
C, kg/m
3
0,742
Báo cáo
15 Hàm lượng kim loại (Fe, Mn), mg/l 4,0
Max. 5,0
Từ kết quả thu được trong bảng 2 cho thấy, mẫu xăng sinh học E10 sản xuất thử
có các tính chất nhiên liệu nằm trong giới hạn phù hợp làm nhiên liệu cho động cơ đốt
trong (ngoại trừ chỉ tiêu về hàm lượng oxi).

ĐT.06.11/NLSH
-21 -
3.2 Đánh giá chất lượng của nhiên liệu phối trộn E15
Nhiên liệu xăng sinh họcE15 sản xuất thử có thành phần được trình bày trong
bảng 3.
Bảng 3: Thành phần phối trộn xăng sinh học E15

-22 -

 10%,
0
C
48,0
Max. 70
 50%,
0
C
67,0
Max. 120
 90%,
0
C
156,5
Max. 190
 Điểm sôi cuối,
0
C
178,5
Max. 215
 Cặn cuối, % thể tích
1,3
Max. 2
4 Ăn mòn tấm đồng, 3h, 50
0
C Loại 1
Loại 1
5 Hàm lượng nhựa đã rửa dung môi, mg/100ml


ĐT.06.11/NLSH
-23 -
3.3 Đánh giá chất lượng của nhiên liệu phối trộn E20
Thành phần của nhiên liệu xăng sinh học phối trộn E20 sản xuất thử được trình
bày trong bảng 5.
Bảng 5: Thành phần phối trộn xăng sinh học E20
Thành phần
Hàm lượng (% tt)

Etanol nhiên liệu biến tính
Chất biến tính 1,000
Phụ gia chống tách pha 0,200
Phụ gia chất phân tán 0,010
Phụ gia chất chống oxy hóa 0,010
Phụ gia chống ăn mòn 0,013
Etanol 99,5 18,900
Xăng
Xăng A92 79,867
Tổng 100,000
Mẫu xăng sinh học E20 sau khi pha trộn được đánh giá các tính chất nhiên liệu
theo tiêu chuẩn TCVN 6776:2005.
Bảng 6: Tính chất nhiên liệu của xăng sinh học E20
STT

Chỉ tiêu Giá trị
TCVN
6776:2005

(A92)

176,5
Max. 215
 Cặn, % thể tích 1,0
Max. 2
4 Ăn mòn tấm đồng, 3h, 50
0
C Loại 1
Loại 1
5 Hàm lượng nhựa đã rửa dung môi, mg/100ml 1,5
Max. 5
6 Độ ổn định oxy hóa, phút >1440
Min. 480
7 Hàm lượng lưu huỳnh, ppmw 198
Max. 500
8 Áp suất hơi Reid, kPa 61
43 – 75
9 Hàm lượng benzen, %thể tích 1,1
Max. 2,5
10 Hàm lượng hydocacbon thơm, %thể tích 25,3
Max. 40
11 Hàm lượng olefin, %thể tích 30,4
Max. 38
12 Hàm lượng oxy, %khối lượng 8,06
Max. 2,7
13 Hàm lượng etanol, %thể tích 19,91
-
14 Khối lượng riêng ở 15
0
C, kg/m
3