Luận văn tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
------------

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

THỬ NGHIỆM PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH
TRỊ SỐ OCTAN VÀ HÀM LƢỢNG KIM
LOẠI TRONG XĂNG THƢƠNG PHẨM

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN

SINH VIÊN THỰC HIỆN

Ths.Nguyễn Thị Diệp Chi

Huỳnh Công Hữu
MSSV: 2082222
Ngành: Công nghệ hóa học - K34

Tháng 5/2012
1


Luận văn tốt nghiệp

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ



5. Mục đích của đề tài:
- Xác định trị số Octan của xăng thƣơng phẩm
- Xác định hàm lƣợng kim loại của xăng thƣơng phẩm
6. Các nội dung chính và giới hạn của đề tài:
- Tìm hiểu các tiêu chuẩn về chất lƣợng xăng dầu
- Tiến hành xác định trị số Octan của xăng
- Tiến hành xác định hàm lƣợng Pb trong xăng
- Tiến hành xác định hàm lƣợng Fe,Mn trong xăng

2


Luận văn tốt nghiệp

7. Các yêu cầu hỗ trợ cho việc thực hiện đề tài
Các hóa chất để thực hiện

DUYỆT CỦA CB TẠI CƠ SỞ

DUYỆT CỦA CBHD

ThS. Nguyễn Thị Diệp Chi

DUYỆT CỦA BỘ MÔN

DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG THI & XÉT TỐT NGHIỆP

3


.......................................................................................................................................
 Những vấn đề còn hạn chế:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
c. Nhận xét đối với từng sinh viên tham gia thực hiện đề tài (ghi rõ từng nội
dung chính do sinh viên nào chịu trách nhiệm thực hiện nếu có):
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
d. Kết luận, đề nghị và điểm:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

4


Luận văn tốt nghiệp

Cần Thơ, ngày

tháng

năm 2012.

Cán bộ hƣớng dẫn
NGUYỄN THỊ DIỆP CHI

5


Luận văn tốt nghiệp

Năm 2011 là năm diễn ra nhiều sự kiện nổi bật mà điển hình là các vấn đề
liên quan đến chất lƣợng của xăng thƣơng phẩm nhƣ: xe tự bốc cháy, nhiều cơ sở
kinh doanh bán xăng có chất lƣợng thấp và ô nhiễm môi trƣờng đang là một vấn
nạn lớn của xã hội mà xăng dầu đóng một vai trò quan trọng. Điều đó đã gây ra
những tác động xấu đến nền kinh tế cũng nhƣ đời sống xã hội.
Xăng là một sản phẩm quan trọng của nhà máy lọc dầu, nó đã trở thành một
mặt hàng quen thuộc trong đời sống sinh hoạt hàng ngày của con ngƣời cũng nhƣ
hoạt động sản xuất trong công nghiệp.
Vài năm gần đây, Cùng với sự gia tăng nhanh chóng về số lƣợng động cơ
xăng, nhu cầu về xăng nhiên liệu ngày càng tăng nhanh, điều này đã mang đến cho
các nhà sản xuất nhiên liệu những cơ hội và cả những thách thức mới, bởi trong
thực tế, bên cạnh những lợi ích mà động cơ này mang lại cho con ngƣời thì đồng
thời nó cũng thải ra môi trƣờng một lƣợng lớn các chất độc hại làm ảnh hƣởng đến
sức khoẻ và cả môi trƣờng sinh thái.
Vì vậy xăng thƣơng phẩm bắt buộc phải bảo đảm đƣợc các yêu cầu không
những liên quan đến quá trình cháy trong động cơ, hiệu suất nhiệt mà còn phải bảo
đảm các yêu cầu về bảo vệ môi trƣờng.
Do đó việc kiểm nghiệm chất lƣợng của xăng thƣơng phẩm trên thị trƣờng
đóng vai trò vô cùng quan trọng ,trong các chỉ tiêu của xăng thì trị số Octan và hàm
lƣợng kim loại trong xăng là hai chỉ tiêu quan trọng ảnh hƣởng lớn đến chất lƣợng
và tính an toàn cho môi trƣơng của xăng thƣơng phẩm.
Xuất phát từ vấn đề trên nên em đã thực hiện đề tài “Thử nghiệm phƣơng
pháp xác định chỉ số octan và hàm lƣợng kim loại trong xăng thƣơng phẩm”.
2.Mục tiêu đề tài
- Thử nghiệm phƣơng pháp xác định trị số octan bằng thiết bị đo trị số octan
sử dụng động cơ chuẩn CRF tiêu chuẩn
- Thử nghiệm phƣơng pháp xác định hàm lƣợng kim loại trong xăng bằng
máy AAS.
- Tiến hành thí nghiệm xác định trị số octan và hàm lƣợng kim loại trên 20
mẫu xăng thƣơng phẩm trên địa bàn TP.Cần Thơ.

1.3.7. Hàm lƣợng Benzen ....................................................................................28
1.4. Hiện tƣợng kích nổ và trị số octan .....................................................................29
1.4.1. Hiện tƣợng kích nổ ....................................................................................29
1.4.2.Trị số octan của xăng ..................................................................................32
8


Luận văn tốt nghiệp

1.5. Hàm lƣợng chì trong xăng .................................................................................36
1.5.1. Hỗn hợp nƣớc chì ......................................................................................36
1.5.2 .Cơ chế chống kích nổ của hợp chất tetraetyl chì .......................................37
1.5.3. Tác hại của hợp chất tetraetyl chì trong xăng ............................................37
1.6. Hàm lƣợng mangan và sắt trongxăng ................................................................38
1.7.. Giới thiệu phƣơng pháp xác định trị số octan ...................................................39
1.7.1. Nguyên tắc .................................................................................................39
1.7.2. Máy đo trị số octan và các thông số của máy ............................................40
1.7.3. Các chất chuẩn và thuốc thử ......................................................................42
1.7.4. Các đặc tính thay đổi của phép đo trị số octan ..........................................42
1.8 Giới thiệu phƣơng pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS ..............................44
1.8.1. Nguyên tắc đo AAS ...................................................................................44
1.8.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến phép đo ...........................................................45
1.8.3. Khái niệm về độ nhạy ................................................................................46
1.8.4. Giới hạn phát hiện .....................................................................................46
1.8.5. Khoảng xác định trong phép đo AAS........................................................47
1.8.6. Những ƣu và nhƣợc điểm của phép đo AAS .............................................47
CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ……………………...…………... 50
2.1. Địa điểm, thời gian và phƣơng tiện thực hiện ....................................................50
2.1.1. Địađiểmthựchiện ........................................................................................50
2.1.2. Thời gian thực hiện ....................................................................................50

bằng số 27
Hình 1.4: Tác động điển hình của tỷ lệ nhiên liệu - không khí đối với cƣờng độ
gõ
28
Hình 1.5: Máy

đo quang phổ hấp thụ nguyên tử ...............29

Hình 2.1: Mẫu xăng đƣợc lƣu trong tủ lạnh ........................................................35
Hình 2.2: Thiết bị pha nhiên liệu chuẩn đầu và nhiên liệu so sánh ............36
Hình 2.3: Bộ đếm của tỷ số nén ..................................................39
Hình 2.4: Đồng hồ đo áp suất và nhiệt độ .......................................39
Hình 2.5: Đồng hồ đo kích nổ ....................................................40
Hình 2.6: Thiết bị đo độ gõ .......................................................40
Hình 2.7: Hệ thống bình chứa nhiên liệu mẫu và nhiên liệu so sánh .................40
Hình 2.8: Biểu đồ so sánh trị số octan của một số mẫu xăng 92 với tiêu chuẩn .42
Hình 2.9: Biểu

đồ so sánh trị số octan của một số mẫu xăng
95 với tiêu chuẩn ..........................................................43
Hình 2.10: Cƣờng độ của các bƣớc sóng đặc trƣng của Pb44
Hình 2.11: Cƣờng độ của các bƣớc sóng đặc trƣng của Mn
44
Hình 2.12: Cƣờng độ của các bƣớc sóng đặc trƣng của Fe 44
Hình 2.13: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa độ hấp thu và nồng độ Pb ..........46
Hình 2.14: Biểu đồ so sánh hàm lƣợng Pb trong một số mẫu xăng 92 với hàm lƣợng
tiêu
chuẩn………………………………………………………………………….............
......48


...........56

12


Luận văn tốt nghiệp

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 : Sự phân bố các cấu tử theo số nguyên tử cacbon và theo họ
hydrocacbon của một loại xăng super thƣơng phẩm.............................................3
Bảng 1.2 : Sự phân bố các cấu tử theo số nguyên tử cacbon và theo họ
hydrocacbon của một loại xăng thƣờng thƣơng phẩm ..........................................4

Đặc trƣng xăng của quá trình cracking xúc tác 29
Bảng 1.4 : Các đặc tính kỹ thuật và thông tin của máy ......25
Bảng 1.3 :

Bảng 2.1 : Thiết bị và nƣớc sản xuất ...................................................................33
Bảng 2.2 : Hóa chất và nƣớc sản xuất ...........................................33
Bảng 2.3 : Trị

số octan của nhiên liệu chuẩn TSF, khoảng
dung sai điều chỉnh và khoảng đo của trị số octan của
nhiên liệu mẫu ..............................................................36
Bảng 2.4 : Các thông số vận hành chuẩn của máy đo trị số
octan 37
Bảng 2.5 : Kết quả chuẩn hóa máy đo trị số octan .............38
Bảng 2.6: Kết quả trị số octan của một số mẫu xăng thƣơng phẩm M92..........41
Bảng 2.7: Kết quả trị số octan của một số mẫu xăng thƣơng phẩm M95 ...........42
Bảng 2.8: Độ hấp thụ của các dung dịch chuẩn chì.............................................46


DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT

-

RON: Research octan number.

-

HDS: Hydrodesunfua.

-

MTBE: Metyl Tertbutyl Ether.

-

MON: Motor octan number

-

TSF: Nhiên liệu toluene chuẩn

-

PRF: Nhiên liệu chuẩn đầu

15



Cùng với sự gia tăng về số lƣợng động cơ xăng, nhu cầu về xăng nhiên liệu
ngày càng tăng nhanh, điều này đã mang đến cho các nhà sản xuất nhiên liệu những
cơ hội và cả những thách thức mới, bởi trong thực tế, bên cạnh những lợi ích mà
động cơ này mang lại cho con ngƣời thì đồng thời nó cũng thải ra môi trƣờng một
lƣợng lớn các chất độc hại làm ảnh hƣởng đến sức khoẻ và cả môi trƣờng sinh thái.
Vì vậy xăng thƣơng phẩm bắt buộc phải bảo đảm đƣợc các yêu cầu không những
liên quan đến quá trình cháy trong động cơ, hiệu suất nhiệt mà còn phải bảo đảm
các yêu cầu về bảo vệ môi trƣờng.
Thông thƣờng xăng thƣơng phẩm cần đạt đƣợc các yêu cầu cơ bản nhƣ sau:
Khởi động tốt khi đang ở nhiệt độ thấp, động cơ hoạt động không bị kích nổ, không
kết tủa, tạo băng 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
trƣờng càng ít càng tốt.
Xăng nhiên liệu thu nhận đƣợc trong các nhà máy lọc dầu, ban đầu chỉ từ
phân xƣởng chƣng cất khí quyển, tuy nhiên hiệu suất thu xăng từ quá trình này rất
thấp chỉ vào khoảng 15% khối lƣợng dầu thô ban đầu. Khi nhu cầu về xăng tăng lên
thì phân đoạn này không đủ để cung cấp cho các nhu cầu thực tế, vì vậy bắt buộc

17


Luận văn tốt nghiệp

con ngƣời phải chế biến các phần thu khác nhằm thu hồi xăng với hiệu suất cao
hơn, điều này đã làm xuất hiện các phân xƣởng khác nhƣ phân xƣởng cracking,
alkyl hoá . . .
Ngoài lý do vừa nêu ở trên thì do yêu cầu về hiệu suất của động cơ ngày
càng tăng và chất lƣợng xăng ngày càng cao nên các nhà sản xuất nhiên liệu phải
đƣa ra nhiều quá trình sản xuất khác nhằm đảm bảo các yêu cầu của xăng thƣơng


Luận văn tốt nghiệp

Bảng 1.1: Sự phân bố các cấu tử theo số nguyên tử cacbon và theo họ hydrocacbon
của một loại xăng super thƣơng phẩm.

Số
nguyên tử
cacbon

Thành phần tính theo khối lƣợng
Parafin
%

Naphten
%

Olefin
%

Diolefin
%

Aromatic
%

Tổng
%

4


1.03

2.09

0.06

2.22

17.67

7

11.52

1.41

1.40

0

12.84

27.17

8

4.26

0.05


0

3.08

3.08

11

0

0

0

0

0.19

0.19

Tổng

41.8.0

2.67

7.36

0.12

Aromatic
%

Hợp chất
chứa Oxy %

Tổng
%

4

5.14

0.3

0

1.49

0

0

6.93

5

1.26

7.84


3.22

1.05

1.56

8.11

0

14.59

8

0.48

11.47

0.43

0.34

13.61

0

26.33

9


11

0

0.1

0

0

0.25

0

0.35

12

0

0.61

0

0

0

0


3.5

99.96

Các cấu tử không xác định chiếm 0.4%
1.1.2.1 Thành phần hydrocacbon trong xăng
a) Hydrocacbon parafin
Các Hydrocacbon parafin có công thức tổng quát là CnH2n+2, trong đó n là số
nguyên tử cacbon có trong mạch. Về cấu trúc thì Hydrocacbon trong xăng có hai
loại, loại cấu trúc mạch thẳng còn gọi là n-parafin và loại có cấu trúc mạch nhánh
còn gọi là iso-parafin. Các hydrocacbon parafin C5  C10 với cấu trúc nhánh là
những cấu tử tốt của xăng vì làm cho xăng có khả năng chống kích nổ cao ( iso20


Luận văn tốt nghiệp

octan có trị số octan bằng 100). Trong khí đó n-parafin lại có tác dụng xấu cho khả
năng chống kích nổ (n-heptan có trị số octan bằng 0).
b) Olefin
Các hydrocacbon olefin có công thức chung là CnH2n đƣợc tạo thành từ các
quá trình chuyển hóa, đặc biệt là quá trình cracking, giảm nhớt, cốc hoá . . . Các
olefin này cũng bao gồm hai loại n-parafin và iso-parafin. Sự có mặt của các
hydrocacbon olefin làm mất tính ổn định của xăng.
c) Họ naphtenic
Hydrocacbon naphtenic là các hydrocacbon mạch vòng no với công thức
chung là: CnH2n+2 và các vòng này thƣờng 5 hoặc 6 cạnh, các vòng có thể có nhánh
hoặc không có nhánh, hàm lƣợng của họ này chiếm một số lƣợng tƣơng đối lớn,
trong đó các hợp chất đứng đầu dãy thƣờng ít hơn các đồng đẳng của nó, những
đồng phân này thƣờng có nhiều nhánh và nhánh lại rất ngắn chủ yếu là gốc metyl (CH3). Hydrocacbon naphtenic là một thành phần quan trọng của xăng nhiên liệu vì

Reforming xúc tác là quá trình biến đổi các thành phần hydrocacbon của
nguyên liệu mà chủ yếu là naphten và parafin thành hydrocacbon thơm có trị số
octan cao nên đây là nguồn nguyên liệu chính để pha trộn xăng có chất lƣợng cao
và RON = 95-102.
1.1.3.2 Xăng của quá trình Cracking xúc tác
Cracking xúc tác là một quá trình chế biến dầu mỏ nhằm thu đƣợc xăng có trị
số octan cao dùng cho xăng otô hay xăng máy bay từ nguyên liệu là phần cất nặng
hơn chủ yếu từ quá trình chƣng cất trực tiếp AD và VD. Qúa trình cracking xúc tác
đã đƣợc nghiên cứu từ cuối thế kỷ XIX nhƣng mãi đến năm 1923, một kỹ sƣ ngƣời
pháp tên là Houdry mới đề nghị đƣa quy trình vào áp dụng vào công nghệ và năm
1936 nhà máy cracking xúc tác đầu tiên ra đời.
Ngày nay, quá trình cracking xúc tác là một quá trình không thể thiếu trong
các nhà máy lọc dầu. Quá trình xãy ra theo cơ chế ion cacboncation và dƣới sự chọn
lọc cao của chất xúc tác nên sản phẩm của quá trình chứa nhiều cấu tử quý của
xăng. Đây là nguồn cho xăng lớn nhất trong nhà máy lọc dầu. Trị số octan của xăng
này khoảng 87- 95 tuỳ theo điều kiện công nghệ. Thành phần hóa học chứa tới 1530 % hydrocacbon olefin. Sự có mặt của của các olefin này chính là nguyên nhân
làm mất tính ổn định của xăng.

22


Luận văn tốt nghiệp

Bảng 1.3: Đặc trƣng xăng của quá trình cracking xúc tác

d 420
Hàm lƣợng lƣu huỳnh, % kl.

0,72-0,77
0,01-0,2


RON

87-95

-

MON

78-85

1.1.3.3 Xăng chƣng cất trực tiếp
Phân xƣởng chƣng cất ở áp suất khí quyển là một phân xƣởng quan trọng
nhất trong nhà máy lọc dầu có nhiệm vụ phân chia dầu thô thành nhiều phân đoạn
khác nhau. Phần hơi thu đƣợc ở đỉnh sau khi ổn định ta sẽ thu đƣợc xăng. Loại xăng
chƣng cất trực tiếp này có chỉ số octan thấp khoảng 54- 65 nên chỉ dùng một lƣợng
ít để phối trộn còn phần chính đƣợc phân chia thành xăng nhẹ (chủ yếu C5 và C6) và
xăng nặng. Phần xăng nhẹ thƣờng làm nguyên liệu cho quá trình isomer hoá còn
phần xăng nặng làm nguyên liệu cho quá trình reforming xúc tác.
1.1.3.4 Quá trình alkyl hóa.
Quá trình alkyl hóa là một quá trình quan trọng trong nhà máy lọc dầu nhằm
chế biến các Olefin nhẹ và iso butan thành cấu tử xăng có trị số octan cao nhất đó là
iso – parafin mà chủ yếu là iso-octan. Alkylat nhận đƣợc là cấu tử tốt nhất để pha
trộn tạo xăng cao cấp trong các nhà máy lọc dầu vì nó có trị số octan cao và độ nhạy
nhỏ (RON  96, MON  94), áp suất hơi thấp. Điều đó cho phép chế tạo đƣợc
xăng theo bất cứ công thức pha trộn nào. Ngoài ra, khi Alkyl hóa Benzen bằng
olefin nhẹ ta cũng sẽ thu đƣợc Alkyl benzene có trị số octan cao dùng để pha chế
xăng hoặc dùng để tổng hợp hữu cơ hóa dầu.
23


Kỳ cháy - giãn nở

Kỳ nén

Hình 1.1: Chu trình hoạt động của động cơ bốn thì.

24

Kỳ xã


Luận văn tốt nghiệp

1.2.1.1 Kỳ nạp
Piston từ vị trí điểm chết trên xuống vị trí điểm chết dƣới, xupap nạp mở ra
còn xupap xã đóng, hỗn hợp nhiên liệu và không khí sau khi đã đƣợc chuẩn bị trong
bộ chế hòa khí với một tỷ lệ thích hợp đƣợc đƣa vào xilanh của động cơ qua xupap
nạp.
1.2.1.2 Kỳ nén
Sau khi đến điểm chết dƣới, piston đi ngƣợc lên trên, khi này cả hai xupap
đều đóng lại, hỗn hợp công tác trong xilanh bị nén do đó nhiệt độ và áp suất có thể
tăng cao, áp suất trong xilanh tăng lên 5-15kg/cm2 còn nhiệt độ có thể đến 300425°C. Với điều kiện nhiệt độ và áp suất nhƣ vậy đồng thời với sự có mặt của oxy
không khí các hydrocacbon có trong thành phần của xăng đều bị biến đổi sâu sắc và
với nhiều mức độ khác nhau theo chiều hƣớng biến thành các hợp chất chứa oxy
không bền vững (các peroxyd, các aldehyd v.v..)
1.2.1.3 Kỳ cháy và giản nở sinh công
Đến cuối quá trình nén, nến điện điểm lửa, lúc đó hỗn hợp nhiên liệu tức
khắc bị đốt cháy một cách mãnh liệt. Tuy nhiên sự cháy bao giờ cũng bắt đầu từ nến
điện và quá trình cháy không phải đồng thời trong cả không gian xilanh mà, theo
từng lớp lan dần ra trong khắp xilanh tạo thành một mặt lửa lan truyền. Bấy giờ hỗn