Địa chất dầu khí - Chương 2: Phụ gia cho xăng động cơ

TS. Nguyễn Hữu Lương 1 2.1. Thành phần, tính chất xăng động cơ Xăng động cơ là một hỗn hợp của các hydrocarbon tương đối dễ bay hơi, có thể có thêm một lượng nhỏ các chất phụ gia. Thành phần hydocarbon của xăng chủ yếu bao gồm các hợp chất chứa từ 5 đến 10 nguyên tử carbon trong phân tử với nhiệt độ sôi thay đổi từ 30 đến 2000C. Xăng động cơ bao gồm các lọai xăng thông thường, xăng có chứa hợp chất oxygenate, và xăng thành phần mới. Xăng động cơ không bao gồm xăng dùng trong động cơ phản lực. Chương 02: Phụ gia cho xăng động cơ TS. Nguyễn Hữu Lương 2 Chương 02: Phụ gia cho xăng động cơ Thành phần của xăng thay đổi tùy theo nguồn dầu thô sử dụng, nhu cầu các sản phẩm và tính chất của chúng. Thành phần điển hình của các hydrocarbon có trong xăng (%t.t) như sau: 4-8% alkane, 2-5% alkene, 25-40% isoalkane, 3- 7% cycloalkane, 1-4% cycloalkene, và 20-50% các hợp chất thơm (0.5-2.5% benzene) (IARC, 1989). Các phụ gia và tác nhân pha trộn được thêm vào hỗn hợp các hydrocarbon để cải thiện tính năng và độ ổn định của xăng (IARC, 1989; Lane, 1980): chất chống kích nổ, chất chống oxy hóa, chất giảm họat tính kim lọai, chất phân hủy chì, tác nhân chống rỉ sét, tác nhân chống tạo băng, dầu bôi trơn phần trên xy lanh, chất tẩy rửa và chất màu (IARC, 1989; Lane, 1980). TS. Nguyễn Hữu Lương 3 Chương 02: Phụ gia cho xăng động cơ Chất cải thiện chỉ số octane: MTBE; TBA; ethanol; methanol. Chất chống oxy hóa: N,N’-dialkylphenylenediamines; 2,6- dialkyl- và 2,4,6-trialkyl- phenol; butylated methyl, ethyl và dimethyl phenol; triethylene tetramine di(monononylphenolate). Chất ức chế kim lọai: N,N’-disalicylidene-1,2-ethanediamine; N,N’-disalicylidene-1,2-propanediamine; N,N’-disalicylidene- 1,2-cyclohexanediamine; disalicylidene-N-methyl- dipropylene-triamine. TS. Nguyễn Hữu Lương 4 Chương 02: Phụ gia cho xăng động cơ Chất kiểm sóat quá trình đánh lửa: tri-o-cresylphosphate (TOCP). Chất ức chế sự tạo băng: isopropyl alcohol. Chất phân tán / chất tẩy rửa: alkylamine phosphate; poly- isobutene amine; phenol alkyl mạch dài; rượu mạch dài, acid carboxylic mạch dài; amine mạch dài. Chất ức chế sự ăn mòn: acid carboxylic; acid phosphoric; acid sulfonic. TS. Nguyễn Hữu Lương 5 Bảng 2. Tính chất vật lý và hóa học của xăng. Tính chất Thông tin TLTK Khối lượng phân tử trung bình Màu sắc Trạng thái vật lý Nhiệt độ nóng chảy Nhiệt độ sôi Tỷ trọng Mùi Độ tan trong nước ở 200C Độ tan trong dung môi hữu cơ Hệ số phân bố lgKow lgKoc Áp suất hơi ở 600C 560C 510C 470C 410C Hằng số Henry ở 200C Nhiệt độ tự đánh lửa Điểm chớp cháy Giới hạn bắt lửa Hệ số chuyển hóa Giới hạn nổ 108 Thay đổi từ không màu cho đến nâu nhạt hoặc hồng Lỏng - Điểm sôi đầu: 390C Sau 10% cất: 600C Sau 50% cất: 1100C Sau 90% cất: 1700C Điểm sôi cuối: 2040C 0.7-0.8 g/cm3 Mùi xăng Không tan Tan hòan tòan trong rượu, ether, chloroform, benzene 2.13-4.87 1.81-4.56 465 mmHg 518 mmHg 593 mmHg 698 mmHg 773 mmHg 0.00048 – 3.3 m3/mol 280-4860C -460C 1.4-7.4% - 1.3-6.0% Khuyết danh, 1989 Sax and Lewis, 1989; Weiss, 1986 Sax and Lewis, 1989 - Budavari et al., 1989; OHM/TADS, 1991; Sax and Lewis, 1989 I ARC, 1989 Weiss, 1986 OHM/TADS, 1991; Sax and Lewis, 1989 Budavari et al., 1989; Sax and Lewis, 1989 Air Force 1989 Air Force 1989 Air Force 1989 NEPA,1986; Sax and Lewis, 1989; Weiss, 1986 Sax and Lewis, 1989 Weiss, 1986 - Budavari et al., 1989; Sax and Lewis, 1989 Chương 02: Phụ gia cho xăng động cơ TS. Nguyễn Hữu Lương 6 2.2. Chỉ tiêu chất lượng xăng động cơ Chương 02: Phụ gia cho xăng động cơ TS. Nguyễn Hữu Lương 7 Chương 02: Phụ gia cho xăng động cơ Euro 2 Euro 3 Euro 4 Euro 5 Năm áp dụng 1996 2001 2004 2009 Lưuhuỳnh, ppm 500 max 150 max 50 max 10 max Benzen, %tt 5 max 1 max 1 max 1 max Aromatic, %tt - 42 max 35 max 35 max Olefin, %tt - 18 max 18 max 18 max Oxy, %kl 2,7 max 2,7 max Nguồn: Multipronged approach towards clean fuels implementation in Malaysia TS. Nguyễn Hữu Lương 8 Chương 02: Phụ gia cho xăng động cơ Tên nước Lưu huỳnh, ppm Benzen, %tt, max Aromatic, %tt Olefin, %tt RVP kPa, max Hồng Kông 50 1 35 18 70 Nhật 50 1 35 18 50-70 Trung Quốc 50 1 35 18 70 Đài Loan 50 5 35 18 70 Hàn Quốc 50 1 35 18/21 70 Đài Loan 50 1 36 18 - Ấn Độ 150 1 42 - 60 Úc 150 1 45 18 - Thái Lan 150 1 40 18 60 Philippine 500 - 35 - 70 Indonesia 500 5 - <20 70 Malaysia 500 5 - - 70 Việt Nam 500 2,5 40 38 43-75 Brunei 1000 5 - - - Nguồn: A roadmap for cleaner fuels and vehicles in Asia, 11/2008 và 7th Asian Petroleum Technology Symposium 2/2009 TS. Nguyễn Hữu Lương 9 Chương 02: Phụ gia cho xăng động cơ Bảng I. Thống kê các tiêu chuẩn xăng Việt Nam giai đoạn 1992-2010 Tính chất Xăng chì Xăng không chì 1992 1998 2000 2002 2005-2010 Trị số Octan, min 83 92 97 83 92 97 90 92 95 - 90 92 95 97 Chì, g/ml, max 0,4 0,15 0,013 0,013 0,013 Aromatic, %tt, max - - - 40 40 Lưu huỳnh, %kl, max 0,15 0,15 0,15 0,15 0,05 Benzen, %tt, max - - 5 5 2,5 RVP, kPa, max 70 – 75 43 – 80 43 – 80 - 43 – 75 MTBE, %tt, max - - - 10 - Olefin, %tt, max - - - - 38 Oxygen, %kl, max - - - - 2,7 T90%, oC, max - 190 190 - 190 TS. Nguyễn Hữu Lương 10 2.3. Các lọai phụ gia cho xăng động cơ Chương 02: Phụ gia cho xăng động cơ TS. Nguyễn Hữu Lương 11 Caùc loaïi phuï gia taêng trò soá octane thoâng duïng Phuï gia coù chöùa hôïp chaát oxygenate: Methanol (MeOH) Ethanol (EtOH) Isopropyl alcohol (IPA) n-butanol (BuOH) Gasoline grade t-butanol (GTBA) Methyl tert-butyl ether (MTBE) Tertiary amyl methyl ether (TAME) Tertiary hexyl methyl ether (THEME) Ethyl tertiary butyl ether (ETBE) Tertiary amyl ethyl ether (TAEE) Diisopropyl ether (DIPE) Chương 02: Phụ gia cho xăng động cơ TS. Nguyễn Hữu Lương 12 Chương 02: Phụ gia cho xăng động cơ TS. Nguyễn Hữu Lương 13 Phuï gia coù chöùa hôïp chaát thôm, amin thôm: • Butylated hydroxytoluene (BHT) • 2,4-Dimethyl-6-tert-butylphenol • 2,6-Di-tert-butylphenol (2,6-DTBP) • Phenylene diamine • Ethylene diamine • N-methylaniline • Toluene Chương 02: Phụ gia cho xăng động cơ TS. Nguyễn Hữu Lương 14 Bảng II. Trị số octan pha trộn của một số hợp chất thơm amin (pha vào xăng gốc với hàm lượng 2% tt) Hợp chất thơm amin RON MON 3,4-Dimethylaniline 370 320 3,5-Dimethylaniline 340 310 p-Toluidine 340 305 p-Ethylaniline 320 300 Diphenylamine 310 300 Aniline 310 290 p-tert-Butylaniline 300 260 N-Methylaniline 280 250 Indoline 300 150 N,N-Dimethylaniline 95 84 Chương 02: Phụ gia cho xăng động cơ TS. Nguyễn Hữu Lương 15 Phuï gia coù chöùa hôïp chaát kim loaïi: • Tetra-ethyl lead • Methylcyclopentadienyl manganese tricarbonyl (MMT) • Ferrocene • Iron pentacarbonyl • Isooctane • Tricresyl phosphate (TCP) • 1,2-Dibromoethane • 1,2-Dichloroethane Chương 02: Phụ gia cho xăng động cơ TS. Nguyễn Hữu Lương 16 Bảng III. Nồng độ các hợp chất cơ kim tối đa theo khuyến cáo của nhà sản xuất Hợp chất chứa sắt 38 mg Fe/lít 3-4 Làm tăng sự mài mòn và hư hỏng ở bộ phận đánh lửa và trong buồng đốt chínhHợp chất chứa magan 50 mg Mn/lít 5-6 Chương 02: Phụ gia cho xăng động cơ TS. Nguyễn Hữu Lương 17 Bảng IV. Khả năng tương thích của các hợp chất tăng trị số octan Hợp chất tăng trị số octan Chì Sắt Mangan Amin Oxygenates Chì - - + + Sắt - - + - Mangan - - + 0 Amin + + + + Oxygenates + - 0 + Ghi chú + = cộng hưởng; - =tương phản; 0 = cộng hợp Chương 02: Phụ gia cho xăng động cơ