Luận văn: Tối ưu Octane và RVP xăng khoáng pha trộn ethanol

Nghiên cứu tối ưu octane và RVP xăng khoáng để pha xăng sinh học E5, E10. Luận văn phân tích giải pháp tăng hiệu quả và đáp ứng tiêu chuẩn.

• Tác giả: Trương Thị Thu Hà
• Người hướng dẫn: Pgs. Trương Hữu Trì
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Hóa Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Tối Ưu Hóa Trị Số Octane Và Áp Suất Hơi Bão Hòa Trong Xăng Khoáng Nhằm Pha Trộn Với Ethanol Tạo Sản Phẩm Xăng Sinh Học
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Đà Nẵng

Tóm tắt

I. Tổng quan về tối ưu Octane RVP trong xăng sinh học

Việc chuyển đổi sang nhiên liệu sinh học như xăng E5 và xăng E10 là một xu hướng tất yếu trên toàn cầu nhằm giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và bảo vệ môi trường. Tuy nhiên, để đảm bảo hiệu quả kinh tế và kỹ thuật, quá trình phối trộn xăng đòi hỏi sự kiểm soát chặt chẽ hai thông số quan trọng: chỉ số octane RON và áp suất hơi Reid RVP. Tối ưu Octane & RVP trong xăng nền không chỉ giúp sản phẩm cuối cùng đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng nghiêm ngặt mà còn mang lại lợi ích kinh tế đáng kể cho các nhà máy lọc dầu. Octane (RON) là chỉ số đo lường đặc tính chống kích nổ của xăng, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và độ bền của động cơ. Trong khi đó, RVP thể hiện độ bay hơi của xăng, một yếu tố then chốt liên quan đến khả năng khởi động của động cơ, sự an toàn trong tồn trữ và mức độ phát thải các hợp chất hữu cơ bay hơi (VOC) ra môi trường. Việc bổ sung ethanol khan vào xăng khoáng làm thay đổi cả hai chỉ số này. Ethanol có chỉ số octane rất cao (khoảng 113) nhưng cũng làm tăng RVP của hỗn hợp một cách phi tuyến tính. Do đó, việc nghiên cứu và tìm ra công thức tối ưu cho xăng nền là bài toán cấp thiết, giúp cân bằng giữa chất lượng sản phẩm, hiệu quả kinh tế và tuân thủ tiêu chuẩn khí thải.

1.1. Tầm quan trọng của chỉ số Octane RON trong nhiên liệu

Chỉ số Octane nghiên cứu (RON) là một thước đo tiêu chuẩn cho đặc tính chống kích nổ của nhiên liệu dùng trong động cơ đốt trong. Hiện tượng kích nổ (engine knocking) xảy ra khi hỗn hợp không khí-nhiên liệu trong xi-lanh tự bốc cháy trước khi bugi đánh lửa, gây ra tiếng gõ, làm giảm công suất, tăng tiêu hao nhiên liệu và có thể gây hư hỏng nghiêm trọng cho động cơ. Xăng có chỉ số Octane càng cao thì khả năng chống lại hiện tượng kích nổ càng tốt. Ethanol khan, một thành phần chính trong xăng sinh học, có chỉ số RON rất cao, thường được sử dụng như một phụ gia tăng octane hiệu quả. Khi pha trộn ethanol vào xăng khoáng, chỉ số RON của hỗn hợp cuối cùng sẽ tăng lên. Điều này mở ra cơ hội tối ưu hóa, cho phép sử dụng xăng nền có chỉ số RON thấp hơn tiêu chuẩn thành phẩm, từ đó giảm chi phí sản xuất mà vẫn đảm bảo chất lượng xăng dầu cuối cùng đạt yêu cầu kỹ thuật theo TCVN 8063:2015 và QCVN 1:2015/BKHCN.

1.2. Ảnh hưởng của áp suất hơi Reid RVP đến chất lượng xăng

Áp suất hơi Reid (RVP) là thước đo độ bay hơi của xăng ở điều kiện tiêu chuẩn (37,8°C). RVP ảnh hưởng trực tiếp đến nhiều khía cạnh vận hành và an toàn. Nếu RVP quá thấp, xăng khó bay hơi, gây khó khăn khi khởi động động cơ, đặc biệt trong điều kiện thời tiết lạnh. Ngược lại, nếu RVP quá cao, xăng bay hơi quá mức, có thể gây ra hiện tượng "nút hơi" (vapor lock) trong hệ thống nhiên liệu, làm động cơ chết máy đột ngột khi đang vận hành ở nhiệt độ cao. Quan trọng hơn, RVP cao làm tăng sự thất thoát nhiên liệu trong quá trình tồn trữ, vận chuyển và làm tăng phát thải các hợp chất hữu cơ bay hơi (VOCs), góp phần gây ô nhiễm không khí. Việc pha ethanol vào xăng khoáng làm tăng đáng kể RVP của hỗn hợp. Do đó, kiểm soát chất lượng nhiên liệu đòi hỏi xăng nền phải có giá trị RVP được tính toán và điều chỉnh ở mức đủ thấp để khi phối trộn, sản phẩm xăng E5 hoặc xăng E10 cuối cùng không vượt quá giới hạn RVP cho phép.

II. Thách thức khi phối trộn xăng E5 E10 từ xăng nền RON92

Thực trạng sản xuất xăng sinh học tại Việt Nam đang đối mặt với những thách thức đáng kể về mặt kinh tế và kỹ thuật. Vấn đề cốt lõi bắt nguồn từ việc sử dụng xăng khoáng RON 92 làm nền để pha chế xăng E5 RON92. Theo nghiên cứu của Trương Thị Thu Hà tại Đại học Bách khoa Đà Nẵng, việc phối trộn trực tiếp này dẫn đến một sự lãng phí không nhỏ. Cụ thể, sản phẩm E5 RON92 cuối cùng thường có chỉ số octane thực tế dao động từ 93,2 đến 93,5, cao hơn mức yêu cầu tối thiểu từ 1,2 đến 1,6 đơn vị RON. Sự "give-away" octane này không mang lại lợi ích về hiệu suất cho người tiêu dùng nhưng lại làm tăng chi phí sản xuất cho nhà máy lọc dầu, vì các cấu tử có chỉ số octane cao như Reformate thường có giá thành đắt đỏ. Bên cạnh đó, thách thức về áp suất hơi Reid RVP cũng rất lớn. Xăng nền RON92 thường có RVP ở ngưỡng cao (khoảng 75 kPa), khi pha thêm 5% ethanol, RVP của hỗn hợp rất dễ vượt giới hạn cho phép (80 kPa theo TCVN). Điều này không chỉ vi phạm tiêu chuẩn chất lượng mà còn tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn cháy nổ và gây ô nhiễm môi trường. Việc giải quyết đồng thời hai bài toán này là chìa khóa để tối ưu hóa công thức xăng.

2.1. Vấn đề lãng phí chỉ số octane và hiệu quả kinh tế

Hiện tượng lãng phí chỉ số octane RON là một bài toán kinh tế trực tiếp. Để sản xuất xăng nền có RON cao, các nhà máy lọc dầu phải sử dụng các cấu tử có giá trị cao được tạo ra từ các quá trình chế biến sâu như xăng gốc reforming (Reformate). Việc sản phẩm cuối cùng có chỉ số octane vượt yêu cầu cần thiết đồng nghĩa với việc một phần giá trị của các cấu tử đắt tiền này không được tận dụng hiệu quả. Luận văn thạc sĩ của Trương Thị Thu Hà (2019) chỉ rõ, việc tối ưu hóa để sản xuất xăng nền có RON thấp hơn (ví dụ 91,0-91,2) để pha chế E5 RON92 có thể giúp nhà máy tiết kiệm chi phí đáng kể. Giải pháp này cho phép giải phóng một lượng cấu tử Reformate có giá trị cao để sản xuất các loại xăng cao cấp hơn như RON95, hoặc để xuất khẩu, từ đó tối đa hóa lợi nhuận trên mỗi đơn vị sản phẩm. Đây là một bước đi chiến lược trong việc tối ưu hóa công thức xăng.

2.2. Nguy cơ vượt ngưỡng RVP và các hệ lụy liên quan

Việc không kiểm soát được áp suất hơi Reid RVP khi pha xăng E5 và xăng E10 có thể dẫn đến nhiều hệ lụy nghiêm trọng. Khi RVP vượt ngưỡng quy định, độ bay hơi của xăng tăng cao, gây ra hiện tượng hao hụt nhiên liệu trong quá trình bảo quản và phân phối, ảnh hưởng trực tiếp đến lợi ích kinh tế. Về mặt kỹ thuật, RVP cao làm tăng nguy cơ hình thành nút hơi trong hệ thống cung cấp nhiên liệu, ảnh hưởng đến tính khởi động nóng của động cơ. Về môi trường, lượng hydrocarbon thất thoát ra không khí góp phần vào việc hình thành sương mù quang hóa và ô nhiễm không khí. Hơn nữa, hơi xăng dễ bay hơi cũng làm tăng nguy cơ cháy nổ trong quá trình tồn trữ và vận chuyển. Vì vậy, việc nghiên cứu một công thức xăng nền có RVP tối đa được kiểm soát chặt chẽ là yêu cầu bắt buộc để đảm bảo chất lượng và an toàn cho sản phẩm nhiên liệu sinh học, tuân thủ nghiêm ngặt tiêu chuẩn khí thải và các quy định hiện hành.

III. Hướng dẫn tối ưu Octane xăng nền để pha xăng sinh học

Giải pháp cốt lõi cho bài toán lãng phí octane nằm ở việc tối ưu hóa công thức xăng nền ngay từ khâu đầu vào. Thay vì sử dụng xăng RON 92 có sẵn, các nhà máy lọc dầu cần chủ động phối trộn xăng nền từ các dòng cấu tử riêng biệt để đạt được chỉ số octane RON mục tiêu thấp hơn. Quá trình này đòi hỏi sự tính toán chính xác tỷ lệ của các thành phần như xăng gốc reforming (Reformate), xăng gốc FCC (RFCC Naphtha), Isomerate, và Full Range Naphtha (FRN). Mục tiêu là tạo ra một loại xăng nền có RON tối thiểu, ví dụ khoảng 91,0, nhưng vẫn đảm bảo khi pha thêm 4-5% ethanol khan, sản phẩm xăng E5 cuối cùng sẽ đạt chính xác mốc RON 92. Quá trình này không chỉ là một phép cộng tuyến tính đơn giản mà cần được hỗ trợ bởi các công cụ hiện đại. Việc sử dụng các phần mềm chuyên dụng như LP (Linear Programming) để mô phỏng quá trình pha trộn cho phép tìm ra công thức tối ưu về cả chi phí và chất lượng. Phương pháp này giúp cân đối giữa việc sử dụng các cấu tử giá rẻ có RON thấp và các cấu tử giá cao như Reformate, đảm bảo sản phẩm cuối cùng tuân thủ mọi yêu cầu kỹ thuật mà vẫn tối đa hóa lợi nhuận.

3.1. Phối trộn xăng nền từ các cấu tử Reforming và FCC

Để tạo ra xăng nền có RON tùy chỉnh, việc lựa chọn và tính toán tỷ lệ các cấu tử là vô cùng quan trọng. Các cấu tử chính bao gồm: Reformate từ cụm reforming xúc tác, có RON rất cao và hàm lượng aromatic lớn, là thành phần chính quyết định đặc tính chống kích nổ của xăng. RFCC Naphtha từ cụm cracking xúc tác tầng sôi, cũng có RON khá cao nhưng chứa nhiều olefin, cần kiểm soát để đảm bảo độ ổn định. Isomerate từ cụm đồng phân hóa, có RON cao, ít tạp chất và gần như không chứa benzen. Ngoài ra còn có Full Range Naphtha (FRN) có RON thấp nhất, đóng vai trò cân bằng và giảm giá thành. Bằng cách điều chỉnh tỷ lệ của các dòng này, có thể tạo ra một hỗn hợp xăng nền có RON thấp hơn 92, sẵn sàng cho việc pha trộn với ethanol. Quá trình này cần được kiểm soát chất lượng nhiên liệu chặt chẽ ở từng công đoạn.

3.2. Vai trò của ethanol như một chất tăng cường Octane

Ethanol khan đóng vai trò kép trong xăng sinh học: vừa là thành phần nhiên liệu sinh học tái tạo, vừa là một phụ gia tăng octane cực kỳ hiệu quả. Với chỉ số RON lên tới 113, chỉ một lượng nhỏ ethanol (4-5% trong xăng E5) có thể làm tăng đáng kể chỉ số octane của hỗn hợp cuối cùng. Chính đặc tính này là cơ sở khoa học cho việc tối ưu hóa xăng nền. Thay vì phải đạt RON 92 bằng các cấu tử xăng khoáng đắt tiền, nhà sản xuất có thể pha chế xăng nền ở mức RON thấp hơn, ví dụ 91,0, và để phần chênh lệch còn lại được bù đắp bởi ethanol. Theo các thực nghiệm trong nghiên cứu, việc thêm 1% ethanol có thể làm tăng RON của hỗn hợp lên khoảng 0,2-0,3 đơn vị, tùy thuộc vào thành phần của xăng nền. Điều này cho phép giảm chi phí sản xuất mà không ảnh hưởng đến chất lượng chống kích nổ của sản phẩm cuối cùng.

IV. Phương pháp kiểm soát áp suất hơi RVP cho xăng E5 E10

Việc kiểm soát áp suất hơi Reid RVP là một trong những nhiệm vụ phức tạp nhất trong quá trình phối trộn xăng sinh học. Khác với octane, ảnh hưởng của ethanol lên RVP không tuyến tính. Khi pha một lượng nhỏ ethanol vào xăng, RVP của hỗn hợp tăng vọt và đạt đỉnh ở khoảng 10% ethanol, sau đó mới giảm dần. Do đó, để sản xuất xăng E5 và xăng E10 đạt chuẩn, xăng nền phải được thiết kế với giá trị RVP ban đầu đủ thấp để "chừa không gian" cho sự gia tăng này. Tối ưu Octane & RVP phải được tiến hành đồng thời. Giải pháp chính là điều chỉnh thành phần các cấu tử dễ bay hơi trong xăng nền, đặc biệt là Butane (thành phần chính trong Mixed C4). Bằng cách giảm tỷ lệ Butane và các hydrocarbon nhẹ khác trong công thức phối trộn, RVP của xăng nền có thể được hạ xuống mức an toàn. Quá trình này đòi hỏi sự phân tích và tính toán chi tiết, thường được thực hiện thông qua mô phỏng quá trình pha trộn bằng phần mềm chuyên dụng. Mục tiêu là tạo ra một loại xăng nền không chỉ có RON phù hợp mà còn có RVP tối đa được kiểm soát, đảm bảo sản phẩm cuối cùng luôn nằm trong giới hạn cho phép của TCVN, giảm thiểu rủi ro an toàn và tác động môi trường.

4.1. Phân tích sự gia tăng RVP phi tuyến tính khi pha ethanol

Hiểu rõ cơ chế tăng RVP khi pha ethanol là điều kiện tiên quyết. Ethanol tạo ra một hỗn hợp azeotrope (đẳng phí) với các hydrocarbon trong xăng, làm tăng áp suất hơi của hỗn hợp so với từng thành phần riêng lẻ. Sự gia tăng này là mạnh nhất ở nồng độ ethanol thấp (từ 5-10%). Biểu đồ thực nghiệm trong nghiên cứu của Trương Thị Thu Hà cho thấy, khi pha trộn ethanol vào xăng khoáng RON 92 (có RVP ban đầu khoảng 75 kPa), RVP của hỗn hợp xăng E5 có thể tăng lên đến trên 80 kPa, vượt ngưỡng cho phép. Tương tự, xăng E10 cũng cho thấy sự gia tăng RVP đáng kể. Dữ liệu này khẳng định rằng không thể sử dụng xăng khoáng thông thường để pha chế xăng sinh học mà cần phải có một loại xăng nền được thiết kế đặc biệt với RVP thấp hơn.

4.2. Kỹ thuật điều chỉnh cấu tử dễ bay hơi trong xăng nền

Để hạ RVP của xăng nền, kỹ thuật chính là kiểm soát tỷ lệ các cấu tử nhẹ, dễ bay hơi. Trong bối cảnh của một nhà máy lọc dầu, cấu tử có ảnh hưởng lớn nhất đến RVP là dòng Mixed C4 (chủ yếu là Butane). Butane có chỉ số octane cao nhưng cũng có RVP cực kỳ cao (khoảng 360 kPa). Bằng cách giảm tỷ lệ phối trộn của Mixed C4 và tối ưu hóa điểm cắt của các phân đoạn Naphtha, RVP của xăng nền có thể được kiểm soát hiệu quả. Việc này phải được tính toán cẩn thận trong một bài toán tối ưu hóa công thức xăng tổng thể, bởi việc giảm Butane có thể ảnh hưởng đến chỉ số octane. Do đó, cần có sự cân bằng giữa các cấu tử để vừa đạt được RVP mục tiêu, vừa đảm bảo RON yêu cầu và tối ưu hóa chi phí sản xuất, đây là một nhiệm vụ quan trọng trong việc kiểm soát chất lượng nhiên liệu.

V. Kết quả thực tiễn Công thức xăng nền E5 E10 tối ưu

Nghiên cứu của Trương Thị Thu Hà (2019) đã cung cấp những kết quả thực nghiệm và mô phỏng quan trọng, chứng minh tính khả thi của việc tối ưu Octane & RVP trong xăng nền. Thông qua 48 bộ mẫu phối trộn từ các cấu tử thực tế tại nhà máy lọc dầu Dung Quất, nghiên cứu đã xác định được công thức tối ưu cho xăng nền. Kết quả cho thấy, để sản xuất xăng E5 RON92 đạt chuẩn, xăng nền chỉ cần có chỉ số octane RON trong khoảng 90,8 - 91,2. Việc sử dụng xăng nền ở mức RON này thay vì RON 92 giúp giảm đáng kể chi phí sản xuất mà vẫn đảm bảo sản phẩm cuối cùng có đặc tính chống kích nổ đúng theo yêu cầu. Về áp suất hơi Reid RVP, nghiên cứu đã chứng minh rằng xăng nền cần có RVP không vượt quá 75 kPa để khi pha với 5% ethanol, RVP của hỗn hợp vẫn nằm trong giới hạn 80 kPa. Các kết quả này không chỉ có giá trị khoa học mà còn mang lại hiệu quả kinh tế trực tiếp. Việc áp dụng công thức tối ưu này cho phép nhà máy tăng sản lượng xăng RON95, đáp ứng nhu cầu thị trường và tăng lợi nhuận, đồng thời góp phần đảm bảo chất lượng xăng dầu và an toàn trong toàn bộ chuỗi cung ứng.

5.1. Xác định chỉ số RON tối thiểu cho xăng nền pha E5

Qua các thử nghiệm pha trộn và phân tích, nghiên cứu đã đưa ra một con số cụ thể và an toàn cho xăng nền: chỉ số octane RON tối ưu là 91,2. Ở mức này, sau khi pha trộn 4-5% ethanol, sản phẩm xăng E5 cuối cùng chắc chắn đạt và vượt nhẹ mức RON 92. Biểu đồ thực nghiệm cho thấy tỷ lệ tăng RON trên 1% ethanol là nhất quán, cho phép dự đoán chính xác chất lượng sản phẩm. Việc ban hành một tiêu chuẩn cơ sở cho loại xăng nền này (ví dụ xăng RON 91,2) sẽ là cơ sở pháp lý để các nhà máy lọc dầu sản xuất và cung cấp cho các đơn vị đầu mối, tạo ra một quy trình sản xuất nhiên liệu sinh học hiệu quả và đồng bộ trên toàn quốc. Điều này giúp loại bỏ hoàn toàn tình trạng lãng phí octane hiện nay.

5.2. Đánh giá hiệu quả kinh tế từ việc tối ưu hóa công thức

Hiệu quả kinh tế là kết quả rõ ràng nhất của việc tối ưu hóa. Bằng cách sử dụng phần mềm LP để mô phỏng quá trình pha trộn và đánh giá các kịch bản vận hành khác nhau (chế độ tối đa xăng, tối đa diesel), nghiên cứu đã lượng hóa được lợi ích tài chính. Việc sản xuất xăng nền RON 91,2 thay vì RON 92 giúp tiết kiệm được lượng cấu tử Reformate giá trị cao. Lượng Reformate này có thể được chuyển sang để sản xuất xăng RON95, một sản phẩm có biên lợi nhuận cao hơn và đang có nhu cầu lớn trên thị trường. Tính toán cho thấy, phương án tối ưu hóa này không chỉ giúp tăng lợi nhuận trực tiếp cho nhà máy lọc dầu Dung Quất mà còn tăng khả năng cung ứng xăng chất lượng cao cho thị trường nội địa, góp phần vào an ninh năng lượng và phát triển kinh tế.

VI. Tương lai ngành xăng sinh học Tối ưu hóa là chìa khóa

Tương lai của ngành nhiên liệu sinh học tại Việt Nam và trên thế giới phụ thuộc rất nhiều vào khả năng tối ưu hóa công thức xăng để đảm bảo tính cạnh tranh về giá và chất lượng. Những phát hiện từ nghiên cứu về tối ưu Octane & RVP không chỉ giải quyết các vấn đề hiện tại của xăng E5 mà còn là nền tảng vững chắc cho lộ trình áp dụng xăng E10 và các loại nhiên liệu có hàm lượng ethanol cao hơn trong tương lai. Khi hàm lượng ethanol tăng lên, các thách thức về RVP và các tính chất khác sẽ càng trở nên phức tạp, đòi hỏi các phương pháp phối trộn xăng và kiểm soát chất lượng phải ngày càng tinh vi hơn. Việc áp dụng rộng rãi các mô hình mô phỏng quá trình pha trộn và xây dựng các tiêu chuẩn riêng cho xăng nền là bước đi tất yếu. Điều này sẽ giúp các nhà máy lọc dầu chủ động hơn trong sản xuất, đáp ứng linh hoạt các yêu cầu của thị trường và các tiêu chuẩn khí thải ngày càng nghiêm ngặt. Cuối cùng, kiểm soát chất lượng nhiên liệu một cách hệ thống từ khâu sản xuất cấu tử đến tay người tiêu dùng sẽ là yếu tố quyết định sự thành công và phát triển bền vững của xăng sinh học.

6.1. Triển vọng áp dụng cho xăng E10 và tiêu chuẩn khí thải mới

Với lộ trình tiến tới áp dụng đại trà xăng E10, các nguyên tắc tối ưu hóa đã được nghiên cứu càng trở nên quan trọng. Xăng E10 đòi hỏi xăng nền phải có chỉ số octane RON và áp suất hơi Reid RVP được điều chỉnh ở mức độ chính xác cao hơn nữa. Các phương pháp đã được phát triển cho E5 có thể được mở rộng và hiệu chỉnh để áp dụng cho E10. Hơn nữa, khi Việt Nam áp dụng các tiêu chuẩn khí thải cao hơn (Euro 4, Euro 5), các yêu cầu về thành phần nhiên liệu như hàm lượng benzen, aromatic, và olefin cũng sẽ khắt khe hơn. Quá trình tối ưu hóa công thức xăng nền sẽ phải tích hợp thêm các ràng buộc này, tạo ra một bài toán đa mục tiêu phức tạp hơn, đòi hỏi năng lực công nghệ và phân tích cao hơn từ các nhà sản xuất.

6.2. Yêu cầu về một hệ thống kiểm soát chất lượng đồng bộ

Để đảm bảo thành công của chương trình nhiên liệu sinh học, cần có một hệ thống kiểm soát chất lượng nhiên liệu đồng bộ và minh bạch trên toàn quốc. Điều này bao gồm việc ban hành Tiêu chuẩn Quốc gia (TCVN) cho các loại xăng nền dùng để pha chế xăng sinh học, thay vì chỉ có tiêu chuẩn cho thành phẩm. Cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các nhà máy lọc dầu, các đơn vị đầu mối phân phối và các cơ quan quản lý nhà nước. Việc kiểm tra chất lượng ethanol khan, xăng nền và sản phẩm cuối cùng cần được thực hiện thường xuyên và nghiêm ngặt. Sự đồng bộ này không chỉ đảm bảo chất lượng xăng dầu ổn định đến tay người tiêu dùng mà còn tạo ra một sân chơi bình đẳng, khuyến khích đầu tư vào công nghệ sản xuất và phối trộn hiện đại.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1. Cơ sở và mục tiêu nghiên cứu 1. Cơ sở nghiên cứu Tình hình nhu cầu tiêu thụ năng lượng trên thế giới ngày càng tăng với các nguồn cung khác khau, trong đó năng lượng sơ cấp dưới dạng nhiên liệu hóa thạch ngày nay vẫn chủ yếu được sử dụng trực tiếp cho các phương tiện cơ giới, tức là vận tải. Theo Cơ quan thông tin năng lượng Hoa Kỳ (EIA) [11], ước tính đến năm 2006, nguồn năng lượng hóa thạch cung cấp nhiên liệu được sản xuất trên thế giới bao gồm 36,8 % dầu mỏ, than 26,6 %, khí thiên nhiên 22,9 %.

Các nguồn nhiên liệu không hóa thạch bao gồm thủy điện 6,3 %, năng lượng hạt nhân 6,0 %, và năng lượng địa nhiệt, năng lượng mặt trời, năng lượng gió, nhiên liệu gỗ, tái chế chất thải chiếm 0,9 % [11]. Tiêu thụ năng lượng trên thế giới tăng mỗi năm khoảng 2,3 %. Tiêu thụ năng lượng chung ở Mỹ năm 2015 phụ thuộc nhiều nhất vào xăng dầu, khí đốt tự nhiên và than đá. Năng lượng tái tạo đã đóng góp tuy nhiên còn rất hạn chế.

Có thể thấy rõ điều này qua biểu đồ hình 1.1 bên dưới: Hình 1. Nhu cầu tiêu thụ năng lượng trên Thế giới năm 1970-2020 [39] Rõ ràng nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng lớn, chỉ riêng đối với các nước trong khối ASEAN, mức tiêu thụ năng lượng của ASEAN tăng 60% trong 15 năm qua. IEA dự báo nhu cầu năng lượng của ASEAN có thể tăng thêm 66% nữa vào năm 2040. Điều này đã khiến khu vực này nói riêng và thế giới nói chung, đang phải đối mặt với tình trạng thiếu hụt năng lượng [62].

Đồng thời, cũng đối mặt với những tác động đến môi trường, ảnh hưởng môi trường sống của chúng ta. Do đó, việc sử dụng năng lượng tái tạo nhằm giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và giảm thiểu ô nhiễm môi trường là một sự cần thiết. Các nguồn năng lượng tái tạo có thể là: Năng lượng mặt trời; Năng lượng gió; Thủy điện; Địa nhiệt; Năng lượng sinh học: ethanol; 6 Biodiesel; …. Nhiên liệu sinh học (NLSH) như Biodiesel, xăng sinh học đang được biết đến hiện nay là nguồn nhiên liệu góp phần đảm bảo an ninh năng lượng, giảm sự phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch cách đây hàng ngàn năm và đang có nguy cơ cạn kiệt sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự tồn tại và phát triển của hầu hết các quốc gia trên thế giới.

Loại nhiên liệu này đã được nhiều nước trên thế giới sử dụng từ những năm 70 của thế kỷ trước. Đến nay, đã có khoảng trên 50 quốc gia trên thế giới sử dụng nhiên liệu sinh học [3] và Việt Nam cũng đã thiết lập đề án phát triển NLSH từ năm 2007, đến tháng 8/2010 PV Oil là đơn vị đầu tiên trong nước thực hiện nghiên cứu, sản xuất, đưa vào sử dụng thí điểm xăng sinh học E5 RON92 và kinh doanh chính thức. Theo ông Jim Miller, Chủ tịch Hội đồng Nông nghiệp và Tư vấn Chính sách Nhiên liệu sinh học (Mỹ) cho hay, việc pha xăng thông thường với ethanol sẽ giúp đạt được nhiều lợi ích thiết thực. Trong đó, lợi ích to lớn nhất là việc giảm nguy cơ gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người.

Bởi lẽ, việc pha xăng với ethanol sẽ giúp giảm phát thải khí hiệu ứng nhà kính, từ đó có thể giúp người dân hạn chế được phần nào việc tiếp xúc với các loại độc tố gây hại. Bên cạnh đó, việc thay thế nguồn năng lượng hóa thạch bằng ethanol còn mang lại lợi ích rõ rệt trong việc bảo vệ môi trường [19] Nhiều nghiên cứu đã chỉ rõ, động cơ sử dụng xăng sinh học E5 tạo ra rất ít khí thải CO và HC, ít hơn hẳn các loại xăng thông dụng tới 20%. Do sự có mặt của thành phần oxy trong xăng sinh học E5 là yếu tố giúp cho nhiên liệu được cháy triệt để hơn. Đây là cơ sở tạo ra ít khí thải độc hại CO và HC.

Ngoài việc giảm đáng kể thành phần khí CO và HC, khả năng tăng tốc của xe cũng tốt hơn đối với xăng sinh học E5 [3], [59]. Theo Tạp chí của Hiệp hội quản lý chất thải và không khí đã có những nghiên cứu và đưa ra những ảnh hưởng của hỗn hợp ethanol-xăng đến hiệu quả năng lượng và phát thải khí thải của động cơ thể hiện ở các hình bên dưới: 7 (a) Ảnh hưởng của nhiên liệu pha trộn (b) Ảnh hưởng của nhiên liệu pha trộn ethanol đến phát thải CO ethanol đến phát thải CH (c) Ảnh hưởng của nhiên liệu pha trộn ethanol đến phát thải khí NOx Hình 1. Ảnh hưởng của các nhiên liệu có tỉ lệ % ethanol khác nhau đến phát thải của động cơ [61] Bên cạnh đó, việc pha trộn ethanol vào xăng còn giúp các doanh nghiệp tiết kiếm được chi phí pha trộn. Đặc biệt, giá của loại xăng sinh học này cũng thấp hơn các loại xăng khác cho nên sẽ phù hợp với túi tiền của người tiêu dùng và tạo cho họ có thêm điều điện để lựa chọn nhiên liệu sử dụng [19].

Đối với sản phẩm xăng sinh học, ngoài những yếu tố nêu trên, việc phối trộn ethanol vào xăng mang lại lợi nhuận kinh tế cao vì cấu tử này giúp cải thiện trị số octane thay vì phải phối trộn từ các cấu tử reformate có giá thành cao. Với vai trò quan trọng trong sự cân bằng nhiên liệu của thế giới, lợi ích kinh tế lớn và tác động tích cực đối với môi trường, trong tương lai gần, triển vọng thị trường xăng sinh học ethanol được khẳng định sẽ gia tăng mạnh mẽ và là xu thế tất yếu của sự phát triển.Với tầm nhìn chiến lược, hiện nay rất nhiều quốc gia trên thế giới đã đưa 8 vào sử dụng nhiên liệu sinh học, đặc biệt là xăng sinh học [3]. Các tỷ lệ pha trộn vào xăng truyền thống có thể thay đổi trong một khoảng rộng, gồm có E5 (5%) [10], E10 (10%) [11], E85 (85%) và E100 (100%) [3], [32]. Trong khuôn khổ của luận văn, tác giả sẽ tập trung các thử nghiệm để tạo xăng E5, E10.

Tính cấp thiết, mục tiêu và ý nghĩa nghiên cứu 1. Tính cấp thiết Xuất phát từ thực tế sản xuất và phân phối xăng E5 trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi từ ngày 30/7/2014 theo quyết định 879/QĐ-UBND của Ủy Ban nhân dân tỉnh Quảng Ngãi ngày 19/6/2014 và Thông báo kết luận số 255/TB-VPCP ngày 06 tháng 6 năm 2017 về “thực hiện Đề án phát triển nhiên liệu sinh học và Lộ trình áp dụng tỷ lệ phối trộn nhiên liệu sinh học với nhiên liệu truyền thống”. Cho phép tồn tại hai loại xăng: RON 92 và E5 RON92 đến hết ngày 31 tháng 12 năm 2017. Kể từ ngày 01 tháng 01 năm 2018, chỉ cho phép sản xuất kinh doanh xăng E5 RON 92 và xăng khoáng RON 95 nhằm góp phần bảo đảm mục tiêu an ninh năng lượng, giảm dần sự lệ thuộc vào xăng khoáng, cải thiện môi trường, đồng thời thực hiện tốt các cam kết của Chính phủ Việt Nam với quốc tế về giảm khí thải nhà kính, góp phần tạo thu nhập bền vững cho khu vực nông nghiệp và thúc đẩy tái cơ cấu ngành nông nghiệp [21].

Theo đó, từ ngày 1/1/2018 cho đến nay, trên thị trường Việt Nam không sử dụng xăng RON92 nữa mà xăng E5 RON92 được đưa vào sử dụng cùng với xăng RON95 trên toàn quốc. Từ khi triển khai thực hiện, BSR đã sản xuất cung cấp xăng khoáng có trị số RON 92 đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn, quy chuẩn dùng để sản xuất pha chế xăng E5 RON92 nên việc phối trộn sản phẩm xăng thương mại này chưa đem lại lợi nhuận cho Nhà máy. Một thực tế trị số RON của xăng E5 RON92 trên thị trường đạt khoảng 93,2-93,5 vượt mức yêu cầu tối thiểu 1,2-1,5 đơn vị RON. Cho nên tối ưu hoá giá trị RON của xăng gốc mà vẫn đảm bảo khi pha xăng sinh học đạt TCVN 8063:2015 và quy chuẩn quốc gia QCVN 1:2015/BKHCN là việc làm mang lại lợi ích kinh tế cho NMLD Dung Quất.

Bên cạnh đó giá trị RVP xăng khoáng RON92 trên thị trường cho phép theo TCVN, QCVN đến 75 kPa khi pha trộn với E5 rất dễ vượt TCVN 8063:2015 và quy chuẩn quốc gia QCVN 1:2015/BKHCN, điều này làm tăng khả năng tạo nút hơi và gây hao hụt do bay hơi trong bảo quản đồng thời lượng hydrocacbon thất thoát ra môi trường gây ô nhiễm và dễ cháy nổ trong quá trình tồn trữ, vận chuyển và phân phối. Với những phân tích vừa nêu, tác giả lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu tối ưu hóa trị số Octane và áp suất hơi bão hòa trong xăng khoáng nhằm pha trộn với ethanol tạo sản phẩm xăng sinh học” cho luận văn thạc sĩ của mình và đó cũng là nhiệm vụ rất cần 9 thiết không chỉ đối với BSR mà còn đỗi với các Nhà máy Lọc dầu hay các Công ty kinh doanh xăng dầu khác và các Nhà quản lý tại Việt Nam. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu ảnh hưởng các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm khi phối trộn ethanol từ 1-10 %vol vào xăng khoáng có RON92 và RON95. - Xây dựng, chứng minh việc phối trộn xăng khoáng từ các cấu tử trung gian của NMLD DQ có trị số RON phù hợp (thấp hơn 92, 95) khi pha trộn với Ethanol tạo xăng sinh học thương mại E5, E10 RON 92/95 đạt yêu cầu.

Ý nghĩa - Việc thực hiện đề tài sẽ đưa ra được trị số RON tối thiểu và RVP tối đa của xăng khoáng của NMLD Dung Quất để phối trộn với nguồn ethanol thành sản phẩm xăng sinh học E5/E10 RON92 và E5/E10 RON95 đạt TCVN 8063:2015 và QCVN 1:2015/BKHCN và sửa đổi 1:2017 QCVN 1:2015/BKHCN. - Số liệu nghiên cứu sẽ được làm cơ sở cho việc trình Bộ, ngành liên quan xem xét cho phép NMLD Dung Quất sản xuất xăng khoáng có trị số RON phù hợp cung cấp cho các đơn vị đầu mối pha trộn xăng sinh học E5 để đạt xăng E5/E10 có RON 92/95. Từ đó, xây dựng và Ban hành Tiêu chuẩn cơ sở xăng khoáng được sản xuất tại BSR, hoàn thiện các thủ tục cấp Giấy chứng nhận hợp quy cho xăng nền theo QCVN1:2015/BKHCN và Thông tư 04/2017/TT-BKHCN ngày 22/5/2017; - Tăng khả năng sản xuất xăng thương phẩm RON 95 để đáp ứng nhu cầu thị trường và giảm chi phí cho khách hàng khi mua xăng khoáng pha trộn ethanol tạo xăng E5; - Tối ưu hóa trong quá trình sản xuất, góp phần chống gian lận trong kinh doanh xăng dầu và tăng lợi ích kinh tế cho Nhà nước. Các nghiên cứu thử nghiệm, ứng dụng xăng sinh học 1.