Tiểu luận về CHỈ SỐ OCTAN
Mục lục
I-Giới thiệu: ............................................................................................................................. 2
1/ Hiện tượng kích nổ:..............................................................................................................2
2/ Chỉ số octan: ........................................................................................................................3
3/ Động cơ CFR: ......................................................................................................................4

II-Phân loại: ............................................................................................................................. 5
1/ RON : ...................................................................................................................................5
2/ MON:...................................................................................................................................5
3/ AKI: .....................................................................................................................................5
4/ RdON hoặc IOR: ...................................................................................................................5

III-Lịch sử hình thành chỉ số octan: ...................................................................................... 6
IV-Lựa chọn chỉ số octan phù hợp: ....................................................................................... 9
V-Nâng cao chỉ số octan: ...................................................................................................... 11
1/Xăng pha chì: ...................................................................................................................... 11
2/MTBE, ETBE và TAME: ......................................................................................................... 13
3/Ethanol: .............................................................................................................................. 15
4/ Phụ gia Metanol: ................................................................................................................ 15
5/ Phụ gia TBA: ....................................................................................................................... 15
6/Phụ gia dimetyl ete (DME): .................................................................................................. 16
7/Phụ gia Plutocen G: ............................................................................................................. 17
8/Phụ gia MMT (metylxyclopentadienyl Mangan Tricacbonyl): ................................................. 18
9/Nâng cao chỉ số octan thơng qua q trình lọc dầu: .............................................................. 19

VI- GIỚI THIỆU MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐO CHỈ SỐ OCTAN: ......................................... 23
1/ OCTANE meter SX-200: ....................................................................................................... 23
2/ Máy đo chỉ số OCTAN cầm tay - Mỹ: MODEL ZX-101XL ............................................... 25

VII- Tài liệu tham khảo: ....................................................................................................... 26

1


I-Giới thiệu:
1/ Hiện tượng kích nổ:
Hiện tượng kích nổ bắt nguồn từ việc sử dụng nhiên liệu có khả năng chống kích nổ
quá thấp, khiến cho hỗn hợp khí - nhiên liệu khơng được đốt cháy một cách điều hồ để tạo
ra nguồn năng lượng tối đa. Để đạt được năng lượng tối đa từ xăng, hỗn hợp khí nén nhiên
liệu - khơng khí trong buồng đốt cần phải được đốt cháy một cách điều hoà. Bắt đầu từ khi
bugi đánh lửa, bề mặt ngọn lửa lan toả một cách đồng đều trong xi-lanh với tốc độ khoảng
20-25 m/s và đốt cháy hết hồ khí nhiên liệu - khơng khí ở những vùng mà nó đi qua.
Q trình cháy điều
hồ sinh ra các bức xạ quang
nhiệt đốt nóng vùng khí chưa
cháy phía trước và nếu nhiên
liệu có khả năng chống kích
nổ tốt, hỗn hợp nhiên liệu khơng khí ở vùng này sẽ
không bị cháy trước khi bề
mặt lửa lan tới, chúng sẽ cháy
một cách tuần tự cho đến khi
toàn bộ khí trong xi-lanh cháy
hết, bằng cách đó, nhiên liệu
sẽ cung cấp một lực đẩy có
năng lượng tối đa lên piston.

Hình 1: Minh họa sự lan truyền của ngọn lửa và các điểm tự bốc cháy

Trong thực tế, có hàng loạt các phản ứng tiền kích nổ diễn ra ở vùng khí chưa cháy
trong buồng đốt trước khi bề mặt lửa từ bugi ập đến. Các phản ứng tiền cháy nổ đó tạo ra các

phân tử hay các gốc hố học có khả năng tự bốc cháy bởi các bức xạ quang nhiệt với tốc độ
cháy đạt khoảng 1.500-2.500 m/s, nhanh gấp hàng trăm lần tốc độ cháy bình thường.
Với tốc độ cháy như vậy chúng sẽ gây ra sự tăng đột ngột áp suất trong xi-lanh, giá trị
áp suất tức thời tại thời điểm xảy ra hiện tượng kích nổ mà máy ghi áp lực ghi được là 160
atm, gấp nhiều lần so với áp suất vận hành ở chế độ cháy bình thường. Tuy nhiên, áp suất
tổng hợp tối đa tác động lên bề mặt piston lại không khác mấy so với áp suất vận hành bình
thường. Nguyên nhân là do sự bù trừ áp suất của hai khối khí ngược chiều nhau: Một sinh ra
từ bề mặt lửa lan truyền từ bugi và một sinh ra từ các điểm tự kích nổ.
Hiện tượng kích nổ làm tiêu hao năng lượng, giảm sức mạnh của động cơ do năng
lượng nhiệt thu được khơng dùng để sinh cơng hữu ích, áp suất sinh ra từ các điểm tự cháy
chủ yếu tạo ra các sóng hơi xung động va đập vào thành xi-lanh, máy nổ rung giật và làm

2


nóng động cơ một cách bất thường, đồng thời, sóng nén sinh ra từ các vị trí kích nổ cộng
hưởng với sóng nén chính tạo ra nút giao thoa và phát ra những tiếng kêu “lốc cốc”.
Hiệu suất nhiệt động học của một vòng hoạt động của động cơ đốt trong ôtô hay máy
bay tăng khi tăng tỉ lệ nén. Nghĩa là tỉ số của thể tích xilanh ở điểm chết dưới với thể tích của
xilanh ở điểm chết trên càng lớn. Nhưng có một giới hạn trên cho sự tăng tỉ số nén này. Ở
trên giới hạn này, hiệu suất sẽ giảm đi và xuất hiện tiếng gõ lách cách của kim loại.
Khi động cơ hoạt động bình thường (khơng có tiếng gõ) sự cháy của hỗn hợp khơng
khí - nhiên liệu (được bắt đầu bằng tia lửa từ bugi) được truyền theo các sóng đồng tâm với
tốc độ truyền lửa khoảng vài mét/giây. Tuyến lửa trong khi truyền, nén phần cịn lại của
khơng khí – nhiên liệu chưa bị cháy làm tăng nhiệt độ của hỗn hợp. Những điều kiện nhiệt độ
và áp suất quá cao này thuận lợi cho sự hình thành các hợp chất peoxit kém bền vững. Khi
nồng độ của chúng trong hỗn hợp đạt đến một giá trị thích hợp thì chúng tự phân hủy một
cách đột ngột gây nên sự nổ. Sự nổ này được đặc trưng bằng một tốc độ rất lớn sự truyền
sóng. Sóng này đập vào nắp xilanh và đầu của pittong gây nên tiếng nổ mạnh. Vậy tiếng gõ
lách cách là kết quả của sóng cơ học và nhiệt gây ra. Sóng cơ học tác động đến động cơ,

song người ta có thể chế tạo được các động cơ khơng bị ảnh hưởng bởi sóng này. Nhưng hiệu
ứng nhiệt lại rất nguy hiểm, cần thiết phải làm lạnh để loại bớt nhiệt toả ra khi nhiên liệu
cháy. Nếu không động cơ bị đốt nóng thuận lợi cho q trình tạo peoxit, tạo muội cacbon
bám trên đầu pittong. Muội này bị nóng đỏ gây nên sự tự cháy của nhiên liệu mà không cần
bugi đánh lửa và động cơ vẫn tiếp tục quay khi ta đã ngắt tiếp xúc. Như vậy, đối với một
nhiên liệu đã cho sự nổ gắn liền với việc chế tạo động cơ, hệ số nén, độ rối của dịng khơng
khí – nhiên liệu, dạng của nắp xilanh,... chất lượng của bugi. Đối với một động cơ đã cho, sự
nổ phụ thuộc vào thành phần nhiên liệu. Các yếu tố trên dẫn tới việc phải sử dụng phương
pháp phân loại các nhiên liệu tuỳ theo chất lượng kháng nổ của chúng trong động cơ. Nguyên
tắc của việc phân loại các nhiên liệu là so sánh chúng trên cùng một động cơ chuẩn tính chất
của mẫu nghiên cứu với tính chất của một hỗn hợp hiđrocacbon tinh khiết lấy làm chuẩn.
Ở đầu thập niên 1920 người ta đã chứng kiến cảnh chỉ trong vài phút piston, chốt
piston rạn nứt, vòng găng (séc-măng) vỡ thành từng mảnh, bộ truyền động, hộp số, trục cam
bị mài mòn, và cuối cùng toàn bộ hệ thống động cơ bị phá huỷ bởi sự kết hợp giữa sóng áp
suất mạnh với hiện tượng quá nhiệt do nhiên liệu chống kích nổ thấp.
2/ Chỉ số octan:
Chỉ số octan là chỉ số đặc trưng cho khả năng chống kích nổ của xăng, chỉ số octan
càng cao khả năng chống kích nổ càng tốt.
Chất isooctan (2,2,4-trimethylpentan) là nhiên liệu khơng bị kích nổ được dùng làm
chuẩn và quy ước có chỉ số octan bằng 100; n - heptan là nhiên liệu rất dễ kích nổ, được quy
ước có chỉ số octan bằng 0. Chỉ số octan của một loại xăng bằng hàm lượng (tỉ lệ % thể tích)

3


của isooctan trong hỗn hợp của nó với n - heptan mà trong điều kiện thử tiêu chuẩn trên động
cơ tiêu chuẩn CRF, hỗn hợp này có khả năng chống nổ tương đương với loại xăng ấy.
Ví dụ: loại xăng có chỉ số octan bằng 92 có nghĩa là xăng ấy có khả năng chống kích
nổ tương đương với hỗn hợp gồm 92% isooctan và 8% n - heptan. Chỉ số octan của xăng ô tô
thường từ 83 đến 95, của xăng máy bay thường từ 92 đến trên 100.

3/ Động cơ CFR:
Động cơ CFR (cooperative fuel research) là động cơ tiêu chuẩn một xi lanh ra đời
năm 1928 nhằm mục đích kiểm tra khả năng kích nổ của nhiên liệu. Các thơng số chuẩn của
động cơ:
Đường kính xy lanh: 82,55 mm
Khoảng chạy piston: 114,30 mm
Thể tích xy lanh: 661 cm3
Tỷ số nén: 4-18
Vận tốc quay khi thử nghiệm: cố định
Tùy theo cách làm việc của động cơ
người ta có thể thu được:
Chỉ số octan nghiên cứu (RON) hay
phương pháp F1 với động cơ quay 600 Hình 2: Một động cơ CFR hiện đại
vòng/phút. Chỉ số octan moto (MON) hay
phương pháp F2 với động cơ quay 400 vòng/phút. Chỉ số octan mơtơ (MON) của một nhiên
liệu nói chung thấp hơn chỉ số octan nghiên cứu (RON). Sự khác nhau giữa hai giá trị RON
và MON cho ta biết độ nhạy của nhiên liệu được nghiên cứu. Với xăng máy bay người ta
dùng phương pháp F3 với động cơ có số vòng quay là 1200 v/ph. Còn phương pháp F4 đặc
trưng cho tính chất nhiên liệu dùng khi máy bay cất cánh hay máy bay chiến đấu được xác
định với động cơ có số vịng quay 1800 v/ph.
Để theo dõi hiện tượng kích nổ người ta dựa theo tín hiệu cảm biến hoặc cường độ
anh thanh. Một nhiên liệu có chỉ số octan là X, nếu trong động cơ CFR nó gây nên một tiếng
gõ tương đương với tiếng gõ quan sát thấy của một hỗn hợp gồm X phần trăm thể tích isooctan và (100 − x) phần trăm thể tích n-heptan.
Trong trường hợp trị số octan lớn hơn 100 thì để xác định trị số octan người ta cho
thêm vào xăng một hàm lượng Tetraetyl chì rồi tiến hành đo. Trị số octan được tính theo
cơng thức sau:

4



Trong đó T là hàm lượng tetrametyl chì (ml)
II-Phân loại:
Hiện nay có 4 loại chỉ số octan thơng dụng:
1/ RON :
RON (Research Octan Number) là chỉ số octan thông dụng nhất , được xác định ở tốc
độ quay của động cơ CFR là 600 vòng/phút, phù hợp cho các loại xe chạy trong thành phố,
thường xuyên thay đổi tốc độ và tải trọng nhẹ.
2/ MON:
MON (Motor Octan Number) được các định tương tự RON nhưng tốc độ quay của
động cơ CFR lên đến 900 vòng/phút. MON thường thấp hơn RON 8-10 đơn vị, thơng số này
thích hợp đối với các loại xe vận tải đường trường, tốc độ vận hành cao và ổn định.
3/ AKI:
AKI (Anti-knock Index) còn được gọi là Pump Octan Number (PON) thường dùng ở
Canada, Mỹ… được tính theo cơng thức AKI = (RON + MON)/2 .
4/ RdON hoặc IOR:
RdON (Observed Road Octan Number) xuất phát từ việc kiểm tra xăng trên động cơ
nhiều xi lanh thực tế. RdOn được phát triển từ những năm 1920 và hiện nay vẫn còn đáng tin
cậy. Ngày xưa phương pháp này phải kiểm tra trực tiếp xe chạy trên đường, nhưng hiện nay
được thử bằng lực kế với môi trường được kiểm sốt nhằm giữ tính thống nhất. Đáng chú ý là
tốc độ quay của phương pháp này thay đổi chứ không cố định như đo RON và MON, do đó
phương pháp này đo RdON có thể cao hơn hoặc thấp hơn RON.
Trị số octan trên đường được xác định theo cơng thức :
IOR = RON – S /a2
Trong đó

: S độ nhạy, S = RON – MON
5


:a hệ số từ 4.6 ÷ 6.2 phụ thuộc vào tỷ số nén của động cơ

Mặt khác do xăng chứa nhiều thành phần có sự khác biệt khá lớn về khả năng chống
kích nổ. Thơng thường thì phần có nhiệt độ sơi thấp (ngoại trừ iso pentan, benzen) có chỉ số
octan thấp, do đó trong một số chế độ làm việc của động cơ có thể xãy ra sự chia tách xăng
trong động cơ, dẫn đến trong một thời điểm nhất định nào đó lượng nhiên liệu được nạp vào
xylanh chứa nhiều thành phần nhẹ, bốc hơi nhanh nhưng chỉ số octan lại thấp do đó dễ dẫn
đến q trình cháy kích nổ trong một số chu kỳ nhất định. Vì vậy, ngồi 4 loại trên thì người
ta cịn đo chỉ số octan của phần cất có nhiệt độ sơi đến 100oC và được ký hiệu R-100, giá trị
của nó luôn nhỏ hơn RON và độ chênh lệch này được gọi là ∆RON.
III-Lịch sử hình thành chỉ số octan:
Gần hai thập kỷ từ sau khi Carl Benz chế tạo chiếc xe chạy bằng động cơ xăng đầu
tiên, các chuyên gia kỹ thuật mới nhận ra rằng hiện tượng kích nổ không cho phép họ tuỳ ý
tăng sức mạnh của động cơ đốt trong.
Những năm cuối thế kỷ 19 đầu thế kỷ 20, lịch sử của động cơ đốt trong bước sang
một trang mới. Người khởi xướng cho cuộc cách mạng cơng nghệ ơtơ - xe máy thời kỳ đó là
Gottlieb Wilhelm Daimler, nhà thiết kế động cơ người Đức, khi vào năm 1885, ông thử
nghiệm thành công loại xe hai bánh chạy bằng động cơ đốt trong một xi-lanh. Song song và
độc lập với Wilhelm Daimler, năm 1886, Carl Freidrich Benz nhận được bằng sáng chế về
phát minh “vận chuyển bằng động cơ dùng xăng” với chiếc xe 4 bánh, động cơ làm lạnh
trong một xi-lanh. Và ở bên kia bờ Đại Tây Dương, năm 1903, đánh dấu sự ra đời của một
trong những hãng xe nổi tiếng nhất hiện nay, Ford Motor Company do Henry Ford thành lập.
Lợi nhuận kếch xù thu được từ việc sản xuất xe hơi cộng với sự xuất hiện của hàng
loạt các phát minh sáng chế đã kéo tất cả các hãng xe và các nhà phát triển động cơ vào cuộc
cạnh tranh gay gắt về công nghệ. Các hãng xe thường xuyên nâng cấp cấu tạo của động cơ
bằng cách tích hợp thêm nhiều tính năng mới như hệ thống làm lạnh trong, hệ thống đánh lửa
tự động, và điều quan trọng hơn, luôn tin tưởng rằng sức mạnh của động cơ đốt trong có thể
tăng lên một cách tuỳ ý, vì theo lý thuyết nhiệt động học, với tỷ số nén càng cao, hiệu suất
nhiệt càng gần đến cực đại.
Nhưng vào năm 1912, họ đã phải khống chế tỷ số nén ở dưới một giá trị tới hạn cho
phép. Nguyên nhân đưa ra quyết định đi ngược với xu thế phát triển đó là những tiếng nổ
“lốc cốc” xuất hiện khi động cơ đang làm việc, nguy hiểm hơn, hiện tượng này còn phá hủy

động cơ chỉ sau vài phút xuất hiện. Vào thời điểm đó, các kỹ sư cho rằng những tiếng “lốc
cốc” có nguyên nhân từ hệ thống đánh điện được cung cấp cho các loại xe có chức năng
“đề”, còn những nhà phát triển động cơ cho biết họ có thể nâng cao sức mạnh và hiệu suất
của động cơ nếu hiện tượng đó được khắc phục.

6


Đứng trước thách thức đó, Charles F. Kettering, trưởng phịng nghiên cứu của hãng
General Motor đã giao cho người đồng nghiệp Thomas Midgley nhiệm vụ phải tìm ra một
cách chính xác nguyên nhân của hiện tượng. Ban đầu, họ sử dụng máy ghi áp lực DobbieMcInnes và đã chứng minh rằng những tiếng “lốc cốc” đó khơng xuất hiện do sự đánh lửa
sớm của hệ thống điện, mà nó xuất hiện đúng thời điểm áp suất tăng một cách mãnh liệt sau
khi bugi đánh lửa. Tuy nhiên, máy ghi áp lực khơng thích hợp cho các nghiên cứu sâu hơn, vì
vậy Midgley và Bob đã dùng một camera tốc độ cao để quan sát chính xác những gì đang
diễn ra khi động cơ làm việc, đồng thời, phát triển một máy hiển thị năng lượng cao để đo
mức độ của tiếng nổ.
Song song với những thử nghiệm của Thomas Midgley, Sir Harry Ricardo - chuyên
gia động cơ của quân đội Hoàng gia Anh - đưa ra khái niệm lựa chọn tỷ số nén tối ưu cho các
động cơ có tỷ số nén biến đổi. Tuy nhiên, tỷ số mà Ricardo đưa ra khơng phải là tuyệt đối vì
cịn rất nhiều các thơng số khác như thời gian đánh lửa, tình trạng sạch sẽ, vị trí của chốt
đánh lửa, nhiệt độ động cơ…
Các hãng xe, những nhà nghiên cứu động cơ cuối cùng phải thừa nhận rằng, họ đã
quên không nghiên cứu, không phát triển một thành phần quan trọng ảnh hưởng đến quá
trình hoạt động của động cơ đốt trong: nhiên liệu. Nhiên liệu dùng cho động cơ đốt trong tồn
tại một tính chất đặc biệt: nó sẽ tự cháy, tự kích nổ khi bị nén trong xi-lanh dưới áp suất cao,
trước cả khi bugi đánh lửa. Họ nhận ra sự cần thiết phải có một thơng số định lượng xác định
tính chất chống kích nổ của xăng. Thơng số này phải dễ hiểu, dễ xác định và hơn hết phải có
độ chính xác cao vì nó được dùng làm cơ sở hàng đầu để phân loại, định giá cho các sản
phẩm xăng thương mại, cũng như là yếu tố đóng một vai trị quan trọng đối với các nhà phát
triển động cơ.

Từ kết quả của những nhà nghiên cứu đi trước, năm 1927, Graham Edgar, một nhân
viên trẻ của hãng Ethyl Corporation tại Mỹ, đưa ra đề nghị sử dụng 2 hydrocacbon để đánh
giá mức độ kích nổ cho nhiên liệu: n-heptan và 2,4,4-trimetylpentan, hay còn được gọi một
cách khơng chính xác là iso-octan và tên gọi “chỉ số Octan” bắt nguồn từ đây. Hiện nay, sau
hơn 80 năm ra đời, nguyên tắc do Edgar đề nghị vẫn là nguyên tắc xác định chỉ số chống
kích nổ duy nhất được dùng trong các phòng tiêu chuẩn, phòng kiểm định chất lượng xăng
trên thế giới.
Iso-octan có chỉ số chống kích nổ cao, cịn n-heptan có khả năng chống kích nổ rất
kém và Edgar đã đề nghị sử dụng tỷ số của hai chất này để đánh giá khả năng chống kích nổ
của nhiên liệu sử dụng trong các động cơ đốt trong. Ông cũng đã chứng minh rằng, trị số
chống kích nổ của tất cả các loại xăng thương mại ngày đó đều có thể quy về tỷ số thể tích nheptan: octan nằm trong khoảng 60:40 đến 40:60. Như vậy, vào những năm 30 của thế kỷ
trước, chỉ số octan của nhiên liệu khoảng 40 đến 60 mà thôi.

7


Lý do mang tính kỹ thuật mà Edgar đưa ra khi dùng hai chất này là chúng có những
tính chất vật lý rất gần nhau như tính chất bay hơi và đặc biệt là nhiệt độ sơi, chính vì vậy,
khi ta thay đổi tỷ số “heptan: iso-octan” từ 100:0 đến 0:100 thì hầu như các thơng số trên
thay đổi khơng đáng kể. Điều này rất quan trọng đối với quá trình thử nghiệm, vì khả năng
bay hơi của nhiên liệu ảnh hưởng rất lớn đến hoạt động của động cơ.
Trải qua nhiều thập niên, có rất nhiều phương pháp đo chỉ số Octan được giới thiệu,
ngoài sự phong phú về thiết kế của động cơ cịn có cả sự phong phú về các điều kiện vận
hành. Giai đoạn 1950-1960, người ta cố gắng thiết lập một phương pháp đo chỉ số Octan tiêu
chuẩn mang tính tồn cầu, nhằm giảm thiểu sự tồn tại của quá nhiều phương pháp đo, quá
nhiều tiêu chuẩn đánh giá riêng của mỗi nước, ảnh hưởng xấu đến sự phát triển của ngành
thương mại dầu khí.
Trong bối cảnh đó, phương pháp do ASTM (American Society for Testing Materials Hiệp hội thử nghiệm vật liệu Hoa Kỳ) đề nghị dần trở nên thông dụng và cuối cùng các nhà
kiểm định chất lượng đã thống nhất dùng MON (Motor Octane Number - chỉ số Octan động
cơ) và RON (Research Octane Number - chỉ số Octan nghiên cứu).

Điều kiện đo của phương pháp MON rất khắc nghiệt, tốc độ động cơ cao và duy trì
trong một thời gian dài, mang tải trọng lớn. Do vậy, thơng số này thích hợp đối với các loại
xe vận tải đường trường, tốc độ vận hành cao và ổn định.
Ngược lại, phương pháp RON vận hành ở điều kiện nhẹ nhàng hơn, không thích hợp
với các trường hợp mang tải trọng lớn. RON phù hợp cho các loại xe chạy trong thành phố,
thường xuyên thay đổi tốc độ và tải trọng nhẹ.
Giai đoạn 1940-1960, các kết quả đo RON trở thành một chỉ tiêu quan trọng đánh giá
chất lượng xăng do nó có sự tương ứng với chỉ số Octan mà các nhà thiết kế động cơ yêu
cầu. Nhưng, những năm cuối của thập niên 60 thế kỷ trước, các nhà chế tạo động cơ Đức
khám phá ra rằng động cơ của họ tự phá huỷ khi chạy trên các xa lộ dài, thậm chí ngay cả khi
chỉ số RON vẫn nằm trong yêu cầu kỹ thuật.
Thiết kế của động cơ có ảnh hưởng đáng kể đến yêu cầu về chỉ số Octan tối ưu của
động cơ đó (cả về RON và MON). Những năm 1930, hầu hết các phương tiện giao thông vận
tải có sự nhạy cảm đặc biệt với chỉ số RON, và người ta quên đi thông số MON. Trong khi
đó, từ năm 1990, động cơ cần cả hai thơng số này, điều đó có nghĩa là động cơ khơng thể làm
việc bình thường chỉ với một thơng số độc lập (RON hoặc MON) khi mà sự thay đổi RON sẽ
kéo theo sự thay đổi MON.
Ngày nay, ở các loại xăng thương mại dùng cho các dòng xe hơi cao cấp, bên cạnh
RON, MON, thông số RON - MON = “độ nhạy” cũng được đưa vào chỉ tiêu kỹ thuật khi
động cơ vận hành. Nguyên nhân đưa ra khái niệm “độ nhạy” là do hai phương pháp này được
tiến hành ở hai điều kiện khác nhau, đặc biệt là nhiệt độ hỗn hợp khí nạp và tốc độ động cơ.
8


Loại nhiên liệu nào nhạy với sự thay đổi trong q trình vận hành sẽ có sự chênh lệch lớn
giữa RON và MON. Các nhiên liệu hiện nay thường có độ nhạy nằm trong khoảng 10.
Xăng khơng chì US 87 (87= (RON+MON)/2) của Mỹ được đề nghị có mức MON tối
thiểu là = 82, tránh cho việc xăng có độ nhạy quá cao. Còn với các loại xăng bán ở Việt Nam
như A90, A92 (chữ A do các nhà cung cấp xăng dầu Việt Nam đặt tên cho sản phẩm của
mình), Mogas90, Mogas92 (Mogas - viết tắt của Motor Gasoline, một cách gọi phổ biến trên

thế giới), chỉ số Octan được tính bằng giá trị nhỏ nhất của RON và giá trị MON được quy
định không nhỏ hơn 82.
IV-Lựa chọn chỉ số octan phù hợp:
Chỉ số Octan là một trong những yếu tố quan trọng quyết định quá trình vận hành của
động cơ. Lựa chọn giá trị Octan để động cơ "chạy" một cách êm ả, khoẻ khoắn và trường kỳ
là yêu cầu hàng đầu đối với những người sở hữu xe.
Chỉ số Octan nằm ngoài danh mục bảo hành của nhà sản xuất và việc đáp ứng những
yêu cầu kỹ thuật của nhiên liệu hoàn toàn phụ thuộc vào người sử dụng. Đầu tiên, để lựa
chọn được loại xăng phù hợp, cần phải biết kiểu động cơ đang sử dụng. Thị trường Việt Nam
hiện có rất nhiều hãng xe hơi và xe gắn máy, mỗi hãng xe đều có những cải tiến, thiết kế
riêng cho động cơ của mình. Có thể phân thành hai nhóm chính: được và khơng được trang
bị hệ thống điều hành tự động.
Các loại xe không được trang bị hệ thống điều hành tự động thường là xe gắn máy và
ơtơ đời cũ, chúng có đặc điểm chung là vẫn dùng bộ chế hồ khí để tạo ra hỗn hợp xăng
gió. Trong khi đó, hầu hết các hãng xe hơi có mặt ở Việt Nam hiện nay đều trang bị hệ thống
điều hành tự động cho các sản phẩm của mình. Trên các dịng xe này khơng gắn bộ chế hồ
khí mà nhiên liệu được bơm thẳng vào xi-lanh thông qua thiết bị bơm nhiên liệu tự động (EFI
- Electronic Fuel Injection).
Đối với các loại xe không trang bị hệ thống điều hành tự động, việc lựa chọn chỉ số
Octan sẽ khó khăn hơn vì động cơ không thể tự điều chỉnh về điều kiện vận hành tối ưu. Hơn
nữa, hiện tượng kích nổ phá huỷ động cơ rất nhanh nên người sử dụng các loại xe này phải
dùng loại nhiên liệu chắc chắn không gây ra hiện tượng kích nổ, dưới những điều kiện vận
hành mà họ thường xuyên gặp phải.
Bảng 1: Mối quan hệ giữa tỷ số nén và chỉ số octan tối ưu

Tỷ số nén
5:1
6:1
7:1
8:1


Chỉ số Octan tối ưu
72
81
87
92

Tỷ số nén
9:1
10:1
11:1
12:1

Chỉ số Octan tối ưu
96
100
104
108

Sau khi thử nghiệm
với nhiều dạng động cơ và
nhiều loại xăng có chỉ số
Octan khác nhau, các nhà
nghiên cứu đã đưa ra kết

9


luận lựa chọn chỉ số Octan dựa trên tỷ số nén của mỗi loại động cơ. Sự tương quan giữa tỷ số
nén với chỉ số Octan tối ưu và tuân theo quy luật nhiệt động học, tăng tỷ số nén đồng thời

cũng kéo theo sự tăng chỉ số Octan và hiệu suất nhiệt động.
Hiệu suất nhiệt động học tăng lên và đạt cực đại khi động cơ ở trạng thái chớm xuất
hiện hiện tượng kích nổ. Động cơ có tỷ số nén thấp làm cho hiệu suất làm việc cũng giảm đi
ương ứng. Quan hệ giữa tỷ số nén và chỉ số Octan như sau:
Với hai loại xăng bán trên thị trường hiện nay là Mogas 92 và Mogas 95, các xe gắn
máy có tỷ số nén từ 8:1 đến 9:1 đều có thể hoạt động một cách trơn tru nếu đảm bảo được
các thông số kỹ thuật khác như: tình trạng sạch sẽ của động cơ, vị trí chốt lửa và thơng số
qn tính vận hành “Run-on” (“Run-on” là thuật ngữ dùng để chỉ xu hướng tiếp tục hoạt
động của động cơ khi ngắt nguồn điện bugi, nếu quán tính này càng lớn, động cơ càng dễ bị
kích nổ).
Dịng xe cao cấp của các hãng xe hơi danh tiếng như Mercedes-Benz, GM Daewoo,
Lexus, BMW đang hoạt động ở Việt Nam, động cơ được trang bị hệ thống điều hành tự động
gồm hai hệ thống thứ cấp: Hệ thống kiểm sốt lưu lượng dịng khơng khí, lưu lượng dịng
nhiên liệu, thời gian đánh lửa bugi; và hệ thống cảm biến các thơng số nồng độ oxy trong khí
thải, mức độ kích nổ, nhiệt độ khí thải, nhiệt độ chất làm mát và nhiệt độ van nạp.
Trong trường hợp sử dụng loại xăng có chỉ số Octan khác loại đang dùng, hệ thống sẽ
lập tức đưa động cơ về trạng thái hoạt động tối ưu nhất đối với loại xăng đó bằng cách thay
đổi thơng số dịng nhiên liệu, dịng khơng khí để điều chỉnh hỗn hợp xăng-gió, ra lệnh cho
bugi đánh lửa sớm hay muộn (độ đánh lửa sớm tỷ lệ thuận với chỉ số Octan, 60 đối với xăng
93, 80 với xăng 96 và muộn 40 với xăng 91). Tuy nhiên, trên thực tế, vẫn có một giá trị về
chỉ số Octan tối ưu dành cho từng loại động cơ ở từng điều kiện vận hành nhất định, giá trị
này thường được các nhà sản xuất đưa ra.
Nếu loại nhiên liệu sử dụng có chỉ số Octan cao hơn, ta cũng không nhận được nhiều
năng lượng hơn so với sử dụng loại nhiên liệu có chỉ số Octan đúng như yêu cầu. Động cơ
đang vận hành trơn tru ở điều kiện tối ưu, vì thế, một nhiên liệu có chỉ số Octan cao hơn sẽ
chẳng có ảnh hưởng đáng kể nào đến hoạt động của chúng. Hơn nữa, khi sở hữu một chiếc
xe được trang bị những hệ thống hiện đại như vậy, cần phải lưu rằng hai yếu tố công suất
động cơ và sử dụng nhiên liệu một cách kinh tế có vai trị ngang nhau. Nhiên liệu có chỉ số
Octan cao hơn đương nhiên sẽ đắt hơn. Ta cũng có thể thay đổi chỉ số Octan ở các mùa khác
nhau (chọn loại xăng có chỉ số Octan thấp hơn về mùa đông) để tiết kiệm tiền mà không làm

giảm sức mạnh của động cơ.

10


Bảng 2:

Tỷ số nén của một vài mẫu xe máy và ôtô tại Việt Nam
Tỷ số nén của một vài mẫu xe máy và ôtô tại Việt Nam
Mẫu

Tỷ số nén

Honda SH (chung cho cả 125, 125i, 150)

11

Honda @ (chung cho 125 và 150)

11

Honda Dylan

11

Honda Super Dream

9

Honda Future (chung cho tất cả các phiên bản)


9,3

Honda Wave (chung cho tất cả các phiên bản)

9,3

Honda Click

11

Piaggio Zip

11

Piaggio Fly

10,6

Piaggio GT

12-13

Piaggio Liberty

10,6

Yamaha Classico

8,8


Yamaha Nouvo

8,8

Yamaha Serious

9,3

Yamaha Jupiter (chung cho tất cả các phiên bản)

9,3

Yamaha Exciter 135

11

Suzuki Smash

9,5

Suzuki Viva

9,3

Suzuki Shogun 125

9,5

Mazda Premacy


9,2

Ford Escape XLT 3.0

10

Ford Mondeo 2.5

9,7

Mercedes E240

10,2

BMW 318i

9,7

V-Nâng cao chỉ số octan:
1/Xăng pha chì:
Xăng pha chì ra đời giúp ngành công nghiệp ôtô chuyển sang một bước phát triển mới
nhưng nó đã bị cấm sử dụng do gây tác động xấu đến sức khoẻ con người. Phát hiện của
Charles F. Kettering, trưởng phòng nghiên cứu, sáng chế viên cao cấp hãng General Motors

11


và đồng nghiệp Thomas Midgley về nguyên nhân của hiện tượng kích nổ vào những năm đầu
của thập niên 1910 đã đưa ra thách thức mới cho ngành công nghiệp ơtơ thời kỳ đó: Tìm kiếm

giải pháp nâng cao tính chất chống kích nổ của nhiên liệu.
Trong suốt khoảng thời gian gần 10 năm sau đó, các hãng xe hơi, các cơng ty dầu khí,
cơng ty hố chất đã huy động rất nhiều nhà nghiên cứu, chi những khoản tiền khổng lồ để
giúp họ tập trung vào nghiên cứu, thử nghiệm hàng loạt các đề án nhằm loại bỏ hiện tượng
kích nổ. Lịch sử ngành cơng nghiệp ơtơ lại một lần nữa ghi tên những nghiên cứu viên xuất
sắc của hãng General Motor. Thomas Midgley, ngày 9/12/1921, đã khám phá ra tính chất
chống kích nổ đặc biệt của hợp chất cơ kim chứa chì mang tên “chì tetra-ethyl”. Một thành
cơng ngoài sức tưởng tượng của Thomas Midgley sau hơn 5 năm tiến hành thử nghiệm với
hàng trăm chất phụ gia khác nhau.
Phụ gia chì bao gồm các chất như tetrametyl chì (TML), tetraetyl chì (TEL) có tác
dụng hủy hợp chất trung gian hoạt động (peroxit, hydroperoxit) do đó làm giảm khả năng
cháy kích nổ, kết quả là trị số octan của xăng tăng lên. Cơ chế dùng phụ gia chì có thể mơ tả
như sau:
-Phân hủy TML trong động cơ:
Pb(CH3)4 → Pb + 4CH3
Pb + O2 → PbO2
-Tạo chất không hoạt động:
R-CH3 + O2 → R-CH2OOH (chất hoạt động)
R-CH2OOH + PbO2 → RCHO (chất không hoạt động) + PbO + H2O + ½ O2
Kết quả là biến các peroxit hoạt động thành các aldehit (RCHO) bền vững, làm giảm
khả năng kích nổ. Nhưng đồng thời PbO kết tủa sẽ bám trên thành xylanh, ống dẫn, làm tắc
đường nhiên liệu và tăng độ mài mòn. Do vậy người ta dùng các chất để đưa PbO ra ngoài.
Các chất mang hay dùng là C2H5Br hoặc C2H5Cl, cơ chế tác dụng như sau:
C2H5Br → C2H4 + HBr
2HBr + PbO → PbBr2 + H2O
Các sản phẩm PbBr2 , H2O là chất lỏng, có nhiệt độ sơi thấp sẽ bốc hơi và theo khí thải
ra ngồi. Hỗn hợp phụ gia chì và chất mang gọi là nước chì. Nước chì rất độc nên phải nhuộm
màu để phân biệt.

12



General Motor đã lựa chọn “chì tetra-ethyl” làm giải pháp cho hiện tượng kích nổ. Chỉ
cần 3-4 cc hợp chất này trong một gallon nhiên liệu (3,79 lít), hiện tượng kích nổ hồn tồn
biến mất. General Motor đã nâng ngành công nghiệp ôtô lên tầm cao mới, một thời kỳ phát
triển mới với những động cơ có tỷ số nén cao hơn, mạnh mẽ hơn, hiệu quả hơn và tiết kiệm
nhiên liệu hơn.
Năm 1923, song song với việc cải tiến động cơ, thiết kế những mẫu xe mới, General
Motor bắt đầu sản xuất “chì tetra-ethyl” thương mại và sau khi liên kết với hãng dầu khí
Standard Oil (Exxon Mobil ngày nay) vào năm 1924 để thành lập lên công ty Ethyl Corp.
Hàng loạt cơng ty hố chất khác tham gia vào liên minh này với tư cách là thành viên thứ 3.
Xăng pha chì bắt đầu chiếm lĩnh thị trường, sản lượng “chì tetra-ethyl” khơng ngừng tăng và
chỉ một thời gian ngắn sau đó tất cả các loại xăng trên thế giới đều pha “chì tetra-ethyl”. Nó
mang về cho General Motors lợi nhuận khổng lồ, đến nỗi Charles F. Kettering đã phải thốt
lên: “Đó là món quà từ thiên đường!”.
Sự phát triển của ngành công nghiệp ôtô gắn liền với “chì tetra-ethyl” trong suốt một
thời gian dài. Nhưng, như bao hố chất thơng dụng khác, bên cạnh những tính năng vượt trội,
“chì tetra-ethyl” bắt đầu có những ảnh hưởng đến sức khoẻ con người trên diện rộng. Không
phải đến tận khi có những số liệu thống kê về số người bị chết, bị thương do hít phải quá
nhiều khí thải từ xăng pha chì người ta mới biết đến những tính chất độc hại của nó. Ngay từ
những năm 1925, trong cuộc hội thảo về “chì tetra-ethyl” do Cục sức khoẻ cộng đồng Mỹ tổ
chức, Hamilton đã gọi General Motors và Charles F. Kettering là “những kẻ giết người không
hơn, khơng kém” khi cho phổ biến “chì tetra-ethyl”.
Cho đến nay chưa có phụ gia nào làm tăng mạnh chỉ số octan như phụ gia chì ( với
hàm lượng chì từ 0,1 đến 0,5 g/l xăng có thể làm tăng từ 6 đến 12 đơn vị octan). Tuy nhiên do
tính chất độc hại của phụ gia này mà hiện nay trên thế giới hầu như khơng cịn sử dụng nữa.
Năm 1975, Mỹ chính thức phê chuẩn quyết định cắt giảm hàm lượng “chì tetra-ethyl” trong
xăng, và đến năm 1986 cấm hồn tồn việc sử dụng xăng pha chì. Ở châu Âu, xăng pha chì bị
cấm sử dụng vào những năm 1990. Còn ở Việt Nam, ngày 1/11/2001, Thủ tướng cũng đã ra
quyết định cấm sử dụng xăng pha chì trên phạm vi toàn quốc.

2/MTBE, ETBE và TAME:
MTBE : methyl tert_butyl Ether (CH3)3COCH3 bắt đầu được sử dụng ở Mỹ từ 1979
để thay thế cho chì tetraethyl để gia tăng chỉ số octan. MTBE là một trong nhóm các hợp chất
gọi là oxygenate vì chúng làm tăng hàm lượng oxy trong xăng. Oxygenate giúp xăng cháy
hồn tồn hơn, giảm khí thải, pha loãng hoặc thay thế aromatic và lưu huỳnh và tối ưu sự oxi
hóa trong q trình cháy. Hầu hết các nhà lọc dầu chọn MTBE để làm phụ gia pha xăng. Việc
tăng hàm lượng MTBE trong xăng sẽ dẫn đến làm thay đổi áp suất hơi bão hoà, thành phần
cất phân đoạn của nhiên liệu, do đó khơng nên sử dụng lớn hơn lượng 15%.

13


Bên cạnh việc tăng trị số octan, hỗn hợp của xăng với oxygenate giúp giảm thiểu sự
thải hydrocacbon và CO từ xe cộ sử dụng nhiên liệu, do đưa vào xăng một lượng đáng kể oxy,
giúp cho quá trình cháy được xảy ra hồn tồn.
Ngồi ra cịn có các oxygenate khác như ETBE ( ethyl tert_butyl Ether), TAME (
tert_amyl methyl ether) có tính chất tương tự MTBE nhưng ít được sử dụng hơn.
Bảng 3: chỉ số octan của các oxygenate

Oxygenate

RON

MON

Methanol

127-136

99-104


Etanol

120-135 100-106

Tert-Butanol (TBA)

104-110

90-98

Metanol/TBA (50/50)

115-123

96-104

Metyl tert-butyl ete (MTBE)

115-123

98-105

Tert-Amylmetyl ete (TAME) 111-116

98-103

Etyl tert-butyl ete (ETBE)

110-119


95-104

Từ bảng 2 cho thấy, trị số RON của MTBE vào khoảng 115-123, do đó hỗn hợp 15%
MTBE trong xăng có trị số octan gốc là 87 sẽ tạo ra hỗn hợp có trị số RON nằm trong khoảng
91 đến 92, làm tăng từ 4 đến 5 đơn vị octan, tương đương với hàm lượng chì từ 0,1 đến 0,15
g/l.
Trên thế giới có rất nhiều nhà máy sản xuất MTBE, điển hình là ở Mỹ và Nhật Bản.
Mặc dù vậy, giá thành MTBE còn cao nên ảnh hưởng giá thành xăng. Tuy nhiên, đến cuối
thập kỷ 1990, MTBE bị báo động là hợp chất có khả năng gây bệnh cho người, đặc biệt là
ung thư. Mặc dù chưa có cơng trình khoa học nào nghiên cứu về tác động của MTBE lên sức
khoẻ con người, nhưng kết quả nghiên cứu trên chuột cho thấy, nếu hít thở thường xuyên sẽ
dẫn đến ung thư thận, tinh hoàn và bệnh bạch cầu. Ngồi khả năng lan toả trong mơi trường,
MTBE cịn thấm vào đất đi vào mạch nước ngầm...Bên cạnh đó, MTBE là một chất khơng
phân huỷ sinh học và có khả năng lắng đọng. Theo cơ quan nghiên cứu ung thư quốc tế
(IARC) của liên hiện quốc, MTBE được xếp vào nhóm có khả năng gây ung thư cho người ở
liều lượng lớn. Vì vậy, một số bang ở Mỹ đã cấm sử dụng MTBE là chất phụ gia trong xăng
và xu hướng cấm sử dụng hợp chất này đang lan rộng.

14


3/Ethanol:
C2H5OH có trị số octan rất cao 120÷135, do đó hỗn hợp 10% với xăng 87 sẽ thu được
hỗn hợp có trị sỗ RON khoảng 90÷92
Etanol có thể được điều chế theo các phương pháp khác nhau:
-

Từ ethylene, với xúc tác acid lỗng, ta thu được cồn cơng nghiệp.
Từ tinh bột và xenlulozo, sau khi điều chế, etanol cần phải hấp thụ nước trong đó để

nồng độ đạt 99%. Vì nếu lẫn nhiều nước sẽ có hiện tượng tách pha xăng khi pha chế.
Ngày nay , người ta nghiên cứu sử dụng etanol 96% có pha thêm phụ gia chống tách
pha như propanol, butanol rất khả quan.

Ngày nay xu hướng sử dụng etanol trở nên phổ biến nhất là các nước có sẵn nguồn
ngun liệu mía đường như Brazil. Etanol là nhiên liệu không độc hại, trợ giúp cho quá trình
cháy nhiên liệu khống trở nên hồn tồn hơn, khơng thải ra khí độc hại. Tại Mỹ, etanol được
sử dụng với 10% thể tích, cịn ở Brazil là 20%.
Tuy nhiên, etanol có nhược điểm là hút ẩm nhiều, làm tăng nguy cơ thâm nhập của nước
vào xăng. Một lượng lớn etanol sẽ làm tăng RVP của nhiên liệu.
4/ Phụ gia Metanol:
CH3OH trước đây được điều chế bằng phương pháp chưng cất gỗ. Khi công nghiệp
phát triển, methanol được tổng hợp bằng phản ứng oxy hóa khơng hồn tồn khí thiên nhiên,
với xúc tác V2O5 , BiMoO4 hoặc MoO3 trên chất mang là cacbosit hoặc aerosit; các kim loại
Fe, Ni, Cu, Pd … hoặc các oxit của chúng; hoặc hỗn hợp oxit và kim loại.
Ở nước ta hiện nay, nguồn khí thiên nhiên dồi dào mở ra con đường có thể tổng hợp
MeOH cho công nghiệp phụ gia. Ưu điểm của methanol là trị số Octan cao, giá thành rẻ do
điều chế tương đối dễ dàng, nhiên liệu cháy sạch, khí thải không gây ô nhiễm môi trường.
Nhược điểm là nhiệt trị thấp, nên nếu sử dụng một lượng lớn methanol sẽ làm giảm công suất
đông cơ. Mặt khác, áp suất hơi bão hòa (RVP) thấp nên sau khi pha chế có thể làm giảm RVP
của xăng. Ngồi ra khả năng tan vô hạn trong nước cũng dẫn tới hậu quả không tốt đối với
xăng pha chế.
5/ Phụ gia TBA:
Hiện nay TBA dùng pha chế với metanol (tỉ lệ 1:1). Hỗn hợp này
làm giảm khả năng tách lớp giữa 2 pha matanol và xăng, tạo điều kiện cho
sự tạo thành hỗn hợp đồng nhất, đồng thời TBA cải thiện sự giảm RVP của
metanol khi pha. TBA cũng có khả năng hút ẩm cao tuy khơng bằng etanol

Hình 3: Tert butyl
alcohol


15


và metanol.
6/Phụ gia dimetyl ete (DME):
DME bình thường là chất khí nhưng dễ hóa lỏng nên cũng dễ dàng dự trữ và vận
chuyển. DME có nhiều tính chất giống nhiên liệu, nên thông thường người ta sử dụng như là
một phần để pha vào nhiên liệu làm tăng trị số octan. So với metanol, DME có nhiệt trị cao
hơn (28,9.106 J/Kg so với 21,1.106 J/Kg) nên sử dụng DME không làm giảm công suất động
cơ. Thêm nữa, DME cháy sạch, khơng tạo các khí thải độc hại
nên có triển vọng là 1 phụ gia tốt.
Do DME có độ bay hơi cao nên người ta thường hịa
tan DME vào dung mơi trước khi pha chế. Dung mơi sử dụng
chính là metanol.

Bảng 4:

Hình 4: dimetyl ete

So sánh ưu nhược điểm của các phụ gia chứa oxy

Loại phụ gia
Metanol

Nhược điểm
-Dễ tan trong nước

-Dễ kiếm


Etanol

Ưu điểm
-Rẻ

-Làm tăng RVP

-Có ở từng vùng

-Làm tăng khả năng cháy nổ
-Dễ tan trong nước
-Làm tăng RVP

TBA/Metanol -Dễ kiếm

MTBE

-Làm tăng khả năng cháy nổ
-Có hịa tan được đước

-Khơng tạo pha phân cách -Làm tăng RVP
-An tồn
-Đắt
-Sẵn có

DME

-Làm tăng khả năng bay hơi của phân đoạn giữa

-Ít hịa tan trong nước

-Có thể điều chế được

-Tạo ô nhiễm nếu như tràn ra đất, nước
-Dễ bay hơi

-Ít hịa tan trong nước

-Làm tăng RVP

16


Bảng 5: Thành phần phụ gia chứa oxy pha vào xăng:

Các phụ gia chứa oxy % thể tích trong xăng % TL oxy trong xăng
Etanol
10
3,5
MTBE
15
2,7
Metanol + TBA
4,75 + 4.75
3,5

Bảng 6: Một số đặc tính điển hình của xăng có phụ gia chứa oxy:

Đặc tính
MTBE ETBE TAME MeOH EtOH
Octan pha trộn (R+M)/2

109
110
105
118
114
RVP của hỗn hợp pha trộn, psi
8
4
4
60+
19
RVP của phụ gia chứa oxy, psi
8
4
1,5
4,6
2,4
% TL oxy của phụ gia chứa oxy
18,2
15,7
15,7
50
33,7
TL mol
88,15 102,18 102,18 32,04 46,07
60
Tỷ trọng của phụ gia chứa oxy, d60
0,74
0,77
0,77

0,79
0,79
7/Phụ gia Plutocen G:
Plutocen G là hợp chất cơ kim của sắt, có độ tinh khiết
cao và hàm lượng sắt lớn. Tên khoa học là dixyclopentadien sắt
(Ferocon) hay bis-xyclopentadienyl sắt (C5H5)2Fe.
Phụ gia Plutocen G có cơ chế hoạt động tương tự phụ gia
chì, nhưng khơng làm tăng cao chỉ số octan như phụ gia chì, pha
30ppm Plutocen vào xăng làm tăng khoảng 3 đơn vị octan. Đức là
quốc gia sử dụng Plutocen nhiều nhất, từ những năm 1980.
Plutocen không ảnh hưởng đến thành phần khí xả nên
khơng gây độc hại cho mơi trường, khơng gây dị ứng da, có độc
tố rất thấp đối với động vật có vú, độ tan rất thấp trong nước loại
bỏ được nguy cơ lẫn nước thâm nhập vào xăng và tồn đọng dưới
Hình 5: Plutocen

đáy bồn, tránh được sự gỉ bồn bể chứa.

17


Bảng 7: Các đặc tính của Plutocen

Các thơng số
Chỉ tiêu
Màu sắc bên ngoài
Vàng da cam, dạng tinh thể
Mùi đặc trưng
Giống mùi long não
Khối lượng phân tử

186
Thành phần chủ yếu: Ferocen (dicyclopentadien Fe)
>99% KL
Tiếp xúc với ánh sáng
Bền vững
0
Độ tan trong nước ở 25 C
6,3 mg/l
Độ tan trong toluen
Max 0,01% Kl
Điểm nóng chảy
173-1750C
Khối lượng riêng ở 150C
1,49 g/ml
0
Nhiệt độ sơi, C
249
0
Nhiệt độ bắt cháy, C
>150
0
Áp suất hơi ở 40 C
6,6 kPa
Độ tinh khiết, %KL
99,9
8/Phụ gia MMT (metylxyclopentadienyl Mangan Tricacbonyl):
MMT có cơng thức hóa học (CH3C5H4)Mn(CO)3. Đây là phụ gia thay thế thành cơng
nhất phụ gia chì. Hiện nay Canada đi đầu trong việc sử dụng MMT. Khơng có dấu hiệu ảnh
hưởng của phụ gia này đến môi trường cũng như sức khỏe con người. Trong khói thải của
động cơ sử dụng MMT, hợp chất Mn tồn tại dưới dạng Mn3O4. Nhiều nghiên cứu đã kết luận

rằng lượng Mn thải ra môi trường khi sử dụng MMT là rất nhỏ. So với TEL và một số phụ
gia khác thì MMT có những ưu điểm sau:
-Sử dụng với hàm lượng thấp, chỉ từ 8-18 mg Mn/l
-Thích hợp với mọi vật liệu chế tạo động cơ.
-Ngăn chặn được sự mất mát nhiệt do cháy sớm.
-Khơng ăn mịn thiết bị.
-Khơng ảnh hưởng đến bộ chuyển đổi xúc tác.
Hình 6: MMT

-Rẻ hơn các phụ gia khác.
-Giảm thiểu khí thải độc hại.

18


Với ưu thế kể trên, phụ gia MMT đang được sử dụng rộng rãi tại canada, Mỹ Latinh,
châu Âu. Theo tính tốn của một số tác giả trong nước, sử dụng MMT tiết kiệm đc 50đ/l xăng.
Hiện nay trên thế giới cũng có xu hướng sử dụng tổ hợp phụ gia tăng octan, phổ biến là tổ hợp
etanol/MMT/Plutocen để hình thành cơ chế mới trên cơ sở kết hợp ưu điểm của chúng.
Tuy nhiên,MMT cũng có nhược điểm: một phần phụ gia đọng lại trong các bộ phận của
động cơ và trong bộ xúc tác, chúng bịt bề mặt của xúc tác làm giảm hiệu quả của bộ lọc xúc
tác. Một lượng sản phẩm cháy phủ lên bugi gây sự mất lửa và hoạt động kém của động cơ.
9/Nâng cao chỉ số octan thơng qua q trình lọc dầu:
Người ta đã và đang nghiên cứu cải tiến các hệ thống thiết bị và xúc tác trong các phân
xưởng nhà máy lọc dầu nhằm sản xuất trực tiếp xăng có chỉ số octan cao qua đó giảm lượng
phụ gia, góp phần giảm thiểu ơ nhiễm mơi trường.
a. Xăng của q trình reforming xúc tác.
Quá trình refoming xúc tác các hiđrocacbon là một q trình phức tạp bao gồm:
+ Đehiđro hố các naphten thành các hiđrocacbon thơm;
+ Đehiđro vịng hố các parafin thành các naphten;

+ Đồng phân hoá các parafin và naphten thành isoparafin...
Các quá trình này đều dẫn tới các loại hiđrocacbon có chỉ số octan cao. Chính vì thế,
các đặc trưng của xăng refoming xúc tác là rất tốt cho các động cơ ôtô và máy bay. Xăng thu
được của quá trình reforming xúc tác được gọi là reformat. Đây là nguồn ngun liệu chính để
phối trộn tạo xăng có chất lượng cao, chúng có chứa một hàm lượng các hợp chất aromatic
cao nên chỉ số octan của no cao (RON = 95- 102). Tuy nhiên do aromatic gây ô nhiễm môi
trường nên bị hạn chế sử dụng.
b. Xăng cracking xúc tác:
Đây là nguồn cho xăng lớn nhất trong nhà máy lọc dầu. Trị số octane của xăng này
khoảng 87- 92 tuỳ theo điều kiện cơng nghệ. Thành phần hóa học chứa tới 9- 13%
hydrocacbon olefine. Sự có mặt của của các olefine này chính là nguyên nhân làm mất tính ổn
định của xăng.
Các xăng cracking nhiệt có chỉ số octan cao hơn các xăng chưng cất trực tiếp. Thông
thường chỉ số octan RON của xăng cracking nhiệt là 70 ÷ 80. Xăng crackinh nhiệt khơng bền
vững, chúng có khuynh hướng để cho gôm phát triển tương đối mạnh trong q trình bảo
quản tại kho với sự có mặt của khơng khí. Tuy nhiên người ta đã tìm ra các phương pháp làm
19


sạch xăng hay dùng chất kìm hãm tạo gơm cho phép có thể dùng xăng mà khơng có bất kỳ
một bất tiện nào đối với ôtô. Nhưng người ta không thể, ngay cả bằng cách tăng cường các
biện pháp xử lí hố học bằng các chất kìm hãm, làm cho xăng cracking nhiệt có một độ bền
vững đủ để sử dụng chúng làm xăng máy bay. Ngược lại, cracking xúc tác cho các kết quả
thoả mãn hơn nhiều, vì thực tế các xăng cracking xúc tác không chứa những hiđrocacbon
diolefin mà chúng là những hiđrocacbon kém bền vững nhất.
Chỉ số octan RON > 90 của các xăng cracking xúc tác là do:
- Các hiđrocacbon nhẹ của xăng chứa một tỉ lệ lớn các iso-parafin và iso-olefin.
- Các hiđrocacbon nặng của xăng đặc biệt giàu các hiđrocacbon thơm. Chúng ta biết
rằng chỉ số octan của ba loại hiđrocacbon này lớn hơn nhiều so với chỉ số
octan của các parafin mạch thẳng.

c. Xăng Isomerate:
Phần xăng nhẹ (chủ yếu C5, C6) từ tháp chưng cất dầu thơng qua phân xưởng isome
hóa tạo xăng isomerate chứa các isoparafin có chỉ số octan cao. Xăng reforming xúc tác
thường ít phần nhẹ, người ta thường pha thêm isomerate để tăng octan và áp sức hơi bão hịa.
d. Alkylat
Trong cơng nghệ lọc hóa dầu người ta sử dụng q trình alkyl hóa để sản suất xăng có
trị số octane cao. Ngày nay q trình alkyl hóa được sử dụng phổ biến ở các nước trên thế
giới. Với quá trình này, người ta đã tạo ra một nguồn phối liệu có trị số octane cao hầu như
khơng có tạp chất và các hợp chất aromatic đáp ứng yêu cầu sản suất xăng sạch bảo đảm các
yêu cầu về động cơ và mơi trường.
Trong các nhà máy lọc hố dầu có các khí dư:
- Loại parafin:

CH4 , C2H6 , C3H8 , C4H10 và iso-C4H10

- Loại olefin: C3H4 , C3H6 , 1-buten, 2-buten và iso-buten.
Đây là nguồn nguyên liệu quý để tổng hợp các xăng có chỉ số octan cao. Chúng ta biết
rằng các hiđrocacbon có tính kháng nổ cao là các đồng phân phân nhánh, nghĩa là trong các
phân tử này chứa nguyên tử cacbon bậc ba. Sự phân nhánh càng nhiều thì chỉ số octan của
phân tử càng cao. Hơn nữa người ta cũng nhận thấy rằng độ bền của phân tử với sự va chạm
tăng lên khi phân tử “tự tập trung lại” hay dưới tác dụng của hiệu ứng phân
nhánh. Ví dụ đối với hiđrocacbon parafin C7 :
- n-heptan có chỉ số octan 0 (theo quy ước).
20


- 2-metylhexan có chỉ số octan 45.
- 3-metylhexan có chỉ số octan 65.
Chỉ số octan tăng lên khi các nhánh tập trung về trung tâm của phân tử:
- 3,3-đimetylpentan có chỉ số octan 94.

- 2,2,3-trimetylbutan (triptan có chỉ số octan 105.
Triptan có thể được sử dụng trong một mơ tơ mà tỉ lệ nén là khoảng 15/1.
Luật tăng chỉ số octan của các hiđrocacbon parafin với sự tập trung của phân tử vào
phía tâm của nó là rất tổng qt và ta có thể thấy sự thay đổi hồn tồn tương tự đối với các
hiđrocacbon C6 , C8 ... và nên nhớ rằng “độ nhạy” hay hiệu số giữa RON và MON tăng lên
với sự tập trung của phân tử vào phía tâm của nó.
Nói chung, người ta nhận thấy rằng những olefin riêng biệt có chỉ số octan cao hơn
một chút so với các parafin tương ứng, trước hết là những hiđrocacbon C8. Mặt khác, độ
nhạy và chỉ số octan của hỗn hợp các olefin là cao hơn nhiều so với độ nhạy và chỉ số octan
của hỗn hợp các parafin có cùng số nguyên tử cacbon. Chỉ số octan của các naphten cao hơn
một chút so với chỉ số octan của các parafin tương ứng nhưng độ nhạy của chúng khơng cao
hơn. Những hiđrocacbon aromatic có chỉ số octan rất cao. Độ nhạy của chúng trong hỗn hợp
cũng rất lớn như chỉ số octan khi nồng độ của chúng trong hỗn hợp nhỏ. Từ những nhận xét
trên đây ta sẽ thực hiện chuyển hố các khí thành các nhiên liệu có chỉ số octan
càng cao càng tốt. Các phương pháp tổng hợp như sau:
* Polime hoá xúc tác (oligome hố)
- Ngun liệu đầu là các olefin đã nói ở trên.
- Xúc tác: axit H3PO4 , pyrophotphat đồng, quartz tẩm H3PO4 lỏng.
- Lị phản ứng có chứa chất xúc tác có thể là một thùng lớn hay là những ống phản ứng
có đường kính tương đối nhỏ mà người ta có thể làm lạnh chúng bằng nước.
- Nhiệt độ phản ứng thơng thường là 150 ÷ 220°C và độ chuyển hố của olefin có thể đạt
tới 85 ÷ 95% chỉ qua 1 vòng phản ứng.
- Tốc độ cung cấp olefin có thể dùng từ 0,1 ÷ 0,5 m3/h tuỳ theo độ hoạt động của xúc tác
và áp suất có thể đi từ 35 bar ÷ 70 bar.

21


Để tránh sự phân huỷ của xúc tác, giữ độ hoạt động lâu dài của chúng, người ta thường
đưa khoảng 5% nước vào nguyên liệu đầu và làm lạnh phản ứng, giữ nhiệt độ phản ứng sao

cho không vượt quá 220°C.
Việc polime hoá chọn lọc nhưđime hoá isobuten hoặc đồng đime hoá isobuten và buten,
tiếp theo là hiđro hoá cho ta những iso-octan có chỉ số octan F3 ~ 100. Các phản ứng đime
hoá chọn lọc này dần dần được thay thế bằng ankyl hố có tính ưu việt hơn.
* Ankyl hoá hiđrocacbon phân nhánh bằng olefin nhẹ :
Những hiđrocacbon bão hồ có chứa ngun tử cacbon bậc 3 như isobutan, isopentan... kết
hợp dễ dàng với các hiđrocacbon etilenic khi có mặt của các xúc tác như H2SO4 , HF.
C2H4 + iso-C4H10

→ 2,2-đimetylbutan,

RON = 92

C2H4 + iso-C4H10

→ 2,3-đimetylbutan,

RON = 101

C2H4 + iso-C4H10

→ 2,2,4-trimetylpentan,

RON = 100

Nếu chúng ta dùng các iso-olefin, ta sẽ được các sản phẩm sau đây:
iso-C4H8
iso-C5H10
C3H6


+ iso-C4H10
+ iso-C4H10

+ iso-C4H10

→ iso-octan
→ iso-nonan
→ iso-heptan

RON = 92 ÷ 94
RON = 90 ÷ 92
RON = 89 ÷ 91

Trong công nghiệp, nếu dùng H2SO4 làm xúc tác cho các phản ứng trên, thường
người ta phải quay vòng phản ứng nhiều lần đối với iso-butan sao cho giữ được trong lò phản
ứng tỉ lệ iso-C4H10 /olefin = (6 ÷ 8)/1. Sở dĩ phải giữ tỉ lệ này vì olefin bị hấp thụ bởi axit
H2SO4 rất dễ dàng. Nếu tỉ lệ này càng lớn thì hiệu suất sẽ càng cao và việc tiêu tốn axit
H2SO4 /1 lít alkylat càng thấp.
Xúc tác H2SO4 nồng độ lúc ban đầu là 98% sau đó có thể kết hợp dùng H2SO4
đã sử dụng có nồng độ 90%. Thơng thường người ta dùng axit H2SO4 với nồng độ ban đầu
98% và việc tiêu tốn tổng cộng axit là từ 1,5 kg ÷ 6,5 kg /1m3 alkylat. Nếu H2SO4 khơng thể
tái sinh được thì người ta có thể dùng chúng vào mục đích khác như để tinh chế dầu bơi trơn.
Ankyl hố với sự có mặt của axit H2SO4 là một phương pháp đắt tiền do phải tiêu tốn nhiều
axit. Với việc dùng axit HF làm xúc tác thì người ta có thể thu hồi HF ở cuối mỗi một vịng
phản ứng nên sự tiêu tốn axit HF giảm xuống (từ 0,8 ÷ 2,3 kg/m3 alkylat).

22


Bảng 8:


Các thành phần cao octan trong xăng

Loại cấu tử
Toluen

RON
115

MON
102

o-xylen

120

103

p-xylen

140

127

xyclopentan

100

85


metylxyclopentan

>100

>100

xyclohexan

83

78,6

Isopropylbenzen

108

99

Alkylate

93-97

91-96

Isomerate

85-95

80-90


VI- GIỚI THIỆU MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐO CHỈ SỐ OCTAN:
1/ OCTANE meter SX-200:

Hình 7: Máy đo chỉ số octan SX-200

23


Thông số kỹ thuật

MÁY ĐO CHỈ SỐ OCTANE model: SX-200
SHATOX SX-200 PORTABLE OCTANE TESTER
Khả
năng:
• Xác định số octane trong xăng dầu động cơ. Tuân theo tiêu chuẩn ASTM D 2699-86, ASTM D 2700-86.
• Xác định số octane trong xăng dầu động cơ.
Tuân theo tiêu chuẩn ASTM D 4737-03, ASTM D 613, EN ISO5165.
• Xác định nhiệt độ đơng đặc và loại nhiên liệu diesel.
• Thời gian xăng dầu phân hủy (ổn định oxy hóa). Tuân theo tiêu chuẩn ASTM D 525;
• Đo mức độ tinh khiết của xăng dầu.
Octane Tester SX-200 được thiết kế để phân tích, đo lường chỉ số Octan, chỉ số Cetane của nhiên
liệu, vàcũng để ước lượng nhiệt độ đóng băng của nhiên liệu, mức độ tinh khiết, và chất lượng của động cơ,
công nghiệp và máy biến áp dầu.
SX-200 cho kết quả đo chính xác. Kết quả đo, phân tích được lưu trữ và cố thể chuyển giao sang máy tính.
Máy có thể cài đặt một chương trình đo riêng biệt (theo yêu cầu của người sử dụng) và cho phép điều chỉnh
việc phân tích chất lượng xăng dầu. SX-200 sử dụng bộ vi xử lý giúp cho việc đo, phân tích, xử lý nhanh và
chính xác. Kết quả chỉ số Octane đo được hiển thị đồng thời chỉ số RON, MON
Phạm vi sử dụng:
Octane Tester SX-200 được sử dụng phổ biến tại các trạm xăng, nhà máy lọc dầu khí, tổ chức mơi
trườngvà giám sát, dùng trong phịng thí nghiệm … như một thiết bị cầm tay để kiểm soát nhiên liệu và chất

lượngxăng dầu.
Mô tả thông số

Đơn vị đo

Giá trị

Khoảng đo chỉ số Octane trong xăng dầu

ON

40-120

Giới hạn lỗi cơ bản chấp nhận được của chỉ số Octane, tối đa

ON

± 0.5

Giới hạn khác nhau chấp nhận được giữa các phép đo Octane song song,
ON
tối đa

± 0.2

Khoảng đo chỉ số Cetane trong xăng dầu

CN

20-100


Giới hạn lỗi cơ bản chấp nhận được của chỉ số Cetane , tối đa

CN

±1.0

Giới hạn khác nhau chấp nhận được giữa các phép đo Centane song song,
CN
tối đa

± 0.5

Đo mức độ tinh khiết của dầu động cơ, lớn nhất

%

95

Độ chính xác của đo độ tinh khiết của dầu động cơ, lớn nhất

%

0.1

Giới hạn khác nhau chấp nhận được giữa các phép đo độ tinh khiết của dầu
%
động cơ, lớn nhất

0.01


Khoảng đo độ dẫn điện của nhiên liệu,

unit

1-5

Độ chính xác của khoảng đo độ dẫn điện

unit

0.001

Giới hạn khác nhau chấp nhận được giữa các phép đo độ dẫn điện của dầu unit

0.001

24


động cơ, lớn nhất
Khoảng đo điện thế trong nhiên liệu

kV

5-100

Độ chính xác của khoảng đo điện thế, lớn nhất

kV


1

Giới hạn khác nhau chấp nhận được giữa các phép đo điện thế của dầu
kV
động cơ, lớn nhất

0.2

Khoảng đo chất điện môi

%

0.01 - 5

Độ chính xác của khoảng đo điện mơi, lớn nhất

%

0.01

Giới hạn khác nhau chấp nhận được giữa các phép đo điện môi của dầu
%
động cơ, lớn nhất

0.001

Khoảng thời gian đo

Giây


1–5

Nguồn điện cung cấp thiếu hiển thị tại ngưỡng

V

5.4

electronic module

mm

100х210х25

sensor

mm

60х100

gr

680

Kích thước

Trọng lượng với sensor

2/ Máy đo chỉ số OCTAN cầm tay - Mỹ: MODEL ZX-101XL

Tính năng:

• Cấp chính xác phịng thí nghiệm
• Cho kết quả nhanh chỉ trong 20 giây
• Đầu ra RS 232
• Trang bị máy in và màn hình LCD
• Sử dụng lượng mẫu đo nhỏ: 226,8g
• Khơng làm hỏng mẫu
• Đo các loại xăng khơng pha chì
• Kết quả có thể đo trực tiếp theo: MON, RON,
(R+M) / 2
• Là thiết bị điện tử có độ tin cậy cao
• Dễ sử dụng, di chuyển
• Đã được cấp bằng sáng chế cơng nghệ

Hình 8: Máy đo chỉ số octan ZX-191XL

Máy đo chỉ số octan thế hệ ZX-101XL là một thiết bị được thiết kế gọn nhẹ, giúp người sử
dụng dễ dàng xác định chỉ số Octan với độ chính xác cao, thuận tiện cho việc nghiên cứu và
kiểm tra chất lượng của các loại sản phẩm nhiên liệu.
Các thiết bị phân tích chỉ số Octan hiện đang được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp
lọc dầu, trong các phịng thí nghiệm, trung tâm nghiên cứu trên khắp thế giới. Máy ZX-

25