Nhiên liệu động cơ xăng

Xăng hay còn gọi là Ét xăng (tiếng Pháp: essence) là một chất lỏng dễ cháy có nguồn gốc từ dầu mỏ, chủ yếu được dùng làm nhiên liệu cho các động cơ đốt trong. Xăng bao gồm chủ yếu các hợp chất hữu cơ thu được từ quá trình chưng cất phân đoạn dầu mỏ, được bổ sung nhiều loại phụ gia để cải thiện hiệu suất.

Đặc tính chống cháy sớm của xăng (nguyên nhân gây ra hiện tượng kích nổ và giảm hiệu suất trong động cơ piston) được đo bằng chỉ số octane, và xăng được sản xuất theo nhiều cấp độ khác nhau. Sau khi sử dụng rộng rãi, chì ê-ty-len và các hợp chất chứa chì khác không còn được dùng trong hầu hết các lĩnh vực (chúng vẫn được sử dụng trong hàng không và đua xe). Các chất phụ gia khác thường được thêm vào xăng để cải thiện tính ổn định, hiệu suất hóa chất, kiểm soát ăn mòn và cung cấp hệ thống làm sạch nhiên liệu. Xăng có thể chứa các hóa chất chứa oxy như ethanol, MTBE hoặc ETBE để cải thiện quá trình đốt cháy.

Xăng có thể xâm nhập vào môi trường một cách không kiểm soát, dưới dạng lỏng hoặc hơi, do rò rỉ và xử lý không đúng cách trong quá trình sản xuất, vận chuyển và phân phối (ví dụ: từ bể chứa, sự cố tràn, v.v.). Để kiểm soát các rò rỉ này, nhiều bể chứa ngầm hiện nay phải được trang bị các biện pháp phát hiện và ngăn chặn rò rỉ nghiêm ngặt. Xăng chứa benzen và các chất gây ung thư khác đã được biết đến.

Lịch sử

Các động cơ đốt trong đầu tiên sử dụng trong vận chuyển, được gọi là động cơ Otto, được phát triển ở Đức vào cuối thế kỷ 19. Nhiên liệu cho các động cơ này là một hydrocarbon dễ bay hơi thu được từ khí than, với điểm sôi khoảng 85°C (185°F) (octane sôi cao hơn khoảng 40°C), phù hợp cho các bộ chế hòa khí ban đầu. Sự phát triển của bộ chế hòa khí 'vòi phun' cho phép sử dụng nhiên liệu ít bay hơi hơn. Những nỗ lực tăng hiệu suất động cơ bằng cách nâng tỷ số nén đã gặp khó khăn do hiện tượng kích nổ sớm.

Năm 1891, quá trình lọc dầu của Shukhov trở thành phương pháp thương mại đầu tiên trên thế giới để phá vỡ các hydrocarbon nặng trong dầu thô, tăng tỷ lệ sản phẩm nhẹ so với chưng cất đơn giản.

Giai đoạn 1903 đến 1914

Sự phát triển của xăng đã song hành với sự thống trị của dầu mỏ trong thế giới công nghiệp hóa. Trước Thế chiến thứ nhất, Anh là cường quốc công nghiệp hàng đầu và phụ thuộc vào hải quân để bảo vệ việc vận chuyển nguyên liệu từ các thuộc địa. Đức, đang công nghiệp hóa, cũng thiếu nhiều tài nguyên thiên nhiên. Vào những năm 1890, Đức bắt đầu xây dựng hải quân để cạnh tranh với Anh. Than là nhiên liệu cho hải quân của cả hai nước, nhưng những phát triển mới về dầu làm nhiên liệu đã thay đổi cuộc chơi. Tàu chạy bằng than có nhiều nhược điểm chiến thuật và dầu mỏ đã nhanh chóng trở thành lựa chọn ưu tiên cho hải quân. Tuy nhiên, Anh và Đức có rất ít trữ lượng dầu trong nước. Anh đã giải quyết được vấn đề này bằng cách đảm bảo dầu từ Royal Dutch Shell và Công ty dầu mỏ Anglo-Persian, điều này xác định nguồn gốc và chất lượng của xăng.

Trong giai đoạn đầu phát triển động cơ xăng, máy bay phải sử dụng xăng xe cơ giới vì xăng hàng không chưa tồn tại. Những nhiên liệu ban đầu này là sản phẩm phụ từ quá trình chưng cất dầu thô để sản xuất dầu hỏa. Xăng chưng cất trực tiếp sớm nhất không có sự pha trộn của các sản phẩm từ các loại dầu khác nhau, dẫn đến chất lượng không đồng đều. Thành phần và chất lượng của nhiên liệu thay đổi tùy thuộc vào nguồn dầu thô.

Các vấn đề về động cơ do đốt cháy không đều (kích nổ động cơ và đánh lửa trước) từ nhiên liệu kém chất lượng chưa được hiểu rõ, và không có hệ thống đánh giá khả năng chống cháy bất thường cho xăng. Ban đầu, xăng được đánh giá dựa trên trọng lượng riêng qua thang đo Baumé và độ bay hơi theo các điểm sôi. Những loại xăng từ dầu thô phía đông có kết quả Baumé cao (65-80 độ Baumé) và được gọi là xăng 'High-Test' Pennsylvania, thường được sử dụng cho động cơ máy bay.

Đến năm 1910, nhu cầu xăng tăng cao do sản xuất xe hơi phát triển và nhu cầu dầu hỏa giảm do điện khí hóa. Ngành công nghiệp dầu đối mặt với vấn đề sản xuất dầu hỏa quá mức và xăng kém chất lượng. Giải pháp đến vào năm 1911 với quy trình cracking nhiệt của Burton, tăng sản lượng xăng từ hydrocarbon nặng hơn. Điều này cùng với mở rộng thị trường xuất khẩu dầu hỏa dư thừa đã giải quyết vấn đề nguồn cung. Xăng cracking nhiệt được trộn với xăng chưng cất trực tiếp và các loại xăng pha trộn để đạt kết quả Baumé mong muốn.

Sự biến động dần trở nên quan trọng hơn so với thử nghiệm Baumé, mặc dù cả hai vẫn được sử dụng để đánh giá xăng. Vào tháng 6 năm 1917, Standard Oil, nhà máy lọc dầu lớn nhất Hoa Kỳ, tuyên bố sự biến động là tài sản quan trọng nhất của xăng. Xăng chưng cất trực tiếp dao động từ 40 đến 60 octane, và xăng 'Thử nghiệm cao' hoặc 'cấp chiến đấu' trung bình từ 50 đến 65 octane.

Xăng sinh học E5

Xăng sinh học E5 sử dụng ethanol làm phụ gia nhiên liệu thay thế cho chì, là hỗn hợp của xăng A92 pha với 5% ethanol.

Từ ngày 1/1/2015, xăng E5 đã được bày bán rộng rãi trên khắp Việt Nam.

Tuy nhiên, xăng E5 không phù hợp cho các xe tay ga và xe mô tô có tỉ số nén cao (các loại xe tay ga và xe hơi yêu cầu sử dụng xăng A95 không nên dùng xăng E5).

Xăng E5 chứa ethanol dễ cháy nhưng tỏa nhiệt thấp hơn xăng thông thường. Xe chạy bằng xăng E5 sẽ không bốc, tài xế phải đạp ga nhiều hơn dẫn đến tốn nhiên liệu và tăng khí thải. Những xe đời cũ sử dụng bộ chế hòa khí có thể gặp vấn đề với xăng E5, như đường ống dẫn xăng, ron nhựa hoặc cao su bị bào mòn gây rò rỉ xăng, cháy xe. Khi sử dụng xăng E5, không nên để bình xăng quá cạn để tránh động cơ khó nổ.

Các tiêu chuẩn chất lượng

Khả năng chống kích nổ

Có hai hiện tượng cháy có thể xảy ra trong động cơ:

• Cháy bình thường
• Cháy kích nổ

Chỉ số octan của xăng thể hiện khả năng chống kích nổ. Xăng có chỉ số octan càng cao thì khả năng chống kích nổ càng tốt. Xăng octan cao thích hợp cho động cơ có tỉ số nén cao. Sử dụng xăng octan thấp cho động cơ nén cao sẽ gây kích nổ. Ngược lại, dùng xăng octan cao cho động cơ nén thấp sẽ gây cháy khó và không hoàn toàn, tạo cặn than làm bẩn máy và tốn nhiên liệu. Chỉ số octan thấp nhất là 92 và cao nhất hiện đang sử dụng là 98.

Khả năng bay hơi thích hợp

Để xăng cháy hiệu quả trong động cơ, cần phải bay hơi và hòa trộn với một lượng oxy vừa đủ qua bộ chế hòa khí. Nếu quá trình bay hơi không phù hợp, động cơ sẽ hoạt động không hiệu quả, hao xăng và gặp các vấn đề kỹ thuật như:

• Nghẹt xăng hoặc nút hơi
• Ngộp xăng (sặc xăng)

Khả năng ổn định hóa học cao

Tính ổn định hóa học của xăng là khả năng duy trì đặc tính hóa học trước các tác động môi trường. Tính ổn định này bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, diện tích tiếp xúc không khí, độ sạch và khô của bình chứa, mức độ và thời gian tồn trữ. Xăng có hàm lượng keo nhựa cao sẽ có tính ổn định hóa học thấp.

Không ăn mòn, không tạp chất cơ học và không nước

Xăng có thể gây ăn mòn kim loại do chứa hợp chất lưu huỳnh, axít và keo nhựa không tinh chế hết trong quá trình chế biến.

• Tạp chất cơ học trong xăng bao gồm các chất từ bên ngoài rơi vào trong quá trình bơm, vận chuyển như cát, bụi, các chất pha thêm trong quá trình sản xuất như nhiên liệu cháy, chất ổn định, …
• Nước từ bên ngoài xâm nhập vào xăng trong quá trình xuất, nhập, tồn trữ...

Các ứng dụng

Các thiết bị, máy móc sử dụng xăng:

• Xe máy
• Ô tô
• Máy bay
• Máy phát điện

Các quốc gia tiêu thụ xăng lớn nhất

• Hoa Kỳ
• Trung Quốc
• Nhật Bản