›
›

Bài giảng Nhiên liệu, dầu mỡ bôi trơn (Phần 2)

pptx 171 trang hapham 90
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Nhiên liệu, dầu mỡ bôi trơn (Phần 2)", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pptxbai_giang_nhien_lieu_dau_mo_boi_tron_phan_2.pptx

Nội dung text: Bài giảng Nhiên liệu, dầu mỡ bôi trơn (Phần 2)

  1. Chương 2: NHIÊN LIỆU SỬ DỤNG TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1
  2. NHIÊN LIỆU XĂNG Định nghĩa: ➢ Xăng là nhiên liệu nhẹ, = 0,65-0,8 g/cm3, dễ bay hơi, và có tính tự cháy kém. ➢ Thành Phần: ✓ Cabuahydro no mạch nhánh và cacbuahydro thơm nhân benzen. ✓ Ví dụ: Isooctan C8H8 và meetylbenzen C6H5CH3 2
  3. ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ XĂNG 8 Chế hòa khí 5 6 7 4 3 11 4 1 13 3 2 10 15 1 14 12 2 6 5 9 Phun xăng 3
  4. YÊU CẦU NHIÊN LIỆU XĂNG 4
  5. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG 5
  6. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG 6
  7. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG 7
  8. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG Độ hóa hơi: Là sự chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi Xăng là hỗn hợp của nhiều loại hydrocácbon nên không có nhiệt độ sôi cố định mà nằm trong dải từ 20-2200C. Thường được đánh giá bằng nhiệt độ sôi đầu, nhiệt độ sôi tương ứng với % thể tích chưng cất và nhiệt độ sôi cuối. 8
  9. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG 9
  10. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG 10
  11. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG 11
  12. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG Nguồn gây kích nổ 12
  13. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG 13
  14. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG 14
  15. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG 15
  16. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG 16
  17. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG 17
  18. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG 18
  19. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG 19
  20. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG 20
  21. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG 21
  22. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG 22
  23. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG 23
  24. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG 24
  25. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG 25
  26. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG ➢ Các tạp chất trong xăng: + Hàm lượng lưu huỳnh: tạo axit; giảm hiệu quả của thiết bị xử lý khí thải, quy định <0,05% (tiêu chuẩn Euro 2) + Hàm lượng photpho: làm giảm hiệu quả của thiết bị xử lý khí thải, không được có trong xăng + Lượng axit: do các sản phẩm biến chất trong quá trình tồn chứa + Hàm lượng nhựa: phân đoạn dầu mỏ có nhiệt độ sôi cao, các phân tử ngoài H và C còn có S, O, N và thường có trọng lượng phân tử rất lớn + Hàm lượng nước và tạp chất cơ học: xuất hiện trong quá trình tồn chứa, không được có trong xăng + Hàm lượng chì: độc hại gây ô nhiễm môi trường, quy định <0,013g/lít + Hàm lượng benzen: có tác dụng làm tăng trị số Octan nhưng làm trương nở gioăng cao su và khí thải độc hại 26
  27. TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG XĂNG DẦU 27
  28. TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG XĂNG DẦU -Tiêu chuẩn Việt Nam về xăng không chì: TCVN 6776:2005 Xăng không chì Tên chỉ tiêu Phương pháp thử 90 92 95 1. Trị số ốc tan, min. TCVN 2703:2002 (ASTM - theo phương pháp nghiên cứu (RON). 90 92 95 D2699) - theo phương pháp môtơ (MON). 79 81 84 ASTM D2700 TCVN 7143:2002 (ASTM 2. Hàm lượng chì, g/l, max. 0,013 D3237) 3. Thành phần cất phân đoạn: - điểm sôi đầu, 0C. Báo cáo TCVN 2698:2002 (ASTM D86) - 10% thể tích, 0C, max. 70 - 50% thể tích, 0C, max. 120 - 90% thể tích, 0C, max. 190 - điểm sôi cuối, 0C, max. 215 - cặn cuối, % thể tích, max. 2,0 4. Ăn mòn mảnh đồng ở 50 0C/3giờ, TCVN 2694:2000 (ASTM Loại 1 max. D130) 5. Hàm lượng nhựa thực tế (đã rửa dung TCVN 6593:2000 (ASTM 5 môi), mg/100 ml, max. D381) 28
  29. TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG XĂNG DẦU 6. Độ ổn định ôxy hóa, phút, min. 480 TCVN 6778:2000 (ASTM D525) TCVN 6701:2000 (ASTM 7. Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg, max. 500 D2622) / ATSM D 5453 TCVN 7023:2002 (ASTM 8. Áp suất hơi (Reid) ở 37,80C, kPa. 43 - 75 D4953) / ASTM D5191 TCVN 6703:2000 (ASTM 9. Hàm lượng benzen, % thể tích, max. 2,5 D3606) / ASTM D4420 10.Hydrocacbon thơm, % thể tích, max. 40 TCVN 7330:2003 (ASTM D1319) 11.Olefin, % thể tích, max. 38 TCVN 7330:2003 (ASTM D1319) 12.Hàm lượng oxy, % khối lượng, max. 2,7 TCVN 7332:2003 (ASTM D4815) TCVN 6594:2000 (ASTM 13.Khối lượng riêng (ở 150C), kg/m3. Báo cáo D1298) / ASTM D 4052 14.Hàm lượng kim loại (Fe,Mn),mg/l, 5 TCVN 7331:2003 (ASTM D3831) max Trong, không có 15.Ngoại quan ASTM D 4176 tạp chất lơ lửng RON: Reseach Octane Number. MON: Motor Octane Number, chỉ áp dụng khi có yêu cầu. 29
  30. TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG XĂNG DẦU Tiêu chuẩn chung về xăng không chì của khối EC 30
  31. TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG XĂNG DẦU Tiêu chuẩn về chất lượng xăng ô tô của Nhật Bản JIS.2202 31
  32. NHIÊN LIỆU DẦU DIESEL Định nghĩa: ➢ Diesel là loại nhiên liệu nặng, = 0,8-0,95 g/cm3, có tính tự cháy cao ➢ Thành Phần: ➢ Chủ yếu là các cacbuahydro no CnH2n+2 ở dạng mạch thẳng → dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao, Ví dụ: C16H34 32
  33. ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ DIESEL 33
  34. ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ DIESEL 34
  35. ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ DIESEL 35
  36. ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ DIESEL 36
  37. ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ DIESEL ➢ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL 7 9 8 5 6 1 2 3 4 1. Thùng nhiên liệu; 2. Lọc; 3. Bơm chuyển nhiên liệu; 4. Bơm cao áp; 5. Đường ống cao áp; 6. Vòi phun; 7. Đường dầu hồi; 8. Van hồi dầu; 9. Vít xả khí không khí. 37
  38. ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ DIESEL Sơ đồ hệ thống nhiên liệu diesel sử dụng bơm dãy 38
  39. ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ DIESEL Sơ đồ hệ thống nhiên liệu diesel sử dụng bơm phân phối 39
  40. ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ DIESEL Sơ đồ hệ thống nhiên liệu diesel với bơm và vòi phun đặt liền nhau sử dụng trên động cơ Volvo 40
  41. ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ DIESEL Sơ đồ hệ thống nhiên liệu common rail 41
  42. YÊU CẦU NHIÊN LIỆU DIESEL 42
  43. YÊU CẦU NHIÊN LIỆU DIESEL 43
  44. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL 44
  45. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL 45
  46. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL 46
  47. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL 47
  48. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL 48
  49. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL 49
  50. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL 50
  51. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL 51
  52. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL 52
  53. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL 53
  54. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL 54
  55. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL 55
  56. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL 56
  57. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL 57
  58. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL 58
  59. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL 59
  60. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL 60
  61. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL 14,0 61
  62. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL 62
  63. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL Động cơ CFR xác Thông số Giá trị định trị số Xêtan của Diesel 4 kỳ, phun gián nhiên liệu, phương Kiểu động cơ tiếp, tỷ số nén thay đổi pháp thử ASTM được D613 Tốc độ động cơ 900 ± 9 rpm Góc mở sớm xupáp nạp 10.0 ± 2.5 độ trước ĐTC Góc đóng muộn xupáp 34 độ sau ĐCD nạp Góc mở sớm xupáp thải 40 độ trước ĐCD Góc đóng muộn xupáp 15.0 ± 2.5 độ sau ĐCT thải Góc phun sớm 13.0 độ trước ĐCT Áp suất nâng kim phun 10.3 ± 0.34 MPa Lưu lượng nhiên liệu 13.0 ± 0.2 cm3/min Nhiệt độ nước làm mát 100 ± 2°C Nhiệt độ khí nạp 66 ± 0.5°C Tỷ số nén của động cơ được điều chỉnh để thời gian cháy trễ là 13.0 ± 0.2 độ (2.41 ± 0.04 ms), tức là thời điểm cháy tại ĐCT, tỷ số nén thu được là tỷ số nén tới hạn th 63
  64. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL 64
  65. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL + Chỉ số Xêtan (Cetane Index) Là giá trị tính toán dựa trên tính chất vật lý của nhiên liệu diesel , do vậy dễ thực hiện, không yêu cầu thiết bị, kinh phí rẻ. 2 2 CCI = 454.74 - 1.641416·ρ + 0.00077474·ρ - 0.554·t50 + 97.803log (t50) Trong đó CCI: Chỉ số Xêtan tính toán ρ: Khối lượng riêng của nhiên liệu tại 15°C, kg/m3 t50 : Nhiệt độ sôi 50% của nhiên liệu,°C, quy về áp suất khí quyển. Trước đây dùng chỉ số diesel Đ, là đại lượng quy ước xác định theo biểu thức:  (kg/dm3): khối lượng riêng của nhiên liệu ở 150C A (0C): điểm anilin, là nhiệt độ thấp nhất mà nhiên liệu có thể hòa trộn hoàn toàn với aniline (C6H5NH2) theo tỷ lệ thể tích 1:1 (đồng nhất pha) 65
  66. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL Đồ thị xác định trị số Xêtan tính toán (CCI) dựa vào công thức trên 66
  67. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL 67
  68. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL + Thời gian cháy trễ (Ignition delay) và số Xêtan tương ứng (Derived Cetane Number) Thời gian cháy trễ được đo trong buồng cháy có thể tích không đổi (Constant Volume Combustion Apparatus (CVCA)). Buồng cháy chứa khí nén có áp suất 2.137 ± 0.007 Mpa, nhiệt độ 545 ± 30°C, thời gian cháy trễ được đo từ lúc nhiên liệu bắt đầu phun đến khi xuất hiện quá trình cháy. Thời gian cháy trễ được tính chuyển đổi qua số Xêtan tương ứng (DCN): DCN = 4.460 + 186.6/ID Từ năm 2006, sử dụng công thức mới: DCN = 83.99(ID - 1.512)-0.658 + 3.547 68
  69. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL Chú ý: Với nhiên liệu nặng (heavy fuel) dùng cho động cơ tàu thủy cỡ lớn, không áp dụng phương pháp thử ASTM D613 để đánh giá tính tự cháy. Với loại nhiên liệu này có hai phương pháp tính: + Chỉ số Cacbon thơm tính toán (Calculated Carbon Aromaticity Index, CCAI) có giá trị từ 800-870, phương pháp này được dùng nhiều CCAI = ρ - 81 – 141.log[log(ν + 0.85)] Trong đó: ρ – khối lượng riêng của nhiên liệu ở 15°C, kg/m3 ν – độ nhớt của nhiên liệu ở 50°C, mm2/s + Xác định thời gian cháy trễ trong buồng cháy thể tích không đổi (Fuel Ignition Analyzer, FIA), cách thức tương tự như đối với diesel ô tô. Chỉ số Xêtan tính toán được xác định qua mối quan hệ với thời gian cháy trễ chính (MCD) 69
  70. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL 70
  71. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL 71
  72. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL 72
  73. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL 73
  74. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL 74
  75. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL 75
  76. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL 76
  77. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL 77
  78. TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL 78
  79. TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DIESEL 79
  80. TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DIESEL 80
  81. TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DIESEL 81
  82. TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DIESEL 82
  83. TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DIESEL Hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu phụ thuộc vào chất lượng dầu mỏ và các thành phần pha trộn với nhiên liệu. Nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp thường phải sử dụng thêm phụ gia tăng tính năng bôi trơn. Lưu huỳnh trong nhiên liệu gây ra các tác hại xấu tới động cơ: + Phát thải: tạo thành SO2, SO3 tạo a xít và phát thải hạt gây ô nhiễm môi trường + Gây mòn: ăn mòn các chi tiết trong hệ thống xả do hơi a xít ngưng tụ, nhất là trong hệ thống luân hồi khí thải + Ảnh hưởng tới các thiết bị xử lý khí thải: khi qua các bộ xúc tác, SO2 chuyển sang SO3 làm tăng phát thải hạt + Hiệu quả của các bộ hấp thụ NOx bị giảm nhiều bởi lưu huỳnh nên áp dụng công nghệ này bị hạn chế + Các bộ xử lý khí thải đều giảm hiệu quả khi nhiên liệu có chứa lưu huỳnh. 83
  84. TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DIESEL Để giảm tác hại nêu trên, hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu bị hạn chế Sự giảm hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu diesel Hàm lượng lưu Loại phát thải Tiêu chuẩn khí Loại nhiên liệu Lý do sử dụng huỳnh được giảm thải áp dụng Diesel thường ≥0.5% US trước 1993 (Standard diesel) (5000 ppm) EU trước1996 • Kiểm soát phát • US1994: 0.1 Diesel lưu huỳnh thải hạt (PM) g/bhp-hr PM thấp (Low sulfur 500-350 ppm sulfate PM, SO2 • Euro II/III: diesel) • Kiểm soát lượng 0.25/0.1 g/kWh SO2 PM • US2007/10: 0.2 Diesel lưu huỳnh • Để sử dụng được g/bhp-hr NOx; cực thấp (Ultra 50-10 ppm bộ lọc hạt xúc tác 0.01 g/bhp-hr PM low sulfur diesel) DPF, xử lý NO • Euro IV/V: 0.02 x PM, NO • Kiểm soát phát x g/kWh PM Diesel không lưu thải hạt (PM) huỳnh (Sulfur-free ≤10 ppm sulfate • Euro V/VI diesel) 84
  85. TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DIESEL ppm , , huỳnh lưu lượng Hàm Năm Hàm lượng lưu huỳnh quy định trong các tiêu chuẩn 85
  86. TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DIESEL Các ảnh hưởng khi sử dụng hàm lượng lưu huỳnh thấp + Nhiệt trị nhiên liệu giảm do quá trình xử lý giảm lưu huỳnh cũng làm giảm lượng hydrocácbon thơm. + Quá trình xử lý giảm lưu huỳnh cũng loại bỏ các chất chống ôxy hóa tự nhiên có trong nhiên liệu, nếu không thay thế bằng các chất chống ôxy hóa khác, sẽ hình thành các peroxide (hợp chất chứa liên kết đơn ôxy -O-O-) trong quá trình tồn chứa, tác dụng đến các chi tiết bao kín làm mất tính đàn hồi. + Nhiên liệu có chứa các hydrocácbon thơm làm giãn nở các chi tiết đàn hồi có khả năng bao kín, nếu dùng nhiên liệu có lưu huỳnh thấp (lượng hydrocácbon thơm thấp), các chi tiết bao kín này sẽ bị co lại gây rò rỉ. + Thiếu các chất chống ôxy hóa cùng với sự có mặt của peroxide làm tăng khả năng hình thành các chuỗi phân tử dài không hòa tan, gây tắc vòi phun. + Tính dẫn điện của nhiên liệu giảm, tăng khả năng tích điện, dễ gây cháy nổ. 86
  87. - Tiêu chuẩn Châu Âu EN 590:1999 EN 590:1999 Diesel Fuel Specification (Euro 3) Fuel Property Unit Specification Test Min Max Cetane Number 51 - EN ISO 5165 Cetane Index 46 - EN ISO 4264 Density @15°C kg/m3 820 845 EN ISO 3675/EN ISO 12185 Sulfur mg/kg - 350 EN ISO 14596/EN 24260/EN ISO 8754 Polycyclic aromatic hydrocarbons % (wt.) - 11 EN 12916a Flash Point °C 55 - EN 22719 Carbon residue (10% btms) % (wt.) - 0.30b EN ISO 10370 Ash % (wt.) - 0.01 EN ISO 6245 Water content mg/kg - 200 EN ISO 12937 Total contamination mg/kg - 24 EN 12662 Copper strip corrosion, 3h @50°C - Class 1 EN ISO 2160 Oxidation stability g/m3 - 25 EN ISO 12205 Lubricity, corrected wear scar diameter µm - 460 ISO 12156-1 (wsd 1,4) @60°C Viscosity @40°C mm2/s 2.00 4.50 EN ISO 3104 Distillation (vol. % recovered)c EN ISO 3405 % recovered @250°C % v/v - 65 % recovered @350°C % v/v 85 - 95% v/v recovered °C - 360 a - IP 391 was used before the publication of EN 12916:2000 b - if ignition improver additives are used, manufacturers must observe the limit prior to the inclusion of additives. c - for the calculation of cetane index, the 10%, 50%, and 90% recovery points are also needed 87
  88. Tiêu chuẩn Châu Âu EN 590:2004 (Euro4/5) Từ năm 2005, hàm lượng lưu huỳnh lớn nhất là 50ppm (Euro 4), bắt đầu lưu hành nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh nhỏ hơn 10ppm (sulfur-free fuel) Từ năm 2009, hàm lượng lưu huỳnh lớn nhất trong nhiên liệu là 10ppm (Euro 5). - Tiêu chuẩn Mỹ ASTM D975 88
  89. Các chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu diesel - Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5689:2005 Tên chỉ tiêu Mức Phương pháp thử 1. Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg, max. 0.05%S 0.25%S TCVN 6701:2000 (ASTM D2622) 2. Chỉ số xêtan (*) , min. 46 ASTM D4737 3. Nhiệt độ cất, 0C, 90% thể tích, max. 360 TCVN 2698:2002 (ASTM D86) 4. Điểm chớp cháy cốc kín, 0C, min. 55 TCVN 6608:2000 (ASTM D3828) 5. Độ nhớt động học ở 40 0C, mm2/s ( ) 2 - 4,5 TCVN 3171:2003 (ASTM D445) 6. Cặn cácbon của 10 % cặn chưng cất, % 0,3 TCVN 6324:1997 (ASTM D189) khối lượng, max. 7. Điểm đông đặc, 0C, max. + 6 TCVN 3753:1995 (ASTM D97) 8. Hàm lượng tro, % khối lượng, max. 0,01 TCVN 2690:1995 (ASTM D 482) 9. Hàm lượng nước, mg/kg, max. 200 ASTM E203 10.Tạp chất dạng hạt, mg/l, max. 10 ASTM D2276 11.Ăn mòn mảnh đồng ở 50 0C, 3 giờ, max. Loại 1 TCVN 2694:2000 (ASTM D130) 12.Khối lượng riêng ở 15 0C, kg/m3. 820 - 860 TCVN 6594:2000 (ASTM D1298) 13.Độ bôi trơn, µm, max. 460 ASTM D 6079 14.Ngoại quan. Sạch, trong ASTM D 4176 (*) Phương pháp tính chỉ số xêtan không áp dụng cho các loại dầu điêzen có phụ gia cải thiện trị số xêtan. ( ) 1 mm2/s = 1 cSt. 89
  90. 2.3. Nhiên liệu thay thế 2.3.1. Diesel sinh học (Biodiesel) -Là loại nhiên liệu có tính chất tương đương với nhiên liệu diesel tự nhiên nhưng không sản xuất từ dầu mỏ mà từ dầu thực vật hay mỡ động vật. - Theo phương diện hóa học: diesel sinh học là metyleste của các axit béo trong dầu hay mỡ khi được este hóa bởi metanol hoặc etanol. - Phản ứng điều chế diesel sinh học: phản ứng chuyển đổi este hóa (trans- esterification) (còn gọi là este hóa chéo) Xúc tác 90
  91. Trong đó R1, R2, R3 là các acid béo no hoặc không no chứa trong mỡ động vật, dầu thực vật như: - Biodiesel thường được sử dụng trên động cơ dưới dạng pha trộn theo 1 tỷ lệ nào đó với diesel truyền thống: B5, B10, B20 - Các nguyên liệu phổ biến hiện nay dùng sản xuất biodiesel gồm có: + Dầu thực vật: dầu hạt hướng dương (Sunflower-SME), dầu hạt đậu nành (Soybean metyl este), dầu cọ (Palm metyl este-PME), dầu hạt cải dầu (Rapeseed methyl este-RME), dầu cây cọc rào (Jatropha) +Dầu ăn phế thải (Waste cooking oil metyl este-WCOME) + Rỉ đường, ngũ cốc, vừng, lạc, dừa, mỡ cá basa + Mỡ động vật. 91
  92. Cây cải dầu (Rapeseed) Hạt đậu nành (Soybean) Cây cọc rào (Jatropha) Cây cọ (Palm) 92
  93. Sơ đồ công nghệ sản xuất Biodiesel từ các nguồn nguyên liệu khác nhau 93
  94. So sánh thuộc tính của một số loại Biodiesel với Diesel Biodiesel Biodiesel Biodiesel Diesel Thuộc tính từ hạt dầu từ hạt đậu từ dầu dừa khoáng bông nành Hàm lượng C (% khối lượng) 77,0 77,1 72 85,8 Hàm lượng H (% khối lượng) 12,5 11,81 12 13,5 Hàm lượng O (% khối lượng) 10,49 10,97 10,7 0,7 Tỷ lệ C/H 6,16 6,53 6,38 6,35 Trị số Cetan 52 51,5 66,14 50 Độ nhớt động học ở 400C 4,229 4,269 5 3,9 (mm2/s) Hàm lượng lưu huỳnh (% khối <0,005 <0,005 <0,01 <0,05 lượng) Nhiệt trị (MJ/kg) 41,68 39,87 37,83 43,8 94
  95. - Ảnh hưởng của nhiên liệu diesel sinh học (biodiesel) đến động cơ diesel + Ảnh hưởng đến đặc tính kinh tế kỹ thuật Biodiesel có chỉ số Xêtan cao hơn so với diesel khoáng, khả năng cháy và bắt cháy tốt hơn. Tuy nhiên, nhiệt trị biodiesel thấp hơn nên với tỷ lệ pha trộn lớn mômen giảmvà suất tiêu hao nhiên liệu tăng. Mức độ giảm này được bù lại một phần do mật độ biodiesel lớn hơn diesel thường. 95
  96. Chương trình thử 13 chế độ (chu trình ECE R49) dùng cho động cơ xe tải theo tiêu chuẩn Euro II 96
  97. + Ảnh hưởng đến phát thải 97
  98. thải phát lượng hàm đổi thay độ Mức Tỷ lệ biodiesel trong nhiên liệu Lượng ô xy trong nhiên liệu biodiesel nhiều hơn, trị số Xêtan cao hơn giúp quá trình cháy tốt hơn, giảm HC, CO và PM Tuy nhiên, các tính chất này cùng với độ nhớt cao hơn của biodiesel làm tăng lượng NOx 98
  99. - Vấn đề tương thích vật liệu khi sử dụng nhiên liệu biodiesel Sử dụng biodiesel trên động cơ có thể gây ra một số vấn đề liên quan đến tương thích vật liệu, pha loãng dầu bôi trơn, các thiết bị thuộc hệ thống phun nhiên liệu và các thiết bị xử lý khí thải. Để giảm thiểu những tác động có thể xảy ra và đảm bảo tuổi thọ của động cơ các nhà sản xuất thường giới hạn sử dụng biodiesel để pha trộn ở mức thấp. Vật liệu Ảnh hưởng của biodiesel so với diesel thông thường Cao su nitrile Độ cứng giảm 20%, độ trương nở tăng 18%, độ bền kéo giảm Polypropilen mật độ cao Độ cứng giảm 10%, độ trương nở tăng 8 đến 15% Teflon Ít thay đổi Fluorosilicon Độ cứng thay đổi ít, độ trương nở tăng 7% Nhựa nhiệt dẻo Độ cứng ít thay đổi, độ trương nở tăng 6% Các kim loại đồng và kẽm bị ăn mòn khi tếp xúc với dầu diesel sinh học, không tương thích với dầu diesel sinh học Các mẫu thép ít bị ảnh hưởng. 99
  100. So sánh tốc độ pha loãng dầu bôi trơn khi sử dụng diesel và B20 16 14 12 10 DiB20 8 B20Di 6 4 Tỉ Tỉ lệ pha loãng (%) 2 0 0 2 4 6 8 Thời gian (h) 100
  101. ➢ Tình hình sử dụng biodiesel trên thế giới: + Ở châu Âu theo chỉ thị 2003/30/EC của EU theo đó từ ngày 31 tháng 12 năm 2005 ít nhất là 2% và cho đến 31 tháng 12 năm 2010 ít nhất là 5,75% các nhiên liệu dùng cho các phương tiện phải có nguồn gốc tái tạo. Tại Áo, một phần của chỉ thị của EU đã được thực hiện sớm hơn và từ ngày 1 tháng 11 năm 2005 chỉ còn có dầu diesel với 5% có nguồn gốc sinh học (B5) là được phép bán. + Tại Australia, đã sử dụng B20 và B50 vào tháng 2 năm 2005. + Tại Mỹ năm 2005, đã sử dụng B20. + Tại Thái Lan trong năm 2006, sử dụng B5 tại Chiangmai và Bangkok. + Tại Việt Nam, đề án phát triển nhiên liệu sinh học (NLSH) đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025 đã được thủ tướng chính phủ phê duyệt ngày 20/11/2007 101
  102. - Quy chuẩn chất lượng nhiên liệu biodiesel (QCVN 1:2009/BKHCN) + Quy chuẩn Việt Nam đối với nhiên liệu biodiesel gốc 102
  103. + Quy chuẩn Việt Nam đối với nhiên liệu biodiesel B5 Phần này giống như đối với diesel Phần này áp dụng cho B5 103
  104. 2.3.2. Nhiên liệu cồn ethanol và xăng sinh học - Cồn ethanol có công thức hóa học CH3-CH2-OH - Cồn ethanol được chế tạo từ nguồn xenluloza, ngũ cốc (ngô, sắn ) và các loại thực vật giàu đường (mía, củ cải đường, ) bằng phương pháp lên men ví dụ: sản xuất ethanol từ ngô thường sử dụng hai quy trình nghiền khô và nghiền ướt 104
  105. Mía đường Ngô Sắn 105
  106. Các dự án nhà máy sản xuất cồn ethanol STT Tên nhà máy Địa điểm Công suất Năm hoạt (triệu lít) động 1 Nhà máy sản xuất ethanol Đồng Xanh Quảng Nam 125 2009 2 Nhà máy sản xuất Cồn Tùng Lâm Đồng Nai 75 2010 3 Nhà máy sản xuất ethanol nhiên liệu Quảng Ngãi 100 2012 Dung Quất 4 Nhà máy sản xuất ethanol nhiên liệu Bình Phước 100 2012 Bình Phước 5 Nhà máy sản xuất ethanol nhiên liệu Phú Thọ 100 2013 Phú Thọ 6 Nhà máy 1 Tây Nguyên 200 2020-2025 106
  107. ➢ Tính chất của cồn ethanol: + Trị số Octan cao tới 110 (RON), khả năng chống kích nổ tốt, có thể tăng tỷ số nén nâng cao hiệu suất động cơ; + Có chứa ôxy nên lượng không khí cần để đốt cháy hoàn toàn 1 kg cồn ethanol là 9 (kgkk/kgnl) (A/F ratio = 9); + Bay hơi ở nhiệt độ khá thấp (tuy nhiên cao hơn xăng), nhiệt ẩn cao hơn xăng nên khi ethanol bay hơi sẽ làm lạnh khí nạp, tăng hệ số nạp; + Nhiệt trị thấp khoảng 26,4(MJ/kg); + Tỷ số H/C cao; + Có tính háo nước lớn, có thể tan vô hạn trong nước và trong nhiều chất hữu cơ, vô cơ khác; + Có chứa axit axetic gây ăn mòn các chi tiết kim loại. 107
  108. - Xăng sinh học (xăng pha cồn) + Xăng thông thường được pha trộn với ethanol theo một tỷ lệ nhất định: E5, E10 (không cần thay đổi kết cấu động cơ), E20, E85 (cần hiệu chỉnh, thay đổi kết cấu động cơ) + Ảnh hưởng của xăng sinh học tới đặc tính kinh tế, kỹ thuật của động cơ Kết quả thử nghiệm trên ô tô Ford Laser ở tay số 3 108
  109. + Ảnh hưởng của xăng sinh học tới đặc tính phát thải của động cơ Kết quả thử nghiệm trên xe máy Jupiter theo chu trình thử ECE R40 5,5 1,2 5 1,1 Mogas 92 4,5 1,0 Mogas 92 E15 4 0,9 E15 EURO 2 g/km 0,8 3,5 EURO 2 g/km 0,7 3 0,6 CO (g/km) CO 2,5 HC HC (g/km) 0,5 2 0,4 1,5 0,3 0 0 0,3 35 Mogas 92 34,8 0,25 E15 34,6 Mogas 92 EURO 2 0,2 g/km (g/km) 34,4 E15 g/km 0,15 34,2 NOx 34 0,1 (g/km) CO2 33,8 0 0 109
  110. + Ảnh hưởng của xăng sinh học tới tính tương thích vật liệu các chi tiết 2000h RON92 Kim 3 cạnh trước và sau khi ngâm trong E20 2000h RON92 0h 2000h Màng cao su E10 bơm tăng tốc 0h 2000h E10 Giclơ nhiên liệu chính 0h 2000h RON 92 2000h E10 Giclơ nhiên liệu chính (chụp hiển vi điện tử) 110
  111. - Quy chuẩn Việt Nam về cồn để phối trộn với xăng (QCVN 1:2009/BKHCN) 111
  112. -Quy chuẩn Việt Nam về xăng E5 (QCVN 1 : 2009/BKHCN) Trị số Octan phải phù hợp với TCVN 6776:2005 112
  113. - Sử dụng LPG trên động cơ xăng + Phải lắp đặt thêm hệ thống cung cấp LPG 161
  114. + Ảnh hưởng của LPG tới hàm lượng phát thải 162
  115. - Sử dụng LPG trên động cơ diesel 163
  116. + Ảnh hưởng của LPG tới hàm lượng phát thải Kết quả đo theo chu trình thử ECE R49 164
  117. Hình ảnh lắp đặt hệ thống cung cấp LPG lên xe khách Hệ thống cung cấp LPG 165
  118. ✓Nhiên liệu khí hydro - Là loại nhiên liệu có nhiều ưu điểm lớn đồng thời có nhiều nhược điểm lớn: + Hầu như không gây phát thải độc hại, dễ sản xuất và nguồn nguyên liệu là vô tận (năng lượng mặt trời và nước), hiệu suất sử dụng cao (fuel cell) + Quá trình sản xuất cần rất nhiều năng lượng và do đó chi phí rất đắt, tồn chứa khó khăn (cần thể tích chứa lớn), khi rò rỉ hydro rất dễ bắt cháy và gây nổ - Nhiệt trị khối lượng lớn (khoảng 120MJ/kg), nhiệt trị thể tích nhỏ (với của hydro khí ở 150C khoảng 0,0103MJ/dm3với hydro lỏng ở -2530C, 5 bar khoảng 8,85MJ/dm3). - Chế tạo hydro bằng các phương pháp: điện phân (tách hydro từ nước), steam reforming (phản ứng giữa hydro cácbon với hơi nước), khí hóa sinh khối hoặc nhiên liệu nặng (gasification). 166
  119. - Khi sử dụng trên ô tô, thường tồn chứa ở 3 dạng; + Khí hydro nén (Compressed Hydrogen Gas-CHG): áp suất nén tới 200bar, nhiệt độ 200C, tuy nhiên ở điều kiện này nhiệt trị thể tích vẫn nhỏ hơn xăng khoảng 20 lần; + Tồn chứa ở dạng hybrid: hydro được hấp thụ bởi vật liệu kim loại, khi sử dụng cần gia nhiệt để tách hydro; + Hydro lỏng: tồn chứa ở nhiệt độ -2530C, áp suất 5 bar, cần năng lượng lớn để làm lạnh, bình chứa yâu cầu được cách nhiệt rất tốt. -Có thể sử dụng cho động cơ đốt trong hoặc pin nhiên liệu (fuel cell): + Khi sử dụng cho động cơ đốt trong, chỉ phát thải NOx, một lượng nhỏ CO, HC từ dầu bôi trơn; + Khi sử dụng cho pin nhiên liệu, không có phát thải độc hại, khí thải chỉ là nước 167
  120. 2.4. So sánh chung các loại nhiên liệu Nhiên liệu Ưu điểm Nhược điểm Xăng và -Hiện tại số lượng đủ -Phát thải độc hại CO, HC, NOx, CO2 diesel - Rẻ - Phụ thuộc vào nhà sản xuất - Cơ sở hạ tầng sẵn có - Nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày càng - Nhiệt trị cao cạn kiệt - Dễ vận chuyển và tồn chứa LPG - So với xăng: giảm phát thải HC, - Có nguồn gốc hóa thạch CO, CO2 , có khả năng giảm NOx - Dễ chứa và vận chuyển - Nhiệt trị khối lượng cao - Phù hợp với động cơ đốt trong CNG -So với xăng: giảm phát thải HC, -Chi phí cho cơ sở hạ tầng lớn CO, CO2 , NOx - Nhiệt trị thể tích thấp - Trữ lượng lớn - Yêu cầu bình chứa lớn, nặng - Phát thải trong quá trình khởi - Lượng xe sử dụng CNG còn ít động thấp - Xe tải sử dụng CNG có hiệu suất thấp - Rẻ hơn sử dụng diesel - An toàn - Quá trình nạp nhiên liệu chậm và tốn nhiều năng lượng 168
  121. Nhiên liệu Ưu điểm Nhược điểm Biodiesel -So với diesel: giảm phát thải HC, - Phát thải NOx hơi cao hơn CO, CO2 , muội than - Đắt hơn - Khả năng phân hủy tốt - Cần có phụ gia để cải thiện tính chât - Có thể sử dụng trên động cơ nhiên liệu ở nhiệt độ thấp đang lưu hành - Nhiệt trị nhỏ hơn diesel - An toàn Cồn -So với xăng: giảm phát thải HC, -Nhiệt trị thấp CO, CO2 , có khả năng giảm Nox - Có khả năng ăn mòn kim loại -Sản xuất từ sinh khối - Công nghệ sản xuất đã biết rõ - Dễ tồn chứa và vận chuyển, có thể sử dụng cơ sở hạ tầng sẵn có Hydro - Không phát thải độc hại - Giá thành đắt - Có thể sản xuất từ than, khí - Thiết bị tồn chứa đắt thiên nhiên, methanol hoặc nước - Áp suất tồn chứa hydro ở thể khí cao - - Nhiệt độ tồn chứa hydro ở thể lỏng rất thấp - Thể tích bình chứa lớn 169
  122. Ví dụ, với loại xăng thông thường: 0 Tsđ = 35 – 40 C 0 T10 = 60 - 70 C 0 T50 = 115 - 120 C 0 T90 = 180 - 190 C 0 Tsc = 190 – 200 C 171