Bài giảng Nhiên liệu, dầu mỡ bôi trơn - Chương 2: Nhiên liệu sử dụng trên động cơ đốt trong

Chương 2: NHIÊN LIỆU SỬ DỤNG TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1Định nghĩa: Xăng là nhiên liệu nhẹ, = 0,65-0,8 g/cm3, dễ bay hơi, và có tính tự cháy kém. Thành Phần: NHIÊN LIỆU XĂNGCabuahydro no mạch nhánh và cacbuahydro thơm nhân benzen.Ví dụ: Isooctan C8H8 và meetylbenzen C6H5CH32ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ XĂNGChế hòa khíPhun xăng3YÊU CẦU NHIÊN LIỆU XĂNG4TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG5TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG6TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG7Độ hóa hơi: Là sự chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơiXăng 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.TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG8TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG9TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG10TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG11TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNGNguồn gây kích nổ12TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG13TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG14TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG15TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG16TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG17TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG18TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG19TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG20TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG21TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG22TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG23TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG24TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG25 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 hạiTÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU XĂNG26TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG XĂNG DẦU27Tiêu chuẩn Việt Nam về xăng không chì: TCVN 6776:2005Tên chỉ tiêuXăng không chìPhương pháp thử9092951.    Trị số ốc tan, min.-    theo phương pháp nghiên cứu (RON).-    theo phương pháp môtơ (MON). 9079 9281 9584 TCVN 2703:2002     (ASTM D2699)                               ASTM D27002.    Hàm lượng chì, g/l, max.0,013TCVN 7143:2002     (ASTM D3237)3.   Thành phần cất phân đoạn:-    điểm sôi đầu, 0C.-    10% thể tích, 0C, max.-    50% thể tích, 0C, max.-    90% thể tích, 0C, max.-    điểm sôi cuối, 0C, max.-    cặn cuối, % thể tích, max. Báo cáo701201902152,0TCVN 2698:2002     (ASTM D86)    4.    Ăn mòn mảnh đồng ở 50 0C/3giờ, max.Loại 1TCVN 2694:2000     (ASTM D130)5.   Hàm lượng nhựa thực tế (đã rửa dung môi), mg/100 ml, max.5TCVN 6593:2000     (ASTM D381)TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG XĂNG DẦU286.   Độ ổn định ôxy hóa, phút, min.480TCVN 6778:2000     (ASTM D525)7.   Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg, max.500TCVN 6701:2000     (ASTM D2622)                               / ATSM D 54538.   Áp suất hơi (Reid) ở 37,80C, kPa.43 - 75TCVN 7023:2002     (ASTM D4953)                               / ASTM D51919.   Hàm lượng benzen, % thể tích, max.2,5TCVN 6703:2000     (ASTM D3606)                               / ASTM D442010.Hydrocacbon thơm, % thể tích, max.40TCVN 7330:2003     (ASTM D1319)11.Olefin, % thể tích, max.38TCVN 7330:2003     (ASTM D1319)12.Hàm lượng oxy, % khối lượng, max.2,7TCVN 7332:2003     (ASTM D4815)13.Khối lượng riêng (ở 150C), kg/m3.Báo cáoTCVN 6594:2000     (ASTM D1298)                               / ASTM D 405214.Hàm lượng kim loại (Fe,Mn),mg/l, max5TCVN 7331:2003     (ASTM D3831)15.Ngoại quanTrong, không có tạp chất lơ lửng                              ASTM D 4176RON: Reseach Octane Number.MON: Motor Octane Number, chỉ áp dụng khi có yêu cầu.TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG XĂNG DẦU29Tiêu chuẩn chung về xăng không chì của khối ECTIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG XĂNG DẦU30Tiêu chuẩn về chất lượng xăng ô tô của Nhật Bản JIS.2202TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG XĂNG DẦU31NHIÊN LIỆU DẦU DIESELĐịnh 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: C16H3432ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ DIESEL33ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ DIESEL34ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ DIESEL35ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ DIESEL361. 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. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESELĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ DIESEL37Sơ đồ hệ thống nhiên liệu diesel sử dụng bơm dãyĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ DIESEL38Sơ đồ hệ thống nhiên liệu diesel sử dụng bơm phân phốiĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ DIESEL39Sơ đồ hệ thống nhiên liệu diesel với bơm và vòi phun đặt liền nhau sử dụng trên động cơ VolvoĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ DIESEL40Sơ đồ hệ thống nhiên liệu common railĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ DIESEL41YÊU CẦU NHIÊN LIỆU DIESEL42YÊU CẦU NHIÊN LIỆU DIESEL43TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL44TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL45TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL46TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL47TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL48TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL49TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL50TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL51TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL52TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL53TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL54TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL55TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL56TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL57TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL58TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL59TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL60TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL6114,0TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL62Động cơ CFR xác định trị số Xêtan của nhiên liệu, phương pháp thử ASTM D613Thông sốGiá trịKiểu động cơDiesel 4 kỳ, phun gián tiếp, tỷ số nén thay đổi đượcTốc độ động cơ900 ± 9 rpmGóc mở sớm xupáp nạp Góc đóng muộn xupáp nạp10.0 ± 2.5 độ trước ĐTC34 độ sau ĐCDGóc mở sớm xupáp thảiGóc đóng muộn xupáp thải40 độ trước ĐCD15.0 ± 2.5 độ sau ĐCTGóc phun sớm13.0 độ trước ĐCTÁp suất nâng kim phun10.3 ± 0.34 MPaLưu lượng nhiên liệu13.0 ± 0.2 cm3/minNhiệt độ nước làm mát100 ± 2°CNhiệt độ khí nạp66 ± 0.5°CTỷ 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 thTÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL63TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL64+ 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.CCI = 454.74 - 1.641416·ρ + 0.00077474·ρ2 - 0.554·t50 + 97.803log2(t50)Trong đóCCI: 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 150CA (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) TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL65Đồ thị xác định trị số Xêtan tính toán (CCI) dựa vào công thức trênTÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL66TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL67+ 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/IDTừ năm 2006, sử dụng công thức mới:DCN = 83.99(ID - 1.512)-0.658 + 3.547TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL68Chú 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)TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL69TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL70TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL71TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL72TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL73TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL74TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL75TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL76TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL77TÍNH CHẤT NHIÊN LIỆU DIESEL78TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DIESEL79TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DIESEL80TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DIESEL81TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DIESEL82TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DIESELHàm 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.83Để giảm tác hại nêu trên, hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu bị hạn chếSự giảm hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu dieselLoại nhiên liệuHàm lượng lưu huỳnhLý do sử dụngLoại phát thải được giảmTiêu chuẩn khí thải áp dụng Diesel thường (Standard diesel)≥0.5%(5000 ppm)US trước 1993EU trước1996Diesel lưu huỳnh thấp (Low sulfur diesel)500-350 ppm• Kiểm soát phát thải hạt (PM) sulfate• Kiểm soát lượng SO2 PM, SO2• US1994: 0.1 g/bhp-hr PM• Euro II/III: 0.25/0.1 g/kWh PMDiesel lưu huỳnh cực thấp (Ultra low sulfur diesel)50-10 ppm• Để sử dụng được bộ lọc hạt xúc tác DPF, xử lý NOx • Kiểm soát phát thải hạt (PM) sulfatePM, NOx• US2007/10: 0.2 g/bhp-hr NOx; 0.01 g/bhp-hr PM• Euro IV/V: 0.02 g/kWh PMDiesel không lưu huỳnh (Sulfur-free diesel)≤10 ppm• Euro V/VITIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DIESEL84Hàm lượng lưu huỳnh quy định trong các tiêu chuẩn Hàm lượng lưu huỳnh, ppm NămTIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DIESEL85Các 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.TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DIESEL86EN 590:1999 Diesel Fuel Specification (Euro 3)Fuel PropertyUnitSpecificationTestMinMaxCetane Number 51-EN ISO 5165Cetane Index 46-EN ISO 4264Density @15°Ckg/m3820845EN ISO 3675/EN ISO 12185Sulfurmg/kg-350EN ISO 14596/EN 24260/EN ISO 8754Polycyclic aromatic hydrocarbons% (wt.)-11EN 12916aFlash Point°C55-EN 22719Carbon residue (10% btms)% (wt.)-0.30bEN ISO 10370Ash% (wt.)-0.01EN ISO 6245Water contentmg/kg-200EN ISO 12937Total contaminationmg/kg-24EN 12662Copper strip corrosion, 3h @50°C -Class 1EN ISO 2160Oxidation stabilityg/m3-25EN ISO 12205Lubricity, corrected wear scar diameter (wsd 1,4) @60°Cµm-460ISO 12156-1Viscosity @40°Cmm2/s2.004.50EN ISO 3104Distillation (vol. % recovered)c EN ISO 3405  % recovered @250°C% v/v-65  % recovered @350°C% v/v85-  95% v/v recovered°C-360a - IP 391 was used before the publication of EN 12916:2000b - 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- Tiêu chuẩn Châu Âu EN 590:1999 87Tiêu 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 D97588Các chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu diesel- Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5689:2005 Tên chỉ tiêuMức Phương pháp thử1.    Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg, max.0.05%S0.25%STCVN 6701:2000   (ASTM D2622)2.    Chỉ số xêtan (*) , min.46                               ASTM D47373.    Nhiệt độ cất, 0C, 90% thể tích, max.360TCVN 2698:2002      (ASTM D86)4.    Điểm chớp cháy cốc kín, 0C, min.55TCVN 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, % khối lượng, max.0,3TCVN 6324:1997      (ASTM D189)7.    Điểm đông đặc, 0C, max.+ 6TCVN 3753:1995      (ASTM D97)8.    Hàm lượng tro, % khối lượng, max.0,01TCVN 2690:1995      (ASTM D 482)9.    Hàm lượng nước, mg/kg, max.200                               ASTM E20310.Tạp chất dạng hạt, mg/l, max.10                               ASTM D227611.Ăn mòn mảnh đồng ở 50 0C, 3 giờ, max.Loại 1TCVN 2694:2000      (ASTM D130)12.Khối lượng riêng ở 15 0C, kg/m3.820 - 860TCVN 6594:2000 (ASTM D1298) 13.Độ bôi trơn, µm, max.460                               ASTM D 607914.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.892.3. Nhiên liệu thay thế2.3.1. 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 tác90Trong 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.91Cây cọc rào (Jatropha)Cây cọ (Palm)Hạt đậu nành (Soybean)Cây cải dầu (Rapeseed)92Sơ đồ công nghệ sản xuất Biodiesel từ các nguồn nguyên liệu khác nhau93Thuộc tínhBiodiesel từ hạt dầu bôngBiodiesel từ hạt đậu nànhBiodiesel từ dầu dừaDiesel khoángHàm lượng C (% khối lượng)77,077,17285,8Hàm lượng H (% khối lượng)12,511,811213,5Hàm lượng O (% khối lượng)10,4910,9710,70,7Tỷ lệ C/H6,166,536,386,35Trị số Cetan5251,566,1450Độ nhớt động học ở 400C (mm2/s)4,2294,26953,9Hàm lượng lưu huỳnh (% khối lượng)<0,005<0,005<0,01<0,05Nhiệt trị (MJ/kg)41,6839,8737,8343,8So sánh thuộc tính của một số loại Biodiesel với Diesel 94- Ảnh hưởng của nhiên liệu diesel sinh học (biodiesel) đến động cơ diesel+ Ảnh hưởng đến đặc tính kinh tế kỹ thuậtBiodiesel 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. 95Chương trình thử 13 chế độ (chu trình ECE R49) dùng cho động cơ xe tải theo tiêu chuẩn Euro II 96+ Ảnh hưởng đến phát thải97Mức độ thay đổi hàm lượng phát thảiTỷ lệ biodiesel trong nhiên liệuLượng ô xy trong nhiên liệu biodiesel nhiều hơn, trị số Xêtan cao hơn giúp quá trình cháy tốt hơn, giảm HC, CO và PMTuy nhiên, các tính chất này cùng với độ nhớt cao hơn của biodiesel làm tăng lượng NOx 98 Vấn đề tương thích vật liệu khi sử dụng nhiên liệu biodieselSử 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 liệuẢnh hưởng của biodiesel so với diesel thông thườngCao su nitrileĐộ cứng giảm 20%, độ trương nở tăng 18%, độ bền kéo giảmPolypropilen mật độ caoĐộ cứng giảm 10%, độ trương nở tăng 8 đến 15%TeflonÍt thay đổiFluorosiliconĐộ cứng thay đổi ít, độ trương nở tăng 7%Nhựa nhiệt dẻoĐộ 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 họcCác mẫu thép ít bị ảnh hưởng. 99B20DiSo sánh tốc độ pha loãng dầu bôi trơn khi sử dụng diesel và B20100 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 Quy chuẩn chất lượng nhiên liệu biodiesel (QCVN 1:2009/BKHCN)+ Quy chuẩn Việt Nam đối với nhiên liệu biodiesel gốc102+ Quy chuẩn Việt Nam đối với nhiên liệu biodiesel B5Phần này giống như đối với dieselPhần này áp dụng cho B51032.3.2. 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 ướt104Mía đườngSắnNgô105STTTên nhà máyĐịa điểmCông suất (triệu lít)Năm hoạt động1Nhà máy sản xuất ethanol Đồng XanhQuảng Nam12520092Nhà máy sản xuất Cồn Tùng LâmĐồng Nai7520103Nhà máy sản xuất ethanol nhiên liệu Dung QuấtQuảng Ngãi10020124Nhà máy sản xuất ethanol nhiên liệu Bình PhướcBình Phước10020125Nhà máy sản xuất ethanol nhiên liệu Phú ThọPhú Thọ10020136Nhà máy 1Tây Nguyên2002020-2025 Các dự án nhà máy sản xuất cồn ethanol106 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+ Ảnh hưởng của xăng sinh học tới đặc tính kinh tế, kỹ thuật của động cơKết quả thử nghiệm trên ô tô Ford Laser ở tay số 3 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)108+ Ảnh hưởng của xăng sinh học tới đặc tính phát thải của động cơKết quả thử nghiệm trên xe máy Jupiter theo chu trình thử ECE R40 CO (g/km)HC (g/km)NOx (g/km)CO2 (g/km)109+ Ảnh hưởng của xăng sinh học tới tính tương thích vật liệu các chi tiếtKim 3 cạnh trước và sau khi ngâm trong E202000h RON92 2000h E10 0h0h2000h E102000h E100h2000h RON922000h RON 92Màng cao su bơm tăng tốcGiclơ nhiên liệu chínhGiclơ nhiên liệu chính (chụp hiển vi điện tử)110- Quy chuẩn Việt Nam về cồn để phối trộn với xăng (QCVN 1:2009/BKHCN)111Quy chuẩn Việt Nam về xăng E5 (QCVN 1 : 2009/BKHCN) Trị số Octan phải phù hợp với TCVN 6776:2005112113114115116117118119120121122123124125126127128129130131132133134135136137138139140141142143144145146147148149150151152153154155156157158159160 Sử dụng LPG trên động cơ xăng+ Phải lắp đặt thêm hệ thống cung cấp LPG161+ Ảnh hưởng của LPG tới hàm lượng phát thải162 Sử dụng LPG trên động cơ diesel163+ Ảnh hưởng của LPG tới hàm lượng phát thảiKết quả đo theo chu trình thử ECE R49164Hình ảnh lắp đặt hệ thống cung cấp LPG lên xe kháchHệ thống cung cấp LPG165Nhiên 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 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 nước1672.4. So sánh chung các loại nhiên liệuNhiên liệuƯu điểmNhược điểmXăng và dieselHiện tại số lượng đủ Rẻ Cơ sở hạ tầng sẵn có Nhiệt trị cao Dễ vận chuyển và tồn chứaPhát thải độc hại CO, HC, NOx, CO2 Phụ thuộc vào nhà sản xuất Nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệtLPG So với xăng: giảm phát thải HC, CO, CO2 , có khả năng giảm NOx Dễ chứa và vận chuyển Nhiệt trị khối lượng cao Phù hợp với động cơ đốt trong- Có nguồn gốc hóa thạchCNGSo với xăng: giảm phát thải HC, CO, CO2 , NOx Trữ lượng lớn Phát thải trong quá trình khởi động thấp Rẻ An toànChi phí cho cơ sở hạ tầng lớn Nhiệt trị thể tích thấp Yêu cầu bình chứa lớn, nặng Lượng xe sử dụng CNG còn ít Xe tải sử dụng CNG có hiệu suất thấp hơn sử dụng diesel Quá trình nạp nhiên liệu chậm và tốn nhiều năng lượng168Nhiên liệuƯu điểmNhược điểmBiodieselSo với diesel: giảm phát thải HC, CO, CO2 , muội than Khả năng phân hủy tốt Có thể sử dụng trên động cơ đang lưu hành An toàn Phát thải NOx hơi cao hơn Đắt hơn Cần có phụ gia để cải thiện tính chât nhiên liệu ở nhiệt độ thấp Nhiệt trị nhỏ hơn dieselCồnSo với xăng: giảm phát thải HC, CO, CO2 , có khả năng giảm NoxSản 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 Nhiệt trị thấp Có khả năng ăn mòn kim loạiHydro Không phát thải độc hại Có thể sản xuất từ than, khí thiên nhiên, methanol hoặc nước Giá thành đắt Thiết bị tồn chứa đắt Áp suất tồn chứa hydro ở thể khí cao Nhiệt độ tồn chứa hydro ở thể lỏng rất thấp Thể tích bình chứa lớn 169170171Ví dụ, với loại xăng thông thường:Tsđ = 35 – 400CT10 = 60 - 700CT50 = 115 - 1200CT90 = 180 - 1900CTsc = 190 – 2000C