Nghiên cứu thiết kế, chế tạo cụm thiết bị chuyển đổi sử dụng trực tiếp dầu thực vật (straight vegetable oil SVO) làm nhiên liệu cho động cơ diesel

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BỘ CÔNG THƯƠNG ĐỀ TÀI ĐỘC LẬP CẤP NHÀ NƯỚC BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI “ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CỤM THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI SỬ DỤNG TR

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BỘ CÔNG THƯƠNG

ĐỀ TÀI ĐỘC LẬP CẤP NHÀ NƯỚC

BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI

“ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CỤM THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI SỬ DỤNG TRỰC TIẾP DẦU THỰC VẬT (STRAIGHT VEGETABLE OIL – SVO) LÀM NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ DIESEL ”

MÃ SỐ ĐỀ TÀI : ĐTĐL.2008T/25

Cơ quan chủ trì đề tài : Trường Đại học Công Nghiệp Tp.Hồ Chí Minh Chủ nhiệm đề tài : PGS TS Nguyễn Thạch

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BỘ CÔNG THƯƠNG

ĐỀ TÀI ĐỘC LẬP CẤP NHÀ NƯỚC

BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI

“ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CỤM THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI SỬ DỤNG TRỰC TIẾP DẦU THỰC VẬT (STRAIGHT VEGETABLE OIL – SVO)

LÀM NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ DIESEL ”

Chủ nhiệm đề tài: Cơ quan chủ trì đề tài:

(Ký tên) (Ký tên và đóng dầu)

PGS TS Nguyễn Thạch

Bộ Khoa Học và Công Nghệ

(Ký tên và đóng dầu khi gửi lưu trữ)

Tp Hồ Chí Minh 02 - 2011

MỤC LỤC

Trang Báo cáo thống kê

Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SINH

HỌC, SVO VÀ ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

4

1.1 Tổng quan về tình hình sử dụng nhiên liệu sinh học

cho ĐCĐT

4

1.1.1 Tình hình sử dụng nhiên liệu sinh học trên thế giới 4

1.1.2 Tình hình sử dụng nhiên liệu sinh học ở trong nước 6

1.3 Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu 12 1.4 Phạm vi và phương pháp nghiên cứu 12

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SVO VÀ PHÂN

TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP SVO

2.2.1 Các phương pháp sử dụng SVO trên thế giới 29

2.2.1.1 Phương pháp pha loãng 30

2.2.1.3 Phương pháp tạo nhũ tương nhiên liệu 44 2.1.3 Phân tích lựa chọn công nghệ SVO ở Việt Nam 45

Chương 3: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 52

3.1.1.1 Băng thử diesel – máy phát điện – phụ tải điện trở 53 3.1.1.2 Băng thử động cơ diesel – phanh điện từ 56 3.1.1.3 Các thiết bị đo phát thải khí xả động cơ 59

3.1.3.3 Xử lý kết quả chạy thử nghiệm trong 300 giờ 77

3.2.1 Khảo sát tính chất phun nhiên liệu của dầu dừa và

3.2.4 Nghiên cứu thiết kế máy đồng thể cho hệ thống SVO 92

3.2.4.2 Cơ sở lý thuyết máy đồng thể thủy động – siêu âm 92 3.2.4.3 Sơ đồ nguyên lý máy đồng thể 99 3.2.5 Thiết kế tích hợp tổng thể bộ chuyển đổi SVO 102 3.2.6 Nghiên cứu ảnh hưởng của SVO đến các phần từ phi kim

loại của HTNL

103

4.1 Kết quả chế tạo bộ chuyển đổi SVO 105

4.1.1 Sơ đồ tổng thể bộ chuyển đổi SVO 105 4.1.2 Các thành phần của bộ chuyển đổi SVO 106

4.1.4 Đặc tính kỹ thuật của bộ chuyển đổi SVO 114

4.2 Ảnh hưởng của SVO đến các phần tử phi kim loại

trong hệ thống nhiên liệu

117

4.3 Xử lý nước trong nhiên liệu của máy đồng thể 130

4.3.1 Nhũ tương Diesel – 15% nước (DO-N15) 130 4.3.2 Nhũ tương Dầu Dừa – 15% Nước (DD–N15) 131

4.4 Đặc tính động cơ diesel – máy phát điện 133

4.4.1 Nhiên liệu đầu dừa trên 2 động cơ DS180C và RV125–

6 Hàm lượng PM trong khí xả 143 4.4.2 Nhiên liệu nhũ tương dầu dừa-nước trên động cơ

4.6 Thử nghiệm sử dụng động cơ 300 giờ 163

4.6.1 Thử nghiệm động cơ RV125–2N đối chứng trên 2 loại

nhiên liệu DO/SVO

164

4.6.1.1 Kết quả giảm sút chất lượng dầu bôi trơn 164 4.6.1.2 Kết quả hình thành sơn – muội trong buồng đốt 168

4.6.2 Thử nghiệm sử dụng thực tế động cơ DS180C với nhiên

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 181

Tp.HCM, ngày tháng năm 201

BÁO CÁO THỐNG KÊ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI/DỰ ÁN SXTN

I THÔNG TIN CHUNG

1 Tên đề tài : “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo cụm thiết bị chuyển đổi sử dụng trực tiếp

dầu thực vật (Straight Vegetable Oil – SVO) làm nhiên liệu cho động cơ diesel”

Mã số đề tài, dự án: ĐTĐL 2008T/25

Thuộc:

- Đề tài độc lập cấp nhà nước (tên lĩnh vực KHCN):Cơ Khí Năng Lượng

2 Chủ nhiệm đề tài/dự án: Phó Giáo sư - Tiến sỹ

Họ và tên: NGUYỄN THẠCH

Ngày, tháng, năm sinh : 20/06/1958 Nam/ Nữ : Nam

Học hàm, học vị : Phó Giáo sư - Tiến sỹ

Chức danh khoa học : Chức vụ : Điện thoại : Tổ chức : (08) 8940390 Nhà riêng : Mobile : 0903364012 Fax : (08) 8946268 E-mail : thachn20@yahoo.com

Tên tổ chức đang công tác : Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM

Địa chỉ tổ chức : 12 Nguyễn văn Bảo, Phường 4 quâ ̣n Gò Vấp - TP HCM

Địa chỉ nhà riêng : 29/2 Đường 29, Phường 6, Quận Gò Vấp, Tp.HCM

3 Tổ chức chủ trì đề tài/dự án:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Điện thoại : (08) 8940390 Fax : (08) 8946268

Website : http://www.hui.edu.vn

Địa chỉ : 12 Nguyễn văn Bảo, Phường 4 quâ ̣n Gò Vấp - TP HCM

Họ và tên thủ trưởng tổ chức : Tạ Xuân Tề

Số tài khoản : 102010000158444

Ngân hàng : Ngân hàng Công Thương, Chi nhánh 9, quận Gò Vấp, Tp.HCM

Tên cơ quan chủ quản đề tài : Bộ Công Thương

II TÌNH HÌNH THỰC HIỆN

1 Thời gian thực hiện đề tài độc lập cấp Nhà nước (dưới đây viết tắt là Đề tài):

“Nghiên cứu thiết kế, chế tạo cụm thiết bị chuyển đổi sử dụng trực tiếp dầu thực vật

(Straight Vegetable Oil – SVO) làm nhiên liệu cho động cơ diesel.”,

- Theo Hợp đồng đã ký kết: từ ngày 18 tháng 07 năm 2008 đến tháng 08 năm 2010

- Thực tế thực hiện: từ 17 tháng 08 năm 2008 đến tháng 12 năm 2010

- Được gia hạn (nếu có):

Thời gian (Tháng, năm)

Kinh phí (Tr.đ)

Thời gian (Tháng, năm)

Kinh phí (Tr.đ)

…

c) Kết quả sử dụng kinh phí theo các khoản chi:

Đối với đề tài:

3 Các văn bản hành chính trong quá trình thực hiện đề tài/dự án:

(Liệt kê các quyết định, văn bản của cơ quan quản lý từ công đoạn xác định nhiệm vụ, xét chọn, phê duyệt kinh phí, hợp đồng, điều chỉnh (thời gian, nội dung, kinh phí thực hiện nếu có); văn bản của tổ chức chủ trì đề tài, dự án (đơn, kiến nghị điều chỉnh nếu có)

Số

TT

Số, thời gian ban hành

1 173/QĐ-BKHCN ngày

30/01/2008

Tổ thẩm định đề tài dự án KH & CN cấp nhà nước 2008

20/01/2011 Thành lập hội đồng nghiệm thu cấp cở sở

4 Tổ chức phối hợp thực hiện đề tài, dự án:

Nội dung tham gia chủ yếu

Sản phẩm chủ yếu đạt được

Ghi chú*

Cung cấp động

cơ thử nghiệm

3 Phòng Thí nghiệm

trọng điểm Động Cơ Đốt Trong – AVL, Đại học Quốc Gia Tp.HCM

Đo đạt số liệu khảo nghiệm

4 Xí nghiệp liên hiệp

Z751

Thuê băng thử nghiệm

5 Công ty CP Giám định

& Khử trùng FCC

Giám định bộ chuyển đổi

- Lý do thay đổi (nếu có):

5 Cá nhân tham gia thực hiện đề tài, dự án:

(Người tham gia thực hiện đề tài thuộc tổ chức chủ trì và cơ quan phối hợp, không quá 10 người kể cả chủ nhiệm)

Sản phẩm chủ yếu đạt được

Ghi chú*

1 PGS.TS Nguyễn

Thạch

PGS.TS Nguyễn Thạch

4 ThS Hoàng Hữu

Chung

KS Dương Tiến Đoàn

- Lý do thay đổi ( nếu có):

+ TS Nguyễn Phúc Danh đi học sau tiến sĩ tại Pháp trong thời gian thực hiện đề tài + ThS Hoàng Hữu Chung đi học tiến sĩ tại Hàn Quốc trong thời gian thực hiện đề tài

6 Tình hình hợp tác quốc tế:

Số

TT

Theo kế hoạch

(Nội dung, thời gian, kinh phí,

địa điểm, tên tổ chức hợp tác,

số đoàn, số lượng người tham

1 Khảo sát, đánh giá kết và trao đổi

quả nghiên cứu bộ chuyển đổi, 14/10/2010, Công ty ATG Pháp, Công ty Elsbett, Cộng Hòa Liên Bang Đức

2

- Lý do thay đổi (nếu có):

8 Tóm tắt các nội dung, công việc chủ yếu:

(Nêu tại mục 15 của thuyết minh, không bao gồm: Hội thảo khoa học, điều tra khảo sát trong nước và nước ngoài)

Theo kế hoạch

Thực tế đạt được

1 Khảo sát và phân tích tính chất

nhiên liệu các loại dầu thực vật 8 -10/2008 9-11/2008

2 Nghiên cứu công nghệ SVO 9-11/2008 9-12/2008

3 Nghiên cứu tính toán thiết kế bộ

chuyển đổi sử dụng công nghệ SVO 9-12/2008 9-10/2008

4 Nghiên cứu tính toán thiết kế hệ

thống lọc phụ 9-10/2008 10-11/2008

5

Nghiên cứu ảnh hưởng của SVO

đến các chi tiết phi kim loại trên

hệ thống nhiên liệu của động cơ

10-11/2008 11-12/2008

6

Khảo sát và lựa chọn vật liệu chế

tạo một số chi tiết chính của bộ

chuyển đổi

11-12/2008 01- 03/2009

7

Xây dựng quy trình công nghệ chế

tạo, lắp ráp một số chi tiết chính

của bộ chuyển đổi và các phụ kiện

01- 03/2009 04-06/2009

8 Chế tạo bộ chuyển đổi 04-06/2009 06-10/2009

9 Thử nghiệm, đánh giá và hiệu

chỉnh kỹ thuật bộ chuyển đổi 07-10/2009 07-10/2009

10

Thử nghiệm, đánh giá và hiệu

chỉnh kỹ thuật động cơ khi sử

dụng bộ chuyển đổi trên băng thử

11-12/2009 11-12/2009

11 Nghiên cứu ảnh hưởng SVO đến

chất lượng dầu bôi trơn 5-8/2009 11-12/2009

12

Thử nghiệm, đánh giá và hiệu

chỉnh kỹ thuật bộ chuyển đổi trên

cụm máy diesel phát điện

6-8/2009 6-8/2010

13 Xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật

SVO cho bộ chuyển đổi 01- 02/2010 01- 02/2010

14 Đánh giá sơ bộ hiệu quả kinh tế kỹ

thuật của việc sử dụng SVO 01- 02/2010 01- 02/2010

III SẢN PHẨM KH&CN CỦA ĐỀ TÀI, DỰ ÁN

1 Sản phẩm KH&CN đã tạo ra:

Thực tế đạt được

1 Bộ chuyển đổi SVO Bộ 05 05 05

2 Chỉ tiêu kỹ thuật của bộ

chuyển đổi SVO Bộ 03 03 03

3 Hồ sơ thiết kế chế tạo bộ

chuyển đổi SVO Bộ 03 03 03

4 Qui trình gia công chế tạo

HP

Dùng cho động cơ có công suất đến ≤ 100

HP

Phân tán hạt nước có kích thước ≤ 5  m

Phân tán hạt nước có kích thước ≤ 5  m Sai lệch nhiệt độ hâm

nóng nhiên liệu  5 ◦C

Sai lệch nhiệt độ hâm nóng nhiên liệu  5 ◦C Kích thước tạp chất cơ

học  3  m

Kích thước tạp chất cơ học  3  m

Đạt từ 70 – 85 % so với bộ chuyển đổi SVO của Đức

Bản vẽ thiết kế theo TCVN

4

Qui trình gia công

chế tạo một số

cụm chính của bộ

chuyển đổi SVO

Gia công chế tạo phù hợp với điều kiện công nghệ chế tạo trong nước

Gia công chế tạo phù hợp với điều kiện công nghệ chế tạo trong nước

Phù hợp với trình độ người sử dụng

- Lý do thay đổi (nếu có):

Nghiên cứu máy đồng thể

tạo nhũ tương nhiên liệu

dầu thực vật – nước cho

động cơ diesel

Tạp chí cơ khí

3

Homogenization – a

solution for Straight

Vegetable Oil – (SVO) as

diesel fuel replacements in

Vietnam

International Workshop on Automotive Technology, Engine and Alterative Fuels,

2008

- Lý do thay đổi (nếu có):

d) Kết quả đào tạo:

Theo kế hoạch Thực tế đạt được

1 Thạc sỹ 01

Quyết định số 28/QĐ – ĐHNT ngày 09/01/2009

- Lý do thay đổi (nếu có):

e) Thống kê danh mục sản phẩm KHCN đã được ứng dụng vào thực tế

Kết quả

sơ bộ

1 Ứng dụng bộ chuyển đổi SVO

cho động cơ 11 kW phát điện

tại Xí nghiệp sản xuất dầu dừa

Thành Vinh

15/06/2010 Tỉnh Bến Tre

2 Đánh giá về hiệu quả do đề tài, dự án mang lại:

a) Hiệu quả về khoa học và công nghệ:

(Nêu rõ danh mục công nghệ và mức độ nắm vững, làm chủ, so sánh với trình độ công nghệ so với khu vực và thế giới…)

Trên kết quả nghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết, có thể đi đến những kết luận dưới đây:

 Chúng ta có thể hoàn toàn làm chủ công nghệ SVO với điều kiện sản xuất ở trong nước Với kết quả nghiên cứu này, làm sơ sở vững chắc về mặt kỹ thuật cho Chính Phủ xây dựng chiến lược phát triển nhiên liệu sinh học trong tương lai Một trong những nội dung cơ bản là sử dụng trực tiếp dầu thực vật như là nhiên liệu thay thế cho động cơ diesel

 Bộ chuyển đổi SVO được chế tạo ở khoảng 90% chi tiết ở trong nước (có thể đạt 100% nếu nhóm nghiên cứu được tiếp tục phát triển đề tài nghiên cứu để hoàn chỉnh về công nghệ), có tính năng tương tự như bộ chuyển đổi SVO của hãng ATG (Đức)

 Ưu điểm của giải pháp là sử dụng máy đồng thể có tác dụng làm tốt hơn tính chất nhiên liệu của SVO, cũng như không cần loại bỏ nước ra khỏi dầu rất phức tạp và tốn kém, làm giảm các chất thải có hại trong khí xả, sự tích tụ cacbon trong buồng đốt và ống

xả động cơ Việc kết hợp máy đồng thể với bộ chuyển đổi SVO để xử lý dầu thực vật làm nhiên liệu thay thế dầu diesel là một giải pháp hợp lý và khả thi hiện nay ở Việt Nam

 Sử dụng nhiên liệu SVO góp phần giảm đáng kể phát thải ô nhiễm môi trường và bảo đảm vấn đề an ninh năng lượng quốc gia

b) Hiệu quả về kinh tế xã hội:

(Nêu rõ hiệu quả làm lợi tính bằng tiền dự kiến do đề tài, dự án tạo ra so với các sản phẩm cùng loại trên thị trường…)

Khi giá nhiên liệu ở nước ta hội nhập vào giá của thị trường thế giới, thì việc sử dụng SVO, đặc biệt là dầu jatropha làm nhiên liệu trực tiếp cho động cơ diesel sẽ có hiệu quả kinh tế và giảm phát thải ô nhiễm môi trường

Bên cạnh đó, ở nông thôn Việt Nam, các loại động cơ nhỏ được sử dụng rất phổ biến trên cánh đồng lúa và nông trại, giao thông thủy ở ĐBSCL Trong số đó chủ yếu là động cơ diesel (khoảng 95%) Từ đó, có thể nhận định rằng, nếu dùng nhiên liệu SVO thay thế cho diesel sẽ tiết kiệm được một lượng ngoại tệ lớn cho quốc gia Hơn nữa, khu vực nông thôn có một lực lượng lao động đông đảo, tỉ lệ người lao động thiếu việc làm

cao, việc trồng và sản xuất nhiên liệu SVO sẽ giải quyết được nhiều việc làm cho nông dân

Tóm lại, việc sử dụng SVO cho động cơ đốt trong vừa góp phần bảo đảm an ninh năng lượng quốc gia, đồng thời bảo vệ được môi trường và mang lại nhiều lợi ích cho xã hội

3 Tình hình thực hiện chế độ báo cáo, kiểm tra của đề tài, dự án:

Số

TT Nội dung

Thời gian thực hiện

III Nghiệm thu cơ sở 25/01/2011 - Kết quả nghiệm thu: đạt

- Đề nghị nghiệm thu đề tài cấp nhà nước

PHẦN MỞ ĐẦU

Nhiên liệu sinh học đã và đang được nghiên cứu và sử dụng ở nhiều quốc gia, ngoài yếu tố thân thiện với môi trường, nhiên liệu sinh học còn là nguồn tài nguyên có thể tái tạo được, góp phần thúc đẩy nền sản xuất nông nghiệp và kinh tế phát triển

Trong số nhiên liệu sinh học có khả năng tái tạo được thế giới quan tâm nhiều nhất có dầu thực vật nguyên chất, chúng được dùng như là loại nhiên liệu thay thế cho nhiên liệu diesel Việc sử dụng trực tiếp dầu thực vật (Straight Vegetable Oil – SVO) làm nhiên liệu cho động cơ diesel đã được thế giới quan tâm từ những năm 80 của thế kỹ trước, khi mà các cuộc khủng hoảng dầu mỏ đã làm chao đảo các nền kinh tế thế giới Đi đầu là hãng Elsbett (CHLB Đức), tiếp theo là một loạt các nước ở Châu Âu, sau

đó là các nước ở các châu lục khác SVO sử dụng ở Châu Âu chủ yếu là dầu cọ, dầu hạt cải, hạt hoa hướng dương, … ở các nước đảo nam Thái Bình Dương thì sử dụng dầu dừa, ở Thái Lan, ngoài dầu dừa còn sử dụng thêm dầu cọ Việc sử dụng dầu thực vật nguyên chất làm nhiên liệu được các nước xem xét như là một trong những nội dung phát triển nguồn nhiên liệu tái tạo thân thiện với môi trường

Hạn chế về mặt xã hội lớn nhất là các loại dầu thực vật sử dụng làm nhiên liệu sinh học đều là dầu thực phẩm và vì vậy đã phát sinh mâu thuẫn trong cân bằng nguồn thực phẩm và năng lượng Có lẽ, đây là một trong những lý do chính làm cho việc nghiên cứu SVO ở Việt Nam chưa được quan tâm Tuy nhiên, tình hình sẽ khác đi nếu như chúng ta có qui hoạch hợp lý việc phát triển các vùng cây cho dầu với năng suất cao trên cơ sở đó

để phát triển kinh tế nông thôn, cân đối giữa nhu cầu năng lượng và thực phẩm Điều này sẽ góp phần bảo đảm an ninh năng lượng quốc gia và bảo

vệ môi sinh Gần đây, nhiều nước trong khu vực phát hiện và trồng cây cho dầu Jatropha Curcas, là loại dầu không ăn được có thể làm nhiên liệu sinh học đã mở ra một triển vọng mới cho việc sử dụng nhiên liệu học cho động

cơ diesel

Việc xúc tiến nghiên cứu tính khả thi về mặt kỹ thuật, đánh giá sơ bộ về nguồn nguyên liệu cung cấp, hiệu quả kinh tế và lợi ích nhiều mặt khi sử dụng SVO ở trong nước rất cần thiết cho việc hoạch định một chiến lược phát triển nhiên liệu trong tương lai

Hiện nay có hai hướng chính sử dụng loại nhiên liệu dầu thực vật: thứ nhất là chế biến dầu thực vật thành biodiesel; thứ hai là chế tạo thiết bị bổ sung cho động cơ để có thể sử dụng trực tiếp dầu thực vật như là biodiesel

mà không qua bất kỳ công đoạn chế biến nào

Trong đề tài này, chúng tôi lựa chọn giải pháp thứ hai, nghĩa là nghiên cứu chế tạo bộ chuyển đổi để dùng trực tiếp dầu thực vật cho một số loại động cơ diesel làm máy phát điện có công suất dưới 100 HP

Công nghệ SVO là vấn đề hoàn toàn mới ở trong nước, việc hợp tác trao đổi kinh nghiệm với các đơn vị trong nước có nhiều hạn chế Vì vậy, trong nghiên cứu chủ yếu là học tập kinh nghiệm ở nước ngoài (công ty Elsbett của Đức), phân tích vận dụng phù hợp với điều kiện công nghệ và

sử dụng ở trong nước Các công nghệ chúng tôi quan tâm nhiều nhất là của Châu Âu, đặc biệt là các hãng ở Đức là những đơn vị đầu tiên nghiên cứu

và sử dụng SVO, đã trên 20 kinh nghiệm Đồng thời phân tích kinh nghiệm của các nước đang phát triển có trình độ công nghệ gần giống ta đã sử dụng khá tốt SVO như các nước đảo ở nam Thái Bình Dương và Thái Lan

Trong những vấn đề cần giải quyết cho công nghệ SVO ở Việt Nam, có vấn đề xử lý hàm lượng nước chứa trong dầu thực vật Đặc biệt với công nghệ sản xuất dầu thực vật nhỏ lẻ ở nước ta thì đây là vấn đề rất đáng quan tâm Việc tách nước ra khỏi SVO để đạt tiêu chuẩn như của Châu Âu rất

tốn kém và phức tạp Do vậy, đề tài sẽ nghiên cứu thiết bị xử lý nước có trong dầu thực vật để cải thiện quá trình cháy bằng phương pháp đồng thể hoá (homogenization)

Các kết quả nghiên cứu được chạy thử nghiệm trên băng thử 300 giờ và

sử dụng trong thực tế tại công ty sản xuất dầu dừa Thành Vinh ở Bến Tre Mặc dù chúng tôi hướng tới loại dầu jatropha là chủ yếu, nhưng do các

dự án quy hoạch và trồng loại cây này ở Việt Nam mới bắt đầu và chưa cho

ra dầu thương phẩm nên các khảo nghiệm trên động cơ chỉ sử dụng chủ yếu

là dầu dừa, do chúng có nhiều tính chất nhiên liệu khá tương đồng Vì vậy,

ở đây các nghiên cứu cơ bản được thực hiện trên hai loại dầu dừa và dầu jatropha

Toàn bộ nội dung nghiên cứu được tổng kết trong 8 chuyên đề và “Báo cáo tổng hợp” Trong “Báo cáo tổng hợp” trình bày chủ yếu là phương pháp, nội dung và kết quả nghiên cứu Tuy nhiên, để thuận lợi khi trình bày, trong báo cáo có tóm lược những kết quả từ các chuyên đề

Do hạn chế về thời gian, về trình độ, đặc biệt là cơ sở vật chất cho thí nghiệm, nên mặc dù nhóm nghiên cứu đã cố gắng đến mức tốt nhất có thể

để hoàn thành đề tài, nhưng kết quả chắc chắn vẫn còn nhiều thiếu sót Vì vậy, nhóm nghiên cứu rất mong được các đồng nghiệp đánh giá và trao đổi kinh nghiệm nhằm hoàn thiện đề tài để có được những kết luận đúng đắn, góp phần xây dựng chiến lược phát triển nguồn nhiên liệu sinh học được xem là có nhiều tiềm năng của đất nước

Chương I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC,

SVO VÀ ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1.TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SINH HỌC CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1.1.1 Tình hình sử dụng nhiên liệu sinh học trên thế giới

Từ những năm 1970 trước áp lực của các cuộc khủng hoảng dầu mỏ thế giới và vấn đề giảm thải CO2 ra môi trường, nhiều nước trên thế giới đã hoạch định những chính sách nghiên cứu sử dụng nhiên liệu sinh học thay thế dần cho nguồn nhiên liệu gốc dầu mỏ trên các động cơ diesel Bắt đầu từ Châu

Âu, đến nay việc sử dụng nhiên liệu sinh học đã được ứng dụng khắp các châu lục

Hiện tại, Châu Âu đang đứng đầu thế giới về sản xuất và tiêu thụ diesel sinh học, trong đó đứng đầu là Đức với sản lượng nhiên liệu sinh học ước tính khoảng 1,5 triệu tấn/năm với mức gia tăng sản lượng trung bình 50% hàng năm [58]

Mỹ chậm chân hơn Châu Âu trong việc kinh doanh diesel sinh học cơ bản là do Mỹ là thị trường dầu mỏ

Hiện nay ở Mỹ cũng như nhiều nước khác trên thế giới, diesel sinh học đang được coi là một giải pháp để tăng cường an ninh về năng lượng và chấm dứt sự phụ thuộc vào dầu mỏ nhập khẩu Để thực hiện mục tiêu này, chính phủ Liên Bang đã trợ giúp rất lớn thông qua JOBS Act vào năm 2004, đã cung cấp thuế tín dụng cho những nhà chế biến diesel sinh học, đây là một trong những chìa khóa thúc đẩy cơ bản nhằm mở rộng sử dụng diesel sinh học

ở Mỹ

Trong thời gian cầm quyền, tổng thống Bush muốn giảm 20% lượng tiêu thụ xăng dầu trong vòng 10 năm, nhờ đó giảm 3/4 tổng lượng dầu mà Mỹ phải nhập từ Trung Đông vào thời gian đó Kế hoạch của ông bao gồm thắt chặt các tiêu chuẩn tiết kiệm nhiên liệu đối với các hãng sản xuất ôtô và sản xuất 35 tỷ thùng nhiên liệu tái sinh chẳng hạn như ethanol tới năm 2017, gần gấp 5 lần mục tiêu hiện nay [51]

Bộ Năng lượng của Mỹ cũng khuyến nghị rằng tất cả các loại động cơ diesel cần được thiết kế, chế tạo sao cho chúng đều có khả năng sử dụng được loại nhiên liệu pha trộn 20% diesel sinh học (B20) và chỉ cần thay đổi một chút là có thể sử dụng được diesel sinh học (B100)

Bên cạnh diesel sinh học, những nhà chế tạo ôtô đang cho xuất xưởng những loại ô tô chạy ethanol sản xuất từ các mía hoặc rơm hoặc các phụ phẩm

từ sản xuất nông nghiệp Tại châu Âu, Mỹ, Brazil và Trung Quốc đang bùng

nổ cuộc cách mạng công nghệ nhiên liệu sinh học ethanol

Brazil đang trở thành nước sản xuất ethanol lớn nhất thế giới: sản lượng ethanol đã chiếm tới trên 30% sản lượng của ngành nhiên liệu lỏng, do vậy được mệnh danh là "Ảrập Xêút" của nhiên liệu sinh học

Ở Brazil có trên 90% ôtô, xe máy chạy bằng nhiên liệu sinh học được sản xuất từ cây mía và hạt cải dầu Các công ty nhiên liệu hàng đầu thế giới như BP, Shell đã có kế hoạch đầu tư vào Brazil 6 tỷ USD để xây dựng những nhà máy sản xuất ethanol từ cây mía Sản lượng ethanol thế giới liên tục tăng

từ năm 2005 đến nay, bình quân tăng khoảng 14%/ năm Trong năm 2005 Mỹ

đã vượt Brazil về sản xuất ethanol

Ở Trung Quốc, đã đưa vào vận hành nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học lớn nhất thế giới Chính phủ Ấn Độ và Thái Lan cũng có kế hoạch sản xuất nguồn nhiên liệu sinh học để thay thế 10% nhu cầu về xăng, dầu

Rất nhiều nước khác trên thế giới cũng chủ động thiết lập việc sản xuất

và sử dụng diesel sinh học của quốc gia, như là một cách để giảm sự phụ

thuộc vào nhập khẩu dầu Do những khó khăn về điều kiện tự nhiên, nên Nhật Bản – đất nước có nền kinh tế đứng thứ hai thế giới chưa tự sản xuất được nhiên liệu sinh học, nhưng đã ký hợp đồng dài hạn với Brazil để nhập khẩu ethanol để thay thế 3% số lượng nhập khẩu xăng, dầu truyền thống

Ngoài ra Shell còn hợp tác với công ty Logen của Canada để phát triển công nghệ sản xuất ethanol từ nguồn rơm, rạ sau thu hoạch Trong năm 2008 nhà máy theo công nghệ mới này sẽ xuất xưởng khoảng 200 nghìn tấn ethanol cung cấp cho nhu cầu chạy ôtô, xe máy

Ngoài nguồn gốc từ các cây lương thực, gần đây, đã có một số công trình bắt đầu nghiên cứu và công bố sản xuất nhiên liệu sinh học từ rong tảo

Theo như nhận xét của các chuyên gia thuộc tổ chức Năng Lượng Quốc

Tế (IEA), công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học thay thế xăng, dầu có những bước tiến bộ hằng ngày Trong tháng 7/2005, tạp chí Science đã thông báo về phương pháp công nghệ mới cho phép sản xuất 2,2 đơn vị năng lượng từ một đơn vị nguyên liệu thực vật

Đây là bước tiến có ý nghĩa, trước đây từ một đơn vị nguyên liệu thực vật chỉ cho 1,4 đơn vị năng lượng Gần đây, tổ hợp dầu khí Shell cũng đã đầu

tư để phát triển công nghệ sản xuất 3,3 lít dầu sunfuel từ 1 hecta cải dầu, so với công nghệ trước đây chỉ cho 1,3 lít dầu

Sự phát triển nhiên liệu sinh học tạo những tiền đề vững chắc để khẳng định khởi động một cuộc cách mạng trong việc thay thế dần xăng, dầu truyền thống từ dầu mỏ bằng nguồn nhiên liệu sinh học Việc khởi động các chương trình sản xuất nhiên liệu sinh học còn là cơ hội cho các nước ở Châu Phi, các nước chậm phát triển xoá đói giảm nghèo, vì họ có thể trồng các cây cho công nghiệp nhiên liệu sinh học để phát triển kinh tế

1.1.2 Tình hình sử dụng nhiên liệu sinh học ở trong nước

Đi sau các nước trong việc phát triển nhiên liêu sạch, tuy nhiên Việt Nam cũng đã đạt được những thành tựu bước đầu trong việc nghiên cứu chế

biến dầu thực vật, mỡ động vật thành diesel sinh học Chúng ta đã nghiên cứu

và chế suất thành công dầu biodiesel từ dầu mè, mỡ cá basa, cá tra, dầu ăn thải từ nhà hàng, xí nghiệp chế biến dầu thực phẩm, v.v

Đối với cây mè, chúng ta có thể dùng phụ phẩm của nó để làm thuốc, làm phân bón, làm than,… còn đối với mỡ cá basa, cá tra ta tận dụng được nguồn mỡ thải lâu nay vẫn không dùng Mỡ cá tra, ba sa ở vùng sông nước Cửu Long không tiêu thụ được vẫn có thể tái tạo thành dầu diesel sinh học

Nhóm nghiên cứu do PGS.TS Hồ Sơn Lâm - phân viện trưởng Phân viện Khoa học vật liệu TP.HCM thuộc Viện Khoa học và công nghệ VN - chủ trì khẳng định có đủ khả năng nghiên cứu sản xuất dầu diesel sinh học (biodiesel) từ dầu thực vật của Việt Nam PGS.TS Hồ Sơn Lâm cho biết nhóm nghiên cứu đã hợp tác với Viện Hóa kỹ thuật ĐH Tổng hợp Jena (Đức) phân tích thành phần, tính chất các mẫu dầu diesel sinh học do nhóm điều chế Kết quả cho thấy các mẫu dầu diesel sinh học từ dầu thực vật Việt Nam đạt tiêu chuẩn Châu Âu về biodiesel

Trung tâm Nghiên Cứu Công Nghệ Lọc - Hóa Dầu (Đại học Bách Khoa TP.HCM), Công ty Cổ phần Sinh Học và Môi Trường Biển Cờ, Công

ty TNHH Minh Tú (Cần Thơ) đã nghiên cứu sản xuất biodiesel từ các loại dầu thực vật, dầu mỡ phế thải Từ tháng 8/2006, hệ thống sản xuất nhiên liệu biodiesel từ dầu ăn phế thải với công suất 2 tấn/ngày đã được triển khai tại công ty Phú Xương, quận Thủ Đức, TP.HCM Dự án này có nguồn vốn đầu

tư khoảng 9,69 tỷ đồng, trong đó có 1,5 tỷ đồng vay từ nguồn vốn ngân sách Nhà Nước [VNExpress]

Rong tảo Việt Nam cũng là nguồn nguyên liệu để sản xuất diesel sinh học Những kết quả nghiên cứu cho thấy nhiều dòng tảo phù du nuôi trồng công nghiệp cho sản lượng biodiesel cao gấp 7 lần so với dầu cọ trong điều kiện quảng canh, và đến 31 lần khi được thâm canh, đạt đến 95.000 lít dầu biodiesel trên mỗi hecta mặt nước

Tuy nhiên, biodiesel của chúng ta sản xuất vẫn còn trong giai đoạn thử nghiệm Để biodiesel trở thành thương phẩm như các nước tiên tiến vẫn còn nhiều việc phải làm như xác định tính tương tích của các động cơ, cơ sở hạ tầng bảo quản, vận chuyển và dịch vụ cung cấp loại sản phẩm có chất lượng kém ổn định này

Trong lĩnh vực xăng pha cồn,đã có một thoả thuận hợp tác tay ba giữa Công ty Rượu Bình Tây, Công ty Saigon Petro, Công ty Nguyễn Trí đã được

ký kết từ 31/12/2005 nhằm thử nghiệm pha chế, sản xuất nhiên liệu sinh học gasohol

Trong lĩnh vực SVO, nghiên cứu sử dụng dầu dừa làm nhiên liệu cho động cơ diesel cũng đã có những nghiên cứu đáng chú ý Trong các giải pháp của Phùng Minh Lộc, Hồ Đức Tuấn của Trường Đại Học Nha Trang [7,21] và

Ao Hùng Linh [1] của Trường Đại Học Sư Phạm Thủ Đức chủ yếu là pha loãng dầu dừa bằng dung môi như dầu hỏa, ethanol có tỷ lệ từ (15 ÷ 20)%, cùng với sấy nóng hỗn hợp nhiên liệu đến nhiệt độ (60 ÷ 70)0C để đạt độ nhớt tương đương với dầu DO Kết quả chạy thử nghiệm trên động cơ diesel D12 - máy phát điện cho kết quả tốt

Riêng SVO sử dụng bộ chuyển đổi để sử dụng trực tiếp dầu thực vật không dùng dung môi để pha loãng chưa được quan tâm nghiên cứu trong nước

Về phía Chính Phủ đến 7/2008 đã bắt đầu khởi động chương trình phát triển nhiên liệu sinh học nhằm mục tiêu thay thế dần các nhiên liệu truyển thống, góp phần bảo đảm an toàn năng lượng và bảo vệ môi trường

Với mục tiêu trên, Thủ tướng Chính phủ đã ký một quyết định phê duyệt "Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025"

Theo đề án này, mục tiêu đến năm 2010, mỗi năm Việt Nam sẽ xây dựng và phát triển được các mô hình sản xuất thử nghiệm và sử dụng nhiên

liệu sinh học ở quy mô 100.000 tấn xăng trộn ethanol theo tỷ lệ 95% xăng và 5% ethanol (gọi tắt là E5), cùng với 50.000 tấn dầu có phối trộn bio-diesel theo tỷ lệ 95% dầu và 5% bio-diesel (gọi tắt là B5); bảo đảm đáp ứng 0,4% nhu cầu xăng dầu của cả nước

Tiếp đến, giai đoạn 2011 – 2015, Việt Nam sẽ xây dựng và phát triển các cơ sở sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học trên phạm vi cả nước Yêu cầu của giai đoạn này là đến năm 2015, sản lượng ethanol và dầu thực vật đạt 250.000 tấn, đủ sức pha trộn được 5 triệu tấn xăng, dầu E5, B5, đáp ứng 1% nhu cầu xăng dầu của cả nước [30]

Tóm lại, việc sử dụng nhiên liệu sinh học nói chung và biodiesel đã trở thành mục tiêu chiến lược của nhiều quốc gia trên thế giới, trong đó có những cường quốc như Mỹ, Nhật, Châu Âu Các nước đang phát triển ở Châu Á, Châu Phi cũng vào cuộc với cường độ cao nhằm rút ngắn khoảng cách với các nước tiên tiến

Hiện nay, dựa vào phương pháp xử lý, có thể phân công nghệ sử dụng

mỡ động vật hoặc dầu thực vật làm nhiên liệu thay thế cho động cơ diesel theo hai hướng chính:

1 Xử lý về mặt hoá học mỡ động vật hoặc dầu thực vật để có được những tính chất tương đương với dầu DO Dầu qua xử lý như vậy gọi là biodiesel Do vậy, biodiesel có thể sử dụng cho động cơ diesel mà không cần cải tạo động cơ hoặc cải tạo rất ít Theo hướng này công nghệ chủ yếu là hoá dầu để sản xuất nhiên liệu

2 Sử dụng trực tiếp dầu thực vật (SVO) bằng cách pha loãng, sấy nóng, chế tạo bộ chuyển đổi dầu thực vật hoặc sử dụng phối hợp các phương pháp đó với nhau bổ sung vào hệ thống nhiên liệu động cơ để xử lý dầu thực vật đạt được một số yêu cầu cơ bản của nhiên liệu DO Theo hướng này công nghệ chủ yếu là chế tạo bộ chuyển đổi tính chất lý-hoá của dầu

1.2 ĐẶT VẤN ĐỀNGHIÊN CỨU

Như đã phân tích ở trên biodiesel đã và đang được nghiên cứu và sử dụng nhiều quốc gia, ngoài yếu tố thân thiện với môi trường, biodiesel còn là nguồn tài nguyên có thể tái tạo được và góp phần thúc đẩy nền sản xuất nông nghiệp và kinh tế phát triển

Hiện nay, sử dụng dầu thực vật làm nhiên liệu thay thế cho DO, có hai hướng chính: sản xuất biodiesel theo công nghệ hoá-dầu mà chủ yếu là ester hoá dầu thực vật; thứ hai là chế tạo thiết bị bổ sung cho động cơ để có thể sử dụng trực tiếp dầu thực vật như là nhiên liệu diesel Cả hai giải pháp đều không yêu cầu cải tạo động cơ (hoặc rất ít nếu có)

Trong đề tài này, chúng tôi lựa chọn công nghệ theo hướng thứ hai, nghĩa là nghiên cứu chế tạo bộ chuyển đổi để dùng trực tiếp dầu thực vật (Straight Vegetable Oil - SVO) cho các động cơ diesel tĩnh tại

Hướng nghiên cứu này hoàn toàn khác với các nghiên cứu sản xuất biodiesel của một số đơn vị trong nước

So với biodiesel, giải pháp SVO có những thuận lợi:

1 Không cần có nhà máy xử lý với quy mô công nghiệp như biodiesel Giải pháp SVO sử dụng trực tiếp dầu thực vật từ các cơ sở sản xuất dầu hiện có mà không cần qua bất kỳ xử lý nào trước nên không làm tăng giá đầu vào nhiên liệu

2 Giải pháp SVO cho phép sử dụng đến 100% dầu thực vật.Trong khi đó, hiện nay biodiesel dùng để pha vào nhiên liệu diesel truyển thống với

tỷ lệ 5% (B5) đối với mọi động cơ diesel, và tối đa là 20% (B20) cho một số động cơ thích hợp và cần phải tuân thủ những khuyến cáo của nhà sản xuất động cơ diesel

3 Biodiesel dễ bị nhiễm khuẩn làm giảm sút chất lượng trong bảo quản, thời gian bảo quản được khuyến cáo là dưới 1 năm với chế độ bảo quản nghiêm ngặt, điều này rõ ràng chưa phù hợp với trình độ kỹ thuật ở

nước ta Trong khi đó dầu thực vật dùng cho SVO được bảo quản thông thường như hiện nay

4 Trong một số động cơ, nhiên liệu biodiesel làm hư hỏng vật liệu cơ bản tổng hợp PVC, các ống dẫn cao su, vòng đệm

5 SVO có thành phần khí xả tương tự như biodiesel do vậy thân thiện với môi trường sinh thái, điều mà cả thế giới hiện nay rất quan tâm

Có một số nước chọn phương án sử dụng SVO bằng cách cải tiến hoặc

bổ sung hệ thống phun nhiên liệu, với cách này không thích hợp với trình độ khoa học-kỹ thuật của nước ta Đối với bộ chuyển đổi SVO ở nước ngoài tuy

đã được trải qua thử nghiệm trong thực thế nhưng chủ yếu là cho các chủng loại của động cơ mới sản xuất gần đây, đặc biệt là động cơ có hệ thống phun CDI (Common Rail Diesel Injection) Trong khi đó hầu hết các động cơ diesel dùng cho máy phát điệnvà trong nông nghiệp ở nước ta có đời cũ hơn Mặt khác, như phân tích ở trên, các bộ chuyển đổi ở nước ngoài (chẳng hạn như: TG Vegetable Oil-Kit, G3 của Edward Beggs BES, ) chủ yếu là sử dụng phương pháp gia nhiệt để giảm độ nhớt của dầu xuống bằng nhiên liệu

DO Chính vì vậy mà cần có một tiêu chuẩn khá nghiêm ngặt cho dầu SVO,

do vậy mà nguồn dầu sử dụng làm nhiên liệu SVO chỉ hạn chế trong một số loại Một số công ty sử dụng hệ thống nhiên liệu kép để dùng khi khởi động lạnh và chạy rửa hệ thống nhiên liệu trước khi dừng máy trong một thời gian lâu, đồng thời việc chạy rửa trước khi dừng hẳn động cơ còn có ý nghĩa giảm thiểu tác hại của dầu thực vật đến các phần tử phi kim loại có trong hệ thống nhiên liệu

Ngoài độ nhớt, hàm lượng nước có trong dầu thực vật cũng là vấn đề cần quan tâm nghiên cứu Đặc biệt với công nghệ sản xuất dầu thực vật nhỏ lẻ

ở nước ta thì đây là vấn đề rất đáng quan tâm Việc tách nước ra khỏi SVO để đạt tiêu chuẩn như của Đức rất tốn kém và phức tạp Do vậy, đề tài sẽ nghiên cứu thiết bị xử lý cục bộ độ nhớt (bổ sung cho phương pháp gia nhiệt) và xử

lý nước có trong dầu thực để cải thiện quá trình cháy bằng phương pháp đồng thể hoá (homogenization)

1.3 MỤC TIÊU VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Mục tiêu nghiên cứu là chế tạo được bộ chuyển đổi để sử dụng trực tiếp dầu thực vật (Straight Vegetable Oil - SVO) cho động cơ diesel Cụ thể là dầu dừa và dầu jatropha

Xây dựng chỉ tiêu kỹ thuật dầu thực vật sử dụng cho bộ chuyển đổi để thay thế nhiên liệu diesel

Đối tượng nghiên cứu là động cơ máy phát điện có công suất đến 100

1.4.2 Phương pháp nghiên cứu:

* Phương pháp kế thừa:

– Kế thừa các công trình, kết quả nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước trong lãnh vực nghiên cứu về quá trình phun nhiên liệu trong buồng đốt, quá trình cháy trong động cơ diesel đặc biệt là quá trình chuyển đổi nhiên liệu thông qua bộ chuyển đổi

– Nghiên cứu tài liệu về công nghệ và sử dụng SVO, phân tích và chọn lọc những kết quả có thể kế thừa sử dụng trong đề tài

– Xác định những vấn đề cần nghiên cứu bổ sung hoặc nghiên cứu kiểm chứng trong điều kiện Việt Nam

– Kế thừa kinh nghiệm sử dụng hiệu chỉnh bộ chuyển đổi sử dụng SVO của các nước tiên tiến

* Nghiên cứu lý thuyết:

– Khảo sát mô phỏng trên máy tính để xác định tính chất của tia phun nhiên liệu dầu dừa, Jatropha Curcas

– Tính toán xác định các thời gian chạy chuyển đổi nhiên liệu DO và SVO trong động cơ

– Tính toán xác định hạt nước phân tán trong môi trường dầu khi xử lý qua máy đồng thể

– Tính toán thiết kế bộ chuyển đổi SVO và thiết kế qui trình công nghệ trên máy CNC

* Nghiên cứu thực nghiệm:

– So sánh kết quả hoạt động của động cơ khi sử dụng nhiên liệu DO và nhiên liệu SVO

– So sánh về sự giảm phát thải ô nhiễm trong khí xả khi chuyển sang sử dụng SVO

– So sánh bộ chuyển đổi SVO của đề tài với bộ chuyển đổi SVO của nước ngoài

1.5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Toàn bộ nội dung nghiên cứu được trình bày trong 8 chuyên đề và bản báo cáo kết quả nghiên cứu toàn diện Các chuyên đề gồm:

1 Tổng quan về sử dụng nhiên liệu sinh học cho động cơ đốt trong và phân tích lựa chọn dầu thực vật thay thế nhiên liệu diesel ở Việt Nam

2 Phân tích các chỉ tiêu về nhiên liệu của dầu jatropha và dầu dừa và khả năng sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ diesel ở Việt Nam

3 Nghiên cứu công nghệ SVO

4 Nghiên cứu tính toán thiết kế bộ chuyển đổi

5 Nghiên cứu tính toán thiết kế hệ thống lọc SVO

6 Nghiên cứu ảnh hưởng của SVO đến cơ tính các phần tử phi kim loại trên động cơ

7 Xác định vật liệu chế tạo bộ chuyển đổi SVO

8 Qui trình công nghệ chế tạo bộ chuyển đổi SVO

Và báo cáo kết quả nghiên toàn diện cứu gồm 4 chương:

1 Chương 1: Giới thiệu tổng quan về nhiên liệu sinh học, SVO và đặt vấn

đề nghiên cứu

2 Chương 2: Tổng quan về công nghệ SVO và phân tích lựa chọn gải pháp SVO

3 Chương 3: Nội dung và phương pháp nghiên cứu

4 Chương 4: Kết quả nghiên cứu

5 Chương 5: Kết luận và đề xuất ý kiến

Ngoài ra, phần Phụ Lục của báo cáo gồm tổng hợp các số liệu về chương trình máy tính, các phiếu xét nghiệm của các phòng thí nghiệm có liên quan

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SVO

VÀ PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP SVO

Trong chương này sẽ trình bày những giải pháp sử dụng SVO trên thế giới, từ đó làm cơ sở lựa chọn công nghệ áp dụng trong nước Nhưng trước hết, cần tóm lược nội dung trong chuyên đề 2 về những cơ sở lựa chọn dầu thực vật làm nhiên liệu cho động cơ diesel ở trong nước và khả năng cung cấp

là nguồn nhiên liệu của nó

2.1 LỰA CHỌN DẦU THỰC VẬT LÀM NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG

CƠ DIESEL

Trong phân này, các nội dung nghiên cứu làm cơ sở để lựa chọn loại dầu thực vật làm nhiên liệu thay thế cho động cơ diesel ở Việt Nam Cơ sở lựa chọn dầu thực vật được dựa trên 2 chỉ tiêu cơ bản: Khả năng cung cấp của nguồn dầu thực vật làm nhiên liệu và tính tương thích với các chỉ tiêu nhiên liệu của dầu thực vật

2.1.1 Nguồn cung cấp dầu thực vật làm nhiên liệu

Trong các chuyên đề 1 và 2, đã phân tích thì dầu dừa và Jatropha Curcas có khả năng làm nhiên liệu thay thế cho dầu diesel Ngoài tính khả thi

về kỹ thuật, nguồn cung cấp và và giá thành của chúng có vai trò quyết định đến sự thành công hay thất bại của việc sử dụng nhiên liệu sinh học

Theo [49] diện tích trồng dừa cả nước ở Việt Nam vào năm 2007 ước tính là 134,6 ngàn hecta, sản lượng 1.046,8 ngàn tấn Theo dự kiến, Việt Nam

sẽ đầu tư để nâng sản lượng dầu thực vật lên 660.000 tấn năm 2010 [20]

Hiện nay diện tích trồng dừa ở nước ta đạt khoảng 200.000 ha, chủ yếu tập trung ở đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) chiếm khoảng 70% và các tỉnh duyên hải miền Trung từ Đà Nẳng trở vào chiếm gần 20% Ở ĐBSCL

tập trung ở Bến Tre (38.000 ha), Trà Vinh (12.418 ha), miền Trung ở Bình Định (12.000 ha) sau đó là Phú Yên, Ninh Thuận, Bình Thuận và một số ít ở các tỉnh Bắc Trung Bộ Do vậy, việc vận chuyển dầu từ nơi sản xuất đến nơi phân phối dọc theo miền Trung và ĐBSCL khá thuận lợi (Hình 2.1)

Diện tích trồng dừa ở nước ta giảm trong giai đoạn những năm 90 do giá bán dừa trái thấp, hiệu quả kinh tế từ cây dừa không bằng các loại cây trồng khác nên nhà vườn chuyển đổi sang vườn cây ăn trái Từ năm 2004 đến nay do hoạt động chế biến dừa trái gia tăng, giá bán nguyên liệu dừa trái lên rất cao nên diện tích trồng dừa ở các địa phương liên tục tăng, riêng tỉnh Bến Tre đã tăng thêm gần 3.000 ha, đạt 38.000 ha, tiếp tục giữ vị trí tỉnh trồng dừa nhiều nhất cả nước

Cây dừa là loại cây có giá trị kinh tế cao, do nó cho nhiều sản phẩm khác nhau từ quả, lá, thân Có thể nói hầu như toàn bộ cây dừa đều được dùng làm ra sản phẩm có ích cho con người Quả dừa khô được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau Cơm dừa dùng để chế biến dầu dừa, thực phẩm; xơ dừa được đập lấy cước làm thảm, dây thừng; bụi xơ dừa làm đất sạch; gáo dừa làm đồ mỹ nghệ hoặc than hoạt tính; Ngoài ra, bẹ và lá dừa dùng làm chất đốt; cây dừa làm cột nhà, kèo nhà, đòn tay nhà, cây ruôi cho đến mái lợp,…

Vì vậy, việc phát triển cây dừa làm nhiên liệu sinh học còn kéo theo sự phát triển các ngành kinh tế khác như tiểu thủ công nghiệp và kinh tế nông thôn

Theo số liệu tổng hợp chưa đầy đủ sản lượng dừa của một số địa phương có diện tích trồng dừa lớn nhất nước được cho trong Bảng 2.1

Theo số lượng thu hoạch ở Bảng 2.1, với ước tính 15 quả dừa sản suất được 2 lít dầu, chỉ riêng 2 tỉnh Bến Tre và Trà Vinh mỗi năm có thể sản xuất đạt 23 triệu lít dầu Với lượng dầu này có thể cung cấp cho 40 ngàn mã lực mỗi năm

Mục tiêu phát triển đến năm 2010 của Bộ NN&PTNT là đẩy mạnh thâm canh vườn dừa hiện có; đồng thời duy trì diện tích trồng dừa khoảng 125.000  130.000 ha ở ĐBSCL

Theo diện tích quy hoạch trồng dừa của Bộ NN & PTNT ở ĐBSCL đến

2010, nếu cây dừa chúng ta có năng suất trung bình của các nước trong khu vực, thì sản lượng dầu dừa ước lượng khoảng từ (300  320) triệu lít dầu mỗi năm (ước tính theo số liệu cho trên Hình 2.2) Như vậy chỉ riêng ĐBSCL sản lượng dầu dừa tăng hơn 7 lần hiện nay so với cả nước Với lượng dầu dừa này tương đương với (230  250) ngàn tấn dầu diesel truyền thống, tương đương với (241  262) TOE (Tonne of Oil Equivalent), và mỗi năm có thể cung cấp cho khoảng 540 ngàn mã lực

Bảng 2.1: Sản lượng và giá bán dừa trái ở một số địa phương

Tỉnh/ Địa phương

Diện tích (ha)

Số cây dừa (triệu cây)

Lượng thu hoạch (tr.trái/năm)

Giá bán dừa khô (đồng/trái)

Bến Tre 35.000 - > 200 1.200  1.800 Trà Vinh 16.000 3,2 140  150 2.500  2.700

Bình Định 12.000 0,08 - 1.800  2.000 Khánh Hòa-Phú

Theo Undata (Nguồn: Millennium Development Goals Database) năm

2004 tiêu thụ năng lượng bình quân đầu người của Việt Nam là 240 kgOE (kilogram of oil equivalent) Theo dự báo, nhu cầu tiêu thụ năng lượng bình quân đầu người của Việt Nam sẽ đạt mức (354  377) kgOE vào năm

2010, tăng gấp 1,5  1,6 lần so với năm 2004 và đạt 668 kgOE vào năm 2020 Điều này đã gia tăng sức ép về tìm kiếm nguồn nhiên liệu mới để phục vụ cho phát triển kinh tế của Việt Nam Tính sơ bộ như trên, chỉ riêng dầu dừa ở ĐBSCL sẽ đáp ứng được gần 1% nhu cầu năng lượng của cả nước ở năm

2010

Hình 2.2:Biểu đồ năng suất trung bình của các loại dầu thực vật

(Nguồn: Journeytoforever.org )

Như vậy, có thể nói nguồn cung cấp dầu dừa làm nhiên liệu thay thế cho động cơ diesel ở Việt Nam rất khả quan Tính khả thi được nâng cao khi nâng cao chất lượng giống và biện pháp thâm canh tốt

Gần đây xuất hiện hướng nghiên cứu đáng chú ý là sản xuất biodiesel

từ dầu không ăn được, chúng rẻ hơn nhiều so với dầu thực phẩm, chẳng hạn như cây Jatropha Curcas (Hình 2.3) Dầu từ quả của cây này không thể dùng cho thực phẩm vì nó chứa toxalbumine gọi là “curcine” rất độc Khảo sát các đặc tính nhiên liệu của Jatropha Curcas và các dẫn xuất ester-methyl và -ethyl của nó đã cho nhiều kết quả hứa hẹn sử dụng làm nhiên liệu thay thế cho động

cơ diesel

Cây Jatropha trồng được trên mọi loại đất: vùng đất dốc, đất nghèo, đất

bị thoái hoá, không trồng được các loại cây nông nghiệp khác, kể cả vùng sa mạc nóng bỏng ở Ai Cập, Jatropha vẫn phát triển tốt Đất thoái hóa sau thời gian trồng Jatropha, có thể tái sử dụng diện tích này để trồng các loại cây khác vì cây Jatropha đã chặn đứng được tình trạng rửa trôi Cây Jatropha Curcas cho trái sau 4 năm Chu kỳ kinh tế của cây này 30  50 năm Cây Jatropha còn cho sản phẩm phụ là phân hữu cơ, thức ăn chăn nuôi giàu đạm (sau khi khử độc), làm dược liệu, nuôi tằm lá sồi

Cọ Hạt bông Đậu nành Hạt lanh Nhân quả cọ

Hướng dương

Loại cây kg/hecta

Hạt bông 273 Đậu nành 375 Hạt lanh 402 Nhân quả cọ 460 Hướng dương 800 Đậu phụng 890 Hạt cải 1.000 Jathropha 1.590 Dừa 2.260

Cọ 3.260

Dừa

Đậu phụng

Hạt cải Jatropha

kg dầu/hecta

Hiệu quả kinh tế của cây Jatropha được đánh giá là khả quan Ở Ấn Độ, trồng Jatropha trên vùng đất khô cằn, một cây cho (5  6) kg hạt, 1ha trồng 2.500 cây có thể đạt năng suất trên 10 tấn hạt/ha/năm Với hàm lượng dầu của hạt 38%, thì 1ha Jatropha có thể sản xuất được 4,5 tấn dầu/năm (gấp đối so với dầu dừa) Ấn độ đặt chỉ tiêu trồng 11 triệu ha cây Jatropha vào năm 2012

và trong mở rộng diện tích trồng trên 33 triệu ha

Hiện nay cây Jatropha được trồng nhiều ở Châu Phi, và ở Châu Á để phát triển nhiên liệu sinh học và các chế phẩm khác [39]

Trung Quốc: đến cuối năm 2007 đã trồng được 15.000 ha, dự tính đa ̣t 100.000 ha trong vài năm tới

Mianmar: Với mục tiêu trở thành nước xuất khẩu nhiên liệu sinh học làm từ Jatropha, đến 2006 đã trồng 800.000 ha

Thái Lan: hiện có 1.600 ha Jatropha, dự kiến sẽ tăng lên 320.000 ha trong vài năm tới

Hình 2.3: Cây Jatropha Curcas.(http://www.jatropha.org/)

Ở Việt Nam từ năm 2007 trong nước đã khởi động chương trình nghiên cứu gây trồng phát triển cây Jatropha Curcas để phát triển chương trình nhiên liệu sinh học, trong đó đề tài do Trung tâm Công nghệ Sinh học Lâm Nghiệp thực hiện trong giai đoạn 2007  2010 đã thu thập được 8 xuất sứ hạt Jatropha và

tuyển chọn được 29 cây trội với các đặc tính vượt trội về sinh trưởng, năng suất hạt (2,8  5,0) kg và hàm lượng dầu trong hạt (25  39)% Đề tài đã thiêt lập được vườn tập hợp giống cây trội, suất sứ, các mô hình thí nghiệm và thử nghiệm gây trồng, khảo nghiệm xuất sứ tại Đại Lải, tỉnh Phú Thọ, tỉnh Bình Thuận, Ninh Thuận, Bình Định, Đăk Lăc, Thừa Thiên - Huế và Quảng Trị vởi tổng số diện tích là 38 ha chuẩn bị cho việc tinh chế dầu biodiesel ở Việt Nam [4]

Bên cạnh đó, cây Jatropha đang được trồng thí điểm trên 2.000 ha ở Lạng Sơn, Sơn La, Nghệ An, Lai Châu, với khoảng 56 triệu cây Một số đơn

vị khác trồng trên diện tích nhỏ ở 19 tỉnh từ Bắc vào Nam như Hà Nội (Sóc Sơn), Thanh Hóa, Bình Dương, để khảo nghiệm và theo dõi tình hình sâu bệnh (Hình 2.4)

Từ năm 2009 trở đi, Việt Nam dự kiến sẽ có đủ giống trồng hàng trăm nghìn ha/năm, có nghĩa là đủ giống tốt cung cấp thoả mãn cho dân trồng trên phạm vi cả nước Quy trình kỹ thuật thâm canh Jatropha cũng đã được xây dựng, hướng tới mục tiêu đạt trên 10 tấn hạt/ha năm

2.1.2 Tính tương thích các chỉ tiêu nhiên liệu của dầu thực vật:

Tính chất nhiên liệu của dầu thực vật đóng vai trò quyết định khi muốn

sử dụng trực tiếp chúng làm nhiên liệu cho động cơ diesel Các tính chất nhiên liệu quan trọng của dầu dừa gồm có: thành phần hóa học, độ nhớt, chỉ

số Cetane, sức căng bề mặt và tính chất bay hơi Về các chỉ tiêu nhiên liệu, có thể nhận định như sau:

Thành phần hóa học của dầu jatropha và dầu dừa so với dầu diesel

(Bảng 2.2): lượng chứa C ít hơn 14,6%, lượng chứa H ít hơn 12% còn lượng

O thì lớn hơn rất nhiều (dầu diesel chỉ có vài phần ngàn O, còn dầu dừa có 16% O, cho nên dầu dừa là nhiên liệu có chứa nhiều oxy Chính vì điều này

mà dầu dừa có thể làm việc với lượng dư không khí nhỏ mà vẫn cháy hoàn toàn Đây là một thuận lợi khi tạo hỗn hợp cháy trong động cơ diesel, do quá

trình tạo hỗn hợp cháy trong diesel khó đồng nhất để cung cấp đủ oxy cho mọi thành phần nhiên liệu

Hình 2.4: Các vùng có trồng thử nghiệm cây Jatropha Curcas

Bảng 2.2: Thành phần hóa học và các chỉ tiêu nhiên liệu của dầu jatropha,

dầu dừa so với nhiên liệu diesel

Thành phần hóa học Dầu

jatropha Dầu dừa

Dầu diesel

Tỉ số lượng không khí/Lượng

Các chỉ tiêu nhiên liệu

Khối lượng riêng, (g/cm3) 0,916 0,915 0,836 Sức căng bề mặt ở 200C/800C,

30 ÷ 37 28,92÷29,03

- 3,71÷6,19

Nhiệt trị, (MJ/kg)/(kCal/kg) 39,40/

9.433,5 37,10/8.875

43,80/ 10.478

Độ nhớt của dầu jatropha và dầu dừa ở nhiệt độ 200C cao hơn so với dầu diesel khoảng (612) lần, nhưng đường cong chỉ thị độ nhớt rất dốc, khi nhiệt độ 1000C đối với dầu dừa và jatropha xấp xĩ với dầu diesel (Hình 2.5)

Độ nhớt của dầu ảnh hưởng lớn đến khả năng lưu thông của dầu trong bầu lọc, chất lượng phun nhiên liệu và tạo hỗn hợp cháy, do đó ảnh hưởng mạnh đến tính kinh tế và hiệu quả của động cơ

Hình 2.5: Đặc tính nhớt nhiệt của dầu dừa và dầu jatropha

Chỉ số cetane của dầu dừa nhỏ hơn dầu diesel một chút, trong khi đó

số cetane của dầu jatropha cao hơn diesel Muốn tăng chỉ số cetan cho dầu thực vật có thể dùng biện pháp thêm chất phụ gia "procetane" hay chuyển chúng thành ester dầu thực vật

Chỉ số cetane của dầu dừa thấp làm thời gian cháy trễ tăng, thời điểm bắt đầu bốc cháy và cháy chính lui về sau, cùng lúc số lượng nhiên liệu tham gia cháy trễ lớn làm tăng áp suất cháy cực đại và tốc độ tăng áp suất trung bình (p/) cao

Tuy nhiên, theo thiêu chuẩn của Petrolimex, chỉ số cetane nhỏ nhất (CNmin) của dầu diesel CNmin= 45, theo ATSM, khi CNmin= 40 thì việc cải thiện khả năng tự bốc cháy của dầu dừa (CN = 40÷42) trở thành thứ yếu

Sức căng bề mặt: Ở nhiệt độ thường thì sức căng bề mặt của dầu thực

vật cao hơn so với dầu diesel nhưng ở nhiệt độ cao thì giảm nhanh và đạt giá trị gần bằng dầu diesel

1 – Dầu dừa

2 – Dầu jatropha