Luận văn thạc sĩ nghiên cứu Đánh giá Đặc tính kinh tế kỹ thuật của Động cơ diesel khi sử dụng nhiên liệu diesel pha cồn

Nhiên liệu diesel pha cổn không những có thể giúp giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch đồng thỏi cãi thiện được chất lượng khí thải ở dộng cơ diesel, Tẻ tài “Nghiên cứu, đánh giá đặc

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoạn đây là đề tải nghiên cứu của riêng tôi Cáo số liêu kết quả tiểu trong luận văn lá trung thực và chưa từng được ai công bể trong các công trình

niảo khác!

Tra Nội, tháng 10 năm 2013

Tác giả

Tương Đức Nghĩa

MỤC LỤC LOT CAM BOAN

2 Cae để tài nghiên cứu liên quan: - - 9

3 Mục địch nghiên cứu của luận văn, đổi tượng, phạm vi nghiên cứu L2

4 Tóm tắi cô đụng các nội đụng chính và đóng góp mới của táo gả 12

Chương I TONG QUAN VE NHIEN LIED THAY THE SU DUNG TREN

BONG CO DOT TRONG

1.3.5 LIydro "— _Ô

Chương TT - CŒ SỞ VỀ SỬ DỤNG NHIEN LIEU DIESEL PHA CON TREN

DD COR ceecesessseessunsetinsssessseeeseneicesesvassstnsasinnssennseeee —

3.3 Nhiên liệu diesel pha cO1 cccsesnssctormntencinensnsnscsasneaneeenn SS

3.4, Quá trình chây trong động cơ điesel khi sử dựng nhiên liệu diesel pha cốn: 37

2.4.2, Quá trình cháy trong động cơ diesel khi sứ dụng nhiên ligu diesel pha côn

44

2.5 Tỉnh năng, kinh tế kỹ thuật của động, cơ khi sử dụng diesel pha côn 47

2.5.1 Suât tiêu hao nhiên liệu Kereearerarrddrreerieoo TỶ

Chương IT- NGHIEN CUU, DANI GIA DAC TIN KINH TẾ KỸ THUẬT CUA BONG CO DIESEL KHI SU DUNG NHIEN LIEU DIESEL PHA CON

3.1 Thiết bị thử nghiệm ni eereeee ¬

3.2 Nhiên liệu thử nghiêm cá eerrrrerraiireeenooo.SÐ

'TÄI LIỆU THAM KHẢO

THỤ LỤC

- Phụ lục 1 Kết quã đo các thông số về tính kinh tế kỹ thuật động cơ 79

- Phụ lục 2 Kết quả đo các thông số về phát thải của động cơ 80

Bang 1.1

DANH MỤC CÁC BẰNG

Sân xuất côn trên thẻ giới (triệu tân)

Bang 1.2 Dự báo nhu cầu cồn nhiên liệu tại Việt Nam theo lộ trình

Kỹ hiệu nhiên liệu điesel pho cỗn,

Một số tỉnh chất nhiên liệu ED [18]

Các thông số của động cơ AVL 5402

Một số thông số cơ bản của nhiên liệu điesel và cồn thử nghiệm Kết quả đo phát thấi CO ở áp suất phụm 400 bạr

Kat qua do phat thai CO, ở áp suất phun 400 bar

Kết quả đo phát thải NOx ở áp suất phun 400 bar

Kết qua do phat thai HC 6 4p sudt phun 400 bar,

Kết quả đo tỷ lê sool ở ap sul phun 400 bar

DANH MUC HINH VE Hình 1.1 Các công đoạn chính của sản xuất côn bằng phương pháp lên men20 Hình 1.2 Làm khan cổn bằng phương pháp chưng cát chân không 21 Hình 2.1 Ảnh hướng của hàm lượng cần đến độ nhớt nhiên liệu 344

Hình 2.2 Đặc tỉnh tự chảy của các mẫu nhiên liệu diesel pha cổn 35

Hình 2.3 Nhiệt độ tự cháy của các mẫu nhiên liệu điesel pha cổn 36 TTình 2.4 Sức căng bề mặt của các loại nhiên liệu điesel pha cổn 37 Hình 2.5 Đỏ thị khai triển quá trình cháy ở đồng cơ đieœsel 39

Hình 26 Áp suất trong xi lanh ở công suất 3,2 1W - - 44

Tlinh 2.7 Áp suất trong xí lanh ở công suất 15,4 kW 45

Hinh 28 Tượng nhiệt cấp cho chủ trình của nhiên liệu điesel pha cốn 46 Tlinh 3.9 Lan tràn màng lửa trong quá trình cháy của nhiên liệu dissel pha cốn

47

Hình 2.10 Phát thải khói của nhiên liệu điesel pha cồn 50 Hình 2.11 Phát thải NÓ, của nhiên liệu diesel pha cOn oo dd

Hình 2.12 8o sánh theo suất tiêu hao nhiên liệu (BSEC) 4B

Hình 2.13 So sánh theo suất tiên hao năng lượng (BSEC) - 4g

Hình 3.1 Sơ đỏ cụm băng thứ dộng cơ một xylanh AVL 5402 53 Hinh 3.2 Bảng thủ động cơ một xy lanh AVI, 5402 34

Hình 3.4 Sơ dé nguyén ly thiét bi Fuel balance 7338 — -

Hinh 3.5 Thiết bị phân tích khí thải CEE- TT 36

Linh 3.7 6 théng Puma ceessscesssssseissnsssssssssssseeeseeeeesiseniiuesansvesneseene SB

Hinh 3.8 Opacimeter cnnkrererirrre

Hình 3.9 Thiết bị THA 100

THỉnh 3.10 Kết quả đo áp suất trong xylanh ở áp suất phm 400bar

Hình 3.11 Kết quả do áp suất trong xylanh ở áp suất phun 600bar

Hình 3.12 Kết quả đo áp suất trorgr xykanh ở áp suất phu 800bar

Tlinh 3.13 Két qua đo mô men xoắn của động cơ ở áp suất phun 400bar Hình 3.14 Kết quả do suất tiêu hao nhiên liệu ở áp suất phun 400 bar

Hinh 3.15 Thanh phan CO ở áp suất phun 400 bar

Ilinh 3.16, Thanh phân CO ở áp suất phun từ 100 dén 800 bar

Hình 3.17 Thành phần CO; ở áp suất phun Lừ 400 bar

Tình 3.18 Thành phân NÓx ở áp suất phun 400 bar

Linh 3.19, So sanh thanh phin NOx ở tốc độ động cơ 1400 vòng/phúi

Hình 3.20 Thành phẫn HC ở áp suất phun 400 bar

Tlinh 3.21 Thanh phan [IC ở áp suất phun từ 400 đến 800 bar

ITinh 3.22, Thanh phan soot 6 ap suat phun 400 bar

Hình 3.23 Kết quả đo mô-men xoắn động co 6 téc 43 1400 vong/phil

Hình 3.24 Kết quả đo phát thải CO ở tốc độ 1400 vòng/phút

Hình 3.25, Kết quả đo phát thai HC ở tốc độ 1400 vòng/phút

Hình 3.26 Kết quả đo phát thái NÓx ở tốc độ 1400 vòng/phút

Hình 3.27 Kết quả đo tí lệ soot ở tốc độ 1400 vẻng/phút

TONG QUAN VE DE TAI NGHIEN CUU

1 L¥ do chon dé thi:

'Trước tình hình nguồn nhiên liệu hóa thạch đừng cho động co đết trong dang đân cạn kiệt, việc nghiên cứu vã ứng dung các loại nhiên liệu thay thê có khả năng, tái tạo dang là xu hưởng chung của nhiều nước trên thẻ giới cũng như ở Việt Nam Xuất phát từ xu hướng đó, ngày 20/1 1/2007, Thủ tướng Chính phủ đã ký quyết định

số 177/2007/QĐ-TTg vả việc phê đuyệt “Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, lâm nhìn đến năm 2025” tại Việt Nam với mục tiêu tổng, quát là: phát

triển nhiên liệu sinh học, một dạng năng lượng mới, tái tạo đuợc để thay thể một

phân nhiên liệu hóa thạch truyền thông, góp phần bảo đâm an nĩnh năng lượng và bão vệ môi trường, Theo dé an thi đến năm 2010 Việt Nam xây dựng và phát triển được các mô hình sản xuất thử nghiệm vạ sử đụng nhiên liệu sinh học quy mô 100.000 tân xăng sinh học B5 và 50.000 tân đầu sinh hoc BS/nim, bao đâm đáp ứng

0,4% nhụ cầu xăng đầu của cá nước, dén năm 2015, sắn lượng côn và dẫu thực vật

đạt 250.000 tấn (pha được 5 triệu tân E5, B5), đáp ứng 1% như câu xăng dâu của cả nước và đến nim 2025, sản lượng cẩn và dầu thực vật đạt 1,8 triệu lấn, đáp img khoảng 5% nlư cầu xăng dẫu của cả nước

Theo báo cáo của Bộ Công Thương tại lớp tập huân về phát triển nhiên liệu

sinh học bên vững ngày 9/7/2013, đến nay về cơ bản Việt Nam dã hoán thành cơ sở pháp lý cho việc tổ chức sắn xuất và quản lỷ năng lượng sinh học, thông qua việc

phê đuyệt và ban hành “Quy hoạch sản xuất côn nhiên liệu phục vụ cho ngành sản

xuất ning lượng sinh học đến năm 2020, có xét dén nim 2030” Bên cạnh dỏ là lộ trình áp dụng tỷ lé phối

như các hệ thếng các tiêư chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật về xăng E5, E10, cùng với

năng lượng sinh học với nhiên liệu truyền thống, cũng,

trang thiết bị sử dụng lồn trữ, phần phối tại cửa hàng xăng đầu và phụ trợ

Đôi với động cơ xăng, nhiên liệu T5, gdm 5% cén va 95% xăng truyền thống,

đã được khuyến khich sử đụng từ cuối năm 2010 Tô trình bắt buộc sử đựng E5 và

10 trong những năm tới dây cũng đã được ban hành Đối với động co dicscl, bên cạnh việc thay thế toàn bộ hoặc một phần nhiên liệu điesel khoáng băng diesel sinh.

hoe thi việc pha trộn thêm một phản nhỏ cỏn vào nhiên liệu dicscl thông thường cũng đã và đang được quan tâm Nhiên liệu diesel pha cổn không những có thể giúp

giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch đồng thỏi cãi thiện được chất lượng khí thải ở dộng cơ diesel,

Tẻ tài “Nghiên cứu, đánh giá đặc tính kinh tế kỹ thuật của động cơ diesel khi

xử đụng nhiên liệu diesel pha côn” được thực liện nhằm nghiên cứu và đánh giá các khá năng nêu trên khi sử dụng nhiên liệu diesel pha cồn trên dong, co diesel

Nhiên liệu thử nghiệm được tạo ra bằng cách phỏi trộn trực tiếp nhiên liện diesel

với côn sinh học sẵn có trên thì trường hiện nay theo một số tỉ lệ nhất định Thử nghiệm được tiền hảnh trên động cơ diesel 1 xylanh AVL 5402 với hệ thông thiết bị

thử nghiệm hiện đại và đồng bộ tại PTN trường ĐHBK Hà Nội Cáo kết quả thử nghiệm với nhiên liệu đicacl pho côn được phân lich, đánh giá và sơ sánh với trường

hợp sử dụng nhiên liệu điesel trưyền thống

2 Cac dễ tài nghiên cứu lên quan:

Việc nghiên cửu, đánh giả đặc tỉnh kinh tế kỹ thuật của động cơ điesel khi sử

dung nhiên liệu đicsel pha côn đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới tiến hành nhưng ở Việt Nam, các để tải nghiên cứu liên quan chưa nhiều và chit yéu mang tính lý Hmyết Một số đề tài nghiên cứu cửa các nước trên thể giới và tại Việt Nam

đã được công bố:

- Lithanol- diesel fuel blends-a review, tac gid: Alan C Llansen", Qin Zhang”, Peter W.L Lyne’ * Department of Agricultural and Biological Engineering, University of Umois, 1304 W Pennsylvania Ave., Urbana, IL 61801, USA * School of Bioresources Engineering and Environmental Hydrology, University of Natal, Private Bag X01, Scottsville 3209, South Africa

- Blending clhunol in diesel Tae gia: Carmen Millan Chacartegui (Abengoa

Bioenergy) - Lot 3b coordinator Juan Emilio Gonzalez Lopez (O,Diesel)

Francisco Soriano Alfonso (Abengoa Bioenergy) Paivi Aakko (VTT Processes, Energy and Environment, Engines and Vehicles) Carlo Hamelinck (Eeofys) Geert van der Vossen (Ecofys) Hans Kattenwinkel (Ecofys) The European BIOScopes

project is carried out by Ecofys for the European Commission’s Dircetorate- General Linergy and ‘Transport, in cooperation with AGQM, LBL, NEN, University

of Graz, Atrax, ITERG, Abengoa, SSOG, ASG, ADM, Ecotraffic, BAFF, LACCO, UNGDA, LBB,O2Diesel, and VIL Publication date: May 2007

- Study on Combustion and [mission Characteristics of Diesel ngines Using Eibanol Blended Diesel Fuels Tae gid: Bang-Quan He, Tiar-Xin Wang, Xiao-Guang Yan, Xin Tian and Hu Chen State Key Laboratory of Automobile Safety and Lnergy, Tsinghua University 2003 SAL World Congress Detroit, Michigan March 3-6, 2003

- Performance evaluation of corapression ignition engine by diesel-ethanol methylester blend Téc gia: Mayur D Bawankure, Prashant A Potekar, Bhushan

A Nandane Department of Mechatrical Engineering, Jawaharlal Darda Tnslitute of Bngineering and Technology, Yavavimal (MS) India- 145001 Intemational Jounal

of Emerging trends in Engineering and Development Issue 2, Vol.2 March-2012

- Physico-chemical properties of ethanol-diesel blend fucl and ils effect on performance and emissions of diesel engines ‘lac gi: De-gang Li, Huang Zhen,

Lu, Xingeai, Zhang Wu-gao, Yang Jian-guang School of Mechanical and Power

Engineering, Shanghai Jiaotong University, Shanghai, China

- Properties of diesel-ancohol blend ‘Tac gid: L Llaiba’, ¥ Liller”, Ul Nagy’,

TJ Hanksok? 4 University of Pannonia, Facully of Information Technology,

Research Institute of Chemical and Process Engineering H-8200 Veszprém,

Tgyetem u 10., Ilunggary ? University of Pannonia, Department of MOL

Hydrocarbon and Coal Processing H-8200 Veszprém, Egyetem u 10, Hunggary Hungarian Journal of Industrial Chemistry Veszprem Vol 39(3) pp 349-352 (2011)

- Filanol-diesel blends a step towards a bio-based fuel for diesel engines tác giá Alan C Llansen Associate Professor, Department of Agricultural Engineering, University of Ilinois, Urbana, Illinois Peter W L Lyne Professor,

School of Biorcsources Frigincering and Environmental Hydrology, University of

10

Natal, Pictcrmaritzburg, South Africa Qin Zhang Assistant Professor, Department

of Agricultural Lingineering, University of Illinois, Urbana, Illinois Written for presentation at the 2001 ASAE Annual International Meeting Sponsored by ASAE

Sacramento Convention Center Sacramento, California, USA July 30-August 1,

2001

- An Expenmental Study on the Solubilily of a Diesel-Ethanel Blend and on

the Performance of a Diesel Engine Fueled with Diesel-Biodiesel - Kthanol Blends

Tae pia: M Al-Tlassan*, Il Mujafet" and M Al-Shannag’ “Mechanical Engineering

Department, Facully of Engineering Technology, Al-Balqa' Applied University,

Jordan ° Chemical ingineering Department, l'aculty of lingineering ‘l'echnology,

AlBalgat Applied University, Jordan b Jordan Journal of Mechanical and Tndusinal Engineering Volume 6, Number 2, April 2012 TSSN 1995-6665 Pages 147-153

-Influcnee of cthane!—diesel blended fuels on diesel exhaust emissions

and mutagenic and genoloxie activities of particulate extracts Tae gia: Chong-Lin

Song", Ying-Chao Zhou", Rui-Jing Huang’, Yu-Qiu Wang”, Qi-Fei Huang", Gang,

Lu’, Ke-Ming Liu’ "State Key Laboratory of Engines, Tianjin University, Tianjin

300072, China ‘College of Enviroumental Scicuce and Engincering, Nankai

University, ‘lianjm 300071, China “Lianjm Center for Disease Control and

Prevention, Tianjin 300011, China

- Safety and Performance Assessment of Ethanol/Diesel Blends (H-Dhesel)

Tac gia: L.R Waterland, S Venkatesh, and S Unnasch IIAX LLC Cupertino,

Califomia National Renewable Energy Laboratory Subcontractor report September

2003

- “Nghiên cửu sử dụng nhiên liệu thay thể trên động cơ diesel”, tác giả Trân

Thanh Hải Tùng, Tê Anh Tuấn, Pham Minh Tuân Khoa Cơ khí giáo thông, trường,

Dại học l3ách khoa, Dai học Đà Nẵng và Viện Cơ khí động lực, truờng Dai hoe

Đách khoa Hà Nội

- Cén sinh hoc, nguồn nhiên liệu cho động cơ đốt trong Tác giã: Đỗ Ngọc

11

Toản Khoa May tau bién, Truong DH Hang Hai (Tap chi Khoa học Công nghệ lang hai $6 14 - 6/2008)

3 Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu

- Mục đích của luận văn: Nghiên cứu và phần tích ảnh hưởng của nhiên

liệu diesel pha côn với tý lệ cồn khảc nhau tới quá trình chảy, tình năng kinh tế kỹ

thuật và phát thải của động cơ đissel

- Đỗi tượng nghiên cứu của luận văn: Nhiên liệu điesel pha cên với tỉ lệ

cồn là 5% và 10% vẻ thể tích,

Thủ nghiệm được tiễn hành đối với động co diesel mét xy lanh AVL 5 02, được trang bị hệ thống nhiên liệu Commem vail tại phỏng thí nghiệm động cơ đốt

trong, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

- Phạm vi nghiên cứu: Trong khuôn khế luận văn thạc sỹ (do hạn chế về

thời gian và kinh phí th nghiện) tác giá chỉ giới hạn khảo sal, đánh giá đặc tinh

kinh tế kỹ thuật của dộng cơ diesel một xy lanh AVL 5402 với hệ thông nhiên liệu

common rail tai phéng thi nghiém Déng co dat trong, trường ĐHEK Hà Nội khi sử

đụng nhiên Kéu diesel pha 5% đến 10% cén

- Ý nghĩa khoa học:

+ Phân tích và đánh giá ảnh hưởng của điesel pha 5% và 1094 cồn tới tính xăng kinh tế, kỹ thuật vá phát thải ở dộng cơ dieseL

+ La tai liệu khoa học hữu ích cho các nghiên cửu liên quan

- Ý nghĩa thục tiễn: Kết quả của đề tài góp phần thúc đấy việc nghiên cứu

chế biển, sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học nói chung, diesel pha cồn nói riêng trên phương tiện giao thông vận tải, qua đỏ giảm sự phụ thuộc vào nguồn

nhiên liệu đâu mô vá giảm thiếu ô nhiễm môi trường

4 Tôm tắt cô đọng các nội dung chính v4 dong pop mi của tác

Chương 1 Tổng quan về nhiên liêu đicscl pha côn trong đó nêu sự cân thiết

sử dụng các loại nhiễn liệu thay thế và các loại nhiên liệu thay thể thưởng ding

Chương 2 Cơ sỡ lý thuyết về sử đụng nhiên liệu điesel pha cản trên động ca

diesel bao gồm tính chất lý hóa của nhiên liệu thứ nghiệm của dễ tải, đặc điễm quả

trình chảy trong động cơ diesel khi sử dụng nhiên liệu diesel và nhiên liệu diesel pha cổu

Chương 3 Nghiên cửu, đánh giá đặc tỉnh kinh tế kỹ thuật của động cơ diesel khi sử đụng nhiên liện diesel pha côn thông qua việc đánh giá, phân tích kết quả thử

nghiệm 3 loại nhiên liệu: điesel, điesel pha S% cén va diesel pha 10% cén trên động,

co diesel một xy lanh AVL 5402 với hệ thống nhiên liệu coramon rail tại phòng thí

nghiệm Đông cơ đốt trong, trường ĐHBK Hà Nội

5 Phương pháp nghiên cứu:

Kết hợp nghiên cứu lý thuyết và phân tích, đánh giá thực nghiệm, trong đó

chủ trọng thực nghiệm đẻ đánh giá ảnh hưởng, của nhiền ligu diesel pha 5% va 10%

cản đến tỉnh năng kinh tế kỹ thuật cũa động cơ thứ nghiệm

13

Chương L TONG QUAN VE NHIEN LIEU THAY THÉ SỬ DUNG TREN

PONG CO DOT TRONG

1.1 Sự cần thiết sử dựng các loại nhiên liệu thay thé

Hiện nay, thế giới đang phải đối mặt với vẫn để nóng bỏng đó là: đảm bảo nguồn năng, lượng thay thể khi nhiên liệu hoá thạch, nhất là dầu mỏ ngày cảng trở niên khan hiểm; môi trường tự nhiên ngảy cảng suy thoái, đo sử dụng quá nhiễu nhiên liệu hoá thạch va tốc độ đồ thị hoá tăng nhanh, hiến tượng nóng đẳn lên của

trải đất do lượng khí thái gây hiệu ừng nhả kinh là một trong những thách thức lớn

nhất toàn câu trong thể kỷ 21, gần 2 tỷ người nghèo còn thiếu nước sinh hoạt và

chưa được liếp cận với nguồn năng lượng tiên tiễn

Pam bao cùng cấp nẵng lượng nhất là nắng lượng tái tạo sẽ góp phần giảm đói nghèo của các nước đang phải triển, làm giảm chênh lệch về trình độ phát triển kinh tế giữa các nước phát triểu và đang phát triển trong quá trình hội nhập kinh lễ

Mô hình vận hành phát triển kinh tế - xã hội hiện tại dựa chú yếu vào nhiền liệu hoá thạch là mô hình phát triển kháng bên vững về an ninh năng hượng lâu dải

và làm suy thoái mỗi trường và hệ sinh thái

Đi tìm nguồn nhiên liệu mới sạch hơn thay thể cho nhiên liệu truyền thông, hiện đang sử đựng không chỉ góp phần làm giảm nông độ các chất độc hại trong khí thải, bên cạnh đó nó còn gép phân da dang hoá các nguồn nhiên liêu, đây lùi nguy

co cạn kiệt nguồn nhiên liệu truyền thống,

1.2 Các loại nhiên liệu thay thể thưởng dùng,

1.2.1 Côn

Côn gồm nhiều loai: Methanol, Ethanol, Butanol trong do Methanol và Lithanol thong duge str dang nhất

1.2.1.1 Methanol

Methanol (cén goi La methyl alcohol, colonial spirit hay dung méi aleehol) là

Tột loại côn, có công thức choa hoc CH;OH Methanol cé dang lỏng, trong suối dé

chảy, để tan trong nước, Methanol có độc tỉnh cao, được sử đựng rộng rãi trong,

14

nhiều ngành công nghiệp đưới dang dung môi và trong các sản phẩm có hợp chất

methyl va formaldehyde

Ngoài thị trường, methanol có trong các san phẩm như dung dich sẵn xuất

sơn, dung dịch tây rửa (như dung dịch lau rửa máy photocopy, rửa cửa kinh ô tô, đụng môi làm sạch gỗ ), chất chống đông lạnh

Ngày nay, methanol còn được nghiên cửu sử đựng rửuz một loại nhiên liệu

thay thế trong động cơ đốt trong Không chỉ lá một sán phẩm công nghiệp lợi ich

cao, methanol còn đựợc sử dụng trong cáo phòng thí nghiệm, trong trường học

1.2.1.2, Ethanol

Ethanol cén goi {4 ethyl alcohol 14 chat léng trong suét, không màu có công, (ite hoa hoe 14 CJH,OH, là một loại nhiên liệu thay thế được sân xuất bằng phương pháp lên men và chưng cất các loại ngũ cốc chứa tình bột có thẻ chuyên hóa thành đường đơn, như bắp, lúa mì, lúa mạch Ngoai ra, ethanol còn được sân xuất từ cây,

cỗ có chứa cclliulose, gợi là côn sinh học (bio-côn)

Ethanol có thể được sử dựng dưới đạng nguyên chất (E100) hoặc pha với

xăng hay diesel có nguồn gốc đầu mẻ ở bắt kì tỷ lệ nào Nếu tỷ lệ pha trộn dưới

10% cthanol thì không cần thay déi cae déng co xe thông thường, Tủy theo loạt

nhiên liệu pha cổn người ta chia ra 2 loại:

- Xăng sinh lạc: là hỗn hợp của xăng truyền thống và côn, theo thông tư số:

48/2012/TT-BCT, ngày 28 tháng 12 năm 2012 của Bộ Công Thuong thi xing sinh học được ký hiệu là “EX” (trong dé, X là % côn trong công thức pha trộn xăng sinh

học) Xăng sinh học cỏ thể thay thế hoàn toàn cho các loại xăng đang sử dụng Do

có trị số octan cao (RON — 109) nên khi phá côn vào xăng gốc giúp gia lăng trị số

octan cho hẫn hợp nhiên liệu đồng thời nàng cao hiệu suât cháy, tỳ số nén cao hơn

giúp tiết kiêm nhiên liệu, công suÂt và mơmend xoắn tốt hơn làm động cơ vận hành

ém hon va tang tudi tho déng cơ Ngoài ra xăng sinh hoc còn góp phân giâm hiệu

tứng nhà kinh do độ phát thải khí SOx, NOx ít hơn so với xăng truyền thống Hiện

nay tỷ lễ côn trong pha trong hỗn hop xing sinh hoe phố biển từ 5 đến 25%

15

- Diesel pha cẵn: là hỗn hợp của nhiên liêu dicsel truyền thống và côn Hiện tại ở Việt Mam chưa có quy định pháp lý nảo cho loại nhiên liệu điesel pha cổn

Một số nước trên thê giới ký hiệu nhiên liệu diesel pha cén là “EDX” hoặc EX-D

(trong dó X là % côn trong công thức pha trộn côn với diesel) Theo mét sé nghién cửu thì động cơ đùng nhiên liệu diesel pha cổn tưy chưa có nhiều ưu điểm so với đừng nhiên liệu điesel tuyển thông nhưng trong tương bài, với sự phát triển cửa công nghệ thị nhiên liệu diesel pha cỏn sẽ sớm được img dung rộng rãi trên động cơ

điesel TIiện nay tỷ lệ cồn pha với nhiên liệu diesel trang các thực nghiệm đã lên đến

30%

Chỉ tiết về nhiên liệu côn ethanel được trình bảy ở mục 1.3 dưới đây

1.2.2 LPG (Liquefied Petroleam Gas)

LPG thực chất là khí thụ dược từ quá trình ché bién đầu dược hóa lông với

áp suất khoảng 7 atm Thành phần chủ yếu của LPG là propane (C;Hạ) và butane

(Callie), duoe nén theo tỷ lệ % propane / % butane Trong thựo tả, thành phân hỗn

hợp các chất có rong kí hóa lông LPG không thông nhát Tùy theo tiêu chuẩn cửa các nước, của các khu vực mà tí lệ thành phần trong LPG khác nhau, có khi tí lệ

giữa Propane va Butane là 50/50 hay 30/70 hoặc có thế lên đến 95/5 LPG được phát hiện và sử đụng tù những nấm đâu thế kỹ 19 Ngày nay, LPG được sử dụng

thay thể cho các loại nhiên liệu truyền thông như than, củi điện, xăng khi sử dụng lâm nhiên liệu thay thê xăng LPG có nhiệt trị cao, sạch, ít gây õ nhiễm môi trưởng,

đỗ thực hiện các biện pháp công nghệ, ii s6 Oolau cao Khi chảy, LPỚ toa ra il

khói, hàm lượng CO thái ra thấp hơn 3 + 4 lần, lượng NOx giám 15%+20% so vei xăng, đâu không chứa chỉ nên không gây độc hai LPG được đốt cháy hoàn toàn trong động cơ, dộ ôn của động cơ tháp

alkan khác Khí thiên nhiên, thường tìm thấy cùng với các mỏ đầu ở trong vỏ trái đất, được khai tháo và tính lọc thánh nhiên liệu cung cấp cho khoảng 25% nguồn

cũng nàng lượng thể giới

Khí thiên nhiên có trị số Octan lả 120 (so với 110 của LPG và 95 với xăng cao cấp) Dây là nhiên liệu sạsh do không có benzene và hydrocarben thom kèm theo, niên khi đốt nhiên liệu này không cho ra nhiều khí độc như NO;, CO và lượng,

phat thái CÓ; thấp hon xăng và ddu diesel Ngoài ra khi thiên nhiên dễ phát tán,

không tich tụ như hơi xăng khi bị rò rï ra môi trường không khi, hạn chế nguy cœ

cháy nổ, chúng cũng không gây đóng cặn tại bộ chế hòa khí của các phương tiện

nén kéo dài được chu kỷ bảo dưỡng động cơ, khi cháy không tao mang va hau

như không phát sinh bụi Thông thường, khí thiên nhiên được tổn trữ đưới hai dang khi thiên nhiên wen (Compressed Natural Gas-CNG) với áp suất nén Lới 250 alm và khi thiên nhiên hóa lỏng (Liquefied Natural Gas- LNG) ở nhiệt độ -L61°C và áp

suat 5-6 atm

Bên cạnh việc không gây ô nhiễm môi trường, khí thiên nhiên, đặc biệt là

ƠNG còn có lợi thể giả thành hiện nay khả thấp, rẻ hơn khoảng 25% sơ với xăng và 10% so với diesel 60% dau diesel CƠNG đã được sử đụng phố biến làm nhiên liệu

ho ê tô và làm chat dét công nghiệp ở Nam Mỹ, Bắc Mỹ và nhiều nước trên thể

giới như New Zealand, An D6, Pakistan, Irung Quốc, liàn Quốc, Malaysia,

Tadoncsia, Thai Lan

1.2.4 Khi sinh học (Biogas)

Biogas hay khi sinh hoc Ja bén hop khi methane (CH¡) và một số khi khác có

được Lử sự phân huỹ các vật chải hữu cơ trong môi trường yếm khí Thanh phan

chính của Biosas là CHỊ (50-609) và CÓ; (>309) còn lại là các chất khác như hơi

nue Nz, Oz, LbS, CÓ được thuỷ phân trong môi trường yếm khi, xúc tác nhờ nhiệt độ từ 20-40C, nhiệt trị thếp của ƠH¿ là 37,71.103 Km”, do đó có thé sit dung biogas làm nhiên Hệu cho dộng cơ dốt trong

Tổ sử dụng biogas làm nhiên liệu thỉ phải xử lý bìagas trước khi sử dụng vì

HS trong biogas có thể ăn mòn các chỉ tiết trong động cơ, sản phẩm cháy của nó là

1

SOx cũng là một khí rất độc Hơi nước trong biogas có hàm hượng nhỏ nhưng ảnh

hưởng đảng kế đến nhiệt độ ngợn lúa, giới hạn cháy, nhiệt trị thấp và tý lệ không,

+hú/nhiên liệu của biogas

1.2.5, Hydro

Tlydro duoc cơi là nguồn năng lượng vô tận đo nó được sắn xuất từ mước và

xăng lượng mặt trời (ánh nắng mặt trời), vì vậy hyểro thu được cên gọi hyểro nhỏ xăng lượng mit tri (solar hydrogen)

1lydro được sử dụng để sản xuất điện thay nhiên liệu hóa thạch, thực hiện

trong các pin nhiên liệu (fuel cell) Pim nhiên liệu hoại động theo nguyên lý ngược

với quả trình sản xuất hydro, nghĩa là nếu với nguyễn liệu lả nước, khi được cung, cấp một năng lượng cần thiết sẽ xảy ra quá trình tạo ra hyđro và oxy, thì ngược lại, nếu cho hyđro và oxy kết hợp lại rong điều kiện nhất định sẽ thư dược nước va mot

năng lượng tương ứng, đó la điện năng,

Từ năm 1960, Công ty General Tlectrie đá sản xuất hệ thẳng cung cấp điện bang pm: nhiên liệu hydra cho tau Apollo của NASA, sau đỏ sử dụng cho Lau

Apollo-Soyuz, Skylab va cdc tau con thoi [Lan nay đã có nhiều mẫu xe chạy bing hydro (hydrogen car) va xe kết hợp giữa động cơ đết trong bằng hydra va déng ca

điện có lên gọi xe ghép lai (Hybrid cáo) được gọi chúng là đồng xe hoàn toàn không

có khí xã (Zero Iimission Vehiele — Z1fV) và chạy được khoảng 4.000lem chỉ bằng nhiên liệu hydro

1.2.6 Nhiên Hệu Dimethyl Ether (DME)

Dimethy! Lither (DML) 1 hep chat hiu co không mâu, có công thức hóa học

la CHạ-O-CH;, DME tên tại ở thế khi đưới áp suất và nhiệt độ môi trường Giống, như LPG, dễ tăng lượng nẵng lượng dự trữ trên dem vị thể tích bình chứa DME thường được tồn chứa đưới dạng lóng trong bình cò áp suất từ 7 đến 10 bar DME &

thể khí có khối lượng riêng lớn hơn không khí nhưng khi ở thể lồng khỏi lượng riêng của DME chỉ bằng 2/3 so với nước,

DML là loại nhiên liệu có khả năng tải tạo, được sắn xuất từ nhiều nguồn

18

nguyên liệu sẵn có như sinh khối, than da, khí thiên nhiên

Sử dụng DMIL làm nhiên liệu cho động cơ diesel cỏ nhiều ưu điểm như trị số

cetan cao, nhiệt độ tự cháy thấp, dé bay hơi, quá trình cháy it mudi do phan ty DME

có chữa 6 xy va không só mỗi liên kết C-C, phat thai NOx va SOx thấp Tuy nhiên, DMTI có độ nhớt thấp và tính bôi trơn kém nên hệ thống phưn nhiên liệu cân được thay déi phù hợp với lính chất này

Việt Nam có nhiều nguồn nguyên liệu phủ hợp cho sản xuất chế bién DME

nhưng đến nay chưa được quan tâm nhiều Vì vậy, cân có những nghiên cứu trong

sẵn xuất DME cũng như nghiên cứu ứng dụng DME làm rhiên liệu cho động cơ diesel tại Việt Nam

1.3 Nhiên liệu côn ethanol

Trong để tải luận văn này, tác giả sử dụng cên ethanol dé pha vào nhiên liệu diesel truyén thống nên Lừ mục 1.3 từ “côn” được hiểu là ethanol

1.3.1 Quy trình sản xuất cồn

Cổn được sản xuất bằng nhiều phương pháp khác nhau, tuy nhiên có 3

phương pháp phổ biến được áp dụng gồm

1.3.1.1 Lên men

Nguyên liệu để sản xuất côn bằng phương pháp lên men chủ yêu là các loại cây trồng chứa đường và các loại ngũ cốc Cáo nguyên liệu đầu tiên được xay, nghiên thành đạng bột nhão rồi được nấu và thủy phần bằng enzyme đề phân hủy chúng thành dường dơn giản Nếu thủy phân bằng axit thì phải trộn axit vào nguyên liệu bột nhão trước khi nấu Tiếp theo, nguyên liệu được lên men bằng một số

chủng men ancol Sau quá trình lên men, sn phẩm tạo ra sẽ được chưng cất thành

côn và tách nước (làm khan) dễ thu được côn tuyét di (99,5+99,7%)

19

guyên liệu chứa tỉnh bột | [Nguyên liệu chứa đường

Tach tap chat, nghién

Hinh 1.1 Các công đoạn chính của sản xuất cần bằng phương pháp lên men

1.3.1.2 Chuyển hóa cellulose

Nguyên liệu để sản xuất côn bằng phương pháp này là các loại gỗ, rơm rạ có

chứa cellulose.Cimg giống như từ tỉnh bột hay rỉ đường Nó bao gồm các bước cœ ban sau

- Xủ lí nguyên liệu

- Đường hoá và lên men

- Tinh chế sản phẩm (chưng cất, tach nude)

Quả trình chuyên hóa hỗn hợp oelinlose thành côn chỉ khác với quả trình lên

men linh bột ở chỗ xử lý nguyên liệu thành đường đơn để cho quả trình lên mien tiếp

theo

1.3.1.3 Hydrat héa etylen

Nguyên liệu để sản xuất côn theo phương pháp này là dẫu mỏ thông qua việc hydrat héa étylen bing xuc tac axit Cho étylen két hop véi nước ở 300°C, áp suất 70-80 atm với chất xúc tác thông thường là axit phốtphoric hod axit sulfuric dam

20

đặc dễ tạo ra êtyl sulfat, sau đó chất này dược thủy phân đẻ tạo thành côn và tái tạo

axit sulfuric Các phương trình phần ứng, đặc trung:

H,C=CH, | H,O > CH,CH,OH

II,C=CI + 11,804 > CII,CH,OS0,I1

;CH;OSO;H | H,O > CH,CH,OH | H,S0,

Ngoài ra, các chải xúc tác khác có thê sử dụng là các loại öxỉL kim loại khác

nhau ở dạng rắn

1.3.2 Lâm khan cần

Côn thông thường sau khi chưng cất có ham long nước tương đối lớn làm

xông độ côn <96% nên khú phá vào xăng sẽ tạo hiện lượng tách lớp làm cho nhiên

liệu không đẳng nhất, giảm chat lượng của quá trình cháy và gây ăn mỏn động cơ

Vì vậy, để có độ cên cao người ta phải sử dụng các biên pháp tách nước ra khỏi côn (còn gọi là làm khan côn) Do cén tạo hỗn hợp ding phí với nước nên ta không thể tách phân nước còn lại này khỏi cên bằng phương pháp chưng cất thông thường mã

đùng các phương pháp sau:

+ Phương pháp chưng cất chân không: Tiền hành ở áp suất chân không dễ phả vỡ điểm đẳng phí của hỗn họp côn-nước Dưới áp suất chân khêng, hỗn hợp cẳnmước có những điểm đẳng phí khác nhau

Ap suat chan không sẽ phá vỡ diễm ding phi của hỗn hợp cổn-nước do ở áp suất này lực hút giữa các phân tử yếu đi và sẽ lẫn va chạm giữa chủng giảm, lắm

khoảng cách chạy tự do của các phân tử tăng lên rất nhiều Trên cơ sở đó, nêu làm

khoảng cách giữa bẻ mặt bốc hơi và bề mặt ngưng, tụ nhỏ hơn khoáng cach chạy tự

do của các phản tử, thì khoảng cách phân tử của các cầu tử đễ bay hơi khi rời khỏi

bề mặt bốc hơi sẽ va đập vào bể mặt ngưng tụ và ngưng Lạ ở đó

'Tuy nhiên phương pháp này ít tình khá thị vì clu phí lắp đặt và vận hành khả lớn sẽ đây giá cồn khan tăng cao

+ Phương phán chung cất đẳng phí: Đây là phương pháp được sử dụng

phô biến trong công nghiệp Nguyễn tắc của phương pháp nảy là ta đưa vào cén

công nghiệp một chất mới làm thay đối độ bay hơi trong đổi của các câu tử trang

tiến hợp, lạo hỗn hợp đẳng phí mới gồm ba cấu tử: cấu tử mới, nước, côn có nhiệL

độ sôi thắp hơn hỗn hợp đẳng phí ban đâu Nhờ vậy có thể tách nước khởi côn

+ Phương pháp dùng các chất bút Am: Phương pháp này đựa vào tính hảo nước của NaySO, CaSOx, CaCO3, CuSO, khám Khi ta cho các chất này vào trong

hỗn hợp cồn nước thị chất hút âm sẽ hút nước trong cổn, nông độ cồn thu được sẽ

cao hơn nhumg chi đạt khoảng 98% và hiệu suật thu hồi cồn không cao Sau khi hâp

phụ nước chúng sẽ dược dun nóng để tải sinh chất hấp thụ Phương pháp nảy cho

hiệu suất thu cên thấp (từ 60+65% so với nguyên liệu ban đâu) nên không thích hợp

trơng việc sân xuất cốn khan với quy mô lớn

+ Phương pháp bốc hơi thẩm thấu qua mảng: Phương pháp này dựa trên nguyên tắc sử dụng mảng composit có khả năng hút nước cao và khả năng thẩm thấu ngược để tách nước khổi cn Mang nay chi cho nước và 1 lượng rất it con di qua Như vậy khi cho cần công nghiệp cháy qua mảng thì ta được 2 dóng: dòng cổn

khan va đòng cần có hàm lượng thấp, Dòng cổn có hàm lượng thấp sẽ được chưng

cất để thu hồi cên Tuy nhiên theo công nghệ nay thi mang tham thấu đễ bị phá hủy

và phải thay nhiều lẫn, chu kỷ làm việc ngắn, giả thành cồn cao

+ Phương pháp bắp phụ rây phân tử: Đây là một công nghệ mới, hiện đại

gần liễn với sự ra đời và phát Iriển của công nghệ sẵn xuất Zeoht (vặt liệu xếp}

2

Nguyên tắc của công nghệ này là dựa vào khả năng hấp phụ chọn lọc của Zeolit chứ hấp phụ nước vả 1 ít cẻn với kích thước của lỗ mao quan 1a 3Angstrom

(loại 3A) Nước có kích thước lỗ mao quan 2,5A° nén bi hap phu Cén có kích

thước lễ mao quản 4A" nền không bị hap phụ Hắp phụ xong chúng sẽ được tái sinh bằng cách giảm áp, hơi nước thoát ra ngoài

1.3.3 Tình hình sân xuất côn trên thể giới và Việt Nam

+) Tình bình sản xuất cần trên thế giới

Côn được sử dụng làm nhiên liệu động cơ đốt trong từ năm 1860 do nha

khoa hoe Nicolas Augusl Otto (Đức) khám phá Đến sau niim 1930 thi My, Braxin,

Anh, Pháp, Đức, Ý, Thuy Điền đã bắt dâu sứ dụng côn thay thế xăng, Nhưng trảo lưu này thực sự bừng nễ vào những năm 1970 khi nguồn nhiên liệu chính là dầu mỏ

bị khủng hoàng nguồn cung

Braxin là quốc gia đi đầu trên thể giỏi trong việc sản xuất cổn nhiên liệu từ

mật rỉ trong năm 20041 và đến cuỗi năm 2007, Braxin da san xuất được 20.5 tỷ lít,

chiếm 34% sản lượng côn Loàn thể giới Nhóm các nước nhập khẩu côn nhiên liệu

từ Braxin la My, An D6, Han Quée , Nhat Ban, They Dién va 1a Lan Brazil 1

nude di dau voi chuong trinh quéc gia ủng hộ xăng pha cén tử nắm 1975, sử đựng

cần sẵn xuất từ mía để pha vào xăng với tĩ lê đến 20%, thậm chí có thể lên tới 30- 40% dũng trong ngành vận tải

Năm 2006, Mỹ đã vượt qua Braxin trỏ thành quốc gia lớn nhật thế giới về sản xuất côn nhiên liệu, chiếm 37% sẵn lượng Loàn thể giới Theo chương trình phát triển năng lượng quốc gia, Mỹ sẽ sản xuất 25.7 tý lít côn vào năm 2010 Nguồn nhiên liệu chính đề ân xuất côn nhiên liệu tại Mỹ là ngõ Mỹ bắt đầu thử nghiệm sử

dụng xăng pha côn từ năm 1976 sau dợt khủng hoãng năng lượng năm 1973 Từ năm 1978, Mỹ đã công nhận lợi ích của cồn trong nhiên liệu và dùng biện pháp

giảm thuế đối với xăng pha côn nhằm khuyến khích phát triển thị trường nhiên liệu

nay

Voi HU, sản lượng cổn năm 2006 của HU là 341.250.000 lit, trong đó Pháp

Ja quốc gia sản xuât cồn nhiên liệu lớn nhật châu Âu (114 triệu lít, chiếm 339), Tay

23

Ban Nha 47.8 triệu lít (chiếm 14%) va Đức 44.4 triệu lít (chiếm 13%) và gasohol

hay còn được gọi lá xăng sinh học hoặc pha cên đã được sứ dựng trong nhiều năm

qua tại các nước EU và hiện nay tỉ lệ côn pha văo xăng bắt buộc tôi thiếu lä 10%

Ở châu Á, Trung Quốc là nước săn xuất cén Ion nhải Năm 2005, tổng sẵn

lượng cồn của quốc gia này xắp xi 3.8 tỷ lít (rong đó 1.3 tỷ lít lả cồn nhiên liệu), chiến gần 8⁄4 sản lượng loàn thế giới Bất dẫu từ năm 2010, Chỉnh phủ Trung, Quốc đã giám thuế nhập khẩu côn xuống còn 5% Mục tiêu Chỉnh phú Trung Quốc

để ra là năm 2010 sẽ pha 2 triệu tắn côn vàa xăng và đến năm 2020 sẽ pha 10 triệu

tắn, muột nỗ lực đề giảm liệu ứng nhà kính của trải đất

GO Déng Nam A, Thai Lan 14 nude di tién phong trong việc sắn xuất cổn

nhiên liệu Năm 2007, Thai Lan có 9 nhà máy sản xuất cẳn nhiên liệu với tổng công

sual gan 400 triệu liƯnăru Thái Ean cũng để ra mục tiêu năng lượng tái tạo đại 20⁄4 trên tổng năng lượng tiêu thụ vào nấm 2022 Dén nim 2004, nước này đã sản xuất trên 280.000 m3 cên, đâu tư xây dựng thêm 20 nhà máy để năm 2015 cỏ trên 2,5

triệu m3 côn dùng làm nhiên liệu

Tại Plulippmes, chính phú đã ban hành Luật “Nhiên liệu sinh học” từ năm

2006 với mục tiêu giãm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch lliện nay, việc sản

xuất B2 và E5 là bắt buộc đối với các nhà sản xuất, phản phối nhiên liệu ở

bỳ Tình hình sân xuất cần ở ViệL Nam

'Tỉnh đến tháng 12 năm 2012, Việt Nam hiện có 6 nhà may sán xuất cén Cén phục vụ pha chế xăng sinh học trên cả nước với công suất từ 65 triệu li/năm tới 130

triệu liVnäm và như vậy tinh dén cuỗi năm 2012, năng lực sản xuất côn nhiên liệu

của cả nước đạt khoảng 535 triệu línăm (báo năng lượng Việt Nam online ngày 09/7/20) 3-hiip://nangluongvietnam.vn/news/vn/nhan-dinh-phan-bien-kien-

nghi/fnhan-dinh-du-bao/ean-co-chinh-sach-wu-tien-phat-trien-nhien-lieu-sinh-

hoo him),

Hién nay, Viel Nam mới chỉ xếp thứ 60 trên bản đồ nhiên liệu sinh học của thể giới, trong khi các nước đã phát triển xăng sinh học tử thập niên 70-80 của thể

kỷ trước và các sản phẩm của các công ty này được tiêu thụ trong nước khoảng 20%

để phối trộn xăng ES và bán theo hệ thông phân phối của Tập đoàn Đầu khí Việt

Nam (EVN) và Công ty Sài Gòn Peto Phân còn lại khoảng 80% san lượng sản

xuất được xuất khâu cho các nước như: Nhật Bản, Hàn Quốc, Philippine & dang 99,594 và 96% côn

Với hy vong cén sẽ thay thế một phẩn nhiên liệu sứ dụng trong nước, giảm thiêu ô nhiễm môi trường, cãi thiện được tỉnh trạng phụ thuộc vảo nhiên liệu nhập

khâu, tạo công ăn việc làm cho mông dân tại các vùng nhiên liệu thể nhưng việc

đưa nhiên liệu cồn ra thị trường cỏn nhiều trở ngại, lượng tiêu thụ trong thời gian qua ở mức rãi thập Đề có thể duy trì hoạt động, các doanh nghiệp sản xuất côn Việt Nam dang, phải tìm đường xuất khẩu

VỀ nguồn nguyên liệu sản xuất côn, nước ta không gặp bắt lợi khi có ving tréng mia, hrong thực vả các cây lây dầu khả lớn Hiện các nhà máy đường trong nước đều cỏ phân xưỡng sẵn xuất cồn và CÓ; từ rí đường, Vấn đẻ lúc nảy là lam

sao nang cao độ tĩnh khiết trước khi cá thế đừng chúng làm nhiên liệu

Tổng cục liêu chuẩn đo lường chất lượng (Bộ Khoa học và Công nghệ) đã ban hành yêu cầu kỹ thuật đổi với côn nhiên liệu biển tính (TCVN7716 : 2007)

đùng để pha chế xăng sinh học; Chính phủ cũng đã ký phố duy ật "Để án phát triển

nhiên Hệu nh học đến rưưn 2015, tâm nhin điên năm 2025" Theo dé, den nam

25

2010 xây dựng và phát triển được các mô hình sân xuất thử nghiệm và sử dụng

nhiên liệu sinh học quy mỗ 100.000 tân l5 và 50.000 tân 135/năm, báo dim dap

ime 0,1% nhu cau xăng đầu của cả nước Đến năm 2015, sản lượng cồn và đầu thục

vặt đạt 250.000 tấn (pha được 5 triệu tân B5, B5), dáp ứng 1% nhụ cầu xăng dâu của cả nước Dến nắm 2025, sản lượng cổn và đâu thực vật đạt 1,8 triệu tấn, đáp

ứng khoảng 5% như cầu xăng dầu của cả nước

'Tại Việt Nam, ngày 29/7/2010, Tập đoàn Dẳu khi Việt Nam chính thức công,

bé dua sin phẩm xăng sinh học I5 tại TP.HCM, Hà Nội, Vũng Tảu, Hải Phòng và Hải Dương (khoảng trên 20 điểm bán), Theo lộ trình của Chính phú, lừ ngày 1/12/2014, xăng 1⁄5 sẽ được sử dụng thi điểm tại 7 tính, thanh phổ: 14 N6i, ‘TP 16 Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng, Cần Thơ, Quảng Ngãi, Bà Rịa - Vũng Tàu và đến

nim 2015 sử dụng trên toàn quốc Tuy nhiên, đến nay nhìn lại chặng đường phát triển của nhiên liệu sinh học, các đự án sản xuất côn của Việt Nam đang gặp nhiều khó khăn bởi lượng tiêu thụ trong nước cên thập, cốn thành phẩm chủ yêu được xuất khẩu với giá thấp hơn giá thành Thực tế cho thấy, hiện 2 nhà máy côn của PetroVietNam da hoan thành sốm nhà máy côn tại Dung Quất và nhả máy cồn Binh

Phước Từ đâu quý 2-2012, hai nhả máy nảy để có sản phẩm, tuy nhiên sản phẩm

sản xuất ra hầu hết xuất khẩu nhằm giúp vác nhả máy câm cự bởi không luệu quả,

phân cồn tiêu thụ trong nước chiếm không tới 10% Riêng trong năm 2012 chỉ bán được gần 200.000 líL xăng E5 Trong klú đó, theo lộ trình đố được Chỉnh phủ phê

đuyệt, xăng sinh học (xăng pha 5% cén H5) sẽ chính thức áp dụng từ cuối năm

2014 Theo đó, xăng E5 sẽ được phép pha trộn và tiêu thụ tại 7 tỉnh, thành phổ: 1à

Nội, Hải Phang, TPHCM Can Tho, Da Nang, Ba Ria — Viing Tau va Quang Ngai

Từ ngày 1-12-2015, xăng H5 sẽ tiêu thụ đại trẻ trên cả nước, Điều này cũng đặt ra

du bao, đến cuối năm 201⁄4 sẽ tiếp tục là khoảng thi gian kho khăn đổi với các du

áu sẵn xuất gỗn trong nude

26

Bang 1.2 Dự báo nhu cầu côn nhiên liệu tại Uiệt Nam theo lộ trình

Theo thống kẻ, tỉnh đến ngảy 22/01/2013, cả nước hiện đã có 3 trong tổng

số hơn 10 doanh nghiệp đầu mồi bán xăng E5, nhưng từ tháng 8-2010 đền thời điểm

nảy, tổng lượng xăng E5 cung ứng ra thị trường mới đạt 35.000m° Trong khi theo

quy mô công suất thiết kế của 3 nhả máy sản xuất côn đã lên tới 300.000m° còn, đủ

đề pha chế được 6 triệu mỶ xăng E5, tương đương với 94% nhu câu tiêu thụ xăng tại Việt Nam vảo năm 2014, ngay cả PetroVietNam - đơn vị bản được nhiều xăng E5 nhất, trong 9 tháng của năm 2012 cũng chỉ bản được 15.000m' xăng E5, tương đương với 2 ngày rưỡi hoạt động của một nhả máy Trong khi đó, lượng xăng dau

tiêu thụ mỗi tháng từ 1 - 1,2 triệu lít (Bảo Sải Gòn Giải phỏng, thứ ba 22/01/2013)

1.3.4 Một số vấn đề cần chú ý khi sử dụng nhiên liệu diesel pha cồn trên động

cơ diesel

Hiện tại, nước ta chưa có tiêu chuẩn Quốc gia (TCVN) cho nhiên liệu diesel

pha cỏn, nhưng đã có TCVN 7717:2007 (ASTM D 6751) qui định vẻ yêu cầu kỹ

27

thuật dối với chất lượng của nhiên liệu đicsel sinh học gốc B100, tiếp dến là TVN 8064:2009 qui định về yêu câu kỹ thuật đối với chỉ tiểu chất lượng của nhiên liệu

điese] -BS sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ đieseL

Trên thế giới cũng vậy, hỗn hợp diesel và côn chưa dược quy dinh 6 bat ky quốc gia nào, vì vậy loại nhiên liệu này cũng chưa dược bán như nhiên liệu diesel

hoặc các loại nhiên liệu khác

Căn cử vào các tỉnh chất của nhiên liệu diesel và tính chất của cồn, thông qua

các thực nghiệm và nghiên cứu đã được công bổ, khi sở dụng nhiên liệu diesel pha

cần trên động cơ điesel cân lưu ý một số vận đề sau:

- Nhiệt độ tự cháy của nhiên liệu điesel pha cổn gân với nhiệt độ tự chảy của

cần khi nêng độ cên trong hỗn hợp lớn hơn 594 thể tích Đây là một chỉ tiêu quan

(rong trong tồn trữ và phân phối nhiên liệu điesel - cồn Do nhiệt độ tự cháy của nhiên liệu điesel pha cổn thấp so vai diesel géc ban đầu, nén trong quá trình sản xuất và phân phối dạng nhiên liệu này cẩn phâi được đặc biệt chú ý đến an toan phòng chống chảy nỗ

- Nhiệt chảy của côn chí bằng 42% so vii diesel Do vậy nhiên liệu diesel pha cổn có nhiệt cháy giảm xuống so với diesel gốc Nêu nổng độ cỏn trong hỗn

hợp cao thủ đòi hỏi cần phải sửa dôi hệ thông phun nhiên liệu để dạt dược công suất

động cơ yêu câu

- Thanh phan phi hydrocachon trong nhiên liêu lan được lrong cên, làm cho

tính dẫn diện của nhiên liệu tăng lên dẫn dén lam ting quả trình ấn mòn kim loại,

Sự ăn mòn kim loai sé tram trọng hon néu xảy ra sự phân tách pha trong nhiên liệu

diesel pha cén

- Độ nhớt nhiên liệu diesel pha cin thấp hon sẽ làm tăng hiện tượng rỏ gỉ

nhiên liệu treng bơm cao áp, nhiên liệu sẽ nóng hơn, áp suất phun nhiên liệu phải

lớn hơn Độ nhớt nhiên liệu iấp cũng ảnh hướng đến đặc tính phụn sương và đắc điểm phưn nhiên liệu trong buông đốt Dưỡng kính hạt nhiên liệu nhỏ hon sé lam

tăng điện tích tiếp xúc với nhiệt độ và ảnh hưởng đáng kế đến thời gian bay hơi của

nhiên liệu

28

- Việc sử dụng dicscl pha cồn trong động cơ điescl và đặc biệt trong hệ

thống phưm nhiên Hệu cân chủ ý đến khá năng tương thích vật liệu Chất lượng của

các cồn có ảnh hưởng mạnh đến tao động ăn món của Cổn ăn mòn có ba loại: ăn

mòn chung, ăn món khô và ăn mòn ướt, Ăn mòn chung gây ra bởi ion tạp chất, chú

yếu là các ion clorua và axit axetic Ấn món khô là đo các phân tử cổn vả phân cực

của nó, chỉ và nhôm là để bị tân công hóa học bởi cổn khô Ăn môn tới đo nước gay ra azeotropie oxy hỏa hàu hết các kim loại

- Cáo thành phân phi kim loại cũng bị ảnh hưởng bởi cốn như cáo chỉ tiết

vòng đệm, rửa Các chỉ tiết này có xu hướng bị phông và cứng lại

- Trị số cetan của nhiên liệu diesel pha cẳn thấp hơn có nghĩa là quá trình tự

cháy của nhiên liệu dải hơn, cho phép nhiều thời gian hon cho nhiên liệu bay hơi

trước khi bắt đầu chảy

- Hiệu suất động cơ dừng nhiên liệu điesel pha cồn giảm và mức tiêu thụ nhiên liêu (kg/kW giờ) tăng so với động cơ điesel tiêu chuấn

Những thay dỗi làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng của nhiên liệu khi pha trộn cổn vào diesel cỏ thể được khắc phục bằng cách đưa thêm những nhóm phụ gia cãi thiện chất lượng vào hỗn hợp nhiên liệu

29

Chương TT - CO SO VE SU DUNG NHIÊN LIEU DIESEL PHA CON TREN

PONG CO DIESEL

2.1 Cần

Côn (còn được gọi là rượu etylie, rượu ngũ cốc ) là một hợp chat hữm cơ phân cực, tác dụng lên cơ thể sẽ gây mẻ, tác dụng mạnh dén hệ thản kinh, tác dụng, lân đài sẽ gây tác hại đến tim mạch va các co quan nội tạng khác trong cơ thể

Côn là chất lông không màu, nhẹ hơn mước, có mùi đặc trưng; để húi âm, trộn lẫn với nước theo tý lệ bất kỳ, hỏa tan được nhiều hợp chất hữu cơ và một số

hợp chất vô cơ; tạo hỗn hợp nỗ với không khi, giới bạn dưới la 3,28%, giới hạn trên

là 19%: và có muội số tỉnh chất vật lý nÌư sau:

Thông số Tiêu chuẩn

Côn là rượu nọ, đơn chức, có cổng hức có gông thức hóa học CHẠCH;OH

(C;H;OH) Côn mang dây đủ tỉnh chất của một rượu dơn chức như phản ứng thé

với kim loại kiểm, phân ứng este hóa, phản ứng loại nước hay phản ứng tách nước,

phân ứng oxi hóa tharih andchyt, axit hay CO, lity theo didu kién phan ứng, Ngoài

ra cén con cé mét sé phen ung rigng nhu sau:

- Phân ng tạo ra butadien-1,3: cho hoi rugu di qua chat xc tac hén hợp

Cu | AlOs 6 380-400°C, luc dé xay ra phn ứng tách loại nước:

3GŒ;L,OH > CH;ECH-CH;=CLL+ 2H,O + LH;

- Cồn có thành phần oxy chiếm khoảng 3594 phân tử lượng, có giá trị nhiệt

cao hơm so với melhsnol, lương đương với 6096 giá trị nhiệt của xăng

2.2 Nhiên liệu dicsel

- Dâu diesel cò nguồn gốc từ dầu mở và có 2 loại thông dung, do la dau D.O

(Diesel Oil) va dân E.O (Fuel Oil)

+ Dâu F.0: cd d6 nhot cao (đặc), được chưng cốt lấy ra tù nhiệt độ

31

cao (350°C) Dau F.O dùng dễ những dộng cơ có số vòng quay thấp như máy phát

điện, tâu thuỷ, các nhà máy nhiệt điện

I Dân D.O: còn gọi là đầu gasoil, đâu D.O loãng hơn đầu E.O, được

lây ra từ nhiệt độ khoảng 250-400°C Hầu hết các dộng cơ diesel hiện nay déu sử dụng dầu D.O đề hoạt động

Dầu diosel chứa các hydrocacbom nằm trong phân đoạn kerasen và phân

đoạn trung bình trong quá trình lạc đầu, tức là ở khoáng nhiệt độ sôi từ 200°C đến 350C cá chữa hyđrocacbon với số nguyên tử cacbơn từ Cịs — Cạ;

Hàng 2.2 Tinh chat nhién 1 u diesel theo TCVN 5689-2005

3 Nhiệt độ cái, °C, 2094 thế tích, Max 360

4 | Điểm chớp cháy cốc kín, °C, Min %s

5 | Độ nhớt dộng học 6 40°C, mm/s 24,5

6 Cặn cacbon của 10% c&n chung cat, % khối oa

Tuong, max

8 Hàm lượng tro, % khối lượng, Max 0,01

11 | Tap chat dang hat, mg/l, Max 10

12 | Anmén manh dong 6 50°C, 3 gid, Max Loại 1

13 | Khối lượng riêng ở 15°C, kgím” 820-860

32

2.3 Nhién ligu diesel pha con

'Trong luận văn nảy, tác giả thống nhất ký hiệu nhiên liệu diesel pha cổn lá

EDX, trong dé X 1a % thế tích cén trong hén hợp nhiên liệu điasel pha cồn Theo

thể tich côn trong hỗn hợp sẽ có các ký hiệu tương ứng trong bang 2.3

Bảng 2.3 Kỹ hiệu nhiên liệu diesel pha côn

Khi pha cén vao diesel thi tinh chất và chất lượng, cửa nhiên liệu nhận dược

sẽ bị thay đổi so với điesel ban đầu Sự thay đổi tỉnh chất vả chất lượng của đieseE pha côn nhiều hay it phụ thuộc vào tỷ lệ côn so với đieseL

Bằng 2.4 Một số tinh chdt nhign liéu EP [18]

Thong số Cần Điœel | EDS EDIU | EDIS | ED20

Mật đồ(gem2220; 07893 08379 | 08349 08324 | 08301 | 08279

NHiệt lượng (MJ/kg} 26778 42845 | 42013 41.219 | 40.416 | 39.628 NIiệt ấn hỏa hơi KWkg) — 854 301 319 350 379 407 Hàm lượng oxy

- Nhiên liệu diesel gốc khoáng

- Cần

- Phụ gia

33

Theo tải liệu nghiên cứu của các nhà khoa học đã được công bỏ, khi pha còn

vào diesel độ tan của côn trong nhiên liệu diesel chủ yếu phụ thuộc vào các yếu tổ sau:

~ Hàm lượng nước trong hỗn hợp

~ Nhiệt độ hỗn hợp

~ Thành phần nhiên liệu diesel

Ở nhiệt độ môi trường, côn pha trộn đề dang với nhiên liệu diesel Tuy nhiên, dudi khi nhiệt độ dưới 10'C hai loại nhiên liệu lại không thể hỏa tan Dé

khắc phục, người ta thêm một lượng dung môi phủ hợp (tetrahydrofuran, thu được

với chỉ phí thấp từ các vật liêu phé thải nông nghiệp, và ethyl acetate có thể được

thực hiện với giá rẻ từ côn) Tùy theo lượng cổn pha vào diesel, tính chất của nhiên

liêu diesel pha con thay d6i như sau (khi chưa có chất phụ gia)

2.3.2 Trị số cetan

Sau khi pha côn vào diesel, trị số cetan của nhiên liệu điesel pha côn bị giảm

đi Nguyên nhân là do cồn cỏ trị số octan cao vả trị số cetan tháp, nên khi pha còn vào nhiên liệu diesel, nó làm cho nhiên liệu diesel pha côn tăng trị số octan vả giảm trị số cetan so với nhiên liệu diesel gốc ban đầu Mỗi 5% còn thêm vào nhiên liệu diesel, trị số cetan giảm 4-6 đơn vị Trong hình 2.2 cho thay giảm sự giảm của trị

số cetan theo tỷ lệ côn

Với mỗi quan hệ nghịch đảo của trị s6 octan, cetan vả côn cho thấy khi tăng

nông độ cồn trong động cơ diesel giảm trị số cetan tương ứng, vì vây việc sử dụng tri số cetan để mô tả các đặc điểm đánh lửa của hôn hop diesel pha côn là không

đáng tin cây, bởi vì có sự khác biệt trong việc xác định trị số cetan dưới 30

2.3.3 Nhiệt độ sôi

Nhiệt độ sôi của các mẫu nhiên liệu diesel pha cỏn thập hơn diesel gốc ban

35

đầu vi côn cỏ nhiệt độ sôi ở 78,37°C nên nhiệt độ sôi của các mẫu nhiên liệu diesel pha cên cũng chính lả nhiệt độ sôi của cồn

2.3.4 Nhiệt độ tự cháy

Do nhiệt độ tự chảy của cồn thấp hon diesel nên nhiệt độ tự chảy của các

mẫu nhiên liệu diesel pha côn thấp hơn nhiêu so với nhiệt độ tự cháy của nhiên

liệu diesel gốc Nhiệt độ tự cháy hầu như không có ý nghĩa đổi với chất lượng nhiên

liệu khi đánh giá trên góc độ tính năng kỹ thuật của các thiết bị sử dụng nỏ (Hình 2.3)

phương pháp thực nghiệm cùng chất ồn định Kết quả được thê hiện trong hình 2.4

cho thấy do độ nhớt của côn thấp hơn của diesel nên sức căng bẻ mặt của các mâu nhiên liêu ED thấp hơn nhiều so với nhiên liệu diesel khả nhiều

36

Nhiệt độ nhiên liệu thử nghiệm: 37,8°C

Hình 2.4 Sức căng bê mặt của các loại nhiên liệu diesel pha côn

2.4 Quá trình cháy trong động cơ diesel khi sử dụng nhiên liệu diesel pha cồn:

2.4.1 Quá trình cháy trong động cơ diesel

Quả trình hình thánh hỗn hợp đối với động co diesel được thực hiện bên

trong xylanh Cuối hảnh trình nén nhiên liệu được phun với tốc độ và áp suất cao

thành một hoặc nhiều tia phun qua các lỗ phun nhỏ trên vòi phun vào xylanh động

cơ vào, đo lực cản của khi nén trong buông cháy, nhiên liệu bị xé tơi thảnh những, hạt nhỏ vả xuyên vảo trong buông cháy động cơ Các hạt nhiên liệu nảy có kich thước khác nhau và phân bổ không đều trong xylanh động cơ

Lớp nhiên liệu trên bê mặt hạt bắt đầu bay hơi và khuếch tán nhanh vào khôi

không khí nóng xung quanh tạo ra các lớp hôn hợp hơi nhiên liêu và không khi

Lớp hỗn hợp nằm sát với bẻ mặt hạt có thành phần đậm va nhiệt độ thấp do hạt nhiên liệu hấp thụ nhiệt đề bay hơi, lớp hỗn hợp cảng xa hạt nhiên liệu thì thành

phân cảng nhạt và có nhiệt độ cảng cao

Khi nhiệt độ vả áp suất của lớp hôn hợp cao hon diem tự chảy của nhiên liệu, quả trình tự chảy xuất hiện sau thời gian trễ khoảng vải độ góc quay trục khuyu

Quá trình cháy của phân hôn hợp này làm áp suất trong xylanh tăng hơn

37

trước dỏ do phân hôn hợp chưa cháy bị nén mạnh, thời gian chuẩn bi chay được rút ngắn và phân này được chảy rất nhanh, đồng thời thời gian bay hơi của nhiên liệu

lông còn lại cũng giảm Quả trình phím nhiên liệu tiếp tục cho đến khi toàn bộ

lượng nhiên liệu cần thiết dược cung cấp hết vao xylanh động cơ Toàn bộ nhiền liệu phun vào đều lần lượt trải qua các quá trình xé toi, bay hơi, hòa lrộn nhiên liệu

ôn tục điền ra

với không khí và bốc cháy Trong suốt hành trình cháy và giẽn nở,

sự hỏa trộn cúa không khi cỏn sót lại trong xylanh với hồn hợp đang chảy và đã cháy Như vậy, quả trình hình thành hỗn hợp và cháy trong động cơ diesel là rất

phức tạp Có thể rút ra một số vẫn để chính từ quá trình cháy trong déng co diesel

như sau:

~ Nhiên liện được phím vào buông cháy ngay trước khi quá trình cháy điển ra

nên không có hiện tượng kích nỗ như đốt với động cơ xăng Do đó, có thế tăng tỷ

số nén giúp tăng hiệu suất cao hơn với động cơ xăng

- Nhiên liệu điesel phải có chỉ trị số cetan đú lớn để rút ngắn thời gian chảy

trễ, điều này đấm bảo việc có thể kiểm soát thời điểm bắt dâu chảy qua thời điểm bắt đầu phun nhiên liệu vả đám bảo áp suất khí chảy tối đa trong xylanh không vượt

quả giới hạn cho phép

- Mémen của đồng cơ dược diều chỉnh theo lượng nhiền liệu phun vào cho

mỗi chu trình trong khi lượng không khi nạp gần như không đổi nên trên đường nap động cơ không cân có bướm tiết lưu, công bơm nhỏ nên hiệu suất cơ giỏi của động,

cơ diesel ở chế độ tái bộ phận cao hơn so với dộng cơ xăng,

- Khi lượng nhiên liệu cung cấp cho một chu trình táng, lượng muội than (bỗ

hỏng) được hình thành đo nhiên liệu cháy kháng hết tăng lên, do vậy hệ số dư lượng

không khi ở chế độ toản tải phải cao hơn 20% hé sé du lượng không khí ở điều kiện

cháy tiêu chuẩn

Trong động cơ điesel, tốc độ hòa trộn hỗn hợp sẽ quyết định tốc độ cả

vậy buồng chảy của động cơ điesel cần đám bảo hỏa trộn nhanh giữa nhiên liệu

phm vào và không khi trong xylanh để quá trình cháy hoản thành trong khoảng góc

38

quay thích hợp gần điểm chết trên Quả trình chảy trong động cơ ciesel cỏ thẻ được

chúa thành 4 giai đoạn gồm: chảy trễ, cháy nhanh, cháy chính (cháy chậm), cháy rớt

~ Giai đoạn cháy trễ (điểm 1 đến 2): được tính từ khi bắt đầu phun nhiên liêu vào buồng cháy đến khi bắt đâu chảy

Hình 2.5 Đồ thị khai triển quá trình cháy ở động cơ diesel

Đặc điểm của giai đoạn này là:

+ Tốc độ phân ứng hóa học tương đổi châm, phản ứng tạo ra các sản phẩm

trung gian

39

+ Nhiên liệu được phun vào liên tạc váo buông cháy, lượng nhiên liệu dược

phun vào cuối thời ký cháy trễ khoảng 30-40%, cá biệt đối với một vải động cơ cao tốc có thể tới 100%

+ Tốc độ tỏa nhiệt thấp nên có thể bó qua sự khác biệt về biển thiển áp suất

và nhiệt độ môi chất so với đường nén

Thời gian chấy tổ ở động cơ dicsel kéo đải khoảng vải phần nghìn giấy, trong thỏi gian đó có khoảng 30-40% lượng nhiên liệu chu trình được đưa vào

buảng cháy, đặc biệt ở một số động co điesel cao tốc, lượng nhiền liệu phưn trong giai đoạn này có thể tới 100%

- Giai đoạn chảy nhanh (điểm 2 đến 3): Trong giai đoạn này xảy ra quả

trình cháy của nhiên liệu đã được hòa trộn với không khi trong giai đoạn cháy trễ,

quá trình cháy này diễn ra rất nhanh chỉ trong vải độ góc quay trục khuỹu Đặc diém

của giai đoạn này là:

1 Hình thành nguồn lửa, tốc độ cháy tăng nhanh, tắc độ tồa nhiệt thường lớn nhất, cuối giai đoạn này lượng nhiên liệu dược dốt cháy chiếm khoảng 1⁄3 lượng nhiên liệu cắp cho chu trình

+ Áp suất và nhiệt độ môi chất tăng nhanh

+ Nhiên liêu tiếp tục dược phun vào làm tăng nông độ nhiên liệu trong hỗn

hop

Trong giai doan cháy nhanh tốc dộ tăng ap suất Ap/Ag rat lon, néu gid tri này quả lớn sẽ tạo các xưng áp suất va đập vào bẻ mặt cáo chỉ tiết tạo thành buồng cháy

pay tiếng gõ, giảm tuổi thọ động cơ Quá trình cháy trong giai đoạn này phụ thuộc

chính vào lượng nhiễn liêu cung cấp và sự chuân bị về vật lý và hóa học của hỗn hợp trong giai đoạn cháy trễ Nếu giai đoạn cháy trễ kéo dài, lượng nhiên liệu phun

vào nhiễu và được chuẩn bị đây đã để cháy thì sau khi có một điểm bắt đầu cháy

mang hia sé Jan nhanh đến mọi nơi trong buồng chảy và làm tốc độ chảy và tốc độ

tăng áp suất rất lớn

- Giai đoạn cháy chính (điểm 3 đến 4): Khi phan hon hop nhiên liệu/không, khi hòa trộn trong, giai đoạn chảy trẻ dược dót cháy hớt, tốc dỗ chảy (hay tốc dỗ tỏa