Nghiên cứu xác định tỷ lệ hỗn hợp dầu diesel dầu dừa và chất phụ gia tối ưu theo chỉ tiêu kinh tế môi trường của động cơ diesel trên thiết bị AVL

Ý nghĩa khoa học của đề tài Các số liệu nghiên cứu của đề tài là số liệu thực tế bổ sung cho sự hiểu biết về tính năng của dầu dừa trong việc thay thế nguồn nhiên liệu sử dụng trong độ

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU THAY THẾ CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THỦY 3

1.1 Tổng quan về nhiên liệu thay thế của động cơ diesel tàu thủy 3

1.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 3

1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 7

1.1.3 Khả năng sử dụng dầu thực vật tinh khiết làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong ở Việt Nam 8

1.1.4 Tiềm năng dầu thực vật 10

1.1.5 Nhiên liệu dầu thực vật 11

1.2 Tổng quan về chất phụ gia trong nhiên liệu thay thế của động cơ diesel tàu thủy 17

1.2.1 Chất phụ gia 17

1.2.2 Phân loại chất phụ gia 17

1.2.3 Hoạt chất nâng cao nhiên liệu Nanotech / XXL Fuel Booster 18

1.2.4 Tạo hỗn hợp dầu diesel và chất phụ gia 20

1.3 Các phương pháp xử lý dầu để làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong 20

1.3.1 Phương pháp sấy nóng nhiên liệu 20

1.3.2 Phương pháp pha loãng 21

1.3.3 Phương pháp craking 21

1.3.4 Phương pháp nhũ tương hóa dầu thực vật 21

1.3.5 Phương pháp ester hóa 22

1.4 Các chỉ tiêu kinh tế - môi trường của động cơ diesel tàu thủy trong sử dụng 23

1.4.1 Chỉ tiêu năng lượng (N e ) 23

1.4.2 Chỉ tiêu kinh tế (g e ) 23

1.4.3 Chỉ tiêu môi trường (K, CO, NO x , HC) [1] 23

1.5 Đối tượng nghiên cứu – phương pháp nghiên cứu 29

CHƯƠNG II NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH TỶ LỆ HỖN HỢP NHIÊN LIỆU DẦU

DO – DẦU DỪA VÀ PHỤ GIA LÀM NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ DIESEL

TÀU THỦY 30

2.1 Cơ sở khoa học của phương pháp nghiên cứu 30

2.1.1 Cơ sở kỹ thuật 30

2.1.2 Đặc điểm thực tiễn 30

2.1.3 Các thông số nhiệt động và thành phần cơ bản của dầu diesel so với dầu dừa .31

2.2 Nội dung nghiên cứu cơ bản 37

2.2.1 Thực nghiệm, phân tích mẫu hỗn hợp nhiên liệu mới (M) thông qua các chỉ tiêu chất lượng của dầu diesel 37

2.2.2 Phân tích, xác định chọn mẫu hỗn hợp nhiên liệu mới (M) theo chỉ tiêu chất lượng của dầu diesel 42

CHƯƠNG III THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MẪU HỖN HỢP NHIÊN LIỆU MỚI TỐI ƯU TRÊN ĐỘNG CƠ THỬ NGHIỆM (AVL 5402) 49

3.1 Sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm 49

3.2 Thiết bị và quy trình thử nghiệm 50

3.1.1 Thiết bị thử nghiệm 50

3.1.2 Quy trình thử nghiệm 56

3.2 Kết quả và thảo luận 57

3.2.1 Thử nghiệm chỉ tiêu năng lượng và kinh tế (N e , g e ) 57

3.2.2 Thử nghiệm các chỉ tiêu môi trường (HC, CO, NO x , K, CO 2 , Texh) 60

3.2.3 Đánh giá chỉ tiêu kinh tế - môi trường 66

3.2.4 Tính giá thành của hỗn hợp nhiên liệu 68

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 70

KẾT LUẬN 70

ĐỀ XUẤT 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

BIỂU BẢNG TRONG LUẬN VĂN

Bảng 1-1: Diện tích trồng dừa của các nước trên thế giới 10

Bảng 1-2: Thống kê sản lượng dầu thực vật 11

Bảng 1-3: Thành phần hóa học của các loại dầu [8] 12

Bảng 1-4: Thành phần các axit béo của các loại dầu [8] 12

Bảng 1-5: Tính chất lý hóa cơ bản của một số dầu thực vật [8] 14

Bảng 1-6: Thông số của dầu dừa [8] 14

Bảng 1-7: Tính chất lý hóa của dầu dừa so với dầu diesel 16

Bảng 1-8: Đặc tính của XXL Fuel Booster [13] 19

Bảng 2-1: Kết quả đo độ nhớt của hỗn hợp dầu diesel - dầu dừa theo nhiệt độ 39

Bảng 2-2: Nhiệt trị của các mẫu hỗn hợp được thử nghiệm tại TTKTTCĐLCL3 40

Bảng 2-3: Cetane của các mẫu hỗn hợp được thử nghiệm tại TTKTTCĐLCL3 40

Bảng 2-4: Sức căng bề mặt của các mẫu hỗn hợp 41

Bảng 2-5: Khối lượng riêng của các mẫu hỗn hợp 41

Bảng 2-6: Điểm đục của các mẫu hỗn hợp 41

Bảng 2-7: Thành phần Carbon của các mẫu hỗn hợp 41

Bảng 2-8: Thành phần hydro của các mẫu hỗn hợp 42

Bảng 2-9: Thành phần oxy của các mẫu hỗn hợp 42

Bảng 2-10: Các chỉ tiêu chất lượng của các mẫu hỗn hợp 48

Bảng 3-1: Các chỉ tiêu chất lượng của các mẫu hỗn hợp được lựa chọn để thử nghiệm trên thiết bị AVL 49

Bảng 3-2: Các thông số cơ bản động cơ [16] 53

Bảng 3-3: Các thông số cơ bản của cân 54

Bảng 3-4: Chế độ thử nghiệm 57

Bảng 3-5: So sách công suất động cơ diesel (kW) 58

Bảng 3-6: So sánh suất tiêu hao nhiên liệu động cơ diesel 60

Bảng 3-7: Khí thải HC và CO của động cơ diesel 61

Bảng 3-8: So sánh phát thải NOx và K của động cơ diesel 63

Bảng 3-9: So sánh khí thải CO2 và nhiệt độ khí thải (0C) của động cơ diesel 64

Bảng 3-10: Giá trị trung bình của các chỉ tiêu môi trường thử nghiệm so với dầu diesel

66

Bảng 3-11: Giá trị trung bình của chỉ tiêu kinh tế - môi trường thử nghiệm 67

Bảng 3-12: Tính toán giá thành của các lọai nhiên liệu tính cho một lít hỗn hợp 68

Bảng 3-13: Giá trị trung bình BSFC của dầu diesel so với M15 69

HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN

Hình 1-1: Quá trình biến đổi đối với dầu thực vật tinh khiết [8] 5

Hình 1-2: Cơ chế tác dụng của XXL 18

Hình 1-3: Sơ đồ ester hóa dầu thực vật [4] 22

Hình 1-4: Cấu trúc chuỗi bồ hóng 26

Hình 1-5: Mô hình cấu trúc dạng hạt sơ cấp 26

Hình 2-1: Nghiên cứu thực nghiệm thiết bị trộn, phân tích hỗn hợp dầu diesel - dầu dừa và chất phụ gia 38

Hình 2-2: Dụng cụ đo độ nhớt 38

Hình 2-3: Đường cong nhiệt – nhớt của các mẫu nhiên liệu hỗn hợp 39

Hình 2-4: Sơ đồ phân tích xác định mẫu nhiên liệu để thử nghiệm 42

Hình 2-5: Minh họa các chế độ dòng tia khác nhau của chùm dầu diesel ở áp suất cao .45

Hình 3-1: Sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm 49

Hình 3-2: Sơ đồ bố trí chung các thiết bị trong phòng thử 51

Hình 3-3: Động cơ và các thiết bị trong phòng thử 52

Hình 3-4: Động cơ thử nghiệm AVL 5402 52

Hình 3-5: Cân điện tử và bình gia nhiệt 53

Hình 3-6: Thiết bị phân tích khí thải Heshbon 54

Hình 3-7: Ống đo và cấu tạo chung Opacimeter 439 55

Hình 3-8: Thiết bị giải nhiệt nước làm mát và dầu bôi trơn 55

Hình 3-9: Thiết bị ổn định nhiệt độ nhiên liệu 56

Hình 3-10: Công suất động cơ ở các chế độ tải và MNL khác nhau 58

Hình 3-11: Suất tiêu hao nhiên liệu động cơ ở các chế độ tải và MNL khác nhau 60

Hình 3-12: Hàm lượng khí thải HC của động cơ ở các chế độ tải và MNL khác nhau 62 Hình 3-13: Khí thải CO của động cơ ở các chế độ tải và MNL khác nhau 62

Hình 3-14: Khí thải NOx của động cơ ở các chế độ tải và MNL khác nhau 63

Hình 3-15: Độ mờ khói của động cơ ở các chế độ tải và MNL khác nhau 64

Hình 3-16: Khí thải CO2 của động cơ ở các chế độ tải và MNL khác nhau 65

Hình 3-17: Nhiệt độ khí thải của động cơ ở các chế độ tải và MNL khác nhau 65

Hình 3-18: Giá trị trung bình của các chỉ tiêu môi trường thử nghiệm so với dầu diesel

66Hình 3-19: Giá trị trung bình của chỉ tiêu kinh tế - môi trường thử nghiệm so với dầu

diesel 67Hình 3-20: Các chỉ tiêu kinh tế và môi trường: BFSC, CO, HC, K, NOx 68

KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

BSFC [g/KW.h]: Suất tiêu hao nhiên liệu động cơ

CO [%] : Carbon Monoxide

CO2 [%] : Carbon Dioxide

Charge Amplifier: Bộ khuyếch đại tín hiệu

Encoder : Cảm biến tốc độ động cơ

HC [ppm] : Hydrocarbon

NOx [ppm] : Nitrogen Oxides

M : Hỗn hợp nhiên liệu mới

M5 : Hỗn hợp dầu dừa 5% - dầu diesel 94,875% và chất phụ gia 0,125% M10 : Hỗn hợp dầu dừa 10% - dầu diesel 89,875% và chất phụ gia 0,125% M15 : Hỗn hợp dầu dừa 15% - dầu diesel 84,875% và chất phụ gia 0,125% M20 : Hỗn hợp dầu dừa 20% - dầu diesel 79,875% và chất phụ gia 0,125% M25 : Hỗn hợp dầu dừa 25% - dầu diesel 74,875% và chất phụ gia 0,125% M30 : Hỗn hợp dầu dừa 30% - dầu diesel 69,875% và chất phụ gia 0,125% MNL : Mẫu nhiên liệu

K [%] : Độ mờ khói

P : Chất phụ gia XXL

PVO : Dầu thực vật tinh khiết

Thermal Eff (ηt)[%] : Hiệu suất nhiệt động cơ

T exh [oC] : Nhiệt độ khí thải

Tlm : Nhiệt nước làm mát

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, cùng với việc phát triển quá mức của các ngành công nghiệp và sự bùng nổ dân số, nhu cầu sử dụng về nhiên liệu ngày càng gia tăng Trong khi đó các nguồn năng lượng tự nhiên như dầu mỏ, than đá, khí đốt đang ngày càng cạn kiệt

Hơn nữa, việc sử dụng các nguồn năng lượng hóa thạch có một số nhược điểm là cháy không hoàn toàn, tạo ra các sản phẩm cháy: CO, CO2, HC, NOx, gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt khí CO2 gây hiệu ứng nhà kính Do vậy, việc tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế hiện nay đang là nhu cầu bức thiết Song song với việc sử dụng các nguồn thay thế dầu mỏ như: năng lượng gió, mặt trời, hạt nhân,…thì năng lượng sinh học cũng đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu Năng lượng sinh học

có ưu điểm là loại năng lượng tái sinh, thân thiện với môi trường, công nghệ sản xuất đơn giản, giá thành thấp Trong số đó, dầu dừa đang là đối tượng cho việc nghiên cứu nguồn năng lượng sinh học Dầu dừa có trữ lượng lớn dễ sản xuất và phát triển mạnh

nhất là ở quốc gia có khí hậu nhiệt đới như Việt Nam Vì vậy, việc “Nghiên cứu xác

định tỷ lệ hỗn hợp dầu diesel - dầu dừa và chất phụ gia tối ưu theo chỉ tiêu kinh tế - môi trường của động cơ diesel trên thiết bị AVL” là vô cùng thực tế và cần thiết

Nội dung nghiên cứu

1) Xác định tỷ lệ hỗn hợp dầu diesel (dầu diesel 0,05% lưu huỳnh) – dầu dừa và chất phụ gia tối ưu theo chỉ tiêu kinh tế - môi trường

2) Đánh giá mẫu hỗn hợp tối ưu theo chỉ tiêu kinh tế - môi trường thông qua thiết

bị AVL

Ý nghĩa khoa học của đề tài

Các số liệu nghiên cứu của đề tài là số liệu thực tế bổ sung cho sự hiểu biết về

tính năng của dầu dừa trong việc thay thế nguồn nhiên liệu sử dụng trong động cơ diesel

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Thành công của đề tài là cơ sở cho việc ứng dụng dầu dừa làm nhiên sinh học thay thế dầu diesel truyền thống cho động cơ diesel nhằm giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường

Cấu trúc luận văn

Đề tài thực hiện gồm 3 chương:

Chương I Tổng quan về nhiên liệu thay thế của động cơ diesel tàu thủy

Chương II Nghiên cứu xác định tỷ lệ hỗn hợp nhiên liệu dầu diesel – dầu dừa

và chất phụ gia làm nhiên liệu động cơ diesel tàu thủy

Chương III Thực nghiệm nghiên cứu xác định mẫu hỗn hợp nhiên liệu mới

(M10, M15, M20) tối ưu trên động cơ thử nghiệm AVL 5402 Kết luận và đề xuất

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU THAY THẾ CỦA ĐỘNG CƠ

DIESEL TÀU THỦY 1.1 Tổng quan về nhiên liệu thay thế của động cơ diesel tàu thủy

1.1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Nghiên cứu, sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học trên thế giới mà đặc biệt là ngành giao thông vận tải có xu hướng tăng nhanh Ở châu Âu, đây là một phần của chính sách môi trường Quốc gia và mục đích giảm phát thải CO2, giảm sự phụ thuộc vào nhập khẩu dầu và tạo ra việc làm thông qua phát triển nông thôn

Hiện nay có nhiều ứng dụng nhiên liệu thay thế cho các động cơ ôtô, ví dụ Brazin

là nước đi đầu trong việc phát triển các loại nhiên liệu sạch từ mía, Brazin hiện có tới 90% ôtô sử dụng nhiên liệu sạch và nhiên liệu sạch pha với nhiên liệu có nguồn gốc dầu mỏ, với 5 nhà máy cung cấp sản lượng khoảng 49 triệu lít/năm Một số quốc gia ở châu Âu cũng góp phần không nhỏ trong việc ứng dụng nhiên liệu thay thế nhất là khi nghị định Kyoto được đưa vào thực hiện, các quy chế ngặt nghèo về khí thải, mới đây nhất là chỉ thị 2003/30/EC, theo đó từ ngày 31/12/2005 có ít nhất 2% và đến 31/12/2010 ít nhất 5,75% nhiên liệu dùng trong vận tải phải có nguồn gốc tái tạo Tại Đức chỉ thị trên đã được thực hiện sớm hơn, tiếp theo là Áo và Pháp với nhiên liệu chứa 5% có nguồn gốc tái tạo đã được bán Ở Mỹ, Áo đã cho động cơ diesel ôtô chạy bằng dầu thực vật từ nhiên liệu là dầu ăn thải ra từ trong các nhà hàng Achentina đã tìm cách phát triển công nghệ sản xuất năng lượng thay thế từ đậu nành với chi phí sản xuất chỉ bằng ½ so với dầu diesel truyền thống (DO) Nước Anh cũng đã sản xuất nhiên liệu thay thế từ hạt hướng dương, hạt thầu dầu và hạt cọ Gần đây, đã có một số công trình bắt đầu nghiên cứu và công bố sản xuất nhiên liệu sinh học từ rong tảo Kết quả công trình nghiên cứu của hai sinh viên tại Đại học Auckland (New Zealand), họ

đã chứng minh được động cơ chạy bằng dầu diesel của tàu, xe có thể hoạt động được nhờ vào hỗn hợp diesel với dầu dừa hoặc chỉ đơn thuần bằng dầu dừa Trong bài viết trên tạp chí Journal Science, giáo sư James Steenbock Dumesic trường đại học Wisconsin Madison, Hoa Kỳ (UW-Madison) và các đồng nghiệp đã công bố: Hạt ngũ cốc và các nguyên liệu nguồn gốc chứa nhiều carbonhydrate có thể được biến đổi sang dạng chất lỏng hóa học alkanes không chứa lưu huỳnh tạo nên chất phụ gia lý tưởng cho phương tiện vận chuyển chạy dầu diesel Kết quả, chất dầu diesel từ thực

vật này có thể cung cấp cho ta nguồn năng lượng gấp đôi nguồn năng lượng cần thiết

để tạo ra nó Lợi điểm nữa là có thể sử dụng nguồn nguyên liệu rộng rãi từ thực vật Tại Mỹ với mục tiêu giảm 70% dầu nhập khẩu từ Trung Đông vào 2015 Ước tính năm 2006 sản lượng dầu có thể tăng lên 1 triệu tấn, so với mức 750.000 tấn năm

2005 Các nền kinh tế đầu tàu như Trung Quốc, EU, Mỹ, Nhật, và ngay cả những nước

có nguồn nhiên liệu để phát triển nhiên liệu sạch dồi dào như Brazin, Thái Lan, Indonesia, Malaysia, Ấn Độ,…cũng đang ra sức phát triển những loại nhiên liệu sạch,

để trong tương lai gần nền kinh tế không phải phụ thuộc vào nguồn cung dầu mỏ Hiện nay, Trung Quốc là một quốc gia đông dân nhất và cũng là một quốc gia có tốc độ phát triển kinh tế nhanh nhất, tuy nhiên nguồn dầu mỏ nước này cũng không đủ cung cấp ngay trong thời điểm hiện tại Nên phương án đưa ra của nước này là phát triển mạnh các loại nhiên liệu sạch và các nguồn khác để đáp ứng nhu cầu sử dụng trong tương lai gần Hiện tại Trung Quốc đã có nhiều nhà máy sản xuất nhiên liệu sạch

ở nhiều nơi và hiện đang có một nhà máy sản xuất nguồn nhiên liệu sạch lớn nhất thế giới ở tỉnh Cát Lâm có sản lượng 600.000 tấn/năm Và tổng sản lượng dầu diesel sinh học của Trung Quốc hiện vào khoảng 1.5 triệu tấn/năm

Ấn Độ là một nước đông dân thứ hai trên thế giới, tốc độ tăng trưởng kinh tế không phải là nhanh nhưng theo dự báo vào năm 2010 thì lượng xe tiêu thụ trên thị trường Ấn Độ sẽ tăng gấp đôi bây giờ, nó sẽ kéo theo nguồn nhập khẩu dầu mỏ của nước này tăng nhanh, như vậy kinh tế nước này phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn cung dầu mỏ luôn không ổn định Trong khi đó, nguồn dầu cọ của Ấn Độ đủ cung cấp cho việc thay thế nguồn dầu mỏ hiện tại nên nước này đang cố gắng sản xuất nhiên liệu thay thế từ nguồn dầu cọ để đáp ứng nhu cầu sử dụng trong nước

Đông Nam Á là khu vực có điều kiện thiên nhiên ưu đãi nên có nguồn dầu thực vật được lấy từ nhiều loại cây trong đó chủ yếu dầu cọ và dầu dừa Thái Lan là một trong những nước trong khu vực đi tiên phong trong việc sản xuất nhiên liệu sạch, theo

đó 10% nhiên liệu sạch sẽ được sử dụng vào 2011 Còn tại Malayxia, một nước có sản lượng dầu cọ lớn nhất thế giới, đã quyết định lấy đó làm nguồn nguyên liệu để sản xuất dầu diesel sinh học và nước này đã sử dụng B5 vào năm 2007 (pha 5% dầu diesel sinh học vào dầu diesel) trên diện rộng

Bên cạnh Biodiesel còn có nhiều công trình nghiên cứu lắp đặt thêm cụm thiết bị chuyển đổi để động cơ diesel có thể hoạt động trực tiếp với dầu thực vật hoặc hỗn hợp giữa chúng với một loại nhiên liệu truyền thống mà không cần chế biến thành Biodiesel Công nghệ này được gọi là “sử dụng trực tiếp dầu thực vật tinh khiết” (Pure Vegetable Oil) gọi tắt là PVO [10]

Dầu thực vật tinh khiết (PVO) là dầu được lấy ra từ quá trình chiết xuất dầu thực vật của các hạt có dầu Quá trình này giống như quá trình sản xuất dầu thực vật trong ngành công nghiệp thực phẩm đã có công nghệ tốt Chiết xuất hòa tan, ép nguội hoặc kết hợp cả hai quá trình này được sử dụng để chiết xuất dầu thực vật Ở đây các bánh hạt được sản xuất như là sản phẩm thứ hai Cuối cùng thực hiện chưng cất trong đó chất hoà tan được tái chế Dầu thực vật tinh khiết có thể được sử dụng trực tiếp trong các động cơ xe (đã được cải tiến) không cần sử dụng phụ gia hoặc thay đổi cấu trúc mol

Các cây có dầu để sản xuất dầu thực vật tinh khiết sử dụng trong các động cơ diesel: cải dầu, hướng dương, đậu tương, cọ, dừa, lạc, jatropha, …

Thử nghiệm của ngành công nghiệp động cơ đã chứng tỏ rằng ban đầu các động

cơ diesel chưa cải tiến có thể hoạt động được bằng dầu thực vật nhưng có nhiều vấn đề phát sinh chủ yếu ở bộ phận phun nhiên liệu, vòng séc măng và sự ổn định của dầu bôi trơn Vì vậy, động cơ cần được cải tiến

Hình 1-1: Quá trình biến đổi đối với dầu thực vật tinh khiết [8]

Từ những năm 1970 nhiều công trình nghiên cứu đã được thực hiện về cải tiến động cơ diesel để làm cho chúng hoạt động phù hợp với dầu thực vật không chế biến hay dầu thực vật tinh khiết Việc giới thiệu động cơ "Elsbett" (là động cơ ô tô diesel đầu tiên trên thế giới phun trực tiếp), công ty Elsbett của Đức đã đi tiên phong về công

sản xuất

hạt dầu

Rửa/làm nhỏ/nấu/ép

Chiết xuất dầu

Chưng cất

Dầu thực vật tinh khiết

Dung môi

Dung môi (tái chế)

Bánh hạt

nghệ PVO trong những năm 1970 Động cơ này đã có thể chạy bằng dầu PVO Từ đó, Elsbett đã chế tạo các bộ biến đổi cho các loại động cơ khác nhau như khoang của các động cơ diesel (từ năm1992), các động cơ diesel truyền thống bơm hút trực tiếp (từ năm1996), và động cơ diesel chạy bằng bộ bơm hút (từ năm1999) Cho đến nay, trên một nghìn xe đã được chuyển đổi, bao gồm ô tô, xe tải công suất lớn, xe buýt, thuyền

và các máy phát [10]

Công nghệ sử dụng trực tiếp dầu thực vật chủ yếu là hâm nóng 70-800C kết hợp pha loãng dầu để đạt được độ nhớt tương đương với dầu diesel Điều này giúp cho chất lượng phun dầu tốt và kết quả là quá trình cháy trong động cơ hoàn toàn hơn [10] Hiện nay, trên thế giới phổ biến có nhiều loại hệ thống nhiên liệu dùng PVO như hệ thống nhiên liệu kép là loại hệ thống dùng dầu diesel để khởi động và dừng động cơ đúng qui cách như động cơ dùng dầu diesel truyền thống Sau khởi động một thời gian, khi nhiệt độ của động cơ đủ cao, động cơ được chuyển sang sử dụng nhiên liệu PVO, khi dừng máy hệ thống ngắt nhiên liệu PVO và chuyển sang sử dụng dầu diesel

để rửa sạch hệ thống nhiên liệu nhằm bảo đảm tin cậy cho động cơ khởi động lạnh ở lần sau, cũng như hạn chế ảnh hưởng xấu của nhiên liệu PVO đến một số chi tiết của động cơ

Điều quan trọng cần chú ý dầu thực vật chưa qua tinh chế và dầu thực vật qua tinh chế (PVO) Theo công trình nghiên cứu giáo sư Michael Allen của đại học Songkla Thái lan, ông đã sử dụng dầu cọ, dầu thực vật và có được kết quả: động cơ chỉ hoạt động tốt với dầu đã qua tinh chế, tức là loại dầu đã được tách lọc chất keo và axit béo Với dầu thực vật thô chưa qua tinh chế sau khi chạy liên tục 300 giờ động cơ bị kẹt cứng Lý giải cho hiện tượng này là do axit béo có trong dầu làm biến tính dầu nhớt gây hao mòn động cơ Thí nghiệm này là một khuyến cáo với những ai sử dụng trực tiếp dầu thực vật hoặc dầu cọ chưa qua xử lý [10]

Song song với công trình nghiên cứu giáo sư Michael Allen thì công trình nghiên cứu của MSc Mechanical Engineering đã nghiên cứu sử dụng hỗn hợp 50% dầu dừa tinh khiết và 50% dầu diesel được thử nghiệm trên xe tải Mazda với động cơ phun trực tiếp, hâm nóng 70-800C, bộ lọc 5 micron, thời gian thử nghiệm là 3 năm và 60.000

km Kết luận sau khi tháo rời động cơ không ảnh hưởng đến các cặp lắp ghép xéc măng chỉ có muội than bám vào và chi phí sửa chữa tăng lên 10% [20]

pittông-Điều quan trọng nữa cần chú ý là chất lượng và điều kiện của dầu thực vật pittông-Điều này đối với hệ thống dầu PVO là quan trọng hơn so với các hệ thống dùng dầu diesel sinh học Đối với thị trường Đức, đã có tiêu chuẩn chất lượng (RK-Qualitätsstandard)

mà dầu PVO phải đạt được và nhiều nước cũng tham khảo tiêu chuẩn này Để đạt được tiêu chuẩn này không phải là vấn đề lớn đối với dầu ép nguội từ hạt cải dầu nhưng sẽ là vấn đề đối với một số dầu khác đã có trên thị trường Vì vậy việc áp dụng rộng rãi đòi hỏi phải phân thị trường đối với các loại dầu khác nhau để đảm bảo chất lượng phù hợp đối với người sử dụng

Nguồn nguyên liệu cho sản xuất dầu thực vật tinh khiết chủ yếu là 4 loại thực vật

có tên là dầu hạt cải chiếm gần 85%, dầu hạt hướng dương, dầu đậu tương và dầu cọ Tuy nhiên, bốn thực vật chính sử dụng để sản xuất dầu thực vật tinh khiết đang được trồng cho nhu cầu sử dụng của con người trong các ứng dụng công nghiệp khác nhau Điều này có nghĩa là những thực vật có dầu này phải chịu giá dao động do cạnh tranh trên thị trường thực phẩm

Một cách để giảm chi phí sản xuất dầu thực vật tinh khiết là sử dụng dầu không

ăn được có xu hướng rẻ hơn nhiều so với dầu ăn thực vật Một ví dụ về dầu không ăn được là “đậu vật lý” có nguồn gốc từ Jatropha Curcas Dầu này không thể sử dụng làm thực phẩm vì nó chứa toxalbumine gọi là ‘curcine’ và có một số chất ester độc khác Loại đậu này có thể trồng được trên nhiều loại đất ở độ cao và chịu hạn tốt

1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Đi sau các nước trong việc phát triển nhiên liệu sạch nhưng Việt Nam cũng đã đạt được những thành tựu bước đầu trong việc nghiên cứu chế biến dầu thực vật, mỡ động vật thành dầu diesel sinh học Các nhà khoa học Việt Nam đã nghiên cứu chiết suất thành công dầu diesel sinh học từ dầu mè, mỡ cá basa, cá tra, nó đã mở ra một hướng mới cho các nhà đầu tư trong một lĩnh vực mới Đối với cây mè 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 phải vứt bỏ Mỡ cá tra, basa ở vùng sông nước Cửu Long không tiêu thụ được vẫn có thể tái tạo thành dầu diesel sinh học Đó là công trình nghiên cứu của các cán bộ công tác tại Phân viện khoa học vật liệu tại Thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM) thuộc Viện khoa học và công nghệ Việt Nam

Theo đề nghị của Bộ Công nghiệp và Văn phòng Công ty Sojitz tại Hà Nội, ngày

03 tháng 8 năm 2005, Bộ Tài nguyên và Môi trường, với tư cách là cơ quan đại diện của Chính phủ Việt Nam tham gia và thực hiện Nghị định thư Kyoto đã xác nhận dự

án PIN phát triển dầu dừa diesel sinh học theo cơ chế phát triển sạch (CDM) tại tỉnh

Bình Định

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 Việt Nam - 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

Từ tháng 8/2006, hệ thống thiết bị sản xuất dầu diesel sinh học (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 sản xuất dầu biodiesel từ dầu ăn phế thải tại Tp.HCM 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

Về thử nghiệm dầu thực vật, một số kết quả nghiên cứu của Thạc sỹ Phùng Minh Lộc, Trường Đại học Nha Trang thử nghiệm ethanol pha vào dầu dừa kết hợp với sấy nóng hỗn hợp 800C làm nhiên liệu chạy động cơ diesel D12, kết quả suất tiêu hao nhiên liệu của hỗn hợp tăng hơn so với dầu diesel Thử nghiệm hỗn hợp 15% dầu hỏa pha với 85% dầu dừa được sấy nóng ở 600C kết hợp với phụ gia nano fuel bosster làm nhiên liệu chạy động cơ diesel D12 Kết quả cho thấy suất tiêu hao nhiên liệu của động

cơ đối với hỗn hợp khi có sử dụng chất phụ gia thấp hơn so với hỗn hợp khi không sử dụng phụ gia [3] Tuy nhiên, các nghiên cứu này chưa đề cập đến việc đánh giá chỉ tiêu khí thải của động cơ khi sử dụng hỗn hợp nhiên liệu thay thế

Đối với việc sử dụng trực tiếp dầu PVO cho động cơ diesel, ngoài công trình nghiên cứu của tác giả Phùng Minh Lộc – Trường Đại học Nha Trang [3], [4], ở Việt Nam hiện nay chưa có công trình nào được công bố

1.1.3 Khả năng sử dụng dầu thực vật tinh khiết làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong

ở Việt Nam

Nhiên liệu sử dụng trong động cơ đốt trong phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

• Phải có nguồn với trữ lượng lớn

• Có khả năng phát nhiệt lớn và có thể đưa vào sử dụng tập trung

• Ít bị biến chất trong quá trình bảo quản

• Ít gây độc hại cho môi trường sống của con người và đối với động thực vật

• Dể bảo quản và vận chuyển

• Đảm bảo tuổi thọ động cơ, trong nhiên liệu không được có hoặc có rất ít chất gây ăn mòn như lưu huỳnh, các loại axit đặc biệt sản phẩm cháy không được có tro (muội than giảm tối đa) vì đó là các chất gây mài mòn và làm vòng găng bị kẹt

Đối với dầu thực vật tinh khiết thỏa mãn được phần lớn các yêu cầu về nhiên liệu dùng trong động cơ đốt trong, đứng về mặt kỹ thuật thì nó có thể là một nguồn nhiên liệu tốt cho động cơ đốt trong

Đối với bà con nông dân, nếu các loại cây lấy dầu được trồng chuyên canh và tập trung (như ở Philippine, dừa được trồng thành rừng để làm nhiện liệu cho động cơ) cùng với việc đơn giản hóa quy trình sản xuất thì giá của dầu thực vật tinh khiết (PVO)

có thể rẻ hơn diesel như vậy sẽ giảm chi phí và tăng lợi nhuận cho họ

Mặt khác nhiên liệu quặng thường bị đánh nhiều loại thuế làm cho giá thị trường của nó tăng lên nên đây là một yếu tố thuận lợi để cho dầu PVO cạnh tranh với diesel

Để giảm giá thành nhiên liệu dầu PVO bà con nông dân có thể tận dụng các vật phế thải từ các cây trồng như: ở cây bông gòn, sau khi lấy bông, hạt nó có thể chế biến dầu với năng suất là 150 lít/ha

Diesel là nhiên liệu được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam Nó được nhập từ các nước láng giềng Do đó giá cả thay đổi theo giá thị trường quốc tế Nếu sản xuất được dầu PVO chúng ta có thể chủ động được nguồn nhiên liệu, không phụ thuộc vào giá

cả, khả năng cung cấp dầu diesel

Ở vùng nông thôn Việt Nam, các loại động cơ nhỏ được sử dụng rất phổ biến trên cánh đồng lúa và nông trại Mặt khác khoảng 95% các động cơ đó sử dụng diesel [8]

Từ đó ta thấy nếu dùng dầu PVO thay thế cho diesel sẽ tiết kiệm được một lượng ngoại tệ lớn cho quốc gia

Khu vực nông thôn có một lực lượng lao động dồi dào, tỷ lệ thất nghiệp cao, việc sản xuất dầu thực vật (biodiesel) sẽ giải quyết được nhiều việc làm cho nông dân

Lượng CO2 (tác nhân chính gây hiệu ứng nhà kính) do dầu thực vật (biodiesel) thải ra giảm đáng kể so với diesel [8]

Khi trồng các loại cây để chế biến dầu thực vật (biodiesel) chúng ta sẽ phủ xanh một diện tích đất lớn, đó chính là nơi thu nhận CO2 thải ra từ động cơ và cung cấp Oxy cho môi trường

Tóm lại: Việc sử dụng dầu PVO cho động cơ đốt trong có lợi cho môi trường,

con người (cung cấp dưỡng khí cho con người) và cho bầu khí quyển

1.1.4 Tiềm năng dầu thực vật

1.1.4.1 Trên thế giới

Tổng diện tích dừa trên thế giới năm 1996 được ước tính vào khoảng 11 triệu ha Riêng khu vực châu Á và Thái Bình Dương chiếm khoảng 93% trong đó trên 80% diện tích trồng dừa thuộc các nước Đông Nam Á và Nam Á Quốc gia trồng dừa nhiều nhất là Indonesia với diện tích 3,7 triệu ha, kế đến là Philippines với 3,1 triệu ha và xếp thứ ba là Ấn Độ với 1,796 triệu ha Trong các nước Nam Thái Bình Dương, Papua New Guinea là nước sản xuất hàng đầu Tại châu Phi, Tanzania là nước sản xuất lớn nhất trong khi ở châu Mỹ Latinh, Brazil chiếm hơn một nửa tổng diện tích dừa của khu vực đó Diện tích (ha) dừa đang thu hoạch ở một số nước chủ yếu trên thế giới [18]

Bảng 1-1: Diện tích trồng dừa của các nước trên thế giới

Tên quốc gia Diện tích trồng (ha)

• Nước ta là nước nhiệt đới, độ ẩm cao nhất có thể đạt (80-90%) Cây có dầu

có nhiều loại nên nguồn dầu thực vật rất đa dạng: Dầu dừa, dầu cọ, dầu đậu nành, dầu

mè, dầu phụng, dầu thầu dầu, dầu mù u,…

• Sản lượng dầu thực vật được thống kê ở bảng 1-1:[15]

Bảng 1-2: Thống kê sản lượng dầu thực vật

Loại dầu

Sản lượng nguyên liệu (nghìn tấn) (Năm 2009)

Năng suất dầu Diện tích trồng

(nghìn ha) (Năm 2009)

• Đồng bằng sông Cửu Long có khoảng 120.000 ha trồng dừa, hơn 9.000 ha trồng mè, 18.000 ha trồng đậu nành và trên 1.500 ha đậu phộng cho thấy sản lượng dầu thực vật tăng đáng kể

• Việt Nam đã đầu tư để nâng sản lượng dầu thực vật lên 450.000 tấn năm 2005

và 660.000 tấn năm 2010.[12]

• Theo [15] diện tích trồng dừa ở Việt Nam là 139.300 ha, chủ yếu tập trung ở đồng bằng sông Cửu Long và các tỉnh duyên hải miền Trung Nhiều nhất là ở Bến Tre,

Nghĩa Bình, Minh Hải, Thuận Hải, và một số huyện ở Thanh Hóa…[11] Với năng suất

600-700 kg/ha /năm sản lượng dầu dừa ở nước ta khoảng 83.580 -97.510 tấn Như vậy dầu dừa là loại có tiềm năng lớn so với các loại dầu thực vật khác

Ðậu nành thời gian sinh trưởng 85-90 ngày, cho năng suất 2.1 tấn/ha trở lên Dừa thời gian sinh trưởng 3-4 năm, cho năng suất 5760 trái /ha, sản lượng dầu 600-700 kg/ha Thời gian cho trái từ 40-60 năm.[2]

1.1.5 Nhiên liệu dầu thực vật

1.1.5.1 Dầu thực vật

Dầu thực vật là loại dầu được chiết suất từ các hạt, các quả của cây cối Nói chung các hạt quả của cây cối đều chứa dầu, nhưng từ dầu thực vật chỉ dùng để chỉ dầu của những cây có dầu với chiết suất lớn Dầu từ hạt những cây có dầu như: Đậu phộng, đậu nành, cải dầu, hạt bông, hướng dương, Dầu từ quả của những cây có dầu như: cây dừa, cây cọ,

Có thể phân loại chúng theo nhu cầu làm thực phẩm cho con người: dầu ăn được, dầu không ăn được Dầu thực vật là loại nhiên liệu có thể thay thế cho dầu diesel Khi

chọn dầu làm nhiên liệu thay thế nên chọn loại dầu khơng cĩ cạnh tranh thực phẩm cho con người

Dầu làm nhiên liệu cho động cơ diesel cĩ hai loại: Sản phẩm dầu thực vật điều chế trực tiếp từ các hạt, trái, cây lấy dầu và sản phẩm dầu thực vật qua ester hĩa (biodiesel)

Bảng 1-3: Thành phần hĩa học của các loại dầu [8]

Thành phần Dầu hạt bông Dầu cải dầu Dầu dừa Dầu diesel

Tỷ số lượng khkhí/Lượng

nhiên liệu (A/F)

Bảng 1-4: Thành phần các axit béo của các loại dầu [8]

Loại axit Tên axit Dầu dừa Dầu cọ Dầu cọ cao Dầu

1.1.5.2 Thành phần hĩa học của dầu thực vật

Thành phần hĩa học của chúng nĩi chung gồm 95% các triglyceride và 5% các axid béo tự do Triglyceride là các triester tạo bởi phản ứng của các axit béo trên ba

chức rượu của glycerol Trong phân tử của chúng có chứa các nguyên tố H, C và O Người ta chia chúng thành ba nhóm:

- Nhóm dầu không khô (dầu axit béo bão hòa): Đó là các loại dầu có chỉ số Iốt thấp dưới 95 như dầu dừa, dầu cọ, dầu phộng, dầu ôliu,

- Nhóm dầu nửa mau khô: Gồm các dầu có chỉ số Iốt từ 95 đến khoảng 130 như dầu cao su, dầu mè, dầu hướng dương, dầu đậu nành, dầu cải dầu, dầu bông, dầu bắp,…

- Nhóm dầu mau khô: Gồm các dầu có chỉ số Iốt trên 130 như dầu lanh, dầu trẩu, Về thành phần hóa học, đối với dầu thực vật so với dầu diesel: lượng chứa C ít hơn 10 - 12%, lượng chứa H ít hơn 5 - 13% còn lượng O thì lớn hơn rất nhiều (dầu diesel chỉ có vài phần ngàn O, còn dầu thực vật có 9 - 11% O) [17], cho nên dầu thực vật là nhiên liệu có chứa nhiều oxy Chính vì điều này mà dầu thực vật có thể làm việc với lượng dư không khí bé mà vẫn cháy hoàn toàn

Chỉ số cetane của dầu thực vật nhỏ hơn so với dầu diesel, trong số các dầu thực vật nghiên cứu thì dầu dừa có chỉ số cetane gần bằng dầu diesel Muốn tăng chỉ số cetane cho dầu thực vật có thể dùng biện pháp thêm chất phụ gia "Booster" hay chuyển chúng thành ester dầu thực vật

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

Đường cong bay hơi: Về khả năng bay hơi, đối với dầu thực vật so với dầu diesel thì: Điểm bắt đầu bay hơi thấp hơn (130 - 1500C), điểm kết thúc bay hơi cao hơn (360

- 3750C) Nhiều loại dầu thực vật trong khoảng nhiệt độ 200 - 2800C đường cong bay hơi gần trùng với diesel, nhưng vượt quá 2800C thì chúng lại thấp hơn Điểm đáng lưu

ý là dầu thực vật khơng hồn tồn bay hơi hết, đây cĩ thể là nguyên nhân gây đĩng cặn trên buồng cháy [8]

Bảng 1-5: Tính chất lý hĩa cơ bản của một số dầu thực vật [8]

1.1.5.4 Dầu dừa

Cơng thức tổng quát của dầu dừa:

Bảng 1-6: Thơng số của dầu dừa [8]

Loại dầu Khối

lượng riêng (g/cm 3 )

Độ nhớt (cSt) (ở

20 0 C)

Điểm nóng chảy ( 0 C)

Điểm Đục ( 0 C)

Điểm chớp lửa ( 0 C)

Nhiệt trị (Mj/kg) (Kcal/kg)

Cặn Chỉ số

cetan

Dầu phộng 0,914 85 0/-3 9 258 39,33/9410 0,50 39-41 Dầu cải

dầu 0,916 77 0/-2 11 320 37,40/8956 0,28 38 Dầu dừa 0,915 30-37 23/26 20-28 110 37,10/8875 0,11 40-42 Dầu bông 0,921 73 2/-2 -1 243 36,78/8800 0,49 35-40 Dầu cọ 0,915 106 95- 23/50 31 280 36,92/8834 0,42 38-40 Dầu thầu

dầu 0,955 - -10/-12 - 260 38,85/9295 0,10 - Dầu nành 0,920 58-63 - -4 330 37,30/8925 0,54 36-38 Dầu diesel 0,836 3-6 - -2 43,80/10478 <0,01 45-50

CH

O

O R C O

O R'

2

mà không ảnh hưởng đến chu kỳ lấy dầu lần sau

Dầu dừa lỏng có màu vàng nâu, đặc như mỡ khi hạ nhiệt độ xuống thấp, dầu dừa không thể chưng cất được, vì chúng bị phân huỷ ngay cả cất dưới áp suất thấp, chỉ có các glyceride của butyrin hoặc trilaurin có thể cất được trong phòng thí nghiệm

Dầu dừa là hỗn hợp phức tạp các glycerinde hỗn tạp nên quá trình nóng chảy không ở một nhiệt độ xác định mà trong một giới hạn nhiệt độ rộng cũng như trường hợp các hỗn hợp khác, nhiệt độ nóng chảy không trùng chính xác với nhiệt độ đông đặc mà lại cao hơn Dầu dừa nhiều axit béo no nóng chảy ở nhiệt độ cao hơn dầu dừa

có nhiều axit béo chưa no

Dầu dừa không tan trong nước, rượu 95%, tan nhiều trong rượu nguyên chất, và trong polyhalogel (chloroform,…), ether, sunfua carbon, etxăng, aren (benzen, toluen,…) Tuy không tan trong nước nhưng dầu có thể tạo dung dịch keo hay tương bền khi có chất hoạt động bề mặt

Từ bảng 1-5, 1-6, 2-10 ta có bảng 1-7

Bảng 1-7: Tính chất lý hóa của dầu dừa so với dầu diesel

+ Phản ứng xà phòng hóa và thuỷ phân hóa

• Phản ứng hydro hóa chất béo: Các chất béo có chứa axit béo không no có thể phản ứng với hydro có mặt chất xúc tác Ni, Pt…hoặc men cho glycerit có axit béo không no

Phản ứng này đặc biệt có ý nghĩa trong công nghiệp sản xuất xà phòng

• Phản ứng thủy phân:

Các chất béo rất bị thủy phân ở ngay nhiệt độ thường cho tới nhiệt độ khoảng

1000C Khi có mặt xúc tác bazơ hoặc axit… tạo ra axit béo và glycerin

1.2 Tổng quan về chất phụ gia trong nhiên liệu thay thế của động cơ diesel tàu thủy

1.2.1 Chất phụ gia

Là những chất cho thêm vào nhiên liệu hay phi nhiên liệu với một lượng nhỏ,

nhưng lại làm tăng các chất sẵn có và có thể tạo ra những tính chất mới cho sản phẩm

1.2.2 Phân loại chất phụ gia

1.2.2.1 Phụ gia hữu cơ ( phụ gia nhiên liệu sinh học)

Các chất phụ gia hữu cơ cho thêm vào dầu diesel nhằm đạt được những

O

O

C17H33CH

H2+

O

O

C17H35CH

O

R’CH

OH OH

OH

CH

H2O +

RCOOH R’COOH R’’COOH +

+ +

- Là chất ổn định, chống oxy hóa, nâng cao tính ổn định trong quá trình dự trữ

- Là chất tẩy rửa bề mặt để duy trì độ sạch của vòi phun, đây là yếu tố rất quan

trọng trong trường hợp động cơ có buồng cháy dự bị

1.2.2.2 Phụ gia nhiên liệu nhân tạo

Bao gồm các loại phụ gia:

+ Phụ gia tăng công suất

+ Phụ gia tiết kiệm nhiên liệu

+ Phụ gia giảm khí thải

+ Phụ gia làm sạch

Các chất phụ gia kim loại dưới dạng muối axit được sử dụng để làm giảm mức

độ phát sinh bồ hóng của động cơ Diesel

Những kim loại alcalino-terreux (Ca, Ba, Mg, Fe, Mn, Cu, Ni) thường được sử dụng làm chất phụ gia trong dầu diesel Những alcalino-terreux, barium và calcium có

hiệu quả nhất đối với động cơ phun trực tiếp hay phun gián tiếp

1.2.3 Hoạt chất nâng cao nhiên liệu Nanotech / XXL Fuel Booster

XXL là nhiên liệu sinh học nâng cao, được sản xuất từ dầu cọ tinh chất và là chất hữu cơ thiên nhiên 100% Các quá trình tinh chế đặc biệt và kích hoạt đã cho phép tạo

ra các phân tử XXL có tính năng làm gãy chuỗi và tái định dạng các phân tử hydrocarbon trong nhiên liệu hóa thạch thành nhiên liệu có chất lượng cao, những phân tử nhiên liệu có nhiều năng lượng và khả năng oxy hóa cao

Hình 1-2: Cơ chế tác dụng của XXL

Bảng 1-8: Đặc tính của XXL Fuel Booster [13]

Phân cấp hang hóa nguy hiểm Không

Tính hòa tan trong nước Không hòa tan

Lợi ích của việc sử dụng XXL:

+ Quá trình đốt triệt để hơn làm tăng công suất động cơ: XXL nâng cao các

phân tử hydrocarbon trong nhiên liệu hóa thạch làm quá trình đốt được cải thiện và tăng công suất động cơ

+ Tiết kiệm nhiên liệu: XXL làm tăng công suất và giảm tiêu thụ nhiên liệu,

do đó giảm chi phí nhiên liệu

+ Bảo trì ít hơn: XXL làm sạch các chi tiết bên trong động cơ có dính các hợp chất carbon và các thành phần bẩn khác Nó còn cung cấp sự bôi trơn tự nhiên, nên kéo dài tuổi thọ động cơ và giảm chi phí bảo trì

+ Thân thiện với môi trường: XXL cải thiện đáng kể chất lượng của nhiên liệu, và do vậy làm giảm khói đen, chất thải độc hại thải ra từ động cơ, làm giảm ô nhiễm môi trường, tăng cường bôi trơn nên giảm tiếng ồn

Như vậy, so với các phụ gia khác (phụ gia tăng công suất, phụ gia tiết kiệm nhiên liệu, phụ gia giảm khí thải, phụ gia làm sạch) thì XXL có nhiều ưu điểm hơn Do đó việc chọn XXL làm phụ gia cho các hỗn hợp nhiên liệu là thích hợp

1.2.4 Tạo hỗn hợp dầu diesel và chất phụ gia

XXL có thể sử dụng với bất kỳ loại máy móc, thiết bị nào sử dụng nhiên liệu hydrocarbon (xăng, dầu diesel, dầu nặng, v.v ) XXL sẽ nâng cao chất lượng nhiện liệu theo tỷ lệ pha (1:1000 đối xăng, và 1:800 đối với dầu diesel) Vì vậy, bằng việc sử dụng các thiết bị đo có chia sẵn vạch, ta dễ dàng pha được phụ gia theo tỷ lệ nói trên vào dầu diesel

1.3 Các phương pháp xử lý dầu để làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong

Để sử dụng dầu thực vật làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong cần áp dụng những phương pháp xử lý dầu để tính chất của nó gần giống với dầu diesel

Theo quan điểm khai thác động cơ thì khác nhau cơ bản giữa dầu thực vật và dầu diesel chính là độ nhớt Ảnh hưởng của độ nhớt đến làm việc của động cơ thể hiện ở chỗ làm cho hệ thống nhiên liệu hoạt động không bình thường, làm chất lượng phun và cháy kém hơn Do chất lượng phun và cháy kém hơn nên các chỉ tiêu của động cơ sẽ giảm đi khi sử dụng dầu thực vật, vì lý do trên nên trong các giải pháp xử lý dầu thực vật đều là các phương pháp làm giảm độ nhớt của dầu thực vật

Để giảm độ nhớt của dầu thực vật ta có thể sử dụng các biện pháp xử lý sau [4]:

Phương pháp sấy nóng

Phương pháp pha loãng

Phương pháp craking

Phương pháp nhũ tương hóa

Phương pháp ester hóa

1.3.1 Phương pháp sấy nóng nhiên liệu

Phương pháp này dựa trên đặc tính thay đổi của độ nhớt theo nhiệt độ, độ nhớt sẽ giảm khi nhiệt độ tăng Trong khoảng nhiệt độ từ 30÷80oC sẽ làm độ nhớt thay đổi nhiều, khi nhiệt độ vượt trên 80oC thì độ nhớt thay đổi rất ít Để đạt được độ nhớt của hỗn hợp nhiên liệu cần tăng nhiệt độ lên đến 800C

Nhược điểm của phương pháp này là quá trình tăng nhiệt độ lên quá cao làm thay đổi trạng thái nhiệt và ảnh hưởng không tốt đến hệ thống cấp nhiên liệu Mặt khác

phương pháp này không cải thiện được trị số cetane của dầu thực vật…Do đó phương pháp này chỉ thích hợp để áp dụng đồng thời với phương pháp khác (kết hợp pha loãng với nhiên liệu khác có độ nhớt thấp hơn), nhằm mục đích tăng khả năng lưu thông của dầu thực vật, đặc biệt khi động cơ làm việc trong môi trường có nhiệt độ thấp

1.3.2 Phương pháp pha loãng

Phương pháp pha loãng là một trong những phương pháp đơn giản làm giảm độ nhớt, có thể sử dụng dầu diesel để làm dung môi chất pha loãng Pha loãng không chỉ làm giảm độ nhớt của dầu thực vật mà nó còn cải thiện được một số chỉ tiêu khác của dầu như: trị số cetane lớn hơn, nhiệt độ đông đặc thấp hơn,…

1.3.3 Phương pháp craking

Có thể hình dung quá trình craking dầu thực vật gần giống như quá trình craking dầu mỏ Nguyên tắc cơ bản của quá trình là cắt ngắn mạch hydrocarbon của dầu thực vật dưới tác dụng của nhiệt độ và chất xúc tác Sản phẩm thông thường bao gồm: nhiên liệu khí, xăng, dầu diesel và một số sản phẩm phụ khác

Nhiên liệu có được sau quá trình craking có tính chất gần giống với dầu diesel Craking có thể được thực hiện trong môi trường không khí hoặc trong môi trường khí trơ

Nhược điểm cơ bản của phương pháp này là tốn năng lượng để điều chế nhiên liệu Sản phẩm thu được bao gồm nhiều thành phần nhiên liệu khác nhau và đặc biệt là

nó khó thực hiện ở quy mô lớn Vì vậy phương án đưa ra chỉ mang tính tham khảo và không đi sâu vào nghiên cứu

1.3.4 Phương pháp nhũ tương hóa dầu thực vật

Nhiên liệu ban đầu là dầu thực vật, rượu và chất tạo sức căng bề mặt với thiết bị tạo nhũ có thể tạo ra nhũ tương dầu thực vật-rượu, trong đó các hạt rượu được phân bố đều trong nhũ tương [8]

Ưu điểm nhiên liệu ở dạng nhũ có độ nhớt tương đương diesel, tỷ lệ rượu càng lớn thì độ nhớt của nhũ tương càng giảm Tuy nhiên lúc đó để tạo ra các hạt nhũ tương nhỏ, khả năng phân lớp của các hạt nhũ tương tăng lên Kết quả là nhũ tương kém đồng nhất và cần thiết phải áp dụng các biện pháp bảo quản nhũ tương trong thời gian dài

1.3.5 Phương pháp ester hóa

Phương pháp ester hóa dầu thực vật là phương pháp được chú ý trong thời gian gần đây, nguyên lý chuyển hóa cơ bản có thể miêu tả như là phản ứng của một phần tử

glyceride (axit béo không no, có độ nhớt cao) và ba nguyên tử rượu tạo thành ester của

axit béo và một nguyên tử glycerine

Nhiên liệu dầu thực vật và rượu ít nước (điều kiện phản ứng là xúc tác và nhiệt

độ trung bình) lúc này lần lượt các liên kết R1CO_, R2CO_, R3CO_, bị tách ra khỏi phân tử glyceride và đính vào các nguyên tử hydro và rượu Các sản phẩm đầu tiên là diglyceride và cuối cùng là glycerine

Phương pháp ester hóa được thực hiện theo sơ đồ hình 1-3 Glycerine dễ dàng được tách ra khỏi ester và sử dụng trong các ngành công nghiệp khác

Sản phẩm cuối cùng có thể đạt 95 – 98% vể trọng lượng sản phẩm ban đầu tham gia phản ứng

Hình 1-3: Sơ đồ ester hóa dầu thực vật [4]

CH2COOR1

CHCOOR2

CH2COOR3

3ROH +

Tóm lại: Qua phân tích năm phương pháp trên, để giảm độ nhớt của nhiên liệu

sinh học, trong giới hạn đề tài, chúng tôi thực hiện phương pháp kết hợp giữa pha loãng và sấy nóng để giảm độ nhớt thích hợp cho nhiên liệu chạy động cơ diesel tàu

thủy

1.4 Các chỉ tiêu kinh tế - môi trường của động cơ diesel tàu thủy trong sử dụng

1.4.1 Chỉ tiêu năng lượng (N e )

Dùng phanh thủy lực (dynamometer) để điều khiển công suất có ích Ne của động

cơ ở đầu ra của trục khuỷu

1.4.2 Chỉ tiêu kinh tế (g e )

1.4.2.1 Suất tiêu hao nhiên liệu (g e )

Suất tiêu hao nhiên liệu (ge) là hiệu quả biến đổi nhiệt năng thành cơ năng của động cơ đốt trong cũng đồng nghĩa với khái niệm “tính tiết kiệm nhiên liệu” của nó Trong thực tế khai thác, người ta ít dùng hiệu suất mà thường dùng đại lượng ge để thể hiện lượng nhiên liệu do động cơ tiêu thụ, đánh giá tính tiết kiệm nhiên liệu Lượng nhiên liệu do động cơ tiêu thụ để sinh ra một đơn vị công suất có ích trong một đơn vị thời gian được gọi là lượng tiêu thụ nhiên liệu riêng có ích (gọi tắt là suất tiêu hao nhiên liệu ge)

ge - Suất tiêu hao nhiên liệu có ích (g/kW.h)

Ge - Tiêu hao nhiên liệu động cơ (g/h)

Ne - Công suất có ích của động cơ (kW)

1.4.3 Chỉ tiêu môi trường (K, CO, NO x , HC) [1]

Trong phần này, chúng tôi sẽ thảo luận về sự hình thành tác hại của các chất ô nhiễm trong khí thải của động cơ diesel: hydrocarbon, carbon monoxide, nitrogen

oxide và độ mờ khói Tìm hiểu về sự hình thành của các chất gây ô nhiễm cho chúng

ta dễ dàng so sánh ảnh hưởng của các mẫu nhiên liệu khác cho động cơ diesel

Ảnh hưởng chỉ số cetane của nhiên liệu Độ mờ khói giảm khi thời gian cháy trễ kéo dài, nghĩa là khi dùng nhiên liệu có chỉ số cetane thấp Tuy nhiên việc sử dụng nhiên liệu có chỉ số cetane thấp có thể dẫn đến những nhược điểm như sau: Gia tăng

độ ồn nếu quá trình cháy bắt đầu quá muộn, gia tăng lượng nhiên liệu bám trên thành

xylanh và buồng cháy làm tăng mức độ phát sinh HC và độ mờ khói

1.4.3.1 Độ mờ khói (K) (Bồ hóng trong khí thải động cơ diesel)

a Ảnh hưởng độ mờ khói đến sức khỏe con người

Độ mờ khói là chất ô nhiễm đặc biệt quan trọng trong khí thải động cơ diesel Nó

tồn tại dưới dạng những hạt rắn có đường kính trung bình khoảng 0,3µ mnên rất dễ xâm nhập sâu vào phổi Độ mờ khói ngoài việc gây trở ngại cho cơ quan hô hấp như bất kì một tạp chất cơ học nào khác có mặt trong không khí, nó còn là nguyên nhân gây ra bệnh ung thư do các hydrocarbon thơm mạch vòng (HAP) hấp thụ trên bề mặt của chúng trong quá trình hình thành

b Cơ chế hình thành độ mờ khói

Quá trình cháy khuếch tán trong động cơ diesel rất thuận lợi cho việc hình thành bồ hóng Sự cháy của hạt nhiên liệu lỏng trong khi chúng dịch chuyển trong buồng cháy cũng như sự tập trung cục bộ hơi nhiên liệu ở những vùng có nhiệt độ cao là nguyên nhân chính sản sinh bồ hóng Quá trình cháy khuếch tán, do đặc điểm phân bố nhiên liệu không đồng nhất, việc khống chế quá trình cháy của nó gặp nhiều khó khăn hơn so với quá trình cháy của hỗn hợp đồng nhất Do sự phân bố hỗn hợp không đồng nhất mà trong sản phẩm cháy của ngọn lửa khuếch tán luôn tồn tại những sản phẩm cháy không hoàn toàn đặc biệt quan tâm đến bồ hóng Bồ hóng trong khí thải là một trong những yếu tố chính giới hạn khả năng ứng dụng của động cơ diesel hiện nay Mặc dù các nhà khoa học và các nhà sản xuất động cơ đã quan tâm rất nhiều đến việc nghiên cứu vấn đề này nhưng đến nay người ta vẫn chưa tìm ra được một giải pháp kỹ thuật nào hữu hiệu nhằm hạn chế nồng độ bồ hóng trong giới hạn cho phép t h e o các quy định về bảo vệ môi trường TCVN 5418-91 và TCVN 6438-98 về độ khói trong khí thải động cơ diesel

Sự hình thành bồ hóng trong ngọn lửa khuếch tán trước tiên phụ thuộc vào nhiên liệu Nhiên liệu có thành phần C càng cao thì nồng độ bồ hóng càng lớn Yếu tố thứ hai ảnh hưởng đến nồng độ bồ hóng là nồng độ nhiên liệu và nồng độ oxygene

Sự hình thành bồ hóng chủ yếu là do quá trình cháy không hoàn toàn của nhiên liệu Khi hỗn hợp nghèo và được phân bố đồng nhất thì nồng độ bồ hóng rất bé, có thể bỏ qua Nồng độ oxygene ảnh hưởng đến sự oxy hóa bồ hóng sau khi chúng được hình thành do đó cũng ảnh hưởng đến nồng độ bồ hóng cuối cùng có mặt trong sản phẩm

cháy Yếu tố thứ ba ảnh hưởng đến sự hình thành bồ hóng là sự phân bố nhiệt độ

trong ngọn lửa Nhiệt độ cao ở vùng giàu nhiên liệu sẽ thuận lợi cho việc hình thành

bồ hóng Ngược lại nhiệt độ cao ở vùng thừa oxygene sẽ thuận lợi cho việc oxy hóa

bồ hóng Nồng độ bồ hóng thoát ra khỏi ngọn lửa khuếch tán là hiệu số giữa lượng bồ hóng hình thành và lượng bồ hóng bị oxy hóa

Thành phần hạt bồ hóng phụ thuộc vào tính chất nhiên liệu, dầu bôi trơn, đặc điểm của quá trình cháy, dạng động cơ cũng như tình trạng kỹ thuật của động cơ Thành phần bồ hóng trong sản phẩm cháy của nhiên liệu có thành phần lưu huỳnh cao khác với thành phần bồ hóng trong sản phẩm cháy của nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp Bồ hóng bao gồm các thành phần chính sau đây:

- Carbon: Thành phần này ít nhiều phụ thuộc vào nhiệt độ cháy và hệ số dư lượng không khí trung bình, đặc biệt là khi động cơ hoạt động ở chế độ đầy tải hoặc quá tải

- Dầu bôi trơn không cháy: Đối với động cơ cũ thành phần này chiếm tỷ lệ lớn Lượng dầu bôi trơn bị tiêu hao và lượng hạt bồ hóng có quan hệ với nhau

- Nhiên liệu chưa cháy hoặc cháy không hoàn toàn: Thành phần này phụ thuộc vào nhiệt độ và hệ số dư lượng không khí

- Sun phát: Do lưu huỳnh trong nhiên liệu bị oxy hóa và tạo thành SO2 hoặc SO4

- Các chất khác: Lưu huỳnh, calci, sắt, silicon, chromium, phosphor, các hợp chất calci từ dầu bôi trơn

Hình 1-4: Cấu trúc chuỗi bồ hóng Hình 1-5: Mô hình cấu trúc dạng hạt sơ cấp

Cấu trúc hạt bồ hóng theo Hình 1-4 và 1-5 trình bày ảnh chụp khuếch đại của chuỗi và hạt sơ cấp tạo thành hạt bồ hóng trong khí xả động cơ diesel Một cách tổng quát có thể nói hạt bồ hóng mà người ta thường gọi hình thành do sự liên kết của nhiều hạt sơ cấp hình cầu thành từng khối hoặc chuỗi Mỗi hạt bồ hóng (khối hay chuỗi) có thể chứa đến 4000 hạt hình cầu sơ cấp Các hạt sơ cấp có đường kính từ 10 đến 80nm

và đại bộ phận hạt nằm trong khoảng 15-30nm, đường kính trung bình của các hạt bồ hóng nằm trong khoảng 100-150nm, có khi lên đến 500-1000nm

Theo báo cáo của các nhà khoa học, ô nhiễm do giao thông vận tải sản sinh ra gần 2/3 lượng khí COx, 1/2 các hợp chất hydrocarbon và khí oxit nitơ Trong đó, CO2

là khí gây hiệu ứng nhà kính, cùng với sự biến đổi khí hậu do nồng độ khí CO2 chiếm

ưu thế trong khí quyển Hiện nay, nguồn nhiên liệu thế giới đang sử dụng chủ yếu từ dầu mỏ, trong đó có hơn 90% dùng cho giao thông và phát điện Trong khi đó, nguồn nhiên liệu này đang ngày càng cạn kiệt

1.4.3.2 Carbon Monoxide (CO)

a Ảnh hưởng CO đến sức khỏe con người và thực vật

Khí thải CO là chất khí không màu, không mùi Khí này là sản phẩm oxy hóa không hoàn toàn nhiên liệu Hàm lượng của CO phụ thuộc vào tỷ lệ không khí/nhiên liệu Hỗn hợp giàu nhiên liệu sẽ thải ra hàm lượng CO cao, hỗn hợp nghèo nhiên liệu

sẽ thải ra hàm lượng CO thấp Tác hại của khí CO đối với con người và động vật xảy

ra khi nó tác dụng với hồng cầu (hemoglobin) trong máu, tạo thành một hợp chất bền vững làm giảm hồng cầu Từ đó làm giảm khả năng hấp thụ oxy của hồng cầu để nuôi dưỡng tế bào cơ thể Con người nhạy cảm với CO hơn là động thực vật Ngộ độc CO nhẹ (<1% CO) để lại di chứng hay quên, thiếu máu Ngộ độc nặng gây ngất, lên cơn

giật, liệt tay chân và có thể dẫn đến tử vong trong vài phút khi nồng độ CO vượt quá 2% Thực vật khi tiếp xúc với CO ở nồng độ cao (100÷10000 ppm) sẽ bị rụng lá

b Cơ chế hình thành CO

Ở điều kiện nhiệt độ cao, phản ứng phân giải sản phẩm cháy cũng làm tăng nồng

độ CO ngay cả khi hỗn hợp nghèo (α>1) Khi động cơ làm việc ở chế độ non tải, do điều kiện cháy của hỗn hợp không thuận lợi, tạo ra các vùng cháy không hoàn toàn cục

bộ, nên nồng độ CO trong khí thải cao cho dù hệ số dư lượng không khí α được bộ tạo hỗn hợp điều chỉnh dao động chung quanh giá trị cháy hoàn toàn lý thuyết Chính vì lẽ

đó, khi động cơ làm việc ở chế độ tải thấp thì sự phát sinh CO là đáng quan tâm nhất

do dao động thường xuyên

1.4.3.3 Nitrogen Oxide (NO x )

a Ảnh hưởng NO x đến sức khỏe con người và thực vật

NOx gồm khí NO và NO2 là hai thành phần quan trọng có vai trò nhất định trong quá trình hình thành khói quang hóa và gây ô nhiễm môi trường

NOx tạo ra trong quá trình cháy và tăng khi nhiệt độ tăng Nhiệt độ càng tăng cao, lượng Nitơ có trong không khí sẽ kết hợp với oxy tạo ra nhiều NOx [7] Khí NO là khí không màu, không mùi, không tan trong nước NO có thể gây nguy hiểm cho cơ thể do tác dụng với hồng cầu trong máu, làm giảm khả năng vận chuyển ôxy gây bệnh thiếu máu

Khí NO2 là chất khí màu nâu nhạt, rất dễ hấp thụ bức xạ tử ngoại, dễ hòa tan trong nước và tham gia vào phản ứng quang hóa NO2 là loại khí có tính kích thích, khi tiếp xúc với niêm mạc, tạo thành axit qua đường hô hấp hoặc hòa tan vào nước bọt rồi vào đường tiêu hóa, sau đó vào máu Ở hàm lượng 15÷50ppm, NO2 gây nguy hiểm cho tim, phổi và gan

b Cơ chế hình thành NO x

Khác với động cơ đánh lửa cưỡng bức, do đặc điểm của quá trình tạo hỗn hợp không đồng nhất, quá trình cháy trong động cơ Diesel gồm hai giai đoạn: giai đoạn cháy đồng nhất diễn ra ngay sau kì cháy trễ và giai đoạn cháy khuếch tán Sự phân bố nhiệt độ và thành phần khí cháy trong không gian buồng cháy là không đồng nhất Đối với quá trình cháy hòa trộn trước, thành phần hỗn hợp có thể thay đổi trong phạm vi

rộng; trong khi đó, đối với quá trình cháy khuếch tán, màng lửa xuất hiện ở những khu vực cục bộ có thành phần hỗn hợp gần với giá trị cháy hoàn toàn lí thuyết

Cũng như trường hợp động cơ đánh lửa cưỡng bức, nhiệt độ cực đại là yếu tố ảnh hưởng lớn đến sự hình thành NO trong quá trình cháy của động cơ Diesel Trong mọi loại động cơ, sản phẩm cháy của bộ phận nhiên liệu cháy trước tiên trong chu trình đóng vai trò quan trọng nhất đối với sự hình thành NO vì sau khi hình thành, bộ phận

sản phẩm cháy đó bị nén làm nhiệt độ gia tăng do đó làm tăng nồng độ NO

Mặt khác, do quá trình cháy khuếch tán, trong buồng cháy động cơ diesel luôn tồn tại những khu vực hay các ‘túi’ không khí có nhiệt độ thấp Nhờ bộ phận không khí này mà NO hình thành trong buồng cháy động cơ diesel được làm mát (gọi là sự

‘tôi’ NO) nhanh chóng hơn trong trường hợp động cơ đánh lửa cưỡng bức và do đó

NO ít có khuynh hướng bị phân giải hơn

1.4.3.4 Khí thải Hydrocarbon (HC)

a Ảnh hưởng HC đến sức khỏe con người và động vật

Khí thải hydrocarbon là sản phẩm do nhiên liệu không cháy hết, cháy không hoàn toàn là do một số nguyên nhân như tỷ lệ không khí/nhiên liệu quá giàu, hòa khí ít

có khả năng tiếp cận với màng lửa nên nhiên liệu cháy không hết hoặc do hiện tượng cháy không bình thường Hợp chất hydrocarbon gồm nhiều loại từ các hợp chất hữu cơ đơn giản như metan tới hydrocarbon thơm, alđehyt, ester, hợp chất hữu cơ của halogen cũng như hợp chất hữu cơ có chứa liên kết lưu huỳnh hoặc nitơ Các hợp chất hữu cơ thường rất độc đối với cơ thể người và động vật Một số hợp chất hữu cơ như benzen, PAH (hợp chất hydrocarbon thơm đa nhân) có thể là nguyên nhân gây bệnh ung thư Một số hợp chất hữu cơ halogen là xúc tác cho quá trình phân hủy ozone ở tầng bình lưu Một số chất hữu cơ hoạt tính lại xúc tiến cho quá trình phân hóa vật chất và đặc biệt là một số chất hữu cơ gây ô nhiễm do mùi như các mecaptan và aldehyt

b Cơ chế hình thành HC

Thành phần nguyên tố và cấu trúc phân tử của nhiên liệu có ảnh hưởng rất lớn đến thời gian dài ngắn của giai đoạn cháy trễ Trong nhiên liệu chứa càng nhiều hydrocarbon loại parafin thì số cetane của nó càng lớn và tương ứng với thời gian cháy trễ càng ngắn nên làm giảm hiện tượng cháy rớt, quá trình cháy triệt để hơn Ngược lại, nếu nhiên liệu chứa càng nhiều carbon thơm thì thời gian cháy trễ lớn hơn, làm

tăng hiện tượng cháy rớt và quá trình cháy sẽ không hoàn toàn làm cho thành phần

HnCm trong khí thải tăng lên

Ở động cơ phun trực tiếp, hiện tượng nhả khói đen làm giới hạn khả năng tăng độ đậm đặc trung bình của hỗn hợp ở chế độ toàn tải Ở chế độ tải thấp, tốc độ phun bé và lượng nhiên liệu phun vào nhỏ, do đó động lượng của tia phun bé làm giảm lượng không khí kéo theo vào tia nên độ đậm đặc cục bộ rất cao Trong điều kiện quá độ khi gia tốc, hỗn hợp trong buồng cháy có thể rất đậm đặc Trong trường hợp đó, dù tỷ lệ nhiên liệu không khí tổng quát trong toàn buồng cháy thấp nhưng độ đậm đặc cục bộ rất cao trong giai đoạn giãn nở và thải Khi độ đậm đặc cục bộ vượt quá 0,9 thì nồng

độ HC sẽ gia tăng đột ngột Ảnh hưởng tương tự như vậy cũng diễn ra trong động cơ

có buồng cháy dự bị Tuy nhiên cơ chế này chỉ gây ảnh hưởng đến nồng độ HC khi gia tốc và nó gây ảnh hưởng đến nồng độ HC ít hơn khi hỗn hợp nghèo ở chế độ không tải hay tải thấp

1.5 Đối tượng nghiên cứu – phương pháp nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là nhiên liệu thay thế cho động cơ diesel Nguồn nguyên liệu này được sản xuất từ nông nghiệp Hơn nữa, nước ta ở trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm rất thuận tiện cho việc phát triển nguồn cung cấp Các nguyên liệu có nguồn gốc hóa thạch nếu có phải sử dụng phối hợp thì liều dùng với lượng càng ít càng tốt

Phương pháp nghiên cứu: lý thuyết kết hợp với thực nghiệm Trong đó, đo độ nhớt của hỗn hợp nhiên liệu được thực hiện tại phòng thí nghiệm động cơ Trường đại học Nha Trang, phân tích các chỉ tiêu nhiên liệu được kiểm nghiệm bởi Trung tâm kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường chất lượng 3, kiểm nghiệm công suất động cơ theo chỉ tiêu kính tế và môi trường được thực hiện tại phòng thử nghiệm động cơ AVL 5402 thuộc trường đại học Bách khoa Thành Phố Hồ Chí Minh

CHƯƠNG II NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH TỶ LỆ HỖN HỢP NHIÊN LIỆU DẦU

DO – DẦU DỪA VÀ PHỤ GIA LÀM NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THỦY

2.1 Cơ sở khoa học của phương pháp nghiên cứu

2.1.1 Cơ sở kỹ thuật

Dựa trên lý thuyết về nhiên liệu, những chất cháy được và toả ra nhiều nhiệt thì được sử dụng làm nhiên liệu Tuy nhiên không phải chất nào cháy được và tỏa ra nhiều nhiệt cũng được sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ, mà nó còn phải thỏa mãn một số điều kiện sau:

• Phải có số lượng nhiều trong tự nhiên để cung cấp lâu dài cho việc sử dụng

• Có năng suất tỏa nhiệt lớn

• Sản phẩm cháy ít gây ảnh hưởng tới môi trường và sinh vật sống đặc biệt là con người

• An toàn dễ sử dụng và vận chuyển

• Đáp ứng được công nghệ

Như chúng ta đã biết dầu mỡ là chất cháy được và tỏa ra nhiều nhiệt, do đặc tính này mà con người đã có những công trình nghiên cứu, thử nghiệm để chế biến dầu thực vật làm nhiên liệu sử dụng cho động cơ đốt trong

2.1.2 Đặc điểm thực tiễn

Từ lâu con người đã phát hiện ra nguồn dầu mỏ và lấy nó làm chất đốt phục vụ cho đời sống đặc biệt là làm nhiên liệu chạy các loại động cơ Ngày nay nhiều nguồn năng lượng mới được đưa vào sử dụng trong thực tiễn, nhưng nguồn năng lượng chính

sử dụng trong giao thông vận tải vẫn được cung cấp bởi nguồn dầu mỏ

Dầu mỏ được khai thác từ trong lòng đất, trên đất liền hay ngoài đại dương nhưng với trình độ khoa học tiến bộ như ngày nay con người có thể thăm dò phát hiện

và khai thác chúng với hiệu quả cao nhất Nhưng chúng ta đều đã biết, dầu mỏ không phải là tài nguyên vô tận, nó sẽ cạn kiệt trong vòng khoảng 50-100 năm nữa khi nhu cầu sử dụng dầu ngày một tăng cao Biết rõ điều này nên từ lâu con người đã nghiên cứu để tìm ra những nguồn năng lượng mới để thay thế dầu mỏ, trong đó chúng ta phải

kể đến nguồn nhiên liệu dầu thực vật

Về mặt môi trường, các loại nhiên liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ không phải là nguồn nhiên liệu sạch bởi khi bị đốt cháy không những nó sẽ sản sinh ra một lượng khí

CO2 tương ứng mà còn một lượng các loại khí khác gây độc hại cho môi trường như:

SO2, Hydrocarbon, CO, NOx,…Nhưng đối với dầu thực vật thì ngược lại vì nó phát sinh khí thải ít hơn so với nhiên liệu nguồn gốc từ dầu mỏ Bụi trong khí thải được giảm gần một nửa, các hợp chất hydrocarbon giảm, dầu thực vật gần như không chứa lưu huỳnh, không độc và có thể phân huỷ bằng sinh học Do vậy, nếu dùng nhiên liệu chế biến từ dầu thực vật thì môi trường sẽ được cải thiện hơn so với khi dùng nhiên liệu có nguồn gốc dầu mỏ Với những ưu điểm hơn hẳn nhiên liệu có nguồn gốc từ dầu

mỏ thì nhiên liệu có nguồn gốc từ thực vật đã được nghiên cứu và đưa vào sử dụng trong đời sống một cách có hiệu quả [10]

Ngày 8-3-2004 Bộ trưởng Bộ công nghiệp đã ký quyết định phê duyệt quy hoạch phát triển ngành dầu thực vật tại Việt Nam đến năm 2010, với quyết định này sẽ thúc đẩy sự phát triển của ngành dầu thực vật

Tất cả các vấn đề trên là cơ sở để thực hiện việc nghiên cứu đề tài

2.1.3 Các thông số nhiệt động và thành phần cơ bản của dầu diesel so với dầu dừa

Tính chất vật lý, hóa học ảnh hưởng đến tính năng nhiên liệu, tính năng nhiên

liệu ảnh hưởng mạnh đến quá trình cháy Tốc độ hình thành hỗn hợp nhiên liệu của

động cơ diesel phụ thuộc vào khả năng phun tơi, nhiệt độ của môi trường và bề mặt bốc hơi của nhiên liệu Nhiệt độ môi trường càng cao thì nhiên liệu phun càng tơi, thành phần peroxyd càng nhiều thì nhiên liệu càng dễ bốc hơi Các tính năng của nhiên liệu ảnh hưởng đến khả năng tạo được sự đồng đều của hỗn hợp cháy, ảnh hưởng đến nhiệt độ khí thải, hiệu suất nhiệt, công suất động cơ, khói xả ra môi trường, rung động máy, ăn mòn, kết than trong động cơ,

2.1.3.1 Độ nhớt

Độ nhớt hay còn gọi là ma sát nội, là một tính chất của chất lỏng đặc trưng cho lực ma sát chống lại sự dịch chuyển tương đối của các lớp chất lỏng cạnh nhau dưới tác dụng của ngoại lực

Độ nhớt hỗn hợp ảnh hưởng đến cấu trúc tia nhiên liệu, đến quá trình bơm chuyển và làm sạch nhiên liệu Độ nhớt dầu dừa lớn làm cho hỗn hợp nhiên liệu và

không khí khó hòa trộn đều, làm giảm công suất và hiệu suất động cơ, tia nhiên liệu mới phun nặng không thể phân bố hết trong không gian buồng đốt sinh ra hiện tượng cháy rớt Độ nhớt dầu dừa cao hàng chục lần so với dầu diesel nên hỗn hợp gia nhiệt

độ hợp lý nhất nhằm đảm bảo hỗn hợp có độ nhớt tương đương dầu diesel nhưng các tính chất hóa học của nó không thay đổi Như vậy cần đảm bảo độ nhớt của nhiên liệu một cách hợp lý Nói chung độ nhớt của dầu diesel đảm bảo trong khoảng E20*=(1-2)0E

Dụng cụ đo độ nhớt của chất lỏng gọi là nhớt kế Tuy có nhiều loại nhớt kế và phạm vi đo khác nhau nhưng chúng đều hoạt động cùng một nguyên lý đó là đo thời gian mà một đơn vị thể tích mẫu thử chảy qua một lỗ tiêu chuẩn của nhớt kế trong những điều kiện quy ước

Độ nhớt tuyệt đối của mẫu thử ở nhiệt độ thử nghiệm được tính theo công thức sau:

0E - độ nhớt Engler ở t0C

τ1 - thời gian cần thiết để cho mẫu thử chảy qua ống tiêu chuẩn

τ0 - thời gian cần thiết để cho nước cất chảy qua ống tiêu chuẩn

2.1.3.2 Nhiệt trị

Nhiệt trị là lượng nhiệt năng tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn một đơn vị khối lượng

hoặc một đơn vị thể tích nhiên liệu Nhiệt trị của dầu dừa là 8.875 kcal/kg Công suất động cơ phụ thuộc nhiều vào nhiệt trị của nhiên liệu sử dụng Khi thành phần khối lượng của hỗn hợp thay đổi thì nhiệt trị của hỗn hợp cũng thay đổi, nhưng nhiệt trị của 1kg hỗn hợp dầu dừa – dầu diesel luôn nhỏ hơn nhiệt trị của 1kg dầu diesel Vì vậy,

khi thay thế dầu dừa bởi dầu diesel về mặt khối lượng sẽ làm cho công suất của động

cơ bị giảm so với khi động cơ đơn thuần sử dụng dầu diesel

Nhiệt trị dầu dừa thấp hơn dầu diesel là do hàm lượng oxy trong dầu dừa cao hơn rất nhiều so với dầu diesel và điều đó dẫn đến hỗn hợp dầu dừa – dầu diesel tiêu thụ lượng nhiên liệu cao hơn (cùng mức lượng tiêu thụ nhiên liệu/đơn vị năng lượng)

2.1.3.3 Số Cetane

Số cetane là đại lượng đánh giá tính tự bốc cháy của nhiên liệu bằng cách so sánh

nó với nhiên liệu chuẩn Về trị số, nó là số phần trăm thể tích của chất n-Cetane (C16H34) có trong hỗn hợp với chất α-Methylnaphthalen (C10H7CH3) nếu hỗn hợp tương đương với nhiên liệu thí nghiệm về tính bốc cháy, nhiên liệu chuẩn là hỗn hợp với tỷ lệ thể tích khác nhau của n-C16H34 và α-(C10H7CH3) n-C16H34 là một hydrocarbon loại parafin thường có tính bốc cháy rất cao, người ta quy ước cetane của

nó bằng 100; Còn α-(C10H7CH3) là một hydrocarbon thơm, chứa một nhóm methyl trộn lẫn với các nguyên tử hydrogen α, khó tự bốc cháy, số cetane quy ước bằng không

Tính bốc cháy của nhiên liệu ảnh hưởng trực tiếp đến diễn biến quá trình cháy ở động cơ diesel và qua đó ảnh hưởng đến các chỉ tiêu chất lượng của động cơ Thời gian chậm cháy dài sẽ dẫn đến làm tăng phụ tải cơ học tác dụng lên cơ cấu truyền lực của động cơ do nhiên liệu tập trung trong giai đoạn chậm cháy nhiều hơn dẫn đến tốc

độ tăng áp suất (Wpm) và áp suất cực đại, làm giảm công suất và hiệu suất của động cơ

do lượng nhiên liệu cháy rớt tăng Động cơ diesel có tốc độ quay càng cao yêu cầu nhiên liệu phải có tính bốc cháy càng tốt

Số cetane (và tỷ trọng) chỉ phụ thuộc vào tính chất của nguyên liệu ban đầu (hầu hết các tính chất còn lại phụ thuộc vào các yếu tố kỹ thuật của quá trình sản xuất), do vậy, số cetane của dầu dừa thấp hơn dầu diesel chút ít

2.1.3.4 Nhiệt độ chớp lửa

Nhiệt độ chớp lửa là nhiệt độ tối thiểu của nhiên liệu lỏng tại đó hơi của nó tạo

được với không khí một hỗn hợp và bắt cháy khi đưa ngọn lửa tới gần Nhiệt độ chớp lửa chỉ có ý nghĩa trong an toàn vận chuyển

2.2.1.5 Nhiệt độ bắt cháy

Nhiệt độ bắt cháy là nhiệt độ tối thiểu tại đó mẫu thử được đốt nóng trong điều