Nghiên cứu tác động của phụ gia tổng hợp VPI d đến tính năng và phát thải của động cơ d243 sử dụng hỗn hợp nhiên liệu d5

Phụ gia cho nhiên liệu diesel có nhiều loại và được chia thành các nhóm: Nhóm phụ gia làm cho nhiên liệu cháy hoàn toàn hơn và giảm thiểu các khí thải độc hại do quá trình cháy không hoà

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu kết quả nêu trong luận văn là trung thực./

Hà nội, ngày tháng năm 2013 Tác giả

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC CÁC BẢNG 6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 8

MỞ ĐẦU 10

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 12

1 Mục đích của đề tài 12

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 12

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 12

4 Các nội dung chính của luận văn 12

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ PHỤ GIA NHIÊN LIỆU 14

1.1 Các phụ gia cho nhiên liệu 14

1.2 Phụ gia cho nhiên liệu diesel 14

1.3 Phụ gia cho diesel pha etanol nhiên liệu biến tính 15

1.3.1 Nhóm phụ gia cải thiện trị số xetan 21

1.3.2 Nhóm phụ gia trợ tan và chống phân tách pha 23

1.3.3 Nhóm phụ gia tăng độ nhớt 24

1.3.4 Nhóm phụ gia chống ăn mòn, mài mòn, chống đóng cặn 24

1.4 Định hướng lựa chọn nhiên liệu và phụ gia cho ED5 25

1.4.1 Định hướng lựa chọn nhiên liệu diesel khoáng 25

1.4.2 Định hướng lựa chọn phụ gia cho ED5 25

Chương 2: QUY TRÌNH TỔNG HỢP VÀ TÍNH CHẤT CỦA PHỤ GIA VPI-D

29

2.1 Nhiên liệu diesel gốc khoáng và diesel pha etanol NLBT 29

2.1.1 Nhiên liệu diesel gốc khoáng 29

2.1.2 Nhiên liệu diesel pha etanol NLBT và ED5 30

2.2 Lựa chọn phụ gia cho ED5 40

2.3 Đánh giá tính chất và chất lượng nhiên liệu ED5 khi có phụ gia trong phòng thí nghiệm 44

Chương 3: THIẾT BỊ VÀ QUY TRÌNH THỬ NGHIỆM 54

3.1 Động cơ thử nghiệm 54

3.2 Sơ đồ và thiết bị thử nghiệm 56

3.2.1 Sơ đồ băng thử động cơ 56

3.2.2 Cân nhiên liệu AVL Fuel Balance 733S 57

3.2.3 Thiết bị phân tích thành phần khí thải CEB II 58

3.2.3.1 Bộ phân tích CO, CO2 61

3.2.3.2 Bộ phân tích HC 62

3.2.3.3 Bộ phân tích NOx 64

3.2.3.4 Hệ thống đo O2. 66

3.2.4 Bộ lấy mẫu chất thải dạng hạt (Smart Sampler) 68

3.3 Nhiên liệu thử nghiệm 69

3.4 Quy trình thử nghiệm 69

3.4.1 Lắp đặt và đo đặc tính động cơ với nhiên liệu diesel 69

3.4.2 Thử nghiệm đối chứng đặc tính động cơ 693.4.3 Thử nghiệm chạy ổn định động cơ trong 100h 693.4.4 Thử nghiệm khí thải 693.4.5 Lấy mẫu dầu bôi trơn và thực hiện chụp ảnh, quan sát, cân vòi phun và đánh giá mức độ kết cặn cacbon trên vòi phun 70

Chương 4: THỬ NGHIỆM ĐỐI CHỨNG ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA TỔ HỢP PHỤ GIA VPI-D ĐẾN ĐỘNG CƠ DIESEL D243-KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 71

4.1 Kết quả thử nghiệm và nhận xét 714.1.1 Kết quả thử nghiệm động cơ với nhiên liệu ED5 không pha phụ gia và

có pha phụ gia trước 0h chạy ổn định 714.1.2 Kết quả thử nghiệm đặc tính động cơ trước (0h), sau 50h và 100h chạy

ổn định với nhiên liệu ED5 có pha phụ gia 734.1.3 Kết quả xác định khí thải theo chu trình thử Châu Âu ECE R49 754.1.4 So sánh mức độ kết cặn cacbon trên vòi phun và áp suất phun khi động

cơ vận hành với nhiên liệu ED5 có pha phụ gia tại thời điểm sau 50h và 100h chạy ổn định 764.1.5 Kết quả phân tích mẫu dầu bôi trơn động cơ tại thời điểm trước 0h, sau 50h và 100h chạy bền với nhiên liệu ED5 có phụ gia 784.1.6 Nhận xét các kết quả thử nghiệm nhiên liệu ED5 khi có phụ gia VPI-D 82

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Tính chất nhiên liệu diesel theo TCVN 5689- 2005 17

Bảng 1.2 Một số tính chất vật lý của etanol 18

Bảng 1.3 Một số tính chất nhiên liệu ED 19

Bảng 2.1 Tính chất và chất lượng nhiên liệu diesel No2 30

Bảng 2.2 Nhiên liệu diesel pha trộn với etanol NLBT 31

Bảng 2.3 Trị số xetan của nhiên liệu diesel-etanol 31

Bảng 2.4 Thành phần cất phân đoạn của nhiên liệu diesel-etanol 33

Bảng 2.5 Nhiệt độ chớp cháy cốc kín của nhiên liệu diesel-etanol 34

Bảng 2.6 Độ bôi trơn và độ nhớt động học của nhiên liệu diesel-etanol 35

Bảng 2.7 Điểm vẩn đục của nhiên liệu diesel-etanol 35

Bảng 2.8 Sự phân tách pha của nhiên liệu ED5 theo hàm lượng nước 36

Bảng 2.9 Ăn mòn mảnh đồng trong nhiên liệu diesel -etanol 38

Bảng 2.10 Tính chất và chất lượng nhiên liệu diesel No2 pha 5% etanol (ED5) 38

Bảng 2.11 Thành phần cất phân đoạn của ED5 có phụ gia 44

Bảng 2.12 Trị số xetan của ED5 có và không có phụ gia 45

Bảng 2.13 Nhiệt độ chớp cháy cốc kín của nhiên liệu diesel và ED5 có phụ gia 46

Bảng 2.14 Độ bôi trơn của nhiên liệu ED5 có phụ gia 46

Bảng 2.15 Độ nhớt động học của nhiên liệu ED5 có phụ gia 47

Bảng 2.16 Độ bôi trơn và độ nhớt động học của nhiên liệu ED5 có phụ gia 48

Bảng 2.17 Sự phân pha của ED5 (4% nước) theo nồng độ phụ gia và nhiệt độ 49

Bảng 2.18 Sự phân tách pha của nhiên liệu diesel-etanol khi có phụ gia theo thời

gian ở nhiệt độ thường 50

Bảng 2.19 Độ ổn định oxy hóa của nhiên liệu ED5 khi có phụ gia 51

Bảng 2.20 Tính chất và chất lượng ED5 khi có 1,0% phụ gia VPI-D 52

Bảng 3.1 Thống số kỹ thuật của động cơ D243: 55

Bảng 4.1 Kết quả đo khí thải theo chu trình Châu Âu ECE R49 76

Bảng 4.2 Kết quả kiểm tra áp suất phun nhiên liệu trước 0h, sau 50h và 100h chạy ổn định với nhiên liệu ED5 có pha phụ gia 78

Bảng 4.3 Kết quả phân tích mẫu dầu bôi trơn động cơ sử dụng nhiên liệu ED5 ở thời điểm trước, sau 50 giờ và 100 giờ hoạt động 79

Bảng 4.4 Kết quả xác định hạt mài trong dầu bôi trơn động cơ sử dụng nhiên liệu ED5 bằng phương pháp Ferograph 80

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 2.1 Trị số xetan của nhiên liệu diesel-etanol phụ thuộc vào nồng độ etanol 32

Hình 2.2 Nhiệt độ kết tinh của nhiên liệu diesel-etanol theo nồng độ etanol 36

Hình 2.3 Độ bền phân tách pha của ED5 phụ thuộc vào hàm lượng nước 37

Hình 2.4 Độ bôi trơn của nhiên liệu ED5 phụ thuộc vào phụ gia 47

Hình 2.5 Độ nhớt động học của nhiên liệu ED5 phụ thuộc vào phụ gia 48

Hình 2.6 Độ bền phân tách pha của ED5 phụ thuộc vào phụ gia 49

Hình 3.1 Động cơ diesel D243 54

Bảng 3.1 Thống số kỹ thuật của động cơ D243: 55

Hình 3.2 Sơ đồ băng thử động cơ 56

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý cân nhiên liệu AVL Fuel Balance 733S 58

Hình 3.4 Tủ phân tích khí thải CEB II 58

Hình 3.5 Hệ thống phân tích khí thải CEB II 59

Hình 3.6 Hệ thống phân tích khí thải CEB II 60

Hình 3.7 Sơ đồ cấu tạo của bộ phân tích CO, CO2 61

Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đo HC 63

Hình 3.9 Sơ đồ cấu tạo của bộ phân tích NOx 65

Hình 3.10 Sơ đồ cấu tạo hệ thống đo O2 68

Hình 3.11 Hệ thống lấy mẫu chất thải dạng hạt Smart Sampler 68

Hình 3.12 Chu trình thử ECE R49 70

Hình 4.1 Đường đặc tính mômen ở chế độ 100% tải khi sử dụng nhiên liệu ED5 không phụ gia và có phụ gia 71

Hình 4.2 Đường đặc tính công suất ở chế độ 100% tải khi sử dụng nhiên liệu ED5 không phụ gia và có phụ gia 72Hình 4.3 Đường đặc tính tiêu hao nhiên liệu ở chế độ 100% tải khi sử dụng nhiên liệu ED5 không phụ gia và có phụ gia 72Hình 4.4 Sự thay đổi nhiệt độ khí xả theo tốc độ động cơ ở chế độ 100% tải 73Hình 4.5 Đường đặc tính mômen ở chế độ 100% tải trước 0h, sau 50h và 100h chạy

ổn định với nhiên liệu ED5 có phụ gia 74Hình 4.6 Đường đặc tính công suất ở chế độ 100% tải trước 0h, sau 50h và 100h chạy ổn định với nhiên liệu ED5 có phụ gia 74Hình 4.7 Đường đặc tính suất tiêu hao nhiên liệu ở chế độ 100% tải trước 0h, sau 50h và 100h chạy ổn định với nhiên liệu ED5 có phụ gia 75Hình 4.8 Sự thay đổi nhiệt độ khí xả theo tốc độ động cơ ở chế độ 100% tải trước 0h, sau 50h và 100h chạy ổn định với ED5 có phụ gia 75Hình 4.9 Hình ảnh kết cặn cacbon trên vòi phun khi động cơ vận hành với nhiên liệu ED5 có phụ gia sau 50h chạy ổn định 77Hình 4.10 Hình ảnh kết cặn cacbon trên vòi phun khi động cơ vận hành với nhiên liệu ED5 có phụ gia sau 100h chạy ổn định 77Hình 4.11 Ảnh hạt mài trong dầu bôi trơn động cơ chạy ED5 trước khi chạy bền 0h 81Hình 4.12 Ảnh hạt mài trong dầu bôi trơn động cơ chạy ED5 sau thời gian chạy bền 50h 81Hình 4.13 Ảnh hạt mài trong dầu bôi trơn động cơ chạy ED5 sau thời gian chạy bền 100h 82

MỞ ĐẦU

Phụ gia cho nhiên liệu nói chung và cho nhiên liệu sinh học là thành phần quan trọng không thể thiếu trong hầu khắp các loại nhiên liệu hiện đang được sử dụng Vai trò quan trọng của phụ gia trong nhiên liệu là để bù đắp, bổ sung và cải thiện các tính chất cần thiết hoặc còn thiếu của nhiên liệu gốc nhằm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật cũng như chất lượng nhiên liệu, đặc biệt là hệ chất phụ gia giúp duy trì tính năng, phụ gia ổn định nhiên liệu trong tồn trữ bảo quản Nhiều loại phụ gia cho nhiên liệu còn có tác dụng làm giảm phát thải của động cơ gây ô nhiễm môi trường

và sức khỏe cộng đồng

Hiện nay, tình hình nghiên cứu sản xuất và cung ứng phụ gia sử dụng cho nhiên liệu sinh học chưa có nhiều (các phụ gia trên thị trường chủ yếu cho nhiên liệu gốc khoáng) Việc nghiên cứu sản xuất các tổ hợp phụ gia cho nhiên liệu sinh học mới chỉ được thực hiện bởi một số hãng lớn của Mỹ và Thụy Sĩ (Lubrizol, Oronite, Ciba.v.v ) nhưng cũng rất đơn lẻ Mỗi hãng chỉ nghiên cứu 2-3 loại phụ gia (chưa có đầy đủ tất cả các loại) Tuy nhiên, với xu thế phát triển sử dụng nhiên liệu sinh học thì thị trường phụ gia sẽ xuất hiện thêm nhiều loại mới và đa dạng về tính năng để phù hợp với nhu cầu sử dụng

Ở trong nước, các công trình nghiên cứu về nhiên liệu sinh học thường tập trung nhiều vào phần nhiên liệu và ít đề cập tới tác dụng của phụ gia cho nhiên liệu sinh học Việc nghiên cứu sản xuất và sử dụng phụ gia cho nhiên liệu sinh học chưa được đầu tư nhiều do chưa có thị trường kinh doanh nhiên liệu sinh học mà mới chỉ

là những nghiên cứu thử nghiệm để phục vụ xây dựng tiêu chuẩn quốc gia về nhiên liệu sinh học Nghiên cứu lựa chọn phụ gia pha trộn vào các loại nhiên liệu sinh học nhằm đáp ứng đầy đủ các tính năng yêu cầu của nhiên liệu sinh học trong sử dụng

và trong tồn chứa bảo quản (phù hợp với điều kiện Việt Nam) sẽ bổ sung cho các công trình nghiên cứu nhiên liệu sinh học trước đó

Chính vì những ý nghĩa thực tiễn trên mà tôi chọn đề tài “Nghiên cứu tác

động của phụ gia tổng hợp VPI-D đến tính năng và phát thải của động cơ D243 sử dụng hỗn hợp nhiên liệu D5”

Dưới sự hướng dẫn tận tình của TS Trần Thị Thu Hương cùng với sự giúp

đỡ của các thầy cô trong Bộ môn Động cơ đốt trong và Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong em đã hoàn thành luận văn này Mặc dù có nhiều cố gắng nhưng do kiến thức và trình độ hiểu biết có hạn nên khó có thể tránh khỏi thiếu sót Kính mong sự chỉ bảo đóng góp của các thầy cô

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, ngày… tháng……năm 2013 Học viên thực hiện

Hà Tiến Đạt

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

1 Mục đích của đề tài

Đánh giá được tác động của phụ gia VPI-D đến tính năng và phát thải của động cơ diesel sử dụng nhiên liệu hỗn hợp diesel pha ethanol

2 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu tổng quan về phụ gia nhiên liệu trong động cơ đốt trong, giới thiệu quy trình tổng hợp và tính chất của phụ gia VPI-D

Nghiên cứu thử nghiệm nhiên liệu diesel pha ethanol tỉ lệ 5% (D5) có sử dụng phụ gia VPI-D trên động cơ diesel D243 về các tính năng cũng như phát thải của động cơ

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Để sử dụng nhiên liệu vừa đạt hiệu quả kinh tế-kỹ thuật, vừa giảm thiểu tác hại đến môi trường, đảm bảo an ninh lương thực và bù đắp cho nguồn nhiên liệu khoáng đang ngày càng cạn kiệt cần phải sử dụng kết hợp nhiên liệu khoáng gốc với nhiên liệu sinh học gốc để sử dụng cho các động cơ hiện đang lưu hành mà không cần phải hoán cải thiết kế lại Đối với động cơ sử dụng nhiên liệu diesel không hoán cải, ngoài nhiên liệu diesel khoáng pha trộn với bio-diesel còn có thể sử dụng nhiên liệu diesel khoáng pha trộn với ethanol nhiên liệu biến tính

Phụ gia trong nhiên liệu có tác dụng cải thiện và bổ sung các tính chất cần thiết hoặc còn thiếu của nhiên liệu gốc nhằm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật cũng như chất lượng nhiên liệu, đặc biệt là hệ chất phụ gia giúp duy trì tính năng, phụ gia ổn định nhiên liệu trong tồn trữ bảo quản, phụ gia làm giảm thiểu phát thải độc hại gây

ô nhiễm môi trường

4 Các nội dung chính của luận văn

- Tổng quan về phụ gia nhiên liệu

- Giới thiệu về quy trình tổng hợp và tính chất của phụ gia VPI-D

- Thử nghiệm đối chứng đánh giá tác động của tổ hợp phụ gia VPI-D đến động cơ D243

- Kết luận và hướng phát triển của đề tài

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ PHỤ GIA NHIÊN LIỆU 1.1 Các phụ gia cho nhiên liệu

Phụ gia trong nhiên liệu có tác dụng cải thiện và bổ sung các tính chất cần thiết hoặc còn thiếu của nhiên liệu gốc nhằm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật cũng như chất lượng nhiên liệu, đặc biệt là hệ chất phụ gia giúp duy trì tính năng, phụ gia ổn định nhiên liệu trong tồn trữ bảo quản, phụ gia làm giảm thiểu phát thải độc hại gây

ô nhiễm môi trường

1.2 Phụ gia cho nhiên liệu diesel

Để đánh giá phụ gia nào đó có sử dụng được cho nhiên liệu hay không, người ta phải dựa trên kết quả đánh giá nhiên liệu đã pha phụ gia đó Thông qua việc đánh giá nhiên liệu đã pha phụ gia, từ đó mới có thể đưa ra kết luận về phụ gia

sử dụng cho nhiên liệu có đạt các tiêu chí đề ra hay không

Phụ gia cho nhiên liệu diesel vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu, sản xuất, thử nghiệm và áp dụng với xu hướng ngày càng hoàn thiện hơn Yêu cầu đối với phụ gia là phải làm cho chất lượng nhiên liệu tốt hơn khi sử dụng, ổn định chất lượng khi tồn trữ và bảo quản, không gây tác hại xấu đến môi trường

Phụ gia cho nhiên liệu diesel có nhiều loại và được chia thành các nhóm: Nhóm phụ gia làm cho nhiên liệu cháy hoàn toàn hơn và giảm thiểu các khí thải độc hại do quá trình cháy không hoàn toàn;

Nhóm phụ gia làm cho chất lượng nhiên liệu giữ được ổn định khi tồn trữ, bảo quản (phụ gia chống oxy hóa, phụ gia làm thụ động kim loại, phụ gia làm ổn định độ phân tán, phụ gia diệt khuẩn, .);

Nhóm phụ gia làm giảm ảnh hưởng có hại của nhiên liệu đối với các chi tiết động cơ (phụ gia chống ăn mòn, phụ gia làm giảm sự tạo cặn và muội, phụ gia chống xước và mài mòn, );

Nhóm phụ gia đảm bảo sử dụng nhiên liệu ở nhiệt độ thấp (phụ gia làm giảm nhiệt độ kết tinh và đông đặc, phụ gia làm tăng tính linh động, );

Nhóm phụ gia làm cải thiện trị số xetan;

Nhóm phụ gia đa chức năng (phụ gia vừa làm tăng trị số xetan, vừa xúc tiến quá trình cháy hoàn toàn hơn, vừa có tính làm ổn định độ phân tán, )

1.3 Phụ gia cho diesel pha etanol nhiên liệu biến tính

Phụ gia cho nhiên liệu khoáng đã được nghiên cứu từ lâu, nhưng vẫn còn phải tiếp tục phát triển vì nhu cầu đòi hỏi chất lượng nhiên liệu ngày một cao hơn, khắt khe hơn Để chất lượng nhiên liệu ngày một nâng cao, người ta đã cải tiến, nâng cấp công nghệ chế biến nhiên liệu Việc làm này quá tốn kém mà hiệu quả đem lại chưa được thỏa mãn theo ý muốn Trong khi đó, đầu tư nghiên cứu phụ gia cho nhiên liệu vừa đáp ứng được yêu cầu đặt ra mà lại có hiệu quả kinh tế cao

Phụ gia cho nhiên liệu khoáng phối trộn với nhiên liệu sinh học được nghiên cứu muộn hơn phụ gia cho nhiên liệu khoáng Do tính chất và yêu cầu kỹ thuật chất lượng của nhiên liệu, việc nghiên cứu phụ gia cho nhiên liệu khoáng phối trộn với nhiên liệu sinh học được kế thừa, phát triển với tốc độ nhanh trên cơ sở một số phụ gia sử dụng cho nhiên liệu khoáng

Khi đưa thêm một phụ gia nào đó vào nhiên liệu, phải đảm bảo không được làm xấu đi các chỉ tiêu chất lượng khác của nhiên liệu Nếu vì lý do phải ưu tiên cho chỉ tiêu chất lượng nào đó mà làm xấu đi chỉ tiêu khác kém quan trọng hơn thì cần thiết phải tìm giải pháp khắc phục cho chỉ tiêu bị ảnh hưởng đó, nhưng phải đảm bảo không gây ảnh hưởng xấu dây chuyền tới chỉ tiêu chất lượng khác Vì vậy, khi cho bất kể phụ gia nào vào nhiên liệu, cần phải khảo sát để tìm ra hàm lượng phụ gia tối ưu

Phụ gia cho nhiên liệu xăng pha etanol nhiên liệu biến tính và phụ gia cho nhiên liệu diesel pha etanol nhiên liệu biến tính về mặt nguyên tắc cũng giống như phụ gia cho xăng và diesel khoáng Ngoài ra, do tính chất đặc thù của hỗn hợp nhiên liệu khoáng với etanol, trong thành phần phụ gia sử dụng cho các loại nhiên liệu này cần có sự thay đổi sao cho phù hợp

Khi nhiên liệu cháy, phụ gia cũng được cháy cùng nhiên liệu Khi nhiên liệu chưa được sử dụng (vận chuyển, tồn trữ bảo quản), phụ gia đóng vai trò giúp nhiên liệu giữ được chất lượng ổn định Theo đó, phụ gia cho nhiên liệu có thể chia thành hai nhóm: nhóm phụ gia tính năng và nhóm phụ gia tồn trữ bảo quản

- Nhóm phụ gia tính năng: là nhóm các phụ gia giúp nhiên liệu đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật về chất lượng khi sử dụng (tăng trị số octan đối với xăng, cải thiện trị số xetan đối với nhiên liệu diesel, )

- Nhóm phụ gia tồn trữ bảo quản: là nhóm các phụ gia giúp nhiên liệu giữ được thành phần và chất lượng ổn định khi chưa sử dụng (chống phân tách pha, chống ăn mòn, )

Có thể có những nhóm phụ gia đa chức năng: vừa đóng vai trò giúp nhiên liệu giữ được chất lượng ổn định khi chưa sử dụng, vừa đóng vai trò giúp nhiên liệu đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu cần thiết khi sử dụng

Khi trộn etanol vào diesel làm cho nhiên liệu diesel-etanol có các tính chất thay đổi so với nhiên liệu diesel gốc ban đầu: giảm tỷ trọng, giảm trị số xetan, giảm

độ nhớt, giảm nhiệt trị, thay đổi nhiệt độ chớp cháy và tính bay hơi, tăng khả năng hút nước và dễ xảy ra sự tách pha, v.v

Thành phần hóa học của dầu diesel có mặt các nhóm của hydrocacbon và phi hydrocacbon Hàm lượng các nhóm hợp chất trong diesel rất khác nhau, phụ thuộc vào bản chất và nguồn gốc dầu thô ban đầu bảng 1.1 Thành phần các hợp chất phi hydrocacbon trong nhiên liệu diesel cao hơn xăng khá nhiều Các thành phần này không những gây nên các vấn đề làm giảm tuổi thọ động cơ, làm giảm chất lượng của nhiên liệu diesel mà còn gây ô nhiễm môi trường

Bảng 1.1 Tính chất nhiên liệu diesel theo TCVN 5689- 2005

T

Diesel TCVN 5689- 2005

1 Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg, Max 500 / 2500

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

12 Ăn mòn mảnh đồng ở 50o

C, 3 giờ, Max Loại 1

13 Khối lượng riêng ở 150C, kg/m3 820-860

Thành phần phi hydrocacbon trong nhiên liệu tan được trong etanol, làm cho tính dẫn điện của nhiên liệu tăng lên dẫn đến làm tăng quá trình ăn mòn kim loại bảng 1.2 Sự ăn mòn kim loại sẽ trầm trọng hơn nếu xảy ra sự phân tách pha trong nhiên liệu diesel-etanol

Nhiệt độ chớp cháy của nhiên liệu diesel-etanol gần với nhiệt độ chớp cháy của etanol khi nồng độ etanol trong hỗn hợp lớn hơn 5% thể tích Đây là một chỉ tiêu quan trọng trong tồn trữ và phân phối nhiên liệu diesel-etanol Nhiệt độ chớp cháy thấp của nhiên liệu diesel-etanol so với diesel gốc ban đầu, nên trong quá trình sản xuất và phân phối dạng nhiên liệu này cần phải được đặc biệt chú ý đến an toàn phòng chống cháy nổ

Nhiệt trị thấp của etanol chỉ bằng 42% so với diesel Do vậy nhiên liệu diesel-etanol có nhiệt trị thấp giảm xuống so với diesel gốc Nếu nồng độ etanol trong hỗn hợp cao thì đòi hỏi cần phải sửa đổi hệ thống phun nhiên liệu để đạt được công suất động cơ yêu cầu

Phát thải hạt rắn (PM) trong thành phần khí thải của nhiên liệu diesel-etanol phụ thuộc vào hàm lượng oxy (nồng độ etanol) trong nhiên liệu bảng 1.3

Phát thải PM của nhiên liệu diesel-etanol giảm gần như tuyến tính theo hàm lượng oxy Tuy nhiên, các số liệu cho thấy sự thay đổi PM còn tuỳ thuộc vào tỷ lệ các thành phần của nhiên liệu diesel-etanol Phối trộn diesel với 10% và 15% etanol

có thể giảm phát thải PM tương ứng tới 20÷27% và 30÷41% Đồng thời độ mờ khói của khí xả cũng giảm mạnh Phát thải NOx cũng giảm đáng kể Phát thải CO đối với ED10 cũng giảm 15÷20% Phát thải HC tăng trong giới hạn tiêu chuẩn cho phép đối với xe tải Công nghệ chuyển đổi xúc tác có thể dễ dàng giảm thiểu phát thải

HC xuống rất thấp [7]

Những thay đổi làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng của nhiên liệu khi pha trộn etanol vào diesel có thể được khắc phục bằng cách đưa thêm những nhóm phụ gia cải thiện chất lượng vào nhiên liệu

Có loại phụ gia dựa trên cơ sở dung môi cộng kết bao gồm: Puranol, O 2 -

Diesel, Beraid ED, Phụ gia Puranol được cung cấp bởi Pure Energy

Corporation, gói phụ gia đầu tiên (sử dụng 1÷5% hàm lượng với 15% etanol khan)

tạo dung dịch ổn định của etanol trong diesel Phụ gia O 2 -Diesel được cung cấp bởi

hãng AAE của Anh cho phép phối trộn 1% phụ gia với 7÷8% etanol trong diesel [35] Sản phẩm này được thử nghiệm rộng rãi ở Mỹ, Brazil và nhiều trung tâm thử

nghiệm nhiên liệu cho động cơ trên thế giới Phụ gia Beraid ED được cung cấp bởi

hãng Akzo Nobel Phụ gia này dùng cho hỗn hợp etanol và diesel khoáng với tỷ lệ

phối trộn từ 5-10% etanol [31] Phụ gia Beraid ED và nhiên liệu diesel có tên

thương mại là E-diesel Tỷ lệ của phụ gia này trong nhiên liệu là khoảng từ 0,5-5%

phụ thuộc chủ yếu vào tính chất ban đầu của nhiên liệu Phụ gia Beraid ED cũng

chứa chất bôi trơn và có thành phần cải thiện chỉ số xetan

Ở Brazin, phụ gia AEP-102 được cung cấp bởi công ty ECOMAT Phụ gia

này được sản xuất từ dầu đậu tương Phụ gia này có khả năng phân hủy sinh học, có tác dụng cải thiện trị số xetan, có khả năng trợ tan và có tính chất bôi trơn Phụ gia

AEP-102 cho phép ổn định hỗn hợp nhiên liệu gồm 89,4% diesel, 8% etanol và

2,6% phụ gia [31] Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm thành công nhiên liệu này

trên các xe bus trong thành phố với hỗn hợp phối trộn 86% diesel, 11% cồn khan,

3% phụ gia AEP-102 Trong quá trình thử nghiệm đã cho thấy sự giảm khói phát

thải và tiêu hao nhiên liệu, tuy nhiên có một số vấn đề đối với động cơ loại bơm phun-quay (rotary-type injection pumps) và mức độ ổn định của nhiên liệu Nếu hỗn hợp này có chứa khoảng 14% phụ gia sẽ có giá thành đắt hơn diesel khoáng

Hỗn hợp diesel, etanol, phụ gia AEP-102 được gọi là MAD-8

Phụ gia Etamix D3 là phụ gia trợ tan và cải thiện tính bôi trơn, được cung cấp

bởi hãng Sekab Phụ gia này đã được thử nghiệm tại hội đồng cấp chứng chỉ kỹ thuật của Thụy Điển năm 2003 Công ty BASF của Đức thương mại hóa sản phẩm A-8 (Dasol) là nhiên liệu phối trộn 8% etanol và 2,6% chất trợ tan Hơn nữa, trong thành phần nhiên liệu phối trộn có chứa phụ gia cải thiện trị số xetan và tính bôi trơn nhiên liệu, có tính năng phân tán và chống ăn mòn cao Nhiên liệu Dasol đã được thử trên 80 xe tại Brazil Đại diện công ty OCTEL ở Bắc Mỹ thương mại hóa

phụ gia OCTIMISE D 7001 [33] Phụ gia này có tác dụng đảm bảo độ ổn định của nhiên liệu diesel-etanol Hãng Betz-Dearborn cung cấp phụ gia GE Betz, là một chất

nhũ hóa dẫn xuất từ sản phẩm dầu mỏ, trong khi đó các hãng sản xuất phụ gia dựa trên nguyên liệu tái tạo (dầu mỡ động thực vật) như Pure Energy Corporation,

AAE,

1.3.1 Nhóm phụ gia cải thiện trị số xetan

Đối với nhiên liệu diesel nhẹ chưng cất từ dầu thô, do chứa nhiều n-parafin nên thông thường bản thân nó đã đạt yêu cầu về trị số xetan Nhiên liệu diesel nhận được từ các quá trình chế biến xúc tác có trị số xetan thấp, không đủ chất lượng làm nhiên liệu cho động cơ diesel ngay cả đối với động cơ tốc độ thấp Để nâng cao trị

số xetan cho nhiên liệu diesel và phòng ngừa sự cháy kích nổ, có thể sử dụng phụ gia cải thiện trị số xetan

Yêu cầu về trị số xetan phụ thuộc vào thiết kế, kích thước, đặc điểm của sự thay đổi tốc độ và tải trọng của động cơ, phụ thuộc vào điểm khởi động và điều kiện của môi trường khí quyển Trị số xetan vượt quá mức thực tế yêu cầu sẽ không cải

thiện được tính năng của động cơ, gây lãng phí nhiên liệu và có thể dẫn đến sự tạo muội ngoài ý muốn Nếu trị số xetan thấp sẽ xảy ra quá trình cháy kích nổ Vì vậy, trị số xetan nên qui định thấp tới mức đảm bảo động cơ hoạt động được theo đúng tính năng kỹ thuật và có giá thành hợp lý chấp nhận được

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, sử dụng nhiên liệu bio-diesel tinh khiết thay cho diesel khoáng thì có thể giảm khoảng 10% nguy cơ mắc bệnh do khí thải của động cơ gây nên Đó là do bio-diesel cháy hoàn toàn hơn, chứa rất ít các hợp chất thơm và lưu huỳnh Khi pha trộn bio-diesel với nhiên liệu diesel khoáng, trị số xetan của hỗn hợp nhiên liệu bio-diesel và diesel được tăng lên cao hơn trị số xetan của diesel khoáng trước khi được pha bio-diesel Đối với trường hợp này, ta không cần phải đưa thêm phụ gia tăng trị số xetan vào nhiên liệu

Ngược lại với bio-diesel, do etanol có trị số octan cao và trị số xetan thấp (khoảng 8÷11), nên khi pha etanol vào nhiên liệu diesel, làm cho nhiên liệu diesel-etanol tăng trị số octan và giảm trị số xetan so với nhiên liệu diesel gốc ban đầu Trị

số xetan, ngoài ý nghĩa là thước đo chất lượng cháy của nhiên liệu có ý nghĩa phản ánh đến sự cháy kích nổ Trị số xetan của hỗn hợp nhiên liệu bị giảm nhiều hay ít phụ thuộc vào tỷ lệ etanol so với diesel có trong nhiên liệu diesel-etanol Nếu trị số xetan của hỗn hợp nhiên liệu bị giảm không nhiều và vẫn trong phạm vi chất lượng cho phép thì có thể không cần bổ sung phụ gia tăng trị số xetan Nếu trị số xetan của hỗn hợp nhiên liệu bị giảm nhiều thì cần phải bổ sung phụ gia tăng trị số xetan vào nhiên liệu diesel-etanol Lượng phụ gia tăng trị số xetan bổ sung phụ thuộc vào tỷ lệ etanol so với diesel có trong nhiên liệu

Trên thị trường có nhiều loại phụ gia tăng trị số xetan sử dụng cho nhiên liệu diesel khoáng, có thể sử dụng chúng để thêm vào nhiên liệu diesel-etanol làm tăng trị số xetan nhưng cần phải có nghiên cứu cụ thể vì đặc tính của nhiên liệu diesel khoáng khác với đặc tính của nhiên liệu diesel-etanol

1.3.2 Nhóm phụ gia trợ tan và chống phân tách pha

Etanol tan trong nhiên liệu diesel kém hơn so với tan trong xăng Để pha được etanol vào nhiên liệu diesel, rất cần có sự trợ giúp của phụ gia trợ tan Hàm lượng etanol tan trong nhiên liệu diesel phụ thuộc vào nhiệt độ, do đó nếu không có phụ gia trợ tan và trong điều kiện nhiệt độ thấp, nhiên liệu diesel-etanol rất dễ xảy

ra sự phân tách pha Ở nhiệt độ thường (25oC), nồng độ bão hòa của etanol trong hỗn hợp diesel-etanol khoảng 4÷5%

Mặt khác, điểm đông của etanol rất thấp nên nhiệt độ đông đặc của nhiên liệu diesel-etanol được cải thiện rất nhiều Tuy nhiên, khi nhiệt độ giảm thì độ hoà tan của etanol trong diesel cũng giảm vì vậy điểm sương của hỗn hợp lại tăng

Phụ gia trợ tan trong nhiên liệu diesel-etanol có tác dụng hòa tan và phân tán đều các thành phần có trong hỗn hợp và giữ chúng ở thể bền vững Phụ gia trợ tan thường là các chất hoạt động bề mặt (h.đ.b.m) không ion hóa, tan được trong cả etanol và diesel Công thức cấu tạo của chúng phải có chứa đồng thời các nhóm chợ giúp phụ gia vừa tan được trong etanol vừa tan được trong diesel

Có một số phụ gia vừa có tính trợ tan vừa có tính cải thiện độ nhớt đạt hiệu quả cao, không độc hại tới sức khỏe và môi trường sinh thái, dễ cháy cùng nhiên liệu và ít để lại cặn bẩn, rất thích hợp cho nhiên liệu diesel pha etanol Chúng thường là các chất hoạt động bề mặt được điều chế từ dầu mỡ béo của động thực vật chứa các nhóm không ion hóa ( -OH , -CO-O- , -NH- , ) Ví dụ như:

R(-O-CH2-CH2-)n-OH,

R-CO-O-CH2-CHOH-CH2-OH,

R-CO-NH-CH2-CHOH-CH2-OH, v.v

Hiện nay có một số loại phụ gia đóng gói (hỗn hợp nhiều thành phần – đa chức năng) phổ biến dùng cho nhiên liệu phối trộn diesel-etanol được cung cấp từ nhiều nguồn khác nhau, cho phép ổn định nhiên liệu diesel-etanol ở mức phối trộn 10÷15% etanol

1.3.3 Nhóm phụ gia tăng độ nhớt

Do độ nhớt của etanol thấp hơn độ nhớt của nhiên liệu diesel, nên khi pha etanol vào nhiên liệu diesel, độ nhớt của nhiên liệu diesel-etanol bị giảm đi Độ nhớt của nhiên liệu diesel-etanol giảm dẫn đến làm tăng sự mài mòn các chi tiết trong hệ thống động cơ, hệ thống bơm nhiên liệu và các bộ phận chuyển động khác trong hệ thống nhiên liệu

Để tăng độ nhớt của nhiên liệu cần phải bổ sung phụ gia làm tăng độ nhớt

Độ nhớt của phụ gia càng cao nếu trong cấu tạo của chúng chứa càng nhiều mạch nhánh và mạch nhánh càng dài Chất có cấu tạo dạng polyme của naphten-iso-parafin cho độ nhớt tốt nhất Một số chất phụ gia có độ nhớt cao như:

1.3.4 Nhóm phụ gia chống ăn mòn, mài mòn, chống đóng cặn

Cũng giống như nhiên liệu xăng-etanol, hệ nhiên liệu diesel-etanol có khả năng gây ăn mòn kim loại Tốc độ ăn mòn xảy ra càng mãnh liệt hơn khi có sự phân tách pha của nhiên liệu diesel-etanol Khi tồn trữ nhiên liệu diesel-etanol, etanol trong hỗn hợp nhiên liệu sẽ hấp thụ hơi ẩm của nước trong khí quyển Hàm lượng nước xâm nhập từ ngoài vào trong hỗn hợp nhiên liệu nhiều hay ít phụ thuộc vào thời gian tồn trữ Khi hàm lượng nước trong nhiên liệu vượt quá giới hạn có thể dẫn đến sự phân tách pha Sự gia tăng hàm lượng nước trong hỗn hợp nhiên liệu sẽ dẫn đến sự gia tăng tốc độ ăn mòn kim loại Để hạn chế ăn mòn kim loại, người ta thường đưa vào hỗn hợp nhiên liệu phụ gia ức chế ăn mòn Phụ gia ức chế ăn mòn thường dùng nhiều nhất là các chất được điều chế từ dầu mỡ béo động thực vật: các amin béo, amit béo, este của axit béo và axit naphtenic,

Bio-diesel có khả năng bôi trơn rất tốt, nên khi pha trộn bio-diesel với nhiên liệu diesel khoáng, ngoài tác dụng như là phụ gia tăng trị số xetan, nó còn có tác

dụng như là phụ gia bôi trơn, chống mài mòn cho nhiên liệu diesel Khi thêm diesel vào nhiên liệu diesel, sự mài mòn các chi tiết trong động cơ được cải thiện rõ rệt

bio-Có một số loại phụ gia ở dạng tổ hợp đa chức năng, vừa có tác dụng ức chế

ăn mòn kim loại, vừa có tác dụng như chất tẩy rửa phân tán, ngăn ngừa đóng cặn cacbon trong buồng cháy, hạn chế mài mòn hệ thống xupap, hạn chế đóng cặn trên

hệ thống kim phun nhiên liệu Phụ gia dạng tổ hợp đa chức năng có thể chứa nhiều thành phần, chẳng hạn như:

R’(-O-CH2-CH2-)n-OH

R’’-CO-O-CH2-CHOH-CH2-OH

R’’-CO-NH-CH2-CHOH-CH2-OH

1.4 Định hướng lựa chọn nhiên liệu và phụ gia cho ED5

1.4.1 Định hướng lựa chọn nhiên liệu diesel khoáng

Đối với nhiên liệu diesel, nghiên cứu đã sử dụng loại No2, thực hiện D2, D5

là loại nhiên liệu thương mại trên thị trường

Tuy nhiên, hoàn toàn có thể tham khảo hoặc sử dụng các kết quả nghiên cứu của đề tài này để áp dụng cho nhiên liệu diesel khác được sản xuất trong nước

1.4.2 Định hướng lựa chọn phụ gia cho ED5

Trên cơ sở các vấn đề đã nêu việc lựa chọn phụ gia cho ED5 dựa trên một số tiêu chí như sau:

- Ưu tiên lựa chọn phụ gia ít gây độc hại đến sức khỏe và môi trường sinh thái

- Ưu tiên lựa chọn phụ gia có chất lượng tốt nhất và có giá rẻ nhất Chất lượng tương xứng với giá cả đảm bảo hiệu quả kinh tế-kỹ thuật

- Ưu tiên lựa chọn nhà sản xuất và cung cấp phụ gia đáp ứng được các yêu cầu của khách hàng

- Căn cứ vào các chủ trương, chính sách và lộ trình của Nhà nước, của Ngành Căn cứ vào nhu cầu và tình hình thực tế trong nước

Dưới đây là danh sách một số hãng sản xuất, cung cấp phụ gia cho nhiên liệu

- BMW of North America, Inc

- BP Amoco Chemical Company

- Castrol Heavy Duty Lubricants, Inc

- Castrol North America Inc

- Chevron Oronite Company LLC

- Chevron Products Company

- Chrysler Corporation

- CIBA-GEIGY

- Clean Motors Corporation

- CORTEC Corporation

- Ford Motor Company

- Fuel Solutions Distributions, LLC

- Future Fuel Technologies

- GE BETZ, Inc

- General Motors Corp, Environmental Activities

- Hi-Tech Oil Blends

- International Fuel Technology, Inc

- LUBRIZOL (Lubrizol Corporation)

- Nalco Company Energy Services Division

- O2Điêzen (AAE Technologies/Octel Starregon)

- ORONITE

- Protec International

- Protect All Inc

- Pure Energy Corporation (PEC)

- Rhodia Inc wka Rhone-Poulenc, Inc

- Sekab-Aspen Petroleum

- Shell Chemical Company

- The Dow Chemical Company

Mỗi hãng (ở trên) có hàng chục tới hàng trăm loại phụ gia khác nhau Để đánh giá, kiểm chứng được đầy đủ các phụ gia của các hãng, đòi hỏi phải mất rất nhiều thời gian

Dựa trên sự giới thiệu, quảng cáo của các hãng sản xuất và cung cấp phụ gia, tác giả đã tiến hành sàng lọc, phân loại, so sánh nhằm lựa chọn được phụ gia phù hợp cho nhiên liệu diesel pha trộn với etanol trong thời gian ngắn nhất, nhưng phải đảm bảo đạt được chất lượng đúng như mục tiêu, yêu cầu của đề tài đặt ra Cụ thể,

đã định hướng lựa chọn tổ hợp/gói phụ gia do nước ngoài sản xuất cho nhiên liệu ED5 như sau:

* Phụ gia cho ED5

Phụ gia Beraid ED10 của hãng Akzo Nobel (theo khuyến cáo của nhà sản xuất): là phụ gia đa chức năng (tẩy rửa, làm sạch vòi phun nhiên liệu, làm giảm độ tạo bọt, giảm phát thải, chống ăn mòn, tạo nhũ và tránh phân pha dầu-nước, chống oxy hóa, phân tán các thành phần không hòa tan, ) Phụ gia này rất phù hợp cho nhiên liệu diesel pha etanol (ED)

Chương 2: QUY TRÌNH TỔNG HỢP VÀ TÍNH CHẤT CỦA PHỤ GIA VPI-D

2.1 Nhiên liệu diesel gốc khoáng và diesel pha etanol NLBT

2.1.1 Nhiên liệu diesel gốc khoáng

Nhiên liệu diesel nhận được từ quá trình chế biến dầu mỏ thường có trị số xetan cao và phụ thuộc vào nguồn gốc dầu thô ban đầu, dầu mỏ giàu parafin có trị

số xetan cao nhất Trị số xetan của nhiên liệu diesel cao quá sẽ không cần thiết và gây lãng phí nhiên liệu Nếu trị số xetan thấp quá có thể gây cháy kích nổ trong động cơ diesel Khi trị số xetan không đạt chuẩn theo qui định, có thể phải đưa bổ sung phụ gia cải thiện trị số xetan vào nhiên liệu diesel Các động cơ diesel được phân làm 3 loại chính: loại tốc độ thấp, loại tốc độ trung bình và loại tốc độ cao Nhiên liệu cho động cơ diesel cũng được chia thành 3 loại chính: No1D, No2D,

No3D (thường viết tắt No1, No2, No3)

Khi pha trộn etanol vào nhiên liệu diesel, nhiên liệu diesel-etanol nhận được

có một số tính chất thay đổi so với nhiên liệu diesel gốc ban đầu: giảm tỷ trọng, giảm trị số xetan, giảm nhiệt trị, giảm nhiệt độ chớp cháy, giảm độ nhớt và giảm độ bôi trơn, làm thay đổi đặc tính bay hơi, tăng khả năng hút nước và dễ xảy ra sự tách pha, khả năng gây ăn mòn kim loại tăng lên, v.v

Để nghiên cứu, thử nghiệm phụ gia cho nhiên liệu diesel pha etanol, tác giả

đã sử dụng nhiên liệu diesel No2, là loại sử dụng cho động cơ diesel thường xuyên thay đổi tốc độ và tải trọng Bảng 2.1 cho biết tính chất và chất lượng của nhiên liệu diesel No2 (kết quả phân tích trung bình từ nhiều lần lấy mẫu) Theo đó, nhiên liệu diesel No2 đạt yêu cầu kỹ thuật theo TCVN 5689, có thể sử dụng để phục vụ

cho các nghiên cứu thử nghiệm tiếp theo

Bảng 2.1 Tính chất và chất lượng nhiên liệu diesel N o 2

11 Cặn cacbon của 10% cặn chưng cất, % khối lượng 0,2

2.1.2 Nhiên liệu diesel pha etanol NLBT và ED5

Tại Việt Nam, nhiên liệu diesel pha trộn với etanol chưa được nghiên cứu nhiều Trong khi đó, một số nước trên thế giới đã nghiên cứu và sử dụng loại hỗn hợp nhiên liệu này Tại Việt Nam chưa có tiêu chuẩn Quốc gia (TCVN) cho nhiên liệu diesel pha etanol

Tác giả đã pha etanol NLBT vào nhiên liệu diesel No2 với các tỷ lệ theo thể tích khác nhau của etanol NLBT so với nhiên liệu diesel để nhận được các nhiên

liệu diesel-etanol khác nhau như chỉ ra ở bảng 2.2 Trong đó, etanol NLBT, nhiên liệu diesel đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật Các mẫu này được sử dụng để phục vụ cho các nghiên cứu tiếp theo

Bảng 2.2 Nhiên liệu diesel pha trộn với etanol NLBT

số xetan của các hỗn hợp diesel pha etanol được chỉ ra ở bảng 2.3 Theo kết quả chỉ

ra ở bảng 2.3., trị số xetan của hỗn hợp nhiên liệu ED5 tuy có bị giảm so với diesel gốc ban đầu nhưng vẫn nằm trong giới hạn cho phép của nhiên liệu dùng cho động

cơ diesel (min: 46)

Bảng 2.3 Trị số xetan của nhiên liệu diesel-etanol

Trị số xetan

49 49.5

50 50.5

51 51.5

52 52.5

Hình 2.1 Trị số xetan của nhiên liệu diesel-etanol phụ thuộc vào nồng độ etanol

Kết quả xác định trị số xetan của nhiên liệu diesel pha etanol cho thấy: khi pha etanol vào diesel, trị số xetan của hỗn hợp giảm gần như tuyến tính theo nồng

độ etanol

Thành phần cất phân đoạn của các nhiên liệu diesel pha etanol được khảo sát theo TCVN 2698 (ASTM D 86), kết quả được chỉ ra ở bảng 2.4 Từ các kết quả ở bảng 2.4 cho thấy:

- Nhiệt độ sôi đầu của các mẫu nhiên liệu diesel pha etanol thấp hơn diesel gốc ban đầu Điều này xảy ra là hoàn toàn đúng qui luật, vì etanol có nhiệt độ sôi ở 78,37oC nên nhiệt độ sôi đầu của các mẫu nhiên liệu diesel pha etanol cũng chính là nhiệt độ sôi của etanol

- Thể tích thành phần chưng cất nhận được của các mẫu nhiên liệu khảo sát

có sự chênh lệch nhau đáng kể, phụ thuộc vào tỷ lệ etanol/diesel Tại cùng nhiệt độ, các mẫu nhiên liệu diesel-etanol nào có tỷ lệ etanol/diesel cao thì thể tích thành phần chưng cất nhận được cũng cao, điều đó xảy ra là do ngoài sự bốc hơi của các thành phần hydrocacbon trong diesel còn có cả sự bốc hơi của etanol

Bảng 2.4 Thành phần cất phân đoạn của nhiên liệu diesel-etanol

19% Do đó, khi pha etanol vào nhiên liệu diesel cần phải có biện pháp phòng ngừa cháy nổ phù hợp Nhiệt độ chớp cháy cốc kín hầu như không có ý nghĩa đối với chất lượng nhiên liệu khi đánh giá trên góc độ tính năng kỹ thuật của các thiết bị sử dụng nó

Bảng 2.5 Nhiệt độ chớp cháy cốc kín của nhiên liệu diesel-etanol

cơ diesel

Bảng 2.6 Độ bôi trơn và độ nhớt động học của nhiên liệu diesel-etanol

TT Mẫu Độ bôi trơn ở 60 o C, µm Độ nhớt động học ở 40 o C, cSt

Bảng 2.7 Điểm vẩn đục của nhiên liệu diesel-etanol

Nhiệt độ kết tinh của nhiên liệu diesel Nhiệt độ kết tinh của nhiên liệu điêzen-etanol

-15 -10 -5 0 5

Hình 2.2 Nhiệt độ kết tinh của nhiên liệu diesel-etanol theo nồng độ etanol

Kết quả khảo sát cho thấy, khi pha etanol vào diesel, nhiệt độ phân pha giảm nhẹ Nguyên nhân xảy ra hiện tượng này là do etanol có nhiệt độ kết tinh thấp làm cho nhiệt độ kết tinh của cả hệ nhiên liệu giảm theo

Khảo sát sự phân tách pha của nhiên liệu ED5 phụ thuộc vào hàm lượng nước (độ ẩm) bằng cách thêm những lượng nước đã được tính toán trước vào nhiên liệu, kết quả được chỉ ra ở bảng 2.8 Từ các kết quả nhận được cho thấy: hàm lượng nước trong nhiên liệu ED5 tăng thì sự phân tách pha càng dễ xảy ra hơn, sự phân tách pha có thể xảy ra ngay ở nhiệt độ phòng (25oC) nếu hàm lượng nước trong nhiên liệu ED5 lớn hơn 3 %

Bảng 2.8 Sự phân tách pha của nhiên liệu ED5 theo hàm lượng nước

2 ED5 có 0,5% nước Âm (-) 2oC bị vẩn đục

3 ED5 có 1,0% nước 3÷5oC bị vẩn đục

4 ED5 có 1,5% nước 9÷10oC bị vẩn đục

5 ED5 có 2,0% nước 14÷16oC bị vẩn đục

6 ED5 có 2,5% nước 19÷22oC bị vẩn đục

7 ED5 có 3,0% nước 25÷26oC bị vẩn đục

8 ED5 có 3,5% nước 31÷32oC bị vẩn đục

9 ED5 có 4,0% nước Trên 35oC bị phân lớp

10 ED5 có 4,5% nước Trên 35oC bị phân lớp

11 ED5 có 5,0% nước Trên 35oC bị phân lớp

12 ED5 có 5,5% nước Trên 35oC bị phân lớp

Độ bền phân tách pha

-20 -10 0 10 20 30 40 50

Hình 2.3 Độ bền phân tách pha của ED5 phụ thuộc vào hàm lượng nước

Kết quả khảo sát ảnh hưởng của độ ẩm tới sự phân pha của nhiên liệu ED5 cho thấy khi độ ẩm trong nhiên liệu ED5 tăng thì nhiệt độ phân pha tăng khá nhanh gần như tuyến tính

Khảo sát ăn mòn mảnh đồng đối với các mẫu nhiên liệu diesel pha etanol ở

500C trong 3 giờ, kết quả được chỉ ra ở bảng 2.9 Từ các kết quả nhận được cho

thấy: khi tăng hàm lượng etanol trong nhiên liệu diesel-etanol thì khả năng ăn mòn kim loại cũng tăng theo

Bảng 2.9 Ăn mòn mảnh đồng trong nhiên liệu diesel -etanol

Bảng 2.10 Tính chất và chất lượng nhiên liệu diesel N o 2 pha 5% etanol (ED5)

9 Hàm lượng nước, mg/kg 48

11 Cặn cacbon của 10% cặn chưng cất, % khối lượng 0,19

* Một số nhận xét về nhiên liệu diesel pha etanol NLBT khi chƣa có phụ gia

Từ các kết quả phân tích, khảo sát, thử nghiệm nhận được, tác giả có một số nhận xét như sau:

- Trị số xetan giảm so với diesel gốc ban đầu nhưng vẫn nằm trong giới hạn cho phép của nhiên liệu dùng cho động cơ diesel (nhiên liệu ED5)

- Nhiệt độ chớp cháy cốc kín của các mẫu nhiên liệu diesel-etanol thấp hơn nhiệt độ chớp cháy cốc kín của nhiên liệu diese gốc

- Nhiệt độ sôi đầu của các mẫu nhiên liệu diesel-etanol thấp hơn diesel gốc ban đầu và bằng nhiệt độ sôi của etanol (≈ 78,5oC)

- Tại cùng nhiệt độ, các mẫu nhiên liệu diesel-etanol nào có tỷ lệ etanol/diesel cao thì thể tích thành phần chưng cất nhận được cũng cao

- Ăn mòn mảnh đồng ở 50oC trong 3 giờ của diesel pha etanol tăng khi tăng

tỷ lệ thể tích của etanol so với diesel

2.2 Lựa chọn phụ gia cho ED5

Để khẳng định phụ gia nào đó có sử dụng được cho nhiên liệu ED5 hay không, cần phải căn cứ vào kết quả đánh giá các tính chất và chất lượng của nhiên liệu ED5 đã pha phụ gia đó

Phụ gia cho nhiên liệu ED5 có tác dụng cải thiện và bổ sung các tính chất cần thiết hoặc còn thiếu của nhiên liệu nhằm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật về chất lượng khi sử dụng và ổn định khi tồn trữ bảo quản Ngoài ra, cần phải đánh giá tính

an toàn môi trường của nhiên liệu thông qua đánh giá đặc tính và thành phần khí thải động cơ

Như đã trình bày có một số tổ hợp phụ gia hoặc phụ gia dạng đóng gói đã và đang được sử dụng cho nhiên liệu ED5 ở nhiều nước trên thế giới Những tổ hợp/gói phụ gia này như:

- Phụ gia Beraid ED10 của hãng Akzo-Nobel;

- Phụ gia VpCI 705 của hãng Cortec; v.v

Đã được tiến hành phân tích, đánh giá, kiểm tra bằng các phương pháp hóa học, các tính chất lý-hóa và thành phần của các tổ hợp/gói phụ gia đã nói trên Các phương pháp hóa-lý, phương pháp phổ hồng ngoại và sắc ký khối phổ

Các kết quả phân tích, đánh giá nhận được cho thấy: các tổ hợp/gói phụ gia được tạo thành từ những phụ gia đơn lẻ khác nhau Theo chức năng sử dụng, các phụ gia đơn lẻ trong tổ hợp/gói phụ gia được chia thành những nhóm phụ gia sau:

- Nhóm phụ gia trợ tan và chống phân tách pha,

- Nhóm phụ gia cải thiện trị số xetan,

- Nhóm phụ gia chống oxy hóa,

- Nhóm phụ gia chống ăn mòn kim loại,

- Nhóm phụ gia tẩy rửa phân tán,