BÀI GIẢNG Nhiên liệu và nguồn năng lượng cho ô tô

Năng lượng hoạt động trong lĩnh vực GTVT tăng 10% mỗi năm trong vòng 10 năm qua, trong đó, chủ yếu là vận tải đường bộ với khoảng 68% tổng lượng nhiên liệu của ngành; 90% nhiên liệu cho

Nhiên liệu và nguồn năng lượng cho ô tô

Đối tượng: Cao học

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực

Giảng viên: TS Đào Chí Cường

Hưng Yên, năm 2014

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU VÀ NGUỒN NĂNG

LƯỢNG CHO Ô TÔ 1.1 Nhiên liệu truyền thống và nhiên liệu thay thế

1.1.1 Nguồn năng lượng và tình trạng năng lượng hiện tại

1.1.1 1 Nguồn năng lượng

Năng lượng có vai trò quan trọng đối với sự phát triển kinh tế - xã hội An ninh quốc gia, an ninh kinh tế luôn gắn liền với an ninh năng lượng của một quốc gia Vì vậy trong chính sách phát triển kinh tế, xã hội bền vững, chính sách năng lượng nên được đặt lên hàng đầu

Theo số liệu thống kê của Viện Chiến lược và Phát triển giao thông vận tải TDSI) Bộ GTVT, các hoạt động GTVT ở nước ta tiêu thụ một lượng năng lượng lớn, chiếm 30% tổng nhu cầu năng lượng quốc gia và chiếm 60% tổng nhiên liệu tiêu thụ Năng lượng hoạt động trong lĩnh vực GTVT tăng 10% mỗi năm trong vòng 10 năm qua, trong đó, chủ yếu là vận tải đường bộ với khoảng 68% tổng lượng nhiên liệu của ngành; 90% nhiên liệu cho GTVT là xăng và dầu diesel, trong đó chỉ sử dụng 0,3% là nhiên liệu sạch

Hiện nay, ngoài năng lượng từ các nguồn nhiên liệu truyền thống xăng, dầu,

năng lượng từ nguồn nhiên liệu thay thế cũng đang được hết sức quan tâm Nhiên liệu

thay thế dùng cho động cơ đốt trong có thể phân thành hai nhóm có tính chất tương đương:

Nhóm nhiên liệu dùng cho động cơ cháy do nén gồm dầu thực vật (vegetable oil), diesel sinh học (bio-diesel), dầu thực vật/mỡ động vật hyđrô hóa (HVO), Dimethyl ether (DME) và FT diesel có nguồn gốc sinh khối (BTL), than đá (CTL) và khí (GTL)

Nhóm nhiên liệu dùng cho động cơ đánh lửa cưỡng bức gồm cồn (ethanol, methanol, butanol và propanol), khí thiên nhiên (CNG, LNG), khí hóa lỏng (LPG), hyđrô và khí giàu hyđrô như HHO, syngas

Song song với việc khai thác nguồn năng lượng từ các loại nhiên liệu nói trên, các nhà khoa học cũng đang tìm kiếm một nguồn năng lượng mới cho lĩnh vực giao thông vận tải, đó là nguồn năng lượng mặt trời, pin nhiên liệu….Nguồn năng lượng này cũng đang đem lại rất nhiều hy vọng trong vấn đề khắc phục tình trạng cạn kiệt nguồn nhiên liệu truyền thống và góp phần giảm ô nhiễm môi trường

1.1.1.2 Tình trạng nguồn năng lượng hiện tại

1 Nguồn nhiên liệu hóa thạch

Do nhẹ hơn nước nên dầu xuất hiện lộ thiên ở nhiều nơi, vì thế loài người đã tìm thấy dầu hằng ngàn năm trước Công Nguyên Thời đó dầu thường được sử dụng

2

trong chiến tranh Mãi đến thế kỷ 19 người ta mới bắt đầu khai thác dầu theo mô hình công nghiệp, xuất phát từ việc tìm kiếm một chất đốt cho đèn vì dầu cá voi quá đắt tiền chỉ những người giàu mới có khả năng dùng trong khi nến làm bằng mỡ thì lại có mùi khó ngửi Vì thế giữa thế kỷ thứ 19 một số nhà khoa học đã phát triển nhiều phương pháp để khai thác dầu một cách thương mại Năm 1852 một nhà bác sĩ và địa chất người Canada tên là Abraham Gessner đã đăng ký một bằng sáng chế sản xuất một chất đốt rẻ tiền và đốt tương đối sạch Năm 1855 nhà hóa học người Mỹ Benjamin Silliman đề nghị dùng axit sunfuric làm sạch dầu mỏ dùng để làm chất đốt

Người ta cũng bắt đầu đi tìm những mỏ dầu lớn Những cuộc khoan dầu đầu tiên được tiến hành trong thời gian từ1857 đến 1859 Lần khoan dầu đầu tiên diễn ra

ở Wietze, Đức, nhưng cuộc khoan dầu được toàn thế giới biết đến là của Edwin L Drake vào ngày 27 tháng 8 năm 1859 ở Oil Creek, Pennsylvania Drake khoan dầu theo lời yêu cầu của nhà công nghiệp người Mỹ George H Bissel và đã tìm thấy mỏ dầu lớn đầu tiên chỉ ở độ sâu 21,2 m

Dầu mỏ là một trong những nhiên liệu quan trọng nhất của xã hội hiện đại dùng

để sản xuất điện và cũng là nhiên liệu của tất cả các phương tiện giao thông vận tải Hơn nữa, dầu cũng được sử dụng trong công nghiệp hóa dầu để sản xuất các chất

dẻo (plastic) và nhiều sản phẩm khác Vì thế dầu thường được ví như là "vàng đen"

Tùy theo nguồn tính toán, trữ lượng dầu mỏ thế giới nằm trong khoảng từ 1.148

tỉ thùng (barrel) (theo BP Statistical Review 2004) đến 1.260 tỉ thùng

(theo Oeldorado 2004 của ExxonMobil) Trữ lượng dầu mỏ tìm thấy và có khả năng khai thác mang lại hiệu quả kinh tế với kỹ thuật hiện tại đã tăng lên trong những năm gần đây và đạt mức cao nhất vào năm 2003

Dự đoán trữ lượng dầu mỏ sẽ đủ dùng cho 50 năm nữa Năm 2011 trữ lượng dầu mỏ nhiều nhất là ở Hoa Kỳ (2855 tỷ thùng), Ả Rập Saudi (262,6 tỉ thùng), Venezuela (211,2 tỉ thùng), Canada (175,2 tì thùng), Iran (137 tỉ thùng), Iraq (115,0 tỉ thùng), kế đến là ở Kuwait, Các Tiểu Vương quốc Ả Rập Thống nhất, Nga, Libya, và Nigeria [2] Nước khai thác dầu nhiều nhất thế giới trong năm

2003 là Ả Rập Saudi (496,8 triệu tấn), Nga (420 triệu tấn), Mỹ (349,4 triệu tấn), Mexico (187,8 triệu tấn) và Iran (181,7 triệu tấn) Việt Nam được xếp vào các nước xuất khẩu dầu mỏ từ năm 1991 khi sản lượng xuất được vài ba triệu tấn Đến nay, sản lượng dầu khí khai thác và xuất khẩu hàng năm đạt vào khoảng 20 triệu tấn/năm

Việt Nam cũng là một quốc gia có nguồn dầu mỏ khá dồi dào Năm 2013, sản lượng dầu mỏ tại Việt Nam đã tăng lên 348.000 thùng mỗi ngày, cao nhất kể từ năm

2006 Theo hãng dầu khí Anh (BP), Việt Nam hiện có trữ lượng dầu lớn nhì Đông Á,

với 4,4 tỷ thùng, chỉ sau Trung Quốc

2 Nguồn nhiên liệu thay thế

a Khí dầu mỏ hoá lỏng (LPG)

Năm 2010, tổng lượng LPG sản xuất trên toàn thế giới đạt đến 249 triệu tấn, chủ yếu tập trung ở khu vực Trung Đông, nơi có trữ lượng dầu và khí đốt lớn nhất thế giới Khu vực châu Á - Thái Bình Dương có tốc độ tăng trưởng nhanh, khoảng 4,6%

Từ năm 2010 đến nay, sản lượng LPG ở các quốc gia châu Mỹ gần như không thay đổi, tuy nhiên châu Phi cũng đã bắt đầu cung cấp một lượng nhỏ LPG vào chuỗi giá trị toàn cầu

Khí hoá lỏng LPG có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như cho các phương tiện GTVT, công nghiệp, trồng trọt và dân dụng Theo số liệu năm 2010, 47% LPG được sử dụng để phục vụ cho nhu cầu nấu nướng và sưởi ấm, 8,1% LPG sử dụng cho lĩnh vực GTVT Hiện nay, một số quốc gia đã sử dụng LPG làm nhiên liệu cho các phương tiện như xe buýt, xe taxi Ở Nhật, khoảng 90% taxi sử dụng LPG, ở Mỹ 20-30% các phương tiện sử dụng nhiên liệu này Hàn Quốc là nước tiêu thụ nhiều LPG nhất trên thế giới, có khoảng 1,7 triệu xe sử dụng LPG Hiện nay, tất cả các xe taxi ở Hongkong đều sử dụng LPG, một phần ba trong tổng số các xe do hãng Ford sản xuất tại Úc là xe sử dụng LPG Nhu cầu sử dụng LPG đang ngày càng tăng cao, năm 2010

là khoảng 250 triệu tấn, tăng 50 triệu tấn so với năm 2000

b Khí thiên nhiên NG và CNG

CNG là khí thiên nhiên nén, thành phần chủ yếu là CH4 - metane (chiếm 85%-

95%) được lấy từ những mỏ khí thiên nhiên, mỏ dầu (khí đồng hành) hoặc khí nhà

máy (thu được trong quá trình sản xuất của các nhà máy lọc dầu) qua xử lý và nén ở

áp suất cao (200 đến 250 bar)

Theo thống kê, hiện nay, trên thế giới trữ lượng của khí thiên nhiên vào khoảng:

177 - 182 nghìn tỉ m³, sản lượng khai thác khoảng 2,957 nghìn tỉ m³/năm, như vậy, chỉ sau 60 năm nữa thì khí thiên nhiên cũng bị cạn kiệt

Năm 2010, lượng khí thiên nhiên khai thác trên toàn thế giới đạt 3.193,3 tỷ m3, tăng 7,3% so với năm 2009 Cụ thể, Nga tăng 11,6%; Mỹ tăng 4,7%; Qatar tăng 30,7% Nga là quốc gia có trữ lượng khí thiên nhiên lớn nhất thế giới (khoảng 44.800

tỷ m3), tiếp theo là Iran với 29.600 tỷ, Qatar là 25.300 tỷ m3 Tuy nhiên, Mỹ là nước sản xuất chính của thế giới, khoảng 611 tỷ m3/năm, trong khi sản lượng của Nga là 588,9 tỷ m3; Canada là 159,8 tỷ m3; Iran 138 và Qatar 116,7 tỷ m3 Trong tổng lượng khí thiên nhiên sản xuất được năm 2010 của toàn thế giới, các nước thuộc tổ chức hợp tác và phát triển kinh tế (OECD) chiếm 1.159,8 tỷ m3; các quốc gia ngoài tổ chức này chiếm 2.033,5 tỷ m3, châu Âu chỉ chiếm một lượng rất nhỏ, khoảng 174,9 tỷ m3

Năm 2010, lượng khí thiên nhiên tiêu thụ tăng 7,4%, nhanh nhất kể từ năm

1984 Mỹ là nước sử dụng nhiều khí thiên nhiên nhất, tăng 5,6% Châu Á có tốc độ

4

tiêu thụ khí thiên nhiên rất nhanh, 10,7%, trong đó Ấn Độ tăng tới 21,5% Năm 2010,

Mỹ là nước tiêu thụ hết 683,4 tỷ m3 (chiếm khoảng 21,7%), nhiều nhất thế giới; Nga là nước đứng thứ hai với 414,1 tỷ m3

(khoảng 13%), Iran và Trung Quốc ở các vị trí tiếp theo với 136,9 và 109 tỷ m3 Tổng lượng khí thiên nhiên tiêu thụ trong năm 2010 của thế giới là 3.169 tỷ m3, trong đó các quốc gia thuộc tổ chức OECD sử dụng 1.546,2 tỷ

m3, tương đương 48,9%

c Cồn ethanol và methanol

Hiện nay, trên thế giới có khoảng hơn 50 nước đã tiến hành nghiên cứu sản xuất

và đưa vào sử dụng nhiên liệu sinh học (NLSH) NLSH được sử dụng trong lĩnh vực giao thông bao gồm các loại dầu thực vật sạch, ethanol, diesel sinh học, dimetyl ether (DME), ethyl tertiary butyl ether (ETBE) và các sản phẩm từ chúng Các thống kê trên thế giới cho thấy: Năm 2003 đã sản xuất được 38 tỷ lít ethanol, năm 2006 là 50 tỷ lít ethanol (75% trong số đó được dùng làm nhiên liệu) và theo dự kiến năm 2012 sẽ khoảng 80 tỷ lít ethanol ra đời Còn với nhiên liệu biodiesel, năm 2005 đã có 4 triệu tấn diesel sinh học (B100) được xuất xưởng, năm 2010 lên đến trên 20 triệu tấn

Năm 2006 tổng số nhiên liệu sinh học được sử dụng là 13%, trong đó 0,3% nhiên liệu sinh học được dùng làm nhiên liệu cho các phương tiện giao thông Từ năm

2000 đến 2007 sản lượng nhiên liệu sinh học được sản xuất đã tăng từ 17 tỷ lít lên hơn

52 tỷ lít và cung cấp đến 1,8% nhiên liệu cho các phương tiện cơ giới

Mỹ và Brazil là hai quốc gia có sản lượng ethanol lớn nhất thế giới, chiếm khoảng 86% toàn bộ lượng ethanol sản xuất toàn cầu Nguyên liệu chính để sản xuất ethanol tại Mỹ là ngô, trong khi tại Brazil, mía là nguồn cung cấp chính Năm 1995,

Mỹ sản xuất được tổng cộng là 6,5 tỷ lít methanol (1,7 triệu gallon), đứng thứ 21 trong các chất hoá học được sử dụng nhiều nhất Hiện nay, Trung Quốc đang là nước sản xuất methanol lớn nhất trên thế giới (chủ yếu từ than đá) Năm 2010, sản lượng methanol của Trung Quốc đạt đến 48,24 tỷ lít và dự kiến sẽ tăng lên 62,8 tỷ lít vào năm 2015

Những năm thập niên 30, methanol đã được sử dụng thay thế cho xăng trên động cơ hiệu suất cao trong cuộc đua Grand Prix, và 2 thập niên sau, methanol vẫn được sử dụng trong cuộc đua xe ở Indianapolis 500 Hiện tại, Trung Quốc đang là nước tiêu thụ nhiều methanol nhất trên thế giới, 28,5 tỷ lít trong năm 2010, tương đương 40% lượng methanol tiêu thụ toàn cầu Trong đó khoảng 8,8 tỷ lít là phục vụ cho lĩnh vực GTVT Ở Mỹ hiện có khoảng 21 nghìn phương tiện linh hoạt sử dụng nhiên liệu M85

d Dầu thực vật và bio-diesel

Sản lượng dầu thực vật sản xuất trên toàn thế giới tăng dần theo từng năm, đạt đến khoảng 141 tỷ lít vào năm 2008 Trong đó dầu cọ chiếm khoảng 30%, dầu đậu

nành khoảng 28%, dầu cải dầu 15% và dầu hướng dương 9% Trung bình hàng năm, sản lượng dầu cọ tăng 8,1%, dầu đậu nành tăng 5,7%, dầu cải dầu tăng 4,8% và đối với tất cả các nguồn nguyên liệu, sản lượng dầu thực vật tăng 5,2% mỗi năm Dầu cọ tập trung chủ yếu ở Malaysia và Indonesia, chiếm khoảng 80-85% sản lượng của thế giới Dầu đậu nành ở các quốc gia châu Mỹ như Mỹ, Brazil và Argentina, trong đó Mỹ chiếm khoảng 30-40%, Brazil, 20-40% và Argentina, 15-25% sản lượng dầu đậu nành của thế giới Trung Quốc cũng đang nổi lên là một nước có tiềm năng lớn về dầu thực vật sản xuất từ đậu nành Dầu từ hạt cải dầu được sản xuất chủ yếu tại châu Âu, Trung Quốc, Ấn Độ và Canada

Dầu thực vật chủ yếu được sử dụng ở hai dạng chính: làm dầu ăn và làm nhiên liệu cho động cơ Đến năm 2008, tỷ lệ dầu thực vật sử dụng trong việc chế biến thực phẩm chiếm khoảng 80%, tiếp theo là đến phục vụ cho công nghiệp và sản xuất bio-diesel Tổng lượng dầu thực vật tiêu thụ cho cả 3 lĩnh vực trên trong năm 2008 là khoảng 137 tỷ lít Năm 2010, tăng lên tới 160 tỷ lít

Năm 2005, bio-diesel được sản xuất chủ yếu ở châu Âu (Đức và Pháp), chiếm khoảng 80% sản lượng thế giới Tuy nhiên, trong các năm gần đây, Nam Mỹ - cụ thể

là Brazil, Argentina, Colombia và châu Á đang dần mở rộng quy mô sản xuất Theo số liệu năm 2010, có khoảng 17,61 tỷ lít bio-diesel được sản xuất trên toàn thế giới, tập trung chủ yếu tại châu Âu với khoảng 9,2 tỷ lít, trong đó chủ yếu được sản xuất từ dầu thực vật

Hình 1.1 Tỷ trọng bio-diesel sản xuất (a) và tiêu thụ (b) của thế giới theo các khu vực

a)

b) a)

6

Hỡnh 1.1a thể hiện tỷ trọng bio-diesel tiờu thụ theo khu vực trong năm 2010 Phần lớn bio-diesel được tiờu thụ tại chõu Âu Trong đú Đức là nước đi đầu cả về sản xuṍt lẫn tiờu thụ Nước Đức đó cú chớnh sỏch khuyến khớch sử dụng hoàn toàn bio-diesel (B100) Hiện tại chõu Âu đang cú kế hoạch nõng cao lượng nhiờn liệu tỏi tạo trong nhiờn liệu sử dụng cho cỏc phương tiện GTVT lờn 10% trong năm 2020, nờn kể

từ năm 2006-2007, chõu Âu bắt đầu phải nhập khẩu nguồn nguyờn liệu từ bờn ngoài, chủ yếu là từ Mỹ, cỏc quốc gia Nam Mỹ và chõu Á Theo thống kờ, thế giới tiờu thụ hết khoảng 16,31 tỷ lớt bio-diesel trong năm 2010, tập trung chủ yếu tại khu vực Tõy

Âu với khoảng 66,3% (hỡnh 1.1b)

e Hyđrụ

Theo số liệu năm 2008, trung bỡnh hàng năm tổng lượng hyđrụ sản xuṍt được vào khoảng 45 triệu tṍn, trong đú khoảng 40% lượng hyđrụ được sản xuṍt từ khớ thiờn nhiờn, 30% từ dầu thụ và cỏc sản phẩm hoỏ dầu, 18% từ than đỏ, 4% từ quỏ trỡnh điện phõn nước và 1% từ sinh khối

Hiện nay, 40% hyđrụ được sử dụng trong ngành cụng nghiệp hoỏ chṍt, 40% dùng trong cỏc phũng thớ nghiệm lọc hoỏ dầu, và 20% dùng trong cỏc lĩnh vực khỏc Trong 20% đú, hyđrụ chủ yếu được sử dụng trong cỏc trạm phỏt điện pin nhiờn liệu và trờn cỏc phương tiện GTVT Nước Mỹ mỗi năm sản xuṍt ra khoảng 11 triệu tṍn hyđrụ,

đủ cung cṍp cho khoảng 20-30 triệu xe con (sử dụng 700-1000 gallon năng lượng tương đương/xe/năm) Để sản xuṍt được 11 triệu tṍn hyđrụ thỡ phải tiờu thụ hết 5% lượng khớ thiờn nhiờn của nước Mỹ và thải ra 77 triệu tṍn CO2

g) Dimethyl Ether (DME)

Hiện nay, DME chủ yếu được sản xuṍt ở quy mụ nhỏ do giỏ thành sản xuṍt cao Trung Quốc là nước cú sản lượng methanol lớn, nờn rṍt thuận tiện và cú tiềm năng cho quỏ trỡnh điều chế DME Một số quốc gia khỏc cũng đó bắt đầu nghiờn cứu và sản xuṍt DME như Indonesia, Nhật Bản, Thuỵ Điển, Iran và Ấn Độ Năm 2010, Ai Cập cũng bắt đầu cú dự ỏn phỏt triển DME Tại Trung Quốc, năm 2008, sản lượng DME vào khoảng 7,6 tỷ lớt nhờ cú thờm một số dự ỏn mới như của tập đoàn Heibei Kaiyue (1,5

tỷ lớt); Henan Yima Coal và Hubei Biocause Pharmaceutical (cùng 300 triệu lớt), trong

đú khoảng 80% DME được sản xuṍt từ than đỏ

Lượng DME sử dụng của toàn thế giới vào khoảng 38-50 tỷ lớt/năm, chủ yếu cho lĩnh vực cụng nghiệp

1.1.2 Nhiên liệu Xăng

Xăng là một chất lỏng trong suốt, không màu, thành phần chủ yếu là các hợp chất Hydrocacbon dễ bay hơi, dễ cháy mạnh nếu đốt trong không khí Các Hydrocacbon đ-ợc trộn lẫn với nhau mỗi loại biểu hiện một đặc tính nhất định để tạo

ra một nhiên liệu phù hợp

1.1.2.1 Công dụng chính của nhiên liệu xăng

Tác dụng chính của xăng dùng trên ôtô là tạo thành hỗn hợp nhiện liệu phù hợp khi hoà trộn cùng không khí, đ-ợc hút và xilanh và bị đốt cháy sinh công làm quay

động cơ

1.1.2.2 Thành phần của xăng

Xăng là một nhiên liệu đ-ợc tạo thành do qúa trình tr-ng cất dầu mỏ do vậy thành phần chính của xăng là các gốc dầu mỏ dễ bay hơi Ngoài ra để cải thiện tính chất của xăng ng-ời ta cho vào xăng một số chất phụ gia Ngoài thành phần gốc đầu

mỏ xăng còn chứa một l-ợng tạp chất nhất định do nguyên nhân khác nhau tạo thành

1.1.2.2.1 Thành phần gốc dầu mỏ của xăng

Tuỳ thuộc vào công nghệ ch-ng cất mà các xăng th-ơng phẩm tạo ra có các thành phần và chất l-ợng khác nhau, nh-ng thành phần gốc dầu mỏ chủ yếu của tất cả các loại xăng gồm các nhóm sau:

- Nhóm gốc Ankal chiếm chủ yếu là các chất nh-:

- Ngoài ra còn một số hàm l-ợng nhỏ của rất nhiều hợp chất khác nhau

1.1.2.2.2 Thành phần chất phụ gia dùng trong xăng

Chất phụ gia đ-ợc đ-a vào xăng nhằm nâng cao trị số octan, chống bốc cháy bề mặt, tắc nghẽn bugi, chống tạo keo, chống gỉ, chống lạnh bộ chế hoà khí , chống tạo thành chất lắng cặn trong cửa nạp…

Trong hầu hết mọi tr-ờng hợp một hợp chất hoá học sẽ đáp ứng đ-ợc một trong các chức năng này

1 Chất phụ gia chống kích nổ

Hợp chất chống kích nổ đ-ợc dùng để chống xăng kích nổ trong động cơ đốt cháy bằng bugi Lý t-ởng nhất là xăng cháy êm và hoàn toàn trong buồng đốt của động cơ Tuy nhiên, xăng đ-ợc cấu tạo bởi hàng trăm gốc Hydrocabon khác nhau nên vài gốc Hydrocacbon sẽ phản ứng dữ dội khi bị nén và nung nóng với sự có mặt của không khí

CH3

8

Sau khi bốc cháy phần tr-ớc bốc cháy lan rộng trong buồng đốt sẽ nén và làm nóng hỗn hợp không khí, nhiên liệu ở phía tr-ớc nó và đốt cháy thành phần Hydrocabon còn lại tạo ra sóng va đập với tần số cao gây ra tiếng ồn gọi là tiếng gõ Ngoài việc tạo ra tiếng

ồn, động cơ bị gõ tạo ra công suất thấp và ít tiết kiệm nhiên liệu

Những yếu tố quyết định đến tiếng gõ:

Có tiếng gõ trong động cơ hay không do hai yếu tố quyết định: Chất l-ợng chống kích nổ (chỉ số octan) của xăng và chỉ số octan mà động cơ yêu cầu

Chỉ số octan cao có thể đạt đ-ợc theo hai cách:

a Do quá trình tinh luyện: Chẳng hạn thay đổi chất xúc tác để chuyển từ Hydrocac bon có chỉ số octan thấp lên Hydrocacbon có chỉ số octan cao

b Dùng chất phụ gia chống kích nổ

Yêu cầu về trị số octan của động cơ th-ờng phụ thuộc vào thiết kế của nó và

điều kiện vận hành của động cơ

- Chì Tetra etyl (TEL)

Trong quá trình cháy của hơi xăng trong buồng đốt Có sự tạo thành và tích tụ của các hợp chất Peoxyt Những chất này là nguyên nhân dẫn đến kích nổ, khi nồng độ của chúng đạt đến một giá trị giới hạn nào đó Do vậy để tránh hiện t-ợng kích nổ phải ngăn chặn sự tạo thành các hợp chất Peoxyt đó

Một trong những công việc có hiệu quả rõ rệt là pha vào xăng một hỗn hợp có tên là “nước chì” Nước chì là tên gọi đơn giản của hỗn hợp lỏng có thành phần là hợp chất tetra etyl Chì [pb(C2H5)] và bromnuaetan BrC2H5 hoặc đibromnua etan(BrC2H5Br) Tác dụng của(Tel) là phá huỷ các hợp chất peoxyt và ngăn cản sự tích luỹ chúng trong xi lanh do đó tránh đ-ợc hiện t-ợng kích nổ Nh- vậy(Tel) có tác dụng tăng(TSOT) của xăng lên Bromnua etan hoặc đibromnua etan… được gọi là chất lôi kéo vì chúng giúp cho muội chì sau quá trình cháy không đọng lại trong xi lanh, piston, xupáp…mà theo khói đen xả ra ngoài n-ớc chì có tác dụng giảm tính kích nổ của xăng rõ rệt Xong nó là chất độc gây tổn th-ơng đến hệ thần kinh của con ng-ời Vì thế nồng độ cho phép của bụi chì trong không khí không v-ợt quá 0,005mmg/cm3 Cũng do tác hại đến môi tr-ờng khí do vậy xăng chì đang đ-ợc dần thay thế bởi xăng không khí chì chất l-ợng cao

- Các phụ gia chống kích nổ chứa ôxy

Do yêu cầu bảo vệ sức khoẻ và môi tr-ờng sống nên xăng pha chì ngày càng hạn chế đ-ợc sử dụng và thay vào đó là xăng không chì Trong đó chứa các phụ gia làm tăng trị số octan nh-: Metanol (CH3OH), Etanol(C2H5OH), Metybutyl ete(CH3 - O

- C4H9), Amyl ete (CH3 - O - C5H11)….Những hợp chất này ngăn cản sự tích tụ của Peoxyt, sản phẩn cháy của chúng không độc như của “nước chì”

2 Phụ gia chất chống ôxy hoá

Chất chống ôxy hoá cho vào xăng để chóng tạo keo, keo xuất hiện trong xăng khi các gốc Hydrocacbon kết hợp với ôxy hay kết hợp với nhau, sự tạo keo trong xăng

đ-ợc quyết định bởi loại dầu thô sản xuất ra xăng, quá trình tinh lọc, quá trình cất giữ

và sự hiện diện của không khí và thời gian cất giữ

Khi keo hình thành nó tạo chất nắng nh- sơn dầu phủ lên làm tắc đ-ờng ống nhiên liệu, giclơ chế hoà khí và có thể làm cho van bị kẹt chặt Do vậy có thể tăng tính

ôxy hoá của xăng bằng các cách khác nhau trong đó có cách thêm vào trong xăng một l-ợng hợp chất phụ gia chống ôxy hoá và Polyme hoá các Hydrocabon không bền mặc

dù cơ chế hoạt động này không rõ nh-ng chất ôxy hoá đ-ợc xem nh- là ng-ời phá xích trong phản ứng hoá học và Polyme hoá

3 Các chất chống rỉ

Rỉ và mài mòn gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng trong thùng chứa, đ-ờng ống

và hệ thống nhiên liệu động cơ chẳng hạn rỉ cản chở quá trình vận hành động cơ do bị tắc bầu lọc và giclơ chế hoà khí, ngoài ra chỉ cần một mẩu nhỏ rỉ trong van kim của chế hoà khí thì có thể làm cho buồng phao đầy sau đó tắc máy do tràn xăng

Sắt và các phần l-ỡng kim bị rỉ và ăn mòn tăng lên do một phần nhỏ n-ớc và không khí hoà tan trong xăng, n-ớc có thể vào trong hệ thống nhiên liệu của động cơ do

sự ng-ng tụ hơi n-ớc trong thùng nhiên liệu hoặc do lẫn vào cùng với quá trình bơm xăng

Có một vài loại hợp chất Hydrocacbon dễ tan th-ờng dùng nh- axít amin béo, ankyl phốt phát Hầu hết những chất này hoạt động đ-ợc là do kim loại d-ợc phủ một lớp phim bảo vệ rất mỏng để giữ cho mặt ngoài không tiếp xúc với n-ớc cũng nhờ lớp bảo vệ này mà giúp bộ chế hoà khí không bị nắng cặn

4 Các chất chống đóng băng

Có hiện t-ợng đóng băng xen vào quá trình vận hành máy là do đ-ờng ống nhiên liệu hoặc chế bị bít xuất phát từ việc có n-ớc trong nhiên liệu, trong quá trình khởi động lạnh d-ới mức quy định (-1 đến -100C) với độ ẩm t-ơng đối cao 65% thì hơi lạnh của nhiên liệu bốc hơi trong bộ chế hoà khí và đọng lại gây tắc mạch xăng

Hai loại chung của các chất phụ gia chống đóng băng bộ chế hoà khí và chất làm giảm điểm đông và chất hoạt động bề mặt đ-ợc dùng cho nhiều loại xăng

Các chất làm giảm điểm đông đ-ợc coi nh- là chất chống đông cung cấp chất bảo vệ lạnh trong hệ thống nguội của động cơ Những chất phụ gia chống đông này bao gồm cồn glycol làm giảm lạnh do hạ điểm đông lạnh của hơi n-ớc

Những tác nhân hoạt động bề mặt cung cấp một sự bảo vệ khác Với những tác nhân này, các thành phần làm lạnh đ-ợc tạo thành Tuy nhiên chất phụ gia cung cấp một chất bảo vệ ngăn cản thành phần này không kết dính với nhau hoặc không tập hợp trên bề mặt kim loại của bộ chế hoà khí Cho lên các thành phần làm lạnh không làm

10

hại gì khi đi qua bộ chế hoà khí và ống nạp Các chất phụ gia này là Amin, Amin hoặc muối Amoniumphosphat, …

5 Các chất tẩy rửa bộ chế hoà khí

Các chất phụ giá tẩy rửa th-ờng đ-ợc dùng để ngăn cản chất lắng đọng và lấy đi chất lắng đọng đã có trong bộ chế hoà khí Những chất tẩy rửa này bao gồm Amin, Aminphosphat… Xuất phát từ đặc tính của chất hoạtt động bề mặt

6 Chất phụ gia tạo màu sắc

Màu sắc đ-ợc cho vào xăng để cho thấy sự có mặt của các chất chống nổ, làm tăng vẻ hấp dẫn khi bán, cho thấy có nhiều loại, nhiều nhãn hiệu xăng Màu sắc của xăng là màu của các hợp chất hữu cơ dễ tan Hydrocacbon đ-ợc chọn cho màu sắc mà chúng truyền cho xăng

1.1.2.2.2 Thành phần tạp chất chứa trong xăng

- Thành phần chất cặn đ-ợc tạo thành do Hydrocacbon trong xăng bị ôxy hoá,

do các cặn bẩn, mạt kim loại, bụi… lọt vào trong quá trình vận chuyển, cất giữ

- Một số những chất vô cơ nh- l-u huỳnh tồn tại d-ới dạng l-u huỳnh tự do hoặc dạng sum fua…

Tính bay hơi của xăng đ-ợc đánh giá bằng chỉ tiêu phẩm chất:

- Thành phần điểm sôi

- áp suất hơi bão hoà

- Tỷ trọng hay khối l-ợng riêng

a)Điểm sôi đầu và điểm sôi 10%: Đặc tr-ng cho tính khởi động máy, khả năng

gây nghẽn hơi và hao mòn tự nhiên Điểm sôi đầu thấp hơn quy định càng nhiều thì xăng càng dễ hao hụt, sẽ sinh nghẽn khí

Điểm sôi 10% cao hơn quy định càng nhiều, càng khó khởi động máy Đối với

ôtô việc khởi động máy có liên quan đến nhiệt độ không khí và t10%v theo công thức kinh nghiệm sau:

TMin=1/2 t10%v- 50,5

Trong đó:

b) Điểm sôi 50%: Biểu thị khả năng thay đổi tốc độ của máy Nếu điểm sôi

50% cao quá quy định thì khi tăng tốc l-ợng hơi xăng vào máy nhiều nh-ng đốt cháy không kịp do khó bốc hơi do đó máy yếu, điều khiển máy khó khăn

c) Điểm sôi 90% và điểm sôi cuối: Biểu thị độ bay hơi hoàn toàn của xăng

Nếu điểm sôi này lớn quá quy định thì xăng khó bay hơi hoàn toàn gây hiện t-ợng pha loãng dầu nhờn, làm máy dễ bị mài mòn cũng nh- lãng phí nhiên liệu

Trên cơ sở ý nghĩa của thành phần điểm sôi cho thấy các loại xăng phải có tính bay hơi phù hợp Theo quy định điểm sôi đầu không d-ới 30 – 400C Để có thể dễ dàng khởi

động động cơ khi còn nguội Yêu cầu 60 – 700C xăng phải bay hơi đ-ợc 10% thể tích Để

dễ dàng tăng tốc đ-a động cơ vào chế độ làm việc ổn định, yêu cầu ở 115 – 1200C phải bay hơi đ-ợc 50%V Để xăng cháy hết hoàn toàn trong động cơ yêu cầu ở 180 – 1900C xăng phải bay hơi đ-ợc 90%V và ở 195 – 2000C xăng phải bay hơi hoàn toàn

Nếu đối với một loại xăng th-ơng phẩm, kiểm tra chất l-ợng ban đầu cho thấy thành phần cất đạt tiêu chuẩn quy định Nh-ng sau một thời gian vận chuyển bơm, hút, bảo quản, kiểm tra lại thấy thành phần điểm sôi cao v-ợt quá quy định, suy đoán ra có thể do một thành phần nhẹ bay hơi hoặc do các hợp phần nhiên liệu nặng nh- dầu hoả nhiên liệu Diezel đã lẫn vào Khi đó nếu xăng này tiếp tục chạy máy sẽ gây nhiều tác hại nh- trên

2 áp suất hơi bão hoà

Tiêu chuẩn xác định astm d 323, TCVN 5731 - 1993

Là áp suất hơi xăng ở trạng thái cân bằng với thể lỏng trong bom Ried đo đ-ợc tại nhiệt độ xác định là 1000F

áp suất hơi bão hào là một chỉ tiêu về tính bay hơi các loại xăng Dựa vào áp suất hơi bão hào có thể đánh giá nhiên liệu về tính khởi động, khả năng tạo nút hơi, hao hụt do bay hơi trong bảo quản và mức nguy hiểm do cháy áp suất hơi bão hào càng cao thì khả năng bay hơi càng mạnh do vậy yêu cầu các loại xăng phải có áp suất hơi bão hoà phù hợp không quá cao, không quá thấp

3) Khối l-ợng riêng

12

Tiêu chuẩn xác định astm d 1298, astm d 941, TCVN 2691 - 78

- Khối l-ợng riêng đo bằng g/cm3 hay kg/m3 là khối l-ợng của một đơn vị thể tích

- Tỷ trọng là tỷ số khối l-ợng riêng của một chất ở nhiệt độ nào đó so với khối l-ợng riêng của n-ớc ở 40C ký hiệu dt/4 trong đó t0C là nhiệt độ tại đó xác định tỷ trọng, thông th-ờng chọn tỷ trọng tiêu chuẩn ở 200C ký hiệu d20/4 hoặc tỷ trọng tiêu chuẩn ở

2 Hiện t-ợng nút hơi

Nhiên liệu có điểm 10% càng thấp càng dễ hình thành bọt khí , tạo thành nút hơi trên đ-ờng từ thùng chứa tới chế hoà khí khi trời nóng khiến l-u động của đ-ờng xăng kém linh hoạt làm động cơ xăng chạy không ổn định tình trạng ấy dễ làm cho xe chạy nhanh, tải trọng lớn đột nhiên dừng lại và dừng hẳn do đó điểm sôi 10% không thể quá thấp, thông th-ờng áp suất bão hào không quá 500mmHg

3 Chạy ấm máy

Sau khi hkởi động cần cho động cơ chậy chậm đợi máy ấm dần Để xăng đọng trên thành ống kịp bay hơi sau đó mới có thể tăng tải dần cho động cơ Thời gian từ lúc khởi động tới lúc tăng tải là thời gian chạy ấm máy Thí nghiệm chỉ ra rằng: xăng có

điểm 20% - 50% càng thấp thì thời gian chạy ấm máy càng thấp và tính cơ động của

động cơ càng tốt

4 Tính tăng tốc

Lúc mở b-ớm ga đột ngột làm động cơ tăng tốc mặc dù cả nhiên liệu và không khí đi vào chế hoà khí đều tăng nh-ng một phần xăng ch-a kịp bay hơi đọng lại trên thành ống làm cho hoà khí thực tế đi vào xi lanh loãng, gây ảnh h-ởng tới tính năng tốc

độ của động cơ Nếu nhiệt độ của đ-ờng ống nạp lớn mà dùng xăng dễ bay hơi, trong

động cơ có sử dụng thiết bị tăng tốc có thể làm cho hoà khí đậm gây tác hại xấu đếm tính năng tăng tốc Nhìn chung muốn cho động cơ dễ tăng tốc cần dùng động cơ có

điểm sôi 35 – 60% t-ơng đối thấp Thông th-ờng lấy điểm 50% làm tiêu chuẩn đánh giá tính tăng tốc

5 Tính phân phối

Thực nghiệm chỉ ra rằng khoảng 1/2 xăng kịp bay hơi trên đ-ờng nạp sẽ đảm bảo nhiên liệu phân phối đều vào khoang xi lanh Do đó điểm sôi 50% có ý nghĩa quan trọng đối với chất l-ợng phân phối xăng vào xi lanh

6 Tính cháy

Muốn có chất l-ợng cháy tốt trong động cơ xăng cần kịp thời bay hơi hết tr-ớc khi bật tia lửa điện do đó điểm hóa s-ơng mù của hoà khí phải rất thấp điểm s-ơng mù lại phụ thuộc vào điểm 90% Nếu điểm 90% cao quá làm nhiên liệu cháy không kiệt, tạo khói đen, trong buồng cháy có nhiều muội than Nếu điểm 90% thấp quá sẽ làm hoà khí vào xi lanh quá khô gây giảm hệ số nạp, giảm công suất và giảm khuynh h-ớng kích nổ

7 ảnh h-ởng tới dầu nhờn trong đáy các te

Nếu tính bay hơi chung của xăng không tốt và nếu điểm s-ơng mù của hoà khí quá cao, xăng có thể ng-ng đọng trên thành xi lanh lọt xuống đáy các te làm loãng và phá hỏng dầu nhờn Tình trạng này càng trầm trọng khi khởi động lạnh và khi chạy ấm máy vì vậy điểm 90% của đ-ờng tr-ng cất không đ-ợc cao quá

8 ảnh h-ởng tới chất l-ợng hỗn hợp khí nạp

Nếu nhiệt độ đ-ờng nạp thấp sẽ làm tăng mật độ khí nạp do đó tính bay hơi của nhiên liệu càng tốt

1.1.2.3.2 Tính cháy của xăng

1 Qúa trình cháy của xăng

Quá trình cháy của hơi xăng trong buồng đốt là một quá trình cháy c-ỡng bức, thực hiện đ-ợc là nhờ tia lửa điện

của bugi, quá trình cháy nh-

vậy là rất nhanh nh-ng không

phải xẩy ra tức khắc trong toàn

bộ thể tích xilanh mà bắt đầu

cháy từ bugi sau đó lan dần ra

toàn bộ thể tích xi lanh, lúc đó

chu trình cháy kết thúc

Trong quá trình đốt cháy hỗn

hợp trong xilanh xẩy ra hiện

t-ợng cháy bình tr-ờng và hiện

14

- Hiện t-ợng cháy không bình th-ờng: Vì một lý do nào đó nh- xăng dùng không đúng tiêu chuẩn ký thuật chẳng hạn sẽ gây hiện t-ợng cháy không bình th-ờng nh- hiện t-ợng kích nổ tức là tại một điểm nào đó trong xilanh, dù mặt cầu lửa ch-a lan tới nh-ng hơi nhiên liệu đã bốc cháy đột ngột với tốc độ cháy lan truyền gấp trăm lần tốc độ cháy bình th-ờng do đó áp suất trong xilanh tăng vọt tới khoảng 160kg/cm2

chính sự tăng áp suất đột ngột đó tạo ra một sóng hơi xung động va đập vào vách xilanh và phát tiếng kêu lách cách, máy nổ rung giật và nóng hơn bình th-ờng, làm giảm áp suất máy, tiêu hao nhiên liệu do cháy không hết, dẫn đến mòn các chi tiết máy, thậm chí còn gây rạn nứt piston … nên để động cơ hoạt động bình thường thì xăng phải có tính chống kích nổ tốt phù hợp với từng điều kiện hoạt động của động cơ bằng cách dùng loại xăng phù hợp với tỷ số nén của động cơ

2 Biện pháp cải thiện tính năng cháy của động cơ

Thực tế cho thấy quá trình cháy kích nổ của động cơ xăng có liên quan chặt chẽ tới thành phần hoá học của xăng So sánh các nhóm Hydrocacbon cho thấy Hydrocacbon n-parafin dễ bị cháy kích nổ nhất ng-ợc lại nhóm Hydrocacbon izo-parafin và Hydrocacbon thơm khó bị kích nổ

Để đánh giá khả năng cháy kích nổ của một loại xăng nào đó ng-ời ta phát minh ra một ph-ơng pháp thực nghiệm dựa trên sự so sánh quá trình cháy với các loại nhiên liệu tiêu chuẩn từ đó xác định một chỉ tiêu chuẩn có tên là trị số Octan(TSOT) Trị số octan của một loại xăng càng cao càng khó bị kích nổ khi cháy trong động cơ và ng-ợc lại Do vậy để ngăn cản hiện t-ợng cháy kích nổ xảy ra ng-ời ta tìm biện pháp nâng cao chỉ số octan

3 Các loại trị số octan

a) Trị số octan xác định theo ph-ơng pháp Môtơ (Motor Octan Number) ký hiệu là MON

- Trị số MON thể hiện đặc tính của xăng dùng trong động cơ trong điều kiện hoạt

động trên xa lộ, tốc độ cao nh-ng đều đặn hoặc khi động cơ chuyên chở nặng

b) Trị số octan xác định theo ph-ơng pháp nghiên cứu (Research Octan Number - RON) Trị số RON thể hiện đặc tính của xăng dùng cho động cơ hoạt động trong thành phố, tốc độ thấp lại hay phải giảm ga đột ngột

Cùng một mẫu xăng, Trị số RON bao giờ cũng lớn hơn MON do vậy khi nói trị số xăng của một loại xăng nào đó cần phân biệt là RON hay MON để tránh nhầm lẫn, hiệu số của của hai trị số RON, MON biếu thị cho sự thay đổi tính chất của xăng Độ nhạy cảm của một loại xăng thấp có nghiã là loại xăng đó ít thay đổi khả năng cháy trong các điều kiện hoạt động khác nhau của động cơ

c) Trị số octan thông dụng (Popullar Octan Number - PON) ở một số n-ớc sử dụng PON bằng trung bình cộng RON và MON để đặc tr-ng cho tính chống kích nổ của xăng thay vì dùng RON hay MON riêng rẽ

1.1.2.3.3 Tính ổn định hoá học của xăng

Tính ổn định khả ôxy hoá của xăng biểu thị khả năng xăng duy trì đ-ợc chất l-ợng ban

đầu trong quá trìng bơm hút, vận chuyển, tồn chứa, bảo quản Đánh giá tính ổn định hoá học của xăng bằng chỉ tiêu chất l-ợng: Hàm l-ợng nhựa thực tế và độ bền ôxy

1 Nhựa thực tế

Tiêu chuẩn xác định astm d 381

Là l-ợng cặn rắn còn lại sau khi làm bay hơi một thể tích xăng nhất định, tại nh-ng

điều kiện nhất định bằng cách thổi dòng không khí và hơi n-ớc ở nhiệt độ quy định qua mẫu xăng thí nghiệm Đ-ợc đo bằng mg/100ml

Xăng mới có hàm l-ợng thực tế nhỏ hơn xăng tồn chứa lâu ngày Hàm l-ợng nhựa thực tế tăng lên là do dưới ảnh hưởng của nhiệt độ, không khí, kim loại….các hợp phần kém ổn định trong xăng bị ôxy hoá tạo thành những hợp chất keo nhựa Các loại xăng có tính ổn định hoá học khác nhau tuỳ thuộc vào thành phần hoá học của chúng, xăng có hàm l-ợng nhựa thực tế nhỏ thì có độ ổn định hoá học càng cao và ng-ợc lại Hàm l-ợng nhựa của các loại xăng không đ-ợc v-ợt quá quy định là 4 -5mg/100ml tại nơi sản xuất và 8mg/100ml tại nơi chứa Nếu hàm l-ợng nhựa thực tế v-ợt quá quy

định sẽ ảnh h-ởng không tốt đến chỉ tiêu chất l-ợng khác của xăng nh- tính chống kích nổ, tính ăn mòn, tính bay hơi

2 Tính ổn định ôxy hoá

Tính ổn định ôxy hoá đ-ợc đo bằng chu kỳ cảm ứng, chu kỳ cảm ứng là khoảng thời gian đo bằng phút mà trong xăng không xảy ra sự kết tủa và vẩn đục khi bị ôxy hoá bởi ôxy trong không khí tại áp suất và nhiệt độ thích hợp chu kỳ cảm ứng của mẫu xăng thí nghiệm càng dài thì tính ổn định ôxy hoá của xăng càng tốt Nếu xăng đ-ợc bảo quản trong tr-ờng hợp không tốt, bị biến chất thì chu kỳ cảm ứng sẽ tăng lên Theo quy định chu kỳ cảm ứng của xăng không v-ợt quá 240 phút

1.1.2.3.4 Tính ăn mòn kim loại của xăng

Thành phần chủ yếu của xăng là các hợp chất Hydrocacbon hoàn toàn không có tác dụng ăn mòn kim loại tuy vậy trong xăng có chứa một số tạp chất ch-a đ-ợc loại bỏ triệt để khỏi xăng, hoặc trong quá trình tồn chứa, vận chuyển xăng bị nhiễm bẩn bởi các tạp chất, những tạp chất này có tác dụng ăn mòn kim loại làm ảnh h-ởng tới tuổi thọ hoạt động của máy Do đó cần kiểm nghiệm các chỉ tiêu chất l-ợng xăng này Để đánh giá các chỉ tính ăn mòn kim loại của các loại xăng ng-ời ta sử dụng các chỉ tiêu sau đây:

1 Hàm l-ợng l-u huỳnh tổng số

16

Đ-ợc xác định bằng phần trăm khối l-ợng so với mẫu xăng (%kl) Theo các tiêu chuẩn ở Việt Nam quy định l-u huỳnh tổng số trong các loại xăng ôtô không v-ợt quá (0,1 – 0,15 %kl)

1.1.2.4.1 Phân loại trên thị tr-ờng thế giới

Xăng ôtô xe máy đ-ợc phân làm ba loại: Xăng th-ờng, xăng cao cấp và xăng đặc

biệt

1 Xăng th-ờng: Là xăng có RON từ 92 trở xuống và đ-ợc sử dụng cho các lọi động

cơ xe tải, xe gắn máy có tỷ số nén từ 7 – 8,5, loại xăng th-ờng này cũng phân làm hai nhóm đ-ợc sản xuất theo tiêu chuẩn khác nhau của từng n-ớc, t-ờng khu vực

Xăng th-ờng có RON từ 90 – 92 đ-ợc sản xuất từ thập niên 70 trở lại đây, để thay thế loại xăng th-ờng có TSOT thấp hơn (RON = 80 – 86)

2 Xăng cao cấp(Super): Là loại xăng có TSOT từ (93 - 100) sử dụng thích hợp cho

tất cả các loại xe môtô gắn máy đời mới có tỷ số nén từ (8,8 - 10), tuỳ thuộc vào khu vực mà đ-ợc chia làm hai nhóm:

- Xăng cao cấp có RON 98 – 100 đ-ợc sản xuất ở các n-ớc công nghiệp phát triển

- Xăng cao cấp RON = 93 – 98 hiện đang đ-ợc sản xuất taị các khu vực Châu Âu và Châu á

3 Xăng th-ợng hạng

Loại xăng này có chất l-ợng tốt nhất đ-ợc dùng ở các n-ớc công nghiệp phát triển, dùng cho các loại xe có tỷ số nén từ 10 trở lên

1.1.2.4.2 Phân loại ở thị tr-ờng Việt Nam

Tr-ờng trên thị tr-ơng Việt Nam tr-ớc đây tồn tại các loại xăng nh-: xăng chì 83,

90, 92 Từ 01/11/2001 cấm sử dụng xăng pha chì trên toàn lãnh thổ Việt Nam (thế giới loại bỏ xăng pha chì từ những năm 1990)

Dựa trên trị số octan xăng đ-ợc chia làm ba loại sau:

1 Xăng th-ờng: Có trị số octan xác định theo ph-ơng pháp nghiên cứu, TSOT = 83

gọi là xăng chì 83

2 Xăng chất l-ợng cao: Có trị số octan xác định theo ph-ơng pháp nghiêm cứu

không nhỏ hơn 92 gọi là xăng chì 92

3 Xăng đặc biệt: Có TSOT xác định theo ph-ơng pháp nghiên cứu không nhỏ hơn 97

gọi là xăng chì 97

Bảng 1.1 Chỉ tiêu chất l-ợng xăng chì

Tên chỉ tiêu Tiêu chuẩn Mức quy định

1 Hàm l-ợng l-u huỳnh (ppm) ASTM D 1266 Max 300,0

Min 81,0 Min 91,0

Bảng 1.3 Tiêu chuẩn xăng chất cao cấp có chì của Trung Quốc

6 Độ ổn định ôxy hoá (min) ASTM D 525 Min 480,00 480,00

7 áp suất hơi bão hoà

(Psi/37,80C)

ASTM D 4935 Max 9,0 8,70

8 Trị số octan

49,0 100,0 195,0

B¶ng 1.4 Tiªu chuÈn chÊt l-îng x¨ng cña c¸c quèc gia SNG

- RON

G.8226 G.511

35,0 115,0 205,0

30,0 120,0 205,0

B¶ng 1.5 Tiªu chuÈn x¨ng cao cÊp kh«ng ch× cña Trung Quèc

Tªn chØ tiªu Tiªu chuÈn Cao cÊp 93 §Æc biÖt 95

ASTM D 525 Min 480,00 Min 480,00

6 ¸p suÊt h¬i b·o

Max 70,0 Max 120,0 Max 205,0

B¶ng 1.6 PhÈm chÊt x¨ng «t« kh«ng cã ch× mét sè n-íc trong khu vùc

Min97 Min85

Min95 Min84

Min98 Min87

2 Hµm l-îng ch× (g/l) Max0.005 Max0.013 Max0.013 Max0.003

3 ¸p suÊt h¬i b·o hoµ (kPa/37,80C) 60 - 70 Max70 Max62 -

22

4 Hàm l-ợng l-u huỳnh (%kl) Max 0,1 Max 0,15 Max 0,1 Max 0,05

5 ăn mòn mảnh đồng (3h/500C) Max N01 Max N01 Max N01 Max N01

6 Hàm l-ợng MTBE (%kl) Max15 Max15 5,5 – 11,0 -

Max74 Max120 Max190 Max240

Max74 Max100 Max170 Max200

Max74 Max100 Max180 Max205

9 Thời kỳ cảm ứng (min) 240 240 360 300

Bảng 1.7 Một số xăng không chì đang dần đ-ợc l-u hành rộng rãi tại việt Nam

90 92 95

1 Trị số Octan theo phương pháp

nghiên cứu (RON), không nhỏ hơn

90 92 95 ASTM D 2699

2 Hàm lượng chì, g/l, không lớn hơn 0,013 TCVN 6704:2000/

(ASTM D 5059)/ ASTM D 3237

STT Tên chỉ tiêu Xăng không chì Ph-ơng pháp thử

90 92 95

1 Trị số Octan theo phương pháp

nghiên cứu (RON), không nhỏ hơn

9 Hàm lượng benzen, %thể tích,

Không lớn hơn

5

TCVN 6703:2000/ (ASTM D 3606)

10 Khối lượng riêng (ở 15oC), kg/ m3 Bỏo cỏo TCVN 6594:2000/

(ASTM D 1298)

tạp chṍt lơ lửng Kiểm tra bằng mắt thường

1.1.2.4.5 Phạm vi sử dụng xăng

Tùy vào tỷ số nén của động cơ lắp trên xe mà đ-ợc sử dụng các loại xăng khác nhau, dựa vào mối quan hệ giữa tỷ số nén của động cơ và trị số octan của xăng

Việc lựa chọn TSOT của xăng sử dụng phụ thuộc vào tỷ số nén của động cơ Động cơ

có tỷ số nén cao là đòi hỏi xăng sử dụng phải có trị số octan cao Nếu dùng loại có trị

số octan thấp sẽ gây hiện t-ợng kích nổ Nếu dùng loại xăng có trị số octan cao hơn yêu cầu của động cơ cũng không tốt gây lãng phí xăng, động cơ hoạt động không ổn

định, dễ nóng máy Với hai loại xăng bỏn trờn thị trường hiện nay là Mogas 90 và Mogas 92, cỏc xe gắn mỏy cú tỷ số nén từ 7:1 đến 8:1 đều cú thể hoạt động một cỏc trơn tru nếu đảm bảo được cỏc thụng số kỹ thuật khỏc như: tỡnh trạng sạch sẽ của động

cơ, vị trớ đỏnh lửa và thụng số quỏn tớnh vận hành “Run-on” (“Run-on” là thuật ngữ dùng để chỉ xu hướng tiếp tục hoạt động của động cơ khi ngắt nguồn điện bugi, nếu quỏn tớnh này càng lớn, động cơ càng dễ bị kớch nổ) Dũng xe cao cṍp của cỏc hóng xe

24

hơi danh tiếng như Mercedes-Benz, GM Daewoo, Lexus, BMW đang hoạt động ở Việt Nam, động cơ được trang bị hệ thống điều hành tự động gồm hai hệ thống thứ cṍp: Hệ thống kiểm soỏt lưu lượng dũng khụng khớ, lưu lượng dũng nhiờn liệu, thời gian đỏnh lửa bugi; và hệ thống cảm biến cỏc thụng số nồng độ oxy trong khớ thải, mức độ kớch

nổ, nhiệt độ khớ thải, nhiệt độ chṍt làm mỏt và nhiệt độ van nạp Trong trường hợp sử dụng loại xăng cú chỉ số Octan khỏc loại đang dùng, hệ thống sẽ lập tức đưa động cơ

về trạng thỏi hoạt động tối ưu nhṍt đối với loại xăng đú bằng cỏch thay đổi thụng số dũng nhiờn liệu, dũng khụng khớ để điều chỉnh hỗn hợp xăng-giú, ra lệnh cho bugi đỏnh lửa sớm hay muộn (Gúc đỏnh lửa sớm tỷ lệ thuận với chỉ số Octan, 60 đối với xăng 93, 80 với xăng 96) Tuy nhiờn, trờn thực tế, vẫn cú một giỏ trị về chỉ số Octan tối ưu dành cho từng loại động cơ ở từng điều kiện vận hành nhṍt định, giỏ trị này thường được cỏc nhà sản xuṍt đưa ra Nếu loại nhiờn liệu sử dụng cú chỉ số Octan cao hơn, công suất động cơ cũng không cao hơn so với sử dụng loại nhiờn liệu cú chỉ số Octan đỳng như yờu cầu Động cơ đang vận hành trơn tru ở điều kiện tối ưu, vỡ thế, một nhiờn liệu cú chỉ số Octan cao hơn sẽ chẳng cú ảnh hưởng đỏng kể nào đến hoạt động của chỳng Khi sử dụng một chiếc xe được trang bị những hệ thống hiện đại như vậy, cần phải lưu rằng hai yếu tố cụng suṍt động cơ và sử dụng nhiờn liệu một cỏch kinh tế cú vai trũ ngang nhau Nhiờn liệu cú chỉ số Octan cao hơn đương nhiờn sẽ đắt hơn, và như vậy sẽ phải chi nhiều tiền hơn Cũn nếu nhiờn liệu cú chỉ số Octan thṍp hơn chỉ số Octan tối ưu khụng đỏng kể thỡ việc sử dụng nhiờn liệu cú chỉ số Octan cao hơn sẽ làm cho hệ thống điều hành tự động chuyển về điều kiện vận hành tối ưu, lỳc

đú động cơ làm việc khoẻ hơn, đồng thời vṍn đề kinh tế cũng được cải thiện Một l-u

ý nữa khi sử dụng xăng là nờn thay đổi chỉ số Octan ở cỏc mùa khỏc nhau (chọn loại xăng cú chỉ số Octan thṍp hơn về mùa đụng) để tiết kiệm tiền mà khụng làm giảm công suất của động cơ

Để Thuận tiện trong quá trình sử dụng các n-ớc tây âu và Liên Xô cũ đã đ-a ra quy định t-ơng quan giữa tỷ số nén với trị số Octan nh- sau:

Bảng 1.8 T-ơng quan giữa tỷ số nén với trị số Octan của Tây Âu

A Quy định của Tây Âu

Đức 7,8 11,0 82,5 101,0

Bảng 1.9 T-ơng quan giữa tỷ số nén với trị số Octan của Liên Xô

B Quy định của Liên Xô

Một số loại Xăng cao cấp khác

Tỷ số nén Chỉ số octan tối -u Tỷ số nén Chỉ số octan tối -u

26

1.1.3 Nhiên liệu Diesel

1.1.3.1 Công dụng của dầu Diesel

Dầu Diesel là loại nhiên liệu đ-ợc tạo thành từ quá trình tinh chế dầu mỏ, đ-ợc tạo

ra từ dầu nặng hơn sau khi đã rút xăng ra

Công dụng chủ yếu của dầu Diesel là làm nhiên liệu đốt cháy cho động cơ có tỷ số nén cao, gọi là dộng cơ Diesel Đặc điểm khác với xăng là dầu Diesel có khả năng tự bốc cháy trong không khí có áp suất, nhiệt độ cao

1.1.3.2 Thành phần hoá học của dầu Diesel

Thành phần chủ yếu của nhiên liậu Diesel dùng cho động cơ ôtô bao gồm:

- Hydrocacbon no mạch vòng Alkyl Cycl

- Thành phần Hydrocacbon thơm thuộc loại benzen, có khả năng tự bốc cháy thấp, gồm các nhóm:

1.1.3.2.2 Thành phần chất phụ gia

Đó là các chất hoá học bổ xung vào nhiên liệu với hàm l-ợng nhỏ để cải thiện một vài tính chất khai thác của dầu Diesel Trong quá trình nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng ng-ời ta tạo ra nhiều chất phụ gia khác nhau D-ới đây là một số chất phụ gia

đ-ợc dùng phổ biến:

1 Chất tăng c-ờng tự bốc cháy Làm tăng chỉ số Xetan của nhiên liệu chất phụ gia

này bao gồm các ete nitrit của một số r-ợu(ankol) Đồng đẳng Propi Nitorat, Xyclohekxyn, … Những chất này kém ổn định, đó là nguồn tạo ra chất tự do

2 Chất phụ gia chống ôxy hoá: Để giảm hay ngăn ngừa khả năng ôxy hoá của nhiên

liệu ng-ời ta dùng các hợp chất của Fenol

3 Chất phụ gia ổn định: Chất này ngăn ngừa sự lắng đọng n-ớc trong nhiên liệu khi

bảo vệ nó Chất phụ gia đ-ợc sử dụng là các Amin mạch thẳng, Cao phân tử và một số chất đồng phân mạch thẳng

4 Chất phụ gia chống đông đặc: Chất này làm giảm nhiệt độ đông đặc của nhiên

liệu, chất phụ gia đ-ợc dùng là sản phẩm đồng trùng hợp

Etylen – Vinyl Xetan Hiệu quả nhất của chất phụ gia này là chỉ cần hàm l-ợng nhỏ có trong dầu Diesel khoảng 5 – 8%

5 Ngoài ra còn có nhiều chất phụ gia khác nh-: Chất phụ gia tẩy rửa, chất chống

2 Hàm l-ợng tro

Tiêu chuẩn xác định astm d 482, TCVN 3690 - 97

Hàm l-ợng tro đ-ợc đánh giá bằng độ tro, là những chất cặn không bị đốt cháy của nhiên liệu Bao gồm các muối oxit kim loại, tạp chất cơ học rơi vào dầu trong quá trình vận chuyển, bảo quản Độ tro đ-ợc đánh giá bằng kích th-ớc hạt cứng tạo thành sau khi đốt chấy nhiên liệu, nó có khả năng mài mòn các chi tiết Khi nhiệt độ không lớn hơn 5500C, tro tạo thành khi nhiên liệu cháy và đ-ợc thải ra ngoài cùng khí thải

Độ tro đ-ợc tính theo % trong khối l-ợng nhiên liệu Với nhiên liệu Diesel độ tro không quá 0,01% (TCVN 2690 - 1995)

28

3 Hàm l-ợng l-u huỳnh

Tiêu chuẩn xác định astm d 129, 2622

L-u huỳnh là một chất có hại vì hợp chất của nó trong điều kiện xác định có khả năng ăn mòn các chi tiết kim loại như: Piston, xilanh, đường ống xả…

Hợp chất l-u huỳnh hình thành là do cháy l-u huỳnh là một trong nh-ng nguyên nhân chủ yếu ăn mòn ống lót xilanh Do liên kết Anhydrit sufuric với hơi n-ớc chứa trong sản phẩm cháy tạo thành hơi axít và a xít ăn mòn kim loại Ngoài ra khi nhiệt độ thành xilanh thấp gây ng-ng tụ a xít l-u huỳnh dẫn đến ăn mòn Ngoài ra sản phẩn cháy l-u huỳnh và hợp chất của nó, làm tăng mài mòn các chi tiết làm việc vì chúng có

độ cứng cao do đó dầu bôi trơn cần có độ bền thích hợp Yêu cầu hàm l-ợng l-u huỳnh không v-ợt quá (0,5 – 1% kl)

Qua nghiên cứu cho thấy khi hàm l-ợng l-u huỳnh tăng từ 0,12 – 0,57 thì mức độ ăn mòn piston tăng 5,5 lần, xilanh tăng 3,5 lần

4 Hàm l-ợng n-ớc

Tiêu chuẩn xác định astm d 95

N-ớc lẫn vào nhiên liệu trong quá trình vận chuyển, bảo quản Nhiên liệu chứa n-ớc làm tăng mức độ điện ly của các chất gây ăn mòn lẫn trong nhiên liệu do đó nó gây ăn mòn các thiết bị chứa, do đó dẫn đến động cơ khó khởi động gây gián đoạn sự làm việc của động cơ Theo một số quy định, hàm l-ợng n-ớc không quá 1%

5 Hàm l-ợng tạp chất cơ học

Tiêu chuẩn xác định astm d 2709, 95, 96

Tạp chất cơ hoc trong nhiên liệu chủ yếu là các hạt cốc cơ học, kim loại, rỉ sắt rơi vào nhiên liệu khi điều chế, bảo quản, vận chuyển.Tạp chất này làm bẩn két đựng, màng lọc, làm tăng độ mài mòn của các chi tiết nh- ống lót xilanh, xéc măng, vòi phun… Theo tiêu chuẩn trong nhiên liệu Diesel không cho phép chứa các tạp chất cơ học

1.1.3.3 Đặc tính và chỉ tiêu chất l-ợng dầu Diesel

1.1.3.3.1 Tính cháy của nhiên liệu Diesel

Trong xilanh động cơ, không khí đ-ợc nén tới một nhiệt độ và áp suất nhất định, lúc này nhiên liệu đ-ợc phun d-ới dạng tơi s-ơng vào buồng đốt, gặp không khí nóng, nhiên liệu nóng dần lên đạt tới nhiệt độ tự cháy khi đó hơi nhiên liệu tự bùng cháy mà không cần tia lửa của bugi Khi hơi nhiên liệu Diesel tự bùng cháy thì động cơ bắt đầu làm việc Để thực hiện chu kỳ làm việc bình th-ờng thì nhiệt độ không khí cuối kỳ nén phái cao hơn nhiệt độ bốc cháy của nhiên liệu Ví dụ nhiên liệu động cơ ôtô nhiệt độ bén cháy cao hơn 650C

Hiện t-ợng cháy của nhiên liệu Diesel xẩy ra hai tr-ờng hợp đó là hiện t-ợng cháy bình th-ờng và hiện t-ợng cháy không bình th-ờng

1 Hiện t-ợng cháy bình th-ờng: Nếu hơi nhiên liệu có nhiệt độ cháy thích hợp, dễ

tự bén cháy, thời gian bén cháy đủ ngắn, thì khi bắt đầu cháy hơi nhiên liệu tích tụ

trong buồng cháy nhiều, hiện t-ợng cháy xẩy ra bình th-ờng, áp suất, nhiệt độ cháy tăng đều đặn

2 Hiện t-ợng cháy không bình th-ờng:

Nếu hơi nhiên liệu khó tự cháy, thời gian cháy trễ kéo dài làm cho hơi nhiên liệu tích luỹ khá nhiều trong buồng đốt Do vậy khi bắt đầu tự cháy, hơi nhiên liệu sẽ cháy một cách mãnh liệt làm áp suất, nhiệt độ buồng cháy tăng mãnh liệt làm áp suất, nhiệt độ buồng cháy tăng đột ngột, gây sóng chấn động đập vào thành xilanh tạo tiếg

động, hơi nhiên liệu cháy không kịp, xả khói đen… đó là tất cả biểu hiện của quá trình cháy không bình th-ờng giống hiện t-ợng kích nổ của hơi xăng trong động cơ xăng

- Để đánh giá tính tự cháy của nhiên liệu Diesel ng-ời ta dùng trị số Xetan (TSXT) Nhiên liệu có trị số Xetan cao thì nhiệt độ tự bốc cháy càng thấp, tính tự cháy tốt

TSXT của nhiên liệu động cơ Diesel đ-ợc xác định trong máy đo trị số Xetan, dựa trên so sánh sự bén cháy trùng lặp của nhiên liệu thí ngiện với nhiên liệu chuẩn TSXT của nhiên liệu Diesel có liên quan trực tiếp tới tốc độ quay của động cơ, do vậy muốn động cơ hoạt động bình th-ờng, bảo đảm công suất thì đòi hỏi niên liệu phải có trị số Xetan phù hợp tốc độ quay của động cơ, ở động cơ ôtô tốc độ th-ờng lớn hơn 100vòng/phút nên trị số Xetan phải trên 50 Khi động cơ làm viêc êm, đạt công suất cao mà trị số Xetan thấp hơn yêu cầu thì động cơ làm việc khó khăn, máy nóng, công suất giảm Khi trị số xetan của nhiên liệu cao hơn mức yêu cầu, thì hơi nhiên liệu tự cháy quá nhanh nên cháy không hoàn toàn, xả khói đen, bẩn máy, tiêu hao nhiên liệu

và gây ô nhiễm môi tr-ờng

Thông th-ờng trị số nhiên liệu có TSXT vào khoảng 40 – 50 sử dụng tất cho các

động cơ hoạt động vào mùa hè và TSXT khoảng 50 – 55 tốt cho động cơ làm việc vào mùa đông

1.1.3.3.2 Tính bay hơi của nhiên liệu

Tính bay hơi của nhiên liệu ảnh h-ởng rất lớn đến sự hình thành hỗn hợp nhiên liệu trong không khí khi quá trình tạo hỗn hợp cháy thực hiện đều đặn động cơ sẽ hoạt

động bình th-ờng và ổn định, khi quá trình cháy tạo ra bất th-ờng sẽ làm cho hoạt

động của động cơ không ổn định Để đánh giá độ bay hơi của nhiên liệu Diesel ng-ời

ta xác định thành phần điểm sôi

- Tiêu chuẩn xác định thành phần điểm sôi:

Chỉ tiêu chất l-ợng này đ-ợc xác định trong dụng cụ tr-ng cất tiêu chuẩn hoá Đối với dầu Diesel cần xác định thành phần điểm sôi nh- sau:

30

1 Điếm sôi 10%: Biểu thị cho thành phần nhẹ trong dầu Diesel yêu cầu thành phần

này chiếm một tỷ lệ nhất định Thực tế yêu cầu T10%  2000C Nếu T10%< 2000 chứng tỏ trong dầu Diesel có tỷ lệ hợp phần nhẹ cao, khi cháy sẽ làm tăng nhanh áp suất để dẫn tới cháy kích nổ Nếu thành phần nhẹ quá nhiều dẫn đến sự phun s-ơng không tốt, giảm tính đồng nhất của hỗn hợp dẫn đến nhiên liệu khi cháy tạo khói đen, muội than làm bẩn máy và pha loãng dầu nhờn, động cơ làm việc kém công suất…

2 Điẻm sôi 50%V: ảnh h-ởng đến tính khởi động máy Nhiên liệu có điểm sôi T50%

thích hợp (2800C) sẽ khiến động cơ khởi động dễ dàng

3 Điểm sôi 90%: Biểu hiện cho khả năng cháy hoàn toàn của hơi nhiên liệu T90% của dầu Diesel không lên v-ợt quá nhiệt độ 3700C Qua thực tế cho thấy thành phần điểm sôi của nhiên liệu Diesel ảnh h-ởng rất lớn tới công suất làm việc và tuổi thọ của động cơ

- Khi ở 3000C cất đ-ợc 93% thể tích thì nhiên liệu tiêu hao là 100%

- Khi ở 3000C cất đ-ợc 80% thể tích thì nhiên liệu tiêu hao là 117%

- Khi ở 3000C cất đ-ợc 20% thể tích thì nhiên liệu tiêu hao là 131%

Thành phần điểm sôi không hợp lý gây mòn xéc măng, xilanh

- Khi cất đ-ợc 50% ở 2300C thì khe hở xéc măng là 0,6mm

- Khi cất đ-ợc 50% ở 3000C thì khe hở xéc măng là 0,8mm

- Khi cất đ-ợc 50% ở 3500C thì khe hở xéc măng là 1,2mm

Thành phần điẻm sôi còn ảnh h-ởng tới l-ợng khí xả

- Khi ở 3000C cất đ-ợc 95% thể tích thì l-ợng khói xả ra là 43 đơn vị khói

- Khi ở 3000C cất đ-ợc 75% thể tích thì l-ợng khói xả ra là 63 đơn vị khói

- Khi ở 3000C cất đ-ợc 20% thể tích thì l-ợng khói xả ra là 85 đơn vị khói

1.1.3.3.3 Độ nhớt của nhiên liệu

Một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất của nhiên liệu Diesel là sự l-u chuyển dễ dàng trong hệ thống cung cấp nhiên liệu và nạp nhiên liệu vào buồng đốt của động cơ Tính chất này còn đặc biệt quan trong khi động cơ hoạt động ở nơi có nhiệt độ môi tr-ờng thấp nh- các xứ lạnh chất l-ợng này đ-ợc đánh gía bằng chỉ tiêu độ nhớt và nhiệt độ đông đặc

1 Độ nhớt động học

Tiêu chuẩn xác định astm d 445, TCVN 3171 - 95

Có nhiều loại độ nhớt nh-ng thông th-ờng sử dụng độ nhớt động học để đánh giá tính l-u chuyển của nhiên liệu Diesel Cơ số của ph-ơng pháp xác định độ nhớt động học là đo thời gian l-u chuyển của một l-ợng thể lỏng qua mao quản của ống đo độ nhớt

Những yếu tố ảnh h-ởng đến độ nhớt động học của nhiên liệu Diesel

a) ảnh h-ởng của cấu trúc phân tử thể lỏng

Thực tế cho thấy phân tử càng cồng kềnh, nhiều nhánh, nhiều mạch thì độ nhớt càng cao

đốt Nhất là khi động cơ làm việc trong môi tr-ờng nhiệt độ thấp Nếu độ nhớt quá thấp

sẽ làm giảm hệ số nạp nhiên liệu do đó để xác định tính phù hợp của độ nhớt dối với từng loại động cơ và từng vùng khí hậu khác nhau thì độ nhớt của dầu Diesel ở 2000C

1.1.3.3.4 Tính ăn mòn của nhiên liệu Diesel

Cũng nh- trong nhiên liệu xăng trong nhiên liệu Diesel có một l-ợng tạp chất mang tính ăn mòn nhất định

Yêu cầu l-ợng tạp chất này không d-ợc v-ợt qáu giới hạn cho phép để tính ăn mòn không ảnh h-ởng tới chất l-ợng nhiên liệu Tính ăn mòn kim loại của nhiên liệu Diesel

đ-ợc đánh giá bằng chỉ tiêu chất l-ợng: Kiểm nghiệm ăn mòn mảnh đồng, hàm l-ợng l-u huỳnh tổng số và độ axit của nhiên liệu

1 Kiểm nghiệm tính ăn mòn mảnh đồng

Tiêu chuẩn xác định astm d 130, TCVN 2694 - 95

Các nhiên liệu Diesel cần đ-ợc kiểm nghiệm tính ăn mòn mảnh đồng ở nhiệt độ xác

định trong khoảng thời gian quy định Bằng cách ngâm mảnh đồng vào dầu trong thời gian ba giờ ở nhiệt độ 500C sau đó so sánh vói màu sắc của mảnh đồng với màu sắc quy định và rút ra kết luận

2 Hàm l-ợng l-u huỳnh

Hàm l-ợng l-u huỳnh không d-ợc v-ợt quá quy định nh- dẫ trình bày

3 Độ axit

Tiêu chuẩn xác định astm d 974, 664, TCVN 2695

Độ axit trong dầu đ-ợc xác định bằng l-ợng KOH đủ để trung hoà với l-ợng axit trong dầu, đơn vị đo (mgKOH/g)

1.1.3.3.5 Tính mài mòn của nhiên liệu Diesel

Khi vận hành ở bất cứ loại động cơ đốt trong nào đều có các cặn cácbon tạo thành

ở các dạng khác nhau Hiện t-ợng này đặc biệt thấy rõ trong động cơ Diesel Do nhiên liệu Diesel t-ơng đối nặng và điều kiện làm việc của động cơ khá khắc nhiệt Cặn

32

cácbon tạo thành là nguyên nhân cơ bản tăng tính mài mòn của động cơ Ngoài ra trong nhiên liệu Diesel có thể lẫn các loại cát, bụi, mạt kim loại….có tên chung là tạp chất cơ học, các tạp chất này cùng với cặn cácbon tăng tính mài mòn đối với các chi tiết máy Tính ăn mòn của kim loại đ-ợc đánh giá bằng chỉ tiêu chất l-ợng hàm l-ợng tro, độ cốc, hàm l-ợng tạp chất…

1.1.3.3.6 Tính năng an toàn chống cháy nổ

Để đặc tr-ng cho tính an toàn chống cháy nổ của đầu Diesel, ng-ời ta quy định

nhiệt độ bén cháy của dầu Nhiệt độ bén cháy là tại đó hơi nhiên liệu đ-ợc đốt nóng tạo thành hỗn hợp với không khí và bị bén cháy khi có mồi lửa ở gần

Nhiệt độ bén cháy của đầu Diesel theo quy định không thấp hơn 50 – 650C

1.1.3.4 Phân loại dầu Diesel

1.1.3.4.1 Phân loại theo số vòng quay của động cơ và trị số xetan

- Nhóm 1: Nhiên liệu dùng cho động cơ cao tốc phân làm hai loại nhiên liệu

- Loại Super – có trị só xetan bằng 50 và phạm vi độ sôi là 180 – 3200C đ-ợc dùng cho động cơ tốc độ cao nh- động cơ ôtô

- Loại th-ờng trị số xetan bằng 52 nh-ng độ sôi rộng hơn 175 – 3450C nh-ng đ-ợc sản xuất bằng cách pha trộn tỷ lệ hợp lý các sản phẩm khác nhau của quá trình ch-ng cất dầu Nhiên liệu này dùng cho động cơ cao tốc nh-ng chất l-ợng kém hơn loại Super

- Nhóm 2: Nhiên liệu dùng cho loại động cơ thấp tốc cũng đòi hỏi chất l-ợng tiêu chuẩn nhiên liệu nh- nhiên liệu dùng cho động cơ cao tốc tuy nhiên trị số xetan nhỏ hơn, làm trong khoảng 40 – 45, độ bay hơi thấp, điểm sôi cuối cao hơn khoảng (360 – 3700C)

- Nhiên liệu Diesel có hàm l-ợng l-u huỳnh không lớn hơn 0,5% khối l-ợng, ký hiệu

DO 0,5%S

- Nhiên liệu Diesel có hàm l-ợng l-u huỳnh từ 0,5 – 1% khối l-ợng, ký hiệu DO 1%S

1.1.3.5 Yêu cầu kỹ thuật của nhiên liệu Diesel

Theo tiêu chuẩn của Việt Nam Dầu Diesel có những đặc tính sau:

Bảng 1.11 Chỉ tiêu chất l-ợng nhiên liệu Diesel

DO 0.5%S

DO 1,0%S

+5 +9

TCVN 3753 – 95 ASTM D 97

34

Bảng 1.13 Chất l-ợng nhiên liệu Diesel Trung Quốc

0,2 0,5

62,0 40,0

7 Độ nhớt động học ở 200C GOST 33 1,8 – 5,0 3,0 – 6,0

9 Nhiệt độ đông đặc (0C) GOST 5066 Max-35,0 -10,0

280,0 360,0

định

Kết quả đăc tr-ng

2 Hàm l-ợng l-u huỳnh(%kl) G B 380 Max 0,30 0,031

5 Nhiệt độ bén cháy cốc kín (0C) ASTM D 93 Min 66,00 86,0

6 Độ nhớt động học ở 200C ASTM D 445 Max 8,00 4,69

1.1.3.6.2 Trên thị tr-ờng Việt Nam(Công ty PP)

DO 0,25%S

6701:2002(ASTM D 2622)/ ASTM D129/ ASTM D 4294

3 Nhiệt độ cṍt, oC,

90% thể tớch,

khụng lớn hơn

TCVN 2698:2002/ (ASTM D 86)

11.Nhiệt độ đông đặc (0C) ASTM D 97 Max0,00 -

274

319

DO 0,25%S

11 Khối lượng riêng

ở 15oC, kg/l Báo cáo Báo cáo Báo cáo

TCVN 6594: 2000/ (ASTM D 1298)

1.1.4 Giới thiệu về nhiên liệu thay thế

Nhiên liệu thay thế có thể được phân thành 2 nhóm:

- Nhóm các nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch gồm: Ethanol, khí thiên nhiên (NG- Natural Gas), khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG- Liquefied Petroleum Gas), methanol, hyđrô, khí hóa lỏng (GTL-Gas To Liquid), than đá hóa lỏng (CTL-Coal To Liquid), và Dimethyl ether (DME)

- Nhóm các loại nhiên liệu có nguồn gốc tái tạo (nhiên liệu sinh học) gồm: Khí sinh học (biogas), Ethanol sinh học (bio-ethanol), methanol sinh học (bio-methanol), hyđrô, dầu thực vật (vegetable oil), diesel sinh học (bio-diesel hay FAME – Fatty Acid Methyl Ester), dầu thực vật/mỡ động vật hyđrô hóa (HVO – Hydrotreating Vegetable Oil) và sinh khối hóa lỏng (BTL – Bio-mass To Liquid)

Tóm lược về việc lựa chọn nhiên liệu thay thế cho động cơ đốt trong được thể hiện trên Hình 1.1

Hình 1.1 Các loại nhiên liệu thay thế cho động cơ đốt trong (nguồn: Daimler AG)

Các loại nhiên liệu sinh học (nhiên liệu có nguồn gốc tái tạo) được chia thành các thế hệ như: Nhiên liệu sinh học thế hệ I (sản xuất từ thực phẩm), thế hệ II (sản xuất

từ nguồn thực phẩm không ăn được) và thế hệ III (sản xuất từ vi tảo) Trong đó, nhiên liệu sinh học thế hệ I đang chiếm sản lượng chính mặc dù vấn đề an ninh lương thực đang được đặc biệt quan tâm; nhiên liệu sinh học thế hệ II và III đang trong giai đoạn hoàn thiện công nghệ và bắt đầu được sản xuất ở quy mô thử nghiệm để tiến tới quy

mô thương mại

1.1.4.1 Nhiên liệu sinh học

Theo tính toán của các chuyên gia kinh tế năng lượng, dầu mỏ và khí đốt hiện chiếm khoảng 60-80% cán cân năng lượng thế giới Diễn biến phức tạp của giá xăng dầu gần đây là do nhu cầu dầu thô ngày càng lớn và những bất ổn chính trị tại những

nước sản xuất dầu mỏ Để đối phó tình hình đó, cần tìm ra các nguồn năng lượng thay

thế, ưu tiên hàng đầu cho các nguồn năng lượng tái sinh và thân thiện với môi trường Trong số các nguồn năng lượng thay thế dầu mỏ đang sử dụng hiện nay (năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng hạt nhân,…), năng lượng sinh học đang là

xu thế phát triển tất yếu, nhất là ở các nước nông nghiệp và nhập khẩu nhiên liệu, do các lợi ích của nó như: công nghệ sản xuất không qua phức tạp, tận dụng nguồn nguyên liệu tại chỗ, tăng hiệu quả kinh tế nông nghiệp, không cần thay đổi cấu trúc động cơ cũng như cơ sở hạ tầng hiện có và giá thành cạnh tranh so với xăng dầu

1.1.4.1.1 Lý do sử dụng nhiên liệu sinh học

- Giảm sự phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch vì nguồn nhiên liệu hóa thạch là có hạn và đang dần bị cạn kiệt

38

- Nhu cầu về năng lượng tăng nhanh

- Giảm phát thải gây hiệu ứng Nhà kính

- Phát triển kinh tế ở các vùng xa trung tâm

1.1.4.1.2 Những lợi ích của việc sản xuất nhiên liệu sinh học

NLSH có thể giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch đắt đỏ, đang cạn kiệt:

Do NLSH có thể thay thế nhiên liệu hóa thạch sử dụng trong các phương tiện giao thông và các thiết bị năng lượng, triển vọng của loại nhiên liệu này là khả quan, đây là loại nhiên liệu bền vững thay cho các nguồn năng lượng hóa thạch đắt đỏ đang

bị cạn kiệt Loại nhiên liệu này có thể xuất hiện trong một phạm vi nhất định, nhưng vẫn không khắc phục được tình trạng “đói nhiên liệu” đang gia tăng hiện nay trên thế giới

NLSH có thể giải quyết các vấn đề biến đổi khí hậu:

Các cây trồng nông nghiệp và các nguyên liệu sinh khối khác được coi là các nguyên liệu góp phần làm trung hòa cácbon bởi chu kỳ sống thực tế của nó, thực vật thu cácbon điôxit thông qua quá trình quang hợp.Tuy nhiên, các nguyên liệu đầu vào

sử dụng trong quá trình sản xuất NLSH được coi là nguyên liệu tái tạo và có khả năng làm giảm phát thải khí nhà kính (GHG) Nhưng, cho dù các nhiên liệu đầu vào tự chúng có khả năng trung hòa cácbon, thì quá trình chuyển đổi các vật liệu thô thành NLSH có thể gây phát thải cácbon vào khí quyển Vì vậy, NLSH phải góp phần vào giảm phát thải các bon, chúng phải được chứng minh giảm thải thực sự GHG trong tất

cả chu trình sản xuất và sử dụng NLSH

NLSH có thể tăng cường an ninh năng lượng quốc gia:

Sự phụ thuộc vào dầu nhập khẩu có thể không những làm suy kiệt dự trữ ngoại

tệ của quốc gia, mà còn tạo ra sự mất ổn định về an ninh năng lượng của quốc gia đó

Từ khi NLSH được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu bản địa của nhiều nước châu Á, loại nhiên liệu này có vai trò là nhiên liệu thay thế cho các nhiên liệu hóa thạch có thể giảm sự phụ thuộc nhập khẩu dầu và tăng cường an ninh năng lượng quốc gia.Tuy nhiên, điều quan tâm là một số nước đang bị lôi cuốn bởi nhiều hứa hẹn về an ninh năng lượng hơn và họ tiếp tục bỏ chi phí để đảm bảo an ninh của các nhu cầu khác nữa như an ninh lương thực, an ninh về nguồn cung cấp nước và không quan tâm tới việc bảo vệ các nguồn tài nguyên thiên nhiên như rừng tự nhiên và sự đa dạng sinh học của chúng

NLSH có thể hình thành sự tham gia của các xí nghiệp nhỏ và vừa (SMEs):

Khác với nhiên liệu dầu và khí, thậm chí là than cần phải xây dựng cơ sở hạ tầng lớn để khai thác và xử lý, với sự tham gia của các tập đoàn lớn và các công ty đa quốc gia, việc sản xuất NLSH sẽ không đòi hỏi đầu tư và xây dựng các nhà máy xử lý

tổng hợp lớn Vì vậy, đầu tư và quy trình sản xuất NLSH có thể nằm trong phạm vi SMEs có thể chấp nhận được Dựa vào nguyên liệu đầu vào và khả năng đầu ra, công suất của các nhà máy sản xuất NLSH có thể thiết kế phù hợp với yêu cầu đặc thù Các hoạt động sản xuất NLSH dựa vào các nguyên liệu nông nghiệp hoặc các hệ thống modul có thể được thực hiện để sản xuất NLSH phục vụ cho tiêu thụ cục bộ của các thiết bị có động cơ tại các trang trại Đầu tư cho NLSH có thể mở ra các cơ hội tham gia của các công ty trong nước

NLSH có thể đóng góp vào phát triển kinh tế- xã hội của các cộng đồng địa phương và các ngành kinh tế đang phát triển:

Vai trò của ngành nông nghiệp trang trại trong dây chuyền sản xuất NLSH sẽ

mở ra cơ hội cho các cộng đồng địa phương kết hợp hoạt động và thu được các lợi ích nhất định để có thể tạo ra phát triển kinh tế-xã hội Việc mở rộng sản xuất nông nghiệp

do tăng nhu cầu các nguyên liệu thô cho sản xuất NLSH có thể tạo ra việc làm mới và thu nhập nhiều hơn cho nông dân Tạo cơ hội việc làm trong sản xuất NLSH là rất lớn Bằng việc quản lý phù hợp, an toàn và linh hoạt sản xuất NLSH có khả năng tạo ra phát triển kinh tế-xã hội tốt hơn đối với cộng đồng và đặc biệt là đóng góp vào công cuộc giảm đói nghèo

1.1.4.1.3 Nguyên liệu sản xuất nhiên liệu sinh học ( NLSH )

Nguyên liệu để sản xuất NLSH rất đa dạng, phong phú có nguồn gốc từ các vật liệu sinh khối như củi, gỗ, rơm, trấu, phân và mỡ động vật nhưng đây chỉ là những dạng nhiên liệu thô NLSH dùng cho giao thông vận tải chủ yếu gồm: các loại cồn sản xuất bằng công nghệ sinh học để sản xuất ra Gasohol (Methanol, Ethanol, Buthanol, nhiên liệu tổng hợp Fischer Tropsch); các loại dầu sinh học để sản xuất diesel sinh học (dầu thực vật, dầu thực vật phế thải, mỡ động vật) Hay nói cách khác; NLSH là loại nhiên liệu được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc động thực vật (sinh học) Tính chất thân thiện với môi trường

Nguồn nhiên liệu tái sinh: các nhiên liệu này lấy từ hoạt động sản xuất nông nghiệp và có thể tái sinh Chúng giúp giảm sự lệ thuộc vào nguồn tài nguyên nhiên liệu không tái sinh truyền thống

Tuy nhiên hiện nay vấn đề sử dụng NLSH vào đời sống còn nhiều hạn chế do chưa hạ được giá thành sản xuất xuống thấp hơn so với nhiên liệu truyền thống Trong tương lai, khi nguồn nhiên liệu truyền thống cạn kiệt, NLSH có khả năng là nguồn thay thế NLSH có thể được tạm chia thành các nhóm sau:

* Nhiên liệu sinh học rắn

Một số loại nhiên liệu sinh học rắn mà các nước đang phát triển sử dụng hàng ngày trong công việc nấu nướng hay sưởi ấm là gỗ, than và các loại phân thú khô Tuy