Bảng 1:Nhiệt độ bốc cháy C của một số nhiên liệu và khí Dầu điezen chỉ số xetan 60 247 242 Ảnh hưởng của áp suất đến nhiệt độ cháy Hình 1: Ảnh hưởng của áp suất đến nhiệt độ cháy Giới
Trang 11 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Nhiên liệu sử dụng
Nhiên liệu là những vật liệu có khả năng cung cấp nhiệt lượng
Trong tự nhiên, nhiên liệu tồn tại ở ba trạng thái: rắn, lỏng và khí.
Nhiên liệu rắn gồm: thực vật phế thải, gỗ và than gỗ, than ở các dạng khác nhau như: than đá, than bùn
Nhiên liệu lỏng gồm: dầu mỏ và các sản phẩm từ dầu mỏ: xăng, dầu DO, dầu FO…
Nhiên liệu khí gồm: khí thiên nhiên; khí được sản xuất từ công nghiệp như: khí than (CO), khí tổng hợp, khí metan từ bùn ao và từ sinh khối, khí hóa lỏng (LPG)
1.1.1 Các tính chất cơ bản của nhiên liệu
Nhiệt độ bốc cháy của nhiên liệu
Là nhiệt độ của bản thân nhiên liệu khi bắt đầu xảy ra sự cháy Nhiệt độ bốc
cháy của nhiên liệu phụ thuộc vào bản chất của nhiên liệu và môi trường trong đó tiến hành xác định nhiệt độ bốc cháy của nhiên liệu
Bảng 1:Nhiệt độ bốc cháy ( C) của một số nhiên liệu và khí
Dầu điezen (chỉ số xetan 60) 247 242
Ảnh hưởng của áp suất đến nhiệt độ cháy
Hình 1: Ảnh hưởng của áp suất đến nhiệt độ cháy
Giới hạn cháy (giới hạn nổ)
Là khoảng giới hạn về nồng độ nhiên liệu khí hoặc hơi để duy trì sự cháy
Trang 2 Giới hạn dưới: tỉ lệ nhỏ nhất của nhiên liệu có khả năng truyền sự cháy liên tục
Giới hạn trên: tỉ lệ lớn nhất của nhiên liệu có khả năng truyền sự cháy liên tục
Bảng 2: Các giới hạn của tính dễ cháy của các nhiên liệu khí và lỏng ở nhiệt độ và áp suất
khí quyển (theo % thể tích) trong không khí
Tốc độ truyền lửa
Tốc độ truyền lửa qua hỗn hợp nhiên liệu khí/không khí có vai trò quan trọng trong xây dựng lò đốt và không gian cháy Tốc độ quá cao có thể gây nên sự
quá nóng của lò hay sự quá nóng cục bộ, nếu tốc độ thấp sẽ dẫn đến tắt lửa Tốc độ truyền lửa bị ảnh hưởng bởi nhiên liệu cháy và dạng của buồng đốt
Hình 2: Tốc độ chuyển động đều của ngọn lửa các nhiên liệu khí trong không khí
Nhiệt độ ngọn lửa
Nhiệt độ ngọn lửa rất quan trọng trong sự đốt nóng khí bởi vì nhiệt độ ngọn lửa càng cao thì tốc độ đốt nóng càng nhanh và khi nhiệt độ ngọn lửa càng cao thì hiệu quả nhiệt của quá trình càng lớn
Bảng 3: Nhiệt độ ngọn lửa của một số nhiên liệu khí
Sự cháy của nhiên liệu
Trang 3Phương trình cháy tổng quát: C n H m O r n m r O2 nCO2 m H2O
2
) 2 2
Sự cháy hoàn toàn: Nhiên liệu bị đốt cháy hoàn toàn sản phẩm cháy là những chất sau: CO2, H2O, SO2 và N2
Thể tích oxi hay không khí cần thiết để đốt cháy một khối lượng đã cho của nhiên liệu chứa: C% cacbon, H% hiđro, O% oxi, S% lưu huỳnh, tất cả theo khối lượng, cho CO2, H2O và SO2 được xác định theo các biểu thức sau:
Thể tích oxi:
32 32 4 12 0224
Thể tích không khí
32 32 4 12 067
Sự cháy không hoàn toàn: Nhiên liệu bị đốt cháy không hoàn toàn sản phẩm cháy là những chất sau: CO2, H2O, SO2, N2 và CO
Hình 3: Sự biến đổi thành phần khí cháy khi đốt nhiên liệu theo sự thay đổi lượng không khí
Lượng không khí dư thay đổi từ 5 10% đối với các thiết bị công nghiệp có công suất lớn dùng khí hay các nhiên liệu lỏng và từ 10 50% đối với các thiết bị dùng than
Năng suất tỏa nhiệt (nhiệt trị của nhiên liệu)
Nhiệt trị của nhiên liệu là lượng nhiệt được giải phóng ra khi nó cháy hoàn toàn với oxi và ngưng tụ các sản phẩm tới một nhiệt độ xác định Các giá trị có thể được biểu thị bằng các đơn vị nhiệt tiêu chuẩn (cal/g, J/g) đối với các nhiên liệu rắn và lỏng Nhiệt trị của một khí được biểu thị bằng số đơn vị nhiệt được giải phóng khi đốt cháy một đơn vị thể tích khí đó ở áp suất không đổi Đơn vị nhiệt tiêu chuẩn là kcal/m3 Nhiệt trị của một khí được xác định tại một nhiệt độ chuẩn, cả không khí và khí đều được đưa về nhiệt độ chuẩn, sản phẩm cháy cũng được làm lạnh tới nhiệt độ này, quá trình cháy phải xảy ra hoàn toàn, nghĩa là sản phẩm chỉ có CO2, SO2, H2O và
N2
Trang 41.1.2 Sản xuất nhiên liệu từ dầu mỏ
Thành phần của dầu thô
Quy trình sản xuất dầu
Hình 4: Sơ đồ tách dầu thô thành các phân đoạn nhiên liệu khác nhau
1.1.3 Phụ gia cho nhiên liệu
Chất phụ gia tẩy rửa và chống đông đặc
Chất phụ gia tăng cường độ chảy rót
Chất phụ gia kìm hãm oxi hoá, ăn mòn và lão hóa
Trang 5Chất phụ gia khống chế phát thải, khói và giúp đỡ sự cháy
Chất phụ gia chống kích nổ
Chất phụ gia chống tích điện, diệt khuẩn, màu và phụ gia nhũ hoá
1.1.4 Yêu cầu đối với nhiên liệu của động cơ đốt trong
Có nhiệt trị lớn
Có các thông số vật lý phù hợp với động cơ sử dụng
Có độ ổn định cao, không bị biến chất trong thời gian dài
Không chứa lẫn nước, tạp chất cơ học
Có lượng dự trữ lớn, giá thành rẻ
Vấn đề sản xuất, lưu trữ, vận chuyển, phân phối đơn giản và an toàn
1.2 Phương tiện giao thông
1.3 Vấn nạn ô nhiễm môi trường
1.3.1 Các chất gây ô nhiễm của khí xả động cơ đốt trong
Khí xả động cơ đốt trong luôn có chứa một hàm lượng đáng kể những chất độc hại như oxyde nitơ (NO, NO 2 , N 2 O, gọi chung là NO x ), monoxyde carbon (CO), các hydrocarbure chưa cháy (HC) và các hạt rắn, đặc biệt là bồ hóng Nồng độ các
chất ô nhiễm trong khí xả phụ thuộc vào loại động cơ và chế độ vận hành Ở động cơ Diesel, nồng độ CO rất bé, nồng độ HC chỉ bằng khoảng 20% nồng độ HC của động
cơ xăng còn nồng độ NOx của hai loại động cơ tương đương nhau Trái lại, bồ hóng là chất ô nhiễm quan trọng trong khí xả động cơ Diesel, nhưng hàm lượng của nó không đáng kể trong khí xả động cơ xăng
Những tạp chất, đặc biệt là lưu huỳnh, và các chất phụ gia trong nhiên liệu cũng có ảnh hưởng đến thành phần các chất ô nhiễm trong sản phẩm cháy Thông thường xăng thương mại có chứa khoảng 600ppm (part per million) lưu huỳnh Thành phần lưu huỳnh có thể lên đến 0,5% đối với dầu Diesel Trong quá trình cháy, lưu huỳnh bị oxy hoá thành SO2, sau đó một bộ phận SO2 bị oxy hoá tiếp thành SO3, chất có thể kết hợp với nước để tạo ra H2SO4 Mặt khác, để tăng tính chống kích nổ của nhiên liệu, người
ta pha thêm Thétraétyle chì Pb(C2H5)4 vào xăng Sau khi cháy, những hạt chì có đường kính cực bé thoát ra theo khí xả, lơ lửng trong không khí và trở thành chất ô nhiễm đối với bầu khí quyển, nhất là ở khu vực thành phố có mật độ giao thông cao
1.3.2 Ảnh hưởng của các chất ô nhiễm
Đối với sức khỏe con người:
- CO: Monoxyde carbon là sản phẩm khí không màu, không mùi, không vị, sinh ra
do ô xy hoá không hoàn toàn carbon trong nhiên liệu trong điều kiện thiếu oxygène
CO ngăn cản sự dịch chuyển của hồng cầu trong máu làm cho các bộ phận của cơ thể
Trang 6bị thiếu oxygène Nạn nhân bị tử vong khi 70% số hồng cầu bị khống chế (khi nồng
độ CO trong không khí lớn hơn 1000ppm) Ở nồng độ thấp hơn, CO cũng có thể gây nguy hiểm lâu dài đối với con người: khi 20% hồng cầu bị khống chế, nạn nhân
bị nhức đầu, chóng mặt, buồn nôn và khi tỉ số này lên đến 50%, não bộ con người bắt đầu bị ảnh hưởng mạnh
- NO x: NOx là họ các oxyde nitơ, trong đó NO chiếm đại bộ phận NOx được hình thành do N2 tác dụng với O2 ở điều kiện nhiệt độ cao (vượt quá 1100C) Monoxyde nitơ (x=1) không nguy hiểm mấy, nhưng nó là cơ sở để tạo ra dioxyde nitơ (x=2)
NO2 là chất khí màu hơi hồng, có mùi, khứu giác có thể phát hiện khi nồng độ của nó trong không khí đạt khoảng 0,12ppm NO2 là chất khó hòa tan, do đó nó có thể theo đường hô hấp đi sâu vào phổi gây viêm và làm hủy hoại các tế bào của cơ quan hô hấp Nạn nhân bị mất ngủ, ho, khó thở Protoxyde nitơ N2O là chất cơ sở tạo ra ozone
ở hạ tầng khí quyển
- Hydocarbure: Hydrocarbure (HC) có mặt trong khí thải do quá trình cháy không
hoàn toàn khi hỗn hợp giàu, hoặc do hiện tượng cháy không bình thường Chúng gây tác hại đến sức khỏe con người chủ yếu là do các hydrocarbure thơm Từ lâu người ta
đã xác định được vai trò của benzen trong căn bệnh ung thư máu (leucémie) khi nồng độ của nó lớn hơn 40ppm hoặc gây rối loạn hệ thần kinh khi nồng độ lớn hơn 1g/m3, đôi khi nó là nguyên nhân gây các bệnh về gan
- SO 2: Oxyde lưu huỳnh là một chất háu nước, vì vậy nó rất dễ hòa tan vào nước mũi, bị oxy hóa thành H2SO4 và muối amonium rồi đi theo đường hô hấp vào sâu trong phổi Mặt khác, SO2 làm giảm khả năng đề kháng của cơ thể và làm tăng cường
độ tác hại của các chất ô nhiễm khác đối với nạn nhân
- Bồ hóng: Bồ hóng là chất ô nhiễm đặc biệt quan trọng trong khí xả động
cơ Diesel Nó tồn tại dưới dạng những hạt rắn có đường kính trung bình khoảng 0,3mm nên rất dễ xâm nhập sâu vào phổi Sự nguy hiểm của bồ hóng, ngoài việc gây trở ngại cho cơ quan hô hấp như bất kì một tạp chất cơ học nào khác có mặt trong không khí, nó còn là nguyên nhân gây ra bệnh ung thư do các hydrocarbure thơm mạch vòng (HAP) hấp thụ trên bề mặt của chúng trong qua trình hình thành
- Chì: Chì có mặt trong khí xả do Thétraétyl chì Pb(C2H5)4 được pha vào xăng để
tăng tính chống kích nổ của nhiên liệu Sự pha trộn chất phụ gia này vào xăng hiện nay vẫn còn là đề tài bàn cãi của giới khoa học Chì trong khí xả động cơ tồn tại dưới dạng những hạt có đường kính cực bé nên rất dễ xâm nhập vào cơ thể qua da hoặc theo đường hô hấp Khi đã vào được trong cơ thể, khoảng từ 30 đến 40% lượng chì này đi vào máu Sự hiện hiện của chì gây xáo trộn sự trao đổi ion ở não, gây trở ngại cho sự tổng hợp enzyme để hình thành hồng cầu, và đặc biệt hơn nữa, nó tác động lên
Trang 7hệ thần kinh làm trẻ em chậm phát triển trí tuệ Chì bắt đầu gây nguy hiểm đối với con người khi nồng độ của nó trong máu vượt quá 200 đến 250mg/lít
Đối với môi trường
Gây hiện tượng hiệu ứng nhà kính: Sự hiện diện của các chất ô nhiễm, đặc biệt
là những chất khí gây hiệu ứng nhà kính, trong không khí trước hết ảnh hưởng đến quá trình cân bằng nhiệt của bầu khí quyển Trong số những chất khí gây hiệu ứng nhà kính, người ta quan tâm đến khí carbonic CO2 vì nó là thành phần chính trong sản phẩm cháy của nhiên liệu có chứa thành phần carbon
Lớp khí gây hiệu ứng nhà kính
Hình 5: Hiệu ứng nhà kính
Gây lủng tầng Ozon: Sự gia tăng của NOx, đặc biệt là protoxyde nitơ N2O có nguy cơ làm gia tăng sự hủy hoại lớp ozone ở thượng tầng khí quyển, lớp khí cần thiết để lọc tia cực tím phát xạ từ mặt trời Tia cực tím gây ung thư da và gây đột biến sinh học, đặc biệt là đột biến sinh ra các vi trùng có khả năng làm lây lan các bệnh lạ dẫn tới hủy hoại sự sống của mọi sinh vật trên trái đất
Mặt khác, các chất khí có tính acide như SO2, NO2, bị oxy hóa thành acide sulfuric, acide nitric hòa tan trong mưa, trong tuyết, trong sương mù làm hủy hoại thảm thực vật trên mặt đất (mưa acide) và gây ăn mòn các công trình kim loại
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Văn Thị Bông 2006 Nhiên liệu dầu mỡ và chất lỏng chuyên dùng Trường đại học
Bách Khoa TP HCM
2 Bùi Văn Ga, Văn Thị Bông, Phạm Xuân Mai, Trần Thanh Hải Tùng 1999 Ôtô và ô nhiễm môi trường NXB Giáo Dục.
3 Hoa Hữu Thu 2007 Nhiên liệu dầu khí NXB đại học quốc gia Hà Nội