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 chún[r]
Trang 1Tă”ng tttt
ff
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
BÀI GIẢNG 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
Trang 2CHƯƠNG 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
Trang 3trong 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
Trang 42 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
Trang 5tiêu 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
Trang 6nành 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
năm 2010
10,8%
52,2%
3,6%
0,32%
0,57%
20,5%
12%,1
Bắc Mỹ Tây Âu Châu Đại Dương Các nước khác Châu Phi Trung/Nam Mỹ Châu Á-TBD
50,25%
6,4%
0,34%
0,78%
0,06%
30,4%
11,7%
Bắc Mỹ Tây Âu Châu Đại Dương Các nước khác Châu Phi Trung/Nam Mỹ Châu Á-TBD
6,8%
66,3%
3,8%
0,35%
0%
13,5%
9,2%
Bắc Mỹ Tây Âu Châu Đại Dương Các nước khác Châu Phi Trung/Nam Mỹ Châu Á-TBD
a)
b) a)
Trang 7Hỡnh 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
Trang 81.1.2.1 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-:
Heptan (C7H16)
Octan n - octan: CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3
Izo – octan: CH3 - C(CH3)2 - CH2 - CH(CH3 ) - CH3
- Nhóm gốc Anken nh-:
n - octen: CH3 - CH2 - CH2 - CH = CH - CH2 - CH2 - CH3 Izo – octen: CH3 - C(CH3)2 - CH=CH(CH3 ) - CH3
- Các Hydrocacbon gốc thơm chứa thành phần rất nhỏ, dễ bị ôxy hoá, tạo cặn Metybenzen Ankynbenzen
- 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
Trang 9Sau 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
Trang 10Chất 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