Nghiên cứu khả năng sử dụng nhiên liệu sinh học Jatropha trên động cơ Diesel

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... 1 Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Tr−êng ®¹i häc n«ng nghiÖp hµ néi -------------***------------- Ph¹m thÕ hïng Nghiªn cøu kh¶ n¨ng sö dông nhiªn liÖu Sinh häc jatropha trªn ®éng c¬ diesel LuËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt Chuyªn ngµnh: Kü thuËt m¸y vµ thiÕt bÞ c¬ giíi ho¸ n«ng, n«ng nghiÖp M· sè : 60.52.14 Ng−êi h−íng dÉn khoa häc: PGS.TS. ®Æng tiÕn hoµ hµ néi - 2010 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào. Tôi xin cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ trong quá trình thực hiện luận văn ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả Phạm Thế Hùng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... ii LỜI CẢM ƠN ðược thực hiện luận văn Thạc sĩ là niềm hãnh diện cho mỗi kỹ sư. Với sự dẫn dắt tận tình của Thầy PGS.TS ðặng Tiến Hoà tôi ñã hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy là người ñã trực tiếp hướng dẫn giúp ñỡ tôi thực hiện luận văn tốt nghiệp này. Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ, giảng viên bộ môn ðộng Lực - Khoa Cơ ðiện và toàn thể các thầy cô trong Khoa Cơ ðiện- Trường ðại học Nông nghiệp - Hà Nội. Tôi cũng xin gửi lời cám ơn ñến thầy cô giáo ñã trực tiếp giảng dạy tôi trong khóa học và các thầy cô trong Khoa Sau ðại Học - Trường ðại Học Nông nghiệp - Hà Nội. Xin cảm ơn ban giám hiệu Trường ðại Học Công nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh ñã tạo mọi ñiều kiện thuận lợi ñể tôi hoàn thành khóa học, và tôi cũng xin gửi lời cám ơn tới các học viên Cao học khóa K17 ñã cho tôi những lời góp ý, ñộng viên tôi trong quá trình học cũng như hoàn thành luận văn. Xin chân thành cảm ơn. Tác giả Phạm Thế Hùng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... iii MỤC LỤC MỞ ðẦU................................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của ñề tài..................................................................................1 2. Mục ñích và yêu cầu của ñề tài.......................................................................3 2.1. Mục ñích. ..............................................................................................3 2.2. Yêu cầu của ñề tài. ................................................................................3 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ñề tài. .............................................................3 3.1. Ý nghĩa khoa học. .................................................................................3 3.2. Ý nghĩa thực tiễn...................................................................................4 4. ðối tượng và phạm vi nghiên cứu. .................................................................4 4.1. ðối tượng nghiên cứu. ..........................................................................4 4.2. Phạm vi nghiên cứu. .............................................................................4 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG DẦU JATROPHA LÀM NHIÊN LIỆU CHO ðỘNG CƠ DIESEL ...........................................................................5 1.1. Quá trình phát triển và sử dụng ñộng cơ Diesel trên thế giới và Việt Nam.........5 1.2. Khái quát về nhiên liệu sử dụng cho ñộng cơ ñốt trong..............................6 1.3. Tình hình nghiên cứu nhiên liệu thay thế trên thế giới. ............................18 1.4. Tình hình nghiên cứu nhiên liệu thay thế tại Việt Nam. ...........................20 1.5. Tình hình nghiên cứu nhiên liệu Jatropha cho ñộng cơ ñốt trong.............21 CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT....................................................................24 2.1. Phân tích tính chất nhiên liệu. ...................................................................24 2.1.1. Tính chất nhiên liệu diesel (Do). .....................................................24 2.1.2. Tính chất dầu Biodisel. ....................................................................35 2.1.3 Tính chất nhiên liệu Jatropha............................................................39 2.2. Hỗn hợp nhiên liệu. ...................................................................................44 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... iv 2.2.1. Yêu cầu. ...........................................................................................44 2.2.2. Phương pháp pha chế dầu Jatropha + Diesel...................................44 2.3. ðộng cơ sử dụng nhiên liệu thay thế. .......................................................45 2.4. ðặc ñiểm kết cấu ñộng cơ DongFeng- S1100N. .......................................47 CHƯƠNG III THÍ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM XÁC ðỊNH ðẶC TÍNH ðỘNG CƠ .................................................................................................50 3.1. Mục ñích thí nghiệm..................................................................................50 3.2. Thiết bị khảo nghiệm ñộng cơ. ..................................................................50 3.4. Xây dựng module thí nghiệm-chuỗi ño trên máy tính. .............................55 3.5. Phương án và trình tự thí nghiệm. .............................................................57 3.6. Kết quả thí nghiệm.....................................................................................60 3.7. Phân tích kết quả................................................................................66 KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ..................................................................................67 Kết luận.............................................................................................................67 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... v DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Thành phần hóa học và tính chất cơ bản của dầu thực vật..................15 Bảng 1.2 So sánh tính chất hóa lý cơ bản của các dầu thực vật và dầu Diesel ...16 Bảng 1.3. Tính chất hóa lý cơ bản của các Biodiesel ..........................................17 Bảng: 2.1. Chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu Diesel (TCVN 5689:2005).........24 Bảng 2.2 Mối quan hệ giữa tốc ñộ ñộng cơ và chỉ số Cetane..............................26 Bảng 2.3. Kết quả phân tích mẫu nhiên liệu Jatropha ........................................40 Bảng:2.4. So sánh một số tính chất của nhiên liệu Jatropha và Diesel................41 Bảng 3.1. ðặc tính kỹ thuật của ñộng cơ DongFeng- S1100N...........................52 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... 1 MỞ ðẦU 1. Tính cấp thiết của ñề tài Trong ñiều kiện nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt, giá nhiên liệu liên tục tăng như hiện nay thì việc hợp tác nghiên cứu tìm ra nguồn năng lượng mới, năng lượng tái tạo thay thế năng lượng truyền thống là một giải pháp cấp thiết. Năng lượng sinh học nói chung là một loại năng lượng tái tạo, ñược coi là một trong những nhiên liệu thân thiện với môi trường. Do ñó việc nghiên cứu phát triển nguồn năng lượng sinh học có ý nghĩa hết sức to lớn ñối với vấn ñề an ninh năng lượng thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng. Nắm bắt xu hướng chung của thế giới và thực hiện sự chỉ ñạo của Chính phủ, Việt Nam ñã tích cực triển khai nhiệm vụ tổ chức nghiên cứu, sản xuất và thử nghiệm nhiên liệu sinh học ethanol,vv...Tình hình giá dầu bất ổn ñã buộc nhiều quốc gia có những ñối sách mang tính ñột phá trong việc tìm kiếm nguồn nhiên liệu thay thế xăng dầu truyền thống. Nguồn nhiên liệu sinh học ñược xem là một lĩnh vực mới mẻ. Theo các chuyên gia năng lượng, nguồn nhiên liệu mới - còn có tên là “vàng xanh” - có thể chiết xuất từ bất cứ cây cỏ gì mọc trên hành tinh chúng ta. Tại 30 quốc gia ñang trồng hàng loạt những loại cây nông nghiệp ngắn ngày có thể chế ra nhiên liệu hoàn toàn thay thế ñược nguồn xăng, dầu từ dầu thô. Theo ñánh giá của các chuyên gia năng lượng, ñây là nguồn nhiên liệu phong phú và vô tận, mà loài người không còn bị ám ảnh bởi khủng hoảng nhiên liệu.Theo chương trình năng lượng của Chính phủ từ năm 2010, Việt Nam bắt buộc phải sử dụng một phần nhiên liệu xăng ethanol E5 và dầu Diezel sinh học B5. Chính phủ ñã ký quyết ñịnh phê duyệt “ðề án phát triển nhiên liệu sinh học ñến năm 2015, tầm nhìn ñến năm 2025”. Tính cấp thiết là vậy, bởi loại nhiên liệu này có nhiều ưu ñiểm nổi bật so với các loại nhiên liệu truyền thống (dầu khí, Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... 2 than ñá,vv…): tính chất thân thiện với môi trường, chúng sinh ra ít hàm lượng khí gây hiệu ứng nhà kính và ít gây ô nhiễm môi trường hơn các loại nhiên liệu truyền thống, nguồn nhiên liệu tái sinh, các nhiên liệu này lấy từ hoạt ñộng 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. Trong tương lai, khi nguồn nhiên liệu truyền thống cạn kiệt, nhiên liệu sinh học có khả năng là ứng cử viên thay thế. Thế giới càng phát triển thì nhu cầu sử dụng năng lượng càng lớn, trong khi ñó những nguồn tài nguyên thiên nhiên lại không phải vô tận. Theo ước tính của Cơ quan Năng lượng Quốc tế, nguồn than ñá sẽ chỉ ñủ dùng trong 200 năm nữa, khủng hoảng về cạn kiệt dầu lửa sẽ bắt ñầu trong vòng 5 năm tới, năng lượng mặt trời cũng không phải là vô tận. Vì thế, tìm kiếm những nguồn nhiên liệu dồi dào hơn, bền vững hơn vừa là nhiệm vụ và cũng là cơ hội ñể làm chủ ñược những nguồn năng lượng mới. Ngoài ra, với các nước phát triển trên thế giới, việc sử dụng nhiên liệu sinh học ñể hạn chế tác ñộng của khí thải ñã ñược triển khai từ lâu ở nhiều quốc gia. Riêng ñối với nước ta, hiện nay tình trạng ô nhiễm môi trường do khói, bụi của ñộng cơ, nhất là ở các ñô thị ñang ngày càng gia tăng, nên việc ñưa xăng dầu sinh học vào lưu thông ñược xem là một giải pháp cấp bách ñể hạn chế nạn ô nhiễm. Vậy nên bắt ñầu từ việc phát triển vùng nguyên liệu và nghiên cứu công nghệ cho một ngành kinh tế nhiên liệu rất có triển vọng và bền vững. Theo chỉ ñạo của Chính phủ về chương trình nhiên liệu sinh học, mục tiêu phát triển nhiên liệu sinh học, một dạng năng lượng mới, tái tạo ñược ñể thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch truyền thống, góp phần bảo ñảm an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường là một ñịnh hướng mang tính chiến lược, và chúng ta hoàn toàn có cơ sở ñể hy vọng mục tiêu trên sẽ trở thành sự thật trong tương lai không xa. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... 3 Và cần phải ñịnh hướng các nhiệm vụ chủ yếu, nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ, triển khai sản xuất thử sản phẩm phục vụ phát triển nhiên liệu sinh học, hình thành và phát triển ngành công nghiệp sản xuất nhiên liệu sinh học, xây dựng tiềm lực phục vụ phát triển nhiên liệu sinh học, hợp tác quốc tế. Các giải pháp chính là: ñẩy mạnh việc triển khai ứng dụng các kết quả nghiên cứu vào thực tiễn sản xuất, khuyến khích thực hiện chuyển giao công nghệ và tạo lập môi trường ñầu tư phát triển sản xuất nhiên liệu sinh học, tăng cường ñầu tư và ña dạng hoá các nguồn vốn, tăng cường xây dựng cơ sở vật chất kỹ thuật và ñào tạo nguồn nhân lực phục vụ nhu cầu phát triển nhiên liệu sinh học, hoàn thiện hệ thống cơ chế chính sách, văn bản quy phạm pháp luật ñể phát triển nhiên liệu sinh học, mở rộng và tăng cường hợp tác quốc tế ñể học hỏi kinh nghiệm về phát triển nhiên liệu sinh học, nâng cao nhận thức cộng ñồng về phát triển nhiên liệu sinh học. 2. Mục ñích và yêu cầu của ñề tài. 2.1. Mục ñích. Mục ñích của ñề tài là nghiên cứu khả năng sử dụng nhiên liệu Jatropha trên ñộng cơ Diesel, xây dựng ñường ñặc tính của ñộng cơ với các hỗn hợp nhiên liệu pha trộn giữa dầu Jatropha và dầu diesel theo các mức tỷ lệ khác nhau. 2.2. Yêu cầu của ñề tài. Khảo nghiệm ñộng cơ với hỗn hợp nhiên liệu, từ ñường ñặc tính ngoài so sánh ñánh giá hoạt ñộng của ñộng cơ từ ñó có các nhận ñịnh sơ bộ về khả năng ứng dụng của nhiên liệu Jatropha trên ñộng cơ Diesel. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ñề tài. 3.1. Ý nghĩa khoa học. Nghiên cứu khả năng sử dụng nhiên liệu Jatropha trên ñộng cơ Diesel cỡ nhỏ, góp phần phát triển nguồn năng lượng sinh học trong tuơng lai. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... 4 3.2. Ý nghĩa thực tiễn. ðánh giá hiệu quả việc sử dụng nhiên liệu Jatropha trên ñộng cơ và khả năng thay thế nhiên liệu Diesel truyền thống cho một số loại ñộng cơ Diesel phổ biến tại Việt Nam. 4. ðối tượng và phạm vi nghiên cứu. 4.1. ðối tượng nghiên cứu. Dầu ñược ép từ hạt cây Jatropha nguyên chất có màu vàng, khảo nghiệm trên ñộng cơ Diesel cỡ nhỏ 15 mã lực DongFeng- S1100N, hỗn hợp nhiên liệu pha trộn giữa dầu Jatropha và dầu Diesel theo các mức; 20% dầu Jatropha + 80% dầu Diesel; 40% dầu Jatropha + 60% dầu Diesel; 60% dầu Jatropha + 40% dầu Diesel; 80% dầu Jatropha + 20% dầu Diesel; 100% dầu Jatropha. 4.2. Phạm vi nghiên cứu. 4.2.1. Nghiên cứu lý thuyết. Sử dụng các cơ sở nghiên cứu lý thuyết về thành phần tính chất nhiên liệu, lý thuyết ñộng lực học máy, chế ñộ làm việc và ñặc tính của ñộng cơ. Các cơ sở lý thuyết tính toán lựa chọn các thông số xây dựng ñường ñặc tính ñộng cơ, nghiên cứu và sử dụng chương trình phần mềm hiện ñại và ña năng Dayslab 7.0 4.2.2. Nghiên cứu thực nghiệm. ðể ñánh giá ñược khả năng sử dụng nhiên liệu Jatropha trên ñộng cơ Diesel, xây dựng ñường ñặc tính ñộng cơ khi sử dụng các mẫu nhiên liệu ñược pha trộn phải tiến hành nghiên cứu thực nghiệm xác ñịnh các thông số làm việc của ñộng cơ như mô men xoắn trên trục, tốc ñộ quay, khả năng chịu tải. Chúng tôi sử dụng phương pháp khảo nghiệm trực tiếp ñộng cơ trên sa bàn thử nghiệm ñộng cơ với sự trợ giúp của máy tính số và phần mềm ña năng Dasylab 7.0 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... 5 CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG DẦU JATROPHA LÀM NHIÊN LIỆU CHO ðỘNG CƠ DIESEL 1.1. Quá trình phát triển và sử dụng ñộng cơ Diesel trên thế giới và Việt Nam. ðộng cơ Diesel là một loại ñộng cơ ñốt trong. Sự cháy của nhiên liệu, tức dầu Diesel xảy ra trong buồng ñốt khi piston ñi tới gần ñiểm chết trên trong kỳ nén, là sự tự cháy dưới tác ñộng của nhiệt ñộ và áp suất cao của không khí nén. ðộng cơ Diesel do một kỹ sư người ðức, ông Rudolf Diesel, phát minh ra vào năm 1892. Chu trình làm việc của ñộng cơ cũng ñược gọi là chu trình Diesel. Do những ưu việt của nó so với ñộng cơ xăng, như hiệu suất ñộng cơ cao hơn, nhiên liệu Diesel rẻ tiền hơn xăng, nên ñộng cơ Diesel ñược sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành nông nghiệp, công nghiệp, giao thông vận tải vv.. Trong ñời sống hiện nay việc sử dụng ñộng cơ Diesel công suất nhỏ có vai trò quan trọng và góp phần nâng cao tỷ trọng trong nền kinh tế quốc dân, ñặc biệt trong các lĩnh vực của ñời sống như giao thông vận tải, sản xuất, chế biến trong lĩnh vực nông lâm nghiệp....ðể ñộng cơ Diesel công suất nhỏ hoạt ñộng có hiệu quả hơn bên cạnh việc chế tạo cải tiến về kết cấu ñộng cơ nhằm nâng cao công suất, chỉ tiêu kinh tế, cần có các nghiên cứu khác như việc nghiên cứu sản xuất nhiên liệu mới nhằm thay thế nhiên liệu hoá thạch ñể bổ sung nguồn năng lượng cho tương lai. Tại Việt Nam hiện nay, ñộng cơ Diesel thế hệ mới cũng ñã bắt ñầu ñược sử dụng trong một số loại xe sản xuất trong nước như Mercedes Sprinter (CDi), hay xe nhập khẩu như Hyundai Santa Fe (CRDi). Sau khi phân tích mẫu dầu diesel lưu thông tại Việt Nam, các nhà sản xuất cho rằng nó hoàn toàn ñáp ứng ñược yêu cầu của ñộng cơ Diesel thế hệ mới và tiến hành phổ biến tại Việt Nam. Hiện nay xe ñộng cơ Diesel chiếm 21.75% thị trường ô tô mới tại Việt Nam (khoảng gần 40.000 chiếc), tăng ñáng kể so với năm 2001, khi tỷ lệ này là dưới Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... 6 10%, nhưng phần lớn vẫn sử dụng ñộng cơ Diesel thế hệ cũ với nhược ñiểm tiếng ồn lớn và khí xả ñộc hại. Xu hướng sử dụng ôtô ñộng cơ Diesel thế hệ mới ñược dự báo sẽ phát triển rất mạnh trong tương lai bởi nó tiết kiệm nhiên liệu, có công suất lớn, vận hành êm ái và không ô nhiễm môi trường. Nhiều hãng ôtô không muốn bỏ lỡ cơ hội này, ñang tập trung phát triển các loại ñộng cơ Diesel thế hệ mới. Tập ñoàn Honda cho biết họ ñã có kế hoạch trong 3 năm tới sẽ cho ra mắt loại ñộng cơ diesel sạch ñáp ứng tiêu chuẩn khí thải như ñộng cơ Xăng. Trong các lĩnh vực nông, lâm ngư nghiệp ñộng cơ Diesel cỡ nhỏ ñược dùng làm nguồn ñộng lực ñể làm ñất, bơm nuớc, bơm thuốc trừ sâu, lai máy xay sát, nghiền thức ăn gia súc vv.. ðộng cơ Diesel cỡ nhỏ cũng ñược làm nguồn ñộng lực cho xuồng máy, hỗn hợp máy kéo, hoặc làm nguồn phát ñiện dự phòng cho các gia ñình (khi mạng lưới ñiện không ổn ñịnh). Hầu hết ñộng cơ diesel cỡ nhỏ hoạt ñộng ở một tốc ñộ ổn ñịnh và gần sát với số vòng quay thiết kế. Công suất của các loại ñộng cơ diesel cỡ nhỏ phần lớn ñều dưới 30kw. ðại bộ phận ñộng cơ diesel cỡ nhỏ là loại ñộng cơ một xilanh (cũng có trường hợp cá biệt dùng hai hoặc ba xilanh). Cấu tạo của cơ cấu trục khuỷu thanh truyền, cơ cấu phối khí và các hệ thống của máy ñều ñơn giản hơn nhiều so với ñộng cơ ô tô làm cho việc sử dụng, bảo dưỡng và sửa chữa ñược thuận tiện, dễ dàng. Ngày nay tất cả các tiến bộ về mặt vật liệu và công nghệ của ñộng cơ ô tô phần lớn ñều ñược ứng dụng có hiệu quả trong lĩnh vực ñộng cơ Diesel cỡ nhỏ làm cho cấu tạo của ñộng cơ và việc sử dụng, bảo dưỡng và sửa chữa máy cũng trở lên phức tạp hơn. Các loại ñộng cơ Diesel cỡ nhỏ dùng trong lĩnh vực nông, lâm, ngư nghiệp ñại bộ phận là ñộng cơ Diesel bốn kỳ. 1.2. Khái quát về nhiên liệu sử dụng cho ñộng cơ ñốt trong. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... 7 Dầu diesel là một loại nhiên liệu lỏng, sản phẩm tinh chế từ dầu mỏ có thành phần chưng cất nằm giữa dầu hoả (kesosene) và dầu bôi trơn (lubricating oil). Chúng thường có nhiệt ñộ bốc hơi từ 175 ñến 370 ñộ C. Các nhiên liệu Diesel nặng hơn, với nhiệt ñộ bốc hơi 315 ñến 4250C còn gọi là dầu Mazut (Fuel oil). Dầu Diesel ñược ñặt tên theo nhà sáng chế Rudolf Diesel, và có thể ñược dùng trong loại ñộng cơ ñốt trong mang cùng tên, ñộng cơ Diesel. Cuối thế kỷ trước, các nhà khoa học ñã dự báo nguồn năng lượng có nguồn gốc hóa thạch ñang cạn dần. Không ai có thể biết chính xác chu kỳ tái tạo của nguồn năng lượng này và trữ lượng của nó. Trong quá trình sử dụng lọai nhiên liệu này có nhược ñiểm là cháy không hoàn toàn, tạo ra các sản phẩm cháy: CO, CO2, HC, NOx, SOx , PM…Các chất này gây ô nhiễm môi trường ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe con người và chúng tồn tại ở nhiều dạng khác nhau. Khí CO: ( CO: Cacbon monoxit ) CO: Monoxyde carbon là sản phẩm khí không màu, không mùi, không vị, sinh ra do ôxy hoá không hoàn toàn carbon trong nhiên liệu, trong ñiều kiện thiếu xygène. CO ngăn cản sự dịch chuyển của hồng cầu trong máu làm cho các bộ phận của cơ thể bị thiếu oxygène. Nạn nhân bị tử vong khi 70% số hồng cầu bị khống chế (khi nồng ñộ CO trong không khí lớn hơn 1000ppm). Ở nồng ñộ thấp hơn, CO cũng có thể gây nguy hiểm lâu dài ñối với con người, khi 20% hồng cầu bị khống chế, nạn nhân bị nhức ñầu, chóng mặt, buồn nôn và khi tỉ số này lên ñến 50%, não bộ con người bắt ñầu bị ảnh hưởng mạnh. Khí COx: ( CO2: Cacbon dioxit ) Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... 8 COx là khí không màu, không mùi và không vị. Sinh ra trong quá trình cháy không hoàn toàn của các nhiên liệu có chứa cacbon. CO + O2 COx Khí SOx ( SO2: Sunfua dioxit; SO3: Sunfua trioxit ) SO2, là khí không màu, vào nước mũi bị oxy hóa thành H2SO4 và muối amonium có vị hăng cay, mùi khó chịu, ñi theo ñường hô hấp vào phổi. Mặt khác, SO2 là một chất háo nước, vì vậy nó rất dễ hòa tan làm giảm khả năng ñề kháng của cơ thể và làm tăng ñộ ñộc hại của các chất ô nhiễm khác ñối với nạn nhân. SO2 trong không khí có thể biến thành SO3 dưới ánh sáng mặt trời khi có chất xúc tác. Chúng ñược sinh ra do quá trình ñốt cháy nhiên liệu có chứa lưu huỳnh, ñặc biệt là trong công nghiệp có lò luyện gang, lò rèn, lò gia công nóng,… Hàm lượng lưu huỳnh thường xuất hiện nhiều trong than ñá ( 0,2 – 0,7%) và dầu ñốt ( 0,5 – 4%) nên trong quá trình cháy sẽ tạo ra khí SO2. S + O2 SO2 Trữ lượng của SO2 là khoảng 132 triệu tấn/năm, chủ yếu do ñốt than và sử dụng xăng dầu. Khí NOx: ( NO: nitric oxit, NO2: nitơ dioxit ) NOx là họ các oxyde nitơ, trong ñó NO chiếm ñại bộ phận. NOx ñược hình thành do N2 tác dụng với O2 ở ñiều kiện nhiệt ñộ cao (vượt quá 1100 0C). t ≥ 11000C N2 + xO2 2NOx Làm lạnh nhanh Monoxyde nitơ (x=1) không nguy hiểm mấy, nhưng nó là cơ sở ñể tạo ra dioxyde nitơ (x=2). NO2 là chất khí màu hơi hồng, có mùi, khứu giác có thể phát hiện khi nồng ñộ của nó trong không khí ñạt khoảng 0,12ppm. NO2 là chất khó Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... 9 hòa tan, do ñó nó có thể theo ñường hô hấp ñi 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 ô zone ở hạ tầng khí quyển. Trữ lượng NOx sinh ra khoảng 48 triệu tấn/năm ( chủ yếu là NO2) Tùy theo nồng ñộ mà NO2 làm cây cối, con người bị ảnh hưởng với các mức ñộ khác nhau. Khi nồng ñộ NO2 lớn hơn 100ppm, có thể gây chết người và ñộng vật trong vài phút. NO2 là tác nhân gây ra hiện tượng khói quang hóa. Hydocarbure: HC 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 ñến sức khỏe con người chủ yếu là do các hydrocarbure thơm. Từ lâu người ta ñã xác ñịnh ñược vai trò của benzen trong căn bệnh ung thư máu (leucémie) khi nồng ñộ của nó lớn hơn 40ppm hoặc gây rối loạn hệ thần kinh khi nồng ñộ lớn hơn 1g/m3, ñôi khi nó là nguyên nhân gây các bệnh về gan. Bồ hóng: Bồ hóng là chất ô nhiễm ñặc biệt quan trọng trong khí xả ñộng cơ Diesel. Nó tồn tại dưới dạng những hạt rắn có ñường 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 quá trình hình thành. Chì và các hợp chất của chì. Chì xuất hiện nhiều trong giao thông vì có sử dụng xăng pha chì (khoảng 1%), nó là chất lỏng, bốc hơi ở nhiệt ñộ thấp, có mùi thơm. Chì xâm nhập vào cơ thể người gây tác hại ñến não, thận,vv… Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... 10 Ngoài ra còn có các khí : NH3, khí CxHy ( mêtan, êtylen, anilin, vv.. ) cũng rất nguy hiểm. Ngoài những tác hại ñến sức khỏe con người, các chất khí có mặt trong khí thải ñộng cơ ñốt trong cũng gây ảnh hưởng tiêu cực ñến môi trường và sinh thái. Thay ñổi nhiệt ñộ khí quyển. Sự thay ñổi của thành phần không khí ảnh hưởng ñến quá trình cân bằng nhiệt ñộ của trái ñất. Trái ñất nhận năng lượng từ mặt trời và bức xạ ra không gian một phần nhiệt của nó. Phổ bức xạ của mặt trời và trái ñất ñược trình bày ở (hình 1.1) Hình 1.1. Phổ bức xạ từ mặt trời và mặt ñất. Bức xạ mặt trời ñạt cực ñại trong vùng ánh sáng thấy ñược (có bước sóng khoảng 0,4-0,75µm) còn bức xạ cực ñại từ vỏ trái ñất nằm trong vùng hồng ngoại có bước sóng (7-15µm). Do thành phần của khí quyển thay ñổi vì vậy cảnh hưởng ñến sự trao ñổi nhiệt giữa mặt trời và trái ñất. Các chất khí khác nhau có dải hấp thụ bức xạ khác nhau. Do ñó, thành phần các chất khí có mặt trong khí quyển có ảnh hưởng ñến sự trao ñổi nhiệt giữa mặt trời, quả ñất và không gian. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... 11 Bức xạ mặt trời ñạt cực ñại trong vùng ánh sáng thấy ñược (có bước sóng khoảng 0,4-0,75µm) còn bức xạ cực ñại từ vỏ trái ñất nằm trong vùng hồng ngoại có bước sóng (7-15µm). Do thành phần của khí quyển thay ñổi vì vậy ảnh hưởng ñến sự trao ñổi nhiệt giữa mặt trời và trái ñất. Các chất khí khác nhau có dải hấp thụ bức xạ khác nhau. Do ñó thành phần các chất khí có mặt trong khí quyển có ảnh hưởng ñến sự trao ñổi nhiệt giữa mặt trời, quả ñất và không gian. Carbonic (thành phần chính trong sản phẩm cháy của nhiên liệu) là chất khí có dải hấp thụ bức xạ cực ñại ứng với bước sóng 15mm, vì vậy nó ñược xem như trong suốt ñối với bức xạ mặt trời nhưng là chất hấp thụ quan trọng ñối với tia bức xạ hồng ngoại từ mặt ñất. Một phần nhiệt lượng do lớp khí CO2 giữ lại sẽ bức xạ ngược lại về trái ñất (hình 1.2) làm nóng thêm bầu khí quyển theo hiệu ứng nhà kính (Serre). Hình 1.2. Hiệu ứng nhà kính. Với tốc ñộ gia tăng nồng ñộ khí carbonic trong bầu khí quyển như hiện nay, người ta dự ñoán vào khoảng giữa thế kỉ 22, nồng ñộ khí carbonic có thể tăng lên gấp ñôi. Khi ñó, theo dự tính của các nhà khoa học, sẽ xảy ra sự thay ñổi quan trọng ñối với sự cân bằng nhiệt trên quả ñất. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... 12 Nhiệt ñộ bầu khí quyển sẽ tăng lên từ 2 ñến 30C, phần băng ở vùng Bắc cực và Nam cực sẽ tan làm tăng chiều cao mực nước biển, làm thay ñổi chế ñộ mưa gió và sa mạc hóa thêm bề mặt trái ñất. Ảnh hưởng ñến sinh thái. Sự gia tăng của NOx, ñặc 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 ñể lọc tia cực tím phát xạ từ mặt trời. Tia cực tím gây ung thư da và gây ñột biến sinh học, ñặc biệt là ñột 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 ñất giống như ñiều kiện hiện nay trên Sao Hỏa. 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,vv… làm hủy hoại thảm thực vật trên mặt ñất (mưa acide) và gây ăn mòn các công trình kim loại. Các hạt bồ hóng trong không khí có thể hấp thụ và khuếch tán ánh sang mặt trời làm giảm ñộ trong suốt của khí quyển. Khi nồng ñộ hạt khoảng 0,1mg/m3 thì tầm nhìn xa chỉ còn 12km, ñiều này gây nguy hiểm cho các phương tiện ñi lại. Với những tính chất ñộc hại trong khí thải ñộng cơ sử dụng nhiên liệu hóa thạch phân tích ở trên, ta thấy chúng gây ảnh hưởng trực tiếp tới môi trường và sức khỏe con người ñã ñến mức báo ñộng. Do vậy việc tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế hiện nay ñang là nhu cầu bức thiết. Các nước trên thế giới ñã nghiên cứu về vần ñề này từ lâu như Brasil nghiên cứu sử dụng cồn thay cho xăng từ năm 1973. Dầu sinh học ñược sản xuất từ cây Jatropha ñã ñược các nước ðức, Mỹ, Brazil,vv… nghiên cứu thành công. Riêng ở nước ta việc nghiên cứu tìm nguồn năng lượng mới còn bỏ ngỏ. Chủ yếu là tự phát của các trường ðại học, các Viện nghiên cứu và ñã ñóng góp tích cực vào việc ñánh giá nguồn năng lượng mới. ðặc biệt nước ta là vùng lãnh thổ có tiềm năng lớn ñáp ứng nhu cầu Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... 13 cung cấp nguồn nguyên liệu ñể xản suất dầu. Và ñó chính là nguồn năng lượng có thể tái tao, hiệu suất chuyển ñổi nhiệt cao. Công nghệ sản xuất phù hợp với trình ñộ khoa học kỹ thuật của nước ta. Các nguồn năng lượng hiện nay có thể thay thế dầu Diesel. Khí thiên nhiên: hỗn hợp chất khí cháy ñược, bao gồm phần lớn là các hydrocarbon (hợp chất hóa học chứa cacbon và hyñrô). Cùng với than ñá, dầu mỏ và các khí khác, khí thiên nhiên là nhiên liệu hóa thạch. Khí thiên nhiên có thể chứa ñến 85% mêtan (CH4) và khoảng 10% êtan (C2H6), và cũng có chứa số lượng nhỏ hơn propan (C3H8), butan (C4H10), pentan (C5H12), và các alkan khác. Khí thiên nhiên, thường tìm thấy cùng với các mỏ dầu ở trong vỏ Trái ðất, ñược khai thác và tinh lọc thành nhiên liệu cung cấp cho khoảng 25% nguồn cung năng lượng thế giới. Năng lượng ñiện: ñây cũng là hướng phát triển mới có nhiều triển vọng với sự ra ñời ngày càng nhiều các loại pin nhiên liệu với tuổi thọ gấp 5 ñến 10 lần so với các loại pin hiện nay. Một ñiểm nổi trội của pin nhiên liệu chính là ứng dụng công nghệ nano và các vật liệu không gây nguy hại. Pin có tuổi thọ hàng chục năm, khi không còn sử dụng có thể tái chế gần như hoàn toàn và các chất thải sau quá trình chuyển hóa ñiện năng chỉ là nước. Do vậy, có thể nói ñây là loại pin sạch, không gây ô nhiễm môi trường. Nhiên liệu sinh học: Loại nhiên liệu này có nhiều ưu ñiểm nổi bật so với các loại nhiên liệu truyền thống (dầu khí, than ñá…). Tính chất thân thiện với môi trường chúng sinh ra ít hàm lượng khí gây hiệu ứng nhà kính và ít gây ô nhiểm môi trường hơn các loại nhiên liệu truyền thống. Là nguồn nhiên liệu tái sinh lấy từ hoạt ñộng sản xuất nông nghiệp. Chúng giúp giảm sự lệ thuộc vào nguồn tài nguyên nhiên liệu không tái sinh truyền thống. Tuy nhiên hiện nay vấn ñề sử Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... 14 dụng nhiên liệu sinh học vào ñời sống còn nhiều hạn chế do chưa hạ ñược giá thành sản xuất xuống thấp hơn so với nhiên liệu truyền thống. Dầu thực vật: Là loại dầu ñược chiết suất từ các hạt, các quả của cây cối. Nói chung, các hạt quả của cây cối ñều chứa dầu, nhưng từ ‘dầu thực vật’ chỉ dùng ñể chỉ dầu của những cây có dầu với chiết suất lớn. Dầu lấy từ hạt cây có dầu như: ñậu phộng, nành, cải dầu, nho, bông, hướng dương. Dầu lấy từ quả cây có dầu như: Dừa, cọ,vv…Trong ñó, chú ý ñến một vài cây có chiết suất lớn như: Dừa (60%), Cọ (50%). Có thể phân loại dầu thực vật theo nhu cầu làm thực phẩm cho con người: Dầu ăn ñược, dầu không ăn ñược. Dầu thực vật là loại nhiên liệu có thể thay thế cho Diesel. Khi chọn dầu làm nhiên liệu thay thế nên chọn loại dầu không có cạnh tranh thực phẩm với con người. Dầu thực vật làm n._.hiên liệu cho ñộng cơ Diesel có hai loại: Sản phẩm dầu thực vật ñiều chế trực tiếp từ các hạt, trái, cây lấy dầu và sản phẩm dầu thực vật ñã qua Este hóa (Biodiesel). Hiện tại trên thế giới và Việt Nam mới chỉ phổ biến rộng rãi sử dụng công nghệ sản xuất Biodiesel còn việc sử dụng trực tiếp dầu thực vật cho ñộng cơ vẫn còn ñang nghiên cứu. Thành phần hóa học dầu thực vật nói chung gồm 95% các Triglyceride và 5% các axid béo tự do. Triglyceride là các Triester tạo bởi phản ứng của các axit béo trên ba chức rượu của Glycerol. Trong phân tử của chúng có chứa các nguyên tố H, C,và O. Về thành phần hóa học dầu thực vật so với dầu Diesel: Chứa C ít hơn 10- 12%, lượng chứa H ít hơn 5-13% còn lượng O thì lớn hơn rất nhiều (dầu Diesel chỉ có vài phần ngàn O, còn dầu thực vật có 9-11% O) cho nên dầu thực vật là nhiên liệu có chứa nhiều Oxy. Chính vì ñiều này mà dầu thực vật có thể cháy hoàn toàn với hệ số dư lượng không khí bé. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... 15 Thành phần hóa học và tính chất cơ bản của các dầu thực vật ñược thể hiện trên bảng 1.1 Bảng 1.1. Thành phần hóa học và tính chất cơ bản của dầu thực vật. Loại dầu Khối lượng riêng (g/cm3) ðộ nhớt (cSt) (ở 200C) ðiểm nóng chảy (0C) ðiểm ñục (0C) ðiểm chớp lửa (0C) Nhiệt trị (Mj/kg) (Kcal/kg) Cặn Chỉ số Cetan Dầu phộng 0,914 85 0/-3 9 258 39,33/9410 0,50 39-41 Dầu cải 0,916 77 0/-2 11 320 37,40/8956 0,28 38 Dầu dừa 0,915 30-37 23/26 20-28 110 37,10/8875 0,11 40-42 Dầu bông 0,921 73 2/-2 -1 243 36,78/8800 0,49 35-40 Dầu cọ 0,915 95-106 23/50 31 280 36,92/8834 0,42 38-40 Dầu thầu dầu 0,955 -10/-12 260 38,85/9295 0,10 Dầu nành 0,920 58-63 -4 330 37,30/8925 0,54 36-38 Dầu Diesel 0,836 3-6 -2 43,80/10478 <0,01 45-50 Dựa vào kết quả bảng so sánh tính chất lý hóa cơ bản của các dầu thực vật ảnh hưởng ñến chất lượng họat ñộng của ñộng cơ thể hiện trên (bảng 1.2) ta thấy dầu thực vật có ñộ nhớt cao hơn, chỉ số Cetane thấp hơn, sức căng bề mặt lớn nên ñể ñảm bảo phun ñều, tơi nhiên liệu cần phải chú ý ñến các vấn ñề sau. • Tạo hỗn hợp. • Tạo thêm xoáy lốc mạnh hay rối mạnh trong buồng cháy. • Sử dụng buồng cháy xoáy lốc. • Sử dụng năng lượng khí cháy trong buồng cháy dự bị. • Tăng khả năng lưu thông của nhiên liệu qua bầu lọc. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... 16 Bảng 1.2 So sánh tính chất hóa lý cơ bản của các dầu thực vật và dầu Diesel ðặc tính Dầu phộng Dầu cải Dầu dừa Dầu bông Dầu cọ Dầu thầu dầu Dầu nành Dầu Diesel Chỉ số Cetane 39-41 38 40-42 35-40 38-40 36-38 45-50 ðộ nhớt (cst) (ở 200C) 85 77 30-37 73 95-106 58-63 3-6 Nhiệt trị (kcal/kg) 39,33 /9410 37,40 /8956 37,10 /8875 36,78 /8800 36,92 /8834 38,85/ 9295 37,30 /8925 43,80 /10478 ðộ nhớt dầu thực vật ở nhiệt ñộ thường cao hơn so với Diesel khoảng vài chục lần (riêng ñối với dầu Dừa ñộ nhớt ở 200C là 37 cSt lớn hơn dầu Diesel khoảng 7 lần), nhưng ñường cong chỉ thị ñộ nhớt rất dốc, khi nhiệt ñộ tăng thì ñộ nhớt của dầu thực vật giảm nhanh. ðộ nhớt của dầu ảnh hưởng lớn ñến khả năng thông qua của dầu trong bầu lọc, ñến chất lượng phun nhiên liệu và khả năng hòa trộn do ñó ảnh hưởng mạnh ñến tính kinh tế và hiệu quả của ñộng cơ, ñể làm giảm ñộ nhớt dầu thực vật có thể sử dụng phương pháp gia nhiệt cho nhiên liệu. Chỉ số Cetane dầu thực vật nhỏ hơn so với dầu Diesel, trong số các dầu thực vật nghiên cứu thì dầu Dừa có chỉ số cetan gần bằng dầu Diesel. Muốn tăng chỉ số cetan cho dầu thực vật có thể dùng biện pháp thêm chất phụ gia “ProCetane” hay chuyển chúng thành Biodisel. Biodisel là những mono Ankyl Este, là sản phẩm của quá trình este hóa của các axít hữu cơ có nhiều trong dầu mỡ ñộng thực vật. Biodiesel có thể thay thế Diesel truyền thống sử dụng trong ñộng cơ ñốt trong. Dưới tác dụng của chất xúc Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... 17 tác, dầu thực vật + metanol hoặc etanol cho sản phẩm este + glycerine + axit béo (este hóa dầu thực vật bằng etanol khó hơn bằng metanol).Thông thường Biodiesel ñược sử dụng ở dạng nguyên chất hay dạng hỗn hợp với dầu Diesel. Tính chất vật lý của Biodiesel tương tự như Diesel nhưng tốt hơn Diesel về mặt chất thải. Biodiesel khắc phục ñược các nhược ñiểm của dầu thực vật như ñộ nhớt quá lớn (cao gấp 6 – 14 lần Diesel), chỉ số Cetane thấp. Các loại Biodiesel ñều có tỷ lệ % trọng lượng Oxy khá lớn, ñây là ñiều mà dầu Diesel không có. Tính chất lý hóa cơ bản của các Biodiesel ñược thể hiện trên bảng 1.3 Bảng 1.3. Tính chất hóa lý cơ bản của các Biodiesel ESTE Khối lượng riêng (g/cm3) ðộ nhớt (ở 200C) (cSt) ðiểm ñục ( 0C) ðiểm chớp lửa ( 0C) Nhiệt trị (MJ/kg) (kCal/kg) Cặn Chỉ số Cetane Metyl dầu cải 0,88 7,09 -5 171 37,70/9020 1,2 43 Metyl dầu cải 0,886 5,3 -2 93 37,83/9050 0,7 43 Dầu Diesel 0,836 5,3 -2 60 43,80/10478 <0,01 45-50 Trong các dạng năng lượng, năng lượng sinh khối ñược nhiều nước nghiên cứu vì khả năng tái tạo của nó. Vì vậy việc xây dựng ñường ñặc tính ñộng cơ sử dụng nhiên liệu sinh học Jatropha là việc làm rất cần thiết ñể ñánh giá hiệu quả so với nhiên liệu Diesel. Jatropha là một loại thực vật có dầu ñã sống hoang dã từ lâu ở Việt Nam. Hiện ñang ñược khuyến khích phát triển và triển vọng sẽ trở thành nguồn nhiên liệu thay thế có tiềm năng cho nhiên liệu hóa thạch ñang dần cạn kiệt. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... 18 1.3. Tình hình nghiên cứu nhiên liệu thay thế trên thế giới. Trên thế giới việc nghiên cứu, sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học ñã ñược thực hiện từ lâu, và nguồn năng lượng này chủ yếu ñược sử dụng trong ngành giao thông vận tải. ðối với các nhiên liệu sản xuất từ sinh khối, có nhiều cách biến ñổi khác nhau phụ thuộc vào lĩnh vực sử dụng. Các cách này bao gồm quá trình biến ñổi trực tiếp như chiết xuất dầu thực vật sau khi ñã ester hoá ñể tạo ra dầu Diesel sinh học. Những công nghệ biến ñổi này ñược áp dụng nhiều nơi trên thế giới và ñã có sản phẩm bán trên thị trường. ðã có nhiều ứng dụng trong việc sử dụng các loại dầu thực vật dùng làm nhiên liệu thay thế cho các ñộng cơ ô tô chẳng hạn: Brazin là một nước ñi ñầu trong việc phát triển các loại nhiên liệu sạch, hiện tại ở Brazin có tới trên 90% ô tô sử dụng nhiên liệu sạch và nhiên liệu sạch pha với nhiên liệu có nguồn gốc dầu mỏ, chúng ñược cung cấp bởi 5 nhà máy sản xuất với tổng sản lượng 49 triệu lít/năm. Từ ñó, nước này ñã giảm ñược hàng chục tỷ USD cho việc không phải nhập khẩu nhiên liệu. Họ ñang dự kiến sản xuất 1.5tỷ lít diesel sinh học vào năm 2011, với việc tiếp tục ñưa thêm khoảng 5 nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học với tổng công suất 62 triệu lít/ năm. Thị trường châu Âu cũng không phải là nhỏ khi nghị ñịnh Kyoto ñược ñưa vào thực hiện, các quy chế ngặt nghèo về khí thải, với chỉ thị 2003/30/EC và từ ngày 31/12/2008 thì ít nhất 4% cho ñến 31/12/2011 ít nhất 6.75%, nhiên liệu dùng cho vận tải phải có nguồn gốc tái tạo. Tại ðức thì chỉ thị trên ñã ñược thực hiện sớm, tiếp theo là Áo và Pháp với nhiên liệu chứa 5% có nguồn gốc tái tạo ñã ñược bán. Ở Mỹ, Áo ñã cho xe ô tô ñộng cơ Diesel chạy bằng dầu thực vật từ nhiên liệu là dầu ăn thải ra từ trong các nhà hàng,vv…Tại Achentina một kỹ sư ñã tìm cách phát triển công nghệ sản xuất năng lượng thay thế từ ñậu nành, chi phí cho sản xuất chỉ bằng 1/2 so với Diesel truyền thống, ngoài ra Anh cũng có khả năng sản xuất nhiên liệu thay thế từ hạt Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... 19 hướng dương, hạt thầu dầu và hạt cọ. Kết quả công trình nghiên cứu của hai sinh viên tại ðại học Auckland (New Zealand), họ ñã chứng minh ñược ñộng cơ chạy bằng dầu Diesel của tàu, xe có thể họat ñộng ñược nhờ vào hỗn hợp Diesel với dầu dừa hoặc chỉ ñơn thuần bằng dầu dừa. Trong bài viết trên tạp chí Journal Science, giáo sư James Steenbock Dumesic trường ñại học Wisconsin Madison, Hoa Kỳ (UW-Madison) và các ñồng nghiệp ñã công bố: Hạt ngũ cốc và các nguyên liệu nguồn gốc chứa nhiều carbonhydrate có thể ñược biến ñổi sang dạng chất lỏng hóa học alkanes không chứa lưu huỳnh tạo nên chất phụ gia lý tưởng cho phương tiện vận tải chạy dầu Diesel. Kết quả, chất dầu Diesel từ thực vật này có thể cung cấp nguồn năng lượng gấp ñôi nguồn năng lượng cần thiết ñể tạo ra nó,vv…Lợi ñiểm nữa là có thể sử dụng nguồn nguyên liệu rộng rãi từ thực vật. Tại Mỹ với mục tiêu giảm 70% dầu nhập khẩu từ Trung ðông vào 2015. Các nền kinh tế ñầu tàu như Trung Quốc, EU, Mỹ, Nhật, và ngay cả những nước có nguồn nhiên liệu ñể phát triển nhiên liệu sạch dồi dào như Brazin,Thái Lan, Indonesia, Malaysia, Ấn ðộ,…Cũng ñang ra sức phát triển những loại nhiên liệu sạch, ñể trong tương lai gần nền kinh tế bớt phải phụ thuộc vào nguồn cung dầu mỏ. Trung Quốc là một quốc gia ñông dân nhất và cũng là một quốc gia có tốc ñộ phát triển kinh tế nhanh nhất hiện nay, tuy nhiên nguồn dầu mỏ nước này cũng không ñủ cung cấp ngay trong thời ñiểm hiện tại. Trung Quốc ñã có nhiều nhà máy sản xuất nhiên liệu sạch ở nhiều nơi, và hiện ñang có một nhà máy sản xuất nguồn nhiên liệu sạch lớn nhất thế giới hiện nay ở tỉnh Cát Lâm có sản lượng 600.000 tấn/năm. Tổng sản lượng nhiên liệu Diesel sinh học của Trung quốc hiện vào khoảng 1.5 triệu tấn/năm. Ấn ðộ là một nước ñông dân thứ hai trên thế giới, tốc ñộ tăng trưởng kinh tế không phải là nhanh nhưng theo dự báo thì vào năm 2012 thì lượng xe tiêu thụ trên thị trường Ấn ðộ sẽ tăng gấp 1,5 bây giờ, nó sẽ kéo theo nguồn nhập khẩu Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... 20 dầu mỏ của nước này tăng nhanh, nền kinh tế phụ thuộc nhiều vào nguồn cung dầu mỏ luôn không ổn ñịnh. Nước này ñang cố gắng sản xuất nhiên liệu thay thế từ nguồn dầu cọ ñể ñáp ứng nhu cầu sử dụng trong nước. ðông Nam Á là khu vực có ñiều kiện thiên nhiên ưu ñãi, có nguồn dầu thực vật ñược lấy từ nhiều loại cây trong ñó chủ yếu là Cọ và Dừa. Thái Lan một trong những nước trong khu vực ñi tiên phong trong việc sản xuất nhiên liệu sạch, theo ñó 10% nhiên liệu sạch sẽ ñược sử dụng trước 2012. Còn tại Malayxia, một nước có sản lượng dầu cọ lớn nhất thế giới ñã quyết ñịnh lấy ñó làm nguồn nguyên liệu ñể sản xuất dầu diesel sinh học và năm 2007 nước này ñã sử dụng B5 (pha 5% dầu Diesel sinh học vào dầu Diesel) trên diện rộng. 1.4. Tình hình nghiên cứu nhiên liệu thay thế tại Việt Nam. ði sau các nước trong việc phát triển nhiên liêu sạch nhưng Việt Nam cũng ñã ñạt ñược những thành tựu bước ñầu trong việc nghiên cứu chế biến dầu thực vật, mỡ ñộng vật thành Diesel sinh học. Chúng ta ñã nghiên cứu chiết suất thành công dầu diesel từ dầu mè, chiết suất thành công Diesel sinh học từ mỡ cá basa, cá tra, nó ñã mở ra một hướng mới cho các nhà ñầu tư. ðối với cây mè chúng ta có thể dùng phụ phẩm của nó ñể làm thuốc, làm phân bón,… còn ñối với mỡ cá basa, cá tra ta tận dụng ñược nguồn mỡ thải lâu nay vẫn không dùng phải vứt bỏ. ðó là công trình nghiên cứu của Phân viện khoa học vật liệu tại Thành phố Hồ Chí Minh (Tp.HCM) thuộc Viện khoa học và công nghệ Việt Nam. Theo ñề nghị của Bộ Công nghiệp và Văn phòng Công ty Sojitz tại Hà Nội, ngày 03 tháng 8 năm 2005, Bộ Tài nguyên và Môi trường, với tư cách là cơ quan ñầu mối của Chính phủ Việt Nam tham gia và thực hiện Nghị ñịnh thư Kyoto ñã xác nhận dự án PIN phát triển dầu Dừa diesel sinh học theo cơ chế phát triển sạch (CDM) tại tỉnh Bình ðịnh. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... 21 Nhóm nghiên cứu Phân viện Khoa học vật liệu Tp.HCM thuộc Viện Khoa học và công nghệ VN khẳng ñịnh có ñủ khả năng nghiên cứu sản xuất dầu Diesel sinh học (Biodiesel) từ dầu thực vật của Việt Nam. Nhóm nghiên cứu ñã hợp tác với Viện Hóa kỹ thuật ðH Tổng hợp Jena (ðức) phân tích thành phần, tính chất các mẫu dầu Diesel sinh học do nhóm ñiều chế. Kết quả cho thấy, mẫu dầu Diesel sinh học từ dầu hạt cao su Việt Nam ñạt tiêu chuẩn châu Âu về Biodiesel. Từ tháng 8/2006, hệ thống thiết bị sản xuất nhiên liệu Diesel sinh học từ dầu ăn phế thải với công suất 2 tấn/ngày ñã ñược triển khai tại công ty Phú Xương, quận Thủ ðức, Tp.HCM. Dự án này có nguồn vốn ñầu tư khoảng 9,69 tỷ ñồng, trong ñó có 1,5 tỷ ñồng vay từ ngân sách Nhà nước. Như vậy trên thế giới cũng như ở Việt Nam chỉ nghiên cứu công nghệ sản xuất Biodisel, còn việc ñể sử dụng trực tiếp dầu thực vật thế giới ñang nghiên cứu thử nghiêm, ở Việt Nam chưa thấy công trình nào công bố sử dụng trực trực tiếp dầu thực vật làm nhiên liệu. 1.5. Tình hình nghiên cứu nhiên liệu Jatropha cho ñộng cơ ñốt trong. Cây Jatropha thuộc họ Thầu dầu, Jatropha có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp, ghép từ hai chữ Iatrós (bác sĩ) và trophé (thức ăn), ám chỉ công dụng làm thuốc của cây này. Curcas là tên gọi thông thường của cây Physic nut ở Malabar, Ấn ðộ. Tên thông dụng ở các nước hiện nay là Jatropha, ở Việt Nam gọi là cây Cọc giậu, Cọc rào, Cây li, Ba ñậu nam, Dầu mè,vv... Jatropha là một loài cây có lịch sử 70 triệu năm, nguồn gốc từ Mexico (nơi duy nhất có hóa thạch của cây này) và Trung Mỹ, ñược người Bồ ðào Nha ñưa qua Cape Verde, rồi lan truyền sang châu Phi, châu Á, sau ñó ñược trồng ở nhiều nước, trở thành cây bản ñịa ở khắp các nước nhiệt ñới, cận nhiệt ñới trên toàn thế giới. Hiện nay nhiều nước trên thế giới ñang chạy ñua phát triển cây Jatropha ñể làm nguyên liệu sản xuất Diesel sinh học. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... 22 Jatropha vốn dĩ là một cây dại, bán hoang dại mà người dân các nước trồng chỉ ñể làm bờ rào và làm thuốc, nhưng với những phát hiện mới của khoa học, ñã cho thấy Jatropha có tiềm lực giá trị cực kỳ to lớn, ñược ñánh giá rất cao, thậm chí ñã có những lời ca ngợi có phần quá ñáng, nhưng dù sao, Jatropha vẫn là một loại cây hết sức quý giá mà loài người phải quan tâm khai thác tốt những giá trị sinh học của cây này. Phát hiện quan trọng nhất từ Jatropha là lấy hạt làm nguyên liệu sản xuất dầu Diesel sinh học. Hạt Jatropha có hàm lượng dầu trên 30%, từ hạt ép ra dầu thô. Mặc dầu Diesel sinh học ñược sản xuất từ nhiều loại nguyên liệu: cải dầu, hướng dương, ñậu tương, dầu cọ, mỡ ñộng vật…, nhưng sản xuất từ Jatropha vẫn có giá thành rẻ nhất, chất lượng tốt, tương ñương với dầu Diesel hóa thạch truyền thống. Trên hình 1.3 là hình ảnh phương pháp ép lấy dầu thô trực tiếp từ hạt Jatropha. Hình 1.3. Chiết xuất dầu trực tiếp từ hạt Jatropha Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... 23 Nếu 1 ha Jatropha ñạt năng suất 8-10 tấn hạt/ha/năm có thể sản xuất ñược 3 tấn Diesel sinh học. Loại dầu này sẽ thay thế ñược 1 phần dầu Diesel truyền thống ñang cạn kiệt, giảm thiểu ñược lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính, là loại dầu cháy hết và không có lưu huỳnh, là dầu sạch, thân thiện với môi trường. ðặc biệt hạt Jatropha không dùng ñể ép dầu ăn và có thể mọc trên những vùng ñất khô cằn, cho nên giá thành sản xuất sẽ rẻ hơn so với các loại hạt có dầu truyền thống khác. Do chi phí cho việc trồng cây nhiên liệu lấy dầu thấp, hơn nữa chúng lại rất sẵn trong tự nhiên, Diesel sinh học có thể ñược sản xuất ra với chi phí thấp hơn nhiều so với Diesel lấy từ dầu mỏ. Diesel sinh học có thể giải quyết ñược bài toán hiệu ứng nhà kính và sự cạn kiệt của nhiên liệu hóa thạch. Trên thực tế dầu Jatropha ñã ñược nghiên cứu chuyển hóa thành Biodiesel qua quá trình este hóa và ñược sử dụng cho ñộng cơ. Tuy nhiên vấn ñề sử dụng trực tiếp dầu Jatropha không qua este hóa nó sẽ mang lại nhiều lợi ích như, không phải ñầu tư thiết bị và công nghệ lớn, thúc ñẩy phát triển sản xuất nông nghiệp…Vì vậy việc nghiên cứu sử dụng trực tiếp dầu Jatropha là vấn ñề cần thiết góp phần tiết kiệm nhiên liệu hóa thạch, giảm thiểu hiệu ứng nhà kính, thân thiện với môi trường vv… Luận văn này giới thiệu một số kết quả bước ñầu nghiên cứu sử dụng trực tiếp dầu Jatropha thay thế nhiên liệu Diesel truyền thống cho một số loại ñộng cơ Diesel phổ biến tại Việt Nam. Các nguyên liệu có nguồn gốc hóa thạch nếu có phải sử dụng phối hợp thì liều dùng với lượng càng ít càng tốt. ðó là lý do dầu Jatropha ñược chọn ñể nghiên cứu. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... 24 CHƯƠNG II : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Phân tích tính chất nhiên liệu. 2.1.1. Tính chất nhiên liệu diesel (Do). Dầu Diesel ñược ñặt tên theo nhà sáng chế Rudolf Diesel, và có thể ñược dùng trong loại ñộng cơ ñốt trong mang cùng tên, ñộng cơ Diesel. Các chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu Diesel ñược phân tích trên bảng 2.1 Bảng: 2.1. Chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu Diesel (TCVN 5689:2005) TT Tên chỉ tiêu Mức Phương pháp thử 1 Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg, max. 500 2500 TCVN 6701:2002 (ASTM D 2622)/ ASTM D 5453 2 Chỉ số Cetane, min. 46 ASTM D4737 3 Nhiệt ñộ cất, OC, 90% thể tích, max. 360 TCVN 2698:2002/ (ASTM D 86) 4 ðiểm chớp cháy cốc kín, OC, min. 55 TCVN 6608:2002 (ASTM D 3828)/ ASTM D 93 5 ðộ nhớt ñộng học ở 400C, mm2/s. 2-4,5 TCVN 3171:2003 (ASTM D445) 6 Cặn các bon của 10% cặn chưng cất, % khối lượng, max. 0,3 TCVN 6324:1997 (ASTM D 189)/ ASTM D 4530 7 ðiểm ñông ñặc, OC, max. +6 TCVN 3753:1995/ ASTM D 97 8 Hàm lượng tro, % khối lượng, max. 0,01 TCVN 2690:1995/ ASTM D 482 9 Hàm lượng nước, mg/kg, max. 200 ASTM E203 10 Tạp chất dạng hạt, mg/l, max. 10 ASTM D2276 11 Ăn mòn mảnh ñồng ở 50oC, 3 giờ, max. Loại 1 TCVN 2694:2000/ (ASTM D130-88) 12 Khối lượng riêng ở 15oC, kg/m3 820-860 TCVN 6594:2000 (ASTM D 1298)/ ASTM 4052 13 ðộ bôi trơn, µm, max. 460 ASTM D6079 14 Ngoại quan Sạch, trong ASTM D4176 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... 25 Hàm lượng lưu huỳnh. Lưu huỳnh là một trong những thành phần quan trọng ñáng lưu ý trong dầu mỏ nói chung và xăng nói riêng. Nếu hàm lượng S vượt quá giới hạn cho phép sẽ gây ra quá trình ăn mòn cho thiết bị và ñặc biệt với sự có mặt của H2S khi không cháy hết thải ra không khí sẽ gây ô nhiễm môi trường. Như chúng ta ñã biết lưu huỳnh trong dầu thô cũng như trong các sản phẩm của nó tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau như: Lưu huỳnh dạng nguyên tố, H2S, mercapthane, sulfur, disulfur, dị vòng,vv… tuỳ theo dạng tồn tại của nó mà nó có thể gây ăn mòn trực tiếp hay gián tiếp. Nếu như trong nhiên liệu xăng lưu huỳnh tồn tại chủ yếu dưới dạng mercapthane gây ăn mòn trực tiếp thì trong nhiên liệu Diesel dạng tồn tại này hầu như không còn nữa, mà chủ yếu dưới dạng sulfur, disulfur hay dị vòng không có khả năng ăn mòn trực tiếp mà chúng chỉ gây ăn mòn khi bị cháy trong ñộng cơ ñể tạo ra SO2, sau ñó nó có thể chuyển một phần thành SO3. Phần lớn lượng khí này thoát ra ngoài cùng khí cháy, nhưng có thể một phần nhỏ lọt qua các xecmăng ñể vào trong carter chứa dầu và khi nhiệt ñộ trong carter này xuống thấp thì chúng kết hợp với hơi nước ñể tạo ra các axit tương ứng gây ăn mòn các bề mặt chi tiết khi dầu ñược bơm trở lại các bề mặt bôi trơn. Chỉ tiêu này cho phép ta theo dõi ñược hàm lượng lưu huỳnh của các sản phẩm dầu mỏ khác nhau và các phụ gia có lưu huỳnh, từ ñó có thể dự ñoán các tính chất sử dụng, bảo quản. Hàm lượng lưu huỳnh tổng (Total Sulfur Content) có thể ñược xác ñịnh bằng nhiều phương pháp, trong ñó ASTM D4294 ñược xem là một phương pháp khá thông dụng, dựa trên nguyên lý hấp thụ của phổ huỳnh quang tia X ( Energy Dispersive X-Ray Fluorescence Spectrometry). Trị số Cetane. Là một ñơn vị ño quy ước ñặc trưng cho tính tự bốc cháy của nhiên liệu Diesel và ñược ño bằng % thể tích hàm lượng n-cetane (C16H34) trong hỗn hợp Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... 26 của nó với methyl naphthalene ở ñiều kiện tiêu chuẩn. ( Theo quy ước, methyl naphthalene có trị số cetane = 0 và n-cetane có trị số cetane = 100). Trị số cetane ñược xác ñịnh theo phương pháp thử ASTM D.976 hoặc D.4737 Trị số cetane, ngoài ý nghĩa là thước ño chất lượng cháy của nhiên liệu còn ảnh hưởng ñến sự cháy kích nổ. Yêu cầu của trị số cetane phụ thuộc vào thiết kế, kích thước, ñặc ñiểm của sự thay ñổi tốc ñộ và tải trọng của ñộng cơ, phụ thuộc vào thời ñiểm khởi ñộng, ñiều kiện khí quyển. Sự gia tăng trị số Cetan khi vượt quá giá trị thực tế yêu cầu sẽ không cải thiện ñược tính năng của ñộng cơ về mặt vật chất. Người ta dùng một ñộng cơ CFR ñã ñược tiêu chuẩn hoá ñể tiến hành phép thử dưới những ñiều kiện chuẩn về nhiệt ñộ không khí, tốc ñộ, tốc ñộ nhiên liệu và nhiệt ñộ làm lạnh. Tỉ lệ nén có thể thay ñổi ñược và ñược ño so với một thời gian trễ chuẩn. Bởi vậy ý nghĩa chung của chất lượng cháy là nhiên liệu có thời gian trễ cháy thích hợp trong ñộng cơ. Một chỉ số cetane cao, vượt quá 48 là cần thiết cho ñộng cơ tốc ñộ cao nhưng một ñộng cơ tốc ñộ thấp không ñòi hỏi như vậy bởi vì nó ñòi hỏi nhiều thời gian cho sự cháy. Ở nhiệt ñộ không khí cao hơn hay sự trộn không khí vào nhiên liệu kĩ càng hơn sẽ cần nhiên liệu với chỉ số cetane thấp hơn ở cùng một tốc ñộ. Thật vậy, mối quan hệ giữa tốc ñộ ñộng cơ và chỉ số Cetane là gần ñúng ñược chỉ ra trên bảng 2.2. Bảng 2.2 Mối quan hệ giữa tốc ñộ ñộng cơ và chỉ số Cetane. Tốc ñộ ñộng cơ (v/ph) Chỉ số cetane thích hợp > 1500 60 ÷ 50 1500 ÷ 800 55 ÷ 45 800 ÷ 400 50 ÷ 35 400 ÷ 100 40 ÷ 30 < 100 30 ÷ 15 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... 27 Hình 2.1 Thiết bị ño Flash Point PMCC theo ASTM D93 Ảnh hưởng của việc sử dụng nhiên liệu có chỉ số Cetane quá thấp là tập trung quá nhiều nhiên liệu trong xilanh trước khi sự cháy xảy ra, như thế một áp lực cao sẽ ñược hình thành và trở nên nghe thấy “tiếng gõ Diesel”. ðể làm tăng chỉ số Cetane của dầu người ta thường dùng phụ gia ethyl nitrate, C2H5ONO2, iso- amyl nitrate hay acetoperoxide. Khi thêm các lượng nhỏ từ 1 ÷ 1,5% các chất trên sẽ làm tăng chỉ số Cetan lên 23 ÷ 29%. Một ñiều bất tiện là khi thêm các chất làm tăng chỉ số cetane sẽ làm cho ñộng cơ khó khởi ñộng ở ñiều kiện lạnh, vì thế việc sử dụng các phụ gia loại này không ñược phổ biến. ðiểm chớp cháy cốc kín. Nhiệt ñộ bắt cháy cốc kín hay còn gọi là Flash point PMCC (Pensky-Martens Closed Cup) là nhiệt ñộ thấp nhất ở ñiều kiện áp suất không khí, mẫu nhiên liệu thử nghiệm hầu như bắt cháy khi ngọn lửa xuất hiện và tự lan truyền một cách nhanh chóng trên bề mặt của mẫu. Nhiệt ñộ bắt cháy ñược xác ñịnh theo tiêu chuẩn ASTM D.93, sử dụng thiết bị chớp cháy cốc kín Pensky-Martens hình 2.1 Nếu thiết bị ño ñộ chớp cháy dùng cốc hở thì sẽ ñược gọi là ðiểm chớp cháy cốc hở Flash Point COC (Cleveland Open Cup). Nhiệt ñộ chớp cháy cốc kín sẽ thấp hơn nhiệt ñộ chớp cháy cốc hở và sự chênh lệch giữa hai nhiệt ñộ này càng lớn nếu nhiệt ñộ chớp cháy nói chung của phân ñoạn càng cao. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... 28 Nhiệt ñộ bắt cháy xác ñịnh xu hướng hình thành hỗn hợp có thể cháy với không khí dưới ñiều kiện thí nghiệm, nó là một trong các chỉ tiêu ñể ñánh giá mức ñộ dễ bắt cháy của nhiên liệu cũng như “thời gian cảm ứng” trong ñộng cơ. Nhiệt ñộ chớp cháy có ý nghĩa quan trọng ñối với quá trình vận chuyển và tồn chứa nhiên liệu. Nhiệt ñộ chớp cháy quá thấp rất dễ gây cháy nổ. Nó cũng là dấu hiệu cho thấy nhiên liệu ñã bị lẫn với các loại khác có ñộ bay hơi cao hơn. Nhiệt ñộ chớp cháy hầu như không có ý nghĩa ñối với chất lượng của nhiên liệu khi ñánh giá trên góc ñộ tính năng kỹ thuật của các thiết bị sử dụng nó. ðối với các sản phẩm dầu mỏ thì nhiệt ñộ chớp cháy khác nhau. Xăng có nhiệt ñộ chớp cháy khoảng -40oC, nhiên liệu cho ñộng cơ phản lực có nhiệt ñộ chớp cháy trong khoảng 28-60oC (trung bình là 40oC), Diesel có nhiệt ñộ chớp cháy trong khoảng 35 - 80oC (trung bình là 60oC) phân ñoạn dầu nhờn có nhiệt ñộ chớp cháy 120- 325oC. ðộ nhớt. ðộ nhớt là một ñại lượng vật lý ñặc trưng cho trở lực do ma sát nội tại sinh ra giữa các phân tử khi chúng có sự chuyển ñộng trượt lên nhau. Vì vậy, ñộ nhớt có liên quan ñến khả năng thực hiện các quá trình bơm, vận chuyển chất lỏng trong các hệ ñường ống, khả năng thực hiện các quá trình phun, bay hơi của nhiên liệu trong buồng cháy, ñồng thời nó liên quan ñến khả năng bôi trơn của các phân ñoạn khi sử dụng làm dầu nhờn. ðộ nhớt có thể ñược biểu diễn theo nhiều cách khác nhau: ðộ nhớt tuyệt ñối (hay ñộ nhớt ñộng lực), ñộ nhớt ñộng học (Kinematics Viscosity). Ngoài hai loại trên thì người ta còn sử dụng ñộ nhớt quy ước. ðối với loại ñộ nhớt này thì tuỳ thuộc vào thiết bị sử dụng ñể ño mà ta có các tên gọi và các kết quả khác nhau như ñộ nhơt Engler (oE), ñộ nhớt Saybolt (SSU), ñộ nhớt Redwood. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... 29 ðộ nhớt ñộng học. Là tỉ số giữa ñộ nhớt ñộng lực và trọng lượng riêng của nó. Trong hệ thống GCS thì ñơn vị của ñộ nhớt ñộng học ñược tính bằng Stoke (St), thông thường thì người ta sử dụng ước của nó là centistokes(cSt). Dưới ảnh hưởng của nhiệt ñộ, ñộ nhớt của các phân ñoạn dầu mỏ cũng thay ñổi rất nhiều. Một tính chất quan trọng ñáng chú ý của ñộ nhớt của một hỗn hợp nhiều thành phần, là tính chất không cộng tính. ðây là một tính chất cần quan tâm khi tiến hành pha trộn nhiều phân ñoạn có ñộ nhớt khác nhau, vì khi pha trộn ñộ nhớt của hỗn hợp thực tế bao giờ cũng thấp hơn ñộ nhớt nếu tính toán bằng cách theo trung bình thể tích của các thành phần hỗn hợp. ðộ nhớt ñược ño bằng cách ghi lại thời gian cần thiết ñể một lượng chất lỏng nhất ñịnh chảy qua một ống mao quản có kích thước nhất ñịnh ở một nhiệt ñộ nhất ñịnh. ðộ nhớt ñộng học có thể ñược xác ñịnh theo phương pháp thử ASTM D.445 ðộ nhớt của nhiên liệu rất quan trọng vì nó ảnh hưởng ñến khả năng bơm và phun nhiên liệu vào buồng ñốt. ðộ nhớt của nhiên liệu có ảnh hưởng lớn ñến kích thước và hình dạng của kim phun. Nhiên liệu có ñộ nhớt quá cao rất khó nguyên tử hóa, các tia nhiên liệu không mịn và khó phân tán ñều trong buồng ñốt. Kết quả là làm giảm hiệu suất và công suất ñộng cơ. ðối với các ñộng cơ nhỏ, các tia nhiên liệu có thể chạm vào thành xy lanh, cuốn ñi lớp dầu bôi trơn và làm tăng ñộ lẫn nhiên liệu trong dầu nhờn. Hiện tượng các chi tiết bị ăn mòn nhanh chính là do nguyên nhân này. Nhiên liệu có ñộ nhớt quá thấp khi ñược phun vào xylanh sẽ tạo thành các hạt quá mịn, không thể tới ñược các vùng xa kim phun và do ñó hỗn hợp nhiên liệu – không khí tạo thành trong xylanh không ñồng nhất, nhiên liệu cháy không ñều, công suất giảm. Nhiên liệu có ñộ nhớt quá thấp có thể gây ra hiện tượng rò rỉ tại Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... 30 bơm, làm sai lệch kết quả ñong ñếm dẫn ñến thay ñổi tỷ lệ pha trộn không khí- nhiên liệu. Mức ñộ mài mòn của các chi tiết trong hệ thống cung cấp nhiên liệu tăng khi ñộ nhớt của nhiên liệu giảm. ðộ nhớt của Diesel dùng cho các ñộng cơ cao tốc nằm trong khoảng 1.8-5.0 cSt ở 37.8oC. Thường thì người ta hay hạn chế chặn dưới của ñộ nhớt ñể tránh hiện tượng như ñã nêu ở trên. Các loại diesel có ñộ nhớt cao hơn 5.8 cSt thường ñược sử dụng cho các ñộng cơ tốc ñộ thấp hơn. Diesel có ñộ nhớt ñặc biệt cao ñược sử dụng cho máy tàu thủy và thường phải có thêm hệ thống gia nhiệt. ðối với một số ñộng cơ, ñộ nhớt quy ñịnh theo giá trị min sẽ có một lợi thế vì hiện tượng mất công suất do bị rò nhiên liệu của bơm và vòi phun. Mặt khác, ñộ nhớt cũng ñược giới hạn bởi giá trị max nhằm phù hợp với giới hạn của các thông số ñã ñược xem xét trong thiết kế, kích thước của ñộng cơ và các ñặc ñiểm của hệ thống bơm phun. Cặn carbon – Carbon Conradson Residue. Cặn carbon là lượng cặn còn lại sau khi cho bay hơi và nhiệt phân nhiên liệu. Cặn carbon gây nên sự chênh lệch nhiệt ñộ giữa những ñiểm có cặn và những ñiểm không có cặn làm tăng ứng xuất nội của vật liệu làm buồng ñốt, dẫn tới biến dạng và có khi phá hủy buồng ñốt. Nếu các mẫu cặn carbon bám trên thành buồng ñốt bong ra và theo hỗn hợp khí ñi tới buồng giãn nở thì chúng có thể vao và làm kênh xupap gây hở buồng ñốt. Cặn carbon cũng là nguyên nhân gây ra hiện tượng khí xả có màu ñen và làm giảm hệ số tỏa nhiệt. ðể ñánh giá khả năng tạo cặn, người ta thường sử dụng tiêu chuẩn ñặc trưng là ñộ cốc hoá, tùy theo phương pháp tiến hành xác ñịnh cặn mà cặn thu ñược gọi là cặn Carbon Conradson hoặc cặn Carbon Rabostton. Cặn carbon ñược xác ñịnh theo phương pháp ASTM D189 và ñược sử dụng rộng rãi ñối với các loại nhiên liệu. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật............... ....... 31 ðiểm ñục – Cloud point. Cloud point là một chỉ tiêu quan trọng, nó xác ñịnh nhiệt ñộ tại ñó các tinh thể sáp xuất hiện trong nhiên liệu ở ñiều kiện thử nghiệm xác ñịnh, tại nhiệt ñộ ñó tinh thể sáp bắt ñầu kết tủa khỏi dầu diesel khi sử dụng. Cloud point có thể ñược gọi là ñiểm mây mù hay ñiểm vẫn ñục. Cloud point có thể ñược xác ñịnh theo phương pháp thử ASTM D.2500. Các thiết bị máy móc, xe ñều có thể phải làm việc ở ñiều kiện nhiệt ñộ thấp. Nếu Cloud point không thích hợp thì thành phần sáp trong nhiên liệu dễ bị kết tủa cản trở quá trình phun nhiên liệu vào ñộng cơ ñể ñốt. Tiêu chuẩn của Cloud point ñược quy ñịnh tùy theo Quốc gia hoặc khu vực nhưng thông thường nó nằm trong khoảng 0 ñến -15oC nó cũng có thể lên ñến 14oC ở các nước nóng nhưng cũng có thể xuống - 40oC ở các nước quá lạnh. Hàm lượng tro – Ash. Một lượn._.