LUẬN VĂN:Nghiên cứu khả năng sử dụng nhiên liệu thay thế cho đội xe buýt thành phố Nha Trang

Chia sẻ: Bui Van | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:101

Thêm vào BST

Báo xấu

127
lượt xem 35
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phương án lắp đặt hệ thống sử dụng nhi n liệu thay thế cho động c ê ơ diesel D6BR trên xe buýt thành phố Nha Trang. Hệ thống sử dụng nhiên liệu thay thế đơn Hệ thống sử dụng nhiên liệu thay thế và diesel song song.Lựa chọn giải pháp. Giải pháp kỹ thuật để động cơ có thể sử dụng nhiên liệu Biodiesel.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: LUẬN VĂN:Nghiên cứu khả năng sử dụng nhiên liệu thay thế cho đội xe buýt thành phố Nha Trang

LUẬN VĂN “Nghiên cứu khả năng sử dụng nhiên liệu thay thế cho đội xe buýt thành phố Nha Trang”
Trang i MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................ 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .......................................................................................... 3 1.1.Nhiên liệu thay thế .........................................................................................3 1.1.1 Các chỉ tiêu kỹ thuật của nhiên liệu Diesel...............................................3 1.1.1.1 Nhiệt trị.............................................................................................3 1.1.1.2 Độ nhớt.............................................................................................5 1.1.1.3 Tính tự bốc cháy ...............................................................................5 1.1.1.4 Hàm lượng tạp chất ...........................................................................7 1.1.2 Nhiên liệu biodiesel.................................................................................9 1.1.2.1 Khái niệm .........................................................................................9 1.1.2.2 Tình hình sản xuất và sử dụng Diesel sinh học từ dầu thực vật........10 1.1.2.3 Đặc tính của biodiesel .....................................................................12 ESTER ............................................................................................................... 12 Metyl dầu cải ..............................................................................................12 1.1.2.4 Quá trình điều chế biodiesel. ...........................................................13 1.1.3 Nhiên liệu LPG (Liquefied Petroleum Gases) ........................................15 1.1.3.1 Khái niệm LPG ...............................................................................15 1.1.3.2 Trữ lượng LPG và thị trường tiêu thụ..............................................16 1.1.3.3 Đặc tính nhiên liệu khí hóa lỏng......................................................17 1.2.Ứng dụng nhiên liệu thay thế cho động cơ diesel xe buýt ở Thành Phố Nha Trang..........................................................................................................22 1.2.1 Giới thiệu chung về xe buýt ở Thành Phố Nha Trang ............................22 1.2.1.1 Sơ lược về xe buýt ở Thành Phố Nha Trang ....................................22 1.2.1.2 Thông số kỹ thuật của xe buýt ở Thành Phố Nha Trang ..................23 1.2.2 Đặc điểm kỹ thuật và cấu tạo của động cơ D6BR sử dụng trên xe buýt ở Thành Phố Nha Trang .................................................................................29 1.2.2.1 Giới thiệu chung và vị trí động cơ trên xe buýt................................ 29 1.2.2.2 Đặc điểm kỹ thuật của động cơ .......................................................29 1.2.2.3 Nhóm piston, xylanh, nắp xylanh ....................................................31 1.2.2.4. Hệ thống nhiên liệu ........................................................................36 1.2.2.5 Hệ thống nạp - xả............................................................................48 Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp
Trang ii CHƯƠNG 2. KHẢ NĂNG SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU THAY THẾ CHO ĐỘI XE BUÝT THÀNH PHỐ NHA TRANG ................................................................... 53 2.1. Phương án lắp đặt hệ thống sử dụng nhi n liệu thay thế cho động c ê ơ diesel D6BR trên xe buýt thành phố Nha Trang. ................................................53 2.1.1. Hệ thống sử dụng nhiên liệu thay thế đơn .............................................53 2.1.2 Hệ thống sử dụng nhiên liệu thay thế và diesel song song......................53 2.1.3 Lựa chọn giải pháp. ...............................................................................54 2.2 Giải pháp kỹ thuật để động cơ có thể sử dụng nhiên liệu Biodiesel. .............54 2.2.1 Bình sấy sử dụng nước làm mát để làm nóng nhiên liệu ........................56 2.2.2 Bình sấy sử dụng nguồn điện một chiều.................................................58 2.2.3 Bình sấy tận dụng nguồn nhiệt khí xả ....................................................59 2.2.4 Lựa chọn ............................................................................................... 60 2.2.5 Sơ đồ tổng thể hệ thống nhiên liệu sử dụng Biodiesel và Diesel song song (H. 2-6 ) ................................................................................................. 60 2.3 Giải pháp kỹ thuật để động cơ có thể sử dụng nhiên liệu LPG......................61 2.3.1 Giải pháp kỹ thuật để động c có thể sử dụng LPG và diesel song ơ song................................................................................................................61 2.3.1.1 Giải pháp kỹ thuật để hệ thống nhiên liệu diesel có khả năng phun mồi .............................................................................................................61 2.3.1.2 Giải pháp kỹ thuật lắp đặt hệ thống cung cấp LPG trên động cơ......72 2.3.1.3 Giải pháp kỹ thuật lắp đặt cơ cấu hạn chế tốc độ động cơ................88 2.3.2 Sơ đồ tổng thể hệ thống nhiên liệu LPG và Diesel song song.................93 CHƯƠNG 3. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN .................................................. 95 3.1 Kết luận. ......................................................................................................95 3.2 Đề xuất ý kiến. .............................................................................................96 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 98 Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp
-1- LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của n kinh tế, đời sống nhân dân ngày ền một nâng cao cả về vật chất lẫn tinh thần. Song bên cạnh đó đất nước ta cũng phải đối mặt với nhiều khó khăn như những nền kinh tế đang phát triển khác, đặc biệt là vấn đề ô nhiễm môi trường. Nhiều nhà máy, xí nghiệp mọc lên phục vụ đòi hỏi của quá trình phát triển, đồng thời xả vào bầu khí quyển một lượng khí thải không nhỏ. Đời sống người dân được cải thiện, khả năng mua sắm các vật dụng đắt tiền như ô tô, xe máy…nằm trong tầm tay của nhiều gia đình. Mật độ phương tiện tham gia giao thông ngày một cao, bên cạnh đó là sự thiếu đồng bộ trong quá trình quy hoạch giao thông, việc quản lý chất lượng các phương tiện tham gia giao thông còn buông lỏng. Những vấn đề này đang làm cho lượng khí thải của nghành giao thông vận tải, đặc biệt trong lĩnh vực giao thông đường bộ xả vào khí quyển ngày một tăng nhanh. Để giải quyết vấn đề n cần phải có những chiến l ợc dài hạn phát triển các ày ư phương tiện giao thông công cộng nh đường sắt, tàu điện ngầm, mạng lưới xe ư buýt…,tìm kiếm các giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao quá trình cháy nhiên liệu và sử lý khí thải, sử dụng các phương tiện dùng nhiên liệu sạch thay cho các loại xe dùng nhiên liệu truyền thống xăng, dầu như hiện nay. Đi tìm nguồn nhiên liệu mới sạch hơn thay thế cho nhiên liệu truyền thống hiện đang sử dụng không chỉ góp phần làm giảm nồng độ các chất độc hại trong khí thải, bên cạnh đó nó còn góp phần đa dạng hoá các nguồn nhiên liệu, đẩy lùi nguy cơ cạn kiệt nguồn nhiên liệu truyền thống. Thành Phố Nha Trang cũng như các thành phố khác trong cả nước, vấn đề gia tăng các phương tiện giao thông cá nhân như ôtô, xe máy, ô nhiễm môi trường đang làm đau đầu các nhà quản lý. Đặc biệt với hướng phát triển của thành phố là trở thành một thành phố du lịch thì việc kiểm soát các chất độc hại trong khí quyển để có một bầu không khí trong lành là vấn đề sống còn. Mở rộng mạng lưới giao thông công cộng đặc biệt là đội ngũ xe buýt, khuyến khích người dân giảm bớt phương tiện cá nhân, sử dụng các loại xe dùng nhiên liệu sạch. Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp
-2- Hiện nay trên thế giới kỹ thuật chuyển đổi xe dùng nhiên liệu truyền thống (xăng, diesel) sang dùng nhiên liệu thay thế (LPG, Biodiesel, NGV, LNG…) đạt được nhiều thành tựu, đặc biệt là kỹ thuật chuyển đổi động cơ diesel sang dùng nhiên liệu LPG có những bước đột phá mới. Động cơ sau khi chuyển đổi ít thay đổi kết cấu ban đầu, giá thành chuyển đổi rẻ nhưng vẫn đáp ứng tốt các yêu cầu kỹ thuật Với suy nghĩ tìm kiếm nguồn nhiên liệu mới thay thế nhi n liệu truyền ê thống, nhằm làm cho môi trường thành phố Nha Trang sạch hơn. Khuyến khích, tuyên truyền người dân thành phố ủng hộ việc sử dụng nhi n liệu sạch cho các ê phương tiện cá nhân của mình. Từ đó mở rộng mô hình phát triển rộng rãi trên cả nước. Được sự hướng dẫn của thầy Phùng Minh Lộc, em xin đóng góp một phần nhỏ để ý tưởng trên sớm thành hiện thực với đề tài: “Nghiên cứu khả năng sử dụng nhiên liệu thay thế cho đội xe buýt thành phố Nha Trang”. Nội dung của đề tài gồm 3 chương: Chương 1: Tổng quan. Chương 2: Khả năng sử dụng nhiên liệu thay thế cho đội xe buýt thành phố Nha Trang. Chương 3: Kết luận và đề suất ý kiến. Sau hơn 3 tháng nỗ lực cố gắng, được sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của thầy Phùng Minh Lộc, Công ty cổ phần ô tô điện máy Nha Trang, quý thầy cô trong Khoa Cơ Khí, bạn bè trong quá trình tìm kiếm tài liệu, đóng góp ý kiến. Em đã cơ bản hoàn thành nội dung và trình bầy trong luận văn này. Do trình độ và thời gian có hạn, mặt khác vì đây là lần đầu tiên thực hiện độc lập một công trình mang tính chất nghiên cứu khoa học nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự thông cảm, chỉ dạy, góp ý của quý thầy cô và bạn bè để bổ sung cho đề tài này được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn. Nha Trang, ngày 20 tháng 11 năm 2007 SVTH: Ngô Quang Tuấn Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp
-3- CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1.Nhiên liệu thay thế 1.1.1 Các chỉ tiêu kỹ thuật của nhiên liệu Diesel. Các chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng nhất của nhiên liệu diesel bao gồm: nhiệt trị, tính tự bốc cháy,hàm lượng tạp chất và độ nhớt. 1.1.1.1 Nhiệt trị Nhiệt trị (H) là lượng nhiệt năng toả ra khi đốt cháy hoàn toàn một đơn vị khối lượng hoặc một đơn vị thể tích nhiên liệu. nhiệt trị của nhiên liệu lỏng và rắn thường tính bằng kJ/kg, của nhiên liệu khí-kJ/m3 hoặc kJ/kmol. Ở Anh và Mỹ, nhiệt trị được tính bằng đơn vị Btu/lb ( British thermal unit/pound ) hoặc Btu/ft3 ( British thermal unit/foot3 ). Nhiệt trị là một chỉ tiêu chất lượng cơ bản của tất cả các loại nhi n liệu . ê nhiệt trị có thể được xác định bằng nhiệt lượng kế đẳng tích (nhiệt lượng kế kiểu bom) hoặc nhiệt lượng kế đẳng áp bằng cách đốt cháy một lượng xác định mẫu thử rồi đo nhiệt lượng toả ra và tính toán nhiệt trị. Khi tính toán, chúng ta thường lấy nhiệt trị từ các bảng số liệu có sẵn. để tránh nhầm lẫn, cần phân biệt các khái niệm nhiệt trị dưới đây: Nhiệt trị đẳng áp (Hp)- Nhiệt lượng thu được khi đốt cháy hoàn toàn một đơn vị số lượng nhiên liệu sau khi làm lạnh sản phẩm cháy đến nhiệt độ bằng nhiệt độ của hỗn hợp trước lúc đốt cháy trong điều kiện áp suất của sản phẩm cháy đã được làm lạnh bằng áp suất của khí hỗn hợp trước lúc đốt cháy. Phương trình cân bằng năng lượng nhiệt lượng kế đẳng áp: Ec + Uf + p.Vf + Ua + p.Va = Up + p.Vp + Hp hoặc Ec + Um + p.Vm = Up + p.Vp +Hp Ec = (Hp + Ip – Im)T Nhiệt trị đẳng tích (HV)- nhiệt lượng thu được khi đốt cháy hoàn toàn một đơn vị số lượng nhiên liệu sau khi đã làm lạnh sản phẩm cháy đến nhiệt độ bằng nhiệt độ của hỗn hợp trước lúc đốt cháy trong điều kiện không thay đổi thể tích của sản phẩm cháy và hỗn hợp khí trước lúc đốt cháy. Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp
-4- Phương trình cân bằng năng lượng nhiệt kế đẳng tích : Ec + Um = Up + HV Ec =(HV + Up – Um)T Ec- hoá năng của nhiên liệu Uf, Ua, Um, Up - nội năng của nhiên liệu, không khí, hỗn hợp cháy v sản à phẩm cháy, tương ứng, Im, Ip – enthalpy của hỗn hợp cháy và sản phẩm cháy, Hp, HV- nhiệt trị đẳng áp và nhiệt trị đẳng tích. Nhiệt trị đẳng áp có ý nghĩa thực tế trong tính toán các thiết bị động lực, vì ở đó sản phẩm cháy thường được thải ra khí quyển có áp suất và nhiệt độ bằng áp suất và nhiệt độ của nhiên liệu và không khí trước lúc đi vào thiết bị. Vì vậy, nếu trong các bang số liệu cho nhiệt trị đẳng tích hoặc nếu xác định nhiệt trị bằng nhiệt lượng kế đẳng tích thì phải đổi sang nhiệt trị đẳng áp. Có thể sử dụng công thức sau đây: Hp = Hv + 10-3 pm(Vm – Vp) Trong đó: Hp, Hv - nhiệt trị đẳng áp và nhiệt đẳng tích, [kJ/kg], Pm- áp suất của hỗn hợp trước khi đốt cháy, [N/m2 ] Vm, Vp- thể tích của hỗn hợp trước lúc đốt cháy và của sản phẩm cháy đã được làm lạnh ở áp suất pm ứng với 1 đơn vị số lượng nhiên liệu. Đối với nhiên liệu lỏng gốc dầu mỏ: Hv  1,02 H . Nhiệt trị cao (Hc)- nhiệt lượng thu được khi đốt cháy hoàn toàn một đơn vị số lượng nhiên liệu, bao gồm cả lượng nhiệt toả ra do sự ngưng tụ của hơi nước có trong sản phẩm cháy khi ta làm lạnh nó đến nhiệt độ bằng nhiệt độ ban đầu. Nhiêt trị thấp(HT)- nhiệt lượng thu được trong trường hơp nước có trong sản phẩm cháy vẫn ở trạng thái hơi. Như vậy nhiệt trị thấp nhỏ hơn nhiệt trị cao một lượng bằng nhiệt ẩn hoá hơi của nước có trong sản phẩm cháy. -Đối với nhiên liệu lỏng: HT = HC – r.(9h + w) Trong đó: HT, HC - nhiệt trị thấp và nhiệt trị cao, [kJ/kg], r- nhiệt ẩn hoá hơi của 1 kg nước, r =2.512 kJ/kg Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp
-5- 9h- lượng hơi nước được hình thành khi đốt cháy h kg hydrogen có trong 1 kg nhiên liệu, w- lượng nước có trong 1 kg nhiên liệu. 1.1.1.2 Độ nhớt Độ nhớt- còn gọi là ma sát nội, là một tính chất của chất lỏng đặc trưng cho lực ma sát chống lại sự chuyển dịch tương đối của các lớp chất lỏng cạnh nhau dưới tác dụng của ngoại lực. Độ nhớt của nhiên liệu diesel có ảnh hưởng chủ yếu đến chất lượng quá trình phun nhiên liệu. Độ nhớt quá cao làm cho các tia nhiên liệu khó phân tán thành các hạt nhỏ và có thể bám trên thành xylanh. Ngược lại, độ nhớt quá thấp lại làm cho các tia nhiên liệu quá ngăn, không bao trùm hết không gian của buồng đốt. Cả hai trường hợp trên đều dẫn đến chất lượng quá trình tạo hỗn hợp cháy không cao, làm tăng lượng nhiên liệu cháy rớt và cháy không hoàn toàn. Ngoài ra, độ nhớt của nhiên liệu quá thấp có thể ảnh hưởng xấu đến chất lượng định lượng của hệ thống phun do làm tăng mức độ rò rỉ tại các cặp siêu chính xác của bơm cao áp và vòi phun, đồng thời tăng mức độ mài mòn của các chi tiết chuyển động thuộc hệ thống nhiên liệu . Mặc dù không phải là một chỉ tiêu kỹ thuật có ảnh hưởng quyết định đến chất lượng hoạt động của động cơ, nhưng người ta thường căn cứ vào độ nhớt để phân loại dầu diesel nặng.Sở dĩ như vậy là vì: -Độ nhớt lớn là một đại lượng dễ xác định. -Độ nhớt có liên quan đến nhiều tính chất khác của dầu diesel. Ví dụ: nếu nhiên liệu nặng có độ nhớt dưới 3500 sec Redwood, thì số cetane thường cao hơn 25 và lượng tạp chất cũng thường thấp hơn mức quy định. 1.1.1.3 Tính tự bốc cháy Tính tự bốc cháy của nhiên liệu là tính chất liên quan đến khả năng tự phát hoả khi hỗn hợp nhiên liệu – không khí chịu tác dụng của áp suất và nhiệt độ đủ lớn. Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp
-6- Để định lượng tính tự bốc cháy của nhiên liệu, có thể sử dụng các đại lượng dưới đây:  Thời gian chậm cháy(ti)- Nhiên liệu có tính tự bốc cháy càng cao thì thời gian chậm cháy càng ngắn, và ngược lại. Thời gian chậm cháy là đại lượng phản ánh tính tự bốc cháy của nhiên liệu diesel theo cách mà chúng ta mong muốn nhất, bởi vì nó có ảnh hưởng mạnh và trực tiếp đến toàn bộ diễn biến và chất lượng của quá trình cháy ở động cơ diesel. Tuy nhiên, thời gian chậm cháy của nhi n liệu ê diesel ở động cơ thực tế chỉ kéo dài từ vài phần vạn đến vài phần ngàn một giây. Đo trực tiếp một khoảng thời gian ngắn như vậy là một việc rất khó, cho nên người ta đã sử dụng một số đại lượng khác để đánh giá tính tự bốc cháy trên cơ sở một số tính chất lý-hoá của nhiên liệu có liên quan mật thiết với thời gian chậm cháy, hoặc so sánh tính tự bốc cháy của mẫu thử và nhiên liệu chuẩn.  Hằng số độ nhớt-tỷ trọng ( Viscosity Gravity Number – VG ) là một thông số được tính toán trên cơ sở độ nhớt và tỷ trọng của dầu diesel. Tuỳ thuộc vào đơn vị của độ nhớt, đơn vị của tỷ trọng và quan điểm của tác giả, công thức tính có những dạng khác nhau.  Chỉ số diesel ( Diesel Index – DI ) là thông số được tính toán trên cơ sở tỷ trọng và điểm aniline của nhiên liệu Bởi vì độ nhớt, tỷ trọng và điểm aniline đều là những đại lượng có quan hệ chặt chẽ với thành phần hoá học của dầu diesel xét từ hàm lượng các nhóm hydrocarbon, nên hằng số độ nhớt-tỷ trọng và chỉ số diesel sẽ phản ánh tính tự bốc cháy của nhiên liệu. Hằng số độ nhớt-tỷ trọng càng nhỏ thì thời gian chậm cháy càng ngăn, tính tự bốc cháy càng cao; còn chỉ số diesel càng nhỏ thì thời gian chậm cháy càng dài.  Số cetane- ( Cetane Number – CN ) là đại lượng đánh giá tính tự bốc cháy của nhiên liệu bằng cách so sánh với nhiên liệu chuẩn. Về trị số, đó là số phần trăm thể tích của chất n-cetane (C6H34) có trong hỗn hợp với chất   methy ln aphthalen (C10H7CH3) nếu hỗn hợp này tương đương với nhiên liệu thí nghiệm về tính tự bốc cháy. Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp
-7- Phương pháp xác định số cetane được áp dụng phổ biến hiện nay là so sánh tỷ số nén tới hạn ( tỉ số nén tới hạn là tỉ số nén, tại đó nhiên liệu sẽ phát hoả) của nhiên liệu thí nghiệm và của nhiên liệu chuẩn trên một loại động cơ tiêu chuẩn hoá hoạt động ở một chế độ quy ước. Nhiên liệu chuẩn là hỗn hợp với những tỷ lệ thể tích khác nhau của n-C16H34 và   C10 H 7CH 3 .n-C16H34là một hydrocarbon loại parafin thường có tính tự bốc cháy rất cao, người ta quy ước số cetane của nó bằng 100; còn   C10 H 7CH 3 là một hydrocarbon thơm, ch một nhóm methyl trộn lẫn vớ các nguyên tử ứa i hydrogen  , khó tự bốc cháy, có số cetane quy ước bằng 0. 1.1.1.4 Hàm lượng tạp chất Dầu diesel, đặc biệt là dầu cặn, thường chứa một lượng đáng kể tạp chất có nguồn gốc từ dầu mỏ(ví dụ:S, V, Na, P, …) hoặc ừ môi trường thâm nhập vào t trong quá trình chế biến,vận chuyển, bảo quản v phân phối (ví dụ: nước, đất, à cát,…).  Tạp chất cơ học- Tạp chất cơ học trong nhiên liệu có ảnh hưởng đến hệ thống phun nhiên liệu của động cơ diesel một cách trực tiếp và nghiêm trọng hơn so với trường hợp của động c xăng.Trong hệ thống phun nhiên liệu của động cơ ơ diesel có những chi tiết được chế tạo với độ chính xác rấ cao, như cặp piston- t xylanh của bơm cao áp và đầu phun của vòi phun. Khe hở giữa các cặp chi tiết nói trên có trị số trung bình khoảng 0,003 mm và sự có mặt của vật cứng với kích thước vài phần ngàn mm cũng có thể làm hệ thống phun nhiên liệu bị hư hỏng rất nhanh. Chính vì vậy, hệ thống lọc nhiên liệu của động cơ diesel thường phức tạp hơn đồng thời việc bảo trì chúng cũng có những yêu cầu khắt khe hơn. Đối với dầu cặn có độ nhớt và hàm lượng tạp chất cơ học cao, động cơ còn phải được trang bị hệ thống xử lý nhiên liệu có chức năng sấy nóng v loại bỏ những tạp chất có kích thước lớn à trước khi nhiên liệu được đưa đến các bộ lọc thông dụng.  Lưu huỳnh(S)- S có trong nhiên liệu tồn tại dưới dạng tự do hoặc hợp chất, như mercaptan, sulffide,vv. Dù tồn tại ở dạng nào, S đều có tác động ăn m ở òn những mức độ khác nhau. Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp
-8- - Mercaptan có khả năng tác dụng lên nhiều loai kim loai, như đồng (cu), kẽm(zn), cadmum(cd), và sẽ tạo thành các hợp chất hoá học phức tạp, khó tan. Các hợp chất này có thể kết tủa trên các chi tiết của hệ thống nhiên liệu làm ảnh hưởng xấu đến hoạt động của động cơ. - Lưu huỳnh tự do(S) sẽ được đốt cháy thành SO2. Một phần SO2 bị oxy hoá thành SO3 dưới tác dụng xúc tác của oxyt sắt(Fe2O3) và một số chất khác có trong nhiên liệu. Sau đó, SO3 kết hợp với hơi nước để tạo thành axit phosphoric(H2SO4) theo các phản ứng: S + O2  SO2 2SO2+ O2  2SO3 SO3 + H2O  H2SO4 Trong điều kiện nhiệt độ cao, axit phosphoric tồn tại ở trạng thái hơi cùng với hơi nước và các chất khác của khí thải. Khi nhiệt độ của khí thải giảm xuống, hơi axit có thể ngưng tụ và có tác động ăn mòn mạnh Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp
-9- 1.1.2 Nhiên liệu biodiesel 1.1.2.1 Khái niệm Biodisel là những mono ankyl ester, nó là sản phẩm của quá trình ester hóa của các axít hữu cơ có nhiều trong dầu mỡ động thực vật. Nó là nhiên liệu có thể thay thế cho dầu diesel truyền thống, sử dụng trong động cơ đốt trong. Dưới tác dụng của chất xúc tác, dầu thực vật + methanol hoặc ethanol cho sản phẩm ester + glycerine + axit béo (ester hóa dầu thực vật bằng ethanol khó hơn bằng methanol). Ví dụ: 1.05 tấn dầu cải + 0.11 tấn methanol cho ra 1 tấn ester + 0.1 tấn glycerine + 0.025 tấn axit béo. Thông thường biodiesel được sử dụng ở dạng nguyên chất hay dạng hỗn hợp với dầu diesel. Ví dụ nh B20 là hỗn hợp gồm 20% biodiesel v 80% diesel có ư à nguồn gốc dầu mỏ. H. 1-1. Xe buýt sử dụng nhiên liệu biodiesel (đậu nành). Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp
- 10 - H. 1-2. Biodiesel thử nghiệm trên ô tô ở Mỹ 1.1.2.2 Tình hình sản xuất và sử dụng Diesel sinh học từ dầu thực vật 1.1.2.2.1 Tình hình thế giới: Vấn đề sử dụng dầu thực vật àm nhiên liệu cho động cơ diesel đã được l chính Rudolf Diesel- người phát minh ra loại động c này dùng từ cách đây hơn ơ một trăm năm (dầu lạc). Sau đấy, nhiên liệu hóa thạch quá nhiều và rẻ nên người ta đã lãng quên nó, nhưng từ những năm 80 của thế kỷ trước trở lại đây, dầu mỏ có dấu hiệu cạn kiệt, giá cả tăng chóng mặt buộc thế giới phải đặt lại vấn đề này. Đi tiên phong có lẽ phải kể đến người Đức, năm 1988, các công ty hoá chất của Đức đã tinh luyện loại dầu diesel sinh học từ hạt Cải dầu, loại dầu này không những giá thành thấp, mà còn có thể trồng được nguyên liệu, đảm bảo cháy hết, hàm lượng các-bon của khí thải ô-tô thấp hơn 50% so với dầu diesel truyền thống . Hiện nay, 15% trạm xăng của Đức có cung cấp dầ diesel sinh học, nó đã trở thành nguồn u nhiên liệu chính cho các xe chở hàng đường dài và xe buýt. Hãng Shell trong năm nay cũng đã có kế hoạch đầu tư 400 triệu Euro vào miền Bắc nước Đức để xây dựng thêm một nhà máy sản xuất loại sản phẩm này, dự kiến đến năm 2008, sản Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp
- 11 - lượng sẽ đạt tới 200 triệu lít. Ngoài ra các nước trồng nhiều cây có dầu cũng vào cuộc: Hàn quốc sẽ bán dầu diesel sinh học (biodiesel) cho các phương tiện tư nhân từ tháng 7/2006. Loại biodiesel này gồm diesel và 5% dầu hạt Cải. Hàn quốc đang cân nhắc sử dụng loại biodiesel chứa 20% dầu hạt Cải trong tương lai; Malaixia là nước đứng đầu thế giới về sản xu dầu Cọ, với sản l ợng 13,9 triệu tấn (năm ất ư 2004), chế biến dầu diesel sinh học từ nguồn nguyên liệu dồi dào này sẽ góp phần đáp ứng nhu cầu nhiên liệu trong nước và xuất khẩu; Nhật bản và Indonnesia : Một dự án được quan tâm nhất là việc phát triển nhiên liệu biodiesel (dầu diesel sinh học) sử dụng cây có dầu jarak (Jatropha curcas L vốn rất phổ biến ở ) Indonesia.Hiện ở Indonesia có hàng nghìn hécta đất có thể dùng để phát triển loại năng lượng xanh này; Trung quốc: Đến 2010 sản xuất 1triệu tấn, năm 2020 sẽ sản xuất 9 triệu tấn dầu diesel sinh học từ cây Hoàng liên và cây Đay. 1.1.2.2.2 Tình hình trong nước : Theo đề 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 đầu mối của Chính phủ Việt Nam tham gia và thực hiện Nghị định thư Kyoto đã xác nhận PIN phát triển dầu Dừa diesel sinh học theo CDM tại tỉnh Bình Định. Nhóm nghiên cứu do PGS.TS Hồ Sơn Lâm - phân viện trưởng Phân viện Khoa học vật liệu TP.HCM thuộc Viện Khoa học và công nghệ VN - chủ trì khẳng định có đủ khả năng nghiên cứu sản xuất dầu diesel sinh học (biodiesel) từ dầu thực vật của Việt nam. PGS.TS Hồ Sơn Lâm cho biết nhóm nghiên cứu đã hợp tác với Viện Hóa kỹ thuật ĐH Tổng hợp Je (Đức) phân tích thành phần, tính chất các na mẫu dầu diesel sinh học do nhóm điều chế. Kết quả cho thấy cá mẫu dầu diesel c sinh học từ dầu thực vật VN đạt tiêu chuẩn châu Âu về biodiesel. Từ tháng 8/2006, hệ thống thiết bị sản xuất nhiên liệu diesel sinh học (biodiesel) từ dầu ăn phế thải với công suất 2 tấn/ngày sẽ được triển khai tại công ty Phú Xương, quận Thủ Đức, TP.HCM. Dự án sản xuất dầu biodiesel từ dầu ăn phế thải tại TP.HCM có nguồn vốn đầu tư khoảng 9,69 tỷ đồng, trong đó có 1,5 tỷ đồng vay từ nguồn vốn ngân sách Nhà nước. Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp
- 12 - 1.1.2.3 Đặc tính của biodiesel Tính chất vật lý của biodiesel tương tự như diesel nhưng tốt hơn diesel về mặt chất thải. Biodiesel khắc phục được những nhược điểm của dầu thực vật như độ nhớt quá lớn (cao gấp 6 – 14 lần diesel), chỉ số Cetan thấp, dễ bị trùng hợp. Các loại biodiesel đều có tỉ lệ % trọng lượng oxy khá lớn, đây là điều mà dầu diesel không có. Bảng 1-1.Tính chất lý hóa cơ bản của một số biodiesel [ 7 ] Khối Độ nhớt Điểm Điểm lượng Nhiệt trị (MJ/kg) ESTER riêng (ở 200C) đục chớp lửa (kCal/kg) (g/cm3) ( cSt ) (0C) (0C) Metyl dầu cải 0.88 7.09 -5 171 37.70 (9020) Oleate của methyl 0.88 7.4 -14 37.37 (8940) kỹ thuật Methyl dầu dừa 0.886 5.3 -2 93 37.83 (9050) Dầu diesel 0.836 5.3 -2 40 43.80 (10478) Bảng 1-2. Hàm lượng cặn và chỉ số Cetan của một số chất [ 7 ] ESTER Cặn Chỉ số Cetan Metyl dầu cải 1.2 43 Oleate của methyl kỹ thuật 0.8 54 Methyl dầu dừa 0.7 43 Dầu diesel
- 13 - Bảng 1-3. So sánh một số tính chất vật lý của hỗn hợp nhiên liệu ester dầu cải hòa với diesel ở các tỉ lệ % khác nhau [ 7 ] Chỉ tiêu Diesel B20 B30 B40 B50 B75 B100 Chỉ số Cetan 52.0 52.0 52.4 52.8 53.2 54.1 54.1 Khối lượng riêng 0.840 0.846 0.851 0.856 0.861 0.873 0.884 (g/cm3) Độ nhớt 4.8 4.9 5.2 5.5 5.8 6.4 13.1 (mm2/s) Điểm nóng chảy -9 -9 -9 -9 -9 -9 -12 (0C) Điểm đục -6 -6 -5 -5 -5 -5 -5 (0C) %O2 theo 0.00 2.35 3.30 4.60 5.95 8.86 10.70 khối lượng Nhiệt trị 43800 41983 41443 40903 40600 38664 37370 (kJ/kg) 1.1.2.4 Quá trình điều chế biodiesel. Nhiên liệu biodiesel được làm từ dầu thực vật, mỡ động vật còn mới hay đã qua sử dụng. Nguyên tắc của quá trình: dầu mỡ tác dụng với cồn methano hoặc l ethanol tạo ra ester. Các ester này chính là biodiesel. Sản phẩm phụ của quá trình này là glycerin sử dụng trong ngành dược và mỹ phẩm. Hiện nay biodiesel được sản xuất từ quá trình chuyển hóa ester. Dầu thực vật, mỡ động vật sau khi lọc được thủy phân trong môi trường kiềm để tách axit béo tự do. Sau đó đuợc trộn với cồn (thường là methanol) và chất xúc tác Natri hay Kali Hidroxit để triglyceride phản ứng tạo ra ester và glycerin. Cuối cùng là giai đoạn tách và làm sạch. Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp
- 14 - Các phản ứng hóa học: CH 2 COOR 1 CH 2 OH R1 COOH | |  OH CHCOOR 2   CHOH + R 2 COOH | | CH 2 COOR 3 CH 2 OH R 3 COOH NaOH(KOH) RCOOH  CH OH 3   RCOOCH 3  2 H O RCOOCH3 được gọi là biodiesel. Sơ đồ sản xuất biodiesel: Dầu mỡ Lọc Thủy phântrong môi trường kiềm Este hoá bằng methanol hoặc ethanol Chất xúc tác Tách Làm sạch Biodiesel Từ những điều trình bày trên ta thấy biodiesel có các đặc tính gần giống như diesel, thích hợp sử dụng trên động cơ đốt trong và việc tìm kiếm loại dầu thực vật đáp ứng được tiêu chuẩn làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong, không cạnh tranh Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp
- 15 - với thực phẩm, có thu lợi được cao là điều rất cần làm. Trong các loại cây lấy dầu có chiết suất lớn và có sản lượng phong phú, thích hợp với điều kiện khí hậu miền nam nước ta phải kể đến cây dừa. Về cây dừa chúng ta chưa có một điều tra cơ bản đầy đủ nhưng đứng về mặt kỹ thuật thì nó là một nguồn nhiên liệu tốt cho động cơ đốt trong: nhiệt trị cao, độ nhớt thấp nhất trong các loại dầu thực vật, chỉ số Cetan cao gần bằng diesel, là nhiên liệu linh động có thể pha với diesel ở bất cứ tỉ lệ nào. . . Do đó nó là một trong những ứng cử viên sáng giá cho việc nghiên cứu và chế biến làm nhiên liệu biodiesel cho động cơ đốt trong. Mặt khác theo giáo sư Chu Phạm Ngọc Sơn thì cây cọ dầu (có tính chất gần nh cây dừa) là một cây công ư nghiệp rất đáng lưu ý, sản lượng cao hơn dừa nhiều, khoảng 3.5 tấn/ha, thu lợi trên mỗi hecta là 2505 đôla. Việc nghiên cứu tốt cây dừa làm nhiên liệu cho động cơ sẽ tạo điều kiện cho việc nghiên cứu cây cọ dầu. 1.1.3 Nhiên liệu LPG (Liquefied Petroleum Gases) 1.1.3.1 Khái niệm LPG Nhiên liệu khí hoá lỏng(LPG:khí dầu mỏ hoá lỏng) có thành phần cơ bản là propane (C3H8) và butane (C4H10), ngoài ra khí hoá lỏng còn chứa một lượng nhỏ các hydrocarbon khác như: etha e (C2H6), pentane (C H10), ethylene (C H4), n 5 2 propylene (C3H6), buthylene (C4H8) và các đồng phân (isomer) của chúng. Loại nhiên liệu này được phát triển và thương mại hoá từ những năm 1950. Mấy thập kỷ qua chúng được dùng chủ yếu cho công nghiệp như công nghiệp thuỷ tinh, đồ gốm và sinh nhiệt gia dụng. Khí hoá lỏng còn được phân tách thành các cấu tử riêng biệt để làm nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp khác như sản xuất cao su nhân tạo, vật liệu tổng hợp, phẩm mầu, dược liệu, v.v . Việc nghiên cứu sử dụng chúng cho động cơ đốt trong trên phương tiện giao thông vận tải đã bắt đầu trong nhưng năm gần đây.Tuy việc áp dụng loại nhiên liệu trên ô tô cần những thiết bị cồng kềnh hơn nhiên liệu lỏng nhưng nó cho phép giảm được mức độ phát ô nhiễm và đó chính là điểm mà các nhà chế tạo ô tô quan tâm nhất hiện nay. Khi sử dụng để chạy động cơ ôtô, khí hoá lỏng thường được chứa trong bình dưới áp suất khoảng 16 bar. Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp
- 16 - 1.1.3.2 Trữ lượng LPG và thị trường tiêu thụ Là sản phẩm trung gian giữa khí thiên nhiên và dầu thô, nhiên liệu khí hoá lỏng có thể thu được từ công đoạn lọc dầu hoặc làm tinh khiết khí thiên nhiên. Vì vậy, nguồn gốc khí hoá lỏng phụ thuộc vào xuất xứ nhiên liệu. Nói chung trên thế giới có khoảng 40% LPG thu được từ quá trình lọc dầu thô. Sản lượng khí hoá lỏng trên thế giới năm 1995 là 130 triệu tấn, chiếm 2% tổng năng lượng tiêu thụ dưới các dạng khác nhau. Ngươi ta dự kiến trong những năm đầu của thế kỉ 21, tổng sản l ợng LPG trên thế giới sẽ đạt khoảng 200 triệu ư tấn/năm Bảng 1-4. Sản lượng và tiêu thụ khí hoá lỏng tại châu Á [ 5 ] ( Đơn vị tính: 1000 tấn. Theo Asia LPG Seminar organized by LPG Center of Japan, Tokyo 2/1998 ) 1996 2000 2010 Nước Sản Sản Tiêu thụ Tiêu thụ Sản lượng Tiệu thụ lượng lượng Indonesia 3228 715 3432 1154 2400 2886 China - 5758 - 9000 - 27000 Japan 4537 19710 4686 19959 4520 21600 Korea 1461 5761 2300 6323 2803 9448 Malaysia 1499 1392 3435 2226 3521 3718 Philippines 429 811 601 1414 1359 3497 Taiwan 700 1410 1130 1500 1750 1800 Thailand 1959 1829 2979 2240 3755 3531 India 3356 4198 3805 8439 10000 15000 Vietnam 0 86 340 224 840 527 Phần lớn lượng khí hoá lỏng thu được hiện nay được sử dụng làm nguồn chất đốt để sinh nhiệt gia dụng hay công nghiệp. Lượng khí hoá lỏng làm nhiên liệu cho ô tô đường trường hiện chỉ chiếm một tỉ lệ khiêm tốn: 1% ở Pháp, 3% ở Mỹ, 8% ở Nhật… Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp
- 17 - Tuy nhiên ở một số nước có chính sách khuyến khích sử dụng LPG làm nhiên liệu cho ô tô nhằm mục đích giảm ô nhiễm môi trường thì tỉ lệ này rất đáng kể, chẳng hạn như Hà Lan, Ý(42%)…Các số liệu trên chưa kể những động cơ trên các ô tô chuyên dụng sử dụng LPG( chẳng hạn ô t chạy trong sân bay, xe nâng ô chuyển , máy móc nông nghiệp…). Tỉ lệ tiêu thụ LPG ở vài nước tiêu biểu: Pháp: Nhiên li u(1%); Công nghiệp(15%); Nông nghiệp(17%); Gia ệ dụng(67%) Hà Lan: Nhiên li u(42%); Công nghiệp(24%); Nông nghiệp(14%); Gia ệ dụng(20%) Sự phát triển ô tô dùng LPG phụ thuộc vào chủ trương của mỗi quốc gia, đặc biệt là phụ thuộc vào chính sách bảo vệ môi trường. Sự khuyến khích sử dụng ô tô LPG thể hiện qua chính sách thuế ưu đãi của mỗi quốc gia đối với loại nhiên liệu này. Tỉ lệ ô tô sử dụng LPG ở một số nước như: Hà Lan(8,7%); Hàn Quốc(7,6%); Ý(4,4%); Nhật(0,7%); Mĩ(0,4%); Pháp(0,1%). Ở một số nước Châu Á, Hàn Quốc và Nhật Bản chẳng hạn. Để giảm ô nhiễm môi trường đô thị, chính phủ các nước này khuyến khích, tiến tới buộc taxi phải dùng nhiên liệu khí hóa lỏng. Hiện nay toàn bộ taxi Hàn Quốc đều dùng loại nhiên liệu này. [2 ] 1.1.3.3 Đặc tính nhiên liệu khí hóa lỏng 1.1.3.3.1 Thành phần hoá học Theo tiêu chuẩn Châu Âu, nhiên liệu khí hóa lỏng phải có từ 19 đến 50% hydrocabure C3 ( propane và propylene). Ở Châu Á, thành phần nhiên liệu khí hóa lỏng khá ổn định, chứa chủ yếu là hydrocarbure C4, chẳng hạn như ở Hàn Quốc chỉ có butane là khí hóa l ng được sử dụng chính thức. Ng ỏ ược lại ở Mỹ thì chỉ có hydrocarbure C3 được sử dụng. Hiện nay trên thị trường nước ta có sản phẩm LPG của nhiều công ty kinh doanh khác nhau, thành phần của propane và butane trong hỗn hợp cũng khác nhau: Ngô Quang Tuấn 44DLOT Đồ án tốt nghiệp