Nghiên cứu phụ gia nhiên liệu xăng pha cồn nhằm cải thiện mức độ phát thải của xe máy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN ĐỨC THẮNG NGHIÊN CỨU PHỤ GIA NHIÊN LIỆU XĂNG PHA CỒN NHẰM CẢI THIỆN MỨC ĐỘ PHÁT THẢI CỦA XE MÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRẦN QUANG VINH Hà Nội – Năm 2014 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Đào tạo sau đại học, Viện Cơ khí Động lực Bộ mơn Động đốt cho phép thực luận văn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Xin cảm ơn Viện Đào tạo sau đại học Viện Cơ khí Động lực hỗ trợ giúp đỡ suốt q trình tơi làm luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn TS Trần Quang Vinh hướng dẫn tơi tận tình chu đáo mặt chun mơn để tơi thực hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn Q thầy, Bộ mơn Phịng thí nghiệm Động đốt – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội giúp đỡ tạo điều kiện cách tốt để tơi hồn thành luận văn Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới thầy phản biện, thầy cô hội đồng chấm luận văn đồng ý đọc, duyệt đóng góp ý kiến để tơi hồn thành luận văn Cuối xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp người ln động viên, khuyến khích tơi suốt thời gian nghiên cứu thực luận văn Học viên Nguyễn Đức Thắng i MỤC LỤC MỞ ĐẦU……………………… ………………………………………………… CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XĂNG PHA CỒN 1.1 Nhiên liệu sinh học .4 1.1.1 Nhu cầu sử dụng nhiên liệu sinh học .4 1.1.2 Phân loại nhiên liệu sinh học 1.2 Xăng pha cồn 1.2.1 Thành phần tính chất 1.3 Phụ gia nhiên liệu .14 1.3.1 Phụ gia cho nhiên liệu truyền thống 14 1.3.2 Phụ gia cho nhiên liệu sinh học 21 1.4 Kết luận chương .24 CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP PHỤ GIA CHO NHIÊN LIỆU XĂNG PHA CỒN 26 2.1 Đặc tính lý hóa nhiên liệu xăng pha cồn 26 2.2 Các nhóm phụ gia sử dụng cho nhiên liệu xăng pha cồn 31 2.2.1 Phụ gia tăng trị số octan .32 2.2.2 Nhóm phụ gia trợ tan chống phân tách pha 33 2.2.3 Nhóm phụ gia chống ăn mòn kim loại .35 2.2.4 Nhóm phụ gia chống oxy hóa 36 2.2.5 Nhóm phụ gia khác 36 2.3 Quy trình xây dựng tổ hợp phụ gia .37 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRÊN XE MÁY .40 3.1 Thiết bị thử nghiệm .40 3.2 Phương pháp đối tượng thử nghiệm .42 3.2.1 Thử nghiệm đối chứng phương tiện .42 3.3 Kết thử nghiệm .43 3.3.1 Kết thử nghiệm xe máy Wave 110 43 3.3.2 Kết thử nghiệm khơng có phụ gia 48 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN CHUNG 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Chú giải ASTM American Society for Testing and Materials (hệ thống tiêu chuẩn) BHT Butylated hydroxytoluene CEB Combustion Emission Bench/ Tủ phân tích khí xả CmHn HC Hydrocarbon E10 Nhiên liệu pha 90% xăng 10% ethanol E15 Nhiên liệu pha 85% xăng 15% ethanol E20 Nhiên liệu pha 80% xăng 20% ethanol E5 Nhiên liệu pha 95% xăng 5% ethanol E85 Nhiên liệu pha 15% xăng 85% ethanol EHN 2-Ethylhexyl nitrate ETB High Dynamic Engine Testbed/ Băng thử động lực cao ETBE Ethyl Tertiary Buthyl Ether FFA Free fatty acids (Thành phần axit béo tự do) H2 Nhiên liệu khí hydrơ HĐBM Chất hoạt động bề mặt HFRR High-frequency recei procating rig (khả bôi trơn) MMT Methylcyclopentadenyl manganese tricarbonyl MON Motor Octane Number - số Octan động MTBE Methyl Tertiary Buthyl Ether NLBT Nhiên liệu biến tính NLSH Nhiên liệu sinh học NOX Các loại ơxítnitơ PG Phụ gia P-M Chất thải dạng hạt ppm Part per million (Một phần triệu ) QHTN Quy hoạch thực nghiệm RON Research Octane Number - số Octan nghiên cứu TBA Tertiary-butylalcohol TCVN Hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam TEL Tetraethyl lead iii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Tính chất ethanol……………………………………………… 10 Bảng 2.1 Thành phần chưng cất phân đoạn xăng A90 xăng E10…… 27 Bảng 2.2 Sự phân tách pha nhiên liệu E10 theo hàm lượng nước…………29 Bảng 2.3 Tính chất chất lượng nhiên liệu E10…………………………… 30 Bảng 3.1 Thông số xe Wave 110………………………………………………40 Bảng 3.2 Kết thử nghiệm với nhiên liệu E10…………………………… 46 không pha phụ gia trước chạy bền………………………………………….46 Bảng 3.3 Kết thử nghiệm nhiên liệu E10 có phụ gia VPI-G……………….47 sau chạy ổn định 100 h…………………………………………………… 47 Bảng 3.4 Kết thử nghiệm với nhiên liệu E10 không pha phụ gia…………48 sau chạy bền 100 giờ……………………………………………………….48 Bảng 3.5 Kết thử nghiệm nhiên liệu E10 có phụ gia VPI-G………………48 trước chạy ổn định………………………………………………………….48 Bảng 3.6 Kết thử nghiệm nhiên liệu E10 có phụ gia Keropur………… 49 Bảng 3.7 Kết thử nghiệm nhiên liệu E10 có phụ gia Keropur…………… 49 Bảng 3.8 Kích thước chi tiết trước sau chạy bền……………………50 iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 2.1 Nhiệt độ phân pha nhiên liệu E10 phụ thuộc hàm lượng nước……29 Hình 2.2 Khi xảy phân tách pha nhiên liệu xăng-ethanol……………33 Hình 2.3 Quy trình phát triển phụ gia cho hỗn hợp nhiên liệu sinh học với nhiên liệu khoáng 39 Hình 3.1 Đo đặc tính băng thử xe máy CD20”………………………… …40 Hình 3.2.Sơ đồ băng thử Chassis Dynamometer 20’’………………………… 42 ……………………….… ….44 Hình 3.4 Tỷ lệ cải thiện thơng số tính phát thải động xe Wave dùng nhiên liệu E10 pha phụ gia VPI-G so với trường hợp khơng pha phụ gia…………………………………………………………… ….45 Hình 3.5 Tỷ lệ cải thiện thơng số tính phát thải động xeWave nhiên liệu E10 pha phụ gia VPI-G so với trường hợp pha phụ gia Keropur………………………………………………………………… …….…45 e, ge 100 chạy ổn định với ba mẫu nhiên liệu E10 khơng có phụ gia……….…46 sau 100 chạy ổn định với E10 không có phụ gia…………………… 47 Hình 3.8 Tỷ lệ cải thiện thơng số tính phát thải xe Wave 110cc sau 100 chạy ổn định với E10 pha phụ gia VPI-G với trường hợp không pha phụ gia………………………………………………………………………….…48 Hình 3.9 Tỷ lệ cải thiện thơng số tính phát thải xe Wave 110 sau 100 chạy ổn định với E10 pha phụ gia VPI-G với trường hợp pha phụ gia Keropur…………………………………………………………………….…… 49 v HV: Nguyễn Đức Thắng Lớp: 2012B MỞ ĐẦU Với tốc độ phát triển giới đối mặt với thực tế nguồn nhiên liệu hóa thạch dầu mỏ có xu hướng ngày cạn dần, bên cạnh vấn đề ô nhiễm môi trường khí thải từ phương tiện giao thông gây trở nên báo động Trên giới công việc nghiên cứu nhiên liệu sinh học phát triển mạnh nhằm thay nhiên liệu hóa thạch, tiết kiệm lượng, giảm thải khí thải độc hại từ phương tiện giao thơng gây Trong ethanol sinh học quan tâm nguồn cung dồi có khả pha trộn lẫn xăng diesel, nhiên pha trộn ethanol với nhiên liệu khống tính chất chất lượng nhiên liệu khoáng thay đổi khác với lúc ban đầu thay đổi phụ thuộc tỷ lệ pha trộn Sau pha trộn nhiên liệu khoáng với nhiên liệu sinh học có ảnh hưởng định đến tính bền vững hỗn hợp, tính đồng pha, tính ăn mịn kim loại…Vậy nên cần thiết phải có chất phụ gia phù hợp phụ gia hỗn hợp nhiên liệu phải có tác dụng cải thiện bổ sung tính chất cần thiết cịn thiếu hỗn hợp ethanol nhiên liệu khống nhằm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật chất lượng nhiên liệu Để giảm bớt vào phụ thuộc vào nhiên liệu khoáng bù đắp cho thiếu hụt lượng tương lai phủ Việt Nam phê duyệt đề án nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025 định 177/2007/QĐ-TTg năm 2007 Đối với nhiên liệu E5 từ ngày 01/12/2014 sản xuất, kinh doanh sử dụng cho phương tiện giới đường số tỉnh thành Nhiên liệu E10 bắt đầu sản xuất kinh doanh từ ngày 01/12/2016 Trên giới có số phụ gia đáp ứng yêu cầu cho nhiên liệu sinh học giá thành cao Ngoài nguồn NLSH nước có điểm khác biệt nên việc sử dụng phụ gia cần có thay đổi thành phần để đảm bảo phù hợp với khí hậu nguyên liệu sản xuất Việt Nam Đề tài “ Nghiên cứu phụ gia nhiên liệu xăng pha cồn nhằm cải thiện mức độ phát thải xe máy” hướng tới góp phần giải yêu cầu phát triển ứng HV: Nguyễn Đức Thắng Lớp: 2012B dụng phát triển phụ gia cho NLSH, góp phần cải thiện phát thải từ động xe máy với mơi trường i Mục đích, đối tƣợng phạm vi nghiên cứu đề tài Nghiên cứu số phụ gia nhiên liệu sử dụng thị trường, pha chế phụ gia phù hợp cho xăng pha cồn E10 (E15, E20) tiến hành thử nghiệm xe máy để đưa lựa chọn tốt Việc nghiên cứu thực sở đặc điểm nhiên liệu sinh học, điều kiện thời tiết Việt Nam Sau lựa chọn thành phần, xây dựng đơn pha chế, khảo nghiệm đánh giá chất lượng phụ gia cho nhiên liệu E10 mặt lý hóa phịng thí nghiệm đảm bảo tiêu chuẩn TCVN ASTM, phụ gia thực nghiệm xe máy để đánh giá đặc tính kinh tế, kỹ thuật ứng dụng vào thực tiễn có hiệu tốt Đề tài nghiên cứu nhiên liệu sinh học phụ gia, lý thuyết ảnh hưởng phụ gia nhiên liệu; lựa chọn nhiên liệu sinh học khảo sát; lựa chọn phụ gia cho nhiên liệu sinh học chọn; lựa chọn động thử nghiệm qui trình chế độ thử nghiệm đối chứng theo kế hoạch đề ra; thảo luận kết nghiên cứu kết luận ii Phƣơng pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu đề tài sử dụng phương pháp tối ưu hóa (Dùng quy hoạch thực nghiệm) để tìm tỷ lệ thành phần chất phụ gia đơn lẻ tối ưu tổ hợp phụ gia cho nhiên liệu sinh học E10, thử nghiệm đối chứng tiêu tính chất lý hóa, tính ăn mịn, chống phân tách pha…Cuối nghiên cứu thực nghiệm theo phương pháp đối chứng động phương tiện để đánh giá ảnh hưởng phụ gia đến phát thải động xe máy iii Ý nghĩa khoa học thực tiễn Nhiên liệu xăng pha cồn nguồn nhiên liệu thay khả thi tương lai gần Chính phủ Việt Nam đề thời gian đưa nhiên liệu xăng pha cồn E5 ngày 01/12/2014 E10 từ ngày 01/12/2016 sản xuất, phối chế, kinh doanh để sử dụng cho phương tiện giới đường tiêu thụ địa HV: Nguyễn Đức Thắng Lớp: 2012B bàn tỉnh thành phố: Hà Nội, Tp.Hồ Chí Minh, Hải Phịng, Đà Nẵng, Cần Thơ, Quảng Ngãi, Bà Rịa – Vũng Tàu Dùng xăng pha cồn cho phương tiện giao thông vận tải tồn số nhược điểm cần cải thiện, có hàm lượng phát thải Dùng phụ gia nhiên liệu phương án khả thi hiệu góp phần cải thiện tính phát thải động Như đề tài có ý nghĩa mặt khoa học thực tiễn rõ nét bối cảnh cơng nghiệp NLSH cịn mẻ nước ta, góp phần xây dựng tiêu chuẩn cho NLSH Việt Nam, bên cạnh kết nghiên cứu cịn góp phần đảm bảo lộ trình, tỷ lệ pha trộn NLSH với nhiên liệu khống phủ đề Nội dung luận văn gồm: Mở đầu Chương I Tổng quan xăng pha cồn phụ gia nhiên liệu Chương II Phương pháp tổng hợp phụ gia cho nhiên liệu xăng pha cồn Chương III Nghiên cứu thực nghiệm xe máy Kết luận chung Măc dù cố gắng luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót Do học viên mong nhận ý kiến đóng góp từ quý thầy, cô, nhà chuyên môn quý đồng nghiệp Học viên xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 10 năm 2014 HV Nguyễn Đức Thắng HV: Nguyễn Đức Thắng Lớp: 2012B CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XĂNG PHA CỒN VÀ PHỤ GIA NHIÊN LIỆU 1.1 Nhiên liệu sinh học 1.1.1 Nhu cầu sử dụng nhiên liệu sinh học Theo tính tốn chun gia kinh tế lượng, dầu mỏ khí đốt chiếm khoảng 60 ÷ 80% cán cân lượng giới Với tốc độ tiêu thụ trữ lượng dầu mỏ có, nguồn lượng nhanh chóng bị cạn kiệt vịng 40 ÷ 50 năm Diễn biến phức tạp giá xăng dầu gần nhu cầu dầu thô ngày lớn bất ổn trị nước sản xuất dầu mỏ Để đối phó với tình hình đó, cần tìm nguồn lượng thay thế, ưu tiên hàng đầu cho nguồn lượng tái tạo thân thiện với môi trường Trong số nguồn lượng thay dầu mỏ sử dụng (năng lượng gió, lượng mặt trời, lượng hạt nhân…), lượng sinh học xu phát triển tất yếu, nước nông nghiệp nhập nhiên liệu, lợi ích như: cơng nghệ sản xuất khơng q phức tạp, tận dụng nguồn nguyên liệu chỗ, tăng hiệu kinh tế nông nghiệp, không cần thay đổi cấu trúc động sở hạ tầng có giá thành cạnh tranh với xăng dầu Việc sử dụng nhiên liệu sinh học có vai trị quan trọng cho kinh tế giới nước ta, điều mang lại lợi ích: - Thay phần nhiên liệu hóa thạch cạn dần Theo nghiên cứu thăm dò chuyên gia lượng trái đất có khoảng 280.000 tỷ dầu mỏ [1], dầu mỏ nguồn vô hạn, dự báo cạn kiệt thời gian tới“ theo uỷ ban lượng giới dự báo: dầu mỏ khoảng 43 năm” [2] Đứng trước nguy thiếu nhiên liệu trầm trọng việc tìm kiếm nguồn nhiên liệu thay đòi hỏi cấp bách Những năm gần nhiều nhà khoa học nghiên cứu tìm nguồn nhiên liệu có nguồn gốc từ sinh học cho động đốt thay nhiên liệu truyền thống - Giảm ô nhiễm mơi trường độc hại Nhiều nghiên cứu giới khẳng định phát thải độc hại CO, HC, PM (động diesel) CO2 giảm đáng kể HV: Nguyễn Đức Thắng Lớp: 2012B CHƢƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRÊN XE MÁY 3.1 Thiết bị thử nghiệm Xe máy Honda Wave 110 phương tiện tham gia giao thông phổ biến Việt Nam Công ty Honda sản xuất, với thông số kỹ thuật thể bảng 3.1 hình 3.1, chọn làm đối tượng thử nghiệm Thử nghiệm thực băng thử Chassis Dynamometer 20’’ [12] Hình 3.1 Đo đặc tính băng thử xe máy CD20” Bảng 3.1 Thông số xe Wave 110 Thông số Đơn vị Giá trị kg 100 mm x mm x mm 1925 x 710 x 1090 Khoảng cách trục bánh xe mm 1225 Độ cao yên mm 770 Khoảng cách gầm so với mặt đất mm Trọng lượng thân Dài x Rộng x Cao Dung tích bình xăng 140 lít 3,7lít 40 HV: Nguyễn Đức Thắng Lớp: 2012B Dung tích nhớt máy lít 0,8 Loại động - kỳ, xylanh đơn, xupáp, SOHC, làm mát gió cm3 109,1 Dung tích xi lanh Đường kính x Hành trình pittong mm x mm 51,0 x 54,0 (mm) Tỷ số nén 9,0 : Công suất tối đa kW/v/ph 6,08/8000 Mô men cực đại Nm/v/ph 8,32/6000 Hộp số số tròn Khởi động Cần đạp khởi động điện Hệ thống thử nghiệm xe máy trang bị băng thử động học hệ thống lấy mẫu khí xả CVS thể hình 3.2 Băng thử hãng AVL cung cấp, có chức thử nghiệm kiểm tra xe chế độ mơ Qua giúp cho q trình nghiên cứu cải tiến xe máy động dễ dàng Các chức băng thử: - Xác định tốc độ xe - Xác định lực tác dụng bề mặt lăn - Xác định gia tốc cơng suất xe - Mơ hình hóa tải trọng đường thông qua băng thử Kết hợp băng thử với hệ thống lấy mẫu khí thải CVS, tủ phân tích khí CEBII thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu 733S trình thử nghiệm theo chu trình châu Âu (ECE R40) qua xác định thành phần chất thải độc hại có khí xả, lượng tiêu thụ nhiên liệu Các chế độ vận hành băng thử: - Chế độ lực không đổi (F=const) - Chế độ tốc độ không đổi (v=const) - Chạy theo chu trình 41 HV: Nguyễn Đức Thắng Lớp: 2012B Tủ phân tích khí thải CEBII Xe máy thử nghiệm Quạt gió Băng thử xe máy CD20” Hệ thống lấy mẫu khí thải CVS Hình 3.2 Sơ đồ băng thử Chassis Dynamometer 20’’ 3.2 Phƣơng pháp đối tƣợng thử nghiệm nghiệm bền 3.2.1 Thử nghiệm đối chứng phƣơng tiện Với tác dụng to lớn việc đảm bảo an ninh lượng bảo vệ môi trường, xăng sinh học E5 E10 khuyến khích bắt buộc sử dụng 30 nước giới Để nâng cao hiệu loại nhiên liệu này, Viện Dầu khí Việt Nam nghiên cứu tổ hợp phụ gia VPI-G sử dụng cho xăng E10 với thành phần gồm: phụ gia trợ tan, phụ gia chống ăn mịn, phụ gia chống oxy hóa, phụ gia biến đổi cặn nhằm khắc phục nhược điểm nhiên liệu pha ethanol [1, - 5] 42 HV: Nguyễn Đức Thắng Lớp: 2012B Các thành phần phụ gia tối ưu hóa quy hoạch thực nghiệm sử dụng phương pháp mơ hình tốn học Kết tối ưu hóa tổ hợp phụ gia VPI-G tiến hành thử nghiệm tính làm việc bảo quản so sánh với mẫu phụ gia đối chứng nhập từ nước ngồi (Keropur 3600) cho thấy VPI-G có tính làm việc tương đương tính chất bảo quản vượt trội Xe Honda W -G nhiên liệu E10 pha phụ gia Keropur sau đo đạc thơng số kích thước xilanh, piston chỉnh thay dầu bôi trơn nhằm đảm bảo cho động hoạt động ổn định với nhiên liệu cho thực lấy đặc tính động cơng suất, lực kéo, tiêu hao nhiên liệu đo phát thải CO, HC, NO x, CO2 đường đặc tính tốc độ chế độ tồn tải, vị trí tay số 3.2.2 Thử nghiệm ổn định thử nghiệm bền -G chế độ làm việc phổ biến 80% tải tốc độ thay đổi sau chạy bền thời gian 100 Các thông số cần đối chứng đặc tính phát thải CO, HC, NOx CO2 đường đặc tính ngồi, đồng thời đo kích thước chi tiết xilanh, piston để đánh giá độ mòn 3.3 Kết thử nghiệm 3.3.1 Kết thử nghiệm xe máy Wave 110 ẫu nhiên liệu khác thời điểm phương tiện xe Honda Wave 110 với mục đích so sánh thơng số tính phát thải nhiên liệu E10 không pha phụ gia nhiên liệu E10 pha 0,1% phụ gia VPI-G 0,1% phụ gia Keropur sử dụng có hiệu nước ngồi, qua đánh giá chất lượng phụ gia VPI-G 43 HV: Nguyễn Đức Thắng Lớp: 2012B E10 3.3 ge (g/kWh) Ne (kW) E10 không phụ gia E10 có phụ gia VPI-G E10 có phụ gia Keropur 30 40 50 60 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 E10 không phụ gia E10 có phụ gia VPI-G E10 có phụ gia Keropur 30 70 40 70 60 50 40 30 E10 khơng phụ gia E10 có phụ gia VPI-G 10 E10 có phụ gia Keropur 30 40 50 60 Hàm lượng phát thải CO2 (ppm) Hàm lượng phát thải CO (ppm) 80 20 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 E10 có phụ gia Keropur 40 2.5 2.0 1.5 E10 khơng phụ gia E10 có phụ gia VPI-G E10 có phụ gia Keropur 40 50 60 Hàm lượng phát thải NOx (ppm) Hàm lượng phát thải HC (ppm) 3.0 30 50 60 70 Tốc độ (km/h) 3.5 0.0 70 E10 có phụ gia VPI-G 30 70 4.0 0.5 60 E10 không phụ gia Tốc độ (km/h) 1.0 50 Tốc độ (km/h) Tốc độ (km/h) 70 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 E10 khơng phụ gia E10 có phụ gia VPI-G E10 có phụ gia Keropur 30 Tốc độ (km/h) 40 50 60 70 Tốc độ (km/h) 3.3 rằng, sử dụng nhiên liệu E10 có pha phụ gia VPI-G Keropure công suất tăng suất tiêu hao nhiên liệu giảm so với trường h 2, HC, NOx trường hợp có phụ gia thấp so với trường hợp khơng có phụ gia Trong phụ gia VPI-G phát huy hiệu phụ gia Keropur Từ kết thử nghiệm cho thấy, động hoạt động với nhiên liệu E10 pha phụ gia VPI-G công suất cao trung bình khoảng 5% cịn suất tiêu hao nhiên liệu thấp trung bình khoảng % so với trường hợp khơng có phụ gia hình 3.4 cho thấy K E10 dùng -G Các thành phần cải thiện sau: CO 9,4%; CO2 5,4%; HC 11,9% NOx 14,9% 44 -1 -2 -3 -4 -5 Lớp: 2012B -2 CO (ppm) CO2 (ppm) HC (ppm) NOx (ppm) -4 -6 % % HV: Nguyễn Đức Thắng Ne (kW) Series1 -8 Series1 -10 ge (g/kWh) -12 -14 -16 Hình 3.4 Tỷ lệ cải thiện thơng số tính phát thải động xe Wave dùng nhiên liệu E10 pha phụ gia VPI-G so với trường hợp không pha phụ gia Từ kết thử nghiệm cho thấy, động hoạt động với nhiên liệu E10 pha phụ gia VPI-G cơng suất cao trung bình khoảng 3,4% suất tiêu hao nhiên liệu thấp trung bình khoảng 4,3 % so với trường hợp sử dụng phụ gia Keropur, hình 3.4 hình 3.5 cho thấy K dùng -G so với phụ gia Keropur Các thành phần cải thiện E10 sau: CO 5,6%; CO2 4,2%; HC 9,1% NOx 5,4% -1 -2 HC (ppm) NOx (ppm) -4 Ne (kW) % % CO2 (ppm) -3 -1 CO (ppm) Series1 -5 ge (g/kWh) Series1 -6 -2 -7 -3 -8 -4 -9 -5 -10 Hình 3.5 Tỷ lệ cải thiện thơng số tính phát thải động xeWave nhiên liệu E10 pha phụ gia VPI-G so với trường hợp pha phụ gia Keropur -G so với trường hợp không dùng phụ gia trường hợp sử dụng phụ gia Keropur nước Kết thử nghiệm bền động xe Honda Wave 110 chứng mẫu nhiên liệu khác sau chạy bền 100 động xe Honda Wave 110 với mục đích so sánh thơng số tính phát thải nhiên liệu E10 khơng pha phụ gia nhiên liệu E10 pha 0,1% phụ gia VPI-G 0,1% 45 HV: Nguyễn Đức Thắng Lớp: 2012B phụ gia Keropur nước ngoài, qua đánh giá độ ổn định chất lượng phụ gia VPI-G Bảng 3.2 Kết thử nghiệm với nhiên liệu E10 không pha phụ gia trước chạy bền Tốc độ (km/h) Ne (kW) ge (g/kWh) CO (ppm) CO2 (ppm) HC (ppm) NOx (ppm) 30 1.71 438.01 48,382 89.278 3,510 1,675 40 2.38 363.87 62,625 73.634 3,407 1,473 50 3.18 386.79 67,034 79.398 3,025 1,246 60 3.72 403.76 61,587 86.486 2,918 1,376 70 4.466 444.47 59,254 86.226 3,468 1,412 Đường đặc tính cơng suất suất tiêu hao nhiên liệu động xe Honda Wave 110 ứng với chế độ 100% tải tay số sau 100 chạy ổn định (ở chế độ 80% tải băng thử DIDACTA T101D) sử dụng với mẫu nhiên liệu E10 khơng phụ gia có phụ gia VPI-G Keropur thể hình 3.6 Các kết cho thấy công suất suất tiêu hao nhiên liệu xe sử dụng nhiên liệu E10 có phụ 4.5 3.5 2.5 1.5 0.5 600 500 ge (g/kWh) Ne (kW) gia VPI-G cải thiện E10 không phụ gia E10 có phụ gia VPI-G 400 300 200 E10 khơng phụ gia 100 E10 có phụ gia VPI-G E10 có phụ gia Keropur E10 có phụ gia Keropur 30 40 50 60 70 30 Tốc độ (km/h) 40 50 60 Tốc độ (km/h) Ne, ge 100 chạy ổn định với ba mẫu nhiên liệu E10 khơng có phụ gia 46 70 HV: Nguyễn Đức Thắng Lớp: 2012B Bảng 3.3 Kết thử nghiệm nhiên liệu E10 có phụ gia VPI-G sau chạy ổn định 100 h Tốc độ (km/h) Ne (kW) ge (g/kWh) CO (ppm) CO2 (ppm) HC (ppm) NOx (ppm) 30 1.63 459.51 46,924 86,728 3294 1597 40 2.38 389.08 58,739 74,425 3158 1319 50 3.14 391.72 65,027 76,922 2,785 1,150 60 3.60 417.22 57,583 83,718 2,632 1,243 70 4.34 457.37 53,891 83,984 3,216 1,322 Đường đặc tính mức phát thải CO, CO2, HC NOx động ứng với chế độ 100% tải sau 100 chạy ổn định sử dụng nhiên liệu E10 khơng có phụ gia thể hình 3.7, kết thể mức phát thải cải thiện 80 70 60 50 40 30 E10 khơng phụ gia 20 E10 có phụ gia VPI-G 10 E10 có phụ gia Keropur 30 40 50 60 Hàm lượng phát thải CO2 (ppm) Hàm lượng phát thải CO (ppm) trường hợp có phụ gia, đặc biệt phụ gia VPI-G 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 70 E10 không phụ gia E10 có phụ gia VPI-G E10 có phụ gia Keropur 30 40 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 E10 không phụ gia 1.0 E10 có phụ gia VPI-G 0.5 E10 có phụ gia Keropur 0.0 30 40 50 60 70 Tốc độ (km/h) 60 Hàm lượng phát thải NOx (ppm) Hàm lượng phát thải HC (ppm) Tốc độ (km/h) 50 70 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 E10 khơng phụ gia E10 có phụ gia VPI-G E10 có phụ gia Keropur 30 Tốc độ (km/h) 40 50 Tốc độ (km/h) sau 100 chạy ổn định với E10 khơng có phụ gia 47 60 70 HV: Nguyễn Đức Thắng Lớp: 2012B 3.3.2 Kết thử nghiệm khơng có phụ gia Bảng 3.4 Kết thử nghiệm với nhiên liệu E10 không pha phụ gia sau chạy bền 100 Tốc độ (km/h) 30 Ne (kW) ge (g/kWh) CO (ppm) CO2 (ppm) HC (ppm) NOx (ppm) 1.51 496.03 54,437 87,985 3,697 1,752 40 2.18 443.12 67,122 72,825 3,530 1,645 50 2.78 442.45 72,620 78,111 3,378 1,428 60 3.41 440.47 68,065 84,594 3,104 1,430 70 4.09 485.33 64,904 84,827 3,684 1,502 Kết thử nghiệm có phụ gia Bảng 3.5 Kết thử nghiệm nhiên liệu E10 có phụ gia VPI-G trước chạy ổn định Tốc độ (km/h) 30 Ne (kW) ge (g/kWh) CO (ppm) CO2 (ppm) HC (ppm) NOx (ppm) 1.76 414.20 44,845 84,526 3,170 1,468 40 2.42 374.38 57,638 72,558 3,047 1,203 50 3.28 375.00 61,915 73,881 2,671 1,095 60 3.92 383.16 54,372 81,392 2,518 1,109 70 4.86 408.44 52,084 80,418 2,978 1,236 Sau thời gian 100 chạy bền với nhiên liệu E10 khơng có pha phụ gia VPIG cho thấy trường hợp có phụ gia công suất tăng 8%, suất tiêu hao nhiên liệu giảm 8,3% mức phát thải CO, CO2, HC NOx cải thiện 13,8%, 0,63%, 13,3% 14,5%, hình 3.8 10 -2 -6 HC (ppm) NOx (ppm) % % -4 CO2 (ppm) -6 -2 CO (ppm) -4 Series1 -8 Ne (kW) ge (g/kWh) -10 -12 -8 -14 -10 -16 Hình 3.8 Tỷ lệ cải thiện thơng số tính phát thải xe Wave 110cc sau 100 chạy ổn định với E10 pha phụ gia VPI-G với trường hợp không pha phụ gia 48 Series1 HV: Nguyễn Đức Thắng Lớp: 2012B Kết đối chứng sau chạy phụ gia VPI-G phụ gia Keropur cho thấy trường hợp dùng phụ gia VPI-G công suất tăng 4,3%, suất tiêu hao nhiên liệu giảm 4,2% mức phát thải CO, CO2, HC NOx cải thiện 10,4%, 0,3%, 10,1% 3,2%, hình 3.9 CO (ppm) CO2 (ppm) HC (ppm) NOx (ppm) -2 -4 % % Series1 -6 Ne (kW) -1 Series1 ge (g/kWh) -8 -2 -3 -10 -4 -5 -12 Hình 3.9 Tỷ lệ cải thiện thơng số tính phát thải xe Wave 110 sau 100 chạy ổn định với E10 pha phụ gia VPI-G với trường hợp pha phụ gia Keropur Bảng 3.6 Kết thử nghiệm nhiên liệu E10 có phụ gia Keropur trước chạy ổn đinh Tốc độ (km/h) Ne (kW) 30 1.74 40 ge (g/kWh) CO(ppm) CO2(ppm) HC(ppm) NOx(ppm) 430.46 46,224 86,047 3,406 1,557 2.40 398.33 60,025 73,849 3,234 1,296 50 3.18 386.79 65,263 78,715 2,983 1,124 60 3.76 399.47 58,021 85,502 2,880 1,183 70 4.63 428.73 57,291 85,859 3,329 1,297 Bảng 3.7 Kết thử nghiệm nhiên liệu E10 có phụ gia Keropur sau chạy ổn định100 h Tốc độ (km/h) Ne (kW) 30 1.61 40 ge (g/kWh) CO(ppm) CO2(ppm) HC(ppm) NOx(ppm) 465.22 52,424 85,966 3,570 1,607 2.26 416.81 65,525 73,370 3,607 1,389 50 2.95 416.95 71,292 78,123 3,125 1,213 60 3.51 427.92 64,184 84,625 3,018 1,265 70 4.14 479.47 61,364 84,872 3,468 1,373 49 HV: Nguyễn Đức Thắng Lớp: 2012B Ngoài ra, để đánh giá mài mịn chi tiết động piston, xilanh với việc sử dụng nhiên liệu E10 không phụ gia có phụ gia, động tháo đo kiểm chi tiết trước chạy bền sau chạy bền để so sánh, kết thể bảng 3.2 Bảng 3.8 Kích thước chi tiết trước sau chạy bền Chi tiết Vị trí đo Sau chạy bền Trƣớc chạy bền Không phụ gia VPI-G Keropur ĐCT 52,39 52,40 52,39 52,40 Giữa 52,40 52,41 52,40 52,40 ĐCD 52,41 52,42 52,41 52,41 Đỉnh 51,97 51,95 51,96 51,96 52,28 52,26 52,27 52,26 52,33 52,33 52,33 52,33 52,35 52,34 52,35 52,35 Xilanh Dưới xecmăng Piston Giữa (xương) Chân Kết đo đạc so sánh kích thước chi tiết (piston, xilanh) vị trí làm việc chủ yếu cho thấy độ mịn (0,01-0,02 mm) Như vậy, kết luận phụ gia VPI-G không làm ảnh hưởng đến mài mòn chi tiết động Sau 100 chạy ổn định với ba mẫu nhiên liệu, mịn chi tiết động piston, xilanh, xu páp, xéc măng khơng có thay đổi đáng kể, động làm việc ổn định Tuy nhiên dựa vào thông số bảng 4.10 ta thấy lượng mịn nhiên liệu E10 với phụ gia VPI-G Ngoài ra, bugi nắp xilanh sau chạy bền 100 với phụ gia VPI-G khô Điều tác dụng phụ gia, đặc biệt thành phần amin photphat VPI-G, có tác dụng tẩy rửa phân tán cặn, muội bám vào bugi piston, xupap buồng đốt động 50 HV: Nguyễn Đức Thắng Lớp: 2012B CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN CHUNG Đề tài nghiên cứu phụ gia nhiên liệu xăng pha cồn nhằm cải thiện mức độ phát thải xe máy Kết nghiên cứu khẳng định giải pháp cho vấn đề cấp bách hoàn toàn khả thi việc đưa nhiên liệu E10 vào sử dụng nhằm cắt giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu khống giảm phát thải độc hại cho mơi trường động đốt Giải pháp bao gồm: - Nghiên cứu phát triển phụ gia cho nhiên liệu sinh học E10 Đề tài ứng dụng quy hoạch thực nghiệm để tìm thành phần tỷ lệ pha tối ưu từ phụ gia tính đơn lẻ để tạo phụ gia cho hỗn hợp nhiên liệu sinh học nhiên liệu hóa thạch đảm bảo chất lượng, hiệu đặc biệt phù hợp với nguồn nhiên liệu sinh học, khí hậu Việt Nam Các phụ gia cho nhiên liệu E10 đặt tên VPI-G Phụ gia đánh giá tính chất chất lượng pha vào nhiên liệu so với phụ gia nước ngồi cho thấy có tương đồng cao khả chống tách pha, độ ổn định oxy hóa khả bảo vệ chống ăn mòn kim loại nhiên liệu sinh học E10 Ngồi phụ gia cịn có số ưu điểm tiêu kỹ thuật tính kinh tế Phụ gia VPI-G pha vào nhiên liệu E10 với tỷ lệ 0,1%, sau thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng đến tính làm việc, tiêu hao nhiên liệu, phát thải mài mòn chi tiết động phương tiện giao thơng vận tải điển hình Việt Nam xe máy Với nhiên liệu E10 pha phụ gia, thử nghiệm động cho thấy Ne tăng từ đến 8%, ge giảm từ 3,5 đến 8,3% so với không phụ gia cải thiện phụ gia Keropur nước ngồi Thành phần khí thải giảm: CO từ 9,4 đến 16%; HC từ 11,7% đến 13,8% NOx từ 14,5 đến 28% Riêng CO2 cải thiện tăng chút CO HC cháy kiệt Như vậy, sau thử nghiệm phụ gia VPI-G với nhiên liệu E10 phương tiện xe máy, kết phân tích thơng số tính phát thải cho thấy phụ gia 51 HV: Nguyễn Đức Thắng Lớp: 2012B đáp ứng tốt yêu cầu phụ gia cho nhiên liệu sinh học E10, triển khai ứng dụng vào thực tiễn Hƣớng nghiên cứu Do điều kiện thời gian kinh tế nên luận án tác giả đánh giá hiệu phụ gia VPI-G xe máy Honda Wave 110 phịng thí nghiệm mà chưa đánh giá hết với động cơ, phương tiện, thiết bị khác ôtô, tàu hoả, tàu thuỷ, máy phát điện chế độ tải trọng, tốc độ, cung đường khác với thời gian khác Đây hướng nghiên cứu để với kết luận theo hướng nghiên cứu sở cho việc sử dụng rộng rãi phụ gia cho nhiên liệu VPI-G Việt Nam Tác giả hy vọng vinh dự thực đề tài khác phương tiện, thiết bị Trên sở kết nghiên cứu đạt được, vào tình hình sản xuất, sử dụng kinh doanh nhiên liệu sinh học nước, tác giả đề nghị: tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện tổ hợp phụ gia phù hợp với nhiên liệu khoáng – sinh học Việt Nam, để tiến đến tự sản xuất phụ gia từ nguồn nguyên liệu, hóa chất dễ kiếm, sẵn có thân thiện môi trường đáp ứng nhu cầu sản xuất kinh doanh nhiên liệu sinh học nước ta 52 HV: Nguyễn Đức Thắng Lớp: 2012B TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Văn Ga, Ơtơ nhiễm mơi trường, Nhà xuất Giáo dục, 1999 [2] Dương Việt Dũng, Thí nghiệm động cơ, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2007 [3] Đinh Thị Ngọ, Nguyễn Khánh Diệu Hồng, Nhiên liệu trình xử lý hoá dầu, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2008 [4].http://www.congthuong.hochiminhcity.gov.vn: Nhiên liệu sinh học ngành công nghệ tương lai, Ngọc Duy, 27/5/2009 [5] http://www.tnmtthainguyen.gov.vn: Chiến lược nhiên liệu cho Việt Nam 21/11/07 [6] http://daukhivietnam.net: Phụ gia tiết kiệm xăng dầu [7] http://icelab.hut.edu.vn/ [8] Nguyễn Đức Khánh, Nguyễn Thế Lương, Vũ Khắc Thiện, Nguyễn Duy Tiến, Nguyễn Thế Trực, Nguyễn Duy Vinh, (2008), Thử nghiệm đối chứng phụ gia tiết kiệm nhiên liệu eefuel, Hà Nội [9] “Nghiên cứu lựa chọn chất phụ gia pha trộn nhiên liệu sinh học với nhiên liệu gốc khoáng nhằm đảm bảo yêu cầu chất lượng nhiên liệu trình bảo quản sử dụng, đồng thời đảm bảo tính an tồn mơi trường nhiên liệu” Đề tài hợp tác Trung tâm Ứng dụng chuyển giao công nghệ, Viện dầu khí Việt Nam Viện Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, mã số 01(CTAT)NCCB/2009/HĐ-NCKH [10] Phạm Minh Tuấn, Khí thải động ô nhiễm môi trường, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2013 [11] Sử dụng loại nông, lâm nghiệp sản xuất nhiên liệu sinh học, http://agriviet.com (03 - Aug - 2007) 53 HV: Nguyễn Đức Thắng Lớp: 2012B [12] Quyết định 177/2007/QĐ-TTg việc phê duyệt “Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025”, 2007 [13] TCVN 6438:2001 : Phương tiện giao thông đường - Giới hạn lớn cho phép khí thải [14] TCVN 7716:2009 (ASTM D 4806): Etanol nhiên liệu biến tính dùng để trộn với xăng sử dụng làm nhiên liệu cho động đánh lửa – Yêu cầu kỹ thuật [15] TCVN 8063:2009 Nhiên liệu động – Xăng pha 5% etanol (E5) – Yêu cầu kỹ thuật [16] Vũ An, Lê Thái Sơn, Phan Trọng Hiếu, Trần Thanh Phương, Nguyễn Thị Thu Hiền, Cao Huy Hiệp, Lương Văn Thưởng, Bùi Ngọc Dương, Nghiên cứu tổng hợp phụ gia chống ăn mòn kim loại cho nhiên liệu sinh học pha ethanol từ nguồn dầu thực vật phi thực phẩm, Tạp chí Dầu khí số 4-2012 [17] “Tối ưu hóa tổ hợp phụ gia cho xăng pha ethanol E10, đánh giá hiệu kinh tế-kỹ thuật so với tổ hợp phụ gia nhập ngoại” mã số 16/NCCB (CTAT)/2011/HĐNCKH [18].http://www.scribd.com/doc/41314497/E-Diesel-Demonstration-Test-inDenmark-Tcm24 [19] http://www.cortecvci.com/Products/single.php?code=10318 [20]http://www.vpi.pvn.vn/upload/file/TapChiDauKhi/PTHieu%209-2013%5D4.pdf 54 ... TỔNG HỢP PHỤ GIA CHO NHIÊN LIỆU XĂNG PHA CỒN 26 2.1 Đặc tính lý hóa nhiên liệu xăng pha cồn 26 2.2 Các nhóm phụ gia sử dụng cho nhiên liệu xăng pha cồn 31 2.2.1 Phụ gia tăng... dụng phụ gia cần có thay đổi thành phần để đảm bảo phù hợp với khí hậu nguyên liệu sản xuất Việt Nam Đề tài “ Nghiên cứu phụ gia nhiên liệu xăng pha cồn nhằm cải thiện mức độ phát thải xe máy? ??... Hydrocarbon E10 Nhiên liệu pha 90% xăng 10% ethanol E15 Nhiên liệu pha 85% xăng 15% ethanol E20 Nhiên liệu pha 80% xăng 20% ethanol E5 Nhiên liệu pha 95% xăng 5% ethanol E85 Nhiên liệu pha 15% xăng 85%