luận văn thạc sĩ kinh tế nghiên cứu đánh gía tính năng động cơ xe máy phun xăng điện tử khi sử dụng xăng nhiên liệu sinh học có tỷ lệ cồn lớn

BỘ CÔNG THUƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI HỌ VÀ TÊN : VŨ THỊ MINH TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN: Nghiên cứu đánh gía tính động xe máy phun xăng điện tử sử dụng xăng nhiên liệu sinh học có tỷ lệ cồn lớn Chuyên nghành: Kỹ thuật khí động lực Mã số: 60.52.01.16 LUẬN VĂN THẠC SĨ: Kỹ thuật khí động lực NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PHẠM HỮU TUYẾN Hà Nội – Năm 2015 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ XĂNG SINH HỌC SỬ DỤNG CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1 Sự cần thiết sử dụng loại nhiên liệu thay 1.1.1 Nguồn gốc hình thành dầu mỏ 1.1.2 Tình hình sử dụng 1.2 Các loại nhiên liệu thay thường dùng 1.2.1 Lợi ích nhiên liêu sinh học 1.3 Nhiên liệu xăng pha ethanol 1.3.1 Ethanol 1.3.1.1 Tính chất vật lý .9 1.3.1.2 Tính chất hóa học .11 1.3.1.3 Ưu nhược điểm ethanol sinh học 13 1.3.1.4 Phương pháp sản xuất ethanol sinh học 14 1.3.2 Tình hình sản xuất sử dụng ethanol gới 20 1.3.3 Sản xuất sử dụng ethanol Việt Nam 23 1.4 Một số nghiên cứu xăng sinh học ĐCĐT 26 CHƯƠNG II: QUÁ TRÌNH CHÁY VÀ HÌNH THÀNH PHÁT THẢI TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT CHÁY CƯỠNG BỨC KHI SỬ DỤNG XĂNG NHIÊN LIỆU SINH HỌC .32 2.1 Quá trình cháy động sử dụng xăng pha ethanol 32 2.1.1 Diễn biến thơng số đặc trưng q trình cháy động cơ: 32 2.1.2 Quá trình cháy động xăng sử dụng xăng pha ethanol 34 2.1.3 Đặc tính trình cháy nhiên liệu xăng pha ethanol 39 2.2 Quá trình hình thành phát thải .41 2.2.1 Cơ chế hình thành oxit nitơ (NOx) 42 2.2.1.1 Cơ chế hình thành monoxit nitơ (NO) 43 2.2.1.2 Cơ chế hình thành dioxide nitơ (NO2) 44 2.2.1.3 Cơ chế hình thành (N2O) 44 2.2.2 Cơ chế hình thành Hydrocarbon (HC) 45 CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TÍNH NĂNG ĐỘNG CƠ XE MÁY KHI SỬ DỤNG XĂNG NHIÊN LIỆU SINH HỌC CÓ TỶ LỆ CỒN LỚN 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 DANH MỤC BẢNG BIỂU, SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ Bảng 1.1 Tính chất vật lý ethanol 10 Bảng 1.2: Bảng so sánh tính chất ethanol xăng 12 Bảng1.3 Tình hình sản xuất ethanol giới 23 Bảng 1.4 Tóm tắt dự án xây dựng nhà máy ethanol Việt Nam: 25 Bảng2.1 Hệ số tính toán lan truyền màng lửa ( P0 = bar, T0 = 3000K X G X E tỷ lệ xăng ethanol hỗn hợp) 38 E  43  T   B Bảng2.2 Chuỗi phản ứng hình thành NOx Hệ số tốc độ k  AT exp  Hình 1.1 Các loại nguyên liệu sản xuất ethanol 15 Hình 1.2 Sơ đồ chuyển hóa từ ngun liệu chứa cellulose 16 Hình 1.3 Thủy phân b`ằng axit loãng 17 Hình 1.4 Thủy phân axit đặc .18 Hình 1.5 Thuỷ phân lên men tách riêng .19 Hình 1.6 Thuỷ phân lên men đồng thời .20 Hình 1.7 Cơng suất động tay số 29 Hình 1.8 Suất tiêu hao nhiên liệu tay số .29 Hình 1.9 Hàm lượng phát thải theo chu trình thử ECE-R40 giới hạn theo tiêu chuẩn Euro2 30 Hình 1.10 Hệ số phát thải CO2 lượng tiêu hao nhiên liệu theo chu trình thử ECE-R40 31 Hình 2.1 Quá trình cháy động đốt 32 Hình 2.2 Sơ đồ lan truyền màng lửa 33 Hình 2.3 Trị số octan nhiên liệu xăng pha ethanol 35 Hình 2.4 Nhiệt trị thấp nhiên liệu xăng pha ethanol 35 Hình 2.5 Mơ hình lan truyền màng lửa .37 Hình 2.6 Biến thiên nồng độ NOx, HC, CO theo hệ số dư lượng khơng khí 42 Hình 2.7 Sự hình thành HC màng lửa thành buồng cháy 47 LỜI NĨI ĐẦU Năng lượng nói chung nhiên liệu nói riêng có vai trị quan trọng việc phát triển kinh tế quốc gia An ninh lượng có ảnh hưởng lớn đến an ninh kinh tế an ninh Quốc gia Ngoài ra, vấn đề giảm thiểu ô nhiễm môi trường, bảo vệ tầng ơzơn vấn đề cấp thiết mang tính tồn cầu.Vì vậy, nghiên cứu thay nguồn nhiên liệu gốc khống nguồn nhiên liệu khác có khả tái tạo mối quan tâm hàng đầu tồn nhân loại.Trong đó, việc sử dụng nhiên liệu với nguồn gốc sinh học hướng nghiên cứu trọng điểm nhiều quốc gia Ở Việt nam, nhiên liệu xăng diesel phụ thuộc vào nguồn nhập Theo đà phát triển kinh tế đất nước với trình hội nhập, nhu cầu sử dụng nhiên liệu tăng trưởng với tốc độ lớn, dự báo đến năm 2020 tổng nhu cầu nước đạt gần 20 triệu tấn/năm Thấy rõ tầm quan trọng việc nghiên cứu thay nguồn nguyên liệu gốc khoáng, từ năm 1990, nhà khoa học nước tiến hành nghiên cứu sử dụng nguồn nhiên liệu khác khí ga, ethanol este dầu thực vật thay nhiên liệu gốc khoáng Xu hướng nghiên cứu ngày phát triển Tuy nhiên, chưa có nhiều nghiên cứu cụ thể ảnh hưởng xăng pha ethanolđến đặc tính kỹ thuật động Xuất phát từ thực tế đó, việc nghiên cứu ảnh hưởng xăng sinh học tới đặc tính kỹ thuạt động tơ nhu cầu thiết Chính vậy, đề tài “Nghiên cứu đánh giá tính động xe may phun xăng điện tử sử dụng xăng nhiên liệu sinh học có tỷ ệ cồn ớn ” thực để đáp ứng phần yêu cầu thực tiễn Dưới hướng dẫn tận tình TS Phạm Hữu Tuyến (Viện Cơ khí – Động lực) thầy môn Động đốt trong,, em hoàn thành uận văn Mặc dù có nhiều cố gắng, khó tránh khỏi thiếu sót.Kính mong bảo đóng góp thầy cô Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, Ngày… tháng Năm 2015 Học viên Vũ Thị Minh 1CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ XĂNG SINH HỌC SỬ DỤNG CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1 Sự cần thiết sử dụng loại nhiên liệu thay 1.1.1 Nguồn gốc hình thành dầu mỏ Dầu mỏ sinh từ xác chết sinh vật đáy biển, hay từ xác thực vật vùi sâu lịng đất Khi thiếu khí oxy, bị đè nén áp suất nhiệt độ cao chất hữu chuyển hóa tạo thành dầu Dầu tích tụ trongcác lớp đất đá chúng nhẹ nước nên dầu chuyển dần xuống lớp đất đá khơng tan, thẩm thấu tích tụ lại hình thành mỏ dầu Dầu mỏ sinh từ phản ứng hóa học lịng đất qua hàng tỷ năm chúng chuyển hóa thành hỗn hợp hydrocarbon khác 1.1.2 Tình hình sử dụng Hiện nay, tính tồn cầu, mức lượng sử dụng hàng ngày tương đương với khoảng 200 triệu thùng dầu mỏ (khoảng 10 tỷ /năm) Trong số này, có khoảng 80% lượng có nguồn gốc lượng hóa thạch (dầu mỏ, khí đốt, than đá) Năng lượng hạt nhân, thủy điện, lượng sinh học chiếm gần 20% lại Tỷ lệ tăng sử dụng lượng trung bình hàng năm giới khoảng 1,5%  2,0% Điều có nghĩa khối lượng dầu mỏ khai thác phải tăng lên thêm hàng ngày 1,5 triệu thùng Trong năm tới ngành dầu mỏ tồn cầu phải tăng thêm cơng suất tương ứng với mức khai thác 28,5 triệu thùng/ ngày (gấp3 lần mức khai thác Ả rập Xê út) Hơn nữa, ngày khí hậu trái đất ngày nóng dần nên nhiễm khơng khí ngày trở nên nghiêm trọng Mà ngun nhân chủ yếu khí CO2 nhà máy phương tiện giao thông (hiện tượng hiệu ứng nhà kính) Vấn đề đặt có nguồn ngun liệu thay xăng dầu làm giảm thiểu ô nhiễm môi trường nguồn thay nhiên liệu tương lai Bên cạnh vấn đề giá dầu tăng vọt làm ảnh hưởng nhiều mặt đến kinh tế xã hội tình hình trị quốc gia Theo tính tốn chuyên 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 tình hình đó, cần tìm nhiên liệu thay thế, ưu tiên hàng đầu cho nhiên liệu tái sinh thân thiện với môi trường 1.2 Các loại nhiên liệu thay thường dùng Động đốt sử dụng phổ biến có ưu điểm lớn như: hiệu suất cao , kích thước trọng lượng nhỏ Nhưng nhiên liệu chủ yếu loại lại có nguồn gốc từ dầu mỏ xăng ga, đắt cạn dần thiên nhiên Vì vậy, để phát triển bền vững người ta phải nghiên cứu nhiên liệu thay phổ biến sản xuất đại trà Nhiên liệu 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 so với xăng dầu Đặc biệt sử dụng nhiên liệu sinh học giảm phát thải gây nhiễm mơi trường Người ta ước tính khí thải từ hoạt động có liên quan sản phẩm dầu mỏ nhiên liệu hóa thạch chiếm khoảng 70% tổng lượng khí thải tồn giới Khí thải ngun nhân trực tiếp gây biến đổi khí hậu, hiệu ứng nhà kính hàng loạt vấn đề mơi trường Theo đánh giá chuyên gia, ô nhiễm khơng khí thị hoạt động giao thơng vận tải gây chiếm tỷ lệ khoảng 70% Trong nguồn gây ô nhiễm, hoạt động giao thông vận tải sản xuất công nghiệp nguồn gây nhiễm mơi trường khơng khí Các loại nhiên liệu thay cho xăng dầu dùng cho động tơ: Hyđrơ: Đứng trước việc dịng xe điện bị hạn chế mặt phạm vi hoạt động phải phụ thuộc vào trạm sạc pin công cộng, nhà sản xuất ôtô lên kế hoạch chuyển sang dùng nhiên liệu hyđrơ Nhờ đó, xe điện nạp nhiên liệu dịng xe máy xăng/dầu thơng thường Khi vào xe, hyđrơ chuyển hóa lượng hóa học thành điện cung cấp cho hoạt động xe Tất xe thải trình vận hành nước không gây ô nhiễm môi trường Dầu diesel sinh học: Diesel sinh học loại nhiên liệu sản xuất từ dầu thực vật hay mỡ động vật Các nguồn dầu thực vật thường dùng bao gồm dầu hạt cải dầu, dầu hạt hướng dương, dầu đậu nành, dầu cọ, dầu cọc rào, Tuy không chứa thành phần dầu mỏ diesel sinh học lại trộn lẫn với diesel gốc dầu thông thường để trở thành nhiên liệu cho xe Diesel sinh học đánh giá nhiên liệu với mức khí thải thấp nhiều so với loại nhiên liệu thông thường Sử dụng dầu diesel sinh học khơng an tồn cho mơi trường mà cịn mang đến ích lợi cho kinh tế quốc gia Nhiên liệu xăng sinh học (xăng pha Ethanol): Thông thường, ethanol sản xuất từ trình lên men ngũ cốc Đây nguồn nhiên liệu sản sinh khí nhà kính thấp so với loại khác Ethanol đưa vào xe sau pha trộn với xăng tùy theo nồng độ khác Vì có chứa khí ôxy nên trộn lẫn với xăng, ethanol tăng khả tiết kiệm nhiên liệu xe đồng thời cắt giảm khí thải Nhiều quốc gia sử dụng E85 với tỉ lệ pha trộn 85% ethanol 15% xăng Với động thiết kế để sử dụng xăng sinh học sử dụng nhiên liệu đến E100 Nitơ hóa lỏng: Nitơ hóa lỏng dùng để vận hành mẫu xe chuyên dụng Động đun nóng dung dịch nitơ bình nhiên liệu với trợ giúp đổi nhiệt Sau đó, nóng chiết xuất nén để quay piston động Mặc dù đưa vào thử nghiệm nitơ hóa lỏng chưa có mặt mẫu xe thương mại Khí thiên nhiên (CNG): Hiện nay, CNG chứng minh nhiên liệu thay hữu ích CNG sản xuất cách nén khí tự nhiên áp suất cao khơng có chất gây nhiễm Là loại nhiên liệu khơng mùi khơng ăn mịn, CNG sử dụng cho xe Khi chạy CNG, xe cần trang bị bình nhiên liệu lớn Theo nghiên cứu, CNG cắt giảm 40% chi phí sản xuất 80% khí thải Chỉ có điều, điều kiện nhiệt độ khiến CNG bị đốt cháy Khí hóa lỏng: Được gọi với tên LPG, loại nhiên liệu sử dụng cho thiết bị sưởi ơtơ Thay loại khí CFCs, LPG giúp giảm thiểu tác động tiêu cực đến tầng ôzôn Trong năm gần đây, LPG dần trở thành nguồn nhiên liệu phổ biến nghành công nghiệp ôtô 1.2.1 Lợi ích nhiên liêu sinh học Nhiên liệu sinh học xu phát triển tất yếu, nước nông nghiệp nhập nhiên liệu, lợi ích như: cơng nghệ sản xuất không 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 so với xăng dầu (phần lắp lại trên) - Nhiên liệu sinh học giảm thiểu phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch đắt đỏ, dần cạn kiệt: