Nghiên ứu mô phỏng động ơ diesel sử dụng nhiên liệu syngas

Tổng quan về nhiên liệu sinh học 1.2.1 Gi i thiớệu chung về nhiên liệu sinh học 1.2.1.1 Khái niệm về nhiên li u sinh h c ệọNhiên li u sinh hệ ọc là loại nhiên liệu được hình thành từ các

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

****************** ******************* ♠

NGÔ VĂN DŨNG

NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ DIESEL

SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SYNGAS

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2014

Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131913191000000

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

****************** ******************* ♠

NGÔ VĂN DŨNG

NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ DIESEL

SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SYNGAS

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực

1

Em xin cam đoan đây là đề tài nghiên c u c a riêng ứ ủ em Các số ệu li

k ết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từ ng đư c ai công ợ

b ố trong các công trình nào khác!

2

Em xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nộ , Viện Sau đại i

h c, Viọ ện Cơ khí Động lự và Bộ môn Động cơ đốt trong đã cho phép em ực hiệc th n

luận văn ại Trường Đại học Bách khoa Hà Nột i Xin cảm ơn Viện Đào tạo Sau đ i ạ

h c ọ và Viện Cơ khí Động lực v s h tr ề ự ỗ ợ và giúp đỡ trong suốt quá trình emlàm

lu n ậ văn

Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS.Khổng Vũ Quảng đã hướng dẫ em ết sức n h

tận tình và chu đáo về ặt chuyên môn để em có thể ực hiện và hoàn thành luận m thvăn

Em xin chân thành biết ơn uý thầ cô Bộ môn và hòng thí nghiệm Động cơ q y, p

đốt trong - Trường Đạ ọi h c Bách khoa Hà N i luôn ộ giúp đỡ và dành cho em những điều ki n h t s c thu n lệ ế ứ ậ ợi để hoàn thành luận văn này

Em xin cảm ơn Ban giám hiệu trường Cao đẳng ngh Công nghi p Hà Nề ệ ội, Ban chủ nhi m Khoa Công ngh Ôtô và các thầy cô trong Khoa đã ậệ ệ h u thuẫn và động viên em trong su t quá trình hố ọc tập

Em xin t ỏ lòng biết ơn sâu sắc đ n các thầy phản biện, các thầy trong hội đồế ng chấm luận văn đã đồng ý đọc, duyệt và góp các ý kiến quý báu để em có thể hoàn chỉnh luận văn này

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè, những người đã động viên khuy n khích ế em trong suốt th i gian ờ em c t p họ ậ

3

M C L C Ụ Ụ

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

MỤC LỤ 3C DANH M C CÁC KÝ HI U VÀ CHỤ Ệ Ữ VIẾT TẮT 5

DANH M C CÁC BỤ ẢNG BIỂU 6

DANH M C CÁC HÌNH VỤ Ẽ VÀ Đ TH 7 Ồ Ị M Ở ĐẦ 9U CHƯƠNG 1 T ỔNG QUAN VỀ Ấ V N Đ NGHIÊN CỨ 10 Ề U 1.1 S ự bùng nổ các phương tiện giao thông vận tải và các vấ n đ ềliên quan 10

1.2 Tổng quan về nhiên liệu sinh họ 13c 1.2.1 Giới thiệu chung v nhiên li u sinh h ề ệ ọc 13

1.2.2 Các loại nhiên liệu sinh học và phương pháp tổng h p ợ 15

1.2.3 Phạm vi và đố i tư ng nghiên cứu 22 ợ 1.2.4 Nội dung và nhiệm vụ đề tài 23

1.2.5 Kết luậ 24n CHƯƠNG II NHIÊN LIỆ U SYNGAS DÙNG TRONG Đ NG CƠ DIESEL 25 Ộ 2.1 Giới thi u v nhiên li u syngas ệ ề ệ 25

2.2 Nguyên li u s n xuệ ả ất syngas 26

2.3 Tính chất lý hóa c a syngas ủ 28

2.4 Công nghệ chuy n hóa syngas 29ể 2.4.1 Giới thiệu Công nghệ khí hóa tầng cố đị nh 29

2.4.2 Giới thiệu Công nghệ khí hóa t ng sôi ầ 32

2.5 Ưu như c đi ợ ểm của syngas so với diesel truyền thống 33

2.6 Thực trạng và tính kinh tế 35

2.6.1 Ả nh hư ng c ở ủ a syngas đ n tính năng k thuậ ế ỹ t, kinh tế ủ c a động cơ 35

2.6.2 Ả nh hư ng c ở ủ a syngas đ ến phát thả ộ i đ c hại 38

2.7 Chiến lược phát triển và sử d ụng nhiên liệu sinh học ở nước ta 41

CHƯƠNG III CƠ SỞ LÝ THUY T VÀ XÂY D NG MÔ HÌNH 43Ế Ự 3.1 Tổng quan về phần mềm AVL Boost 43

3.1.1 Giới thiệu chung 43

3.1.2 Tính năng cơ bản 44

3.1.3 Tính năng áp dụng 44

3.1.4 Giao diện của phần mềm AVL Boost 45

3.1.5 Các phần tử ủ c a chương trình 46

3.1.6 Trình t mô phự ỏng trên Boost 48

3.2 Cơ sở lý thuy t 49ế 3.2.1 Mô hình h n h p nhiên liỗ ợ ệu 49

3.2.2 Mô hình cháy 52

3.2.3 Mô hình truy n nhiề ệt 57

3.2.4 Quá trình hình thành phát thải 62

3.3 Kết luậ 69n

CHƯƠNG IV: MÔ PHỎNG VÀ K T QU MÔ PH NG 70Ế Ả Ỏ

4

4.1 Mô phỏ ng đ ng cơ sử ụ ộ d ng lư ng nhiên li u diesel ỡ ệ - syngas 70 4.1.1 Xây dựng mô hình 70

4.1.2 Nhập dữ ệ li u cho mô hình 71

4.1.3 Đánh giá độ tin c y c a mô hình 75ậ ủ

4.2 Kết quả và thảo luận 76

4.2.1 Lựa chọn tỷ ệ syngas thay thế l diesel thích h p 76ợ

4.2.2 Đặc tính c a quá trình cháy ủ 77 4.2.3 Suất tiêu thụ nhiên liệu 79

6

DANH M C CÁC B Ụ ẢNG BIỂ U

Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật cơ bản của động cơ Mitsubishi S3L2 24

Bảng 2.3 Các chất lý, hóa cơ bản của một số loại phụ phẩm nông nghiệp

Bảng 2.5 So sánh giá trị kinh tế trên đơn vị nhiệt trị giữa sử dụng nhiên liệu truyền thống và khi sử dụng thay thế bằng nhiên liệu sinh khối ở Việt

Bảng 2.6 Thông số kỹ thuật của syngas với tỷ lệ H2/CO khác nhau 38

Bảng 4.5 Công suất và tiêu thụ nhiên liệu của động cơ ở góc phun sớm

Bảng 4.8 Thay đổi suất tiêu thụ nhiên liệu ở 100% tải khi sử dụng lưỡng

Bảng 4.9 Công suất, mômen và lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ 80

B ng 4.10 Công su t, mômen và phát th i khi mô phả ấ ả ỏng thay đổ ỷ ệi t l

7

DANH M C CÁC HÌNH V Ụ Ẽ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Số lượng ô tô và xe máy hoạt động hàng năm của Việt Nam 10

Hình 1.2 Tỷ lệ phát thải các khí gây ô nhiễm theo các nguồn phát thải chính

Hình 1.3 Lượng khí thải CO do các phương tiện cơ giới đường bộ gây ra 11

Hình 1.4 Tỷ lệ phát thải các chất gây ô nhiễm do các phương tiện cơ giới

Hình 1.5 Tỷ lệ ô tô, xe máy theo số năm sử dụng tại Hà Nội năm 2009 12

Hình 2.6 Hiệu suất nhiệt có ích theo % tải ở với các tỷ lệ H2/CO khác nhau 37

Hình 2.7 Hệ số nạp theo % tải ở với các tỷ lệ H2/CO khác nhau 37

Hình 2.11 Diễn biến phát thải CO theo tải trọng ứng với các tỷ lệ H2/CO

Hình 3.3 Giao diện mô tả sự thiết lập mô hình hỗn hợp nhiên liệu 52

Hình 3.8 Tỷ lệ mol CO dự đoán: hàm lượng CO cân bằng và CO động học

Hình 3.9 Tỷ lệ mol dự đoán của CO theo hàm giữa góc đánh lửa sớm và hệ

Hình 3.10 Tỷ lệ mol dự đoán của HC theo hàm giữa góc đánh lửa sớm và hệ

Hình 4.3 công suất và tiêu hao nhiên liệu giữa mô phỏng và thực nghiệm 76

Hình 4.4 Diễn biến nhiệt độ trong xylanh của động cơ tại 1500 vòng/phút,

9

M ỞĐẦ U

Ngày nay, nhu c u sầ ử ụ d ng nhiên li u và sệ ản phẩm d u mầ ỏ phát triển m nh mạ ẽ dẫn đến phát sinh nhiều vấn đề ần đượ c c gi i quyả ết như: Nhiên liệu ngày càng c n ạ

ki t, ệ ô nhiễm môi trường do khí thả ội đ ng cơ, các lò đốt công nghi p, các cơ s s n ệ ở ả

xuất và tồn chứa sản phẩm dầu, sự ổn hao công suất, tuổi thọ động cơ Mặt khác, tnhư chúng ta đã biết, an ninh qu c gia, an ninh kinh t luôn g n li n v i an ninh ố ế ắ ề ớnăng lượng Vì thế, an ninh năng lượng luôn được đặt lên hàng đầu trong chiến lược phát tri n cể ủa mỗi qu c gia V i mố ớ ức sử ụ d ng d u mầ ỏ như hiện nay, số lượng dầu

m này ỏ chỉ còn đủ dùng trong khoảng 40 50 năm nữa nếu không phát hiện thêm -

những nguồn dầu mỏ mới Chính vì thế, để giảm thiểu ô nhiễm môi trường, đảm bảo an ninh năng lượng lâu dài và phát triển bền vững, nhiều quốc gia trong vòng vài th p kậ ỷ qua đã tập trung nghiên c u sứ ử ụ d ng nhiên li u sinh hệ ọc nhằm thay thế

m t ph n d u khoáng, ti n t i xây d ng ngành nhiên liộ ầ ầ ế ớ ự ệu sạch qu c gia mình ở ố

Với đề tài “Nghiên cứu mô phỏng động cơ diesel sử ụng nhiên liệ d u syngas”

em xin trình bày k t qu nghiên c u v i sế ả ứ ớ ự ỗ ợ ủ h tr c a ph n m m AVL Boost vầ ề ề đặ c tính kinh tế cũng như kỹ thuật của động cơ ô tô khi sử ụ d ng hỗn hợp diesel và syngas Luận văn cũng là cơ sở để nghiên c u nâng cao tứ ỷ ệ l syngas trong nhiên

liệu nhằm hướng tới mục tiêu sử ụng nhiên liệu sạch thay thế cho nhiên liệu gốc dhóa th ch ạ

10

Theo số ệu thống kê cuối năm 2010, số xe ô tô trên thế giới có khoảng trên li1,015 t ỷ xe đang lưu hành, tăng 3,6% so với con số 980 triệu xe vào cuối năm 2009

và chủ ế ậ y u t p trung các nư c phát tri n như M (239,8 tri u xe), Trung Qu c (78 ở ớ ể ỹ ệ ốtriệu xe), Nhật ản (73,9 triệu xe) Tính trung bình, cứ 6,75 người lại có một người Bđang sở ữ h u ô tô Vi t Nam, s Ở ệ ố lượng ôtô đang tăng rất m nh Tính t i tháng 3 ạ ớnăm 2009 thì số lượng ô tô t i Vi t Nam là kho ng 990 nghìn chi c và t p trung ch ạ ệ ả ế ậ ủ

y u ế ở hai thành phố ớ là TP Hồ Chí Minh và Thủ đô Hà Nộ l n i (Hình 1.1) Theo

thống kê mới nhất của Cục Đăng kiểm Việt Nam, số lượng xe ô tô tính đế tháng 6 n năm 2011 là 1,344 tri u xe ệ

Hình 1.1 S ố lượng ô tô và xe máy hoạt động hàng năm của Việt Nam [1]

Với tốc đ tăng trung bình khoảng 10% số lượng xe ô tô như hiện nay chính là ộnguyên nhân gây ô nhiễm môi trường cũng như lượng tiêu th nhiên li u Theo báo ụ ệcáo môi trường quốc gia năm 2010, hoạt động giao thông đóng góp gần 85% lượng khí CO, 95% lượng VOCs trên toàn qu c và chi m kho ng 70% ngu n gây ô nhi m ố ế ả ồ ễkhông khí ở các khu đô thị ớ l n (Hình 1.2)

11

Hình 1.2 T l phát th i các khí gây ô nhi m theo các ngu n phát th i chính cỷ ệ ả ễ ồ ả ủa Việt Nam

năm 2008[1]

Ở các đô thị, giao thông v n t i là ngu n gây ô nhi m l n nhậ ả ồ ễ ớ ất đố ới v i không khí,

đặc bi t là s phát th i các khí CO, VOC, và NOệ ự ả 2 Lượng khí th i này t ng lên hàng ả ănăm cùng vớ ựi s phát tri n v s ể ề ố lượng và các phương tiện giao thông đường b ộ(Hình 1.3)

Hình 1.3 L ng khí thượ ải CO do các phương tiện cơ giới đường b gây raộ [1]

Xét trên từng phương diện tham gia giao thông thì lượng khí th i t xe máy là ả ừ tương đối nh , trung bình m t xe máy x ỏ ộ ả ra lượng khí th i ch b ng 1/4 so v i xe ô ả ỉ ằ ớ

tô con Tuy nhiên do số lượng xe máy tham gia giao thông chiếm tỷ ệ ớn hơn l l và chất lượng nhi u lo i xe đã xu ng c p nên xe máy v n là nguề ạ ố ấ ẫ ồn đóng góp chính các loại khí ô nhiễm, đặc biệt đối với các khí thải như CO và VOCs Trong khi đó, xe

t i và xe khách các loả ại lại th i nhiả ều SO2 và NO2 (Hình 1.4)

12

Hình 1.4 T l phát thỷ ệ ải các chất gây ô nhiễm do các phương tiện cơ giới đường bộ[1;21]

Với mật độ các loại phương tiện giao thông lớn, chất thải các loại phương tiện giao thông kém và hệ ống giao thông chưa tốt thì lượ th ng khí th i gây ô nhi m môi ả ễtrường không khí t giao thông v n từ ậ ải đang có xu hướng gia tăng Xe ô tô, xe máy

ở Vi t Nam bao g m nhiệ ồ ều ch ng lo i Nhiủ ạ ều xe đã qua nhiều năm s d ng nên có ử ụ

chất lượng k thu t th p, có m c tiêu th nhiên li u và nỹ ậ ấ ứ ụ ệ ồng độ ất độc hại trong chkhí x cao, tiả ếng ồn l n Ngay t i các thành ớ ạ phố ớ l n, tỷ ệ l những xe đã qua sử ụ d ng nhiều năm vẫn cao (Hình 1.5)

Hình 1.5 T l ô tô, xe máy theo s ỷ ệ ố năm sử ụ d ng tại Hà Nội năm 2009[1]

Vì vậy với điều kiện cơ sở ạ ầ h t ng giao thông, s ố lượng, chất lượng các phương tiện giao thông như ở Hà N i nói riêng và Vi t Nam nói chung thì vộ ệ ấn đềtiêu hao nhiên li u và ô nhiệ ễm môi trường do khí thải gây ra vẫn đang là một trong

13

những vấn đề được nhà nước, các tổ chức quan tâm nhất để ải thiện môi trườ c ng cũng như năng lượng

Tại Việt Nam mới ch bỉ ắt đầu th nghi m s n xu t nhiên li u syngas v i t l ử ệ ả ấ ệ ớ ỷ ệ

th pấ , vì vậy với việc thực hiện đề tài này nhằm mục đích thông qua phần mềm mô

phỏng hiện đại AVL Boost đánh giá việc ử ụng nhiên liệu syngas đến đặc tính s d

của động cơ ô tô Qua đó cũng có th ể đánh giá tỷ ệ l syngas trong nhiên li u gi m ệ để ảgánh nặng đố ới v i nhiên liệu gốc hoá th ch, c i thi n quá trình cháy, phát thạ ả ệ ải cũng như tiêu hao nhiên liệu

1.2 Tổng quan về nhiên liệu sinh học

1.2.1 Gi i thiớ ệu chung về nhiên liệu sinh học

1.2.1.1 Khái niệm về nhiên li u sinh h c ệ ọ

Nhiên li u sinh hệ ọc là loại nhiên liệu được hình thành từ các hợp ch t có ấnguồn gốc đ ng thực vật (sinh học) như nhiên liệu chếộ xuất từ chất béo của động

thực vật (mỡ động vật, dầu dừa, ), ngũ cốc (lúa mỳ, ngô, đậu tương ), chất thải trong nông nghiệp (rơm rạ, phân, ), s n ph m th i trong công nghi p (mùn cả ẩ ả ệ ưa,

sản phẩm gỗ ả ỏ ấu ), Chúng bao gồm bioethanol, biodiesel, biogas, Ethanol th i,v trpha tr n (Ethanol blended fuels), dimetyl este sinh hộ – ọc và dầu thực vật Nhiên liệu sinh h c hi n nay sọ ệ ử ụ d ng trong giao thông v n t i là Ethanol sinh h c, diesel sinh ậ ả ọhọc và xăng pha Ethanol Loại nhiên liệu này có nhiều ưu điểm nổi bật so với các

lo i nhiên u truy n th ng (dạ liệ ề ố ầu khí, than đá…)

1.2.1.2 Ưu nhược điểm c a nhiên li u sinh h c ủ ệ ọ

a) Ưu điểm

Hi n nay, khi kinh t ệ ế các nước trên th gi i ngày càng phát tri n thì nhu cế ớ ể ầu sử

dụng năng lượng cũng tăng theo Nguồn năng lượng mà con người sử ụng chủ ế d y u

vẫn là dầu mỏ, trong khi nguồn dự ữ ầu mỏ có hạn Do đó, giá nhiên liệu từ ầ tr d d u

m ỏ ngày càng tăng, tạo ra sức ép cho xã hội và nhu cầu người sử ụng Đó là dnguyên nhân để con người tìm nh ng nguữ ồn năng lượng m i thay th dớ ế ần năng lượng t d u m Chúng ta th y r ng, hi n nay có r t nhi u lo i nhiên li u khác ừ ầ ỏ ấ ằ ệ ấ ề ạ ệ

• Tính ch t thân thiấ ện với môi trường: Chúng sinh ra ít hàm lượng khí gây ra

hi u ệ ứng nhà kính (một hiện tượng vật lý làm Trái Đất nóng lên) và ít gây ô nhiễm môi trường hơn các loại nhiên li u truy n th ng ệ ề ố

• Nguồn nhiên liệu tái sinh: Các nhiên liệu này l y t hoấ ừ ạt động s n xu t nông ả ấnghiệp và có thể tái sinh Chúng giúp giảm sự ệ l thuộc vào nguồn tài nguyên nhiên nhiên li u không tái sinh truy n th ng ệ ề ố

Thực tế, năng lượng dưới dạng biofuel đã được biết đến và sử ụng từ lâu Đố d t

củi, rơm để sinh nhiệt là hình thức dùng năng lượng sinh vật khô hiển nhiên nhất ởquy mô công nghiệ , đã có những lò hơi đạp t công su t cấ ả chục nghìn Kilowat Ở

một số nước trên thế ới, người ta trồng rừng để có củi đốt lâu dài Các loại cây lớn ginhanh như cây bạch dương và mộ ố ại cây khác thường đượt s lo c dùng cho mục đích này

S dử ụng nhiên liệu sinh ọc là phương pháp mang tính hiệu quảh nhất Chúng

ta có th ểso sánh gi a nhiên li u d u mữ ệ ầ ỏ ớ v i nhiên li u sinh hệ ọc qua cac tính chất cơ

b n c a nhiên liả ủ ệu như bảng sau:

B ng 1.1 So sánh nhiên li u sinh hả ệ ọc với nhiên li u d u m ệ ầ ỏ

S n xu t t d u m ả ấ ừ ầ ỏ S n xu t t nguyên liả ấ ừ ệu động, thực vật

Khó phân h y sinh h c ủ ọ Có kh ả năng phân hủy sinh học cao

Như vậy, vi c phát tri n nhiên li u sinh h c có l i v nhi u mệ ể ệ ọ ợ ề ề ặt như giảm đáng

k ể các khí độc hại như SO2, CO, CO2 (khí nhà kính), các Hydrocacbon chưa cháy

15

hết, giảm cặn buồng đốt,… mở ộng nguồn năng lượng, đóng góp vào an ninh năng rlượng, gi m s ph thu c vào nhiêu li u nh p khả ự ụ ộ ệ ậ ẩu, đồng thời cũng đem lạ ợi l i nhu n và viậ ệc là cho người dân

b) Nhược điểm

Như chúng ta đã biết, vi c phát tri n nhiên li u sinh h c (có ngu n g c th c ệ ể ệ ọ ồ ố ự

vật) sẽ làm giảm diện tích canh tác cây lương thực khác do đó sẽ làm giá lương thực tăng cao, đe dọa đến an ninh lương thực

Công nghệ đầu tư sản xu t nhiên li u sinh h c yêu cấ ệ ọ ầu khá cao, do đó làm giá thành của nó cao hơn so với nhiên liệu hóa thạch Đặc biệt với những nước chậm phát tri n hoể ặc đang phát triển như nước ta thì vi c phát tri n nhiên li u sinh h c là ệ ể ệ ọtương đối khó khăn

Một cản trở ữa cho việc sản xuất nhiên liệu sinh học là phụ n thuộc hoàn toàn vào điều ki n nuôi trệ ồng động th c v t Vi c nuôi tr ng này ch u ự ậ ệ ồ ị ảnh hưởng r t ấnhiều vào môi trường như: thời tiết, phong tục tập quán, vùng miền…, tất cả những điều trên làm cho vi c s n xu t nhiên liệ ả ấ ệu không được di n ra liên t c ễ ụ

1.2.2 Các lo i nhiên liạ ệu sinh học và phương pháp tổng hợp

T ừ khái niệm trên về nhiên liệu sinh họ thì nhiên liệu sinh học được sản xuất c,

t rừ ất nhiều dạng khác nhau Tuy nhiên, chúng ta có thể ổng hợp một số t nguyên

liệu chính để ả s n xu t ra nhiên li u sinh hấ ệ ọc

1.2.2.1 Khí t ng h p syngas ổ ợ

Syngas không ph i là nhiên li u hóa th ch tìm th y trong tả ệ ạ ấ ự nhiên, khí tổng

h p ợ là mộ khí nhiên liệt u hỗn hợp bao gồm chủ ếu là hydro, y carbon monoxide và bao g m m t ồ ộ lượng khí carbon dioxide

Phương pháp sản xu t bao g m tái lấ ồ ập hơi nước c a khí t nhiên ho c ủ ự ặhydrocarbon lỏng để ả s n xuất hydro, các quá trình khí hóa than, sinh khối và trong

m t s lo i ộ ố ạ chất thải thành năng lượng khí hóa

Khí hóa là một quá trình chuyển đổ ữu cơi h ho c ặ hóa thạch ựa d trên cácbon vật liệu vào khí carbon monoxide, hydrogen và carbon dioxide Điều này đạt đượ ừc t ph n ng c a v t li u nhiả ứ ủ ậ ệ ở ệt độ cao (> 700 ° C), mà không cần đốt, v i ớ

16

một số lượng có kiểm soát của oxy Hỗn hợp khí được gọi là khí tổng hợ và chính p

nó là m t nhiên liộ ệu Syngas được coi là một nguồ năng lượn ng tái tạo n u các hợp ế

chất khí hóa đượ ấ ừc l y t sinh kh i ố

Sinh kh i t o ra nhiên li u sinh hố ạ ệ ọc, được sản xuất dựa vào carbon, hydro và oxy Sản xuất sinh khối ước tính trên thế giới là 104,9 tỷ ấn cacbon mỗi năm, tkho ng m t nả ộ ửa trong đại dương và nửa trên mặt đất

1.2.2.2 C n ồ

C n ồ là nhiên liệu sinh học được chế ến từ bã mía, tinh bột sắn, ngô … có thể bitái sinh được, v a gi m thiừ ả ểu lượng khí th i gây ô nhiả ễm môi trường, v a h n ch ừ ạ ếdùng nhiên li u có ngu n g c hóa thệ ồ ố ạch Cồn có công thức hoá học chung là

CnH2n+1OH được xem là nhiên li u phù h p nhệ ợ ất để ử ụng cho động cơ đánh lử s d a

nh ờ có trị ố octane cao và tính chất vật lý, hoá học tương tự như xăng [2] Hiện s nay, c n nhiên li u có th là ethanol (Cồ ệ ể 2H5OH), metanol (CH3OH), butanol (C4H9OH) và propanol (C3H7OH), trong đó ethanol được s d ng ph bi n nh t ử ụ ổ ế ấCác lo i cạ ồn trên đều là chấ ỏng không màu, metanol và butanol đềt l u rất độc Hơn nữa, giá thành sản xuất butanol khá cao so với giá thành sản xuất ethanol và metanol

Tính bay hơi của ethanol nhiở ệt độ th p, thấ ấp hơn xăng Ở nhiệt độ 780C ethanol bay hơi hết Tính bay hơi của h n h p ethanol - ỗ ợ diesel cao hơn diesel, hòa khí hình thành nhanh hơn Khi tăng nhiệt đ quá cao, c n s khó t cháy Tr s ộ ồ ẽ ự ị ốoctane của ethanol cao hơn so với xăng Trị ố này càng tăng khi tỷ ệ ồ s l c n trong hỗn

hợp này tăng Do đó động cơ đánh lửa cư ng bức dùng hỗn hợp xăng ỡ – ethanol không b cháy kích n Tị ổ ỷ ọng và độ tr nh t của hỗớ n hợp xăng ethanol cao hơn – xăng nên tính lưu động c a h n hợp này sẽ kém hơn xăng, ảnh hưởng đếủ ỗ n việc lưu thông nhiên li u qua l ệ ỗ giclơ Độ nhớt của hỗn h p ethanol - diesel s gi m nhiợ ẽ ả ều so

với diesel khi tăng tỷ ệ ethanol trong hỗn hợp Trị ố cetane ethanol rất thấp Muốn l s

hỗn hợp được hòa trộn đ ng nhất, phương pháp khuấy trộn liên tục được sử ụồ d ng bằng bơm cánh quạt Tính ăn mòn kim loại: Ethanol có chứa acid acetic làm giảm

tuổi thọ động cơ, nó ăn mòn các chi tiết máy động cơ làm bằng kim loại Nhiệt trị

17

thấp của ethanol nhỏ hơn xăng nên suất tiêu hao nhiên liệu tăng Lượng không khí

lý thuyết để đốt cháy hoàn toàn m t kg ộ nhiên liệu c a ethanol nhủ ỏ hơn rất nhiều so

với xăng và diesel nên cần thiết phải tăng tỷ ố nén, mở ộng lỗ giclơ nhiên liệ ở s r u

b ộ chế hòa khí và tăng góc đánh lửa sớm[3]

Có 3 phương pháp sử ụng ethanol trong động cơ đố d t trong S d ng ethanol ử ụthuần túy thay thế xăng và diesel Khả năng này khó thực hiện vì động cơ rất khó

khởi động, cồn có tính ăn mòn kim loại, suất tiêu hao nhiên liệu tăng vì nhiệt trị

thấp của cồn nhỏ hơn rất nhiều so với xăng và diesel Có thể ộn lẫn ethanol vào trdiesel hoặc cồn phun vào đường ống n p cùng vạ ới không khí trước bộ tăng áp, sau

đó đưa vào buồng cháy Dùng nhiên li u c n tr n l n vệ ồ ộ ẫ ới xăng thành hỗn h p ợPhương án này khả thi nh t Thay th các chi tiấ ế ết máy động cơ không bị ăn mòn bởi acid acetic ho c pha các chặ ất ph ụ gia tăng chỉ ố s octane cuả ồ c n [4 ]

Khi dùng ethanol cho động cơ đánh lửa cư ng bỡ ức, hàm lượng pha tr n ộethanol vào xăng và lượng nhiệt bay hơi của c n s ồ ẽ ảnh hưởng đến m c đ phát ô ứ ộnhiễm môi trường Thực nghiệm cho thấy lượng CO xấp xỉ như động cơ dùng xăng, các aldehyde (h p ch t không cháy) lợ ấ ớn gấp đôi so với xăng [4] Khi c n ethanol ồpha vào diesel dùng trên động cơ diesel thì khói đen giảm nhiều Lượng HC tăng lên do nhiên liệu chưa cháy ở các khe k ẽ bên trong buồng đốt được th i ra ngoài ảđường th i Cả ồn bay hơi làm cho lượng NOx gi m vì nhiả ệt độ cháy thấp

Như vậy có th th y, n u s d ng t l cể ấ ế ử ụ ỷ ệ ồn cao trong động cơ thì phải thay đổi nhiều về ết cấu động cơ Mặ k t khác, phát tri n nhiên li u c n quy mô l n s nh ể ệ ồ ở ớ ẽ ảhưởng nhi u đ n vi c s dề ế ệ ử ụng đất đai canh tác nên có thể ảnh hưởng đến an ninh lương thực c a các nư c ủ ớ

1.2.2.3 Khí sinh h c Biogas ọ

Biogas là nhiên li ệu tái sinh được sả n xu ất từ ch t thải hữu cơ, vì vậ ấ y vi ệc sử ụ d ng nó làm nhiên liệu không làm tăng nồng độ CO 2 trong khí quyể Thành phần chính của n Biogas là CH 4 (50¸60%) và CO 2 (>30%) còn lại là các chất khác như hơi nướ c N 2 , O 2 ,

H 2 S, CO … đượ c thu phân trong môi trư ng y m khí, xúc tác nh nhi t đ t 20- ỷ ờ ế ờ ệ ộ ừ

40 0 C, nhi ệt trị ấ th p c ủa CH 4 là 1012 37,71.103KJ/m 3 do đó có thể ử ụng biogas làm s d

18

n hiên liệu cho động cơ đốt trong Để ử ụng biogas làm nhiên liệ thì phải xử s d u lý biogas trướ c khi s d ng t o nên h n h p n v i không khí Khí H ử ụ ạ ỗ ợ ổ ớ 2 S có thể ăn mòn các chi tiết trong động cơ, sả n ph m của nó là SOx cũng là mộ ẩ t khí r t đ ấ ộc Hơi nướ c

có hàm lượ ng nh ỏ nhưng ảnh hưởng đáng kế đế n nhi t đ ng n l a, gi i h n ệ ộ ọ ử ớ ạ cháy, nhi ệt trị thấp và tỷ ệ không khí/nhiên liệu của Biogas Để có thể ử ụ l s d ng biogas làm nhiên liệu, việ c đ u tiên là phải lọc các tạp chất có hại Tiềm năng biogas của ầ Việt Nam t ừ ch ấ t th ải chăn nuôi là rấ ớ t l n, kho ng 2 t m ả ỷ 3 N u l y trung bình 200m ế ấ 3 biogas/tấn nguyên liệu và 10% biomass được chuyển thành biogas thì mỗi năm chúng

ta có th ể ả s n xu ất đượ c 2 t ỷ m 3 biogas Cộng với 2 tỷ m 3 biogas sản xuất từ chăn nuôi thì mỗi năm chúng ta có thể ả s n xu ất đượ c 4 t m ỷ 3 biogas [5]

Hình 1.6 Quy trình sản xuất biogas [5]

Tuy nhiên ở nước ta thì vấn đề khai thác biogas để phát điện là rất khó khăn vì ngu n nhiên li u không t p trung và qui ồ ệ ậ mô không đề u Nh ững nơi có sản lượ ng biogas l n ớ như bãi chôn lấ p rác, các tr m x ạ ử lý nướ c th i có th s d ả ể ử ụng động cơ cỡ ớn để l kéo máy phát điệ n Các tr ại chăn nuôi trung bình và nhỏ ế , n u sử ụng động cơ cỡ ớn thì không đủ d l biogas để ch y liên t c, n ạ ụ ếu dùng động cơ cỡ nh ỏ thì không đả m bảo đượ c công su t c n ấ ầ thiết cho sản xuất Vì vậy trong th ực tế ệ hi n nay, ph n l ầ ớn các hầ m biogas ở nướ c ta chỉ dùng cho vi ệc đun nấ u nh Ở ữ ng tr ại chăn nuôi heo chừ ng 50 con tr ở lên, lượ ng biogas sinh ra tr ở nên dư thừ a cho nhu c ầu đun nấu và chúng được thả i ra ngoài khí quy n Trong ể khi đó CH 4 có tác dụng gây hiệ ứng nhà kính gấp 23 lần so với CO u 2 , vi ệc thả i chúng ra không khí s ẽ ấ r t nguy hi ể m đ i với môi trườ ố ng Vì v y vi c t n d ng biogas t các ngu n ậ ệ ậ ụ ừ ồ

dụng khá nhiề ở Châu Âu Quá trình este hóa dễ dàng thực hiện được khi u Methanol được dùng làm chất phả ứng để thu được methyl este Phả ứng này có n n

th thể ực hiện trong điều kiện nhiệt độ khoảng 500C và áp su t khí quyấ ển với Glyxerin là sản ph m phụ ẩ Quá trình Este hóa s n xuả ất Biodiesel được thể ệ hi n trên hình 1.10

Diesel sinh học dùng trong động cơ được phân loại trên cơ sở thành phần axit béo t do (FFA) cự ủa chúng như sau

• D u tinh ch ầ ế (FFA < 1,5%)

• M ỡ động vật và d u m có thành ph n FFA th p (FFA < 4%) ầ ỡ ầ ấ

• M ỡ động vật và d u m có thành ph n FFA cao (FFA < 20%) ầ ỡ ầ

Diesel sinh học không độc, có thể ị b vi khu n phân hẩ ủy, đặc bi t không tan ệtrong nước, cơ b n không ch a sunphua ho c gả ứ ặ ốc thơm Nó làm mềm và thoái hóa các tạp ch t cao su t nhiên và có th ấ ự ể ảnh hưởng t i các thành ph n cớ ầ ủa hệ th ng ốnhiên li u Có thệ ể ử ụ s d ng nhiên li u diesel sinh h c nguyên ch t ho c pha vệ ọ ấ ặ ới dầu diesel thông thường Vì Biodiesel có tính chất bôi trơn đặc biệt nên thường được dùng như chất ph gia nh n cho nhiên liụ ờ ệu diesel có hàm lượng sunphua th p M t ấ ặ

hạn chế khi sử ụng diesel sinh học tinh khiết làm nhiên liệu là nhiệ ộ d t đ của nó thấp

và tính ổn định sinh h c Hòa tr n v i nhiên liọ ộ ớ ệu diesel cơ bản ch a 20% diesel sinh ứ

học làm nâng cao độ nhớt động học ở nhiệt độ ấ th p

Hợp chất hữu cơ ch a oxy có chỉ ố octan cao Độứ s ng cơ ch y bằng nhiên liệu chứa ạoxy có phát thả ội đ c hại ít hơn, đặc biệt là CO Hầu hết, các hợp chất chứa oxy pha vào xăng là cồn (Methanol, Ethanol, tertiary butyl alcohol [TBA]) và các chất khác methyl tertiary butyl ether (MTBE), ethyl tertiary butyl ether (ETBE), và tertiary amyl methyl ether (TAME) Chúng chứa từ 1 t i 6 nguyên t cacbon trong mớ ử ỗi phân t Nhử ờ ể ệ th hi n tính ch ng kích nố ổ ố t t, chúng có thể thay thế ố t t cho các chất

có gốc thơm Cồn đã được sử ụng trong xăng từ d những năm 30 và MTBE được sử

d ng lụ ần đầu tiên trong các s n phả ẩm xăng thương mạ ở Ý và năm 1973.i

1.2.2.6 Dimetyl ether (DME)

DME là hợp ch t có công th c hóa hấ ứ ọc đơn giản nhất và được sử ụ d ng một cách rộng rãi như là chất đẩy dùng trong các bình x t DME là ch t khí nhiị ấ ở ệt độmôi trường và áp su t khí quyấ ển, nhưng có thể hóa l ng vỏ ới điều ki n áp su t th p ệ ấ ấ(0,5 MPa t i 25ạ 0C) Nó có th ể được sản xuất từ gas t nhiên (khự ử H2 của Methanol)

hoặc từ sinh vật DME không độc, không ăn mòn và không có chất gây ung thư, trong trường h p b rò r thì nó phân h y nhanh trong khí quy n V m t sinh thái, ợ ị ỉ ủ ể ề ặDME cũng được coi là m t lo i nhiên li u tộ ạ ệ ốt cho động cơ, bởi nó rất d cháy và ễ

21

phát th i it DME có chả ỉ ốOctan cao khoảng 60 Tính bôi trơn của DME thấp vì độ

nhớt của nó thấp (khoảng 1/30 so với nhiên liệu diesel) Vì vậy, để tránh mài mòn vòi phun cần được cho them chất bôi trơn Trước đây, DME nguyên ch t là nhiên ấ

liệu tốt cho động cơ diesel vì động cơ sử ụng nhiên liệu đó có đặc điểm cháy rất dtốt, lượng phát thải thấp, đặc biệt giảm phát thải NOx và khói Sử ụng DME trên dphương tiện v n tậ ải có ưu điểm hơn là dùng Methanol do s d ng nhiên li u ử ụ ệMethanol có quá trình cháy xấu, tuy nhiên có thể khắc phục nhược điểm này bằng cách chuyển hóa Methanol thành DME theo ph n ng: ả ứ

2 CH3OH → CH3OCH3 + H2O Phả ứn ng này c n có m t chầ ặ ất xúc tác α – Al2O3, lựa chọn theo tính toán về

hiệu quả và giá thành ủa nó Ở c nhiệt độ ấp và áp suất môi trường, DME là một thchất khí, vì vậy nó được đưa vào xylanh động cơ dạng hơi sương Tuy nhiên, việc

s dử ụng nhiên liệu DME có thể xuất hiện hơi nước, đó là nhược điểm chính của loại nhiên liệu này

1.2.2.7 Dimetyl cacbonate (DMC)

DMC là một chấ ỏt l ng nhi t độở ệ th p và áp suấ ất môi trường Nó không màu, không độc và không gây ăn mòn Nó có thể ộ ẫ tr n l n v i nhiên li u diesel theo m t ớ ệ ộvài tỷ ệ l nhất định DMC chắc chắn có thể thêm vào nhiên liệu diesel như một chất

ph ụ gia vì nó chứa 53% (về ọng lượng) oxy Hiện tại, DMC được sản xuất từ trphosgene và Methanol vơi HCl là phụ phẩm Vì phosgene là m t h p ch t hóa hộ ợ ấ ọc

cực kỳ độc và nguy hiểm, nhiều công ty đang tìm kiếm và phát triển chất thay thếthân thi n vệ ới môi trường nh m lo i bằ ạ ỏ phosgene và cho phụ phẩm nhỏ nhất Một chất thay th có th là s n xu t DME t Methanol, CO và Oế ể ả ấ ừ 2 với chất xúc tác HCl thêm 5% KCl vào theo ph n ng sau: ả ứ

2 CH3OH + CO + ½ O2 = CH3OCO-CH3 + H2O Theo nhiều thực nghi m cho thệ ấy mức đ ộ khói của động cơ phụ thu c vào t ộ ỷ

l ệ DMC Với 10% DMC thêm vào nhiên liệu thì độ khói sẽ giảm 20% Vì vậy, lượng khí th i CO gi m tuy n tính v i DMC thêm vào, c i thi n chút ít hi u su t ả ả ế ớ ả ệ ệ ấ

của động cơ và đồng thời làm tăng lượng NOx th i ra ả

22

1.2.3 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

Như đã trình bày ở trên v i t c đ ớ ố ộ tăng trung bình khoảng 10% s lư ng xe ô ố ợ

tô như hiện nay thì tình tr ng ô nhiạ ễm môi trường, lượng tiêu th nhiên liụ ệu cũng sẽtăng tỷ ệ l thu n v i t c đ ậ ớ ố ộ tăng số lượng xe ô tô Vi c nghiên c u các gi i pháp v ệ ứ ả ề

mặt kỹ thuật cũng như nhiên liệu để giảm được phát thải từ động cơ, giảm lượng nhiên li u tiêu th là vô cùng cệ ụ ấp bách Ngoài các hướng nghiên c u c i tiứ ả ến động

cơ như chuyển t ừ động cơ dùng chế hoà khí sang phun xăng điện t , s d ng ử ử ụnguyên lý HCCI, động cơ hybrid thì c i thi n chả ệ ất lượng nhiên liệu cũng là một hướng đi rất được quan tâm hi n nay V i s lư ng ô tô ngày mệ ớ ố ợ ột tăng nhanh, nước

ta đã bước đ u t p trung vào nghiên c u vào vi c ng d ng s n xu t và s d ng ầ ậ ứ ệ ứ ụ ả ấ ử ụnhiên liệu syngas Vì vậy, trong n i dung c a luộ ủ ậ vănn , em xin trình bày về vi c ệnghiên c u sứ ử ụ d ng nhiên liệu syngas trên động cơ diesel Mitsubishi S3L2 Nghiên

cứu được thực hiện mô phỏng bằng phầm mềm AVL Boost.Thông số ỹ k thuật cơ

b n cả ủa động cơ được trình bày trong b ng 1.1.ả

Đặc điểm động cơ diesel S3L2 (Hình 1.11): Là loại động cơ do hãng Mitsubishi sản xuất, loại động cơ 3 xylanh sử ụ d ng nhiên liệu diesel Động cơ có

mã S3L2 hoạt động v i s vòng tua l n nh t là 3000ớ ố ớ ấ v/ph, cho ra công su t liên tấ ục

ở vòng tua 1500v/ph là 9,0 kW Loại động cơ này thường được s d ng trên các ử ụ

cụm máy phát điện cỡ nh ỏ

Hình 1.7 Động cơ S3L2 mitsubishi

23

B ng 1.2 Thông s k thuả ố ỹ ậ t cơ b n của động cơ ả Mitsubishi S3L2

1.2.4 N i dung và ộ nhiệm v tài ụ đề

Việc thực hiện đề tài này nhằm mục đích thông qua phần mềm mô phỏng hiện

đại AVL Boost đánh giá việc s d ng ử ụ lưỡng nhiên li u diesel-syngas n đ c tính ệ đế ặ

của động cơ ô tô Qua đó cũng có thể đánh giá khả năng tăng ỷ ệt l syngas trong để

gi m ả gánh nặng đối với nhiên liệu gốc hoá thạch, phát thải cũng như tiêu hao nhiên

li u ệ

Vì vậy em đã tiến hành mô phỏng động cơ chạ ởy nhi u t l nhiên li u khác ề ỷ ệ ệnhau ở chế 1500 v/ph Kết quả cũng cho thấy được sự thay đổi về công suất, phát

thải, suất tiêu hao nhiên liệu cũng như đặc tính cháy của động cơ khi sử dụng hai

loại nhiên liệu trên Từ đó có thể đánh giá được phần nào những ưu việt của việc sử

24

dụng nhiên liệu mới trên động cơ diesel hiện nay cũng như những thay đổi về ết k

cấu của động cơ đểđảm bảo những tính năng kỹ thuật mà mình mong muốn khi sử

d ng hụ ỗn hợp nhiên li u ệ

Tuy nhiên, do th i gian có hờ ạn nên em chưa thể tìm hiểu hết tấ ảt c nh ng nh ữ ảhưởng c a vi c s d ng syngas đ n các y u t khác c a đủ ệ ử ụ ế ế ố ủ ộng cơ như góc pha ph i ốkhí phù h , áp suợp ất phun Mặc dù AVL Boost là m t trong nh ng ph n mộ ữ ầ ềm 1 chiều mô phỏng quá trình nhiệt động học của động cơ đốt trong hiện đại nhất nhưng chắc chắn quá trình mô ph ng v n còn có r t nhiỏ ẫ ấ ều điểm khác so v i quá trình trong ớ

thực tế Vì vậy để đảm bảo tính chính xác của mô hình thì cần phải có quá trình thửnghi m thệ ực tế ống với điề gi u ki n mô ph ng ệ ỏ

1.2.5 K t lu n ế ậ

Như trên đã trình bày, ta thấy đượ ảnh hưởc ng c a ô tô đến giao thông, ô ủnhiễm tại Việt Nam là rất lớn và ngày một tăng mạnh Việc nghiên cứu các giải pháp để gi m thi u nh ng ả ể ữ ảnh hưởng không t t cố ủa ô tô đến vấn đề an ninh năng lượng và ô nhiễm môi trường là điều vô cùng c p bách S d ng nhiên li u thay th ấ ử ụ ệ ế

để ầ d n thay th ế cho xăng và diesel là m t trong nhộ ững hướng đi đang được quan tâm hiện nay Để ứng dụng được vào thực tế thì c n ph i có quá trình nhiên c u kầ ả ứ ỹ lưỡng c lý thuy t l n th c nghiả ế ẫ ự ệm Để quá trình th c nghi m tr ự ệ ở nên đơn giản hơn thì ta có thể ế ti n hành nghiên c u trên ứ lý thuyết trước đó thông qua các phần mềm

mô ph ng hiỏ ện đại Vì v y v i n i dung cậ ớ ộ ủa luận văn, em hy v ng nó có thọ ể giúp ích ph n nào trong vi c nghiên c u s d ng nhiên li u syngas vầ ệ ứ ử ụ ệ ới động cơ diesel

25

ĐỘNG CƠ DIESEL

2.1 Gi i thiớ ệu về nhiên liệu syngas

Syngas được s n xu t t các h p ch t chả ấ ừ ợ ấ ứa cacbon như khí thiên nhiên, s n ảphẩm dầu mỏ, than đá và sinh khối Điều này đóng vai trò mấu chốt trong công nghi p hóa h c và sệ ọ ản xuất nhiên li u t ng hệ ổ ợp Lưu đồ dưới đây thể ệ ổ hi n t ng quan

v quá trình s n xu t syngas: ề ả ấ

Hình 2.1 S t ng quan sơ đồ ổ ản xuất syngas

Quá trình s n xuả ất syngas còn được gọi là Gasification Đấy là quá trình chuyển đổi các nguồn nguyên li u (ệ thường là d ng r n) thành h n h p ch t khí bạ ắ ồ ợ ấ ằng các phả ứng trong điền u ki n thi u oxygen Gasification x y ra trong kho ng nhi t ệ ế ả ả ệ

độ 11120 tới 27320 F và sản phẩm cho ra hỗn hợp khí có năng lượng từ thấp tới trung bình phụ thuộc vào kiểu khí hóa cũng như điều ki n v n hành Quá trình hóa ệ ậsinh khối được sử ụng để ả d s n xuất năng lượng sinh học và các sản ph m sinh hẩ ọc khác dùng cho động cơ đốt trong, lò hơi hay để phát điện

Trong quá trình khí hóa, nguyên liệu đầu vào được sấy t i nhiớ ệt độ cao, sản phẩm của quá trình này là chất khí mới tạo thành và phần chất rắn còn lại không

ph n ả ứng lương khí tạo ra phụ thuộc vào nhiệt độ và tính chất của nguồn nhiên liệu cũng như nhiệt độ mà các phản ưng xảy ra Các ph n ả ứng ban đầu xảy ra dươi sự có

mặt của oxygen cho ra sản phẩn có cả khí CO và CO2 Các phả ứn ng x y ra rả ất nhanh và kèm theo sự ỏ t a nhi t và là tiệ ền đề để các ph n ả ứng khác t o ra Quá trình ạkhí hóa nhiên liệu răn xảy ra t i nhiạ ệt độ cao ( >11120F) và tạo ra khí và m t s ch t ộ ố ấdướ ại d ng tro và nhựa đường Các ph n ng hóa h c ả ứ ọ ảnh hưởng trực tiêp đến quá trình khí hóa và quyết định đên thành phần các chất khí đến cu i cùng t o thành ố ạ

Những phản ưng thư cấp xảy ra tại nhiệt độ > 11120F và dươi điều ki n áp u t thích ệ ấ

2.2 Nguyên liệu sản xuất syngas

Nguồn sinh khối (SK) chủ ếu gồm gỗ và phụ y phẩm cây trồng Tiềm năng các nguồn này theo đánh giá của Viện Năng lượng được trình bày ở các bảng sau:

B ng 2.1 ả Tiềm năng sinh khối gỗ năng lượng[6]

B ng 2.2 B ng tiả ả ềm năng sinh khối ph ph m nông nghi p [6]ụ ẩ ệ

27

T bừ ảng trên ta thấy, tiềm năng SK là lớn nhất Theo báo cáo của Hội Công nghiệp sinh khối Châu Âu, SK có thể đảm bảo tới 15% nhu cầu năng lượng của các nước công nghiệp vào năm 2020 Hiệ ạn t i ngu n này m i ch t 1% nhu c u Sinh ồ ớ ỉ đạ ầ

khối có thể cung cấp năng lượng cho 100 triệu hộ gia đình tương đương với công

suất có thể thay thế 400 nhà máy điện truyền thống lớn Lợi thế ủa nguyên liệu csinh kh có thối ể ự ữ d tr và sử ụ d ng khi c n, chúng luôn có tính ầ ổn định và là nguồn năng lượng có th tái t o ể ạ

Giá thành của NLSK luôn rẻ hơn các loại nhiên liệu khác, ví dụ: Sử ụng 2 4kg d chất th i sinh khả ối tương đương 1 kg than, trong đó 1 kg chất th i sinh kh i chỉ ả ố

-bằng 5 10 % giá 1 kg than Nếu sản xuất điện năng từ sinh khối thì giá thành điện cũng giảm t 10-30% so v i ngu n nhiên li u hóa th ch ừ ớ ồ ệ ạ Ở nước ta, n u t n d ng ế ậ ụtriệt để nguồn NLSK từ rơm dạ, bã mía thì ước tính cũng sản xuất được khoảng 605.000.000 kW điện một năm

-B ng 2.3 Tính ả chất lý, hóa cơ bản củ a m t s lo i ph ph m nông nghi p chính Việt Nam [7] ộ ố ạ ụ ẩ ệ ở

Nhiệt trị thấp

(MJ/kg)

Kh i ố lượng

riêng (KG/m 3 )

Điều đó khẳng đị ằng, việc sử ụng các nguồn năng lượng tái tạo sinh khối

để ạo ra năng lượ t ng nhi t là vi c làm r t c n thi t vào thệ ệ ấ ầ ế ời điểm hi n này Vi t ệ ở ệNam B i chúng có r t nhiở ấ ều ưu điểm như: ngu n nhiên li u này có thồ ệ ể kiểm soát được, cùng m t lúc v a cung c p nhi t, v a có th s n xuộ ừ ấ ệ ừ ể ả ất ra điện năng, hoặc đ ng ồphát nhiệt – điện mà l i rạ ấ ổn địt nh Nó hoàn toàn có th thay thể ế được cho nguồn nhiên li u truy n th ng và các ngu n nhiên liệ ề ố ồ ệu khác.Ngoài ra còn đóng góp đáng

k ể vào mục tiêu chống thay đổi khí hậ , biến c ất thải ( ụu h ph phẩm) của nghành nông- lâm nghiệp thành nguồn năng lượng nhiệ ạt s ch

Tuy nhiên, nh ng hữ ạn chế mà Vi t Nam sệ ẽ ặ g p phải khi đẩy m nh phát triạ ển năng lượng tái tạo nói chung và đặc biệt là năng lượng sinh khối nói riêng đó chính là rào

c n v ả ề kinh nghiệm, công ngh ệ và thiế ịt b …

2.3 Tính chất lý hóa của syngas

Tính ch t v t lý và hóa hấ ậ ọc của syngas phụ thuộc vào ngu n nguyên li u sồ ệ ản

xuất, công nghệ ản xuất và đặc biệt là thành phần các khí đơn chất cấu tạo lên s

Bảng 2.4 dưới đây thể hiện tính chất lý hóa của các khí thành phần chính của khí syngas:

29

2.4 Công ngh ệ chuyển hóa syngas

Trên th gi i hiế ớ ện nay, có hai công nghệ khí hóa sinh kh i chính là: ố

- Công ngh khí hóa t ng c nh ệ ầ ố đị

- Công ngh khí hóa t ng sôi ệ ầ

Các công nghệ khí hóa này đều được áp dụng r ng rãi trong công nghi p,tuy nhiên ộ ệ

m i công ngh ỗ ệ có nhũng đặc điểm riêng v m t yêu c u v nguyên li u ề ặ ầ ề ệ

2.4.1 Gi i thi u Công ngh khí hóa tớ ệ ệ ầng cố định

Công ngh này nguyên liệ ệu được nạp vào từ trên đỉnh lò xuống phía dưới, gió (không khí, hơi nước…) đi vào từ đáy lò còn sản phẩm khí đi ra ở ủ c a lò phía trên

hoặc dưới như vậy gió và nguyên liệu đi ngược chiều nhau

Hình 2.2 Công ngh khí hóa t ng c nh có dòng chéo[9] ệ ầ ố đị

Quy trình có một số đặc điểm sau:

- Phân chia chiều cao lò thành từng vùng phả ứng , vùng nọ ế tiếp vùng kia n k Dưới cùng là vùng x (7), tiỉ ếp đó là vùng cháy (6), vùng khử (vùng t o ra s n ph m ạ ả ẩkhí hóa) (5), vùng bán c c (4), vùng số ấy (3) và trên đó là tầng không đỉnh lò

- Do có s phân b các vùng phự ố ản ứng như vậy nên nếu đi từ dưới lên thì vùng cháy có nhiệt độ cao nhất, tiếp đó là vùng khử có nhiệt độ ấp hơn do có phả ứ th n ng thu nhi t, vùng bán c c có nhiệ ố ệt độ ấ th p hơn nữa và tiếp đó là vùng sấy có nhiệt độcàng thấp hơn nữa do ph i tiêu t n nhi t vào quá trình bả ố ệ ốc hơi nước

Có th tóm t t nhiể ắ ệt độ các vùng như sau:

30

t0 vùng cháy > t0 vùng khử > t0 vùng bán cốc > t0 vùng s y ấ

- Như vậy nhiệt lượng vùng cháy phân bố cho các vùng khác nhau để thực

hiện quá trình khí hóa Sự truyền nhiệt từ vùng nhiệt độ cao đến vùng nhiệt độ ấp th

ch chủ ủ ế y u bằng con đường đối lưu , còn bằng con đường khác (như b c xạứ và d n ẫnhi t) thì ít ệ

- Khi đi từ trên xuống dưới, trọng lượng và kích thước hạt sinh khối giảm dần

vì sinh khối đã tham gia vào các phả ứn ng phân h y nhi t (bán c c) , ph n ng kh , ủ ệ ố ả ứ ử

ph n ả ứng cháy Hàm lượng cacbon còn lại trong sỉ tương đối ít Tại vùng xỉ, hàm lượng tác nhân O2 và H2O l i cao do gió vào tạ ừ đáy lò và chuyển động ngược chiều

v i sinh kh i ớ ố

- Khi xem xét quá trình khí hóa theo chiều cao lò, ta thấy gió đi từ ghi lò (đáy

lò đồng th i là vùng x lò), ti p theo là vùng cháy, vùng kh … Và cuờ ỉ ế ử ối cùng là đến

Vùng cháy: trong vùng phả ứn ng cháy x y ra phả ả ứn ng C + O2 ↔ CO + CO2 ;

CO vừa tạo ra l i phạ ản ứng tiếp với oxy tự do của gió để ạ t o ra CO2 ( 2CO + O2 ↔ 2CO2) Trong vùng này nhiệt tỏa ra mạnh, lượng nhiệt này dung để cung cấp cho các phả ứn ng trong vùng kh và các vùng khác ử

Vùng kh : trong vùng nàyử CO2và hơi nước đi từ vùng cháy vào có thể ạo ra t

3 3 phả ứn ng quan tr ng nhọ ấ ởt vùng kh vì chính 3 phử ả ứn ng này t o ra các khí ạdùng làm khí đốt ho c dùng làm nguyên li u cho công nghi p t ng hợặ ệ ệ ổ p hóa h c ọ(CO và H2) trong s n xuả ất phân đạm và các hóa chất khác … các ph n ng sau: ả ứ

- C + CO2↔ 2CO – Q1

- C + H2O ↔ CO + H2 – Q2

- C + 2H2O ↔ CO2 + 2H2 – Q3

31

Vùng bán cốc ( ệ : khí ra khỏi vùng khử có nhiệt độ ấp hơn vùng

kh do nhiử ệt độ phải cấp cho các phả ứng khử Nhiệt độ khí (n nhiệt độ khoảng 500

-7000C) được cung c p cho sinh kh i vùng bán c c n u nguyên li u dùng cho khí ấ ố ở ố ế ệhóa là các loại sinh kh i, than bi n tính th p (như than nâu, than bùn,….) thì khi bị ố ế ấbán cốc hóa, các sản ph m phân y ch a nhi u hydrocacbon và khí COẩ hủ ứ ề 2 … Kết

qu ả là khí sản phẩm không chỉ chứa CO , H2, CO2 mà còn có cả các hợp chất hữu

cơ khác và sản ph m khí này ch thu n l i khi dùng làm nhiên li u ch không thu n ẩ ỉ ậ ợ ệ ứ ậlợi cho quá trình tổng hợp hóa học Nếu nguyên liệu dùng cho quá trình khí hóa là than antranxit thì s cho s n ph m khí CO,Hẽ ả ẩ 2có độ tinh khiết cao, thuận lợi cho quá trình tổng hợp hóa học

c m c a các quá trình khí hóa t ng c nh:

- Nh sờ ắp xếp các vùng phả ứng trong lò, vùng ọ ế ếp vùng kia, nên nhiệt n n k ti

độ trong lò gi m d n t ả ầ ừ dưới lên trên, nguyên liệu càng đi xuống dư i càng nóng ớPhương pháp khí hóa tầng c ố định có ưu điểm là có th x d ng t t c các lo i ể ử ụ ấ ả ạnguyên liệu ban đầu khác nhau (v ề độ ẩm và độtro) mà không ảnh hưởng nhiều đến

chất lượng khí Nguyên liệu đi từ vùng s y qua vùng bán c c nên m và ch t bấ ố ẩ ấ ốc ddaxx thoát h t, do vế ậy khi đen vùng khử và vùng cháy nguyên li u v n giệ ẫ ữ được nhiệt độ ần thiết cho các phả ứng khử và phả ứng cháy, vì thế chất lượng khí sản c n n

32

với vùng cháy, là vùng có nhiệt độ cao, do đó hiệu suất nhiệt của quá trình không cao

2.4.2 Gi i thi u Công ngh khí hóa tớ ệ ệ ầng sôi

Khí hóa tầng sôi thường dùng kích thước hạt 0,5 3mm v i t– ớ ốc đ ộ gió đạt

đến gi i h n s t o ra l p sôi c a các ch t r n ta có m t s khái ni m sau: ớ ạ ẽ ạ ớ ủ ấ ắ ộ ố ệ

Sôi tĩnh đó là quá trình tạo ra ch t r n t p trung v i mấ ắ ậ ớ ật độ cao khi quá trình cân bằng giữa tốc đ dòng khí và tr ng l c Ở ốộ ọ ự t c độ gió v a ph i, s khác nhau ừ ả ự

giữa chế độ sôi có hai chức năng chính đó là cung cấp tác nhân oxy hóa và tạo ra lớp sôi trong thiết bị Quá trình này rất khó điều khiển khi bắt đầu hoặc khi kết thúc Trong quá trình, h n hỗ ợp oxy/ hơi nước sẽ được sử ụ d ng làm tác nhân th i ổ

Ưu điểm c a quy trình khí hóa t ng sôi: ủ ầ

-Nguyên li u liên t c chuy n vào lò khí hóa ệ ụ ể

-Nguyên liệu được đ o lộn trong lớp sôi nên quá trình truyền nhiệt rất cao, điều ảnày làm cho s phân b nhiự ố ệt độ đồng đều theo chi u cao c a lò ề ủ

Khi thổi gió vào lò, các hạt lớn sẽ ập trung ở đáy lò, các hạt nhỏ ở phía trên và t

d ễ dàng bay ra ngoài lò theo gió Để làm giảm lượng bụi bay theo gió ra ngoài người ta đưa gió bậc 2 kho ng giở ả ữa lò để tăng cường quá trình khí hóa Nhưng gió b c 1 th i t ậ ổ ừ đáy lò lên vẫn là ch y u ủ ế

Hình 2.3 Công ngh khí hóa t ng sôi 0] ệ ầ [1

33

Khi khí hóa t ng sôi, nguyên liầ ệu và gió đi cùng một hướng từ dưới đáy lò, như vậy nguyên liệu được ti p xúc ngay v i vùng có nhiế ớ ệt độ cao Quá trình s y, ấbán c c cùng xố ẩy ra trong vùng này Lượng chất b c sinh ra g p oxy trong gió số ặ ẽ cháy h t thành COế 2 và H2O, m t ph n nhộ ầ ỏ khác b nhiị ệt phân Vì v y khí s n phậ ả ẩm

ra khỏi đỉnh lò không có các s n phả ẩm lỏng, không có các lo i hydrocacbon nên khí ạ

ra s ch, dùng cho tạ ổng hợp hóa học rất có l i ợ

Vì khí hóa t ng sôi nên các h t Bionmass luôn chuyầ ạ ển động và trong lò không

có ranh giới rõ r t gi a các vùng phệ ữ ả ứn ng (như vùng cháy, vùng khử, vùng nhiệt phân….trong khí hóa t ng cầ ố định) và nhiệt độ trung bình c a lò gi m xuủ ả ống Vì đặc điểm này nên nhi t đ cệ ộ ủa lò trong phương pháp khí hóa tầng sôi ch t t 900 ỉ đạ ừđến 10000C

Nhược điểm c a quy trình khí hóa t ng sôi: ủ ầ

- Để nâng cao nhiệt độ lò, có thể dùng them oxy và hơi nước vào gió, tuy thếcũng không thể nâng cao nhiệt độ ph n ng cao quá 1150ả ứ 0C, nhiệt độ có thể làm chẩy x Do nhiỉ ệt độ lò không được nâng cao được nên các loại than già, than antraxit có tốc đ ph n ứộ ả ng c a C vủ ới các tác nhân khí không đủ ớ l n thì không thích hợp cho qua trình khí hóa tầng sôi Phương pháp khí hóa tầng sôi dùng than có tốc

độ ế bi n tính thấp như than nâu, than bùn hoặc sinh khối vì điểm nóng ch y c a sinh ả ủ

Như vậy, nếu muốn phụ ph phế ẩm nông nghiệp (vỏ trấu, lõi ngô, …) được sử

dụng để chuyển đổi thành năng lượng theo công nghệ ới không những giải quyết m

34

đượ ực s thi u h t v ngu n nhiên li u hi n nay mà còn gi i quyế ụ ề ồ ệ ệ ả ết được ph n nào v ầ ề

gi i quyả ết được ô nhi m ễ môi trường, ngoài ra còn góp phần đem lại hiệu qu kinh t ả ếcho các doanh nghi p Bệ ảng 2.5 dưới đây trình bày về bài toán so sánh v giá trề ị kinh tế giữa việc sử ụ d ng nhiên li u truyệ ền thống và khi sử ụ d ng thay thế ằ b ng nhiên li u sinh kh i (ph ph m nông nghi p) ệ ố ụ ẩ ệ

B ng 2.5 So sánh giá tr kinh t ả ị ế trên đơn vị nhiệt trị ữ ử ụ gi a s d ng nhiên li u truy n th ng ệ ề ố

và khi sử ụ d ng thay th b ng nhiên li u sinh kh i ở ế ằ ệ ố Vi t Nam [7]ệ

Nhiên liệu Nhiệt trị thấp

(MJ/kg)

$USD Cent/MJ

Nhiên liệu Nhiệt trị thấp

(MJ/kg)

$USD Cent/MJ

Qua b ng 2 làm phép tính so sánh v giá cả 5 ề ả trên đơn vị nhiệt trị trên đơn vị (năng lượng ) gi a nhiên li u truy n th ng và nhiên li u sinh kh i cho th y nhi t tr ữ ệ ề ố ệ ố ấ ệ ị

thấp của các nhiên liệu truyền thống (ví dụ than đá ) cao hơn sinh khối từ 1,5 đến 2,5 l n , do vầ ậy giá trên đơn vị năng lượng c a nhiên li u truy n th ng (ủ ệ ề ố than đá ) cao hơn sinh khối (v tr u ) vào khoỏ ấ ảng 12 đến 18 l n C th vầ ụ ể ới than đá có nhiệt

tr ị như nêu trên vào thời điểm này khoảng 5600 đồng/kg, trong khi đó giá cả ủa vỏ c

tr u ấ là 500 đồng/kg (ch y u là tiủ ế ền thu gom vận chuy n là chính), t ể ừ đó ta có thể so sánh được chi phí (giá) trên một đơn vị năng ợlư ng (nhi t trệ ị) như nêu trên

Trong trường h p v trợ ỏ ấu được khí hóa v i hi u su t kho ng 65% thì khi này ớ ệ ấ ảchi phí (giá) cho một đơn v ị năng lượng (nhi t tr ) cệ ị ủa vỏ ấ tr u sẽ ấp hơn 4.7 đế th n 5,2 l n so vầ ới than đá Còn khi so sánh giữa vỏ ấ tr u v i d u diesel ho c khí ga thì ớ ầ ặchi phí (giá) còn thấp hơn nhiề ầu l n n a ho c khi so sánh lõi ngô vữ ặ ới than đá, hoặc

dầu diesel, hoặc khí ga thì hiệu quả kinh tế còn cao hơn nữa, vì lõi ngô còn rẻ hơn

v tr u ỏ ấ

35

Điều đó cho th y, vi c s d ng v tr u, lõi ngô làm nhiên li u khí hóa s ấ ệ ử ụ ỏ ấ ệ ẽ đem

lại hiệu quả kinh tế cao hơn nhiều lần so với khi dùng than đá, hoặc dầu diesel hoặc khí ga

2.5.2 Nhược điểm:

Nhược điểm c a nhiên li u syngas ch y u là v vủ ệ ủ ế ề ấn đề công ngh khí hóa ệ ở

Việt nam công nghệ này đã có từ những năm 1975 khi đất nước giải phóng, cả nước khan hiếm xăng dầu Nhưng kỹ thuật khí hóa lúc này còn sơ khai, đặc bi t là công ệngh lệ ọc và xử lý khí gas chưa đạ yêu cầu sau năm 1994 nhóm tác giả Bùi Trung t Thành đã tìm hiểu công ngh khí hóa t v tr u, nhóm nghiên cệ ừ ỏ ấ ứu này đã đưa ra

một số mô hình buồng đố ở ạng pilot, công suất bé khí hóa mẻ ( không liên ục ) t d tNgoài nhóm tác gi nói trên còn kả ể đến Viện nghiên c u thi t kứ ế ế ch tế ạo máy nông nghiệp RIAM ( ộ công thương) tiến hành nghiên cứu các mẫu thiết bị khí hóa viên B sinh khối để nâng cao hi u quệ ả ử ụng năng lượ s d ng t viên ép sinh kh i tuy nhiên ừ ố

vẫn còn một số các nhược điểm như khả năng sinh khí gas bị gián đoạn, chưa ổn định, cường đ ộ khí gas và cương độ ng n lọ ửa cháy chưa cao, yêu cầu đ âm nguyên ộ

liệu phải khô xuất phát từ những hạn chế đó,mới đây nhóm tác giả cũng đã xây

dựng đề tài nghiên cứu thiết kế, chế ạo thiết bị khí hóa liên tục quy mô công ng ệp t hi

s d ng nguyên li u t ử ụ ệ ừ các phụ, ph ph m nông nghi p (v tr u, lõi ngô) ế ẩ ệ ỏ ấ

Ngoài những nhược điểm v công ngh khí hóa còn về ệ ấp phả ấi v n đ ề như khảnăng lưu trữ, hóa lỏng syngas, Khí syngas thường ph i đ c s d ng ngay sau khi ả ự ử ụkhi hóa sinh kh Khi sối ử ụ g lưỡ d n ng nhiên li u v i syngas cung cệ ớ ấp vào đường nạp

s làm gi m h s nẽ ả ệ ố ạp của động cơ do mật độ ủ c a syngas nh ỏ hơn không khí

2.6 Th c trự ạng và tính kinh tế

2.6.1 Ả nh hư ởng c a sủ yngas đến tính năng kỹ thu t, kinh t cậ ế ủa động cơ

Do thành phần H2 chứa trong syngas nên khi bổ sung vào động cơ làm tăng

kh ả năng cải thiện quá trình cháy cũng như phát thải độc hại của động cơ [11]. Như chúng ta đã biết, H2 là một ngu n nhiên li u tri n v ng [13,14] s dồ ệ ể ọ ử ụng cho động cơ

với các tính chất như năng lượng đánh lửa thấp, tốc đ cháy cao nhờ đó nâng cao ộđược tính năng kỹ thu t c a đậ ủ ộng cơ [15,16 ].Như nghiên cứu c a tác gi [17,18] ủ ả

qu ả ảnh hưởng của tỷ ệ thay thế syngas đến các thông số làm việc củ l a động cơ Áp

suất có ích chỉ ị trung bình củ th a đ ng cơ đạộ t giá tr l n nh t v i t l syngas v th ị ớ ấ ớ ỷ ệ ề ểtích khoảng 1% như thể ệ hi n trên hình 2.4

Kết quả nghiên cứu cho thấy khi tăng lượng khí syngas cung ấp vào đườc ng nạp, IMEP có xu hướng tăng lên sau đó giảm xuống khi tiếp tục tăng lượng syngas Khi tăng syngas từ 0% đến 0,92%, do năng lượng đánh lửa c a syngas th p và t c ủ ấ ố

độ cháy c a nhiên liủ ệu này cao hơn nên cải thi n quá trình cháy, t ệ ừ đó làm tăng

IMEP Tuy nhiên, khi tiếp tục tăng lượng syngas cung cấp cho động cơ, do mật độnăng lượng kh i c a syngas nh và ố ủ ỏ ảnh hưởng c a th tích khí chi m ch làm gi m ủ ể ế ỗ ảIMEP

Hình 2.4 Áp suất có ích chỉ ị th trung bình theo % syngas

37

Nguyên nhân do khi sử ụ d ng h n h p nhiên ỗ ợ liệu syngas và xăng đã cải thiện được

tốc đ cháy và quá trình cháy kiệt hơn do Hộ 2 và CO có tốc đ cháy cao hơn xăng ộNgoài ra tốc đ ộ lan tràn màng lửa nhanh nên đã giảm tổn th t nhiệấ t và nhiên liệu syngas t n tồ ạ ở ại d ng khí nên nhiệt độ ủ c a môi chất nạp cao hơn, điều này d n tẫ ới

k t qu là hi u suế ả ệ ất nhiệt được cải thi n ệ

Nghiên cứu c a Bibhuti, et.al ủ [8] thực hiện trên động cơ diesel sử ụng lưỡ d ng nhiên liệu diesel - syngas v i tỷ ệớ l H2/CO trong syngas khác nhau được gi i thiớ ệu trong bảng 2.6

B ng 2.6 Thông s k thuả . ố ỹ ật của syngas với tỷ l H ệ 2 /CO khác nhau ,12] [8

Đồ ị th hình 2.6 thể hi n ệ ảnh hưởng c a nhiên liủ ệu đến hi u su t nhi t có ích ệ ấ ệ

của động cơ ở các chế độ ải khác nhau Đồ ị cho thấ ở chế độ ả t th y, t i nh cho th y ỏ ấtính năng làm việc r t kém do quá trình cháy kém b i ấ ở ảnh hưởng của lượng CO

38

trong syngas, đồng th i do ch ờ ở ế độ này lượng nhiên liệu diesel phun vào động cơ ít nên quá trình cháy nghèo và chất lượng cháy kém Tuy nhiên ở ch t i bộế độ ả ph n, ậ

hiệu suất nhiệt có ích của động cơ tăng lên với nhiên liệu diesel - syngas với tỷ ệ l

H2/CO khác nhau K t qu cho thế ả ấy, khi tăng tỷ ệ l H2 trong khí syngas, làm tăng

hiệu suất nhiệt của động cơ là do tốc đ cháy của Hộ 2 lớn hớn làm cải thiện quá trình cháy

Hình 2.7 th hiể ện diễn biến của hệ ố ạ s n p theo t i tr ng cả ọ ủa động cơ Do H2 có

th ể tích lớn hơn nhiều so với không khí nên khi cung cấp syngas vào đường nạp sẽchiếm chỗ ủa không khí nạp dẫn tới hệ ố ạp bị ả ở trường hợp sử ụng lưỡ c s n gi m d ng nhiên li u K t qu cho thệ ế ả ấ ởy mỗi chế độ ả t i nhất định hệ ố ạ s n p ứng v i tớ ỷ ệ l

H2/CO là 50:50 là nh nh t so vỏ ấ ới hai trường hợp còn l i ạ

2.6.2 Ảnh hưởng của syngas đến phát thải độc hại

Theo nghiên c u c a Changwei Ji ứ ủ [ ] 11 phát thải HC có xu hướng gi m mả ạnh khi tăng ỷ ệ t l syngas cung c p (Hình 2 ) Vấ 8 ớ ỷ ệi t l th tích syngas cung c p vào ể ấđường n p 2,43% thì phát th i HC gi m kho ng 15,47% so vạ ả ả ả ới trường h p s d ng ợ ử ụđơn nhiên liệu xăng Khi tăng lượng syngas cung cấp vào đường n p s làm gi m t ạ ẽ ả ỷ

l ệ A/F do lượng khí nạp bị ảm dẫn tới giảm phát thải HC Ngoài ra, do syngas có gi

tốc độ ngọn lửa và hòa trộn tốt hơn nên quá trình cháy kiệt hơn so với trường h p ợ

s dử ụng đơn nhiên liệu xăng, từ đó giảm phát th i HC ả

Như thể ệ hi n trên ình 2 , phát thh 9 ải CO tăng khi tăng lượng syngas b sung ổvào đường nạp Đồ ị th cho th y phát thấ ải CO tăng từ 2600 ppm đến 3821 ppm khi tăng lượng syngas t 0 đ n 2,43% Lý do th nhừ ế ứ ất là khi tăng lượng syngas s làm ẽ

giảm lượng không khí nạp vào động cơ, do đó hỗn hợp sẽ đậm hơn hay tỷ ệ l A/F

giảm Điều này cũng có thể lý giải do quá trình cháy H2 cần nhiều oxy hơn do tỷ ệ l A/F của H2cao hơn nhiều so với xăng Ngoài ra, do tốc đ cháy của Hộ 2 cao hơn so với CO nên quá trình ô xy hóa H2 diễn ra nhanh hơn nên làm giảm nồng độ ô xy ởkhu v c cháy nhiên liự ệu, do đó làm tăng khả năng hình thành CO