Tiểu luận nhiên liệu cho động cơ diesel
MỤC LỤC Trang Chương I : Mở đầu 2 Chương II: Nhiên liệu cho động cơ diesel 3 I:Nguyên lý,đặc điểm,quá trình cháy trong động cơ diesel 3 1: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 3 2:Quá trình cháy 5 II: Nhiên liệu diesel 7 1: Trị số xetan 7 2: Thành phần của nhiên liệu diesel 8 3: Các chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu diesel 11 4: Phân loại và yêu cầu kỹ thuật nhiên liệu diesel thương phẩm 24 III: Nhiên liệu sinh học biodiesel: 33 1: Giới thiệu chung về biodiesel 33 2: Các nguồn nguyên liệu để sản xuất biodiesel 34 3: Các phương pháp tổng hợp biodiesel 34 4: So sánh chất lượng biodiesel và diesel khoáng 35 5: Ưu nhược điểm của biodiesel 36 Chương III: Kết luận 37 Chương IV: Tài liệu tham khảo 38 1 TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ DIESEL CHƯƠNG I: LỜI MỞ ĐẦU Dầu mỏ đã được loài người đã tìm thấy hàng ngàn năm trước Công Nguyên, tuy nhiên đến thế kỷ 19 người ta mới bắt đầu khai thác, chế biến dầu theo qui mô công nghiệp. Ngày nay dầu mỏ là một trong những nhiên liệu quan trọng nhất của xã hội hiện đại dùng để để sản xuất nhiên liệu cho các phương tiện giao thông, nguyên liệu cho ngành tổng hợp hữu cơ hoá dầu…Dầu mỏ hầu như phân bố khắp mọi nơi trên thế giới và thành phần của chúng cũng khác nhau. Để sử dụng được dầu mỏ ta phải qua các phân đoạn chế biến. Dầu thô khi khai thác lên phải trải qua các quá trình làm sạch tạp chất sau đó đưa vào quá trình chưng cất phân đoạn với các khoảng nhiệt độ khác nhau để thu được những sản phẩm nhất định, pha thêm phụ gia để được các sản phẩm có giá trị thương mại. Mỗi phân đoạn sản phẩm thu được có thành phần và tính chất khác nhau. Thông thường quá trình chưng cất dầu mỏ được chia thành các phân đoạn sau : Phân đoạn xăng, với khoảng nhiệt độ sôi dưới 180C, bao gồm các thành phần từ C 5 ÷C 10 , C 11 Phân đoạn kerosen: Nhiệt độ sôi từ 180 đến 250C, chứa các hydrocacbon từ C 11 ÷C 15 , C 16 Phân đoạn gasoil nhẹ (Diesel) : Nhiệt độ sôi từ 250 đến 350C, chứa các thành phần C 16 ÷C 20 , C 21 Phân đoạn gasoil nặng ( còn gọi là phân đoạn dầu nhờn), nhiệt độ sôi từ 350 đến 500C bao gồm C 21 ÷C 25 thậm chí đến C 40 Phân đoạn cặn gudron với nhiệt độ sôi trên 500C gồm các thành phần có số nguyên tử cacbon từ C 41 trở lên, giới hạn cùng có thể lên đến C 80 2 Hiện nay sản phẩm từ dầu mỏ chủ yếu được ứng dụng làm nguyên liệu cho các động cơ xăng, động cơ Diesel và động cơ phản lực. Trong phạm vi tiểu luận này sẽ nghiên cứu tổng quan về động cơ Diesel và nhiên liệu sử dụng cho động cơ Diesel. CHƯƠNG II: NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ DIESEL I. NGUYÊN LÍ, ĐẶC ĐIỂM, QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL: 1. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của động cơ diesel: 3 Nếu quá trình vận hành của chu kì 4 thì trong động cơ Diesel chỉ hơi khác so với động cơ cháy cưỡng bức (động cơ xăng), thì điều kiện cháy của hai loại động 4 Nhiên liệu Không khí nén không khí vào qua Supap hút Khí thải cơ này lại rất khác nhau. Chu kì của động cơ Diesel gồm 4 giai đoạn: nạp/ nén/ nổ, giãn nở sinh công/xả Chu kì 4 thì của động cơ Diesel: 1. Nạp khí; 2. Nén; 3. Nổ và giãn nở; 4. Xả • Chu kì nạp: piston đi xuống hỗn hợp nhiên liệu và không khí được hòa trộn đều trước khi nạp vào xylanh, ở động cơ Diesel chỉ có không khí được nạp vào xylanh động cơ ở pha nạp. • Chu kì nén:trong xylanh ở pha nén, không khí bị nén ở áp suất cao làm nhiệt độ khí tăng theo, nhiệt độ khí thu được sẽ cao hơn nhiệt độ tự cháy (auto- inflammation) của nhiên liệu sử dụng. • Chu kì nổ và giãn nở: đến cuối chu kì nén 2, khi piston đi gần đến điểm chết trên, nhiên liệu diesel được phun vào xylanh ở dạng những hạt sương nhỏ; nhiên liệu hoặc sẽ được phun trực tiếp vào buồng cháy (injection directe), hoặc được phun vào một buồng hòa trộn trước nhằm cải thiện quá trình cháy của nhiên liệu khi tiếp xúc với không khí nóng (injection indirecte). Không khí nóng sẽ hòa trộn với nhiên liệu phun vào, gia nhiệt và hóa hơi nhiên liệu. Quá trình cháy sau đó diễn ra rất nhanh, áp suất tăng nhanh và có thể đến cực đại (60 bar đến 100 bar). Không khí ở thời điểm này rất nóng (2000 đến 3000 °C). Trong xylanh áp suất và nhiệt độ cùng tăng. • Chu kì xả: piston đi lên đẩy khí thải ra ngoài qua supap thải, bắt đầu một chu trình tiếp theo 5 2. Quá trình cháy trong động cơ diesel: Trong quá trình vận hành động cơ diesel có thể quan sát thấy trong những điều kiện cụ thể khác nhau, hai hiện tượng cháy hoàn toàn trái ngược:hiện tượng cháy bình thường và cháy không bình thường của động cơ. Một trong những nguyên nhân dẫn tới hiện tượng cháy không bình thường là do việc sử dụng nhiên liệu không đúng quy định hoặc không đảm bảo chất lượng. Trước hết cần tìm hiểu được hai hiện tượng cháy của hơi nhiên liệu trong động cơ. 2. 1. Hiện tượng cháy bình thường và không bình thường trong động cơ diesel: Trong xylanh của động cơ diesel, piston nén không phải hỗn hợp không khí và hơi nhiên liệu như động cơ xăng mà nén không khí đến khi đạt tới nhiệt độ cần thiết. Lúc này hơi nhiên liệu được phun sương trực tiếp vào buồng đốt. Gặp không khí nóng nhiên liệu bốc hơi, nóng dần lên và đạt tới nhiệt độ tự cháy. Thực tế cho thấy nhiên liệu sau khi phun vào xylanh không tự cháy ngay, mà phải có một thời gian để oxy hóa sâu các hydrocarbon trong nhiên liệu, tạo hợp chất chứa oxy trung gian, có khả năng tự bốc cháy. Khoảng thời gian đó gọi là thời gian cảm ứng hay thời gian cháy trễ . Kết thúc thời gian này, sự cháy trong buồng đốt mới bắt đầu. Thời gian cảm ứng càng ngắn càng tốt, lúc đó nhiên liệu sẽ cháy điều hòa. 2. 1. 1. Hiện tượng cháy bình thường: Nếu hơi nhiên liệu có nhiệt độ tự cháy thích hợp, dễ tự bén cháy, thời gian cháy trễ đủ ngắn thì khi bắt đầu cháy hơi nhiên liệu tích tụ trong buồng cháy không quá nhiều, hiện tượng cháy xảy ra bình thường, áp suất, nhiệt độ buồng cháy tăng đều đặn. Trường hợp này là cháy bình thường. 2. 1. 2. Hiện tượng cháy không bình thường: Nếu hơi nhiên liệu khó tự cháy, thời gian cảm ứng kéo dài, làm cho hơi nhiên liệu tích lũy khá nhiều trong buồng đốt, làm cho khi bắt đầu tự cháy, hơi 6 nhiên liệu sẽ cháy một cách mãnh liệt, làm áp suất, nhiệt độ buồng cháy tăng đột ngột, gây sóng chấn động đập vào vách xylanh, tạo tiếng động lách cách. Hơi nhiên liệu cháy không hết, xả ra khói đen là hydrocarbon dư…giống như hiện tượng cháy kích nổ của động cơ xăng và gây ra tác hại tới tuổi thọ động cơ, lãng phí nhiên liệu, ô nhiễm môi trường. Như vậy để có thời gian cháy trễ ngắn thì trong nhiên liệu phải có nhiều các chất n-parafin, vì các cấu tử này dễ bị oxy hóa, tức là rất dễ tự bốc cháy. Còn các izo-parafin và các hợp chất hydrocarbon thơm rất khó bị oxy hóa nên thời gian cháy trễ dài, khả năng tự bốc cháy kém. Có thể sắp xếp thứ tự theo chiều giảm khả năng oxy hóa ( tức là tăng thời gian cảm ứng ) của các hydrocarbon như sau: n-parafin< naphten < n-olefin < izo-naphten < izo-parafin <izo-olefin <hydrocarbon thơm . Như vậy, quy luật về ảnh hưởng của thành phần hydrocarbon đến tính chất cháy của nhiên liệu trong động cơ diesel hoàn toàn trái ngược với tính chất cháy trong động cơ xăng. II-NHIÊN LIỆU DIESEL: 1. TRỊ SỐ XETAN: 1. 1. Khái niệm: Để đặc trưng cho khả năng tự bốc cháy của nhiên liệu, người ta sử dụng đại lượng trị số xetan. Trị số xetan là đơn vị đo quy ước, đặc trưng cho khả năng tự bắt cháy của nhiên liệu diesel, là một số nguyên, có giá trị đúng bằng giá trị của hỗn hợp chuẩn có cùng khả năng tự bắt cháy. Hỗn hợp chuẩn này gồm hai hydrocarbon • n-xetan( n-C 16 H 34 ) :công thức cấu tạo mạch thẳng, dễ tự cháy được quy định có trị số xetan là 10 • α-metyl naphtalen ( C 11 H 10 ) là chất rất khó tự cháy, nhiệt cháy cao, quy định có trị số xetan là 0 7 Hỗn hợp của hai chất này sẽ có trị số xetan bằng số % thể tích của n-xetan trong hỗn hợp. 1. 2. Cơ sở phương pháp xác định trị số xetan của nhiên liệu: Cho nhiên liệu diesel thí nghiệm cần đo trị số xetan vào thiết bị xác định. Ghi nhận trạng thái tự cháy của nhiên liệu đem thử. Cho từng nhiên liệu chuẩn có trị số xetan khác nhau vào thử trong thiết bị và cũng ghi nhận trạng thái tự cháy của nhiên liệu thử với các nhiên liệu chuẩn để tìm ra trạng thái tự cháy giống nhau của nhiên liệu thử với một nhiên liệu chuẩn xác định nào đó. Từ đó suy ra nhiên liệu thử có trị số xetan bằng với nhiên liệu chuẩn này. 1. 3. Trị số xetan của các nhóm hydrocarbon: Các hydrocarbon khác nhau đều có trị số xetan khác nhau, có thể tóm tắt như sau: Khi có cùng một số nguyên tử hydrocarbon trong mạch thì hydrocarbon n- parafin có trị số xetan cao nhất, rồi tới hydrocarbon naphten, hydrocarbon dạng izo có trị số xetan thấp hơn, còn hydrocarbon thơm có trị số xetan thấp nhất. Trong cùng một dãy đồng đẳng hydrocarbon, mạch hydrocarbon càng dài, trị số xetan càng cao. Trị số xetan của một số hydrocarbon cho dưới bảng sau: Hydrocarbon Công thức Trị số xetan n-dodecan C 12 H 26 75 3-etyldecan C 12 H 26 48 4, 5-dietyloctan C 12 H 26 20 n-hexadecan (xetan ) C 16 H 34 100 7, 8-dimetyl hexadecan C 16 H 34 41 n-hexadexen ( xeten ) C 16 H 34 91 5-butyl dohexen C 16 H 32 47 n-hexyl benzen C 16 H 32 27 n-heptyl benzen C 13 H 20 36 n-octyl benzen C 14 H 22 51 α –metyl naphtalen C 11 H 10 0 Butyl naphtalen bậc 3 C 14 H 16 3 8 Butyl decalin bậc 3 C 14 H 26 24 n-dodexyl benzen C 18 H 30 60 Phân đoạn gasoil chưng cất trực tiếp từ dầu mỏ bao giờ cũng có trị số xetan rất cao. Ví dụ, trị số xetan của gasoil từ dầu mỏ Bacu: 60, từ dầu mỏ Grosny : 75÷80. Nói chung, gasoil khai thác trực tiếp từ dầu mỏ không cần qua quá trình biến đổi hóa học thích hợp nào vẫn thích hợp để sử dụng làm nhiên liệu diesel. Yêu cầu về trị số xetan của động cơ diesel tốc độ chậm (dưới 500 vg/ph) chỉ cần khoảng 45 đến 50. Với động cơ diesel chạy nhanh (500÷1000 vg/ph) chỉ cần trên 50. Nếu trị số xetan cao quá sẽ không cần thiết vì gây lãng phí nhiên liệu, một số thành phần nhiên liệu trước khi cháy, ở nhiệt độ cao trong xylanh bị thiếu oxy nên phân hủy thành cacbon tự do, tạo thành muội theo phản ứng: t C C x H y xC + H 2 Nếu trị số xetan thấp sẽ xảy ra quá trình cháy kích nổ do:trong nhiên liệu có nhiều thành phần khó bị oxy hóa, khi lượng nhiên liệu phun vào trong xylanh quá nhiều mới xảy ra quá trình tự cháy, dẫn đến cháy cùng lúc, gây tỏa nhiệt mạnh, áp suất tăng mạnh, động cơ rung giật…. gọi là cháy kích nổ. Để tăng trị số xetan, có thể thêm vào nhiên liệu các phụ gia thúc đẩy quá trình oxy hóa như: izo-propyl nitrat, amyl nitrat…Với lượng khoảng 1. 5 % thể tích, chất phụ gia có thể làm tăng trị số xetan lên 15 đến 20 đơn vị . 2. THÀNH PHẦN CỦA NHIÊN LIỆU DIESEL: Có nhiều loại động cơ diesel, được chia thành 3 nhóm. Phù hợp với 3 nhóm động cơ này có ba nhóm nhiên liệu diesel khác nhau về tính chất. 9 • Nhóm động cơ diesel cao tốc, có số vòng quay lớn hơn 1000vg/ph dùng cho các loại ô tô buýt, ô tô tải, máy nông nghiệp . . Các loại động cơ này đòi hỏi nhiên liệu có phạm vi nhiệt độ sôi thấp, chất lượng cao • Nhóm động cơ có số vòng quay trung bình 500 ÷1000 vg/ph, dùng cho tàu hỏa, xe lu, xe ủi, xe làm đường, . . động cơ diesel tĩnh tại, động cơ phụ trợ trên tàu biển, …Loại nhiên liệu dùng cho động cơ này có phạm vi nhiệt độ sôi cao hơn và độ nhớt cũng lớn hơn. • Nhóm động cơ có số vòng quay thấp dưới 500 vg/ph dùng cho tàu thủy, các nhà máy phát điện, . . Nhiên liệu cho loại động cơ này khá nặng, bao gồm một phần nhiên liệu đốt lò. Thành phần chủ yếu của nhiên liệu diesel là các hợp chất hydrocarbon có trong các phân đoạn gasoil nhẹ, trung bình và nặng trong quá trình chưng cất trực tiếp dầu mỏ. Phạm vi nhiệt độ sôi của phân đoạn gasoil thông thường trong khoảng 200÷360 0 C (cũng có thể mở rộng thêm tùy theo yêu cầu sản xuất ). Ngoài các phân đoạn gasoil của chưng cất trực tiếp, còn dùng các phân đoạn gasoil của các quá trình chế biến thứ cấp khác như cracking, hydrocracking, nhiệt phân và cốc hóa. Về bản chất hóa học, nhiên liệu diesel là hỗn hợp hydrocarbon có nhiệt độ sôi phù hợp với phạm vi nhiệt độ sôi của phân đoạn gasoil nhẹ. Thành phần có chất lượng tốt nhất cho nhiên liệu diesel là các hydrocarbon n-parafin. Các hydrocarbon dạng naphten và mạch nhánh có chất lượng kém hơn và kém nhất là các hydrocarbon thơm. Như vậy nhiên liệu diesel phù hợp với các cấu tử trái ngược với cấu tử hydrocarbon trong xăng. Nguyên nhân sự khác nhau này là do sự khác nhau về nguyên lí hoạt động của hai loại động cơ. Do đó trong công tác bảo quản và vận chuyển cần tránh để hai loại nguyên liệu này trộn lẫn vào nhau. Sự trộn lẫn hai 10 [...]... từng loại nhiên liệu diesel nhiệt độ chớp cháy quy định không thấp hơn 50-65oC 4.PHÂN LOẠI VÀ YÊU CẦU KỸ THUẬT NHIÊN LIỆU DIESEL THƯƠNG PHẨM: 4.1.Phân loại nhiên liệu diesel: 4.1.1.Phân loại nhiên liệu diesel theo số vòng quay động cơ và trị số xetan của nhiên liệu: Theo cách phân loại này có hai nhóm nhiên liệu diesel: Nhóm 1: Nhiên liệu diesel dùng cho động cơ cao tốc,phân thành hai loại nhiên liệu: ... của nhiên liệu với sự hoạt động của động cơ, cần phải đánh giá cụ thể đối với từng loại động cơ và từng vùng khí hậu khác nhau trong đó động cơ hoạt động Thông thường độ nhớt của nhiên liệu diesel, ở 20°C từ 1 5 đến 6 0 là phù hợp Nhiên liệu diesel mùa đông có độ nhớt thấp hơn nhiên liệu dùng vào mùa hè, VD ở Liên Xô cũ có quy định: • Nhiên liệu vào mùa hè có độ nhớt: 3 0 ÷ 6 0 cSt ở 20°C • Nhiên liệu. .. thích hợp của nhiên liệu diesel Tuy nhiên thành phần điểm sôi của nhiên liệu diesel phải được đánh giá thực tế trên cơ sở khả năng làm việc của động cơ và điều kiện sử dụng của nhiên liệu Thực tế cho thấy thành phần điểm sôi của nhiên liệu diesel cũng ảnh hưởng tới công suất làm việc và tuổi thọ của động cơ Thành phần điểm sôi phù hợp đảm bảo nhiên liệu sẽ được đốt cháy hoàn toàn trong động cơ, không xả... biodiesel sạch hơn nhiều so với nhiên liệu diesel khoáng,riêng B-20 (20% biodiesel ,80% diesel khoáng ) có thể được sử dụng trong các động cơ diesel mà không cần làm thay đổi kết cấu của động cơ, thực tế các động cơ diesel sẽ chạy tốt hơn khi pha chế 20% diesel So sánh tính chất của nhiên liệu diesel khoáng với biodiesel Các chỉ tiêu biodiesel Diesel khoáng 0.87÷0.89 0.81÷0.89 Độ nhớt động học ở 40°C,cSt 3.7÷5.8.. .nhiên liệu khác nhau đó sẽ gây nên những hoạt động không bình thường trong cả hai loại động cơ Ngoài ra, trong nhiên liệu diesel còn có chứa một số phụ gia nhằm nâng cao chất lượng nhiên liệu như phụ gia cải thiện trị số xetan, phụ gia chống đông, … 3 CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG CỦA NHIÊN LIỆU DIESEL: Để động cơ diesel làm việc ổn định, đòi hỏi nhiên liệu diesel phải đảm bảo các... Super 23 Nhóm 2: Nhiên liệu diesel cho động cơ tốc độ thấp ,cũng đòi hỏi có những tiêu chuẩn chất lượng tương tự nhiên liệu cho động cơ cao tốc,tuy vậy TSXT của chúng kém hơn,chỉ bằng 40÷45,độ bay hơi thấp,điểm sôi cuối cao hơn (FBP vào khoảng 360÷370°C) 4.1.2.Phân loại nhiên liệu diesel theo hàm lượng lưu huỳnh: Theo TCVN 5689-1997 ,dựa vào hàm lượng lưu huỳnh có thể phân chia nhiên liệu diesel thành... triển vọng Biodiesel là các alkyl este của axyt béo,một phụ gia rất tốt cho nhiên liệu diesel để làm giảm lượng khí thải,hơn thế nữa nó là nguồn nguyên liệu có thể tái tạo được.Biodiesel được sản xuất từ các nguồn khác nhau như dầu,mỡ động thực vật,từ cặn dầu thải So sánh nhiên liệu sinh học và nhiên liệu từ dầu mỏ: Nhiên liệu dầu mỏ Nhiên liệu sinh học Sản xuất từ dầu mỏ Sản xuất từ nguyên liệu thực vật... đặc rất thấp, đôi khi tới -45°C Ngoài ra còn có loại nhiên liệu diesel dùng cho vùng Nam và Bắc cực Ở các nước nhiệt đới như nước ta chỉ dùng nhiên liệu diesel cho mùa hè, tùy theo vùng khí hậu có thể sử dụng nhiên liệu diesel có nhiệt độ đông đặc không vượt quá +5°C hoặc +9°C 3.4 Tính ăn mòn của nhiên liệu diesel: Cũng như xăng, trong nhiên liệu diesel có mặt một lượng tạp chất mang tính ăn mòn kim... của hỗn hợp cháy, làm cho khi cháy tạo nhiều khói đen, tạo muội, làm bẩn máy và pha loãng dầu nhờn, động cơ làm việc kém công suất, giảm tuổi thọ b)Điểm sôi 50%V ảnh hưởng đến tính khởi động máy Nhiên liệu có t50% thích hợp(không vượt quá 280°C) sẽ khiến động cơ khởi động dễ dàng hơn c)Điểm sôi 90%V biểu hiện cho khả năng cháy hoàn toàn của hơi nhiên liệu, t90% của nhiên liệu diesel không nên vượt... hơi của nhiên liệu diesel: Tính bay hơi của nhiên liệu diesel ảnh hưởng rất lớn đến sự tạo thành hỗn hợp nhiên liệu và không khí Khi quá trình tạo hỗn hợp cháy thực hiện đều đặn, động cơ sẽ hoạt động bình thường và ổn định Khi quá trình tạo hỗn hợp cháy xảy ra thất thường sẽ làm cho hoạt động của động cơ bị trục trặc Để đánh giá độ bay hơi của nhiên liệu diesel, cũng như xăng, người ta xác định thành . liệu cho các động cơ xăng, động cơ Diesel và động cơ phản lực. Trong phạm vi tiểu luận này sẽ nghiên cứu tổng quan về động cơ Diesel và nhiên liệu sử dụng cho động cơ Diesel. CHƯƠNG II: NHIÊN. PHẦN CỦA NHIÊN LIỆU DIESEL: Có nhiều loại động cơ diesel, được chia thành 3 nhóm. Phù hợp với 3 nhóm động cơ này có ba nhóm nhiên liệu diesel khác nhau về tính chất. 9 • Nhóm động cơ diesel cao. NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ DIESEL I. NGUYÊN LÍ, ĐẶC ĐIỂM, QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL: 1. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của động cơ diesel: 3 Nếu quá trình vận hành của chu kì 4 thì trong động