nghiên cứu giải pháp sử dụng hỗn hợp dầu Jatropha và dầu diesel làm nhiên liệu động cơ diesel

Tài liệu tham khảo nghiên cứu giải pháp sử dụng hỗn hợp dầu Jatropha và dầu diesel làm nhiên liệu động cơ diesel

MỤC LỤC

Trang

MỤC LỤC 1

Lời Nói Đầu 4

Chương I: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CHÁY VÀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG DO KHÍ THẢI CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL 6

1.1 Tổng quan về quá trình cháy nhiên liệu trong động cơ diesel: 6

1.1.1 Quá trình hình thành hỗn hợp cháy trong động cơ diesel: .9

1.1.1.1 Đặc điểm hình thành hòa khí trong động cơ diesel: 9

1.1.1.2 Phân loại hình thành hòa khí trong động cơ diesel: 9

1.1.2 Diễn biến và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy: 10

1.2 Ô nhiễm môi trường do khí thải động cơ diesel 14

1.2.1 Các chất độc hại trong khí thải và tác hại của chúng: .14

1.2.1.1 Đối với sức khỏe con người: 14

1.2.1.2 Đối với môi trường: 15

1.2.2 Giới thiệu nhiên liệu thay thế nhằm giảm ô nhiễm khí thải: 18

1.3 Tình hình nghiên cứu nhiên liệu thay thế trên thế giới và trong nước: 19

1.3.1 Nghiên cứu sử dụng dầu thực vật tinh khiết làm nhiên liệu thay thế: .22

1.3.2 Nghiên cứu sử dụng diesel sinh học làm nhiên liệu thay thế: 23

1.3.2.1 Sản xuất nhiên liệu sinh học từ dầu thực vật: 23

1.3.2.2 Nguồn nguyên liệu: 25

1.3.2.3 Những thành tựu về mặt kĩ thuật: 26

1.3.3 Tình hình nghiên cứu trong nước: 27

Chương II: GIẢI PHÁP SỬ DỤNG HỖN HỢP DẦU JATROPHA_DIESEL LÀM NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ DIESEL .29

2.1 Các tính chất của dầu thực vật nói chung: 29

2.1.1 Thành phần hóa học của dầu thực vật: 29

2.1.2 Đặc tính của dầu thực vật: 30

2.2 Các phương pháp sử dụng dầu thực vật làm nhiên liệu: 32

2.2.1 Phương pháp sấy nóng nhiên liệu: 32

2.2.2 Phương pháp pha loãng: 32

2.2.3 Phương pháp cracking: 32

2.2.4 Phương pháp nhũ tương hoá dầu thực vật: 33

2.2.5 Phương pháp ester hoá (điều chế Biodiesel): 33

2.3 Triển vọng của việc sử dụng dầu Jatropha làm nhiên liệu cho động cơ diesel: 35 2.4 Phương pháp dùng dầu Jatropha làm nhiên liệu: 36

2.4.1 Điều chế thành biodiesel sinh học: 36

2.4.2 Sấy nóng dầu Jatropha: 37

2.4.3 Pha loãng và gia nhiệt: 37

2.5 Giải pháp tạo mẫu nhiên liệu từ hỗn hợp dầu Jatropha + diesel: 37

2.5.1 Chọn tỉ lệ pha: 37

2.5.3 Kết luận: 40

2.6 Gải pháp kỹ thuật: 40

2.6.1 Phương pháp pha hỗn hợp: 40

2.6.1.1 Pha thủ công bằng tay: 40

2.6.1.2 Pha nhiên liệu theo qui mô công nghiệp: 40

2.6.1.3 Thiết bị đồng thể hóa hỗn hợp nhiên liệu: 40

2.6.2.2 Hệ thống chuẩn bị nhiên liệu với bộ sấy bằng khí xả .46

2.6.2.3 Hệ thống chuẩn bị nhiên liệu với bộ sấy điện ắc qui 47

2.6.2.4 Hệ thống chuẩn bị nhiên liệu với bộ sấy điện xoay chiều: 48

2.6.3 Kết luận: 48

2.6.3.1 Hệ thống nhiên liệu thay thế cho trạm diesel-máy phát điện và động cơ chính tàu thủy: 48

2.6.3.2 Hệ thống nhiên liệu thay thế cho động cơ ôtô: 50

2.6.3.1 Hệ thống nhiên liệu thay thế cho động cơ diesel dùng trong nông nghiệp: 51

2.6.4 Quy trình vận hành động cơ với nhiên liệu thay thế: 53

2.6.4.1 Chuẩn bị khởi động động cơ 54

2.6.4.2 Hâm nóng và chạy nhiên liệu thay thế 54

2.6.4.3 Mắc phụ tải 55

2.6.4.4 Dừng động cơ 55

2.7 Chạy thử nghiệm: 56

2.7.1 Thiết bị thử nghiệm: 56

2.7.1.1 Động cơ D12: 56

2.7.1.2 Máy phát điện xoay chiều: 57

2.7.1.3 Các thiết bị phục vụ cho động cơ và lấy số liệu cần đo: 58

2.7.1.4 Cụm phụ tải: 60

2.7.1.5 Sơ đồ bố trí thiết bị thử nghiệm: 60

2.7.2 Kết quả chạy thực nghiệm: 64

Chương III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67

3.1 Kết luận: 67

3.2 Đề xuất ý kiến: 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

Lời Nói Đầu

Cùng với sự phát trển ngày càng cao của đất nước là sự gia tăng các phương tiện giao thông, do đó tình hình ô nhiễm môi trường do khí thải động

cơ diesel nói riêng và của động cơ đốt trong nói chung đang gia tăng tới mức báo động Bên cạnh đó nguồn cung cấp nhiên liệu dầu mỏ ngày càng cạn kiệt

là mối lo ngại hàng đầu của các nước trên thế giới đặc biệt là với các nước đang phát triển như nước ta Do đó, con người đã và đang nghiên cứu tìm ra những nguồn nguyên liệu mới thay thế cho dầu mỏ nhưng vẫn đảm bảo tính kinh tế , kỹ thuật, tuổi thọ của động cơ và không gây ảnh hưởng tới sức khỏe con người cũng như môi trường sống

Trước thực tế đó, tôi đã được bộ môn Động lực-khoa Kỹ thuật tàu thủy

giao đề tài: “Nghiên cứu giải pháp sử dụng hỗn hợp dầu Jatropha và dầu

diesel làm nhiên liệu cho động cơ diesel”

Sau một thời gian nghiên cứu và thực nghiệm đến nay tôi đã hoàn thành

đồ án với 3 nội dung cơ bản sau:

Chương I: Tổng quan về quá trình cháy và ô nhiễm môi trường do khí thải của động cơ diesel

Chương II:Giải pháp sử dụng hỗn hợp dầu Jatropha-diesel làm nhiên liệu cho động cơ diesel

Chương III: Kết luận và đề xuất ý kiến

Trong quá trình thực hiện tôi đã cố gắng rất nhiều để hoàn thành đồ án, song do trình độ, trang thiết bị, máy móc thí nghiệm còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót rất mong quý Thầy và các bạn góp ý để đồ

án được hoàn thiện hơn Xin chân thành cảm ơn thầy: ThS.Gvc: Phùng Minh Lộc đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài, tôi cũng

xin chân thành cảm ơn các quý Thầy trong bộ môn Động lực cũng như trong khoa Kỹ thuật tàu thủy đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành đồ án Tôi xin chân thành cảm ơn!

Nha trang, ngày 18 tháng 12 năm 2009

Sinh viên thực hiện

Chương I:

TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CHÁY

VÀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG DO KHÍ THẢI CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL

1.1 Tổng quan về quá trình cháy nhiên liệu trong động cơ diesel:

Khái niệm: Cháy ở động cơ diesel là một quá trình hóa học có kèm theo tỏa

nhiệt Phương trình phản ứng hóa học giữa các phân tử nhiên liệu và không khí ở động cơ diesel có thể được biểu diễn như sau:

2 4 76 , 3 2

76 , 3 2

r m n O

H

m nCO N

O r m n

Nếu sử dụng lượng không khí nhiều hơn lượng không khí lý thuyết để có thể đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu trong điều kiện thực tế thì trong khí thải sẽ

có oxy dư Ví dụ phương trình hoá học của quá trình cháy octane với lượng không khí dư 20% sẽ có dạng :

 2 2 2 2 2 234

4

34 16 8 ,

Trong đó: a, b, c và d là số kmol của mỗi loại sản phẩm cháy

Các phản ứng hoá học giữa các phân tử nhiên liệu và oxy giới thiệu ở trên

là sự thể hiện kết quả cuối cùng của hàng loạt quá trình lý-hoá diễn ra từ thời điểm các phân tử nhiên liệu và oxy chịu tác động của nhiệt độ và áp suất đủ cao để có thể diễn ra các quá trình hoá học Sự cháy của nhiên liệu thường bắt đầu từ những trung tâm cháy đầu tiên Chúng ta qui ước gọi thời điểm xuất hiện những tâm cháy đầu tiên là thời điểm phát hoả Cơ chế hình thành những trung tâm cháy đầu tiên, tức là cơ chế của sự phát hoả ở động cơ diesel vẫn chưa được lý giải một cách hoàn chỉnh Dưới đây sẽ giới thiệu một số lý thuyết được thừa nhận tương đối rộng rãi và các khái niệm cơ bản liên quan

đến sự phát hoả và cháy của nhiên liệu ở động cơ diesel [1]

 Lý thuyết phát hỏa do nhiệt:

Lý thuyết phát hoả do nhiệt lý giải sự hình thành những trung tâm cháy đầu tiên là nhờ gia tốc dương của phản ứng toả nhiệt, tức là sự phát triển các phản ứng chỉ dựa vào nhiệt năng do bản thân của các phản ứng tạo ra để tự sấy nóng và làm tăng tốc phản ứng Theo lý thuyết này thì nhiệt độ phát hoả không phải là một đại lượng vật lý đặc trưng cho một loại nhiên liệu mà là một thông số thay đổi theo điều kiện diễn ra quá trình đốt cháy nhiên liệu

 Lý thuyết phát hỏa do phản ứng dây chuyền:

Lý thuyết phát hoả do phản ứng dây chuyền cho rằng điều kiện duy nhất đảm bảo sự phát hoả là tốc độ phân nhánh phản ứng dây chuyền lớn hơn tốc

độ làm gián đoạn phản ứng dây chuyền Nội dung cơ bản của lý thuyết này như sau: nhờ một năng lượng kích thích ban đầu nào đó sẽ xuất hiện những phần tử hoạt tính-những gốc hoá học có hoá trị tự do và có năng lượng hoạt

hoá lớn Những phần tử hoạt tính này có khả năng gây phản ứng hoá học với các phân tử trung hoà để tạo ra những phần tử hoạt tính mới theo kiểu phản ứng dây chuyền Trong quá trình phản ứng, một số phần tử hoạt tính có khả năng tạo ra những phần tử hoạt tính mới và làm phân nhánh dây chuyền, đồng thời cũng có thể có những phần tử hoạt tính tác dụng với khí trơ hoặc va chạm với vách xylanh có nhiệt độ thấp và bị đứt nhánh dây chuyền Phản ứng dây chuyền có dẫn đến phát hoả hay không còn tuỳ thuộc vào điều kiện đảm bảo cho sự tách nhánh dây chuyền diễn ra với tốc độ lớn hơn tốc độ đứt nhánh dây chuyền Sự phát hoả sẽ diễn ra khi tốc độ phản ứng dây chuyền đạt đến trị số giớ hạn

 Sự phát hỏa của nhiên liệu hidrocacbon ở động cơ diesel:

Ở động cơ diesel, nhiệt độ trong xylanh tại thời điểm phun nhiên liệu không đủ cao để có thể phá huỷ cấu trúc của các phân tử CnHm và O2(TC≈700÷9000C) Tuy nhiên, ở nhiệt độ tương đối thấp (300÷4000C) vẫn có thể diễn ra phản ứng hoá học giữa các phân tử CnHm và O2 với sự hình thành những chất peroxide Ví dụ:

nồng độ đủ lớn sao cho tốc độ toả nhiệt từ các phản ứng hoá học giữa chúng với nhau và giữa chúng với các phân tử nhiên liệu lớn hơn tốc độ truyền nhiệt

từ khu vực phản ứng ra ngoài Trong điều kiện như vậy, sự tự gia tốc dây chuyền làm cho phản ứng đạt đến tốc độ đảm bảo việc tự bốc cháy và cháy của hỗn hợp cháy (HHC) xung quanh [1]

1.1.1 Quá trình hình thành hỗn hợp cháy trong động cơ diesel: [2] 1.1.1.1 Đặc điểm hình thành hòa khí trong động cơ diesel:

Có hai đặc điểm sau

- Hòa khí được hình thành bên trong xilanh động cơ với thời gian rất

ngắn; tính theo góc quay trục khuỷu, chỉ bằng 1/10 đến 1/20 so với trường hợp của máy xăng; Vì nhiên liệu diesel khó bay hơi hơn xăng nên phải được phun thật tơi và hòa trộn đều trong không gian buồng cháy Vì vậy phải tạo điều kiện để nhiên liệu được sấy nóng, bay hơi nhanh và hòa trộn đều với không khí trong buồng cháy nhằm tạo ra hòa khí; mặt khác phải đảm bảo cho nhiệt độ không khí trong buồng cháy trong thời gian phun nhiên liệu phải đủ lớn để hòa khí có thể tự bốc cháy

- Quá trình hình thành hòa khí và quá trình bốc cháy nhiên liệu của động

cơ diesel chồng chéo lên nhau Sau khi phun nhiên liệu, trong buồng cháy diễn ra một loạt thay đổi về lý hóa của nhiên liệu, sau đó phần nhiên liệu phun vào trước đã tạo ra hòa khí, tự bốc cháy, trong khi nhiên liệu vẫn được phun tiếp, cung cấp cho xilanh của động cơ Như vậy sau khi đã cháy một phần, hòa khí vẫn tiếp tục được hình thành, và thành phần hòa khí thay đổi liên tục trong không gian và suốt thời gian của quá trình

1.1.1.2 Phân loại hình thành hòa khí trong động cơ diesel:

 Dựa vào vị trí bay hơi của nhiên liệu chia thành:

- Hình thành hòa khí kiểu thể tích: nhiên liệu được phun tơi vào không gian buồng cháy, được sấy nóng, bay hơi và hòa trộn đều với không khí tại đây, tạo thành hòa khí

- Hình thành hòa khí trên bề mặt: nhiên liệu được phun và tráng thành màng trên bề mặt thành buồng cháy, được sấy nóng, bay hơi tại đây để

hòa trộn với không khí

- Hình thành hòa khí kiểu hỗn hợp: theo yêu cầu của các chế độ vận hành khác nhau, một phần nhiên liệu được hình thành hòa khí theo kiểu thể

tích, còn một phần hình thành trên bề mặt buồng cháy

 Dựa vào nhân tố điều khiển, sự hình thành hòa khí chia thành:

- Phun trực tiếp, hình thành hòa khí chủ yếu dựa vào sự phối hợp giữa chất lượng phun sương của nhiên liệu với hình dạng buồng cháy, tác dụng phụ là vận động xoáy lốc của dòng khí nạp và dòng khí chèn cuối quá trình nén

- Kiểu xoáy lốc, hình thành hòa khí chủ yếu dựa vào sự phối hợp giữa chuyển động xoáy lốc của dòng môi chất đi vào buồng cháy phụ và tia nhiên liệu trong buồng cháy, ngoài ra còn dựa vào cường độ của dòng môi chất từ buồng cháy phụ phun ra sau khi bốc cháy kết hợp với hình dạng buồng cháy chính

- Kiểu dự bị, hình thành hòa khí chủ yếu dựa vào áp suất cao của môi chất trong buồng cháy dự bị, sau khi một phần nhiên liệu đã được cháy trước

ở đây tạo ra để phun vào buồng cháy chính, giúp nhiên liệu chưa cháy kịp và không khí được hòa trộn tốt và cháy kiệt nhanh trong buồng cháy chính

1.1.2 Diễn biến và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cháy: [3]

Sự tự phát hỏa của hydrocacbon trong động cơ diesel là một chuỗi quá trình phân nhánh bao gồm bốn quá trình là sự khởi đầu chuỗi phản ứng, lan truyền chuỗi, phân nhánh chuỗi, và kết thúc chuỗi Sau khi bắt đầu phun, sự phát hỏa xảy ra sau một thời gian cảm ứng nhất định gọi là sự chậm phát hỏa Trong suốt thời gian trễ này, nhiên liệu bay hơi cho đến khi khu vực đầu tiên của hỗn hợp dễ bắt lửa với tỷ lệ hòa khí 0,5<λ<0,7 được hình thành Hơn nữa, các phản ứng hóa học trong khu vực này phải sản xuất đủ gốc nhiên liệu để bắt đầu quá trình cháy Sự khởi đầu chuỗi sản sinh các gốc tự do đầu tiên này

từ các phân tử nhiên liệu ổn định Phản ứng này diễn ra từ từ, bởi vì các phân

tử ổn định được tham gia vào quá trình Sau đó, nếu một số nồng độ đậm đặc đạt được, sự lan truyền các chuỗi và chuỗi các phản ứng phân nhánh dạng căn bản tự bổ sung Sự lan truyền các chuỗi phản ứng đã thay đổi bản chất của các gốc tự do nhưng không phải về số lượng Một số các chuỗi phản ứng dây chuyền sinh ra các gốc tự do, mà sau đó chúng chiếm một phần trong chuỗi phản ứng phân nhánh làm tăng số lượng các gốc tự do và dẫn đến sự tăng tốc đáng kể của các phản ứng, cuối cùng dẫn đến sự nổ Việc chậm cháy chủ yếu

lệ thuộc vào nhiệt độ, sự gia tăng của nhiệt độ sẽ giảm thời gian này

Quá trình phát hỏa đa tầng có thể được chia thành ba khoảng nhiệt độ, phản ứng ở nhiệt độ thấp (chế độ phát hỏa lạnh), khoảng nhiệt độ trung gian,

và nhiệt độ oxy hóa cao Chế độ phát hỏa lạnh thường xảy ra ở khoảng nhiệt

độ khí điển hình từ 600 đến 8000K Phản ứng tiến triển chậm chỉ với sự gia tăng nhiệt độ nhỏ Tuy nhiên, để tăng nhiệt độ, việc hình thành các gốc tự do bởi các phản ứng ngọn lửa lạnh bị giảm xuống vì các phản ứng ngược xảy ra nhanh hơn (thoái hóa chuỗi phân nhánh) Do đó, khu vực nhiệt trung gian này được đặc trưng bởi cái gọi là hệ số nhiệt âm (NTC), nó đại diện cho sự tăng thời gian chậm cháy do sự gia tăng nhiệt độ Ngay sau khi nhiệt độ được tăng lên bởi sự phát nhiệt của các phản ứng phát hỏa lạnh và đạt tới lực nén cao

hơn ở các xi lanh nạp, chuỗi phân nhánh của các phản ứng ở nhiệt độ cao (T>10000K) dẫn đến sự nổ

Mô hình phát hỏa được sử dụng rộng rãi nhất là mô hình Shell [3], được phát triển bởi Halstead Tên của mô hình ghép từ tên của các tác giả Mô hình ban đầu được phát triển để dự đoán sự phát hỏa bằng bugi đánh lửa trong động cơ và sau đó được điều chỉnh để dự đoán sự tự phát hỏa trong động cơ diesel Bởi vì nó không thể mô phỏng cả vài trăm phản ứng có liên quan trong suốt quá trình phát hỏa, mô hình được dựa trên một lớp khái niệm hóa học và bao gồm tám bước phản ứng giữa năm loại Nó đại diện cho một cơ chế ảo giữa các loại phản ứng chung và được xây dựng để phản ánh các diễn biến phát hỏa nhiều giai đoạn của hỗn hợp gồm hidrocacbon và không khí trong đó

có một cơ chế thoái hóa chuỗi phân nhánh Tám bước phản ứng được cho là:

heat P R

B R

Q R

B R Q

ation ter

R f k p

min 3

*     (1.11) (điểm tận cùng bậc nhất-tuyến tính)

ation ter

R k t

min

2 *  (1.12) (điểm tận cùng bậc hai)

Trong các công thức 1.5-1.12, R* đại diện cho các gốc tự do, RH là nhiên liệu, Q là một đại diện trung gian không ổn định, B là đại diện phân nhánh, và

P đại diện cho các sản phẩm bị ôxy hóa Nồng độ của các loại khác nhau có thể được tính toán bằng cách giải quyết các phương trình vi phân để đánh giá

sự thay đổi các tỷ lệ của chúng, các phương trình đó là:

          * *2

3 2

* 2

    1 1

2 1

   

1

3 2 2

1

1 1

k

k p

(1.23) Tuy nhiên, nếu quá trình tự phát hỏa với sự chậm cháy lâu hơn so với những động cơ diesel thông thường được để ý (ví dụ như quá trình HCCI),

mô hình Shell không còn có khả năng dự báo quá trình tự phát hỏa với đầy đủ

độ chính xác Trong những trường hợp này, các mô hình hóa học phức tạp hơn bao gồm nhiều chi tiết hơn mô tả các phản ứng ở nhiệt độ thấp có thể

được sử dụng

1.2 Ô nhiễm môi trường do khí thải động cơ diesel

1.2.1 Các chất độc hại trong khí thải và tác hại của chúng: [4]

1.2.1.1 Đối với sức khỏe con người:

 CO:

- Monoxyde carbon là sản phẩm khí không màu, không mùi, không vị, sinh ra

do ôxy hoá không hoàn toàn carbon trong nhiên liệu trong điều kiện thiếu oxygène

- CO ngăn cản sự dịch chuyển của hồng cầu trong máu làm cho các bộ phận của cơ thể bị thiếu oxygène Nạn nhân bị tử vong khi 70% số hồng cầu bị khống chế (khi nồng độ CO trong không khí lớn hơn 1000ppm) Ở nồng độ thấp hơn, CO cũng có thể gây nguy hiểm lâu dài đối với con người: khi 20% hồng cầu bị khống chế, nạn nhân bị nhức đầu, chóng mặt, buồn nôn và khi tỉ

số này lên đến 50%, não bộ con người bắt đầu bị ảnh hưởng mạnh

 NO X :

- NOx là họ các oxyde nitơ, trong đó NO chiếm đại bộ phận NOx được hình thành do N2 tác dụng với O2 ở điều kiện nhiệt độ cao(vượt quá 11000C) Monoxyde nitơ(x=1) không nguy hiểm mấy, nhưng nó là cơ sở để tạo ra dioxyde nitơ(x=2) NO2 là chất khí màu hơi hồng, có mùi, khứu giác có thể phát hiện khi nồng độ của nó trong không khí đạt khoảng 0,12ppm NO2 là

chất khó hòa tan, do đó nó có thể theo đường hô hấp đi sâu vào phổi gây viêm

và làm hủy hoại các tế bào của cơ quan hô hấp Nạn nhân bị mất ngủ, ho, khó thở Protoxyde nitơ N2O là chất cơ sở tạo ra ozone ở hạ tầng khí quyển

 Hydocarbure:

- Hydrocarbure(HC) có mặt trong khí thải do quá trình cháy không hoàn toàn khi hỗn hợp giàu, hoặc do hiện tượng cháy không bình thường Chúng gây tác hại đến sức khỏe con người chủ yếu là do các hydrocarbure thơm Từ lâu người ta đã xác định được vai trò của benzen trong căn bệnh ung thư máu (leucémie) khi nồng độ của nó lớn hơn 40ppm hoặc gây rối loạn hệ thần kinh

khi nồng độ lớn hơn 1g/m3, đôi khi nó là nguyên nhân gây các bệnh về gan

 SO 2 :

- SO2 vào nước mũi, bị oxy hóa thành H2SO4 và muối amonium rồi đi theo đường hô hấp vào phổi Mặt khác, SO2 sâu trong: Oxyde lưu huỳnh là một chất háo nước, vì vậy nó rất dễ hòa tan làm giảm khả năng đề kháng của cơ

thể và làm tăng cường độ tác hại của các chất ô nhiễm khác đối với nạn nhân

 Bồ hóng:

- Bồ hóng là chất ô nhiễm đặc biệt quan trọng trong khí xả động cơ Diesel

Nó tồn tại dưới dạng những hạt rắn có đường kính trung bình khoảng 0,3mm nên rất dễ xâm nhập sâu vào phổi Sự nguy hiểm của bồ hóng, ngoài việc gây trở ngại cho cơ quan hô hấp như bất kì một tạp chất cơ học nào khác có mặt trong không khí, nó còn là nguyên nhân gây ra bệnh ung thư do các hydrocarbure thơm mạch vòng(HAP) hấp thụ trên bề mặt của chúng trong quá trình hình thành

1.2.1.2 Đối với môi trường:

Ngoài những tác hại niêu trên đến sức khỏe con người, các chất khí có mặt

trong khí thải động cơ đốt trong cũng gây ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường

và sinh thái

 Thay đổi nhiệt độ khí quyển:

Sự thay đổi của thành phần không khí ảnh hưởng đến quá trình cân bằng

nhiệt độ của trái đất Quả đất nhận năng lượng từ mặt trời và bức xạ ra không

gian một phần nhiệt của nó Phổ bức xạ của mặt trời và trái đất được trình bày

ở hình dưới:

Bức xạ mặt trời đạt cực đại trong vùng ánh sáng thấy được(có bước sóng

khoảng 0,4-0,75µm) còn bức xạ cực đại từ vỏ trái đất nằm trong vùng hồng

ngoại có bước sóng(7-15µm) Do thành phần của khí quyển thay đổi vì vậy

ảnh hưởng đến sự trao đổi nhiệt giữa mặt trời và trái đất

Các chất khí khác nhau có dải hấp thụ bức xạ khác nhau Do đó, thành

phần các chất khí có mặt trong khí quyển có ảnh hưởng đến sự trao đổi nhiệt

giữa mặt trời, quả đất và không gian Carbonic(thành phần chính trong sản

Bức xạ mặt trời đạt cực đại trong vùng ánh sáng thấy được(có bước sóng

khoảng 0,4-0,75µm) còn bức xạ cực đại từ vỏ trái đất nằm trong vùng hồng

Hình 1.1: Phổ bức xạ từ mặt trời và mặt đất;

ngoại có bước sóng(7-15µm) Do thành phần của khí quyển thay đổi vì vậy ảnh hưởng đến sự trao đổi nhiệt giữa mặt trời và trái đất

Các chất khí khác nhau có dải hấp thụ bức xạ khác nhau Do đó, thành phần các chất khí có mặt trong khí quyển có ảnh hưởng đến sự trao đổi nhiệt giữa mặt trời, quả đất và không gian Carbonic(thành phần chính trong sản phẩm cháy của nhiên liệu) là chất khí có dải hấp thụ bức xạ cực đại ứng với bước sóng 15mm, vì vậy nó được xem như trong suốt đối với bức xạ mặt trời nhưng là chất hấp thụ quan trọng đối với tia bức xạ hồng ngoại từ mặt đất Một phần nhiệt lượng do lớp khí CO2 giữ lại sẽ bức xạ ngược lại về trái đất (hình 1.2) làm nóng thêm bầu khí quyển theo hiệu ứng nhà kính (Serre)

Với tốc độ gia tăng nồng độ khí carbonic trong bầu khí quyển như hiện nay,người ta dự đoán vào khoảng giữa thế kỉ 22, nồng độ khí carbonic có thể tăng lên gấp đôi Khi đó, theo dự tính của các nhà khoa học, sẽ xảy ra sự thay đổi quan trọng đối với sự cân bằng nhiệt trên quả đất:

- Nhiệt độ bầu khí quyển sẽ tăng lên từ 2 đến 3C

- Một phần băng ở vùng Bắc cực và Nam cực sẽ tan làm tăng chiều cao mực nước biển

- Làm thay đổi chế độ mưa gió và sa mạc hóa thêm bề mặt trái đất

 Ảnh hưởng đến sinh thái:

Hình 1.2: Hiệu ứng nhà kính;

Sự gia tăng của NOx, đặc biệt là protoxyde nitơ N2O có nguy cơ làm gia tăng sự hủy hoại lớp ozone ở thượng tầng khí quyển, lớp khí cần thiết để lọc tia cực tím phát xạ từ mặt trời Tia cực tím gây ung thư da và gây đột biến sinh học, đặc biệt là đột biến sinh ra các vi trùng có khả năng làm lây lan các bệnh lạ dẫn tới hủy hoại sự sống của mọi sinh vật trên trái đất giống như điều kiện hiện nay trên Sao Hỏa

Mặt khác, các chất khí có tính acide như SO2, NO2, bị oxy hóa thành acide sulfuric, acide nitric hòa tan trong mưa, trong tuyết, trong sương mù làm hủy hoại thảm thực vật trên mặt đất (mưa acide) và gây ăn mòn các công trình kim loại

Các hạt bồ hóng trong không khí có thể hấp thụ và khuếch tán ánh sáng mặt trời làm giảm độ trong suốt của khí quyển Khi nồng độ hạt khoảng 0,1mg/m3thì tầm nhìn xa chỉ còn 12km, điều này gây nguy hiểm cho các phương tiện đi

lại

1.2.2 Giới thiệu nhiên liệu thay thế nhằm giảm ô nhiễm khí thải:

Bên cạnh việc các loại năng lượng hóa thạch đang có nguy cơ bị cạn kiệt

và vấn đề ô nhiễm môi trường do khí thải của các loại động cơ đốt trong cũng đến mức báo động thì việc tìm kiếm và sử dụng các nguồn năng lượng sạch ngày càng được quan tâm Ngày nay, có nhiều loại nhiên liệu thay thế thân thiện với môi trường được chia thành ba nhóm chính cụ thể như sau:

Sử dụng khí hóa lỏng (LPG), khí thiên nhiên (CNG): Đang được triển khai

sử dụng ngày càng phổ biến đặc biệt là là CNG nếu đưa vào sử dụng thành công có thể tiết kiệm đến 50% chi phí Đây cũng là xu hướng lựa chọn của nhiều nước Theo báo cáo từ Bộ Môi trường Hàn Quốc, việc chọn sử dụng CNG cho các phương tiện giao thông đang trở thành xu hướng của các quốc gia Khu vực châu Á hiện có khoảng năm triệu phương tiện sử dụng CNG Ở Thái Lan, những năm gần đây phương tiện giao thông sử dụng khí tự nhiên

trở nên phổ biến với khoảng 150.000 xe và gần 350 trạm cung ứng khí Riêng tại Hàn Quốc, dự kiến trong năm 2010, chính phủ Hàn Quốc sẽ tiếp tục thay thế 23.000 động cơ diesel đang hoạt động nhằm làm sạch toàn bộ hệ thống giao thông

Năng lượng điện: đây cũng là hướng phát triển mới có nhiều triển vọng với sự ra đời ngày càng nhiều các loại pin nhiên liệu với tuổi thọ gấp 5 đến 10 lần so với các loại pin hiện nay Một điểm nổi trội của pin nhiên liệu chính là ứng dụng công nghệ nano và các vật liệu không gây nguy hại Pin có tuổi thọ hàng chục năm, khi không còn sử dụng có thể tái chế gần như hoàn toàn và các chất thải sau quá trình chuyển hóa điện năng chỉ là nước Do vậy, có thể nói đây là loại pin sạch, không gây ô nhiễm môi trường

Nhiên liệu sinh học: Loại nhiên liệu này có nhiều ưu điểm nổi bật so với các loại nhiên liệu truyền thống (dầu khí, than đá…) Tính chất thân thiện với môi trường chúng sinh ra ít hàm lượng khí gây hiệu ứng nhà kính và ít gây ô nhiểm môi trường hơn các loại nhiên liệu truyền thống Là nguồn nhiên liệu tái sinh lấy từ hoạt động sản xuất nông nghiệp Chúng giúp giảm sự lệ thuộc vào nguồn tài nguyên nhiên liệu không tái sinh truyền thống Tuy nhiên hiện nay vấn đề sử dụng nhiên liệu sinh học vào đời sống còn nhiều hạn chế do chưa hạ được giá thành sản xuất xuống thấp hơn so với nhiên liệu truyền

dầu diesel sinh học Những công nghệ biến đổi này được áp dụng nhiều nơi trên thế giới và đã có sản phẩm bán trên thị trường

Đã có nhiều ứng dụng trong việc sử dụng các loại dầu thực vật dùng làm nhiên liệu thay thế cho các động cơ ô tô chẳng hạn: Brazin là một nước đi đầu trong việc phát triển các loại nhiên liệu sạch từ mía, hiện tại ở Brazin có tới 90% ô tô sử dụng nhiên liệu sạch và nhiên liệu sạch pha với nhiên liệu có nguồn gốc dầu mỏ, chúng được cung cấp bởi 5 nhà máy sản xuất với tổng sản lượng 49 triệu lít/năm Từ đó, nước này đã giảm được hàng chục tỷ USD cho việc không phải nhập khẩu nhiên liệu Họ đang dự kiến sản xuất 1.1 tỷ lít diesel sinh học vào năm 2007, với việc tiếp tục đưa thêm khoảng 5 nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học với tổng công suất 61 triệu lít/ năm Thị trường châu Âu cũng không phải là nhỏ khi nghị định Kyoto được đưa vào thực hiện, các quy chế ngặt nghèo về khí thải, mới đây nhất là chỉ thị 2003/30/EC theo

đó từ ngày 31/12/2005 thì ít nhất 2% cho đến 31/12/2010 ít nhất 5.75% nhiên liệu dùng cho vận tải phải có nguồn gốc tái tạo Tại Đức thì chỉ thị trên đã được thực hiện sớm, tiếp theo là Áo và Pháp với nhiên liệu chứa 5% có nguồn gốc tái tạo đã được bán Ở Mỹ, Áo đã cho xe ô tô động cơ diesel chạy bằng dầu thực vật từ nhiên liệu là dầu ăn thải ra từ trong các nhà hàng…Tại Achentina một kỹ sư đã tìm cách phát triển công nghệ sản xuất năng lượng thay thế từ đậu nành, chi phí cho sản xuất chỉ bằng ½ so với diesel truyền thống, ngoài ra Anh cũng có khả năng sản xuất nhiên liệu nhiên liệu thay thế

từ hạt hướng dương, hạt thầu dầu và hạt cọ Kết quả công trình nghiên cứu của hai sinh viên tại Đại học Auckland (New Zealand), họ đã chứng minh được động cơ chạy bằng dầu diesel của tàu, xe có thể họat động được nhờ vào hỗn hợp diesel với dầu dừa hoặc chỉ đơn thuần bằng dầu dừa Trong bài viết trên tạp chí Journal Science, giáo sư James Steenbock Dumesic trường đại học Wisconsin Madison, Hoa Kỳ (UW-Madison) và các đồng nghiệp đã công

bố: Hạt ngũ cốc và các nguyên liệu nguồn gốc chứa nhiều carbonhydrate có thể được biến đổi sang dạng chất lỏng hóa học alkanes không chứa lưu huỳnh tạo nên chất phụ gia lý tưởng cho phương tiện vận tải chạy dầu diesel Kết quả, chất dầu diesel từ thực vật này có thể cung cấp nguồn năng lượng gấp đôi nguồn năng lượng cần thiết để tạo ra nó Lợi điểm nữa là có thể sử dụng nguồn nguyên liệu rộng rãi từ thực vật

Tại Mỹ với mục tiêu giảm 70% dầu nhập khẩu từ Trung Đông vào 2015 Các nền kinh tế đầu tàu như Trung Quốc, EU, Mỹ, Nhật, và ngay cả những nước có nguồn nhiên liệu để phát triển nhiên liệu sạch dồi dào như Brazin, Thái Lan, Indonesia, Malaysia, Ấn Độ,…Cũng đang ra sức phát triển những loại nhiên liệu sạch, để trong tương lai gần nền kinh tế bớt phải phụ thuộc vào nguồn cung dầu mỏ

Trung Quốc là một quốc gia đông dân nhất và cũng là một quốc gia có tốc

độ phát triển kinh tế nhanh nhất hiện nay, tuy nhiên nguồn dầu mỏ nước này cũng không đủ cung cấp ngay trong thời điểm hiện tại Trung Quốc đã có nhiều nhà máy sản xuất nhiên liệu sạch ở nhiều nơi, và hiện đang có một nhà máy sản xuất nguồn nhiên liệu sạch lớn nhất thế giới hiện nay ở tỉnh Cát Lâm

có sản lượng 600.000 tấn/năm Tổng sản lượng nhiên liệu diesel sinh học của Trung quốc hiện vào khoảng 1.5 triệu tấn/năm

Ấn Độ là một nước đông dân thứ hai trên thế giới, tốc độ tăng trưởng kinh

tế không phải là nhanh nhưng theo dự báo thì vào năm 2010 thì lượng xe tiêu thụ trên thị trường Ấn Độ sẽ tăng gấp đôi bây giờ, nó sẽ kéo theo nguồn nhập khẩu dầu mỏ của nước này tăng nhanh, nền kinh tế phụ thuộc nhiều vào nguồn cung dầu mỏ luôn không ổn định Nước này đang cố gắng sản xuất nhiên liệu thay thế từ nguồn dầu cọ để đáp ứng nhu cầu sử dụng trong nước Đông Nam Á là khu vực có điều kiện thiên nhiên ưu đãi, có nguồn dầu thực vật được lấy từ nhiều loại cây trong đó chủ yếu là cọ và dừa Thái Lan

một trong những nước trong khu vực đi tiên phong trong việc sản xuất nhiên liệu sạch, theo đó 10% nhiên liệu sạch sẽ được sử dụng trước 2011 Còn tại Malayxia, một nước có sản lượng dầu cọ lớn nhất thế giới đã quyết định lấy

đó làm nguồn nguyên liệu để sản xuất dầu diesel sinh học và tới 2007 nước này đã sử dụng B5 (pha 5% dầu diesel sinh học vào dầu diesel) trên diện

sử dụng trong các động cơ diesel là hạt cải dầu, hoa hướng dương và đậu tương, cọ, dừa, lạc, jatropha, …

Thử nghiệm của ngành công nghiệp động cơ đã chứng tỏ rằng, ban đầu các động cơ diesel chưa cải tiến có thể hoạt động được nhưng nhiều vấn đề phát sinh chủ yếu ở bộ phận phun nhiên liệu, vòng séc măng và sự ổn định của dầu bôi trơn Vì vậy động cơ cần được cải tiến

Từ những năm 1970, nhiều công trình nghiên cứu đã được thực hiện về cải tiến động cơ diesel để làm cho chúng hoạt động phù hợp với dầu thực vật không chế biến hay dầu thực vật tinh khiết Việc giới thiệu động cơ "Elsbett"-động cơ ô tô diesel đầu tiên trên thế giới phun trực tiếp, công ty Elsbett của Đức đã đi tiên phong về công nghệ này trong những năm 1970 Elsbett đã chế tạo, biến đổi các bộ phận như buồng cháy, hệ thống phun nhiên liệu cho các loại động cơ khác nhau Cho đến nay, trên một nghìn phương tiện đã được chuyển đổi gồm: xe tải công suất lớn, xe buýt, tàu thuyền và các tổ máy phát

Động cơ đã cải tạo để chạy dầu thực vật tinh khiết có thể chạy bằng dầu diesel thường, vì sự làm việc chung của chúng là như nhau Tuy nhiên, có thể giả định là những cải tiến thực hiện đối với các vòi phun sẽ ảnh hưởng đến đặc

tính cháy làm cho việc đốt dầu diesel thường không còn tối ưu nữa

1.3.2 Nghiên cứu sử dụng diesel sinh học làm nhiên liệu thay thế:

Nhiên liệu có tiềm năng lớn nhất sẽ được sử dụng làm nhiên liệu tái tạo trong các động cơ diesel là dầu diesel sinh học Công nghệ sản suất bắt đầu từ các cây có dầu, hiện nay đang được sử dụng rộng rãi ở châu Âu để sản xuất nhiên liệu thay thế nhiên liệu diesel thông thường Điều này thực hiện được chủ yếu do các đặc tính thuận lợi của dầu diesel sinh học về khả năng pha trộn với nhiên liệu diesel thông thường và chỉ cần điều chỉnh nhỏ động cơ diesel

và hệ thống nhiên liệu

1.3.2.1 Sản xuất nhiên liệu sinh học từ dầu thực vật:

Quá trình sản xuất nhiên liệu sinh học bắt đầu từ dầu thực vật tinh khiết (xem sơ đồ trên hình 1.3) Các cấu trúc mol phân nhánh lớn của dầu thực vật được chuyển sang các cấu trúc mol hình chuỗi thẳng nhỏ hơn gọi là các este metyl- hoặc etyl giống như các thành phần của dầu diesel truyền thống Quá trình biến đổi ester hoá này cần có cồn (thường là metanol) và các quá trình diễn ra là phức tạp và hai sản phẩm chính được tạo thành là glycerol và ester a xít béo, hai loại này khó trộn lẫn với nhau do đó tạo thành các pha tách biệt với pha ester ở bên trên Quá trình này loại bỏ glycerol ra khỏi hỗn hợp phản ứng và tạo thuận lợi cho sự biến đổi cao

Quá trình sản xuất thể hiện như trên hình 1.4, sự biến đổi ester hoá có một chất xúc tác đồng nhất giả định Có một công nghệ khác là công nghệ xúc tác không đồng nhất hy vọng sẽ được sử dụng ở mức độ công nghiệp trong thời gian gần Công nghệ này sẽ cho phép đơn giản hoá cả hai quá trình và sản phẩm có độ tinh khiết cao hơn so với công nghệ xúc tác đồng nhất Dầu diesel sinh học sản xuất thông qua quá trình này có độ tinh khiết gần 100% Trong trường hợp biến đổi ester hoá không đồng nhất, việc trung hoà bằng các axít khoáng bị loại bỏ

Hơn nữa, không có sản phẩm phụ từ việc thu hồi metanol để tạo ra glycerol thô Bằng cách này, glycerol thô có thể đạt tới độ tinh khiết là 98-99.5 %

Hình 1.3: Sơ đồ phản ứng ester hoá của triglycerides với metanol

1.3.2.2 Nguồn nguyên liệu:

Nguồn nguyên liệu cho sản xuất dầu diesel sinh học chủ yếu là bốn loại thực vật có tên là dầu hạt cải chiếm gần 85%, dầu hạt hướng dương, dầu đậu tương, và dầu cọ Các nguyên liệu còn lại được tạo thành bởi dầu hạt lanh, mỡ

bò, và mỡ rán tái chế Tuy nhiên, bốn thực vật chính sử dụng để sản xuất dầu diesel sinh học đang được trồng cho nhu cầu sử dụng của con người trong các ứng dụng công nghiệp khác nhau Điều này có nghĩa là những thực vật có dầu này phải chịu giá dao động do cạnh tranh trên thị trường thực phẩm

Một cách để giảm chi phí sản xuất dầu dầu diesel sinh học là sử dụng dầu không ăn được có xu hướng rẻ hơn nhiều so với dầu ăn thực vật Một ví dụ về

dầu không ăn được là “dầu vật lý” có nguồn gốc từ Jatropha Curcas Dầu này

Hình 1.4: Quá trình sản xuất dầu diesel sinh học từ

dầu thực vật tinh khiết;

không thể sử dụng làm thực phẩm vì nó chứa toxalbumine gọi là ‘curcine’ và

có một số chất ester độc khác Loại đậu này có thể trồng được trên nhiều loại đất ở độ cao và chịu được nước, cây cho hạt dầu, chứa axít dầu và axít dầu lanh Sự khảo sát về các đặc tính nhiên liệu của dầu metyl và etyl ester từ

Jatropha đã có nhiều kết quả khả quan

1.3.2.3 Những thành tựu về mặt kĩ thuật: [5]

Mẻ nhiên liệu sinh học từ dầu hạt cải (RME) được sản xuất đầu tiên vào năm 1988 Tuy nhiên sau đó nó mang đặc tính là một sản phẩm đơn với tính chất còn có vấn đề Đến 1991 tiêu chuẩn đầu tiên về nhiên liệu diesel sinh học được ban hành ở Áo đối với RME Đây là cơ sở cho nhiều công ty đưa ra các bảo hành động cơ diesel Đến năm 1997, tiếp theo tiêu chuẩn này, tiêu chuẩn cho FAME - Axít béo Metyl Ester, đã ra đời Các tiêu chuẩn quốc gia đã được thành lập ở Đức, Pháp, Ý, Thuỵ điển và Hoa Kỳ Từ năm 1994, Pháp đã chính thức cho phép trộn 5% RME vào dầu diesel thường

Sự chấp nhận các tiêu chuẩn là cơ sở cần thiết để xây dựng lòng tin của khách hàng, nhận được các bảo hành từ nhiều nhà chế tạo động cơ diesel (như Mercedes-Benz, Peugeot, Volkswagen) và các nhà sản xuất bơm phun nhiên liệu Năm 2003, tiêu chuẩn CEN đã được chấp nhận đối với dầu diesel sinh học, và tiêu chuẩn này đến nay đã có hiệu lực trong nhiều nước thành viên của Cộng đồng châu Âu

Ưu điểm chính của dầu diesel sinh học là nó có thể sử dụng trong các động

cơ diesel bình thường mà không cần cải tạo lớn Diesel sinh học hoà trộn tốt với nhiên liệu diesel và sự trộn này giữ được lâu Các loại có hàm lượng diesel sinh học thấp (là 20% hoặc thấp hơn) có thể dùng thay thế trực tiếp nhiên liệu diesel trong hầu hết các xe động cơ diesel mà không cần điều chỉnh động cơ hoặc hệ thống nhiên liệu

Nhiều nhà chế tạo đã đưa vật liệu tương thích với dầu diesel sinh học vào trong thiết kế xe và đã chuẩn bị đưa ra bảo hành cho các model ô tô diesel của

họ khi chúng sử dụng dầu diesel sinh học, chứng tỏ đã đạt độ chín muồi về kỹ thuật Một mặt, dầu diesel sinh học làm tăng độ bền của của bơm và vòi phun diesel cao hơn so với nhiên liệu diesel có lưu huỳnh hiện nay Mặt khác có sự

lo ngại rằng nhiên liệu diesel sinh học ở các trạm nạp thường không đạt tiêu chuẩn chất lượng

1.3.3 Tình hình nghiên cứu trong nước:

Đi sau các nước trong việc phát triển nhiên liêu sạch nhưng Việt Nam cũng đã đạt được những thành tựu bước đầu trong việc nghiên cứu chế biến dầu thực vật, mỡ động vật thành diesel sinh học Chúng ta đã nghiên cứu chết suất thành công dầu diesel từ dầu mè, chiết suất thành công diesel sinh học từ

mỡ cá basa, cá tra, nó đã mở ra một hướng mới cho các nhà đầu tư Đối với cây mè chúng ta có thể dùng phụ phẩm của nó để làm thuốc, làm phân bón,… còn đối với mỡ cá basa, cá tra ta tận dụng được nguồn mỡ thải lâu nay vẫn không dùng phải vứt bỏ Đó là công trình nghiên cứu của Phân viện khoa học vật liệu tại Thành phố Hồ Chí Minh (Tp.HCM) thuộc Viện khoa học và công nghệ Việt Nam

Theo đề nghị của Bộ Công nghiệp và Văn phòng Công ty Sojitz tại Hà Nội, ngày 03 tháng 8 năm 2005, Bộ Tài nguyên và Môi trường, với tư cách là

cơ quan đầu mối của Chính phủ Việt Nam tham gia và thực hiện Nghị định thư Kyoto đã xác nhận dự án PIN phát triển dầu dừa diesel sinh học theo cơ

chế phát triển sạch (CDM) tại tỉnh Bình Định

Nhóm nghiên cứu do PGS.TS Hồ Sơn Lâm - phân viện trưởng Phân viện Khoa học vật liệu Tp.HCM thuộc Viện Khoa học và công nghệ VN - chủ trì, khẳng định có đủ khả năng nghiên cứu sản xuất dầu diesel sinh học (Biodiesel) từ dầu thực vật của Việt Nam PGS.TS Hồ Sơn Lâm cho biết

nhóm nghiên cứu đã hợp tác với Viện Hóa kỹ thuật ĐH Tổng hợp Jena (Đức) phân tích thành phần, tính chất các mẫu dầu diesel sinh học do nhóm điều chế Kết quả cho thấy, mẫu dầu diesel sinh học từ dầu hạt cao su Việt Nam đạt tiêu chuẩn châu Âu về Biodiesel

Từ tháng 8/2006, hệ thống thiết bị sản xuất nhiên liệu diesel sinh học từ dầu ăn phế thải với công suất 2 tấn/ngày đã được triển khai tại công ty Phú Xương, quận Thủ Đức, Tp.HCM Dự án này có nguồn vốn đầu tư khoảng

9,69 tỷ đồng, trong đó có 1,5 tỷ đồng vay từ ngân sách Nhà nước

Chương II:

GIẢI PHÁP SỬ DỤNG HỖN HỢP DẦU JATROPHA_DIESEL

LÀM NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ DIESEL

2.1 Các tính chất của dầu thực vật nói chung:

Dầu thực vật là loại dầu được chiết suất từ các loại hạt, các loại quả của cây cối Nói chung các loại hạt quả của cây cối đều chứa dầu, nhưng từ “dầu thực vật” chỉ dùng để chỉ dầu của những cây có dầu với chiết suất lớn Dầu từ hạt những cây có dầu như: Đậu phụng, đậu nành, cải dầu, hạt bông, hướng dương dầu từ quả của những cây có dầu như: cây dừa, cây Jatropha curcas,

cây cọ

2.1.1 Thành phần hóa học của dầu thực vật:

Thành phần hóa học của chúng nói chung gồm 95% các triglyceride và 5% các axid béo tự do Triglyceride là các triester tạo bởi phản ứng của các axit béo trên ba chức rượu của glycerol Trong phân tử của chúng có chứa các nguyên tố H, C, và O Người ta chia chúng thành ba nhóm :

- Nhóm dầu không khô (dầu axit béo bão hòa): Đó là các loại dầu có chỉ số Iốt thấp dưới 95 như dầu dừa, dầu cọ, dầu phụng, dầu ôliu

- Nhóm dầu nửa mau khô: Gồm các dầu có chỉ số Iốt từ 95 đến khoảng

130 như dầu cao su, dầu Jatropha, dầu mè, dầu hướng dương, dầu đậu nành, dầu cải dầu, dầu bông, dầu bắp…

- Nhóm mau khô: Gồm các dầu có chỉ số Iốt trên 130 như dầu lanh, dầu trẩu Về thành phần hóa học, đối với dầu thực vật so với dầu diesel: lượng chứa C ít hơn 10 - 12%, lượng chứa H ít hơn 5 - 13% còn lượng O thì lớn hơn rất nhiều (dầu diesel chỉ có vài phần ngàn O, còn dầu thực vật có 9 - 11% O), cho nên dầu thực vật là nhiên liệu có chứa nhiều oxy Chính vì điều này mà

dầu thực vật có thể làm việc với lượng dư không khí bé mà vẫn cháy hoàn toàn

Bảng 2.1: Tính chất hóa lý của các loại dầu

Loại dầu

Khối lượng riêng

(0C)

Điểm đục

(0C)

Điể

m chớp lửa

(0C)

Nhiệt trị

(MJ/kg; Kcal/kg)

Dầu Phộng 0,914 85 0 (-3) 9 258 39,33/9410 Dầu cải 0,916 77 0  (-2) 11 320 37,40/8956 Dầu dừa 0,915 30  37 23  26 20  28 110 37,10/8875 Dầu bông 0,921 73 2  (-2) -1 243 36,78/8800 Dầu cọ 0,915 95106 23  50 31 280 36,92/8834

Dầu nành 0,9202 58 63 4 330 37,30/8925 Dầu diesel 0,836 3  6 -2 43,80/1048

Chỉ số cetane của dầu thực vật nhỏ hơn so với dầu diesel, trong số các dầu thực vật nghiên cứu thì dầu Jatropha có chỉ số cetane tương đương với dầu diesel Muốn tăng chỉ số cetane cho dầu thực vật có thể dùng biện pháp thêm chất phụ gia "procetane" hay chuyển chúng thành ester dầu thực vật

Sức căng bề mặt: Ở nhiệt độ thường thì sức căng bề mặt của dầu thực vật nói chung và của Jatropha nói riêng cao hơn dầu diesel nhưng ở nhiệt độ cao thì giảm nhanh và đạt giá trị gần bằng dầu diesel

Đường cong bay hơi: Về khả năng bay hơi, đối với dầu thực vật so với dầu diesel: điểm bắt đầu bay hơi thấp hơn (130 - 1500C), điểm kết thúc bay hơi cao hơn (360 - 3750C) Nhiều loại dầu thực vật trong khoảng nhiệt độ 200 -

2800C đường cong bay hơi gần trùng với dầu diesel, nhưng vượt quá 2800C thì chúng lại thấp hơn Điểm đáng lưu ý là dầu thực vật không hoàn toàn bay hơi hết, đây có thể là nguyên nhân gây đóng cặn trên buồng cháy

Bảng 2.2: Các thông số nhiệt động của một số dầu thực vật và dầu diesel

Loại dầu

Khối lượng riêng

(g/cm3)

Độ nhớt ở

20 0 C

(cSt)

Chỉ số cetane

(CN)

Điểm đục

(0C)

Điểm chớp lửa

Dầu nành 0.920 58-63 36-38 -4 330 37,30/8925

2.2 Các phương pháp sử dụng dầu thực vật làm nhiên liệu:

2.2.1 Phương pháp sấy nóng nhiên liệu:

Phương pháp này dựa trên đặc tính thay đổi của độ nhớt theo nhiệt độ Nhiệt độ trong khoảng 30oC - 80oC sẽ làm độ nhớt thay đổi nhiều, ngược lại khi nhiệt độ vượt trên 80oC thì độ nhớt thay đổi rất ít Độ nhớt của dầu thực vật sẽ giảm khi nhiệt độ tăng lên, bởi vậy sấy nóng được coi là một phương pháp hữu hiệu làm giảm độ nhớt của dầu thực vật

Khi động cơ diesel làm việc ở chế độ ổn định thì nhiệt độ của nhiên liệu ở sau bơm cao áp thay đổi trong phạm vi từ 35 – 40oC Trong khoảng nhiệt độ này thì độ nhớt của dầu thực vật thay đổi từ 25-35mm2/s, cao hơn 10 lần so với độ nhớt của dầu diesel Để đạt được độ nhớt của nhiên liệu diesel thì cần tăng nhiệt độ của dầu thực vật lên (60-80)oC, bởi vì độ nhớt giảm rất ít khi nhiệt độ vượt trên 80oC

Tăng nhiệt độ lên quá cao làm thay đổi trạng thái nhiệt và ảnh hưởng xấu đến hệ thống cấp nhiên liệu Mặt khác phương pháp này không cải thiện được trị số cetane của dầu thực vật,… do đó phương pháp này chỉ thích hợp để áp dụng đồng thời với phương pháp khác, nhằm mục đích tăng khả năng lưu thông của dầu thực vật, đặc biệt khi động cơ làm việc trong môi trường có

nhiệt độ thấp

2.2.2 Phương pháp pha loãng:

Phương pháp pha loãng là một trong những phương pháp đơn giản làm giảm độ nhớt, có thể sử dụng các dung môi pha loãng khác nhau

Pha loãng không chỉ làm giảm độ nhớt của dầu thực vật mà nó còn cải thiện được một số chỉ tiêu khác của dầu như: trị số cetane lớn hơn, nhiệt độ đông

đặc thấp hơn,…

2.2.3 Phương pháp cracking:

Có thể hình dung quá trình craking dầu thực vật gần giống như quá trình craking dầu mỏ Nguyên tắc cơ bản của quá trình là cắt ngắn mạch hydrocacbon của dầu thực vật dưới tác dụng của nhiệt độ và chất xúc tác Sản phẩm thông thường bao gồm: nhiên liệu khí, xăng, nhiên liệu diesel và một số sản phẩm phụ khác

Nhiên liệu có được sau quá trình craking có tính chất gần giống với nhiên liệu diesel Craking có thể được thực hiện trong môi trường không khí hoặc trong môi trường khí trơ

Nhược điểm cơ bản của phương pháp này là tốn năng lượng để điều chế nhiên liệu Sản phẩm thu được bao gồm nhiều thành phần nhiên liệu khác nhau và đặc biệt là khó thực hiện ở quy mô không lớn Vì vậy phương án đưa ra chỉ

mang tính tham khảo mà không đi sâu vào nghiên cứu

2.2.4 Phương pháp nhũ tương hoá dầu thực vật:

Nhiên liệu ban đầu là dầu thực vật, rượu và chất tạo sức căng bề mặt với thiết bị tạo nhũ có thể tạo ra nhũ tương dầu thực vật-rượu, trong đó các hạt rượu được phân bố đều trong nhũ tương

Ưu điểm nhiên liệu có dạng nhũ có độ nhớt tương đương dầu diesel, tỷ lệ rượu càng lớn thì độ nhớt của nhũ tương càng giảm Tuy nhiên, lúc đó để tạo

ra các hạt nhũ tương nhỏ, khả năng phân lớp của các hạt nhũ tương tăng lên Kết quả là nhũ tương kém đồng nhất và cần thiết phải áp dụng các biện pháp

bảo quản nhũ tương trong thời gian dài

2.2.5 Phương pháp ester hoá (điều chế Biodiesel):

Phương pháp ester hoá dầu thực vật là phương pháp được chú ý trong thời gian gần đây, nguyên lý chuyển hoá cơ bản có thể miêu tả như là phản ứng

của một phần tử glyceride (axit béo không no, có độ nhớt cao) và ba nguyên

tử rượu tạo thành ester của axit béo và một nguyên tử glycerine

Nhiên liệu dầu thực vật và rượu ít nước (điều kiện phản ứng là xúc tác và nhiệt độ trung bình) lúc này lần lượt các liên kết R1CO_, R2CO_, R3CO_, bị tách ra khỏi phân tử glyceride và đính vào các nguyên tử hydro và rượu Các

sản phẩm đầu tiên là diglyceride và cuối cùng là glycerine

Sơ đồ phương pháp ester hoá (Hình 2.1): Glycerine dễ dàng được tách ra khỏi ester và sử dụng trong các ngành công nghiệp khác Sản phẩm cuối cùng

có thể đạt 95 – 98% về trọng lượng sản phẩm ban đầu tham gia phản ứng

Hình 2.1 Sơ đồ ester hóa dầu thực vật.