Chuyên đề nhiên liệu thay thế DME

nhiên liệu thay thế DME cho xe bus, so sánh các chỉ tiêu môi trường, công suất của nhiên liệu DME với nhiên liệu DIESEL trên động cơ đốt trong. khuyến cáo sử dụng nhiên liệu DME thay cho nhiên liệu DIESEL thông thường để cải thiện môi trường sống.

CHUYÊN ĐỀ NHIÊN LIỆU THAY THẾ

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU - ỨNG DỤNG NHIÊN LIỆU THAY THẾ DME

TRÊN XE BUS

NỘI DUNG

LỜI MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU MÔI TRƯỜNG CỦA ĐỘNG CƠ DIESL

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU MÔI TRƯỜNG CỦA ĐỘNG CƠ D1146 TRÊN XE BUS KHI SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU DME

KẾT LUẬN

NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Hà Nội, Ngày … tháng … năm 2018

Giáo Viên Hướng Dẫn

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ 1

DANH MỤC BẢNG BIỂU 2

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 3

MỞ ĐẦU 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 7

1.1 VẤN ĐỀ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG VÀ GIẢM PHÁT THẢI TỪ CÁC PHƯƠNG TIỆN CƠ GIỚI 7

1.2 ĐỘNG CƠ DIESEL - NGUỒN ĐỘNG LỰC CHỦ YẾU TRÊN XE BUS 10

1.3 DIMETHYL ETHER ( DME ), NHIÊN LIỆU THAY THẾ TRIỂN VỌNG 17

1.3.1 Các ưu và nhược điểm cơ bản của DME khi sử dụng làm nhiên liệu 17

1.3.2 Các tính chất lý, hóa của DME 17

1.3.3 Các phương pháp sản xuất DME 19

1.3.4 Phương pháp tổng hợp gián tiếp 19

1.3.5 Phương pháp tổng hợp trực tiếp 20

1.4 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT DME TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 21

1.4.1 Tình hình sản xuất DME tiên thế giới 21

1.4.2 Tình hình sản xuất DME ở Việt Nam 22

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 25

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU MÔI TRƯỜNG CỦA ĐỘNG CƠ DIESL 26

2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN NHIỆT CHU TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL 26

2.1.1 Các mô hình cháy của động cơ diesel 26

2.1.2 Các mô hình trao đổi nhiệt của động cơ Diesel 29

2.2 MÔ HÌNH TÍNH TOÁN HÀM LƯỢNG NO x 32

2.3 MÔ HÌNH TÍNH TOÁN HÀM LƯỢNG PM 34

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 36

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU MÔI TRƯỜNG CỦA ĐỘNG CƠ D1146 TRÊN XE BUS KHI SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU DME 37

3.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 37

3.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG, TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU MÔI TRƯỜNG CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL TRÊN ỨNG DỤNG DIESEL - RK 39

3.2.1 Khai báo các thông số đầu vào 39

3.2.2 Kết quả tính toán 39

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 43

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 44

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 1: Số lượng phương tiện theo năm 11

Hình 1 2: Số lượng xe máy trên 1000 người ở các thành phố lớn năm 2006 11

Hình 1 3: Số lượng phương tiện đăng ký theo năm ở Tp.Hồ Chí Minh 12

Hình 1 4: Số lượng ô tô ở Hà Nội theo năm 13

Hình 1 5: Số lượng xe con, xe máy đăng kí ở Hà Nội theo năm 13

Hình 1 6: Lượt vận chuyển khách bằng phương tiện công cộng 15

Hình 1 7: Cấu trúc phân tử DME 19

YHình 3 1: Đặc tính ngoài của động cơ D1146 40

Hình 3 2: Đồ thị diễn biến áp suất trong xylanh động cơ D1146 khi sử dụng nhiên liệu DO và DME 41

Hình 3 3: Đồ thị diễn biến nhiệt độ trong xy lanh động cơ D1146 42

Hình 3 4: Đồ thị diễn biến tốc độ tỏa nhiệt trong xy lanh động cơ D1146 42

Hình 3 5: Đồ thị diễn biến hình thành NOx trong xy lanh động cơ D1146 42

Hình 3 6: Đồ thị diễn biến hình thành PM trong xy lanh động cơ D1146 43

DANH MỤC BẢNG BI

Bảng 1 1: Số lượng phương tiện hoạt động trên mạng lưới 17 Bảng 1 2: Một số tính chất của DME so với nhiên liệu diesel 20 Bảng 1 3: Điều kiện phản ứng tổng hợp DME trực tiếp 21

Y

Bảng 3 1: Các thông số kỹ thuật của động cơ D1146 39 Bảng 3 2: Kết quả tính toán chu trình công tác của động cơ D1146 41

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

6 BBDC dưới)Before Bottom Dead Centre (Trước điểm chết

17 ASTM - Standard test method for distillation of petroleum

products at atmospheric pressure

- Phương pháp xác định thành phần cất ở áp suất

Số thứ tự Viết tắt Diễn giải

khí quyển

18 gct Lượng tiêu thụ nhiên liệu cấp cho chu trình công

tác

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu chứng minh rằng, dimethyl ether (DME) có thể được sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ diesel, cho phép giải quyết một loạt vấn đề xuất hiện khi động cơ diesel sử dụng nhiên liệu diesel truyền thống (DO) như: Không có khói đen vì DME có hàm lượng ôxy cao và không có liên kết cácbon-cácbon, giảm đáng kể NOx vì DME có chỉ số xê tan cao và thời gian cháy trễ nhỏ, giảm

ồn từ quá trình cháy do tốc độ tăng áp suất trong xy lanh khi cháy thấp

Trong nước đã có một số nghiên cứu về sử dụng nhiên liệu DME cho động cơ diesel, song số lượng nghiên cứu vẫn còn hạn chế Mặt khác các tiêu chuẩn về khí thải động cơ ngày càng được thiết chặt, nhất là tiêu chuẩn về nồng độ khói đen, với những ưu điểm của DME thì việc sử dụng DME làm nhiên liệu cho động cơ diesel là có triển vọng Đây là lý do để chọn đề tài nghiên cứu

2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Nâng cao các chỉ tiêu môi trường của động cơ diesel hiện đại là một bài toán quan trọng, một trong những lời giải cho bài toán này là sử dụng nhiên liệu thay thế Một trongnhững nhiên liệu thay thế triển vọng được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trên thế giới trong những năm gần đây là DME

Hiện nay ở nước ta số lượng xe bus có lắp động cơ diesel D1146 đang lưu hành lớn, cùng với đó lượng khí thải do chúng thải ra môi trường lớn Việc sử dụng nhiên liệu thay thế sạch trên các phương tiện này nhằm giảm ảnh hưởng tiêu cực của khí thải đến môi trường cần được nghiên cứu và ứng dụng, vì vậy việc “ Ứng dụng phần mềm Diesel R-K mô phỏng quá trình phun nhiên liệu ; tính toán các chỉ tiêu môi trường của động cơ D1146 trên xe bus khi sử dụng nhiên liệu thay thế DME "là cấp thiết

3 MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Mục tiêu của đề tài

Mô phỏng quá trình phun nhiên liệu và tính toán các chỉ tiêu môi trường của động

cơ diesel D1146 trên xe bus bằng biện pháp sử dụng DME làm nhiên liệu, trên phần mềmchuyên dụng

3.2 Phương pháp nghiên cứu

Dựa trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết tính toán chu trình công tác của động cơ diesel để xác định các chỉ tiêu môi trường của động cơ diesel khi sử dụng nhiên liệu DO

và DME, so sánh đối chiếu kết quả tính toán và khuyến cáo sử nhiên liệu DME cho động

cơ diesel

4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Nội dung nghiên cứu của đề tài gồm 4 chương:

Chương 1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Chương 2 Cơ sở lý thuyết tính toán các chỉ tiêu môi trường của động cơ DieselChương 3 Tính toán các chỉ tiêu môi trường của động cơ D1146 trên xe bus khi

sử dụng nhiên liệu DME bằng phần mềm Diesel–RK

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 VẤN ĐỀ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG VÀ GIẢM PHÁT THẢI TỪ CÁC PHƯƠNG TIỆN CƠ GIỚI

Vấn đề tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải từ các phương tiện cơ giới đang ngày càng trở nên một vấn đề nóng mang tính toàn cầu Trên thế giới, ô nhiễm môi trường do khí thải đang được nhiều nước quan tâm Các nước Châu Âu là cái nôi của nghành công nghiệp ô tô bởi những phát minh sáng chế đầu tiên về động cơ ra đời từ lục địa này Sự phát triển vượt bậc của thị trường ô tô giai đoạn 1960 – 1970 là bài học về cáichết của 80 người dân New York trong 4 ngày do thời tiết đảo lộn do ô nhiễm không khí buộc Chính phủ của các nước Châu Âu xây dựng một chương trình cắt giảm khí thải xe hơi vào năm 1970 Tuy nhiên phải đến năm 1987 dự luật hoàn chỉnh quy định giá trị nồng độ giới hạn của các loại khí thải mới được thông qua và người ta vẫn gọi là

EURO.O Trải qua hơn 20 năm thêm 6 tiêu chuẩn nữa được ban hành bao gồm EURO.1 (1991) và EURO.2 (1996) , EURO.3 (2001) , EURO.4 (2005) , EURO.5 (2008) và 2013

áp dụng tiêu chuẩn EURO.6 Các tiêu chuẩn EURO được áp dụng cho tất cả các nước liên minh Châu Âu và nhiều nước khác trên thế giới cũng áp dụng hệ thống tiêu chuẩn này

Mỹ cũng là nước có tiêu chuẩn phát thải rất ngặt nghèo,các tiêu chuẩn phát thải khác nhau giữa các bang Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ EPA(Environmental

Perotection Agency) đặt nhiều định mức tiêu chuẩn khác nhau dựa trên tiêu chuẩn của cơ quan môi trường California đứng vị trí đầu tiên với yêu cầu tiêu chuẩn động cơ đạt Tier

2 Bin 5 Theo đó 13 bang khác ở Mỹ sẽ áp dụng tiêu chuẩn này Hiện nay British

Colombia và Quebec áp dụng tiêu chuẩn California trong khi các bang còn lại ở Mỹ và Canada áp dụng tiêu chuẩn EPA – Tier 2 Bin 8

Tại Châu Á, một số nước phát triển như Nhật Bản, Trung Quốc, Hàn Quốc, đưa tiêu chuẩn phát thải từ rất sớm Một số nước đang phát triển gần đây cũng bắt đầu từng bước đưa ra những quy định phát thải riêng Trong đó Việt Nam bắt đầu áp dụng tiêu chuẩn khí thải EURO.2 từ năm 2007

Tại Việt nam, mặc dù vấn đề bảo vệ môi trường được quan tâm muộn hơn so với các nước khác trên thế giới, nhưng thời kỳ phát triển kinh tế của Việt nam từ sau khi giải phóng hoàn toàn miền Nam, thống nhất đất nước (1975) đến nay đã cho thấy sự ảnh hưởng rất lớn của khí thải tới chất lượng không khí và môi trường sống Chính phủ đã đề

ra nhiều biện pháp nhằm quản lý và giảm thiểu các tác hại của khí thải từ các phương tiện

cơ giới Điều này được thể hiện qua các minh chứng sau đây:

Quyết định số 249/2005/QĐ – TTg của Chính phủ về lộ trình áp dụng tiêu chuẩn khí thải đối với phương tiện giao thông cơ giới đường bộ đã được ban hành ngày 10 tháng 10 năm 2005 Theo đó từ ngày 1 tháng 7 năm 2007 tất cả các phương tiện giao thông cơ giới đường bộ mới đều phải đạt tiêu chuẩn khí thải EURO.2 Đối với loại xe cơ giới mà kiểu loại đã được chứng nhận an toàn kỹ thuật và bảo vệ môi trường trước ngày 1

tháng 7 năm 2007 nhưng chưa sản xuất lắp ráp thì thời điểm áp dụng các tiêu chuẩn khí thải EURO.2 được lùi lại sau 1 năm, từ 1 tháng 7 năm 2008.

Do nhiều khó khăn đặc biệt về kinh tế , cũng như công nghệ nên Việt Nam chưa thể áp dụng ngay những tiêu chuẩn ngặt nghèo cho khí thải như các nước phát triển khác.Tuy nhiên đây cũng là bước đi đúng đắn thể hiện sự cố gắng của Việt Nam trong quá trình hội nhập với thế giới

Quy định tiêu chuẩn khí thải của Việt Nam cho các phương tiện giao thông được thể hiện qua các văn bản sau :

- TCVN 7357 : 2003 (tương đương với tiêu chuẩn Châu Âu 97/24/ EC và

2002/51/EC)

- TCVN 7358 : 2003 (tương đương với tiêu chuẩn Châu Âu 97/24/EC)

- TCVN 5667 : 2006 (tương đương với tiêu chuẩn Châu Âu ECE : 49 – 02 hoặc 91/542/EEC)

- TCVN 6785 : 2006 (tương đương với tiêu chuẩn Châu Âu ECE 83 – 03, ECE 83 – 04 hoặc 96/69/EC)

- TCVN 6565 : 2006 (tương đương với tiêu chuẩn Châu Âu ECE 24 – 03 hoặc 72/306/EEC)

Tính đến thời điểm tháng 10 năm 2010 ở nước ta các doanh nghiệp vẫn phải mangsản phẩm sang các nước khác để thử nghiệm do điều kiện thử nghiệm trong nước còn hạnchế Sau thời điểm này trung tâm thử nghiệm khí thải Quốc gia đã được hoàn thành, hệ thống thử nghiệm này được xây dựng dưới sự giám sát ngặt nghèo, bảo dẩm diều kiện về

kĩ thuật để cho kết quả chính xác Hệ thống thiệt bị tại trung tâm có thể thử nghiệm, đánh gia khí thải ở các mức EURO.2, EURO.4 Đây chính là cơ sở để Việt Nam chủ động trong việc kiểm tra công nhận kiểu khí thải động cơ, ô tô và từng bước xây dựng lộ trình kiểm soát khí thải theo các tiêu chuẩn ngặt nghèo hơn

Ngày 1 tháng 9 năm 2011 Thủ tướng Chính phủ đã ban hành quyết định số

49/2011/QĐ – TTg về việc quy định lộ trình áp dụng tiêu chuẩn khí thải đối với ô tô, xe

mô tô 2 bánh sản xuất, lắp ráp và nhập khẩu mới trong đó có các điểm chính sau :

- Các loại xe ô tô sản xuất, lắp ráp và nhập khẩu mới phải áp dụng tiêu chuẩn khí thải mức 4 (tương đương EURO.4) từ ngày 1 tháng 1 năm 2017

- Tiêu chuẩn khí thải mức 5 (tương đương EURO.5) từ ngày 1 tháng 1 năm 2022Tuy nhiên để quyết định này đi vào thực tiễn thì lộ trình tiêu chuẩn về nhiên liệu

sử dụng cho động cơ cũng cần được áp dụng sớm, nhằm đảm bảo cơ sở cho việc thực hiện, kiểm soát phát thải một cách toàn diện và đồng thời bảo vệ được phương tiện do những tác hại của việc sử dụng nhiên liệu không đúng chủng loại gây ra

Bên cạnh các tiêu chuẩn nói trên thì tại Việt Nam vấn đề cải thiện môi trường để giảm thải các chất độc hại cũng được Chính phủ và các ban nghành rất quan tâm như :

Nghiên cứu và sử dụng nhiên liệu sinh học nhằm giảm dần sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và giảm ô nhiễm môi trường.

Ngày 20 tháng 11 năm 2007 Thủ tướng Chính phủ kí quyết định 177/2007/QĐ – TTg phê duyệt Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015 và tầm nhìn đến năm

2020 Hiện nay một số thành phố lớn tại nước ta đã đưa vào sử dụng xăng E5 nhằm giảm thải ô nhiễm môi trường và các chất độc hại do khí thải của các phương tiện gây ra

Ngày 17/6/2010, Thủ tướng chính phủ ra quyết định số 909/2010/QĐ_TTG về việc phê duyệt “Đề án kiểm soát khí thải xe Mô Tô, xe gắn máy tham gia giao thông tại các thành phố” Theo quyết định này: Việc kiểm soát khí thải xe Mô tô, xe gắn máy cần được thực hiện từng bước, có trọng tâm, có trọng điểm , tập trung trước mắt và các đô thị dang bị ô nhiễm không khí trầm trọng, phạm vi thực hiện tại các thành phố loại đặc biệt, loại 1 và loại 2 trên cả nước

- Mục tiêu Giai đoạn 2010-2013: Tuyên truyền, giáo dục ý thức, trách nhiệm thựchiện của các cấp, các ngành của nhân dân

- Phấn đâu 20% số người sử dụng xe Mô tô, xe gắn máy ở Hà Nội và TP.HCM thực hiện kiểm định và bảo dưỡng, sữa chữa xe Mô tô, xe gắn máy đạt tiêu chuản khí thải

- Hình thành mạng lưới cơ sở kiểm định khí thải xe Mô tô, xe gắn máy, ít nhất với

100 cơ sở tại TP.Hà Nội và 100 cơ sở tại TP.HCM

- Đào tạo tập huấn cho ít nhất 500 cán bộ quản lý kỹ thuật viên nhân viên nghiệp

Ngoài ra, các Bộ, ngành và nhất là Bộ GTVT cũng có nhiều các thông tư, văn bản hướng dẫn thực hiện các chỉ thị của Chính phủ

+ Ngày 23/10/1012 : Bộ GTVT đã ra thông tư số 44/2012 TT_BGTVT Quy định

về kiểm tra chất lượng an toàn kỹ thuật và bảo vệ môi trường xe Môtô – gắn máy và động

cơ nhập khẩu sử dụng sản xuất, lắp ráp xe Moto, xe gắn máy

+ Ngày 18/5/1011 Bộ GTVT đã ra thông tư số 41/2011/T_BGTVT về việc sửa đổi 1 số điều thông tư 23/2009 TT_BGTVT ngày 15/10/2009 của Bộ trưởng BGTVT quy định về kiểm tra chất lượng an toàn kỹ thuật vào bảo vệ môi trường xe máy chuyên dùng

1.2 ĐỘNG CƠ DIESEL - NGUỒN ĐỘNG LỰC CHỦ YẾU TRÊN XE BUS

Động cơ diesel là phát minh của Rudolf Diesel, người đã tốt nghiệp Đại học Kỹ thuật ở Munich, Đức Ông đã được cấp bằng sáng chế cho động cơ diesel đầu tiên vào năm 1892 Một trong những điểm khác biệt cơ bản nhất giữa động cơ diesel và động cơ xăng là cơ chế đánh lửa Trong khi động cơ xăng cần có bugi để kích hoạt cháy nổ của hỗn hợp xăng-không khí, thì động cơ diesel không có bộ phận đánh lửa mà phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt, hỗn hợp của không khí và nhiên liệu tự bốc cháy do nén Động cơ xăng nén hòa khí với tỷ số từ 8:1 đến 12:1, trong khi động cơ diesel nén với tỷ

số từ 13:1 đến 25:1 Chính cơ chế tự cháy nổ này khiến động cơ diesel có các ưu điểm vượt trội so với động cơ xăng như: có suất tiêu thụ nhiên liệu thấp hơn, nhiên liệu diesel

rẻ tiền hơn, chi phí bảo dưỡng thấp hơn

Trong những năm gần đây, số lượng phương tiện tăng lên một cách nhanh chóng (hình 1.1) [5] kéo theo sức ép ngày càng lớn đối với môi trường đô thị Tính đến

31/10/2009, số lượng xe máy đã đạt con số 27,234 triệu chiếc, số lượng ô tô đạt

1.092.614 chiếc Ở thời điểm hiện tại, số lượng xe máy theo ước tính đã đạt con số 34 triệu chiếc Phương tiện giao thông tập trung chủ yếu ở các thành phố lớn như Tp.Hồ ChíMinh, Hà Nội (hình 1.2)

Hình 1 1: Số lượng phương tiện theo năm

Hình 1 2: Số lượng xe máy trên 1000 người ở các thành phố lớn năm 2006

Hình 1 3: Số lượng phương tiện đăng ký theo năm ở Tp.Hồ Chí Minh

Theo kết quả báo cáo trên hình 1.3 cho thấy số lượng phương tiện đăng ký và quản

lý ở Tp.Hồ Chí Minh vượt con số 3,1 triệu chiếc (8/2006) chưa kể tới những phương tiện đăng ký ở các tỉnh nhưng lưu hành ở thành phố, trong đó có trên 2,8 triệu xe máy (91%)

và 0,3 triệu ôtô Đây cũng là thành phố chiếm tới 1/4 tổng số phương tiện ở Việt Nam Hà

Nội cũng là một thành phố có tốc độ phát triển số lượng phương tiện giao thông đường

bộ ở mức cao, tốc độ tăng trưởng phương tiện hằng năm là 11% đối với ô tô và 15% đối với xe máy (hình 1.4 và 1.5) Hầu hết các phương tiện giao thông đô thị đều là phương tiện cá nhân Giao thông công cộng ở Tp.Hồ Chí Minh chỉ đáp ứng không quá 5% nhu cầu giao thông Trên 70% dân số sử dụng phương tiện cá nhân, chủ yếu là mô tô, xe máy.Mặc dù số lượng ôtô cá nhân tăng lên rất nhanh trong những năm gần đây, mô tô xe máy vẫn chiếm đa số, ở Tp Hồ Chí Minh, trên 98% hộ gia đình sở hữu 1 hoặc hơn 1 mô tô/xe máy

Hình 1 4: Số lượng ô tô ở Hà Nội theo năm

Hình 1 5: Số lượng xe con, xe máy đăng kí ở Hà Nội theo năm

Ở Hà Nội, số lượng xe máy chiếm trên 87% phương tiện giao thông Xe đạp, loại phương tiện thân thiện với môi trường giảm mạnh Dịch vụ giao thông công cộng ở Hà Nội bao gồm xe buýt, taxi, xe ôm, tuy nhiên tỷ lệ giao thông công cộng chỉ chiếm một phần nhỏ của giao thông đô thị

Phương tiện lưu hành ở Việt Nam bao gồm nhiều loại, có nhiều phương tiện đã cũ,tiêu thụ nhiên liệu lớn, ồn và phát thải độc hại rất cao Thực hiện Nghị định 92/2001/NĐ-

CP ngày 11/12/2001 về điều kiện kinh doanh vận tải bằng ôtô và Nghị định

23/2004/NĐ-CP ngày 13/01/2004 về niên hạn sử dụng ôtô tải và ôtô chở người, số lượng phương tiện quá cũ đã được giảm đi đáng kể Tuy nhiên, chất lượng của phương tiện luôn nhận được

sự quan tâm lớn, đặc biệt là khi tiêu chuẩn khí thải Euro 2 được triển khai áp dụng từ 1/7/2007

Hệ thống giao thông công cộng ở Hà Nội tồn tại ở 2 dạng Một dạng được tổ chức tốt, hoạt động theo tuyến và có khả năng vận chuyển số lượng hành khách lớn Dạng còn lại là những hệ thống định hướng vùng gồm taxi và xe ôm

Hệ thống giao thông công cộng từng được phát triển khá tốt trước thời kỳ đổi mới (trước năm 1986) với phương tiện giao thông công cộng chủ yếu là xe buýt và tàu điện

Từ năm 1989, hệ thống tàu điện được dỡ bỏ, giao thông công cộng giảm mạnh Từ năm

2001, hệ thống giao thông công cộng bằng xe buýt được khôi phục lại và phát triển khá mạnh (hình 1.6)

Hình 1 6: Lượt vận chuyển khách bằng phương tiện công cộng

giai đoạn 1979-2005

Tắc nghẽn giao thông là một trong những vấn đề diễn ra hằng ngày ở các thành phố lớn Tắc nghẽn giao thông làm gia tăng phát thải và tiếng ồn, gây ô nhiễm nặng nề vànhiều hệ lụy khác Ở Hà Nội, diện tích đất dành cho mục đích giao thông ở nội đô chỉ chiếm 7% tổng diện tích của thành phố (ở Tp.Hồ Chí Minh là 13,42%) Ở các nước phát triển, diện tích đất dùng cho mục đích giao thông thường nằm trong dải từ 20 ÷ 25% tổngdiện tích đô thị (chưa kể đến diện tích dành cho giao thông dưới lòng đất) Các nguyên nhân khác gây ra tình trạng trên đó là sự bố trí không hợp lý mạng lưới giao thông, ví dụ như hầu hết mạng lưới giao thông đều tồn tại các điểm giao cắt, đường chật hẹp, không được phân làn và không có kiểm soát các khu dân cư và hoạt động dịch vụ dọc theo các tuyến đường, cũng như sự nhiễu loạn trong các hoạt động xây dựng kết hợp với việc nângcấp cơ sở hạ tầng như bảo trì đường sá, đặt cáp ngầm, hệ thống cấp nước…

Hiện nay, tổng số phương tiện trên các tuyến buýt nội đô Hà Nội là 940 xe hiện đang hoạt động trên 60 tuyến, sức chứa từ 24 đến 80 chỗ (bảng 1.1) Hầu hết phương tiệnhoạt động trên các tuyến là xe từ 45 chỗ trở lên, có 38% xe có sức chứa 80 chỗ và 46%

xe có sức chứa 60 chỗ, chỉ có 3 tuyến chạy xe dưới 30 chỗ với lượng xe chiếm 4% tổng

số xe Các mác xe sử dụng chủ yếu là Daewoo, Transinco, Mercedes, Huyndai, Thaco

Trong tổng số 12 tuyến kế cận (bao gồm các tuyến Hà Tây cũ), có 255 xe hoạt động Phương tiện chủ yếu là xe 40 ÷ 60 chỗ, thiết kế giống xe buýt nội đô, có chỗ đứng cho hành khách

Mạng lưới tuyến phát triển không ngừng, dần dần phủ kín khu vực nội thành và vươn ra những đô thị vệ tinh Năm 2001 toàn mạng có tổng số 31 tuyến, đến nay đã có 60tuyến buýt nội đô Sản lượng vận chuyển hành khách không ngừng tăng lên: từ năm 2001sản lượng khách vận chuyển đạt 15,3 triệu lượt hành khách, đến năm 2007 đạt gần 350 triệu lượt hành khách.

Tổng số phương tiện xe buýt năm 2001 là 262 thì đến năm 2007 tăng lên thành 1.195 xe, chủ yếu là các loại xe có sức chứa trung bình và lớn

Daewoo B60,BS090DL, BS090

Thaco,Transinco,DaewooBS090DL

Bảng 1 1: Số lượng phương tiện hoạt động trên mạng lưới

Phương tiện giao thông vận tải đã và đang đóng góp phần quan trọng vào quá trìnhcông nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước Nhưng mặt trái của nó cũng đang gây ra những tác động xấu đến môi trường, gây nguy hiểm cho sức khỏe con người và làm suy giảm đến chất lượng cuộc sống Hiện này ở các đô thị lớn, phát thải từ các phương tiện tham gia giao thông hiện nay đang là một trong những tác nhân lớn nhất làm ô nhiễm khí hậu Theo đánh giá của các chuyên gia thì ô nhiễm không khí ở các đô thị lớn ở nước ta như

Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh do phương tiện tham gia giao thông gây ra chiếm tỷ lệ khoảng 70%, trong đó hàm lượng phát thải của các động cơ diesel chiếm một tỷ lệ đáng kể

Trong những năm qua, cùng với sự phát triển kinh tế đất nước, nhu cầu đi lại vận chuyển hàng hóa của người dân tăng nhanh dẫn tới các phương tiện giao thông ngày càngphát triển, đặc biệt là phương tiện sử dụng nhiên liệu diesel tăng lên rất nhanh như xe buýt, xe khách, xe tải Số lượng các xe này tập trung hầu hết ở các thành phố lớn tại nước

ta như ở Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh và đặc biệt là những lượng xe buýt tăng lên rất nhanh, loại phương tiện này góp phần không nhỏ vào sự lưu thông hàng hóa, con người trong các khu vực góp phần làm tăng trưởng nền kinh tế của đất nước và làm giảm ách tắc giao thông tại các thành phố lớn nhưng cũng gây ra ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe con người, sinh thái tại các khu đô thị lớn

Theo báo cáo tại hội nghị quốc tế (về phát triển bền vững và an toàn giao thông đường bộ Việt Nam năm 2012) thì cả nước có 54/63 tỉnh thành có loại hình vận tải hành khách công cộng bằng xe buýt với 627 tuyến trong đó có 499 tuyến nội đô, 127 tuyến kế cận với hơn 8000 xe Tại Hà Nội có hơn 1770 xe, thành phố Hồ Chí Minh có 2951 xe Tại Hà Nội lượng xe buýt tính đến thời điểm năm 2014 với 15 doanh nghiệp liên kết trên địa bàn thành phố để vận chuyển hành khách công cộng, hàng hóa lưu thông từ các tỉnh ngoại thành vào thành phố và ngược lại với hành trăm tuyến giao thông, số lượng xe lên tới 1770 xe các loại lưu thông trên địa bàn thành phố Hầu hết các loại xe buýt trên tại địabàn cả Hà Nội và TP Hồ Chí Minh đều dùng động cơ diesel kiểu D1146, D1146TT của các hãng Daewoo, Huyndai…

1.3 DIMETHYL ETHER ( DME ), NHIÊN LIỆU THAY THẾ TRIỂN VỌNG

1.3.1 Các ưu và nhược điểm cơ bản của DME khi sử dụng làm nhiên liệu

So với nhiên liệu diesel truyền thống, DME sử dụng trên động cơ có những ưu, nhược điểm cơ bản như sau:

1.3.1.2 Nhược điểm

+ Nhiệt trị thấp hơn so với nhiên liệu diesel do có chứa ôxy trong phân tử, vì vậy

để đảm bảo công suất động cơ không thay đổi cần cung cấp một lượng nhiên liệu lớn hơ

+ Độ nhớt thấp và tính bôi trơn kém dẫn đến tăng khả năng lọt nhiên liệu, gây mòn

bề mặt của các chi tiết chuyển động trong hệ thống phun nhiên liệu;

+ Mô đun đàn hồi thấp dẫn đến công tiêu hao cho bơm nhiên liệu cao hơn (khoảng10%);

Qua đó có thể thấy DME là nguồn nhiên liệu thay thế có nhiều triển vọng hiện nay, tuy nhiên động cơ cũng cần có những thay đổi phù hợp

1.3.2 Các tính chất lý, hóa của DME

DME có công thức hóa học là CH3-O-CH3 (hình 1.7) là hợp chất hữu cơ không màu, tồn tại ở thể khí dưới áp suất và nhiệt độ môi trường Tương tự như LPG, để tăng lượng năng lượng dự trữ trên đơn vị thể tích bình chứa, DME thường được tồn chứa dướidạng lỏng trong bình có áp suất từ 7 bar đến 10 bar DME ở thể khí có khối lượng riêng lớn hơn không khí nhưng khi ở thể lỏng khối lượng riêng của DME chỉ bằng 2/3 so với nước

Hình 1 7: Cấu trúc phân tử DMEDME có nhiệt độ sôi -25,1oC nên trong điều kiện thường tồn tại dưới dạng khí nhưng có thể hóa lỏng tương đối dễ dàng Áp suất hóa lỏng của DME ở 20oC là 0,5 MPa,còn ở 38oC là 0,6 MPa DME có thể sản xuất chế biến thành một loại khí gas hoá lỏng và

còn được biết dưới tên methoxymethane, oxybismethane, methyl ether, ether gỗ hay DME.

Một số tính chất quan trọng của DME được thể hiện trong (Bảng 3.2)

Tính chất Đơn vị DME DOTrọng lượng phân tử g/mol 46 190Hàm lượng các bon % khối lượng 52,2 87Hàm lượng hydrô % khối lượng 13 12,6Hàm lượng ôxy % khối lượng 34,8 0,004Khối lượng riêng ở trạng thái lỏng kg/m3 668 830

Độ nhớt động học ở trạngthái lỏng cSt < 1 3

Áp suất hơi (tại 298K) kPa 530 < 10

Bảng 1 2: Một số tính chất của DME so với nhiên liệu diesel

1.3.3 Các phương pháp sản xuất DME

Dimethyl ether (DME) không phải là sản phẩm khí sẵn có trong tự nhiên mà là sảnphẩm tổng hợp từ khí tự nhiên, dầu mỏ, than đá hoặc chất hữu cơ vi sinh, than bùn, chất thải lâm nghiệp như cành, ngọn và gốc cây tạp thừa thải trong rừng, nguyên liệu sinh khối, khí thải công nghiệp, dầu nặng phế thải, khí metane tận thu từ các quá trình xử lý chất thải…thông qua quá trình khí hóa

Với các nguồn nguyên liệu ở trên, quy trình chế biến DME có thể thực hiện theo hai phương pháp: tổng hợp gián tiếp qua phản ứng khử nước trong methanol và tổng hợp trực tiếp từ khí tổng hợp

1.3.4 Phương pháp tổng hợp gián tiếp

Theo quy trình này DME được chế biến qua hai bước, trong đó bước thứ nhất là chuyển đổi khí tổng hợp thành methanol, tiếp theo là làm mất nước của methanol với mộtchất xúc tác có tính axit Phản ứng methanol mất nước xảy ra dễ dàng với hầu hết các chất xúc tác ở phạm vi nhiệt độ tương đối thấp từ 250°C - 300°C ở trạng thái khí và không phụ thuộc nhiều vào áp suất Khí tổng hợp có thể được tạo ra qua việc khí hóa các nguồn sinh khối khác nhau, than hoặc tạo ra từ nguồn khí thiên nhiên

Các phản ứng liên quan trong quy trình sản xuất như sau:

+ Tổng hợp methanol

CO + 2H2 → CH3OH, ∆H0rxn = - 90,3kJ mol-1 (1.1) CO2 + 3H2 → CH3OH + H2O, ∆H0rxn = -49,4 KJ mol-1 (1.2)

+ Khử nước trong methanol:

+ Phản ứng dịch chuyển nước-khí :

+ Phản ứng chung toàn bộ:

3H2 + 3CO → CH3OCH3+ CO2, ∆H0rxn = -258,6 KJ mol-1 (1.5)

Trong đó: ∆H0rxn là biến thiên Entanpi của phản ứng hay còn gọi là hiệu ứng nhiệt của phản ứng

1.3.5 Phương pháp tổng hợp trực tiếp

Trong phương pháp này, quá trình tổng hợp methanol và quá trình khử nước được thực hiện kết hợp trong cùng một lò phản ứng tổng hợp DME Phương pháp này tiết kiệmhơn vì không cần các công đoạn tách riêng methanol và chuẩn bị methanol cho phản ứng tổng hợp DME Trước tiên, nguyên liệu (sinh khối, than đá hoặc khí thiên nhiên) được chuyển đổi thành khí tổng hợp Tiếp theo methanol được tổng hợp từ khí tổng hợp (theo các phản ứng 1.1 và 1.2) và chuyển đổi thành DME qua phản ứng methanol mất nước (phản ứng 1.3) một cách liên tục nhờ có các chất xúc tác

Trong tổng hợp trực tiếp DME, một loạt các nguyên liệu thành phần và điều kiện hoạt động có thể được sử dụng Sự hợp thành khí, nguồn từ khí và việc lựa chọn chất xúc tác là các thông số quan trọng của quá trình Điều kiện phản ứng điển hình của tổng hợp trực tiếp DME được giới thiệu trong bảng 1.3