Nghiên cứu chế tạo và đánh giá chất lượng nguyên liệu nhũ tương cho động cơ diezel

MAI NGỌC PHONG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI MAI NGỌC PHONG CƠNG NGHỆ HĨA HỌC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NHIÊN LIỆU NHŨ TƯƠNG CHO ĐỘNG CƠ DIEZEL LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠNG NGHỆ HĨA HỌC 2007 -2009 HÀ NỘI 2009 HÀ NỘI - 2009 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI MAI NGỌC PHONG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NHIÊN LIỆU NHŨ TƯƠNG CHO ĐỘNG CƠ DIEZEL CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ HỮU CƠ - HĨA DẦU LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠNG NGHỆ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN HỮU TRỊNH HÀ NỘI - 2009 Luận văn thạc sĩ khoa học MỤC LỤC Danh mục bảng………………………………………………………………….…6 Danh mục hình…………………………………………………………………… CHƯƠNG ĐẶT VẤN ĐỀ…………………………………………………… 1.1 Tính cấp thiết đề tài…………………………………………………… 1.2 Tình hình nghiên cứu nay……………………………………….… …10 1.2.1 Tình hình nghiên cứu giới…………………………………….10 1.2.2 Tình hình nghiên cứu Việt Nam……………………………….….…11 1.3 Mục tiêu nội dung nghiên cứu đề tài…………………………………….11 1.3.1 Mục tiêu đề tài……………………………………………… …….….11 1.3.2 Nội dung nghiên cứu đề tài………………………………………… 11 CHƯƠNG TỔNG QUAN……………………………………………….…… 12 2.1 Khái quát nhiên liệu nhũ tương ……………………………… ……….12 2.1.1 Khái niệm nhiên liệu nhũ tương………………………………… 12 2.1.2 Quá trình cháy nhiên liệu nhũ tương……………………… ….….… 12 2.1.2.1 Nguyên lý làm việc động diezel……………………….……12 2.1.2.2 Ảnh hưởng nước nhiên liệu đến trình cháy….….14 2.1.3 Quá trình hình thành khí thải động cơ………………….… … 16 2.1.3.1 Độc tố khói khí xả……………………………….…… ….16 2.1.3.2 Cơ chế hình thành khí thải……………………………….….….18 2.1.4 Một số ưu điểm nhược điểm nhiên liệu nhũ tương…….……… .21 2.2 Cơ sở lý thuyết nhũ tương……………………………………… ….… 22 2.2.1 Các khái niệm nhũ tương………………………………….…… …22 2.2.1.1 Khái niệm……………………………………….………….… 22 2.2.1.2 Phân loại nhũ tương……………………………………….… 22 2.2.1.3 Phương pháp nhận biết nhũ tương………………………….….23 2.2.2 Tính chất chung nhũ tương…………………………………… …24 2.2.2.1 Sự hình thành phát triển bề mặt giọt nhũ……………….… 24 2.2.2.2 Kích thước hạt phân bố kích thước hạt……………… 25 2.2.2.3 Độ nhớt nhũ tương……………………….…………… ….25 2.2.2.4 Độ bền nhũ tương…………………………….……………27 Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học 2.2.2.5 Hiện tượng kết tụ lắng đọng nhũ tương…………………… 27 2.2.2.6 Hiện tượng đảo pha nhũ tương……………………………… 29 2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ ổn định nhũ tương…………… … 30 2.2.3.1 Yếu tố điện tích……………………………………….……… 30 2.2.3.2 Yếu tố hình học……………………………………….……… 31 2.2.4 Chất hoạt động bề mặt tiêu chuẩn lựa chọn chất nhũ hóa …… 32 2.2.4.1 Chất hoạt động bề mặt……………………………………… 32 2.2.4.2 Các tiêu chuẩn lựa chọn chất nhũ hóa…………… …….…….36 2.2.5 Các phưong pháp chế tạo nhũ tương………………………………… 39 2.2.5.1 Phương pháp ngưng tụ……………………… ……….… … 39 2.2.5.2 Phương pháp phân tán học……………………………… 39 2.2.5.3 Phương pháp phân tán siêu âm……………………………… 40 2.2.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình chế tạo nhũ tương…………… 41 2.2.6.1 Ảnh hưởng việc chọn chất nhũ hoá…………………….….41 2.2.6.2 Ảnh hưởng nồng độ chất nhũ hoá………………… ….….42 2.2.6.3 Ảnh hưởng thời gian khuấy trộn………………….….……42 2.2.6.4 Ảnh hưởng tốc độ khuấy trộn……………………….….…43 2.2.6.5 Ảnh hưởng thứ tự cho pha vào nhau………………….43 2.2.6.6 Ảnh hưởng tỷ lệ thể tích hai pha……………………… …43 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM….… 44 3.1 Hóa chất dụng cụ……………………………………………….……… 44 3.1.1 Hóa chất……………………………………………………………….44 3.1.2 Dụng cụ …………………………………………………………….…44 3.2 Phương pháp chế tạo nhiên liệu nhũ tương…………………………….….44 3.2.1 Thiết bị quy trình chế tạo ……………………………………….…44 3.2.2 Phương pháp lựa chọn thành phần cho hệ …………………….….45 3.3 Các phương pháp đánh giá chất lượng nhiên liệu nhũ tương………… 46 3.3.1 Thời gian ổn định nhũ tương ……………………………… … 46 3.3.2 Kích thước hạt……………………………………………………… 46 3.3.3 Phương pháp đánh giá theo tiêu nhiên liệu……………….48 3.3.3.1 Trị số xetan ……………………………………………………50 3.3.3.2 Thành phần phân đoạn……………………………….……… 51 3.3.3.3 Độ nhớt động học…………………………………….…… …51 Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học 3.3.3.4 Khối lượng riêng tỷ trọng…………………………….… …52 3.3.3.5 Nhiệt trị……………………………………………………… 53 3.3.3.6 Nhiệt độ chớp cháy cốc kín………………………………….…54 3.3.3.7 Hàm lượng lưu huỳnh tổng………………………….…………54 3.3.4 Hàm lượng khí thải cơng suất động cơ……………………….…….55 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN…………………………………….56 4.1 Nghiên cứu lựa chọn chất nhũ hóa chất tạo nhũ……………………… 56 4.1.1 Chọn chất nhũ hóa……………………………………………… ……56 4.1.2 Chọn chất ổn định nhũ………………………………………… …… 57 4.2 Khảo sát thành phần hỗn hợp……………………………………………….58 4.2.1 Xác định tỷ lệ chất nhũ hóa chất ổn định nhũ………………….… 58 4.2.2 Xác định hàm lượng nước thích hợp………………………………… 60 4.3 Khảo sát thời gian tốc độ khuấy ……………………………………… 67 4.4 Nghiên cứu lựa chọn phụ gia …………………………………………….…68 4.5 Đánh giá chất lượng nhiên liệu nhũ tương……………………….……… 70 4.5.1 Thời gian ổn định………………………………………………………70 4.5.2 Kích thước hạt………………………………………………… ….… 70 4.5.3 Các tiêu chất lượng nhiên liệu nhũ tương ………………… 71 4.5.4 Khảo sát thông số thực tế nhiên liệu nhũ tương……….….… 73 4.5.4.1 Công suất động cơ………………………………………… ….74 4.5.4.2 Lượng tiêu tốn nhiên liệu……………………….…………… 75 4.5.4.3 Hàm lượng NOx……………………………………….……….76 4.5.4.4 Hàm lượng PM………………………………………….…… 77 4.5.4.5 Lượng THC tạo ra………………………………….……….….79 4.5.4.6 Lượng khí CO2 tạo ra………………………….…………… 80 4.5.4.7 Lượng khí CO tạo ra……………………….….…………….….81 4.5.5 Đánh giá hiệu kinh tế nhiên liệu nhũ tương……………………….82 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………… ……………….…83 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………… 84 PHỤ LỤC……………………………………………………… …………….… 88 Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học LỜI CẢM ƠN Trước trình bày luận văn tốt nghiệp cho phép gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Hữu Trịnh, người trực tiếp giao đề tài hướng dẫn giúp đỡ để tơi hồn thành luận văn này; đồng thời xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô giáo Bộ mơn Cơng nghệ Hữu Hóa dầu, Khoa Cơng nghệ Hóa học - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Trung tâm Khoa học An toàn lao động - Viện Nghiên cứu Khoa học kỹ thuật Bảo hộ lao động, gia đình, bạn bè, đồng nghiệp giúp đỡ, động viên suốt thời gian học tập hồn thành luận văn Do cịn hạn chế điều kiện thời gian nên luận văn không tránh khỏi sơ suất, mong góp ý, dẫn Hội đồng chấm luận văn, thầy cô đồng nghiệp Hà Nội, ngày 10 tháng 11 năm 2009 Mai Ngọc Phong Mai Ngọc Phong – Công nghệ Hóa học 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Các số phản ứng giai đoạn hình thành khí NO .18 Bảng 2.2 Thang giá trị HLB ứng dụng chất hoạt động bề mặt 36 Bảng 2.3 Chỉ số HLB số chất hoạt động bề mặt………….………….… 37 Bảng 3.1 Phương pháp thử điều kiện tiêu………………………… ….48 Bảng 4.1 Kết lựa chọn chất nhũ hóa………………………….………………56 Bảng 4.2 Khảo sát chất ổn định nhũ…………………………………………… 58 Bảng 4.3 Giá trị HLB hỗn hợp chất HĐBM phụ thuộc tỷ lệ……….… 60 Bảng 4.4 Khảo sát hàm lượng nước 5% 61 Bảng 4.5 Khảo sát hàm lượng nước 7% 62 Bảng 4.6 Khảo sát hàm lượng nước10% 63 Bảng 4.7 Khảo sát hàm lượng nước 13% .64 Bảng 4.8 Khảo sát hàm lượng nước 15% 65 Bảng 4.9 Mối quan hệ số ngày ổn định lớn với hàm lượng nước………66 Bảng 4.10 Xác định thời gian khấy trộn……………………………………….….67 Bảng 4.11 Xác định hàm lượng biodiezel……………………………………… 69 Bảng 4.12 Nhiệt trị nhiên liệu nhũ tương diesel……………………………….69 Bảng 4.13 Các tiêu chất lượng nhiên liệu nhũ tương nước – diesel…… 71 Bảng 4.14 Công suất động cơ……………………………………………… 74 Bảng 4.15 Lượng tiêu hao nhiên liệu……………………………………… ……75 Bảng 4.16 Lượng khí NOx tạo khí thải…………………………… …….76 Bảng 4.17 Lượng PM tạo khí thải………………………………….…….77 Bảng 4.18 Lượng THC tạo khí thải………………………………… … 79 Bảng 4.19 Lượng khí CO2 tạo khí thải…………………………… …….80 Bảng 4.20 Lượng khí CO tạo khí thải……………………………….… 81 Bảng 4.21 Tính tốn giá thành lít nhiên liệu nhũ tương…………… …………82 Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Ơ nhiễm khí thải động diezel xe bus………………………………9 Hình 1.2 Mẫu nhiên liệu nhũ tương GecamTM……………………………………10 Hình 2.1 Mơ hình giọt nhũ……………………………………………………… 12 Hình 2.2 Mơ hình buồng đốt động diesel…………………………………… 13 Hình 2.3 Mơ hình phá vỡ giọt dầu nước……………………….…………… 14 Hình 2.4 Mơ hình cháy nhiên liệu diezel thơng thường………………………… 15 Hình 2.5 Mơ hình cháy nhiên liệu nhũ tương………………………………….….15 Hình 2.6 Các dạng nhũ tương hai pha………………………………………….…22 Hình 2.7 Nhũ tương ổn định nhờ chất nhũ hố…………………………… ….…24 Hình 2.8 Các trình phá vỡ nhũ tương .28 Hình 2.9 Các loại nhũ tương pha…………………………………… ……… 29 Hình 2.10 Các dạng ổn định nhũ tương………………………….….……… 31 Hình 2.11 Cấu tạo đơn giản phân tử chất nhũ hóa…………….…………32 Hình 2.12 Các dạng chất hoạt động bề mặt…………………………….…………33 Hình 3.1 Máy khuấy đũa ………………………………………………………….44 Hình 3.2 Cánh khuấy… …………………………………………………………44 Hình 3.3 Quy trình chế tạo nhũ tương ………………………………… ……….45 Hình 4.1 Chất nhũ hóa CNHBK02……………………………………… …… 57 Hình 4.2 Chất ổn định nhũ CODBK02…………………………………… …….58 Hình 4.3 Đồ thị khảo sát với hàm lương nước 5% 61 Hình 4.4 Đồ thị khảo sát hàm lượng nước 7% 62 Hình 4.5 Đồ thị khảo sát hàm lượng nước 10% 63 Hình 4.6 Đồ thị khảo sát hàm lượng nước 13% 64 Hình 4.7 Đồ thị khảo sát hàm lượng nước 15% 65 Hình 4.8 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ hàm lượng nước với số ngày ổn định lâu mẫu thí nghiệm………………………… …….66 Hình 4.9 Khảo sát hàm lượng phụ gia………………….………………… …….69 Mai Ngọc Phong – Công nghệ Hóa học 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học Hình 4.10 Ảnh chụp mật độ phấn bố hạt nhũ tương………….………….… ……71 Hình 4.11 Động nghiên cứu AVL 5402……………………….……… ….… 73 Hình 4.12 Đồ thị cơng suất động cơ………………… ……………… …… 74 Hình 4.13 Đồ thị lượng tiêu tốn nhiên liệu…………………….………… …… 75 Hình 4.14 Đồ thị NOx tạo khí thải…………………….………… …… 76 Hình 4.15 Đồ thị lượng PM tạo khí thải………………….………………78 Hình 4.16 Lượng THC khí thải…….……………… ……….………… 79 Hình 4.17 Lượng CO2 tạo khí thải ………………………… ….……… 80 Hình 4.18 Lượng CO tạo khí thải………………………….….………….81 Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học CHƯƠNG ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Tính cấp thiết đề tài Hiện nay, động diezel sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp giao thông vận tải Bên cạnh ưu điểm tỷ số nén cao, khả trì cơng suất điều kiện hoạt động rộng, chi phí để sản xuất nhiên liệu diezel rẻ nhiều so với động xăng,… nhược điểm lớn loại động hàm lượng NOx, CO, PM, muội… khí thải cao Chúng gây nhũng vấn đề nghiêm trọng cho sức khỏe người mơi trường sinh thái Trước tình hình có nhiều điều luật ban hành nhằm giảm tải hàm lượng khí thải sinh động diezel Ví dụ Liên minh Châu Âu ban hành tiêu chuẩn Euro có hiệu lực tháng 10 năm 2005 yêu cầu giảm PM khí thải tới 80%, giảm NOz tới 50% cho đời động diezel so với tiêu chuẩn Euro trước Tiêu chuẩn Euro có hiệu lực vào tháng 10 năm 2008 yêu cầu giảm Hình 1.1 Ô nhiễm khí thải động diezel xe bus PM khí thải tới 92%, giảm NOx tới 43% so với tiêu chuẩn Euro Tiêu chuẩn Euro áp dụng vào năm 2014 tới yêu cầu khắt khe Đối với đời động cũ chưa kịp thay bị đánh thuế nặng dựa hàm lượng khí thải động sinh [15, 20] Ở Mỹ, quan bảo vệ môi trường EPA có ban hành tiêu chuẩn HDE 2007 động diezel phải giảm hàm lượng PM khí thải từ 85 90% cịn NOx phải giảm 25 - 30% [17, 18] Ở Việt Nam mức nhiễm khơng khí thành phố lớn đáng báo động khó khăn mặt kinh tế, kỹ thuật nên Việt Nam áp dụng tiêu chưẩn Euro vào tháng năm 2007 Nhưng thời gian tới, để đáp ứng yêu cầu hội nhập cạnh tranh với Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học 74 4.5.4.1 Công suất động Bảng 4.14 Công suất động Chế độ tải Diezel Nhũ tương (mm3/ct) (Kw) (Kw) 15 1.9 1.8 -5.26 20 3.3 3.2 -3.03 26 4.2 4.1 -2.38 31 4.6 4.6 0.00 36 4.8 4.7 -2.08 So sánh (%) Công suất động Công suất (Kw) Diezel Nhũ tương 0 10 20 30 40 Chế độ tải (mm3/ct) Hình 4.12 Đồ thị cơng suất động Qua đồ thị ta thấy rằng, công suất động tăng dần chế độ tải tăng nhiên liệu diezel thông thường nhiên liệu nhũ tương Tuy nhiên công suất nhiên liệu nhũ tương thấp chút (trung bình giảm 2.55%) so với cơng suất nhiên liệu diezel thơng thường Điều giải thích sau: Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học 75 Theo lý thuyết, công suất động diezel định tỷ số nhiên liệu - khơng khí Khi pha trộn 10% nước vào nhiên liệu diezel để tạo nhiên liệu nhũ tương diezel tương ứng với việc giảm ≈ 10% nhiên liệu diezel tống số nhiên liệu nhũ tương, nghĩa hàm lượng diezel nhiên liệu nhũ tương thấp so với nhiên liệu diezel thông thường Do tỷ số nhiên liệu diezel nhiên liệu nhũ tương thấp nhiên liệu diezel thông thường, dẫn đến công suất động giảm Tuy nhiên giảm khơng đáng kể chấp nhận 4.5.4.2 Lượng tiêu hao nhiên liệu Bảng 4.15 Lượng tiêu hao nhiên liệu Chế độ tải Diezel Nhũ tương (mm3/ct) (Kg/h) (Kg/h) 15 0.7 0.65 -7.14 20 0.91 0.92 1.09 26 1.24 1.19 -4.03 31 1.6 1.5 -6.25 36 1.7 1.67 -1.76 So sánh (%) Tiêu hao nhiên liệu Tiêu hao nhiên liệu (Kg/h) 1.8 1.5 1.2 Diezel 0.9 Nhũ tương 0.6 0.3 0 10 20 30 40 Chế độ tải (mm3/ct) Hình 4.13 Đồ thị lượng tiêu tốn nhiên liệu Mai Ngọc Phong – Công nghệ Hóa học 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học 76 Qua đồ thị Hình 30, ta nhận thấy tiêu hao nhiên liệu tăng tải trọng tăng loại nhiên liệu Do tải trọng tăng công suất động tăng, nên nhiên liệu tiêu hao phải tăng theo Nhưng chạy với nhiên liệu nhũ tương diezel mức tiêu hao nhiên liệu có xu hướng giảm nhẹ so với nhiên liệu diezel thông thương Điều giải thích nhiên liệu nhũ tương cháy triệt để 4.5.4.3 Hàm lượng NOx Bảng 4.16 Lượng khí NOx tạo khí thải Chế độ tải Diezel Nhũ tương (mm3/ct) (ppm) (ppm) 15 1228 1224.5 -0.28 20 680.78 729.335 6.66 26 762.79 717.194 -5.98 31 656.25 585.137 -10.84 36 663.5 529.666 -20.17 So sánh (%) Lượng NOx tạo (ppm) Lượng NOx tạo 1400 1200 1000 Diezel 800 Nhũ tương 600 400 200 0 10 20 30 40 Chế độ tải (mm3/ct) Hình 4.14 Đồ thị NOx tạo khí thải Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học 77 Qua đồ thị ta thấy hàm lượng khí NOx khí thải động giảm dần tương ứng với tải trọng tăng dần loại nhiên liệu Nhưng tải trọng tăng mức độ khí NOx khí thải động chạy nhiên liệu nhũ tương giảm mạnh so với nhiên liệu diezel thông thường đặc biệt chế độ tải cao lượng NOx tạo giảm tới 20% so với nhiên liệu thơng thường Ta giải thích điều sau: Ở chế độ tải thấp trung bình, nhiệt độ khí nitơ oxy tương đối cao, nitơ dễ bị oxy hóa thành NO NO lại bị chuyển hóa thành NO2 ngay, có nghĩa trình động học tạo NOx xảy dễ dàng Do hàm lượng lượng khí NOx lớn Mặc khác có mặt nước, nhiệt độ sôi nước thấp nhiều so với cấu tử khác nhiên liệu diezel nên bay dễ dàng [9] Khi bay hơi, nước phá vỡ sức căng bề mặt giọt dầu bên ngồi Khi phối trộn với khơng khí nén nhiệt độ cao, nước choán chỗ oxy gây nên tượng “thiếu” oxy vài điểm buồng cháy [19] Khi yếu tố động học để tạo khí NOx khơng thuận lợi lượng NOx tạo nhiên liệu nhũ tương giảm so với nhiên liệu diezel 4.5.4.4 Lượng PM tạo (độ mờ khói) Bảng 4.17 Lượng PM tạo khí thải Chế độ tải (mm3/ct) 15 Diezel (ppm) 0.84 Nhũ tương (ppm) 0.33 So sánh (%) 20 0.92 0.45 -51.09 26 4.3 2.59 -39.77 31 8.2 6.22 -24.15 36 9.7 8.53 -12.06 Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009 -60.71 Luận văn thạc sĩ khoa học 78 Lượng PM khí thải (ppm) Lượng PM tạo 12 10 Diezel Nhũ tương 0 10 20 30 40 Chế độ tải (mm3/ct) Hình 4.15 Đồ thị lượng PM tạo khí thải Qua đồ thị ta thấy lượng PM tăng dần với tăng chế độ tải Nguyên nhân chế độ tải tăng lên, nhiên liệu phun vào nhiều hơn, hàm lượng nguyên tố cacbon nhiều nên tạo PM nhiều Tuy nhiên so sánh hai loại nhiên liệu với ta thấy lượng PM tạo nhiên liệu nhũ tương thấp nhiều so với nhiên liệu diezel thông thường, chí có điểm thấp tới 60% Điều dễ dàng giải thích tượng “vi nổ” nhiên liệu nhũ tương Nước có nhiệt độ hóa thấp nên hóa trước, thể tích giản nỡ mạnh, phá vỡ màng dầu bao bọc bên thành giọt nhỏ nhiều Do vậy, nhiên liệu phân tán mịn hơn, diện tích bề mặt tiếp xúc với khơng khí tốt Do tận dụng khơng khí tốt dẫn đến nhiên liệu cháy triệt để tạo khói đen Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học 79 4.5.4.5 Lượng THC tạo Bảng 4.18 Lượng THC tạo khí thải Chế độ tải Diezel Nhũ tương (mm3/ct) (ppm) (ppm) 15 227.966 182.462 -19.96 20 120.781 99.746 -17.42 26 102.789 85.799 -16.53 31 176.247 101.258 -42.55 36 293.495 252.658 -13.91 So sánh (%) Hàm lượng THC tạo (ppm) Lượng THC tạo 350 300 250 Diezel 200 Nhũ tương 150 100 50 0 10 20 30 40 Chế độ tải (mm3/ct) Hình 4.16 Lượng THC khí thải Qua đồ thị Hình 4.16 ta thấy lượng THC (cặn hydrocacbon chưa cháy hết) nhiên liệu nhũ tương thấp nhiều so với nhiên liệu diezel thơng thường trung bình khoảng 22% Lý tương tự giải thích phần trên, có mặt nước phụ gia chứa oxy mà nhiên liệu cháy triệt để nhiên liệu diezel thông thường Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học 80 4.5.4.6 Lượng khí CO2 tạo Bảng 4.19 Lượng khí CO2 tạo khí thải Chế độ tải Diezel Nhũ tương (mm3/ct) (ppm) (ppm) 15 42270.97 47525.20 11.06 20 64180.78 67008.60 4.22 26 81462.79 85593.90 4.83 31 91456.25 95619.60 4.35 36 81563.50 92094.60 11.44 So sánh (%) ` Lượng CO2 tạo (ppm) Lượng CO2 tạo 120000 100000 80000 Diezel 60000 Nhũ tương 40000 20000 0 10 20 30 40 Chế độ tải (mm3/ct) Hình 4.17 Lượng CO2 tạo khí thải Qua đồ thị Hình 4.17 ta thấy lượng CO2 tạo khí thải nhiên liệu nhũ tương tăng lên chút so với nhiên liệu thông thường Nguyên nhân nhiên liệu cháy triệt để bon dạng muội, bon chủ yếu chuyển trạng thái CO2 Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học 81 4.5.4.7 Lượng khí CO tạo Bảng 4.20 Lượng CO tạo khí thải Chế độ tải Diezel Nhũ tương (mm3/ct) (ppm) (ppm) 15 300.25 345.24 13.03 20 320.46 338.86 5.43 26 3062.79 2339.28 -23.62 31 21456.25 20480.04 -4.55 36 31563.50 37117.94 14.96 So sánh (%) Lượng CO tạo Lượng CO tạo (ppm) 40000 35000 30000 Diezel 25000 Nhũ tương 20000 15000 10000 5000 0 10 20 30 40 Chế độ tải (mm3/ct) Hình 4.18 Lượng CO tạo khí thải Ta thấy chế độ tải tăng, lượng CO tạo nhiên liệu diezel thông thường nhiên liệu nhũ tương diezel tăng Nếu tính trung bình lượng CO tạo nhiên liệu nhũ tương không thay đổi so với nhiên liệu diezel thông thường Bên cạnh chế độ tải trung bình lượng CO tạo sử dụng nhiên liệu nhũ tương giảm tới 23.62% so với nhiên liệu diezel thông thường Sỡ dĩ chế độ tải trung bình nhiên liệu nhũ tương cháy triệt Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học 82 để lượng CO chuyển CO2 , CO2 tăng CO giảm theo chế trình bày mục 2.1.3.2 Như sau chạy thử động nhiên liệu nhũ tương nhiên liệu diezel thông thường so sánh hai loại nhiên liệu ta thấy nhiên liệu nhũ tương có tác dụng giảm tiêu hao nhiên liệu giảm đáng kể hàm lượng NOx, hàm lượng khói PM THC Điều có ý nghĩa mặt môi trường tiết kiệm nhiên liệu Tuy nhiên có giảm cơng suất tăng hàm lượng khí CO2, thay đổi nhỏ không ảnh hưởng nhiều so với ưu điểm vượt trội mà nhiên liệu nhũ tương đem lại 4.5.5 Đánh giá hiệu kinh tế nhiên liệu nhũ tương Để đánh giá nhiên liệu nhũ tương mặt kinh tế, chúng tơi lập bảng tính tốn sơ giá thành chế tạo cho lít nhiên liệu nhũ tương (Bảng 4.21) Giá thành tính theo thị trường ngày 9/11/2009 Bảng 4.21 Tính tốn giá thành lít nhiên liệu nhũ tương Số Hóa chất TT Đơn Hàm Giá đơn vị Thành tiền vị tính lượng (VNĐ) (VNĐ) Dầu diezel L 0.8426 13,500 11,375 Chất nhũ hóa CNHBK02 L 0.034 55,000 1,870 Chất ổn định CODBK02 L 0.0034 30,000 102 Biodiezel L 0.02 14,800 296 Nước L 0,1 0 Cộng: 13,643 Từ số liệu Bảng 4.21 ta thấy nhiên liệu nhũ tương chế tạo có giá cao khơng đáng kể so với nhiên liệu diezel thông thường (cao khoảng 1%) thành phần nguyên liệu chế tạo giảm sử dụng khoảng 16% diezel Điều có ý nghĩa việc tiết kiệm nguồn nguyên liệu hóa thạch ngày cạn kiệt dần Mai Ngọc Phong – Công nghệ Hóa học 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học 83 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Qua trình nghiên cứu, thực nghiệm kết đo được, rút kết luận sau: Đã nghiên cứu chế tạo nhiên liệu nhũ tương diezel với chất nhũ hóa chất ổn định phù hợp Thành phần hỗn hợp sau: - Nhiên liệu diezel : 84,26% - Hàm lượng nước tối ưu : 10% - Chất nhũ hóa CNHBK02 : 3,4%; Chất ổn định nhũ CODBK02 : 0.34% - Phụ gia biodiezel : 2% Chế độ công nghệ tối ưu sau: - Sử dụng máy khuấy đũa cánh khuấy dạng tuốcbin - Thời gian khuấy trộn phút nhiệt độ phòng - Tốc độ khuấy 2500 vòng/phút Thời gian ổn định tốt nhũ tương là: 28 ngày Đã khảo sát nhiên liệu tạo động thử nghiệm khẳng định: - Giảm hàm lượng NOx lên tới 21% - Hàm lượng khói trung bình giảm 37,56% - Hàm lượng cặn hydrocacbon trung bình giảm 22% - Tiêu hao nhiên liệu trung bình giảm 3,62% - Cơng suất động có giảm 2,55% Như nhiên liệu nhũ tương chế tạo có tác động tốt mặt môi trường cụ thể làm cho hàm lượng khói, cặn hydrocacbon NOx giảm đáng kể đồng thời tiết kiệm nhiên liệu Nhiên liệu dễ chế tạo, chất ổn định nhũ chiếm tỉ lệ nhỏ, rẻ tiền có bán phổ biến thị trường Việt Nam Chính mà loại nhiên liệu có khả ứng dụng thực tế Việt Nam cao Tuy nhiên đề tài cần có thời gian nghiên cứu dài quy mô để tăng thêm thời gian ổn định nhũ tương cần phải nghiên cứu đánh giá cách xác loại nhiên liệu nhũ tương tới động Mai Ngọc Phong – Công nghệ Hóa học 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Đinh Thị Ngọ (2008), Hóa học dầu mỏ khí, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Đinh Thị Ngọ, Nguyễn Khánh Diệu Hồng (2007), Các trình xử lý để sản xuất nhiên liệu sạch, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Hữu Phú (1995), Giáo trình hố lý hố keo, Nhà xuất Khoa Đại học chức Bách Khoa, Hà Nội Kiều Đình Kiểm (2002), Các sản phẩm dầu mỏ hóa dầu, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Lê Viết Lượng (2000), Lý thuyết động diesel, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội Hồ Văn Nho (2002), Nghiên cứu chế tạo nhũ tương nghịch cho dung dịch muối amoni nitrat, Luận văn thạc sĩ khoa học Cơng nghệ Hóa học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội Nguyễn Ngần (2006), Nghiên cứu ảnh hưởng pha dầu công nghệ chế tạo nhũ tương nghịch, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội Nguyễn Thị Kim Liên (1999), Nghiên cứu chế tạo nhũ tương bitum, Luận văn tốt nghiệp cao học, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội Đặng Chinh Hải (2005), Nghiên cứu động học trình hệ nhũ tương dầu/nước, Luận văn thạc sĩ khoa học, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội 10 Hoàng Tuấn Bằng (1999), Nghiên cứu cấu trúc tập hợp giọt nhũ tương dầu/nước phương pháp phân chia, Luận văn tốt nghiệp cao học, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học 85 11 Bùi Văn Ga, Trần Văn Tế, Trần Văn Nam (1995), “Sự hình thành NOx buồng cháy động đốt trong”, Tạp Chí Giao Thơng Vận Tải (số 5) 12 Bùi Văn Ga, Trần Văn Tế (1996), “Bồ hóng khí xả động diesel”, Tạp Chí Giao Thơng Vận Tải (Số 3) Tiếng Anh 13 Alan C.Lloyd and Thomas A.Cackette, “Diesel engines: Environmental Impact and Control”, Air & Waste Management Association.51, pp 809-847 14 K J Lissant (1974), Emulsion and Emulsion Technology, Vol 1&2, New York 15 Workshop (2004), Workshop on review and assessment of European air pollution policies, Report The Swedish ASTA programme and The Nordic Council of Ministers, Goteborg 16 IAPHT Tool Box (2007), Clean Technologies and more, Improving Air Quality While Promoting Business Development 17 EPA draft technical report (2002), Impacts of Lubrizol’s PuriNOx water/ diesel emulsion on exhaust emission from heavy-duty engine 18 California EPA (2004), Multi-media assessment of Lubrizol’s PuriNOx water/diesel emulsion 19 C Alan Canfield (1999), Effect of water-diesel emulsion combustion on diesel engine NOx emissions, Master Thesis, University of Florida 20 Lucy Sadler (2003), The air quality impact of water- diesel emulsion fuel (WDE) and Selective Catalytic Reduction (SCR) technology, Mayor of London 21 L.Bruce Hill (2005), Diesel Engine:Emission controls and retrofits, Clean Air Task Force Mai Ngọc Phong – Công nghệ Hóa học 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học 86 22 C Alan Canfield (1999), Effect of water-diesel emulsion combustion on diesel engine NOx emissions, Master Thesis, University of Florida 23 Alex Spataru (2003), “Emulsifed Fuels in Western Europe- An Overview”, ARB/CEC Alternative Fuel Symposium, The ADEPT Group 24 Eric Hutchingame (2006), “Reducing Exhaust Emissions with an on demand system for water in fuel emulsification”, Sea to sky pollution Sollution Corporation 25 APJ Abdul Kalam, Oil & water: The perfect mix, Celeste Tech 26 O.Armas, R.Ballesteros,F.J.Martos,J.R Agudelo (2004), “Characterization of light dutyDiesel engine pollutant emissions using water- emulsified fuel”, Sciencedirect.com 27 Anna lif, Krister Holmberg (2006), “Water-in-diesel emulsions and related sytems”, Advances in colloid and Interface Science (123-126, 231239) Sweden 28 Cornet, W.E Nero (1955), “Emulsified Fuels in Compression Ignition Engines”, Ind Eng Chem.47 (10), pp 2133-2141 29 M.A.A Nazha, R J Crookes (1984), ”Effect of water content on pollutant formation in a burning spray of water-in-diesel fuel emulsion”, Twentieth Symposium (International) on Combustion,The Combustion Institute, pp 2001-2010 30 A Alahmer, J Yamin, A Sakhrieh, M A Hamdan (2009), Engine Performance using emulsified diesel fuel, Department of Mechanical Engineering, Jordan University, Amman 11942, Jordan 31 Ron Matthews, Matt hall, Jolanda Prozzi (2002), Emulsified Diesel Emission Testing, Performance Evaluation, and Operational Assessment, Center for Transportation Research, The University of Texas at Austin Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học 87 32 Kweonha Park, Inseok Kwak (2004), “The Effect of Water Emulsified Fuel on a Motorway-Bus Diesel Engine”, KSME International Journal, Vol 18 No 11, pp 2049-2057 33 M Nadeem et al (2006), “Diesel engine performance and emission evaluation using emulsified fuels stabilized by conventional and Gemini surfactants”, Fuel 85, pp.2111-2119 34 Y Lin, K.-H Wang (2004), “Effects of an oxygenated additive on the emulsification characteristics of two-and three-phase diesel emulsions”, Fuel 83, pp 507-515 35 Ullmann’s Encyclopedia of industrial chemistry ( 2007) 36 Fernado Lean-Calderon, Ve’ronique Schmitt, Je’rôme Bibette (2007), Emulsion Science - Basic Principles, Springer 37 C –Y Lin, K.-H Wang (2003), “The fuel properties of three-phase as an alternative fuel for diesel engine”, Fuel 82, pp 1367-1375 38 C –Y Lin, K.-H Wang (2004), “Diesel engine performance and emission characteristics using three-phase emulsions as fuel”, Fuel 83, pp 537545 Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009 Luận văn thạc sĩ khoa học 88 PHỤ LỤC Một số hình ảnh nhiên liệu nhũ tương Mẫu nhũ tương thời gian ổn đinh Mẫu nhũ tương bị phân lớp Mai Ngọc Phong – Cơng nghệ Hóa học 2007-2009 ... tài “ Nghiên cứu chế tạo đánh giá chất lượng nhiên liệu nhũ tương cho động diezel “đã thực 1.2 Tình hình nghiên cứu 1.2.1 Tình hình nghiên cứu giới Trên giới việc đưa nước vào nhiên liệu diezel. ..BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI MAI NGỌC PHONG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NHIÊN LIỆU NHŨ TƯƠNG CHO ĐỘNG CƠ DIEZEL CHUYÊN NGÀNH:... - Đánh giá chất lượng nhiên liệu nhũ tương tạo thành 1.3.2 Nội dung nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu lựa chọn chất nhũ hóa chất ổn định nhũ - Khảo sát thành phần hỗn hợp tạo nhũ; nghiên cứu lựa