NLSH được sử dụng trong lĩnh vực giao thông bao gồm các loại dầu thực vật sạch, ethanol, diesel sinh học, dimetyl ether (DME), ethyl tertiary butyl ether (ETBE) và các sản phẩm từ chún[r]
(1)Tă”ng tttt ff
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
BÀI GIẢNG
Nhiên liệu nguồn lượng cho ô tô
Đối tượng: Cao học
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực
Giảng viên: TS Đào Chí Cường
(2)CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU VÀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG CHO Ô TÔ
1.1 Nhiên liệu truyền thống nhiên liệu thay 1.1.1 Nguồn lượng tình trạng lượng 1.1.1 Nguồn lượng
Năng lượng có vai trị quan trọng phát triển kinh tế - xã hội An ninh quốc gia, an ninh kinh tế gắn liền với an ninh lượng quốc gia Vì sách phát triển kinh tế, xã hội bền vững, sách lượng nên đặt lên hàng đầu
Theo số liệu thống kê Viện Chiến lược Phát triển giao thông vận tải TDSI) Bộ GTVT, hoạt động GTVT nước ta tiêu thụ lượng lượng lớn, chiếm 30% tổng nhu cầu lượng quốc gia chiếm 60% tổng nhiên liệu tiêu thụ Năng lượng hoạt động lĩnh vực GTVT tăng 10% năm vòng 10 năm qua, đó, chủ yếu vận tải đường với khoảng 68% tổng lượng nhiên liệu ngành; 90% nhiên liệu cho GTVT xăng dầu diesel, sử dụng 0,3% nhiên liệu
Hiện nay, lượng từ nguồn nhiên liệu truyền thống xăng, dầu, lượng từ nguồn nhiên liệu thay quan tâm Nhiên liệu thay dùng cho động đốt phân thành hai nhóm có tính chất tương đương:
Nhóm nhiên liệu dùng cho động cháy nén gồm dầu thực vật (vegetable -oil), diesel sinh học (bio-diesel), dầu thực vật/mỡ động vật hyđrơ hóa (HVO), Dimethyl ether (DME) FT diesel có nguồn gốc sinh khối (BTL), than đá (CTL) khí (GTL)
- Nhóm nhiên liệu dùng cho động đánh lửa cưỡng gồm cồn (ethanol, methanol, butanol propanol), khí thiên nhiên (CNG, LNG), khí hóa lỏng (LPG), hyđrơ khí giàu hyđrơ HHO, syngas
Song song với việc khai thác nguồn lượng từ loại nhiên liệu nói trên, nhà khoa học tìm kiếm nguồn lượng cho lĩnh vực giao thơng vận tải, nguồn lượng mặt trời, pin nhiên liệu….Nguồn lượng đem lại rất nhiều hy vọng vấn đề khắc phục tình trạng cạn kiệt nguồn nhiên liệu truyền thống góp phần giảm nhiễm mơi trường
1.1.1.2 Tình trạng nguồn lượng 1 Nguồn nhiên liệu hóa thạch
(3)trong chiến tranh Mãi đến kỷ 19 người ta bắt đầu khai thác dầu theo mơ hình cơng nghiệp, x́t phát từ việc tìm kiếm chất đốt cho đèn dầu cá voi đắt tiền người giàu có khả dùng nến làm mỡ lại có mùi khó ngửi Vì thế kỷ thứ 19 số nhà khoa học phát triển nhiều phương pháp để khai thác dầu cách thương mại Năm 1852 nhà bác sĩ địa chất người Canada tên Abraham Gessner đăng ký sáng chế sản xuất chất đốt rẻ tiền đốt tương đối Năm 1855 nhà hóa học người Mỹ Benjamin Silliman đề nghị dùng axit sunfuric làm dầu mỏ dùng để làm chất đốt
Người ta bắt đầu tìm mỏ dầu lớn Những khoan dầu tiến hành thời gian từ1857 đến 1859 Lần khoan dầu diễn Wietze, Đức, khoan dầu toàn giới biết đến Edwin L Drake vào ngày 27 tháng năm 1859 Oil Creek, Pennsylvania Drake khoan dầu theo lời yêu cầu nhà công nghiệp người Mỹ George H Bissel tìm thấy mỏ dầu lớn độ sâu 21,2 m
Dầu mỏ nhiên liệu quan trọng nhất xã hội đại dùng để sản xuất điện nhiên liệu tất phương tiện giao thông vận tải Hơn nữa, dầu sử dụng công nghiệp hóa dầu để sản xuất chất dẻo (plastic) nhiều sản phẩm khác Vì dầu thường ví "vàng đen"
Tùy theo nguồn tính toán, trữ lượng dầu mỏ giới nằm khoảng từ 1.148 tỉ thùng (barrel) (theo BP Statistical Review 2004) đến 1.260 tỉ thùng (theo Oeldorado 2004 ExxonMobil) Trữ lượng dầu mỏ tìm thấy có khả khai thác mang lại hiệu kinh tế với kỹ thuật tăng lên năm gần đạt mức cao nhất vào năm 2003
Dự đoán trữ lượng dầu mỏ đủ dùng cho 50 năm Năm 2011 trữ lượng dầu mỏ nhiều nhất Hoa Kỳ (2855 tỷ thùng), Ả Rập Saudi (262,6 tỉ thùng), Venezuela (211,2 tỉ thùng), Canada (175,2 tì thùng), Iran (137 tỉ thùng), Iraq (115,0 tỉ thùng), Kuwait, Các Tiểu Vương quốc Ả Rập Thống nhất, Nga, Libya, Nigeria [2] Nước khai thác dầu nhiều nhất giới năm
2003 Ả Rập Saudi (496,8 triệu tấn), Nga (420 triệu tấn), Mỹ (349,4 triệu tấn), Mexico (187,8 triệu tấn) Iran (181,7 triệu tấn) Việt Nam xếp vào nước xuất dầu mỏ từ năm 1991 sản lượng xuất vài ba triệu tấn Đến nay, sản lượng dầu khí khai thác xuất hàng năm đạt vào khoảng 20 triệu tấn/năm
(4)2 Nguồn nhiên liệu thay thế
a Khí dầu mỏ hoá lỏng (LPG)
Năm 2010, tổng lượng LPG sản xuất toàn giới đạt đến 249 triệu tấn, chủ yếu tập trung khu vực Trung Đơng, nơi có trữ lượng dầu khí đốt lớn nhất giới Khu vực châu Á - Thái Bình Dương có tốc độ tăng trưởng nhanh, khoảng 4,6% Từ năm 2010 đến nay, sản lượng LPG quốc gia châu Mỹ gần không thay đổi, nhiên châu Phi bắt đầu cung cấp lượng nhỏ LPG vào chuỗi giá trị toàn cầu
Khí hố lỏng LPG sử dụng nhiều lĩnh vực cho phương tiện GTVT, công nghiệp, trồng trọt dân dụng Theo số liệu năm 2010, 47% LPG sử dụng để phục vụ cho nhu cầu nấu nướng sưởi ấm, 8,1% LPG sử dụng cho lĩnh vực GTVT Hiện nay, số quốc gia sử dụng LPG làm nhiên liệu cho phương tiện xe buýt, xe taxi Ở Nhật, khoảng 90% taxi sử dụng LPG, Mỹ 20-30% phương tiện sử dụng nhiên liệu Hàn Quốc nước tiêu thụ nhiều LPG nhất giới, có khoảng 1,7 triệu xe sử dụng LPG Hiện nay, tất xe taxi Hongkong sử dụng LPG, phần ba tổng số xe hãng Ford sản xuất Úc xe sử dụng LPG Nhu cầu sử dụng LPG ngày tăng cao, năm 2010 khoảng 250 triệu tấn, tăng 50 triệu tấn so với năm 2000
b Khí thiên nhiên NG CNG
CNG khí thiên nhiên nén, thành phần chủ yếu CH4 - metane (chiếm 85%- 95%) lấy từ mỏ khí thiên nhiên, mỏ dầu (khí đồng hành) khí nhà máy (thu trình sản xuất nhà máy lọc dầu) qua xử lý nén áp suất cao (200 đến 250 bar)
Theo thống kê, nay, giới trữ lượng khí thiên nhiên vào khoảng: 177 - 182 nghìn tỉ m³, sản lượng khai thác khoảng 2,957 nghìn tỉ m³/năm, vậy, sau 60 năm khí thiên nhiên bị cạn kiệt
Năm 2010, lượng khí thiên nhiên khai thác toàn giới đạt 3.193,3 tỷ m3,
tăng 7,3% so với năm 2009 Cụ thể, Nga tăng 11,6%; Mỹ tăng 4,7%; Qatar tăng 30,7% Nga quốc gia có trữ lượng khí thiên nhiên lớn nhất giới (khoảng 44.800 tỷ m3), Iran với 29.600 tỷ, Qatar 25.300 tỷ m3 Tuy nhiên, Mỹ nước sản xuất giới, khoảng 611 tỷ m3/năm, sản lượng Nga 588,9 tỷ m3; Canada 159,8 tỷ m3; Iran 138 Qatar 116,7 tỷ m3 Trong tổng lượng khí thiên nhiên sản xuất năm 2010 toàn giới, nước thuộc tổ chức hợp tác phát triển kinh tế (OECD) chiếm 1.159,8 tỷ m3; quốc gia tổ chức
chiếm 2.033,5 tỷ m3, châu Âu chiếm lượng rất nhỏ, khoảng 174,9 tỷ m3
(5)tiêu thụ khí thiên nhiên rất nhanh, 10,7%, Ấn Độ tăng tới 21,5% Năm 2010, Mỹ nước tiêu thụ hết 683,4 tỷ m3 (chiếm khoảng 21,7%), nhiều nhất giới; Nga nước đứng thứ hai với 414,1 tỷ m3
(khoảng 13%), Iran Trung Quốc vị trí với 136,9 109 tỷ m3 Tổng lượng khí thiên nhiên tiêu thụ năm 2010 giới 3.169 tỷ m3, quốc gia thuộc tổ chức OECD sử dụng 1.546,2 tỷ m3, tương đương 48,9%
c Cồn ethanol methanol
Hiện nay, giới có khoảng 50 nước tiến hành nghiên cứu sản xuất đưa vào sử dụng nhiên liệu sinh học (NLSH) NLSH sử dụng lĩnh vực giao thông bao gồm loại dầu thực vật sạch, ethanol, diesel sinh học, dimetyl ether (DME), ethyl tertiary butyl ether (ETBE) sản phẩm từ chúng Các thống kê giới cho thấy: Năm 2003 sản xuất 38 tỷ lít ethanol, năm 2006 50 tỷ lít ethanol (75% số dùng làm nhiên liệu) theo dự kiến năm 2012 khoảng 80 tỷ lít ethanol đời Cịn với nhiên liệu biodiesel, năm 2005 có triệu tấn diesel sinh học (B100) xuất xưởng, năm 2010 lên đến 20 triệu tấn
Năm 2006 tổng số nhiên liệu sinh học sử dụng 13%, 0,3% nhiên liệu sinh học dùng làm nhiên liệu cho phương tiện giao thông Từ năm 2000 đến 2007 sản lượng nhiên liệu sinh học sản xuất tăng từ 17 tỷ lít lên 52 tỷ lít cung cấp đến 1,8% nhiên liệu cho phương tiện giới
Mỹ Brazil hai quốc gia có sản lượng ethanol lớn nhất giới, chiếm khoảng 86% toàn lượng ethanol sản xuất toàn cầu Nguyên liệu để sản x́t ethanol Mỹ ngơ, Brazil, mía nguồn cung cấp Năm 1995, Mỹ sản xuất tổng cộng 6,5 tỷ lít methanol (1,7 triệu gallon), đứng thứ 21 chất hoá học sử dụng nhiều nhất Hiện nay, Trung Quốc nước sản xuất methanol lớn nhất giới (chủ yếu từ than đá) Năm 2010, sản lượng methanol Trung Quốc đạt đến 48,24 tỷ lít dự kiến tăng lên 62,8 tỷ lít vào năm 2015
Những năm thập niên 30, methanol sử dụng thay cho xăng động hiệu suất cao đua Grand Prix, thập niên sau, methanol sử dụng đua xe Indianapolis 500 Hiện tại, Trung Quốc nước tiêu thụ nhiều methanol nhất giới, 28,5 tỷ lít năm 2010, tương đương 40% lượng methanol tiêu thụ tồn cầu Trong khoảng 8,8 tỷ lít phục vụ cho lĩnh vực GTVT Ở Mỹ có khoảng 21 nghìn phương tiện linh hoạt sử dụng nhiên liệu M85
d Dầu thực vật bio-diesel
(6)nành khoảng 28%, dầu cải dầu 15% dầu hướng dương 9% Trung bình hàng năm, sản lượng dầu cọ tăng 8,1%, dầu đậu nành tăng 5,7%, dầu cải dầu tăng 4,8% tất nguồn nguyên liệu, sản lượng dầu thực vật tăng 5,2% năm Dầu cọ tập trung chủ yếu Malaysia Indonesia, chiếm khoảng 80-85% sản lượng giới Dầu đậu nành quốc gia châu Mỹ Mỹ, Brazil Argentina, Mỹ chiếm khoảng 30-40%, Brazil, 20-40% Argentina, 15-25% sản lượng dầu đậu nành giới Trung Quốc lên nước có tiềm lớn dầu thực vật sản xuất từ đậu nành Dầu từ hạt cải dầu sản xuất chủ yếu châu Âu, Trung Quốc, Ấn Độ Canada
Dầu thực vật chủ yếu sử dụng hai dạng chính: làm dầu ăn làm nhiên liệu cho động Đến năm 2008, tỷ lệ dầu thực vật sử dụng việc chế biến thực phẩm chiếm khoảng 80%, đến phục vụ cho công nghiệp sản xuất bio-diesel Tổng lượng dầu thực vật tiêu thụ cho lĩnh vực năm 2008 khoảng 137 tỷ lít Năm 2010, tăng lên tới 160 tỷ lít
Năm 2005, bio-diesel sản xuất chủ yếu châu Âu (Đức Pháp), chiếm khoảng 80% sản lượng giới Tuy nhiên, năm gần đây, Nam Mỹ - cụ thể Brazil, Argentina, Colombia châu Á dần mở rộng quy mơ sản x́t Theo số liệu năm 2010, có khoảng 17,61 tỷ lít bio-diesel sản x́t tồn giới, tập trung chủ yếu châu Âu với khoảng 9,2 tỷ lít, chủ yếu sản xuất từ dầu thực vật
(7)Hình 1.1a thể tỷ trọng bio-diesel tiêu thụ theo khu vực năm 2010 Phần lớn bio-diesel tiêu thụ châu Âu Trong Đức nước đầu sản xuất lẫn tiêu thụ Nước Đức có sách khuyến khích sử dụng hồn tồn bio-diesel (B100) Hiện châu Âu có kế hoạch nâng cao lượng nhiên liệu tái tạo nhiên liệu sử dụng cho phương tiện GTVT lên 10% năm 2020, nên kể từ năm 2006-2007, châu Âu bắt đầu phải nhập nguồn nguyên liệu từ bên ngoài, chủ yếu từ Mỹ, quốc gia Nam Mỹ châu Á Theo thống kê, giới tiêu thụ hết khoảng 16,31 tỷ lít bio-diesel năm 2010, tập trung chủ yếu khu vực Tây Âu với khoảng 66,3% (hình 1.1b)
e Hyđrơ
Theo số liệu năm 2008, trung bình hàng năm tổng lượng hyđrơ sản xuất vào khoảng 45 triệu tấn, khoảng 40% lượng hyđrơ sản x́t từ khí thiên nhiên, 30% từ dầu thơ sản phẩm hố dầu, 18% từ than đá, 4% từ trình điện phân nước 1% từ sinh khối
Hiện nay, 40% hyđrơ sử dụng ngành cơng nghiệp hố chất, 40% dùng phịng thí nghiệm lọc hố dầu, 20% dùng lĩnh vực khác Trong 20% đó, hyđrơ chủ yếu sử dụng trạm phát điện pin nhiên liệu phương tiện GTVT Nước Mỹ năm sản xuất khoảng 11 triệu tấn hyđrô, đủ cung cấp cho khoảng 20-30 triệu xe (sử dụng 700-1000 gallon lượng tương đương/xe/năm) Để sản x́t 11 triệu tấn hyđrơ phải tiêu thụ hết 5% lượng khí thiên nhiên nước Mỹ thải 77 triệu tấn CO2
g) Dimethyl Ether (DME)
Hiện nay, DME chủ yếu sản xuất quy mô nhỏ giá thành sản xuất cao Trung Quốc nước có sản lượng methanol lớn, nên rất thuận tiện có tiềm cho trình điều chế DME Một số quốc gia khác bắt đầu nghiên cứu sản xuất DME Indonesia, Nhật Bản, Thuỵ Điển, Iran Ấn Độ Năm 2010, Ai Cập bắt đầu có dự án phát triển DME Tại Trung Quốc, năm 2008, sản lượng DME vào khoảng 7,6 tỷ lít nhờ có thêm số dự án tập đoàn Heibei Kaiyue (1,5 tỷ lít); Henan Yima Coal Hubei Biocause Pharmaceutical (cùng 300 triệu lít), khoảng 80% DME sản xuất từ than đá
Lượng DME sử dụng toàn giới vào khoảng 38-50 tỷ lít/năm, chủ yếu cho lĩnh vực cơng nghiệp
1.1.2 Nhiên liệu Xăng
(8)1.1.2.1 Công dụng nhiên liệu xăng
Tác dụng xăng dùng ôtô tạo thành hỗn hợp nhiện liệu phù hợp
khi ho trộn khơng khí, đ-ợc hút xilanh bị đốt cháy sinh công làm quay động
1.1.2.2 Thành phần xăng
Xng l mt nhiên liệu đ-ợc tạo thành qúa trình tr-ng cất dầu mỏ thành phần xăng gốc dầu mỏ dễ bay Ngoài để cải thiện tính chất xăng ng-ời ta cho vào xăng số chất phụ gia Ngoài thành phần gốc đầu mỏ xăng chứa l-ợng tạp chất định nguyên nhân khác tạo thành
1.1.2.2.1 Thành phần gốc dầu mỏ xăng
Tuỳ thuộc vào công nghệ ch-ng cất mà xăng th-ơng phẩm tạo có thành phần chất l-ợng khác nhau, nh-ng thành phần gốc dầu mỏ chủ yếu tất loại xăng gồm c¸c nhãm sau:
- Nhãm gèc Ankal chiếm chủ yếu chất nh-:
Heptan (C7H16)
Octan n - octan: CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 Izo – octan: CH3 - C(CH3)2 - CH2 - CH(CH3 ) - CH3
- Nhãm gèc Anken nh-:
n - octen: CH3 - CH2 - CH2 - CH = CH - CH2 - CH2 - CH3 Izo – octen: CH3 - C(CH3)2 - CH=CH(CH3 ) - CH3
- Các Hydrocacbon gốc thơm chứa thành phần nhỏ, dễ bị ôxy hoá, tạo cặn
Metybenzen Ankynbenzen
- Ngoài số hàm l-ợng nhỏ nhiều hợp chất khác
1.1.2.2.2 Thành phần chất phụ gia dùng xăng
Chất phụ gia đ-ợc đ-a vào xăng nhằm nâng cao trị số octan, chống bốc cháy bề
mặt, tắc nghÏn bugi, chèng t¹o keo, chèng gØ, chèng l¹nh bé chế hoà khí , chống tạo thành chất lắng cặn cưa n¹p…
Trong hầu hết tr-ờng hợp hợp chất hoá học đáp ứng -c mt
các chức
1 ChÊt phơ gia chèng kÝch nỉ
Hợp chất chống kích nổ đ-ợc dùng để chống xăng kích nổ động đốt cháy
bằng bugi Lý t-ởng xăng cháy êm hoàn toàn buồng đốt động Tuy nhiên, xăng đ-ợc cấu tạo hàng trăm gốc Hydrocabon khác nên vài gốc Hydrocacbon phản ứng dội bị nén nung nóng với có mặt khơng khí
CH3
(9)Sau bốc cháy phần tr-ớc bốc cháy lan rộng buồng đốt nén làm nóng hỗn hợp khơng khí, nhiên liệu phía tr-ớc đốt cháy thành phần Hydrocabon cịn lại tạo sóng va đập với tần số cao gây tiếng ồn gọi tiếng gõ Ngoài việc tạo tiếng ồn, động bị gõ tạo công suất thấp tiết kiệm nhiên liệu
Những yếu tố định đến tiếng gõ:
Có tiếng gõ động hay khơng hai yếu tố định: Chất l-ợng chống kích nổ (chỉ số octan) xăng số octan mà động yêu cầu
Chỉ số octan cao đạt đ-ợc theo hai cách:
a Do trình tinh luyện: Chẳng hạn thay đổi chất xúc tác để chuyển từ Hydrocac bon có số octan thấp lên Hydrocacbon có số octan cao
b Dïng chÊt phơ gia chèng kÝch nỉ
Yêu cầu trị số octan động th-ờng phụ thuộc vào thiết kế điều kiện vận hành động
- Ch× Tetra etyl (TEL)
Trong trình cháy xăng buồng đốt Có tạo thành tích tụ
của hợp chất Peoxyt Những chất nguyên nhân dẫn đến kích nổ, nồng độ chúng đạt đến giá trị giới hạn Do để tránh t-ợng kích nổ phải ngăn chặn tạo thành hợp chất Peoxyt
Mét công việc có hiệu rõ rệt pha vào xăng hỗn hợp có
tờn l nc chì” Nước chì tên gọi đơn giản hỗn hợp lỏng có thành phần hợp
chÊt tetra etyl Chì [pb(C2H5)] bromnuaetan BrC2H5 đibromnua
etan(BrC2H5Br) Tác dụng của(Tel) phá huỷ hợp chất peoxyt ngăn cản tích luỹ chúng xi lanh tránh đ-ợc t-ợng kích nổ Nh- vậy(Tel) có tác dụng tăng(TSOT) xăng lên Bromnua etan đibromnua etan… gọi chất lơi kéo chúng giúp cho muội chì sau q trình cháy khơng đọng lại xi lanh, piston, xupáp…mà theo khói đen xả ngồi n-ớc chì có tác dụng giảm tính kích nổ xăng rõ rệt Xong chất độc gây tổn th-ơng đến hệ thần kinh ng-ời
Vì nồng độ cho phép bụi chì khơng khí khơng v-ợt q 0,005mmg/cm3
Cũng tác hại đến mơi tr-ờng khí xăng chì đ-ợc dần thay xăng khơng khí chì chất l-ợng cao
- C¸c phơ gia chèng kÝch nỉ chøa «xy
Do yêu cầu bảo vệ sức khoẻ môi tr-ờng sống nên xăng pha chì ngày hạn chế đ-ợc sử dụng thay vào xăng khơng chì Trong chứa phụ gia làm tăng trị số octan nh-: Metanol (CH3OH), Etanol(C2H5OH), Metybutyl ete(CH3 - O - C4H9), Amyl ete (CH3 - O - C5H11)….Những hợp chất ngăn cản tích tụ Peoxyt, sản phẩn cháy chúng khơng độc “nước chì”
(10)Chất chống ơxy hố cho vào xăng để chóng tạo keo, keo xuất xăng gốc Hydrocacbon kết hợp với ôxy hay kết hợp với nhau, tạo keo xăng đ-ợc định loại dầu thô sản xuất xăng, trình tinh lọc, trình cất giữ diện khơng khí thời gian cất giữ
Khi keo hình thành tạo chất nắng nh- sơn dầu phủ lên làm tắc đ-ờng ống nhiên liệu, giclơ chế hồ khí làm cho van bị kẹt chặt Do tăng tính ơxy hố xăng cách khác có cách thêm vào xăng l-ợng hợp chất phụ gia chống ơxy hố Polyme hố Hydrocabon không bền chế hoạt động khơng rõ nh-ng chất ơxy hố đ-ợc xem nh- ng-ời phá xích phản ứng hố học Polyme hố
3 C¸c chÊt chèng rØ
Rỉ mài mòn gây nhiều vấn đề nghiêm trọng thùng chứa, đ-ờng ống
và hệ thống nhiên liệu động chẳng hạn rỉ cản chở trình vận hành động bị tắc bầu lọc giclơ chế hồ khí, ngồi cần mẩu nhỏ rỉ van kim chế hồ khí làm cho buồng phao đầy sau tắc máy tràn xăng
Sắt phần l-ỡng kim bị rỉ ăn mịn tăng lên phần nhỏ n-ớc khơng khí hồ tan xăng, n-ớc vào hệ thống nhiên liệu động ng-ng tụ n-ớc thùng nhiên liệu lẫn vào với trình bơm xăng
Có vài loại hợp chất Hydrocacbon dễ tan th-ờng dïng nh- axÝt amin bÐo,
ankyl phốt phát Hầu hết chất hoạt động đ-ợc kim loại d-ợc phủ lớp phim bảo vệ mỏng để giữ cho mặt ngồi khơng tiếp xúc với n-ớc nhờ lớp bảo vệ mà giúp chế hồ khí khơng bị nắng cặn
4 Các chất chống đóng băng
Có t-ợng đóng băng xen vào q trình vận hành máy đ-ờng ống nhiên liệu chế bị bít xuất phát từ việc có n-ớc nhiên liệu, trình
khởi động lạnh d-ới mức quy định (-1 đến -100C) với độ ẩm t-ơng đối cao 65%
lạnh nhiên liệu bốc chế hồ khí đọng lại gây tắc mạch xăng
Hai loại chung chất phụ gia chống đóng băng chế hồ khí chất làm giảm điểm đơng chất hoạt động bề mặt đ-ợc dùng cho nhiều loại xăng
Các chất làm giảm điểm đông đ-ợc coi nh- chất chống đông cung cấp chất
bảo vệ lạnh hệ thống nguội động Những chất phụ gia chống đông bao gồm cồn glycol làm giảm lạnh hạ điểm đông lạnh n-ớc
Những tác nhân hoạt động bề mặt cung cấp bảo vệ khỏc Vi nhng tỏc
(11)hại qua chế hoà khí ống nạp Các chất phụ gia Amin, Amin muối Amoniumphosphat, …
5 C¸c chÊt tÈy rưa bé chÕ hoµ khÝ
Các chất phụ giá tẩy rửa th-ờng đ-ợc dùng để ngăn cản chất lắng đọng lấy
chất lắng đọng có chế hồ khí Những chất tẩy rửa bao gồm Amin, Aminphosphat… Xuất phát từ đặc tính chất hoạtt động bề mặt
6 Chất phụ gia tạo màu sắc
Màu sắc đ-ợc cho vào xăng thấy có mặt chất chống nổ, làm
tăng vẻ hấp dẫn bán, cho thấy có nhiều loại, nhiều nhÃn hiệu xăng Màu sắc xăng màu hợp chất hữu dễ tan Hydrocacbon đ-ợc chọn cho màu sắc mà chúng truyền cho xăng
1.1.2.2.2 Thành phn tạp chất chứa xăng
- Thành phần chất cặn đ-ợc tạo thành Hydrocacbon xăng bị ôxy hoá,
do cặn bẩn, mạt kim loại, bụi lọt vào trình vận chuyển, cất giữ
- Một số chất vô nh- l-u huỳnh tồn d-ới dạng l-u huỳnh tự dạng sum fua
1.1.2.3 Đặc tính tiêu chất l-ợng xăng
1.1.2.3.1 Tớnh bay hi v nh h-ng tính bay tới động dùng chế hồ khí
A) TÝnh bay h¬i
Yêu cầu xăng phải có tính bay thích hợp Nếu xăng bay dễ hoá
hơi đ-ờng ống dẫn gây t-ợng ngẽn hơi, làm xăng phun lẫn bọt không đảm bảo xăng cung cấp đủ cho động Xăng bay kém, (khó bay hơi) gây lên t-ợng khó khởi động động cơ, khó điều chỉnh, lãng phí nhiên liệu cháy khơng hết, tạo muội than làm bẩn máy, lỗng dầu nhờn…
Tính bay xăng đ-ợc đánh giá tiêu phm cht:
- Thành phần điểm sôi
- áp suất bÃo hoà
- Tỷ trọng hay khối l-ợng riêng
1 Thành phần điểm s«i
Chỉ tiêu đ-ợc xác định dung cụ tr-ng cất tiêu chuẩn hoá Đối với xăng cần xác định thành phần điểm sôi nh- sau:
- Điểm sôi đầu
- Điểm sôi 10%
- Điểm sôi 50%
- Điểm sôi 90%
(12)a)Điểm sôi đầu điểm sơi 10%: Đặc tr-ng cho tính khởi động máy, khả gây nghẽn hao mòn tự nhiên Điểm sôi đầu thấp quy định nhiều xăng dễ hao hụt, sinh nghẽn khí
Điểm sôi 10% cao quy định nhiều, khó khởi động máy Đối với
ơtơ việc khởi động máy có liên quan đến nhiệt độ khơng khí t10%v theo cơng thức kinh nghiệm sau:
TMin=1/2 t10%v- 50,5
Trong đó:
- tMin : Nhiệt độ tối thiểu khơng khí
- t10%v : §é cÊt 10%
b) Điểm sôi 50%: Biểu thị khả thay đổi tốc độ máy Nếu điểm sôi 50% cao quy định tăng tốc l-ợng xăng vào máy nhiều nh-ng đốt cháy không kịp khó bốc máy yếu, điều khiển máy khó khăn
c) Điểm sơi 90% điểm sơi cuối: Biểu thị độ bay hồn tồn xăng Nếu điểm sơi lớn q quy định xăng khó bay hồn tồn gây t-ợng pha loãng dầu nhờn, làm máy dễ bị mài mịn nh- lãng phí nhiên liệu
Trªn sở ý nghĩa thành phần điểm sôi cho thấy loại xăng phải có tính bay
hi phù hợp Theo quy định điểm sôi đầu không d-ới 30 – 400C Để dễ dàng khởi
động động nguội Yêu cầu 60 – 700C xăng phải bay đ-ợc 10% thể tích Để
dễ dàng tăng tốc đ-a động vào chế độ làm việc ổn định, yêu cầu 115 – 1200C phải
bay đ-ợc 50%V Để xăng cháy hết hoàn toàn động yêu cu 180 1900C
xăng phải bay đ-ợc 90%V 195 2000C xăng phải bay hoàn toàn
Nu i vi loại xăng th-ơng phẩm, kiểm tra chất l-ợng ban đầu cho thấy
thành phần cất đạt tiêu chuẩn quy định Nh-ng sau thời gian vận chuyển bơm, hút, bảo quản, kiểm tra lại thấy thành phần điểm sơi cao v-ợt q quy định, suy đốn thành phần nhẹ bay hợp phần nhiên liệu nặng nh- dầu hoả nhiên liệu Diezel lẫn vào Khi xăng tiếp tục chạy máy gây nhiều tác hại nh- trờn
2 áp suất bÃo hoà
Tiêu chuẩn xác định astm d 323, TCVN 5731 - 1993
Là áp suất xăng trạng thái cân với thể lỏng bom Ried đo đ-ợc nhiệt độ xác định l 1000F
áp suất bÃo hào tiêu tính bay loại xăng Dựa vào áp
(13)Tiêu chuẩn xác định astm d 1298, astm d 941, TCVN 2691 - 78
- Khối l-ợng riêng đo g/cm3 hay kg/m3 khối l-ợng đơn vị thể tích
- Tỷ trọng tỷ số khối l-ợng riêng chất nhiệt độ so với khối
l-ợng riêng n-ớc 40C ký hiệu d
t/4 t0C nhiệt độ xác nh t trng,
thông th-ờng chọn tỷ trọng tiêu chn ë 200C ký hiƯu d
20/4 hc tû träng tiªu chn ë
150C ký hiƯu d 15/4
B) ảnh h-ởng tính bay xăng tới tính hoạt động động dùng chế hịa khí
Tính khởi động
Khi bật tia lửa điện hoà khí dễ bén lửa lµ ë tû lƯ hoµ trén m = 12:1- 13:1,
Khi khởi tốc độ động chậm, không khí xăng hồ chộn khơng tốt, nhiệt độ bề mặt thành ống nạp, xilanh, piston.rất thấp, có khoảng 1/10 – 1/5 xăng đ-ợc bay Nếu chế hào khí đ-ợc điều chỉnh thành phần hồ khí tố hồ khí thức tế lúc vào động nhạt (Đặc biệt trời lạnh), khó bén lửa khởi động phải đóng b-ớm gió để cung cấp hào khí có thành phần m 1:1 làm cho hồ khí vào xilanh sát với hồ khí tốt lúc cần 8% xăng phun vào bay đủ t-ơng ứng với điểm bay 10%
2 Hiện t-ợng nút
Nhiên liệu có điểm 10% thấp dễ hình thành bọt khí , tạo thành nút
hi trờn -ng từ thùng chứa tới chế hồ khí trời nóng khiến l-u động đ-ờng xăng linh hoạt làm động xăng chạy khơng ổn định tình trạng dễ làm cho xe chạy nhanh, tải trọng lớn dừng lại dừng hẳn điểm sơi 10% thấp, thông th-ờng áp suất bão hào khơng q 500mmHg
3 Ch¹y Êm m¸y
Sau hkởi động cần cho động chậy chậm đợi máy ấm dần Để xăng đọng
trên thành ống kịp bay sau tăng tải dần cho động Thời gian từ lúc khởi động tới lúc tăng tải thời gian chạy ấm máy Thí nghiệm rằng: xăng có điểm 20% - 50% thấp thời gian chạy ấm máy thấp tính động động tốt
4 Tính tăng tốc
Lỳc m b-m ga đột ngột làm động tăng tốc nhiên liệu không
(14)TÝnh ph©n phèi
Thực nghiệm khoảng 1/2 xăng kịp bay đ-ờng nạp đảm bảo nhiên liệu phân phối vào khoang xi lanh Do điểm sơi 50% có ý nghĩa quan trọng chất l-ợng phân phối xăng vào xi lanh
TÝnh ch¸y
Muốn có chất l-ợng cháy tốt động xăng cần kịp thời bay hết tr-ớc
khi bật tia lửa điện điểm hóa s-ơng mù hồ khí phải thấp điểm s-ơng mù lại phụ thuộc vào điểm 90% Nếu điểm 90% cao làm nhiên liệu cháy không kiệt, tạo khói đen, buồng cháy có nhiều muội than Nếu điểm 90% thấp q làm hồ khí vào xi lanh khô gây giảm hệ số nạp, giảm cơng suất giảm khuynh h-ớng kích nổ
ảnh h-ởng tới dầu nhờn đáy te
NÕu tÝnh bay chung xăng không tốt điểm s-ơng mï cđa hoµ khÝ
q cao, xăng ng-ng đọng thành xi lanh lọt xuống đáy te làm lỗng phá hỏng dầu nhờn Tình trạng trầm trọng khởi động lạnh chạy ấm máy điểm 90% đ-ờng tr-ng cất khơng đ-ợc cao q
8 ¶nh h-ëng tới chất l-ợng hỗn hợp khí nạp
Nếu nhiệt độ đ-ờng nạp thấp làm tăng mật độ khí nạp tính bay
nhiên liệu tốt
1.1.2.3.2 Tính cháy xăng
Qúa trình cháy xăng
Quá trình cháy xăng buồng đốt trình cháy c-ỡng bức, thực đ-ợc nhờ tia lửa điện
của bugi, q trình cháy nh- nhanh nh-ng khơng phải xẩy tức khắc tồn thể tích xilanh mà bắt đầu cháy từ bugi sau lan dần tồn thể tích xi lanh, lúc chu trình cháy kết thúc
Trong trình đốt cháy hỗn hợp xilanh xẩy t-ợng cháy bình tr-ờng t-ợng cháy khơng bình th-ờng
(15)- Hiện t-ợng cháy khơng bình th-ờng: Vì lý nh- xăng dùng không tiêu chuẩn ký thuật chẳng hạn gây t-ợng cháy khơng bình th-ờng nh- t-ợng kích nổ tức điểm xilanh, dù mặt cầu lửa ch-a lan tới nh-ng nhiên liệu bốc cháy đột ngột với tốc độ cháy lan truyền gấp trăm
lần tốc độ cháy bình th-ờng áp suất xilanh tăng vọt tới khoảng 160kg/cm2
chính tăng áp suất đột ngột tạo sóng xung động va đập vào vách xilanh phát tiếng kêu lách cách, máy nổ rung giật nóng bình th-ờng, làm giảm áp suất máy, tiêu hao nhiên liệu cháy không hết, dẫn đến mịn chi tiết máy, chí gây rạn nứt piston … nên để động hoạt động bình thường xăng phải có tính chống kích nổ tốt phù hợp với điều kiện hoạt động động cách dùng loại xăng phù hợp với tỷ số nén động
Biện pháp cải thiện tính cháy động
Thực tế cho thấy trình cháy kích nổ động xăng có liên quan cht ch
tới thành phần hoá học xăng So sánh nhóm Hydrocacbon cho thấy Hydrocacbon n-parafin dễ bị cháy kích nổ ng-ợc lại nhóm Hydrocacbon izo-parafin Hydrocacbon thơm khó bị kích nổ
Để đánh giá khả cháy kích nổ loại xăng ng-ời ta phát minh ph-ơng pháp thực nghiệm dựa so sánh trình cháy với loại nhiên liệu tiêu chuẩn từ xác định tiêu chuẩn có tên trị số Octan(TSOT) Trị số octan loại xăng cao khó bị kích nổ cháy động ng-ợc lại Do để ngăn cản t-ợng cháy kích nổ xảy ng-ời ta tìm biện pháp nâng cao số octan
Các loại trị số octan
a) Trị số octan xác định theo ph-ơng pháp Môtơ (Motor Octan Number) ký hiệu MON
- Trị số MON thể đặc tính xăng dùng động điều kiện hoạt động xa lộ, tốc độ cao nh-ng đặn động chuyên chở nặng
b) Trị số octan xác định theo ph-ơng pháp nghiên cứu (Research Octan Number - RON) Trị số RON thể đặc tính xăng dùng cho động hoạt động thành phố, tốc độ thấp lại hay phải giảm ga đột ngột
Cùng mẫu xăng, Trị số RON lớn MON nói trị số xăng loại xăng cần phân biệt RON hay MON để tránh nhầm lẫn, hiệu số của hai trị số RON, MON biếu thị cho thay đổi tính chất xăng Độ nhạy cảm loại xăng thấp có nghiã loại xăng thay đổi khả cháy điều kiện hoạt động khác động
(16)1.1.2.3.3 Tính ổn định hố học xăng
Tính ổn định khả ơxy hố xăng biểu thị khả xăng trì đ-ợc chất l-ợng ban đầu trìng bơm hút, vận chuyển, tồn chứa, bảo quản Đánh giá tính ổn định hoá học xăng tiêu chất l-ợng: Hàm l-ợng nhựa thực tế độ bền ôxy
Nhùa thùc tÕ
Tiêu chuẩn xác định astm d 381
Là l-ợng cặn rắn lại sau làm bay thể tích xăng định, nh-ng điều kiện định cách thổi dịng khơng khí n-ớc nhiệt độ quy định qua mẫu xăng thí nghiệm Đ-ợc đo mg/100ml
Xăng có hàm l-ợng thực tế nhỏ xăng tồn chứa lâu ngày Hàm l-ợng nhựa thực tế tăng lên ảnh hưởng nhiệt độ, khơng khí, kim loại….các hợp phần ổn định xăng bị ơxy hố tạo thành hợp chất keo nhựa Các loại xăng có tính ổn định hoá học khác tuỳ thuộc vào thành phần hố học chúng, xăng có hàm l-ợng nhựa thực tế nhỏ có độ ổn định hố học cao ng-ợc lại Hàm l-ợng nhựa loại xăng không đ-ợc v-ợt quy định -5mg/100ml nơi sản xuất 8mg/100ml nơi chứa Nếu hàm l-ợng nhựa thực tế v-ợt quy định ảnh h-ởng không tốt đến tiêu chất l-ợng khác xăng nh- tính chống kích nổ, tính ăn mịn, tính bay
Tính ổn định ơxy hố
Tính ổn định ơxy hoá đ-ợc đo chu kỳ cảm ứng, chu kỳ cảm ứng khoảng
thời gian đo phút mà xăng không xảy kết tủa vẩn đục bị ơxy hố ơxy khơng khí áp suất nhiệt độ thích hợp chu kỳ cảm ứng mẫu xăng thí nghiệm dài tính ổn định ơxy hố xăng tốt Nếu xăng đ-ợc bảo quản tr-ờng hợp không tốt, bị biến chất chu kỳ cảm ứng tăng lên Theo quy định chu kỳ cảm ứng xăng khụng v-t quỏ 240 phỳt
1.1.2.3.4 Tính ăn mòn kim loại xăng
Thnh phn ch yu xăng hợp chất Hydrocacbon hồn tồn khơng có tác dụng ăn mịn kim loại xăng có chứa số tạp chất ch-a đ-ợc loại bỏ triệt để khỏi xăng, trình tồn chứa, vận chuyển xăng bị nhiễm bẩn tạp chất, tạp chất có tác dụng ăn mịn kim loại làm ảnh h-ởng tới tuổi thọ hoạt động máy Do cần kiểm nghiệm tiêu chất l-ợng xăng
Để đánh giá tính ăn mịn kim loại loại xăng ng-ời ta sử dụng tiêu sau đây:
(17)Đ-ợc xác định phần trăm khối l-ợng so với mẫu xăng (%kl) Theo tiêu chuẩn Việt Nam quy định l-u huỳnh tổng số loại xăng ôtô không v-ợt (0,1 – 0,15 %kl)
2 §é axÝt
Độ axít đ-ợc đo l-ợng KOH đủ để trung hồ l-ợng a xít hữu có
100ml xăng (mg/100ml)
Ngoi ỏnh giỏ tớnh ăn mòn kim loại xăng ng-ời ta xác định độ a
xÝt, Baz¬ tan n-íc loại xăng
1.1.2.4 Phân loại xăng ôtô
Để phân loại xăng th-ơng phẩm dùng cho ôtô, xe máy ng-ời ta phân loại chúng theo trị số octan (TSOT)
1.1.2.4.1 Phân loại thị tr-ờng thÕ giíi
Xăng ơtơ xe máy đ-ợc phân làm ba loại: Xăng th-ờng, xăng cao cấp xăng đặc biệt
Xăng th-ờng: Là xăng có RON từ 92 trở xuống đ-ợc sử dụng cho lọi động xe tải, xe gắn máy có tỷ số nén từ – 8,5, loại xăng th-ờng phân làm hai nhóm đ-ợc sản xuất theo tiêu chuẩn khác n-ớc, t-ờng khu vực
Xăng th-ờng có RON từ 90 – 92 đ-ợc sản xuất từ thập niên 70 trở lại đây, để thay loại xăng th-ờng có TSOT thấp (RON = 80 – 86)
Xăng cao cấp(Super): Là loại xăng có TSOT từ (93 - 100) sử dụng thích hợp cho tất loại xe mơtơ gắn máy đời có tỷ số nén từ (8,8 - 10), tuỳ thuộc vào khu vực mà -c chia lm hai nhúm:
- Xăng cao cấp có RON 98 100 đ-ợc sản xuất n-ớc công nghiệp phát triển - Xăng cao cấp RON = 93 98 đ-ợc sản xuất taị khu vực Châu Âu Châu
3 Xăng th-ợng hạng
Loại xăng có chất l-ợng tốt đ-ợc dùng n-ớc công nghiệp phát triển, dùng cho loại xe cã tû sè nÐn tõ 10 trë lªn
1.1.2.4.2 Phân loại thị tr-ờng Việt Nam
Tr-ờng thị tr-ơng Việt Nam tr-ớc tồn loại xăng nh-: xăng chì 83, 90, 92 Từ 01/11/2001 cấm sử dụng xăng pha chì toàn lÃnh thổ Việt Nam (thế giới loại bỏ xăng pha chì từ năm 1990)
Dựa trị số octan xăng đ-ợc chia làm ba loại sau:
(18)Xăng chất l-ợng cao: Có trị số octan xác định theo ph-ơng pháp nghiêm cứu khơng nhỏ 92 gọi xăng chì 92
3 Xăng đặc biệt: Có TSOT xác định theo ph-ơng pháp nghiên cứu không nhỏ 97 gọi xăng chì 97
(19)B¶ng 1.2 ChØ tiêu xăng cao cấp nhật
Chỉ tiêu Xăng pha chì Ph-ơng pháp thử
1 Trị số octan không nhỏ theo ph-ơng pháp nghiên cứu
83 92 97
ASTM D 2699 Thành phần sôi phân đoạn
- Điểm sôi đầu(00C, không lớn
- 10%V(00C), không lớn
- 50%V(00C), không lớn - 90%V(00C), không lớn
- Điểm sôi cuối(00C), không lớn
- Căn cuối %V(00C), không lớn
h¬n
- 70 120 190 210
2,0
TCVN 2698 – 95
3 Ăn mòn mảnh đồng 500C/3h, không lớn
N01 TCVN 2694 95
4 Hàm l-ợng nhựa thực tế mg/100ml, không lớn - Khi sản xuất
- Khi tån chøa, sư dơng
5
ASTM D 381 – 94
5 Độ ổn định ôxy hoá(min) không nhỏ
240
ASTM D 525 95
6 Hàm l-ợng l-u huỳnh tổng (%kl) không lớn
0,15 ASTM D 1266 95
7 Hàm l-ợng chì (g/l), không lớn
0,15 TCVN 6020 – 95
8 ¸p suÊt bÃo hoà(Reid) 37,80C(kPa)
43,8
(20)Tên tiêu Tiêu chuẩn Mức quy nh
1 Hàm l-ợng l-u huỳnh (ppm) ASTM D 1266 Max 300,0
2 ăn mòn mảnh đồng (3h/500C) ASTM D 130 Max
3 Nhùa thùc tÕ (mg/100ml) ASTM D 381 Max 4,00
4 Hàm l-ợng chì (g/l) Max 0,001
5 áp suất bÃo hoà (Psi/37,80C) ASTM D 4935 6,04 – 9,25
6 TrÞ sè octan - MON - RON
ASTM D 2700 ASTM D 2699
Min 81,0 Min 91,0
7 Hµm l-ợng olefin (%V) Max 25,0
8 Thành phần điểm sôi
- Điểm sôi 800C (%V)
- Điểm sôi 2000C (%V) - §iĨm s«i ci (FBP) (%C)
ASTM D 86
Min 90,00 Min 97,00 Max 210,0
Bảng 1.3 Tiêu chuẩn xăng chất cao cấp có chì cña Trung Quèc
Tên tiêu Tiêu chuẩn Mức quy định
Kết đặc tr-ng
1 Tû träng d600F/600F ASTM D 1298 - 0,7188
2 Hàm l-ợng l-u huúnh (%kl) ASTM D 1266 Max 0,10 0,005
3 ăn mòn mảnh đồng (3h/500C)
ASTM D 130 Max 1
4 Nhùa thùc tÕ (mg/100ml)
ASTM D 381 Max 5,00 1,50
5 Hàm l-ợng chì (g/l) ASTM D 3237 Max 0,13 0,11
6 Độ ổn định ơxy hố (min) ASTM D 525 Min 480,00 480,00
7 ¸p suất bÃo hoà (Psi/37,80C)
ASTM D 4935 Max 9,0 8,70
Công Nguyên kỷ 19 cá voi 1852 Canada Abraham Gessner 1855 Mỹ Benjamin Silliman axit sunfuric từ1857 1859 Wietze, Đức, Edwin L Drake 27 tháng Oil Creek, Pennsylvania George H Bissel điện công nghiệp hóa dầu chất dẻo BP Statistical Review 2004) Oeldorado ExxonMobil). 2003 Ả Rập Saudi Venezuela Iran Iraq Kuwait, Các Tiểu Vương quốc Ả Rập Thống nhất, Nga, Libya, Nigeria [2] Mexico Việt Nam 1991