Nghiên cứu khả năng sử dụng nhiên liệu sinh học jatropha trên động cơ diesel

Luận văn, khóa luận, chuyên đề, cao học, thạc sĩ, tiến sĩ

Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut . . 1 Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học nông nghiệp hà nội -------------***------------- Phạm thế hùng Nghiên cứu khả năng sử dụng nhiên liệu Sinh học jatropha trên động cơ diesel Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông, nông nghiệp Mã số : 60.52.14 Ngời hớng dẫn khoa học: PGS.TS. đặng tiến hoà hà nội - 2010 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật . . i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào. Tôi xin cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ trong quá trình thực hiện luận văn ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả Phạm Thế Hùng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật . . ii LỜI CẢM ƠN ðược thực hiện luận văn Thạc sĩ là niềm hãnh diện cho mỗi kỹ sư. Với sự dẫn dắt tận tình của Thầy PGS.TS ðặng Tiến Hoà tôi ñã hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy là người ñã trực tiếp hướng dẫn giúp ñỡ tôi thực hiện luận văn tốt nghiệp này. Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ, giảng viên bộ môn ðộng Lực - Khoa Cơ ðiện và toàn thể các thầy cô trong Khoa Cơ ðiện- Trường ðại học Nông nghiệp - Hà Nội. Tôi cũng xin gửi lời cám ơn ñến thầy cô giáo ñã trực tiếp giảng dạy tôi trong khóa học và các thầy cô trong Khoa Sau ðại Học - Trường ðại Học Nông nghiệp - Hà Nội. Xin cảm ơn ban giám hiệu Trường ðại Học Công nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh ñã tạo mọi ñiều kiện thuận lợi ñể tôi hoàn thành khóa học, và tôi cũng xin gửi lời cám ơn tới các học viên Cao học khóa K17 ñã cho tôi những lời góp ý, ñộng viên tôi trong quá trình học cũng như hoàn thành luận văn. Xin chân thành cảm ơn. Tác giả Phạm Thế Hùng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật . . iii MỤC LỤC MỞ ðẦU 1 1. Tính cấp thiết của ñề tài 1 2. Mục ñích và yêu cầu của ñề tài .3 2.1. Mục ñích. 3 2.2. Yêu cầu của ñề tài .3 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ñề tài. .3 3.1. Ý nghĩa khoa học. .3 3.2. Ý nghĩa thực tiễn .4 4. ðối tượng và phạm vi nghiên cứu. .4 4.1. ðối tượng nghiên cứu. 4 4.2. Phạm vi nghiên cứu. .4 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG DẦU JATROPHA LÀM NHIÊN LIỆU CHO ðỘNG CƠ DIESEL .5 1.1. Quá trình phát triển và sử dụng ñộng cơ Diesel trên thế giới và Việt Nam .5 1.2. Khái quát về nhiên liệu sử dụng cho ñộng cơ ñốt trong 6 1.3. Tình hình nghiên cứu nhiên liệu thay thế trên thế giới. 18 1.4. Tình hình nghiên cứu nhiên liệu thay thế tại Việt Nam. .20 1.5. Tình hình nghiên cứu nhiên liệu Jatropha cho ñộng cơ ñốt trong .21 CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT 24 2.1. Phân tích tính chất nhiên liệu. .24 2.1.1. Tính chất nhiên liệu diesel (Do). .24 2.1.2. Tính chất dầu Biodisel .35 2.1.3 Tính chất nhiên liệu Jatropha 39 2.2. Hỗn hợp nhiên liệu. .44 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật . . iv 2.2.1. Yêu cầu. .44 2.2.2. Phương pháp pha chế dầu Jatropha + Diesel .44 2.3. ðộng cơ sử dụng nhiên liệu thay thế 45 2.4. ðặc ñiểm kết cấu ñộng cơ DongFeng- S1100N 47 CHƯƠNG III THÍ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM XÁC ðỊNH ðẶC TÍNH ðỘNG CƠ .50 3.1. Mục ñích thí nghiệm 50 3.2. Thiết bị khảo nghiệm ñộng cơ .50 3.4. Xây dựng module thí nghiệm-chuỗi ño trên máy tính. .55 3.5. Phương án và trình tự thí nghiệm. .57 3.6. Kết quả thí nghiệm .60 3.7. Phân tích kết quả 66 KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ 67 Kết luận .67 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật . . v DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Thành phần hóa học và tính chất cơ bản của dầu thực vật 15 Bảng 1.2 So sánh tính chất hóa lý cơ bản của các dầu thực vật và dầu Diesel .16 Bảng 1.3. Tính chất hóa lý cơ bản của các Biodiesel 17 Bảng: 2.1. Chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu Diesel (TCVN 5689:2005) .24 Bảng 2.2 Mối quan hệ giữa tốc ñộ ñộng cơ và chỉ số Cetane 26 Bảng 2.3. Kết quả phân tích mẫu nhiên liệu Jatropha 40 Bảng:2.4. So sánh một số tính chất của nhiên liệu Jatropha và Diesel 41 Bảng 3.1. ðặc tính kỹ thuật của ñộng cơ DongFeng- S1100N .52 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật . . 1 MỞ ðẦU 1. Tính cấp thiết của ñề tài Trong ñiều kiện nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt, giá nhiên liệu liên tục tăng như hiện nay thì việc hợp tác nghiên cứu tìm ra nguồn năng lượng mới, năng lượng tái tạo thay thế năng lượng truyền thống là một giải pháp cấp thiết. Năng lượng sinh học nói chung là một loại năng lượng tái tạo, ñược coi là một trong những nhiên liệu thân thiện với môi trường. Do ñó việc nghiên cứu phát triển nguồn năng lượng sinh học có ý nghĩa hết sức to lớn ñối với vấn ñề an ninh năng lượng thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng. Nắm bắt xu hướng chung của thế giới và thực hiện sự chỉ ñạo của Chính phủ, Việt Nam ñã tích cực triển khai nhiệm vụ tổ chức nghiên cứu, sản xuất và thử nghiệm nhiên liệu sinh học ethanol,vv .Tình hình giá dầu bất ổn ñã buộc nhiều quốc gia có những ñối sách mang tính ñột phá trong việc tìm kiếm nguồn nhiên liệu thay thế xăng dầu truyền thống. Nguồn nhiên liệu sinh học ñược xem là một lĩnh vực mới mẻ. Theo các chuyên gia năng lượng, nguồn nhiên liệu mới - còn có tên là “vàng xanh” - có thể chiết xuất từ bất cứ cây cỏ gì mọc trên hành tinh chúng ta. Tại 30 quốc gia ñang trồng hàng loạt những loại cây nông nghiệp ngắn ngày có thể chế ra nhiên liệu hoàn toàn thay thế ñược nguồn xăng, dầu từ dầu thô. Theo ñánh giá của các chuyên gia năng lượng, ñây là nguồn nhiên liệu phong phú và vô tận, mà loài người không còn bị ám ảnh bởi khủng hoảng nhiên liệu.Theo chương trình năng lượng của Chính phủ từ năm 2010, Việt Nam bắt buộc phải sử dụng một phần nhiên liệu xăng ethanol E5 và dầu Diezel sinh học B5. Chính phủ ñã ký quyết ñịnh phê duyệt “ðề án phát triển nhiên liệu sinh học ñến năm 2015, tầm nhìn ñến năm 2025”. Tính cấp thiết là vậy, bởi loại nhiên liệu này có nhiều ưu ñiểm nổi bật so với các loại nhiên liệu truyền thống (dầu khí, Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật . . 2 than ñá,vv…): tính chất thân thiện với môi trường, chúng sinh ra ít hàm lượng khí gây hiệu ứng nhà kính và ít gây ô nhiễm môi trường hơn các loại nhiên liệu truyền thống, nguồn nhiên liệu tái sinh, các nhiên liệu này lấy từ hoạt ñộng sản xuất nông nghiệp và có thể tái sinh. Chúng giúp giảm sự lệ thuộc vào nguồn tài nguyên nhiên liệu không tái sinh truyền thống. Trong tương lai, khi nguồn nhiên liệu truyền thống cạn kiệt, nhiên liệu sinh học có khả năng là ứng cử viên thay thế. Thế giới càng phát triển thì nhu cầu sử dụng năng lượng càng lớn, trong khi ñó những nguồn tài nguyên thiên nhiên lại không phải vô tận. Theo ước tính của Cơ quan Năng lượng Quốc tế, nguồn than ñá sẽ chỉ ñủ dùng trong 200 năm nữa, khủng hoảng về cạn kiệt dầu lửa sẽ bắt ñầu trong vòng 5 năm tới, năng lượng mặt trời cũng không phải là vô tận. Vì thế, tìm kiếm những nguồn nhiên liệu dồi dào hơn, bền vững hơn vừa là nhiệm vụ và cũng là cơ hội ñể làm chủ ñược những nguồn năng lượng mới. Ngoài ra, với các nước phát triển trên thế giới, việc sử dụng nhiên liệu sinh học ñể hạn chế tác ñộng của khí thải ñã ñược triển khai từ lâu ở nhiều quốc gia. Riêng ñối với nước ta, hiện nay tình trạng ô nhiễm môi trường do khói, bụi của ñộng cơ, nhất là ở các ñô thị ñang ngày càng gia tăng, nên việc ñưa xăng dầu sinh học vào lưu thông ñược xem là một giải pháp cấp bách ñể hạn chế nạn ô nhiễm. Vậy nên bắt ñầu từ việc phát triển vùng nguyên liệu và nghiên cứu công nghệ cho một ngành kinh tế nhiên liệu rất có triển vọng và bền vững. Theo chỉ ñạo của Chính phủ về chương trình nhiên liệu sinh học, mục tiêu phát triển nhiên liệu sinh học, một dạng năng lượng mới, tái tạo ñược ñể thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch truyền thống, góp phần bảo ñảm an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường là một ñịnh hướng mang tính chiến lược, và chúng ta hoàn toàn có cơ sở ñể hy vọng mục tiêu trên sẽ trở thành sự thật trong tương lai không xa. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật . . 3 Và cần phải ñịnh hướng các nhiệm vụ chủ yếu, nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ, triển khai sản xuất thử sản phẩm phục vụ phát triển nhiên liệu sinh học, hình thành và phát triển ngành công nghiệp sản xuất nhiên liệu sinh học, xây dựng tiềm lực phục vụ phát triển nhiên liệu sinh học, hợp tác quốc tế. Các giải pháp chính là: ñẩy mạnh việc triển khai ứng dụng các kết quả nghiên cứu vào thực tiễn sản xuất, khuyến khích thực hiện chuyển giao công nghệ và tạo lập môi trường ñầu tư phát triển sản xuất nhiên liệu sinh học, tăng cường ñầu tư và ña dạng hoá các nguồn vốn, tăng cường xây dựng cơ sở vật chất kỹ thuật và ñào tạo nguồn nhân lực phục vụ nhu cầu phát triển nhiên liệu sinh học, hoàn thiện hệ thống cơ chế chính sách, văn bản quy phạm pháp luật ñể phát triển nhiên liệu sinh học, mở rộng và tăng cường hợp tác quốc tế ñể học hỏi kinh nghiệm về phát triển nhiên liệu sinh học, nâng cao nhận thức cộng ñồng về phát triển nhiên liệu sinh học. 2. Mục ñích và yêu cầu của ñề tài. 2.1. Mục ñích. Mục ñích của ñề tài là nghiên cứu khả năng sử dụng nhiên liệu Jatropha trên ñộng cơ Diesel, xây dựng ñường ñặc tính của ñộng cơ với các hỗn hợp nhiên liệu pha trộn giữa dầu Jatropha và dầu diesel theo các mức tỷ lệ khác nhau. 2.2. Yêu cầu của ñề tài. Khảo nghiệm ñộng cơ với hỗn hợp nhiên liệu, từ ñường ñặc tính ngoài so sánh ñánh giá hoạt ñộng của ñộng cơ từ ñó có các nhận ñịnh sơ bộ về khả năng ứng dụng của nhiên liệu Jatropha trên ñộng cơ Diesel. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ñề tài. 3.1. Ý nghĩa khoa học. Nghiên cứu khả năng sử dụng nhiên liệu Jatropha trên ñộng cơ Diesel cỡ nhỏ, góp phần phát triển nguồn năng lượng sinh học trong tuơng lai. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật . . 4 3.2. Ý nghĩa thực tiễn. ðánh giá hiệu quả việc sử dụng nhiên liệu Jatropha trên ñộng cơ và khả năng thay thế nhiên liệu Diesel truyền thống cho một số loại ñộng cơ Diesel phổ biến tại Việt Nam. 4. ðối tượng và phạm vi nghiên cứu. 4.1. ðối tượng nghiên cứu. Dầu ñược ép từ hạt cây Jatropha nguyên chất có màu vàng, khảo nghiệm trên ñộng cơ Diesel cỡ nhỏ 15 mã lực DongFeng- S1100N, hỗn hợp nhiên liệu pha trộn giữa dầu Jatropha và dầu Diesel theo các mức; 20% dầu Jatropha + 80% dầu Diesel; 40% dầu Jatropha + 60% dầu Diesel; 60% dầu Jatropha + 40% dầu Diesel; 80% dầu Jatropha + 20% dầu Diesel; 100% dầu Jatropha. 4.2. Phạm vi nghiên cứu. 4.2.1. Nghiên cứu lý thuyết. Sử dụng các cơ sở nghiên cứu lý thuyết về thành phần tính chất nhiên liệu, lý thuyết ñộng lực học máy, chế ñộ làm việc và ñặc tính của ñộng cơ. Các cơ sở lý thuyết tính toán lựa chọn các thông số xây dựng ñường ñặc tính ñộng cơ, nghiên cứu và sử dụng chương trình phần mềm hiện ñại và ña năng Dayslab 7.0 4.2.2. Nghiên cứu thực nghiệm. ðể ñánh giá ñược khả năng sử dụng nhiên liệu Jatropha trên ñộng cơ Diesel, xây dựng ñường ñặc tính ñộng cơ khi sử dụng các mẫu nhiên liệu ñược pha trộn phải tiến hành nghiên cứu thực nghiệm xác ñịnh các thông số làm việc của ñộng cơ như mô men xoắn trên trục, tốc ñộ quay, khả năng chịu tải. Chúng tôi sử dụng phương pháp khảo nghiệm trực tiếp ñộng cơ trên sa bàn thử nghiệm ñộng cơ với sự trợ giúp của máy tính số và phần mềm ña năng Dasylab 7.0