Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia nhiên liệu sinh học E10 và D5 đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ

Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia nhiên liệu sinh học E10 và D5 đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia nhiên liệu sinh học E10 và D5 đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu riêng Các số liệu kết nêu luận án trung thực chưa công bố đề tài nghiên cứu khác Hà Nội, tháng 03 năm 2014 Nghiên cứu sinh Lê Danh Quang i LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Đào tạo sau đại học, Viện Cơ khí Động lực Bộ mơn Động đốt cho phép thực luận án Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Xin cảm ơn Viện Đào tạo sau đại học Viện Cơ khí Động lực hỗ trợ giúp đỡ suốt q trình tơi làm luận án Tơi xin chân thành cảm ơn GS.TS Phạm Minh Tuấn PGS.TS Lê Anh Tuấn hướng dẫn tơi tận tình chu đáo mặt chun mơn để tơi thực hồn thành luận án Tơi xin chân thành biết ơn Quý thầy, cô Bộ môn Phịng thí nghiệm Động đốt – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội giúp đỡ tạo điều kiện cách thuận lợi để hoàn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn Viện Dầu khí Việt Nam tạo điều kiện giúp đỡ để tham gia thực đề tài nghiên cứu qua hồn thành luận án Tơi xin cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Thành Đô, Ban chủ nhiệm khoa Công nghệ kỹ thuật ô tô thầy cô khoa hậu thuẫn động viên tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu Tôi xin bày tỏ biết ơn sâu sắc tới thầy phản biện, thầy hội đồng chấm luận án đồng ý đọc duyệt đóng góp ý kiến để tơi hồn chỉnh luận án định hướng nghiên cứu tương lai Cuối xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè đồng nghiệp người ln động viên, khuyến khích tơi suốt thời gian nghiên cứu thực cơng trình Nghiên cứu sinh Lê Danh Quang ii MỤC LỤC Danh mục kí hiệu, chữ viết tắt Danh mục hình vẽ, bảng MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC VÀ PHỤ GIA CHO NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1.1 Nhiên liệu sinh học vai trò 1.1.1 Các dạng nhiên liệu sinh học 1.1.1.1 Cồn 1.1.1.2 Dầu thực vật 1.1.1.3 Metyl este 1.1.1.4 Hợp chất chứa oxy 1.1.1.5 Dimetyl ether 1.1.1.6 Dimetyl cacbonate (DMC) 1.1.2 Nhiên liệu bio- diesel 1.1.2.1 Khái niệm nguồn nguyên liệu để sản xuất 1.1.2.2 Tình hình sản xuất sử dụng bio-diesel giới Việt Nam 10 1.1.2.3 Tính chất vật lý 12 1.1.2.4 Tính chất hóa học 12 1.1.2.5 Các đặc điểm khác biodiesel 13 1.1.3 Xăng sinh học 14 1.1.3.1 Khái niệm nguồn nguyên liệu để sản xuất 14 1.1.3.2 Tình hình sản xuất sử dụng ethanol giới Việt Nam 14 1.1.3.3 Tính chất vật lý 15 1.1.3.4 Tính chất hóa học 16 1.1.3.5 Các đặc điểm khác ethanol 17 1.2 Phụ gia cho nhiên liệu động đốt 17 1.2.1 Phụ gia cho nhiên liệu hóa thạch 17 1.2.1.1 Phụ gia cho nhiên liệu xăng 18 1.2.1.2 Phụ gia cho nhiên liệu diesel 18 1.2.1.3 Phụ gia nano 19 1.2.1.4 Một số phụ gia điển hình 20 1.2.2 Phụ gia cho nhiên liệu sinh học 22 1.2.2.1 Đặc điểm phụ gia cho nhiên liệu sinh học 22 1.2.2.2 Một số phụ gia sinh học điển hình 23 1.3 Các cơng trình nghiên cứu giới Việt Nam phụ gia cho nhiên liệu sinh học 25 1.3.1 Các nghiên cứu giới phụ gia cho nhiên liệu sinh học 25 1.3.2 Các nghiên cứu nước 29 30 CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHỤ GIA CHO HỖN HỢP ETHANOL SINH HỌC VỚI NHIÊN LIỆU HÓA THẠCH 32 2.1 Nhiên liệu khoáng pha trộn với nhiên liệu sinh học 32 2.1.1 Ethanol nhiên liệu biến tính 32 2.1.2 Chỉ tiêu chất lượng xăng diesel thông dụng 33 2.1.2.1.Các đặc tính tiêu chất lượng xăng thơng dụng 34 2.1.2.2 Chỉ tiêu chất lượng diesel thông dụng 35 2.1.3 Xăng pha ethanol 36 iii 2.1.4 Diesel pha ethanol 37 2.1.5 Khả thích ứng nhiên liệu khống pha trộn với ethanol 37 2.2 Tính chất lý hố hỗn hợp ethanol nhiên liệu hoá thạch E10 D5 38 2.2.1 Tính chất lý hố nhiên liệu E10 38 2.2.2 Tính chất lý hoá diesel D5 42 2.3 Phụ gia cho hỗn hợp ethanol sinh học với nhiên liệu hóa thạch 48 2.3.1 Phụ gia cho nhiên liệu xăng pha ethanol 48 2.3.1.1 Phụ gia tăng trị số octan 49 2.3.1.2 Nhóm phụ gia trợ tan chống phân tách pha 49 2.3.1.3 Nhóm phụ gia chống ăn mịn kim loại 51 2.3.1.4 Nhóm phụ gia chống oxy hóa 52 2.3.1.5 Nhóm phụ gia khác 52 2.3.2 Phụ gia cho diesel pha ethanol 53 2.3.2.1 Nhóm phụ gia cải thiện trị số xetan 54 2.3.2.2 Nhóm phụ gia trợ tan chống phân tách pha 55 2.3.2.3 Nhóm phụ gia tăng độ nhớt 55 2.3.2.4 Nhóm phụ gia chống ăn mịn, mài mịn, chống đóng cặn 56 2.4 Quy trình phát triển thử nghiệm phụ gia cho hỗn hợp nhiên liệu sinh học nhiên liệu hóa thạch 56 ng 58 CHƢƠNG PHÁT TRIỂN PHỤ GIA CHO NHIÊN LIỆU SINH HỌC E10 VÀ D5 60 60 3.1.1 Cơ sở tối ưu hóa 60 3.1 63 3.1.3 Ứng dụng 68 3.2 Lựa chọn thành phần phụ gia cho nhiên liệu E10 D5 phương pháp quy hoạch thực nghiệm 72 3.2.1.Tối ưu hóa thành phần phụ gia cho nhiên liệu E10 72 3.2.2.Tối ưu hóa thành phần phụ gia cho nhiên liệu D5 78 3.3 Đánh giá tính chất chất lượng nhiên liệu E10 D5 có phụ gia 82 3.3.1 Đánh giá tính chất chất lượng nhiên liệu E10 có phụ gia 82 3.3.2 Đánh giá tính chất chất lượng diesel D5 có phụ gia 87 3.4 Nhận xét việc khảo sát nhiên liệu E10 D5 khơng có phụ gia 95 3.4.1 Nhận xét việc khảo sát nhiên liệu E10 khơng có phụ gia 95 3.4.2 Nhận xét việc khảo sát nhiên liệu D5 khơng có phụ gia 95 96 CHƢƠNG THỬ NGHIỆM PHỤ GIA VỚI NHIÊN LIỆU D5 VÀ E10 TRÊN ĐỘNG CƠ 97 97 4.1.1 Động D243 băng thử động lực cao 97 4.1.2 Động Dayhan 97 băng thử T101D 97 4.1.3 Động ô tô Ford Laser BPD-N 1.8 L băng thử động lực cao ETB 98 4.1.4 Xe máy Honda Wave 110 98 4.1.5 Mục tiêu thử nghiệm 99 99 99 100 100 iv ô tô Ford Laser BPD-N 1.8L 100 4.3.2 Băng thử Didacta T101D dùng thử nghiệm động Dayhan 97 Honda 110 102 4.3.3 Hệ thống thử nghiệm công suất khí thải xe máy 102 nghiệm phụ gia VPI-D cho nhiên liệu D5 103 4.4.1 103 -D 105 nghiệm phụ gia VPI-G cho nhiên liệu E10 109 109 4.5.1.1 110 109 111 -N 1.8 L 112 VPI-G 114 4.5.2.1 -G động Dayhan 97 114 4.5.2.2 Thử nghiệm đối chứng đánh giá tác động phụ gia sau chạy ổn định 100 xe Honda Wave 110 118 -D 120 4.5.3.1 Phụ gia VPI-D cho nhiên liệu D5 120 4.5.3.2 Phụ gia VPI-G cho nhiên liệu E10 121 121 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 123 Kết luận 123 Hướng nghiên cứu 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO 125 Tiếng việt 125 Tiếng Anh 126 PHỤ LỤC 1: MỘT SỐ BẢNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 130 Một số bảng kết đánh giá tính chất chất lượng nhiên liệu E10 D5 có phụ gia 130 Kết thử nghiệm mẫu nhiên liệu D5 động diesel D243 132 Kết thử nghiệm động Dayhan 97 134 Kết thử nghiệm động ô tô Ford laser BPD-N 1.8L 135 Kết thử nghiệm xe Wave 110 136 PHỤ LỤC 2: MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ TRANG THIẾT BỊ VÀ QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 138 Một số thiết bị phân tích tính chất lý hóa nhiên liệu 138 Trang thiết bị trình nghiên cứu thực nghiệm NLSH với phụ gia 139 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu viết tắt ASTM B10 B15 B20 BHT CEB CmHn HC D5 DCI DTBP E10 E15 E20 E5 E85 EHN ETB ETBE FFA H2 HĐBM HFRR MMT MON MTBE NLBT NLSH NOX PG P-M ppm QHTN RON TBA TCVN TEL Chú giải ký hiệu viết tắt American Society for Testing and Metarials (hệ thống tiêu chuẩn) Nhiªn liƯu pha 90% diesel 10% biodiesel Nhiên liệu pha 85% diesel 15% biodiesel Nhiên liệu pha 80% diesel 20% biodiesel Butylated hydroxytoluene Combustion Emission Bench/ Tủ phân tích khí xả Hyđơcácbon Nhiên liệu pha 95% diesel 5% ethanol Darex corrosion inhibitor (chất ức chế ăn mòn Darex) Di-tertiary butyl peroxide Nhiên liệu pha 90% xăng 10% ethanol Nhiên liệu pha 85% xăng 15% ethanol Nhiên liệu pha 80% xăng 20% ethanol Nhiên liệu pha 95% xăng 5% ethanol Nhiên liệu pha 15% xăng 85% ethanol 2-Ethylhexyl nitrate High Dynamic Engine Testbed/ Băng thử động lực cao Ethyl Tertiary Buthyl Ether Free fatty acids (thành phần axit bÐo tù do) Nhiên liệu khí hydrơ Chất hoạt động bề mặt High-frequency receiprocating rig (khả bôi trơn) Methylcyclopentadenyl manganese tricarbonyl Motor Octane Number - số Octan động Methyl Tertiary Buthyl Ether Nhiên liệu biến tính Nhiên liệu sinh học Các loại ơxítnitơ Phụ gia Chất thải dạng hạt Part per million (mét phÇn triƯu) Quy hoạch thực nghiệm Research Octane Number - số Octan nghiờn cu Tertiary-butylalcohol Hệ thống tiêu chuẩn đo l-ờng Việt Nam Tetraethyl lead vi DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 Tính chất ethanol 16 Bảng 2.1 Yêu cầu kỹ thuật ethanol NLBT 33 Bảng 2.2 Đặc tính ethanol NLBT 33 Bảng 2.3 Các tiêu chất lượng xăng thông dụng 34 Bảng 2.4 Đặc tính xăng thơng dụng 35 Bảng 2.5 Chỉ tiêu chất lượng diesel thông dụng 35 Bảng 2.6 Đặc tính nhiên liệu xăng thơng dụng ethanol NLBT 36 Bảng 2.7 Độ ổn định oxy hóa xăng-ethanol 38 Bảng 2.8 Trị số octan xăng xăng-ethanol 38 Bảng 2.9 Thành phần chưng cất phân đoạn xăng A90 xăng E10 39 Bảng 2.10 Áp suất bão hòa nhiên liệu E10 39 Bảng 2.11 Sự phân tách pha xăng A90 nhiên liệu E10 theo nhiệt độ 40 Bảng 2.12 Sự phân tách pha nhiên liệu E10 theo thời gian nhiệt độ thường 40 Bảng 2.13 Sự phân tách pha nhiên liệu E10 theo hàm lượng nước 40 Bảng 2.14 Ăn mòn mảnh đồng xăng A90 nhiên liệu E10 41 Bảng 2.15 Tính chất chất lượng nhiên liệu E10 41 Bảng 2.16 Tính chất chất lượng nhiên liệu diesel 42 Bảng 2.17 Diesel pha trộn với ethanol NLBT 43 Bảng 2.18 Trị số xetan nhiên liệu diesel-ethanol 44 Bảng 2.19 Thành phần cất phân đoạn nhiên liệu diesel-ethanol 44 Bảng 2.20 Nhiệt độ chớp cháy cốc kín diesel-ethanol 45 Bảng 2.21 Độ bôi trơn độ nhớt động học diesel-ethanol 45 Bảng 2.22 Điểm vẩn đục nhiên liệu diesel-ethanol 45 Bảng 2.23 Sự phân tách pha nhiên liệu D5 theo hàm lượng nước 46 Bảng 2.24 Ăn mòn mảnh đồng nhiên liệu diesel-ethanol 47 Bảng 2.25 Tính chất chất lượng nhiên liệu diesel pha 5% ethanol (D5) 47 Bảng 3.1 Giá trị kế hoạch thực nghiệm tâm trực giao 71 Bảng 3.2 Giá trị cánh tay đòn kế hoạch thực nghiệm tâm trực giao 71 Bảng 3.3 Điều kiện thí nghiệm chọn 75 Bảng 3.4a Ma trận quy hoạch thực nghiệm tổ hợp phụ gia cho nhiên liệu E10 75 Bảng 3.4b Ma trận quy hoạch thực nghiệm tổ hợp phụ gia cho nhiên liệu E10 77 Bảng 3.5: Điều kiện thí nghiệm chọn 79 Bảng 3.6 Ma trận quy hoạch thực nghiệm tổ hợp phụ gia cho nhiên liệu diesel D5 81 Bảng 3.7 Ăn mòn mảnh đồng nhiên liệu E10 có phụ gia 83 Bảng 3.8 Thành phần hàm lượng nước biển nhân tạo 85 Bảng 3.9 Thành phần cất phân đoạn nhiên liệu D5 có phụ gia 87 Bảng 3.10 Trị số xetan nhiên liệu D5 có khơng có phụ gia 88 Bảng 3.11 Nhiệt độ chớp cháy cốc kín nhiên liệu diesel D5 có phụ gia 88 Bảng 3.12 Độ bôi trơn độ nhớt động học nhiên liệu D5 có phụ gia 89 Bảng 3.13 Sự phân tách pha diesel-ethanol có phụ gia theo thời gian nhiệt độ thường 90 Bảng 3.14 Độ ổn định oxy hóa nhiên liệu D5 có phụ gia 91 Bảng 3.15 Ăn mòn đồng nhiên liệu D5 có phụ gia 91 Bảng 3.16 Tốc độ ăn mịn kim loại nhơm, đồng thép môi trường nước chiết từ nhiên liệu thử nghiệm diesel, nhiên liệu D5 có khơng có phụ gia 94 Bảng 3.17 Ăn mòn mảnh đồng diesel-ethanol 94 vii Bảng 3.18 Tính chất chất lượng nhiên liệu D5 có 1,0% phụ gia VPI-D 95 Bảng 4.1 Thông số động D243 97 Bảng 4.2 Thông số động Dayhan 97 97 Bảng 4.3 Thông số động xe Ford LaserBPD-N 1.8L 98 Bảng 4.4 Thông số xe Wave 110 99 Bảng 4.5 Kết đo khí thải theo chu trình Châu Âu ECE R49 106 Bảng 4.6 Kết phân tích mẫu dầu bôi trơn động sử dụng nhiên liệu gia VPI-D 106 Bảng 4.7 Kết xác định hạt mài dầu bôi trơn động sử dụng nhiên liệu D5 phương pháp Ferograph 107 Bảng 4.8 Kết phân tích mẫu dầu bơi trơn động sử dụng nhiên liệu E10 thời điểm giờ, sau 50 100 hoạt động 116 Bảng 4.9 Kết xác định hạt mài dầu bôi trơn động sử dụng nhiên liệu E10 phương pháp Ferograph 116 Bảng 4.10 Kích thước chi tiết trước sau chạy bền 120 viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Cơ cấu sản xuất biodiesel từ loại dầu khác Hình 1.2 Độ ổn định hỗn hợp nhiên liệu diesel, ethanol với phụ gia 26 Hình 1.3 Động Ford 1.8L Duratec Flexi Fuel băng thử hình ảnh cặn cacbon bám xupap, vịi phun với trường hợp khơng có pha phụ gia 26 Hình 1.4 Khối lượng cặn bám xupap động sử dụng nhiên liệu E85 thay đổi lượng phụ gia 27 Hình 1.5 Khối lượng cặn bám xu páp động thay đổi tỷ lệ ethanol 27 Hình 1.6 Hiệu suất nhiệt phát thải động với mẫu nhiên liệu Sample1 (E50 + 5% phụ gia), Sample2 (E60+10% phụ gia) Sole fuel (xăng gốc) 28 Hình 2.1 Nhiệt độ phân pha nhiên liệu E10 phụ thuộc hàm lượng nước 41 Hình 2.2 Trị số xetan nhiên liệu diesel-ethanol phụ thuộc vào nồng độ ethanol 44 Hình 2.3 Nhiệt độ kết tinh diesel-ethanol theo nồng độ ethanol 46 Hình 2.4 Độ bền phân tách pha diesel D5 phụ thuộc vào hàm lượng nước 47 Hình 2.5 Khi xảy phân tách pha nhiên liệu xăng-ethanol 50 Hình 2.6 Cơng thức hóa học chất phụ gia có nguồn gốc dầu mỡ béo động thực vật 51 Hình 2.7 Chất phụ gia có độ nhớt cao 55 Hình 2.8 Cơng thức hóa học loại phụ gia đa chức 56 Hình 2.9 Quy trình phát triển phụ gia cho hỗn hợp nhiên liệu sinh học với nhiên liệu khoáng 58 Hình 3.2 Mơ hình đối tượng cơng nghệ MIMO (nhiều vào, nhiều ra) 69 Hình 3.3 Tọa độ điểm thí nghiệm phương án thực nghiệm cấp 70 Hình 3.4 Ảnh hưởng phụ gia đến độ bền phân pha nhiên liệu E10 83 Hình 3.5 Ảnh hưởng phụ gia đến độ ổn định ơxy hóa nhiên liệu E10 83 Hình 3.6 Ảnh soi kim tương mẫu kim loại đồng, nhôm thép chịu tác động nhiên liệu E10 khơng có có phụ gia VPI-G 85 Hình 3.7 Ăn mịn đồng nhiên liệu E10 có (a) khơng có (b) phụ gia VPI-G sau ngày 50oC 85 Hình 3.8 Tác động phụ gia đến tính chống ăn mịn kim loại nhiên liệu E10 87 Hình 3.9 Độ bơi trơn nhiên liệu D5 phụ thuộc vào phụ gia 89 Hình 3.10 Độ nhớt động học nhiên liệu D5 phụ thuộc vào phụ gia 89 Hình 3.11 Độ bền phân tách pha nhiên liệu D5 phụ thuộc vào phụ gia 90 Hình 3.12 Ảnh soi kim tương mẫu kim loại đồng, nhôm thép chịu tác động nhiên liệu D5 khơng có phụ gia VPI-D 92 Hình 3.13 Thép bị ăn mòn mẫu nhiên liệu D5 93 Hình 4.1 Động D243 băng thử ETB 97 Hình 4.2 Động Dayhan 97 băng thử 97 Hình 4.3 Đo đặc tính băng thử xe máy CD20” 98 Hình 4.4 Sơ đồ băng thử động lực học cao ETB 101 Hình 4.6 Sơ đồ Sơ đồ băng thử Chassis Dynamometer 20’’ 103 104 Hình 4.8 Tỷ lệ cải thiện thơng số tính phát thải động D243 sử dụng nhiên liệu D5 pha phụ gia VPI-D 104 điểm giờ, sau 50 100 chạy ổn định với nhiên liệu D5 có phụ gia 105 Hình 4.10 Ảnh hạt mài dầu bôi trơn trước chạy bền với nhiên liệu D5 107 Hình 4.11 Ảnh hạt mài dầu bôi trơn sau chạy bền 50 với nhiên liệu D5 108 Hình 4.12 Ảnh hạt mài dầu bơi trơn sau chạy bền 100 với nhiên liệu D5 108 ix Hình 4.13 Hình ảnh kết cặn cacbon vòi phun động D243 động chạy nhiên liệu D5 có phụ gia sau 50 100 109 110 Hình 4.15 Tỷ lệ cải thiện thơng số tính phát thải động pha phụ gia VPI-G 110 Wave 110 theo tốc độ chế độ toàn tải 111 Hình 4.17 Tỷ lệ cải thiện thơng số tính phát thải động xe Wave dùng nhiên liệu E10 pha phụ gia VPI-G so với trường hợp không pha phụ gia 112 Hình 4.18 Tỷ lệ cải thiện thơng số tính phát thải động xe Wave nhiên liệu E10 pha phụ gia VPI-G so với trường hợp pha phụ gia Keropur 112 theo tốc độ chế độ toàn tải 113 Hình 4.20 Tỷ lệ cải thiện thơng số tính phát thải động ô tô Ford nhiên liệu E10 pha phụ gia VPI-G so với trường hợp khơng pha phụ gia 113 Hình 4.21 Tỷ lệ cải thiện thơng số tính phát thải động ô tô Ford nhiên liệu E10 pha phụ gia VPI-G so với trường hợp pha phụ gia Keropur 114 100 chạy ổn định với E10 có phụ gia 114 điểm giờ, sau 50 100 chạy ổn định với E10 có phụ gia 115 điểm giờ, sau 50 100 chạy ổn định với E10 có phụ gia 115 Hình 4.25 Ảnh hạt mài dầu bôi trơn trước chạy bền với nhiên liệu E10 117 Hình 4.26 Ảnh hạt mài dầu bôi trơn sau chạy bền 50 với nhiên liệu E10 117 Hình 4.27 Ảnh hạt mài dầu bôi trơn sau chạy bền 100 với nhiên liệu E10 117 Hình 4.28 Hình ảnh kết cặn cacbon bugi động Dayhan 97 chạy nhiên liệu E10 có phụ gia sau 50 100 118 chạy ổn định với ba mẫu nhiên liệu E10 khơng có phụ gia 118 chạy ổn định với E10 khơng có phụ gia 119 Hình 4.31 Tỷ lệ cải thiện thơng số tính phát thải xe Wave 110cc sau 100 chạy ổn định với E10 pha phụ gia VPI-G với trường hợp không pha phụ gia 119 Hình 4.32 Tỷ lệ cải thiện thơng số tính phát thải xe Wave 110 sau 100 chạy ổn định với E10 pha phụ gia VPI-G với trường hợp pha phụ gia Keropur 119 x [65] L Hajba, Z Eller, E Lagy, J Hancsok, Properties of diesel-Alcohol blends, Hungarian Journal of industrial Chemistry Veszprem, Vol.39(3)pp.349-352 (2011) [66] M Jtaba Saei Moghaddam, Abdolsamad Zarringhalam Moghaddam, Nooshin Gholipour Zanjani, Erfan Salimipur, Improvement Fuel Properties and emission reduction by use of Diglyme-Diesel fuel blend on a heavy-duty diesel engine, 2011 International Conference on Environmental Engineering and Applications IPCBEE vol.17 (2011) IACSIT Press, Singapore [67] Multifunctional Diesel Fuel Additives from Triglycerides Energy & Fuels 2001,15,1194-1199 [68] G Venkata Subbaiah, K.raja Gopal, Syed altaf Hussain, B Durga Prasad & K Tirupathi Reddy, Rice bran oil biodiesel as an addtive in diesel-ethanol blends for diesel engines, IJRRAS June 2010 [69] Ultrazol ™ 8219, the Lubrizol comporation [70] The Role of Additives for Diesel and Blended (Ethanol or Biodisel) Fuel, A Review Energy & Fuels 2007 [71] International Workshop on Automotive Technology, Engine and Alternatve Fuels, 2008 [72] Xiaoqi Cui, Arjan Heiman tel, Valeri Golovichev and Ingemar Denbratt, Combustion and Emissions in a Light-Duty Diesel Engine Using Diesel-Water Emulsion and DieselEthanol Blends, Chaimers University of Technology, 2009-01-2695 128 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Khong Vu Quang, Le Anh Tuan, Pham Minh Tuan, Le Danh Quang, Tran Van Toai Experimental study of the effect of gasohol fuel with and without additive on performance and emissions of spark ignition, The 5th South East Asian Technical University Consortium (SEATUC) Symposium, tháng 2/2011, tr 514÷519 Lê Danh Quang, Phạm Minh Tuấn, Lê Anh Tuấn, Khổng Vũ Quảng, Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng phụ gia cho nhiên liệu disohol D5 đến tính phát thải động Tạp chí Cơ khí Việt Nam số đặc biệt tháng 10 năm 2011 chào mừng Hội nghị Cơ khí động lực lần tổ chức ĐHBK Hà Nội kỷ niệm 55 năm ngày thành lập trường ĐHBK Hà Nội, tr 102÷107 Lê Danh Quang, Lê Anh Tuấn, Khổng Vũ Quảng, Phạm Minh Tuấn, Phan Trọng Hiếu, Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá tính động sử dụng phụ gia cho nhiên liệu E10 D5, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số tháng 6/2012, tr 45÷51 Phan Trọng Hiếu, Lê Danh Quang, Lê Anh Tuấn, Nghiên cứu phát triển tổ hợp phụ gia cho nhiên liệu xăng sinh học E10, Tạp chí Giao thơng vận tải số tháng 7/2012, tr 36÷37 61 129 PHỤ LỤC 1: MỘT SỐ BẢNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Một số bảng kết đánh giá tính chất chất lƣợng nhiên liệu E10 D5 có phụ gia Bảng Trị số octan nhiên liệu nhiên liệu E10 có pha tổ hợp phụ gia TT Xăng-E10 pha phụ gia Trị số octan RON Trị số octan MON Trị số octan (R+M)/2 Không pha phụ gia 93,8 82,0 87,9 0,1% VPI-G 93,6÷93,9 81,9÷82,1 87,8÷88,0 0,1% Keropur 93,6÷93,9 81,9÷82,1 87,8÷88,0 0,1% VpCI-705 93,6÷93,9 81,9÷82,1 87,8÷88,0 Bảng Thành phần cất phân đoạn nhiên liệu E10 có phụ gia TT Thành phần Chưng cất Nhiệt độ, oC Khơng có phụ gia Phụ gia VPI-G 0,1% Phụ gia Keropur 0,1% Phụ gia VpCI 0,1% Tosôi đầu 37 37 37 37 5% 47 47 47 47 10% 49 49 49 49 20% 54 54 54 54 30% 59 58,5 58,5 58,5 40% 63 62,5 62,5 62,5 50% 67 67 67 67 60% 88 88 88 88 70% 112 112 112 112 10 80% 141 141 141 141 11 90% 170 170 170 170 12 95% 194 194 194 194 13 o T sôi cuối 203 203 203 203 14 % Cặn 1,8 1,8 1,8 1,8 130 Bảng Áp suất bão hòa xăng A90, nhiên liệu E10 có khơng có phụ gia Áp suất (Ried) 37,8oC, kPa Mẫu TT Xăng A90 56,8 Nhiên liệu E10 56,9 Nhiên liệu E10 có 0,1% phụ gia VPI-G 56,9 Nhiên liệu E10 có 0,1% phụ gia Keropur 56,9 Nhiên liệu E10 có 0,1% phụ gia VpCI-705 56,9 Bảng Nhiệt độ phân tách pha nhiên liệu E10 có phụ gia Nhiệt độ phân tách pha, o C Tổ hợp phụ gia Nồng độ phụ gia, % 0,01 0,02 0,03 0,05 0,07 0,1 Keropur 15 13 10 -4 -15 -30 VpCI-705 15 11 -10 -20 -35 VPI-G 15 12 -7 -22 -39 Bảng Độ ổn định ơxy hóa nhiên liệu E10 pha phụ gia Tổ hợp phụ gia Độ ổn định oxy hóa (phút) Nồng độ phụ gia, % 0,01 0,02 0,03 0,05 0,07 0,10 Keropur 370 413 457 493 503 509 510 VpCI-705 370 419 463 496 512 519 520 VPI-G 370 414 463 496 509 512 515 Bảng Độ bôi trơn nhiên liệu diesel D5 có phụ gia Độ bơi trơn 60oC, µm Phụ gia Nồng độ phụ gia, % 0,1 0,2 0,3 0,5 0,7 1,0 Phụ gia ED-10 368 357 345 331 316 298 280 Phụ gia VpCI-705 368 359 348 333 318 301 282 Tổ hợp VPI-D 368 361 351 338 323 305 285 131 Bảng Độ nhớt động học nhiên liệu diesel D5 có phụ gia Độ nhớt động học 40oC (cSt) Phụ gia Nồng độ phụ gia, % 0,1 0,2 0,3 0,5 0,7 1,0 Phụ gia ED-10 3,1 3,31 3,46 3,57 3,63 3,68 3,71 Phụ gia VpCI-705 3,1 3,29 3,42 3,50 3,57 3,60 3,62 Tổ hợp VPI-D 3,1 3,22 3,33 3,41 3,48 3,52 3,53 Bảng Sự phân pha diesel D5 (4% nước) theo nồng độ phụ gia nhiệt độ Nhiệt độ phân tách pha, oC Phụ gia Nồng độ phụ gia, % 0,1 0,2 0,3 0,5 0,7 1,0 Phụ gia ED-10 38 37 35 32 26 16 -5 Phụ gia VpCI-705 38 35 31 26 19 -12 Phụ gia VPI-D 38 36 33 29 21 -17 Kết thử nghiệm mẫu nhiên liệu D5 động diesel D243 Bảng Kết thử nghiệm nhiên liệu D5 khơng phụ gia đặc tính ngồi thời điểm Tốc độ (vịng/phút) Me (Nm) Ne (kW) Gnl (kg/h) ge (g/kWh) T-exh ( o C) 1000 259.3 27.16 7.93 292.14 435 1200 272.3 34.22 9.74 285.04 507 1400 284 41.64 11.59 279.26 553 1600 288.8 48.38 13.08 270.42 588 1800 287.6 54.21 14.24 262.33 604 2000 271.2 56.8 13.94 244.85 529 2200 243.4 56.08 13.77 245.87 514 132 Bảng 10 Kết thử nghiệm nhiên liệu D5 với phụ gia VPI-D đặc tính ngồi thời điểm h Tốc độ (vòng/phút) Me (Nm) Ne (kW) Gnl (kg/h) ge (g/kWh) T-exh ( o C) 1000 272.3 28.51 7.88 276.28 532 1200 286.4 35.99 10.02 277.72 567 1400 295.7 43.34 11.87 273.43 593 1600 301.4 50.5 13.47 266.84 611 1800 304.1 57.32 14.63 254.8 612 2000 283.1 59.29 14.17 238.89 569 2200 252.8 58.24 13.83 237.3 523 Bảng 11 Kết thử nghiệm nhiên liệu D5 với phụ gia VPI-D đặc tính ngồi sau chạy bền 50 h Tốc độ (vòng/phút) Me (Nm) Ne (kW) Gnl (kg/h) ge (g/kWh) T-exh ( o C) 1000 264.8 27.73 7.89 284.6 453 1200 271.3 34.09 9.87 289.09 498 1400 280.3 41.09 11.71 283.75 542 1600 285.1 47.77 13.21 276.38 573 1800 283.6 53.45 14.09 263.26 581 2000 272.9 57.16 13.84 241.44 545 2200 244.4 56.3 13.45 238.84 498 Bảng 12 Kết thử nghiệm nhiên liệu D5 với phụ gia VPI-D đặc tính ngồi sau chạy bền 100 h Tốc độ (vòng/phút) Me (Nm) Ne (kW) Gnl (kg/h) ge (g/kWh) T-exh ( o C) 1000 265.2 27.78 7.63 275.06 460 1200 274.1 34.45 9.57 278.62 518 1400 284.2 41.67 11.51 276.5 562 1600 290 48.9 13.09 271.57 594 1800 292 55 14.03 258.5 601 2000 272.5 57.06 13.71 240.46 562 2200 242.8 55.94 13.33 237.7 522 133 Kết thử nghiệm động Dayhan 97 Bảng 13 Kết thử nghiệm mẫu nhiên liệu E10 khơng phụ gia đặc tính ngồi thời điểm h Tốc độ (vòng/phút) Me (Nm) N (kW) Gnl (kg/h) CO (ppm) CO2 (ppm) HC (ppm) NOx (ppm) 6300 22.81 4.30 1.559 3.68 9.63 120 1354 6650 23.1 4.59 1.529 2.7 10.24 121 1670 7000 22.93 4.80 1.569 2.47 10.35 121 1860 7350 22.41 4.93 1.667 2.52 10.29 127 1610 7700 21.5 4.95 1.725 2.93 10 166 1348 8050 19.78 4.76 1.794 3.53 8.7 194 910 Bảng 14 Kết thử nghiệm mẫu nhiên liệu E10 với phụ gia VPI-G đặc tính ngồi thời điểm h Tốc độ (vòng/phút) Me (Nm) N (kW) Gnl (kg/h) CO (ppm) CO2 (ppm) HC (ppm) NOx (ppm) 6300 23.5 4.43 1.574 4.2 9.63 124 911 6650 23.5 4.67 1.51 3.41 10.24 121 1157 7000 23.38 4.89 1.588 2.85 10.35 107 1222 7350 22.7 4.99 1.637 3.18 10.29 107 1074 7700 21.99 5.06 1.706 3.4 10 127 943 8050 20.4 4.91 1.765 4.16 8.7 149 199 Bảng 15 Kết thử nghiệm nhiên liệu E10 với phụ gia VPI-G đặc tính ngồi sau 50 h Tốc độ (vòng/phút) Me (Nm) N (kW) Gnl (kg/h) CO (ppm) CO2 (ppm) HC (ppm) NOx (ppm) 6300 24.6 4.63 1.68 3.19 8.69 115 739 6650 24.05 4.78 1.558 2.61 9.47 100 1207 7000 23.7 4.96 1.558 2.46 9.52 100 1031 7350 22.92 5.04 1.61 2.32 9.52 105 854 7700 22.39 5.16 1.68 2.7 9.32 112 762 8050 21.08 5.07 1.74 3.88 8.95 115 560 134 Bảng 16 Kết thử nghiệm nhiên liệu E10 với phụ gia VPI-G đặc tính ngồii sau 100 h chạy bền Tốc độ (vòng/phút) Me (Nm) N (kW) Gnl (kg/h) CO (ppm) CO2 (ppm) HC (ppm) NOx (ppm) 6300 23.93 4.51 1.64 2.93 9.16 101.00 529.00 6650 23.6 4.69 1.54 2.63 9.73 105.00 1129.00 7000 23.87 5.00 1.55 2.23 9.11 104.10 1050.00 7350 23.1 5.08 1.61 2.26 9.32 110.80 888.00 7700 22.74 5.24 1.72 2.78 9.52 120.50 618.00 8050 21.32 5.13 1.79 3.71 7.91 136.90 428.00 Kết thử nghiệm động ô tô Ford laser BPD-N 1.8L Bảng 17 Kết thử nghiệm mẫu nhiên liệu E10 khơng pha phụ gia Tốc độ (vịng/phút) 2500 3000 3800 4400 5000 Trung bình Ne (kW) F (N) Gnl (kg/h) CO (ppm) CO2 (ppm) HC (ppm) NOx (ppm) 16.561 21.884 27.76 32.163 1583 1646 1735 1722 6.689 7.798 9.729 10.814 68,048 56,818 44,221 37,939 79,734 88,558 85,539 85,587 1,893 1,643 1,439 1,271 158 256 301 324 37.522 27.178 1730 1683.2 12.632 9.5324 34,469 48299 80,101 83903.8 1,192 1487.6 327 273 Bảng 18 Kết thử nghiệm mẫu nhiên liệu E10 có pha phụ gia VPI-G Tốc độ (vịng/phút) 2500 3000 3800 4400 5000 Trung bình Ne (kW) F (N) Gnl (kg/h) CO (ppm) CO2 (ppm) HC (ppm) NOx (ppm) 18.399 24.183 29.189 1678 1768 1832 6.859 7.967 9.965 60,958 50,063 39,624 84,685 93,072 92,250 1,693 1,421 1,183 105 203 254 34.455 39.593 29.1638 1825 1872 1795 11.645 13.791 10.0454 30,532 28,691 41.9736 91,839 85,070 89.3832 1,074 973 1.2688 276 273 222.2 135 Bảng 19 Kết thử nghiệm mẫu nhiên liệu E10 có pha phụ gia Keropur Tốc độ (vịng/phút) 2500 3000 3800 4400 5000 Trung bình Ne (kW) F (N) Gnl (kg/h) CO (ppm) CO2 (ppm) HC (ppm) NOx (ppm) 17.148 22.817 28.54 33.618 38.563 28.1372 1635 1728 1798 1802 1834 1759.4 6.935 7.635 10.512 11.481 13.468 10.0062 64,540 53,885 40,396 32,644 30,184 44.3298 81,390 85,654 87,908 87,754 82,576 85.0564 1,775 1,549 1,302 1,185 1,012 1.3646 140 221 284 295 290 246 Kết thử nghiệm xe Wave 110 Bảng 20 Kết thử nghiệm với nhiên liệu E10 không pha phụ gia trước chạy bền Tốc độ (km/h) Ne (kW) 30 1.71 40 ge (g/kWh) CO (ppm) CO2 (ppm) HC (ppm) NOx (ppm) 438.01 48,382 89.278 3,510 1,675 2.38 363.87 62,625 73.634 3,407 1,473 50 3.18 386.79 67,034 79.398 3,025 1,246 60 3.72 403.76 61,587 86.486 2,918 1,376 70 4.466 444.47 59,254 86.226 3,468 1,412 Bảng 21 Kết thử nghiệm với nhiên liệu E10 không pha phụ gia sau chạy bền 100 Tốc độ (km/h) 30 Ne (kW) ge (g/kWh) CO (ppm) CO2 (ppm) HC (ppm) NOx (ppm) 1.51 496.03 54,437 87,985 3,697 1,752 40 2.18 443.12 67,122 72,825 3,530 1,645 50 2.78 442.45 72,620 78,111 3,378 1,428 60 3.41 440.47 68,065 84,594 3,104 1,430 70 4.09 485.33 64,904 84,827 3,684 1,502 Bảng 22 Kết thử nghiệm nhiên liệu E10 có phụ gia VPI-G trước chạy ổn định Tốc độ (km/h) 30 Ne (kW) ge (g/kWh) CO (ppm) CO2 (ppm) HC (ppm) NOx (ppm) 1.76 414.20 44,845 84,526 3,170 1,468 40 2.42 374.38 57,638 72,558 3,047 1,203 50 3.28 375.00 61,915 73,881 2,671 1,095 60 3.92 383.16 54,372 81,392 2,518 1,109 70 4.86 408.44 52,084 80,418 2,978 1,236 136 Bảng 23 Kết thử nghiệm nhiên liệu E10 có phụ gia VPI-G sau chạy ổn định 100 h Tốc độ (km/h) Ne (kW) 30 1.63 40 ge (g/kWh) CO (ppm) CO2 (ppm) HC (ppm) NOx (ppm) 459.51 46,924 86,728 3294 1597 2.38 389.08 58,739 74,425 3158 1319 50 3.14 391.72 65,027 76,922 2,785 1,150 60 3.60 417.22 57,583 83,718 2,632 1,243 70 4.34 457.37 53,891 83,984 3,216 1,322 Bảng 24 Kết thử nghiệm nhiên liệu E10 có phụ gia Keropur trước chạy ổn đinh Tốc độ (km/h) Ne(kW) 30 1.74 40 ge (g/kWh) CO(ppm) CO2(ppm) HC(ppm) NOx(ppm) 430.46 46,224 86,047 3,406 1,557 2.40 398.33 60,025 73,849 3,234 1,296 50 3.18 386.79 65,263 78,715 2,983 1,124 60 3.76 399.47 58,021 85,502 2,880 1,183 70 4.63 428.73 57,291 85,859 3,329 1,297 Bảng25 Kết thử nghiệm nhiên liệu E10 có phụ gia Keropur sau chạy ổn định100 h Tốc độ (km/h) Ne(kW) 30 1.61 40 ge (g/kWh) CO(ppm) CO2(ppm) HC(ppm) NOx(ppm) 465.22 52,424 85,966 3,570 1,607 2.26 416.81 65,525 73,370 3,607 1,389 50 2.95 416.95 71,292 78,123 3,125 1,213 60 3.51 427.92 64,184 84,625 3,018 1,265 70 4.14 479.47 61,364 84,872 3,468 1,373 137 PHỤ LỤC 2: MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ TRANG THIẾT BỊ VÀ QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM Một số thiết bị phân tích tính chất lý hóa nhiên liệu Hình Thiết bị xác định nhiệt độ chớp cháy cốc kín hàm lượng cặn cacbon Hình Thiết bị xác định độ nhớt nhiên liệu Hình Thiết bị xác định áp suất bão hịa Hình (1) Thiết bị xác định độ ăn mòn kim loại nhiên liệu; (2) Bể điều nhiệt, xác định nhiệt độ phân tách pha độ kết tinh nhiên liệu Hình Thiết bị xác định trị số xetan, octan nhiên liệu Hình Thiết bị xác định đường cong chưng cất nhiên liệu 138 Trang thiết bị trình nghiên cứu thực nghiệm NLSH với phụ gia Hình Động D243 dùng thử nghiệm nhiên liệu D5 khơng có pha phụ gia VPI-D Hình Quá trình thử nghiệm, lấy kết động D243 sử dụng nhiên liệu D5 với phụ gia 139 Hình Bàn điều khiển giao diện hiển thị kết băng thử ETB với động diesel D243 thử nghiệm 140 Hình 10 Động Dayhan 97 dùng thử nghiệm nhiên liệu E10 với phụ gia VPI-G Hình 11 Đơng Dayhan 97 lắp băng thử Didacta T101D 141 Hình 12 Thiết bị phân tích khí thải AVL Digas 4000 Hình 13 Xe Wave 110 dùng thử nghiệm nhiên liệu E10 với phụ gia băng thử Chassis Dynamometer 20’’ 142 ... cứu phụ gia cho nhiên liệu sinh học nghiên cứu phụ gia có tính đơn lẻ, chưa có nghiên cứu tổ hợp phụ gia từ phụ gia cho nhiên liệu sinh học Về nhiên liệu sinh học, nước ta đưa nhiên liệu E5 vào... tài Đánh giá ảnh hưởng chất phụ gia cho nhiên liệu sinh học E10 D5 đến tiêu kinh tế kỹ thuật động công suất, tiêu hao nhiên liệu, mức phát thải, mài mòn… Đây tổ hợp phụ gia nghiên cứu phát triển... tiêu khác) cho nhiên liệu sinh học E10 D5 đảm bảo tiêu kinh tế kỹ thuật động sử dụng Luận án Tiến sĩ có đóng góp định vào việc nghiên cứu phụ gia cho nhiên liệu sinh học Việt Nam 1.4 chƣơng Nhiên