Nghiên cứu giải pháp sử dụng hỗn hợp dầu Jatropha và dầu diesel làm nhiên liệu giảm thiểu ô nhiễm khí thải động cơ diesel
MỤC LỤC
Ô nhiễm môi trường do khí thải động cơ diesel
Đối với sức khỏe con người
Từ lâu người ta đã xác định được vai trò của benzen trong căn bệnh ung thư máu (leucémie) khi nồng độ của nó lớn hơn 40ppm hoặc gây rối loạn hệ thần kinh khi nồng độ lớn hơn 1g/m3, đôi khi nó là nguyên nhân gây các bệnh về gan. Sự nguy hiểm của bồ hóng, ngoài việc gây trở ngại cho cơ quan hô hấp như bất kì một tạp chất cơ học nào khác có mặt trong không khí, nó còn là nguyên nhân gây ra bệnh ung thư do các hydrocarbure thơm mạch vòng(HAP) hấp thụ trên bề mặt của chúng trong quá trình hình thành.
Đối với môi trường
Carbonic(thành phần chính trong sản phẩm cháy của nhiên liệu) là chất khí có dải hấp thụ bức xạ cực đại ứng với bước sóng 15mm, vì vậy nó được xem như trong suốt đối với bức xạ mặt trời nhưng là chất hấp thụ quan trọng đối với tia bức xạ hồng ngoại từ mặt đất. Tia cực tím gây ung thư da và gây đột biến sinh học, đặc biệt là đột biến sinh ra các vi trùng có khả năng làm lây lan các bệnh lạ dẫn tới hủy hoại sự sống của mọi sinh vật trên trái đất giống như điều kiện hiện nay trên Sao Hỏa.
Giới thiệu nhiên liệu thay thế nhằm giảm ô nhiễm khí thải
Sự gia tăng của NOx, đặc biệt là protoxyde nitơ N2O có nguy cơ làm gia tăng sự hủy hoại lớp ozone ở thượng tầng khí quyển, lớp khí cần thiết để lọc tia cực tím phát xạ từ mặt trời. Năng lượng điện: đây cũng là hướng phát triển mới có nhiều triển vọng với sự ra đời ngày càng nhiều các loại pin nhiên liệu với tuổi thọ gấp 5 đến 10 lần so với các loại pin hiện nay.
Tình hình nghiên cứu nhiên liệu thay thế trên thế giới và trong nước
Nghiên cứu sử dụng dầu thực vật tinh khiết làm nhiên liệu thay thế: [5]
Thử nghiệm của ngành công nghiệp động cơ đã chứng tỏ rằng, ban đầu các động cơ diesel chưa cải tiến có thể hoạt động được nhưng nhiều vấn đề phát sinh chủ yếu ở bộ phận phun nhiên liệu, vòng séc măng và sự ổn định của dầu bôi trơn. Từ những năm 1970, nhiều công trình nghiên cứu đã được thực hiện về cải tiến động cơ diesel để làm cho chúng hoạt động phù hợp với dầu thực vật không chế biến hay dầu thực vật tinh khiết.
Nghiên cứu sử dụng diesel sinh học làm nhiên liệu thay thế
Sự chấp nhận các tiêu chuẩn là cơ sở cần thiết để xây dựng lòng tin của khách hàng, nhận được các bảo hành từ nhiều nhà chế tạo động cơ diesel (như Mercedes-Benz, Peugeot, Volkswagen) và các nhà sản xuất bơm phun nhiên liệu. Các loại có hàm lượng diesel sinh học thấp (là 20% hoặc thấp hơn) có thể dùng thay thế trực tiếp nhiên liệu diesel trong hầu hết các xe động cơ diesel mà không cần điều chỉnh động cơ hoặc hệ thống nhiên liệu. Nhiều nhà chế tạo đã đưa vật liệu tương thích với dầu diesel sinh học vào trong thiết kế xe và đã chuẩn bị đưa ra bảo hành cho các model ô tô diesel của họ khi chúng sử dụng dầu diesel sinh học, chứng tỏ đã đạt độ chín muồi về kỹ thuật.
Tình hình nghiên cứu trong nước
Một mặt, dầu diesel sinh học làm tăng độ bền của của bơm và vòi phun diesel cao hơn so với nhiên liệu diesel có lưu huỳnh hiện nay. Mặt khác có sự lo ngại rằng nhiên liệu diesel sinh học ở các trạm nạp thường không đạt tiêu chuẩn chất lượng. Từ tháng 8/2006, hệ thống thiết bị sản xuất nhiên liệu diesel sinh học từ dầu ăn phế thải với công suất 2 tấn/ngày đã được triển khai tại công ty Phú Xương, quận Thủ Đức, Tp.HCM.
Các tính chất của dầu thực vật nói chung
Thành phần hóa học của dầu thực vật
GIẢI PHÁP SỬ DỤNG HỖN HỢP DẦU JATROPHA_DIESEL LÀM NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ DIESEL.
Đặc tính của dầu thực vật
Chỉ số cetane của dầu thực vật nhỏ hơn so với dầu diesel, trong số các dầu thực vật nghiên cứu thì dầu Jatropha có chỉ số cetane tương đương với dầu diesel. Sức căng bề mặt: Ở nhiệt độ thường thì sức căng bề mặt của dầu thực vật nói chung và của Jatropha nói riêng cao hơn dầu diesel nhưng ở nhiệt độ cao thì giảm nhanh và đạt giá trị gần bằng dầu diesel. Nhiều loại dầu thực vật trong khoảng nhiệt độ 200 - 2800C đường cong bay hơi gần trùng với dầu diesel, nhưng vượt quá 2800C thì chúng lại thấp hơn.
Các phương pháp sử dụng dầu thực vật làm nhiên liệu
Nhiên liệu ban đầu là dầu thực vật, rượu và chất tạo sức căng bề mặt với thiết bị tạo nhũ có thể tạo ra nhũ tương dầu thực vật-rượu, trong đó các hạt rượu được phân bố đều trong nhũ tương. Phương pháp ester hoá dầu thực vật là phương pháp được chú ý trong thời gian gần đây, nguyên lý chuyển hoá cơ bản có thể miêu tả như là phản ứng của một phần tử glyceride (axit béo không no, có độ nhớt cao) và ba nguyên tử rượu tạo thành ester của axit béo và một nguyên tử glycerine. Nhiên liệu dầu thực vật và rượu ít nước (điều kiện phản ứng là xúc tác và nhiệt độ trung bình) lúc này lần lượt các liên kết R1CO_, R2CO_, R3CO_, bị tách ra khỏi phân tử glyceride và đính vào các nguyên tử hydro và rượu.
Phương pháp dùng dầu Jatropha làm nhiên liệu
Giải pháp tạo mẫu nhiên liệu từ hỗn hợp dầu Jatropha + diesel
Chọn tỉ lệ pha
Trên thị trường hiện nay có nhiều loại nhớt kế, nhưng tất cả đều hoạt động theo một nguyên lý chung là đo thời gian mà một đơn vị thể tích mẫu thử chảy qua một lỗ tiêu chuẩn của nhớt kế trong điều kiện quy ước. Ở nhiều nước Châu Âu và Việt Nam, độ nhớt quy ước của dầu thường được xác định bằng nhớt kế Engler. Tương tự, cho 250ml hỗn hợp J-D vào nhớt kế sau đó tính thời gian cần thiết để cho 200ml hỗn hợp J-D chảy qua nhớt kế.
Xác định tỉ lệ hỗn hợp và nhiệt độ sấy tối ưu
Kết quả thông số độ nhớt hỗn hợp nhiên liệu J-D và gia nhiệt đo được cho trong bảng 2.1. Như đã trình bày, nhiệt độ sấy dầu Jatropha không nên vượt quá 80 oC, nhiệt độ này tương hợp khi sử dụng các phương pháp gia nhiệt khác nhau để gia nhiệt cho hỗn hợp như dùng nước làm mát để sấy nhiên liệu, nhằm giảm thời gian và năng lượng dùng cho bộ sấy. Ấn định nhiệt độ sấy là 800C để pha dầu Jatropha vào hỗn hợp với tỷ lệ lớn nhất có thể.
Gải pháp kỹ thuật
- Phương pháp pha hỗn hợp
- Phương pháp gia nhiệt cho hỗn hợp
- Quy trình vận hành động cơ với nhiên liệu thay thế
Ngoài ra, so với các máy đồng thể loại cơ khí và van, MĐT loại này không cần có bơm cao áp chuyên dùng (với áp suất bơm đến 16 ÷ 25 MPa), bảo đảm sự làm việc của MĐTTĐ là phân tán chất không tan lẫn trong dầu, và có thể lắp đặt dễ dàng. Tóm lại: khi sử dụng đại trà bên cạnh việc trang bị hệ thống khuấy trộn tự động như đã nêu trên cần trang bị thêm bộ đồng thể hóa hỗn hợp nhiên liệu kiểu thủy động nhằm làm tăng chất lượng hỗn hợp nhiên liệu, tăng chất lượng quá trình cháy. Như vậy để đưa hỗn hợp nhiên liệu J-D vào sử dụng cho động cơ diesel cần phải có những cải tiến nhất định đối với hệ thống nhiên liệu, bên cạnh đó cần có biện pháp sấy nóng nhiên liệu phù hợp với từng điều kiện sử dụng đồng thời phải đồng thể hóa hỗn hợp nhiên liệu như đã niêu trên để hoàn thiện quá trình cháy trong động cơ diesel.
Các cảm biến lưu lượng C1,C2 lấy tín hiệu lưu lượng của dầu diesel từ két diesel (1) và Jatropha (2) từ két đưa về ECU, sau khi các tín hiệu được sử lý ECU phát tín hiệu cho phép đóng mở các van V1,V2 để hỗn hợp nhiên liệu sau các van đạt tỉ lệ yêu cầu. Vấn đề đặt ra ở đây là kết cấu của các cánh khuấy trộn được thiết kế sao cho hỗn hợp nhiên liệu được khuấy đều thành một thể tương đối đồng nhất, sau đó dùng thiết bị đồng thể hóa kiểu thủy động để khắc phục hiện tượng phân lớp (tách pha) nhằm tăng chất lượng quá trình cháy của động cơ diesel.
Chạy thử nghiệm
Thiết bị thử nghiệm
Máy phát điện trong hệ thống khảo nghiệm động cơ kết hợp với cụm phụ tải có nhiệm vụ tiêu thụ công suất do động cơ phát ra và cho phép đo được công suất đó ở những chế độ tải khác nhau. Cũng tương tự như chạy không tải nhưng ta đóng khớp nối đàn hồi 20 truyền động giữa động cơ diesel D12 với máy phát và đóng tải cho máy phát với các mức tải khác nhau. Hệ thống khảo nghiệm động cơ D12 chạy có tải sử dụng nhiên liệu Diesel và hỗn hợp nhiên liệu thay thế bao gồm: “động cơ diesel D12, hệ thống nhiên liệu, cụm phụ tải, máy phát điện, máy vi tính cùng hộp kết nối ”, như hình 2.19.
So sánh chi phí nhiên liệu khi chạy dầu DO và hỗn hợp J-D
Đề xuất ý kiến
- Cần bổ sung, nâng cao chất lượng của máy móc trang bị các thiết bị phục vụ cho việc nghiên cứu và thử nghiệm động cơ diesel. Vì vậy trước khi thử nghiệm động cơ cần tìm giải pháp cải hoán và điều chỉnh cho phù hợp với loại nhiên liệu sử dụng. - Cần có một phòng khảo nghiệm riêng đạt tiêu chuẩn để thu được kết quả thực nghiệm chính xác hơn.