CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN
1.2. Sự thay đổi thuộc tính của biodiesel so với nhiên liệu diesel dầu mỏ
Nhiên liệu diesel sinh học là hỗn hợp diesel sinh học tinh khiết (còn gọi là diessel sinh học gốc, ký hiệu là B100) được pha với nhiên liệu diesel dầu mỏ (B0) có nguồn gốc hóa thạch theo một tỷ lệ nhất định về thể tích. Nhiên liệu diesel sinh học thường được ký hiệu là Bx, trong đó x là số chỉ % thể tích của diesel sinh học trong hỗn hợp (ví dụ: B20 có nghĩa là hỗn hợp có chứa 20% diesel sinh học gốc B100 và 80% diesel dầu mỏ B0; và B0 sẽ tương ứng với ký hiệu của diesel dầu mỏ, chứa 0 % diesel sinh học).
Biodiesel là nguồn năng lượng có thể tái tạo, không độc và dễ phân hủy. Việc sử dụng biodiesel sẽ giúp đa dạng hóa nguồn nhiên liệu và sử dụng có hiệu quả các sản phẩm phụ của quá trình sản xuất nông nghiệp, công nghiệp nội địa. Biodiesel có thể trộn với diesel dầu mỏ theo tỷ lệ bất kỳ (đã có nhiều nghiên cứu sử dụng B100 cho ĐCĐT và PTCGĐB). Biodiesel có điểm chớp cháy cao hơn diesel dầu mỏ nên an toàn hơn trong quá trình lưu trữ, sử dụng. Việc sử dụng biodiesel sẽ làm giảm mức phát thải CO, HC và PM của động cơ (mức giảm tùy thuộc vào tỷ lệ pha trộn cũng như điều kiện thử nghiệm thực tế). Tuy nhiên, các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy có sự gia tăng về mức phát thải NOX. Hàm lượng lưu huỳnh thấp trong biodiesel làm tăng hiệu quả làm việc, kéo dài tuổi thọ của các thiết bị xử lý khí thải của động cơ, [23].
Nhược điểm của biodiesel là giá thành thường cao hơn (ở quy mô sản xuất nhỏ, giá thành cao hơn khoảng 1,2-1,3 lần so với diesel dầu mỏ). Biodiesel có độ nhớt cao hơn nên ảnh hưởng đến khả năng phân rã tia phun và hòa trộn tạo hỗn hợp trong buồng cháy động cơ. Biodiesel có nhiệt trị thấp nên sẽ làm tăng mức tiêu thụ nhiên liệu của động cơ. Biodiesel có điểm đục và điểm rót cao hơn, mức tạo bọt cao hơn, tính tương thích vật liệu kém hơn so với diesel dầu mỏ, [23].
Biodiesel có sự thay đổi về thuộc tính so với nhiên liệu diesel dầu mỏ, sự thay đổi các thuộc tính này phụ thuộc vào tỷ lệ pha trộn và nguồn diesel sinh học gốc. Với cùng loại B100 (có cùng nguồn gốc), khi thay đổi tỷ lệ pha trộn của hỗn hợp biodiesel, các thuộc tính hóa-lý (tỷ lệ C:H:O, sức căng mặt ngoài, độ nhớt, tỷ trọng...) và đặc tính cháy (nhiệt trị thấp, trị số xê tan...) của hỗn hợp biodiesel cũng thay đổi theo nhưng với chiều hướng rất khác nhau (Bảng 1.3).
Ngoài việc phụ thuộc vào tỷ lệ pha trộn, các thuộc tính, đặc tính của biodiesel còn phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu đầu (Feedstock) để sản xuất diesel sinh học gốc B100 (Bảng 1.4).
Bảng 1.3. Sự thay đổi thuộc tính hóa-lý, đặc tính cháy của biodiesel theo tỷ lệ pha trộn (với B100 có cùng nguồn gốc), [99]
Thông số Loại nhiên liệu
B0 B10 B20 B100
Thành phần hóa học
C 0,87 0,8594 0,849 0,773 H 0,126 0,1251 0,124 0,118 H 0,126 0,1251 0,124 0,118 O 0,004 0,0148 0,025 0,108 Khối lượng riêng ở 20oC, [kg/m3] 830 835.5 841 885 Sức căng mặt ngoài ở 20oC, T, [N/m] 0,028 0,03 0,031 0,043 Độ nhớt động học ở 20o
C, [cSt] 3,61 3,79 3,97 5,23 Nhiệt trị thấp, QH , [MJ/kg] 42,5 41,84 41,18 36,22
Trị số xê tan 48 48,35 48,68 51,3
Từ Bảng 1.3 và 1.4 cho thấy, khi thay đổi tỷ lệ pha trộn của biodiesel (hoặc nguồn gốc của B100), do sự thay đổi về thành phần hóa học (nhất là tỷ lệ C:H:O, đường cong chưng cất…) sẽ dẫn đến sự thay đổi các đặc tính cháy của hỗn hợp (trị số xê tan, tốc độ lan truyền ngọn lửa cháy tầng, khoảng giới hạn cháy, các phản ứng chính hình thành sản phẩm cháy…) của nhiên liệu nói chung. Do vậy, khi sử dụng các loại biodiesel này trong động cơ thực tế sẽ tác động trực tiếp đến các thông số nhiệt động của CTCT như tốc độ cháy, tốc độ tỏa nhiệt, diễn biến áp suất và nhiệt độ trong xi lanh... và cuối cùng, sẽ ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế, năng lượng, môi trường của động cơ diesel, [14].
TT Tên chỉ tiêu Phƣơng pháp Đơn vị
B100 từ Nguồn 1 B100 từ Nguồn 2 Giới hạn (TCVN 5689:2005) Giới hạn (ASTM D 7467/09) B10 B20 B10 B20 1 Điểm chớp cháy cốc kín TCVN 6608:2000 (ASTM D 3828) / ASTM D 93 o C 64 67 63 65 min; 55 min; 52 2 Độ nhớt động học TCVN 3171:2003 (ASTM D 445) mm2/s 3,25 3,38 2,848 2,862 1,94,5 1,94,1 3 Cặn cacbon 10% cặn chưng cất TCVN 6324:1997 (ASTM D 189) / ASTM D 4530 % khối
lượng 0,08 0,11 0,15 0,17 max; 0,3 max; 0,35 4 Hàm lượng tro TCVN 2690:1995 (ASTM D 482) % khối
lượng 0,003 0,004 0,01 0,007 max; 0,01 max; 0,01 5 Hàm lượng nước và cặn ASTM D 2709 % thể tích 0,005 0,005 0,0185 0,0188 max; 0,02 max; 0,05
6 Ổn định ô xy hóa EN 14112 Giờ 77,27 26,25 - - min; 6 min; 6
7 Ăn mòn mảnh đồng TCVN 2694:2000 (ASTM D 130) Loại 1a 1a 1a 1a max; 1a max; 1a
8 Trị số xê tan TCVN 7630 (ASTM D 613) 53,7 54,5 52,5 52,8 min; 40 min; 40
9 Khối lượng riêng ở 15oC TCVN 6594:2000
(ASTM D 1298) / ASTM D 4052 kg/l 0,8409 0,8448 0,8389 0,8402 820860 -
10 Trị số axit tổng ASTM D 664 mg
KOH/g 0,034 0,042 0,056 0,063 - max; 0,30
11 Nhiệt trị ASTM D 240 MJ/kg 43,86 43,11 - - - -
Chú thích:
- Nguồn 1: B100 được chiết xuất từ phần thải của quá trình tinh lọc dầu cọ thô (Crude Palm Oil) thành dầu ăn (Cooking Oil), [23]. - Nguồn 2: B100 được chiết xuất từ mỡ thải của cá Basa trong quá trình chế biến thủy sản, [19].