Hình 7. Biểu đồ h – x với xăng – không khí
Vì IB có áp suất hơi bão hòa thấp, nên hỗn hợp xăng-isobutanol có điểm sương thấp hơn so với xăng nguyên chất. Điều này có nghĩa là thêm IB với xăng, sẽ làm hiệu suất của động cơ giảm, thực tế pha trộn IB với xăng phải được giới hạn theo tỷ lệ nhất định.
So với sơ đồ không khí-xăng, hỗn hợp nhiên liệu xăng-isobutanol được coi là hỗn hợp của năm thành phần (hexan, heptan, octan, Decan và IB), khi tính toán giá trị h cho IB30 (30% IB với 70% xăng), IB50 (50% IB với 50% xăng) và IB70 (70% IB với 30 % Xăng). Hỗn hợp entanpy IB30 cao hơn một chút so với hổn hợp còn lại ở đồng mức nhiệt độ. Hỗn hợp entanpy cao hơn có nghĩa là hổn hợp hóa hơi hoàn toàn ở áp suất thấp hơn.
Hình 10. Biểu đồ h – x IB50
Sơ đồ h-x cho isobutanol tinh khiết (IB100) có hình dạng rất khác nhau hơn so với các hỗn hợp khác, với các đường thẳng ở nhiệt độ không đổi ở khu vực dưới đường điểm sương. hỗn hợp tăng entanpy trong khu vực bão hòa lý do là entanpy của chất lỏng tăng và do đó biến thể của entanpy (h) là tỷ lệ thuận với sự tham gia của hàng loạt nhiên liệu (x).
5.2 ĐẶC TÍNH CHÁY
Phần này chủ yếu trình bầy các kết quả thu được từ thử nghiệm nhiên liệu pha trộn IB với xăng theo tỷ lệ nhất định. Thí nghiệm được thực hiện trên nhiên liệu xăng – ethanol và xăng – ethanol – isobutanol. Trong đó ethanol được giữ nguyên tỷ lệ và chỉ thay đổi tỷ lệ isobutanol và xăng.
5.2.1 Mô hình thiết kế thử nghiệm
1. Động cơ 10. Bộ tách ẩm
2. Lực kế 11 Phân tích khí
3. Tín hiệu điện áp 12. Bộ chế hòa khí
4. Máy tính 13. Bộ lọc không khí
5. Máy in 14. Hộp không khí.
6. Cảm biến tải 15. Cửa hút khí
7. RPM 16. Ống xả
8. Bảng điều chỉnh kiểm soát lực kế 17. Trục 9. Đo nhiệt độ khí thải 18 nhiên liệu.
Động cơ thực hiện Mô hình động cơ Bajaj Loại động cơ Bốn thì, xi lanh đơn làm mát bằng
không khí động cơ
Thể tích công tác 100 cc
Tỉ số nén 7.4:1
Công suất 5.2 kW
Tốc độ định mức 6500 rpm
Nhiên liệu xăng
Nghiên cứu được thực hiện tại vị trí ¾ bướm ga, mô-men xoắn động cơ thay đổi theo tải trọng động cơ.
5.2.2 Kết quả thử nghiệm với xăng – ethanol
5.2.2.1 Tiêu hao nhiên liệu
Hình 13a. Mức tiêu hao nhiên liệu theo moment động cơ
Mức tiêu thụ nhiên liệu của hỗn hợp xăng - ethanol được hiển thị trong hình. Tiêu thụ nhiên liệu tăng theo mô-men xoắn động cơ. Với tỷ lệ pha trộn khác nhau, mức tiêu hao là khác nhau tùy vào moment động cơ, điều này cho thấy, tùy vào chức năng và moment cực đại của động cơ mà tỷ lệ pha được quyết định để giảm tiêu hao nhiên liệu.
Hình 13b. Mức tiêu hao nhiên liệu theo moment động cơ
Mức tiêu hao nhiên liệu tăng theo moment nhưng giảm so với hổn hợp xăng-ethanol.
5.2.2.2 Hiệu suất thể tích (quá trình nạp)
Hình 14a. Hiệu suất thể tích nạp theo moment động cơ
Ảnh hưởng của ethanol và nhiên liệu hỗn hợp xăng không chì trên hiệu suất thể tích được thể hiện trong hình cho thấy rõ ràng tăng hiệu suất thể tích với động cơ mô-men xoắn tối đa 0,9 Nm. Điều này là do giảm nhiệt độ của quá trình nạp khí và sự gia tăng của số lượng không khí được nạp vào trong xi lanh động cơ. Giảm nhiệt độ này là do sự truyền nhiệt từ các bộ phận mang nhiệt của động cơ và khí dư trong khí nạp. Đồng thời, do nhiệt độ được hấp thụ do bay
hơi của quá trình pha trộn nhiên liệu trong ống dẫn khí vào xi-lanh. Nếu gia tăng hơn nữa mô- men xoắn động cơ kết quả là hiệu suất thể tích giảm do lượng không khí giảm kết quả của tắc nghẽn lưu lượng trong đường ống nạp.
Hình 14b. Hiệu suất thể tích nạp theo moment động cơ
5.2.2 Phát thải
Đặc tính phát thải chất gây ô nhiễm (CO, NOx, HC) được so sánh trong các hình 15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b. Nhìn chung hỗn hợp xăng-ethanol-isobutanol có nồng độ chất gây ô nhiễm tron khí xã thấp hơn hẳn hợp chất xăng-ethanol. Đây có thể xem như một giải pháp về nhiên liệu nhằm xữ lý tốt quá trình cháy nhằm giảm tiêu hao nhiên liệu và giảm thải ô nhiễm môi trường
Hình 15a Hình 15b
Hình 16a Hình 16b
Hình 17b
Các chỉ số tương đối tỷ lệ theo moment động cơ. Nhưng không ổn định khi moment dộng cơ đạt 0.8Nm. Ngoài ra hổn hợp hổn hợp với IB5% và IB7.5% cho kết quả hứa hẹn một nhiên liệu thay thế trong tương lai.
Chương 6.
TÍNH KHẢ THI CỦA NHIÊN LIỆU ISOBUTANOL
6.1 KHẢ THI
6.1.1 Mức năng lượng cao
Isobutanol có khoảng 82 phần trăm năng lượng giá trị của xăng. Với tất cả các động cơ khác nhau, hàm lượng năng lượng cao nghĩa là tiết kiệm nhiên liệu. Ngoài ra, mỗi EISA, như isobutanol có nhiều năng lượng hơn 30 phần trăm so với ethanol.
Bảng 4. EV các nhiên liệu
Theo tính toán của các nhà sản xuất động cơ có liên quan việc pha trộn 3,5 phần trăm theo trọng lượng nồng độ oxy sẽ tạo ra RINs lớn hơn. Isobutanol cung cấp một giải pháp cho những nhu cầu này. Nếu isobutanol được sử dụng ở E10 oxy cấp nội dung (3,5 phần trăm theo trọng lượng oxy), nó sẽ tạo ra nhiều hơn gấp đôi RINs. Với nồng độ oxy giảm đáng kể (2,7 phần trăm theo trọng lượng oxy)
Bảng 5. Giá trị RINs
6.1.2 Thay thế nhiên liệu bay
Isobutanol cũng có thể được chuyển đổi sang nhiên liệu bay. Theo Tổ chức Hàng không dân dụng quốc tế (ICAO), hiệu quả môi trường và lợi nhuận từ các biện pháp công nghệ và hoạt động có thể không bù đắp lượng khí thải tổng thể được dự báo sẽ được tạo ra bởi sự tăng trưởng dự kiến trong giao thông hàng không. Kết quả là, các ngành hàng không được đánh giá nhiên liệu thay thế bền vững để giảm khí nhà kính (GHG) trong khí thải, đồng thời cải thiện chất lượng không khí địa phương. Đó là quan điểm của ICAO rằng sự phát triển và sử dụng nhiên liệu thay thế bền vững có thể đóng một vai trò tích cực trong việc nâng cao nguồn lực tổng thể phân bổ và an ninh của nhiên liệu hàng không cung cấp, có lẽ bằng cách ổn định giá nhiên liệu. Một khuôn khổ mang tính đã được thành lập để chia sẻ thông tin về thực hành tốt nhất và các sáng kiến cho phép nhiên liệu hàng không thay thế bền vững được phát triển và đưa ra thị trường
Một lợi thế quan trọng cho isobutanol được thông qua vào ngành công nghiệp nhiên liệu vận tải là khả năng được vận chuyển trong đường ống mà không ảnh hưởng tiêu cực đến tính toàn vẹn, chất lượng, hoạt động của hệ thống đường ống. Đường ống là một phần quan trọng của chuỗi giá trị, và bằng cách sử dụng cơ sở hạ tầng hiện có để di chuyển sản phẩm có thể cung cấp lợi thế đáng kể. Vận chuyển vật liệu bằng đường ống là cách thức hiệu quả nhất để di chuyển các sản phẩm chất lỏng so với đường sắt, xà lan và / hoặc xe tải.
6.1.4 Tính an toàn
Có hai chỉ tiêu : Nứt do ăn mòn và chống đàn hồi
Với ethanol pha trộn vật liệu dể bị phá hủy. Dựa trên kết luận của DNV ,thép carbon dễ bị ăn mòn ứng suất nứt tăng cao trong nhiên liệu ethanol, tuy nhiên, không có ăn mòn trong isobutanol có chứa xăng ở nồng độ 12,5 phần trăm và 50 phần trăm. Ngoài ra , một số vật liệu đàn hồi được đánh giá có khả năng tương thích với isobutanol các vật liệu thử nghiệm cho thấy hiệu suất tốt hơn trong Isobutanol hơn trong xăng chất lượng
Ngày hôm nay, con đường pháp lý tồn tại cho isobutanol được sử dụng trong xăng ở hai cấp độ khối lượng 12,5 phần trăm với EPA ( 2,7 phần trăm theo trọng lượng oxy nội dung) và 16,1 phần trăm ( DuPont, Octamix miễn cho phép 3,5 phần trăm theo trọng lượng hàm lượng oxy ). Các cuộc thảo luận với các công ty phân phối có đường ống xoay quanh việc vận chuyển , xử lý và lưu trữ của ba sản phẩm có thể : 12,5 phần trăm và 16,1 phần trăm theo khối lượng isobutanol có chứa xăng và 100 phần trăm isobutanol
Trong những năm gần đây, nhiều thiết bị đầu cuối đã tăng chi tiêu vốn để xử lý pha trộn ethanol. Đồng thời , thông lượng của đường ống đã được giảm do lượng ethanol pha trộn tại các nhà ga . Isobutanol , vận chuyển đến nhà máy lọc dầu , tối ưu pha trộn để giảm chi phí, và sau đó được vận chuyển như là một sản phẩm hoàn chỉnh để người dùng thị trường sử dụng có hiệu quả.
6.2 HẠN CHẾ
Hai vấn đề gây hạn chế sự phát triển của nhiên liệu IB là:
Công nghệ ở mức công nghiệp để có thể sản xuất IB số lượng lớn nhằm cung cấp cho thị trường. Điều này chủ yếu nằm ở khâu công nghệ lên men. Dù có sự hỗ trợ tích cực của công nghệ Gen nhưng kết quả cũng chỉ mới dừng ở mức thí nghiệm, công nghệ phát triển lên mức công nghiệp thì gặp vần đề “độc quyền”. Điều này kiềm hãn sự bùn nổ nhiên liệu IB.
Trờ ngại thứ hai là hành lang pháp lý chưa cho phép xem IB như một nhiên liệu chính mà chỉ dừng ở mức nhiên liệu phụ trợ và chỉ được phép phối trộn ở mức quy định. Điều này làm IB không “hấp dẩn” với các nhà đầu tư. Kết quả là nguồn lực kinh tế không tập trung để phá vỡ được rào cảng công nghệ.
6.3 TỔNG KẾT
Isobutanol có thể giải quyết vấn đề pháp lý và quyết định tương lai công nghiệp Một động lực chính cần thiết cho isobutanol sẽ ảnh hưởng đến việc áp dụng nó vào ngành công nghiệp nhiên liệu vận tải là tác động của hiện tại và các quy định tiềm năng có thể có và làm nhiên liệu tái tạo trở nên nổi bật. Vấn đề chính bao gồm tổng khối lượng RIN cần thiết, thế hệ RIN, loại của RIN tạo ra, 1 psi giảm tải và kiểm soát ozone.
EISA (hoặc RFS2) đặt mục tiêu khối lượng mới cho ngành công nghiệp, đặc biệt, vào năm 2022, 36 tỷ gallon mỗi năm (tương đương khoảng 2,4 triệu thùng mỗi ngày) các sản phẩm năng lượng tái tạo sẽ được sử dụng để giải thích cho khối lượng này, một số nhận dạng năng lượng tái tạo (RIN) được thành lập; sử dụng khái niệm về giá trị tương đương (EV) cho phép một số nhân dựa trên hàm lượng năng lượng được sử dụng, có thể hiểu rằng khối lượng vật lý được sử dụng bởi các ngành công nghiệp nhiên liệu vận tải thấp hơn EISA khối lượng đang cần có.
Ví dụ, trong hình, nếu 10 gallon ethanol với một EV 1,0 được sử dụng, 10 RINs được tạo ra trên 100 lít thành phẩm. Với Isobutanol, nếu 12,5 lít được sử dụng với EV 1,3, 16,25 RINs được tạo ra mỗi 100 lít thành phẩm. các RINs tạo ra là một chức năng của vật lý khối lượng sử dụng nhân với EV của sản phẩm năng lượng tái tạo
Việc nâng cao RIN là một thành phần quan trọng của pháp luật khác nó cũng là sự ra đời của nhiên liệu tái tạo và tiên tiến với ưu điểm là giảm phát thải khí nhà kính 50 phần trăm. Yêu
cầu khối lượng cuối cùng cho loại năng lượng tái tạo đã được thiết lập ở mức 15 tỷ gallon mỗi năm (BGY), và cho các loại tiên tiến 21 BGY. Mặc dù khối lượng mục tiêu đã được thiết lập, EPA vẫn có thẩm quyền để điều chỉnh các tổng số hàng năm, dựa trên khả năng, nhưng không làm giảm tổng nhu cầu. Như vậy, có thể có một nhu cầu ngày càng tăng
Thủng tần ozone có hại cho con người và thiệt hại mùa màng, cây cối và thực vật khác. Biến động xăng là đòn bẩy quan trọng được sử dụng bởi các tiểu bang để kiểm soát tiền chất ozone đã có nhiều thị trường đòi hỏi phải có thông số kỹ thuật đặc biệt RVP. Nếu mục tiêu EPA cho ozone được thiết lập ở 75 ppb, người ta ước tính rằng hơn một lượng lớn các quốc gia không đáp ứng. Ngoài ra, Hội đồng tư vấn khoa học Mỹ EPA (SAB) đã khuyến cáo rằng các mục tiêu ozone được hạ xuống (có lẽ để 60-70 ppb), trong đó sẽ có một tác động đáng kể trên
hầu hết của thị trường xăng dầu của Mỹ nói riêng và thế giới nói chung. Isobutanol, với biến động-sự pha trộn thấp, cung cấp các bên có nghĩa vụ linh hoạt hơn để đáp ứng cả hai biến động thấp hơn (RVP)
Cuối cùng, do nhu cầu và các điều kiện khác. Isobutanol hoàn toàn có tương lai tươi sáng cho nền kinh tế bền vững cùa các quốc gia cũng như giải quyết vấn đề môi trường toàn cầu. Việc đưa isobutanol vào thay thế dần và hoàn toàn đang được tiến hành liên tục thông qua các kỹ thuật tiên tiến và vận động hành lang pháp lý cho loại nhiên liệu mới này.
Nhận xét của GVHD ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… …………