Hình 1 .2 Nguyên lý hoạt động của động cơ Diesel 4 kỳ
Hình 1.13 Vành đai sinh trưởng của cây Jatropha
Cây Jatropha là một cây trồng rất dễ tính, thích nghi rộng, có thể trồng được ở hầu hết các nước nhiệt đới, cận nhiệt đới trong phạm vi vĩ độ 280N - 300S,ở độ cao từ 7 ÷1600 m so với mực nước biển, nhiệt độ bình quân năm từ 11÷28oC, lượng mưa/năm từ 520 - 2000mm, chịu được đất sỏi sạn, đất nghèo kiệt, độ dốc tới 30 ÷ 400, chịu hạn, chịu đất xấu, khơng cháy, khơng bị gia súc ăn, rất ít sâu bệnh.
Trong các chủng loại của cây Jatropha Curcas thì Jatropha Curcas L được chú ý nhất, do hàm lượng dầu của hạt tương đối cao.
1.5.1.3. Đặc trưng của Jatropha Curcas
Sinh trưởng tốt ở khu vực có lượng mưa trung bình 480-2380 mm/năm, nhưng nó cũng có thể phát triển ởkhu vực có lượng mưa thấp 200-1500 mm/năm.
Có khả năng thích nghi cao với điều kiện nhiệt độ, cây sinh trưởng tốt nhất là những khu vực có nhiệt độ trung bình cao hơn 200C.
Thường thì cây Jatropha Curcas có thể cho quả sau 1 năm, và cho năng suất ổn định sau thời gian 5 năm. Tuổi thọ của cây thường là 50 năm.
Sau 5 năm trồng, năng suất thu hạt là từ 3-12 tấn/ha/năm phụ thuộc vào điều kiện khí hậu và chăm sóc.
Hàm lượng dầu của hạt cũng khác nhau do những điểm khác nhau về điều kiện thời tiết, các khu vực khác nhau cũng cho hiệu suất khác nhau. Hàm lượng dầu thường từ 25÷38% khối lượng hạt. Do q trình trích ly dầu, điển hình thường thu được từ 25÷30%. Tuy nhiên đây lại là một loại cây trồng mang tính chất thương mại cao do dễ trồng và chăm sóc, nhanh cho thu hoạch, khơng cạnh tranh đất.[16]
1.5.1.4. Ý nghĩa kinh tế, xã hội củacây Jatropha
Phát hiện quan trọng nhất là lấy hạt làm nguyên liệu sản xuất dầuDiesel sinh học. Dầu Jatropha có ưu điểm: Tính chất hóa–lý rất thích hợp để làm Biodiesel, dầu khơng ăn được nên khơng có tranh chấp dùng làm thực phẩm, hàm lượng dầu cao (30÷35%), chu kỳ thai khác lên đến 40 năm, 1 hécta cây Jatropha trồng sau 1 năm cho 200 ÷ 300 kg hạt, năm thứ 2 lên đến 1 tấn, sau 5 nămcho 3 ÷ 8 tấn, năng suất cao nhất có thể đạt 10 tấn hạt/ha tùy theo loại đất. Ngồi việc trồng theo đồn điền, có thể tập trung trồng 2 bên đường quốc lộ, đường sắt…
Mặc dầu Diesel sinh học được sản xuất từ nhiều loại nguyên liệu: cải dầu, hướng dương, đậu tương, dầu cọ, mỡ động vật…, nhưng sản xuất từ Jatropha Curcas vẫn có giá thành rẻ nhất, chất lượng tốt, tương đương với dầu Diesel hóa thạch truyền thống. 1ha Jatropha Curcas L tạo ra giá trị khoảng 4.200 USD/năm
(hơn 60 triệu đồng/ha/năm), lợi nhuận thu được sẽ phân phối cho nông dân sản xuất nguyên liệu và nhà đầu tư công nghiệp chế biến dầu.
Hạt của Jatropha cịn có thể làm thức ăn gia súc, thuốc trừ sâu…. Cịn cây Jatropha có thể làm hàng rào.
Jatropha là cây lâu năm, phủ đất cực kỳ tốt, tuổi thọ 50 năm, sinh trưởng phát triển được ở hầu hết các loại đất xấu, đất nghèo dinh dưỡng, đất sỏi đá. Bởi vậy cây Jatropha trồng trên các vùng đất dốc sẽ được coi là cây “lấp đầy” lỗ hổng sinh thái ở các vùng sinh thái xung yếu miền núi, sớm tạo ra thảm thực bì dày đặc chống xói mịn, chống cháy, nâng cao độ phì của đất. Ngồi ra, trồng cây Jatropha tạo nhiều việc làm và thu nhập khả quan cho đồng bào các dân tộc, tạo thu nhập và có thị trường ổn định.[17]
1.5.2. Xu hướng phát triển cây Jatropha Curcas
Nhiều nước trên thế giới và trong khu vực đang có xu hướng mở rộng diện tích canh tác cây Jatropha để làm nguyên liệu sản xuất nhiên liệuDiesel sinh học. Đặc biệt là những nước trong vành đai khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới như Trung Quốc, Ấn Độ, Myanma, Malaysia, các nước Châu Phi và Việt Nam.
Việc mở rộng diện tích canh tác Jatropha Curcas vào năm 2017 được mong đợi sẽ đạt được 12,7 triệu ha ở Trung Quốc; 11 triệu ha ở Ấn Độ; 4,5 triệu ha ở Indonesia và 2,83 triệu ha ở Myanma. Mặc dù diện tích canh tác Jatropha ở Thái Lan, Phillipine, Malaysia, Capuchia và Việt Nam nhỏ, nhưng chính phủ của các nước này cũng đã cân nhắc để thông qua và sẽ mở rộng diện tích canh tác loại cây này trong tương lai gần. Do vậy, diện tích canh tác loại cây nàyở Châu Á được dự đoán rằng sẽ tiếp tục mở rộng trong tương lai.
Hình 1.12.Diện tích canh tác Jatropha trên thế giới năm 2017
Nguồn : Prepared by the International Jatropha Organozation
Tháng 6/2008, Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông thôn đã phê duyệt đề án “Nghiên cứu, phát triển và sử dụng sản phẩm cây cọc rào ở VN giai đoạn 2008÷2015 và tầm nhìn đến 2025”, đặt mục tiêu trong giai đoạn 2008÷2010 trồng
thử nghiệm, khảo nghiệm và sản xuất ở các vùng sinh thái khác nhau. Dự tính quy mơ diện tích Jatropha khoảng 30.000ha, năm 2015 mở rộng khoảng 300.000ha và năm 2025 đạt tới 500.000ha.[18]
CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM[18]
2.1. Xác định tỷ trọng theo tiêu chuẩn ASTM D 1298
2.1.1. Phạm vi
Phép đo bao gồm việc sử dụng tỷ trọng kế chất lỏng bằng thủy tinh để xác định các tỷ trọng, tỷ trọng tương đối, hoặc tỷ trọng API của dầu thô, sản phẩm dầu mỏ hoặc hỗn hợp của các sản phẩm dầu mỏ và không dầu mỏ. Các giá trị đo được trên tỷ trọng kế chất lỏng ở các nhiệt độ được chuyển đổi về 15oC đối với tỷ trọng và 60oF đối với tỷ trọng tương đối và tỷ trọng API bằng cách sử dụng bảng tiêu chuẩn quốc tế. Cũng dùng bảng này có thể chuyển đổi giá trị đo được của một trong ba đại lượng thành giá trị tương ứng của hai đại lượng kia sao cho chúng trong cùng một hệ đơn vị.
Tỷ trọng d415: là tỷ số giữa khối lượng của chất lỏng ở 15oC và khối lượng của nước được đo ở 4oC( kg/m3) với cùng thể tích.
Tỷ trọng tiêu chuẩn S : là tỷ số giữa khối lượng của một thể tích chất lỏng đã choở60oF và khối lượng của nước có cùng thể tích ở cùng nhiệt độ 60oF.
Trọng lượng API là một hàm riêng của tỷ trọng tương đối S được biểu thị bằng biểu thức: 5 , 131 5 , 141 S API
Các giá trị quan sát được ở các nhiệt độ khác với nhiệt độ tiêu chuẩn không được gọi là tỷ trọng, tỷ trọng tương đối hay trọng lượng API, mà cần được hiệu chỉnh.
2.1.2. Ý nghĩa và sử dụng
Tỷ trọng là một chỉ tiêu quan trọng trong quá trình nghiên cứu dầu mỏ và các sản phẩm của nó. Nhờ tỷ trọng người ta có thể chuyển từ thể tích sang khối lượng và ngược lại ứng dụng ở các cơ sở sản xuất, tiêu dùng và vận chuyển.
Cùng với các chỉ tiêu khác tỷ trọng biểu hiện thành phần hóa học, nguồn gốc, chất lượng dầu thô và các sản phẩm của nó.
Việc xác định chính xác tỷ trọng, tỷ trọng tương đối hoặc tỷ trọng API của dầu thô và sản phẩm dầu mỏ là rất cần thiết để biến đổi thể tích đo được về thể tích ở nhiệt độ tiêu chuẩn 15oC hoặc 60oF.
Phương pháp tỷ trọng kế là thích hợp nhất để xác định tỷ trọng, trọng lượng riêng hoặc trọng lượng API của các chất lỏng trong suốt linh động. Nó cũng có thể được dùng cho dầu rất nhớt bằng cách để thời gian đủ dài để tỷ trọng kế đạt tới trạng thái cân bằng hoặc cho những dầu mờ đục bằng cách dùng sự hiệu chỉnh mặt chất lỏng phồng lên trongống nghiệm thích hợp.
2.1.3. Thiết bị
Hình 2.1. Bộ tỷ trọngkế và các dụng cụ cho phép đo tỷ trọng theo ASTM D 1298
Tỷ trọng kế: bằng thủy tinh chia vạch theo đơn vị tỷ trọng, trọng lượng riêng hoặc trọng lượng API như yêu cầu phù hợp với đặc điểm kỹ thuật ASTM hoặc đặc điểm kỹ thuật của viện tiêu chuẩn Anh.
Bảng 2.1. Giới hạn tỷ trọng kế tương ứng với từng loại nhiên liệu
Nhiên liệu Giới hạn tỷtrong kế
MO 700-750
KO 750-800
DO 800-850
FO 900-950
950-1000
Bảng 2.2. Nhiệt kế có dải đo, vạch chia và sai số tối đa cho phép
Thang đo Dải đo Khoảng chia Sai số
oC -1 đến + 38 0,1 ± 0,1
o
C -20 đến +102 0,2 ± 0,15
o
F -5 đến +215 0,5 ± 0,25
Ống đo tỷ trọng, bằng thủy tinh. Đường kính trong của ống phải lớn hơn đường kính ngồi của tỷ trọng kế ít nhất 25mm. Chiều cao của ống đo phải đủ để tỷ trọng kế nổi trong mẫu vàđáy của tỷ trọng kế cách đáy ống đo ít nhất là 25mm.
Bể ổn nhiệt nếu cần thì sử dụng bể ổn nhiệt có kích thước sao cho phù hợp để ngâm chìm ống đo tỷ trọng, sao cho bề mặt mẫu thử phải ngập hoàn toàn dưới bề mặt chất lỏng của bể ổn nhiệt, và hệ thống điều nhiệt có khả năng duy trì nhiệt độ bể trongphạm vi ± 0,25oC so với nhiệt độ cho phép thử trong suốt quá trình thử.
Khay dùng để hứng dầu tràn.
2.1.4. Qui trình thí nghiệm
Điều chỉnh nhiệt độ của mẫu(cẩn thận dễ cháy, hơi độc, tránh tiếp xúc và hít thở lâu). Đưa ống đong tỷ trọng kế và nhiệt kế tới cùng nhiệt độ như mẫu thử nghiệm.
Rót mẫu vào ống đong tỷ trọng kế sạch mà khơng làm bắn tung tóe để tạo bọt khí và làm giảm tối thiểu sự bay hơi của các thành phần có điểm sơi thấp của các mẫu dễ bay hơi. Đối với các mẫu có độ bay hơi cao cần dùng vịi hút. Khử hết bọt khí tạo thành sau khi chúng được tập hợp trên bề mặt mẫu bằng cách dùng một mẫu giấy lọc sạch chạm vào chúng trước khi đặt tỷ trọng kế vào.
Đặt ống chứa mẫu ở vị trí thẳng đứng, ở chỗ ngăn cách với dịng khơng khí chuyển động. Giữ nhiệt độ của mẫu không thay đổi rõ rệt trong thời gian cần thiết để hoàn thành phép thử nghiệm, trong giai đoạn này nhiệt độ xung quanh không được thay đổi vượt quá 2oC. Khi thử nghiệm ở nhiệt độ cao hay thấp hơn nhiệt độ phòng nhiều thì phải dùng bìnhđiều nhiệt để tránh sự thay đổi quá mức nhiệt độ.
Thả nhẹ tỷ trọng kế vàoống mẫu, cẩn thận để tránh làm ướt thành ống phía trên mức mà nó được nhúng vào trong chất lỏng. Tiếp tục khuấy mẫu bằng nhiệt kế sao cho bầu thủy ngân ngập chìm hồn tồn và thành tỷ trọng kế khơng bị ướt phần phía trên mức bị nhúng chìm. Đọc nhanh và cẩn thận chỉ số nhiệt độ của mẫu chính xác tới 0,25oC lấy nhiệt kế ra.
Ấn tỷ trọng kế khoảng 2 thang chia vào chất lỏng rồi sau đó thả nó ra, phần thành cịn sót lại của tỷ trọng kế, ở trên mức chất lỏng, cần được giữ khơ vì chất lỏng khơng cần thiết trên thànhống ảnh hưởng đến chỉ số thu được. Với mẫu thử có độ nhớt thấp, xoay nhẹ tỷ trọng kế khi thả tay để giúp nó được đứng yên, thả nổi nó cách xa thành ống. Đợi một thời gian đủ để tỷ trọng kế đứng yên và tất cả bọt khí nổi trên bề mặt(2 phút đối với MO và 5 phút đối với các mẫu khác).
Khi tỷ trọng kế đứng yên, thả nổi nó cách xa thành ống, ghi lại số chỉ trên tỷ trọng kế chính xác tới 10-4đối với tỷ trọng hay trọng lượng riêng và 0,05oC đối với trọng lượng API. Hiệu chỉnh số đọc trên tỷ trọng kế là điểm trên thang tỷ trọng kế mà tại đó bề mặt chính của chất lỏng cắt vạch chia. Xác định điểm này bằng đặt mắt thấp hơn mức chất lỏng một chút rồi từ từ nâng cao tới bề mặt chất lỏng đầu tiên
nhìn thấy như một hình elip bị méo, rõ dần thành một đường thẳng cắt vạch chia tỷ trọng kế.
Sau khi đọc xong số trên tỷ trọng kế, cẩn thận nhấc tỷ trọng kế ra khỏi chất lỏng, cho nhiệt kế hoặc dụng cụ đo nhiệt độ vào, khuấy phần mẫu theo chiều thẳng đứng với que khuấy. Ghi nhiệt độ của mẫu thử chính xác đến 0,1oC. Nếu nhiệt độ của hai lần đo chênh nhau hơn 0,5oC, thì lặp lại phép thử cho đến khi nhiệt độ ổn định, đặt tỷ trọng kế vào bể ổn nhiệt và lặp lại qui trình trên.
2.1.5. Tính tốn và báo cáo
Áp dụng tất cả các hiệu chỉnh có liên quan đến số đọc nhiệt kế quan sát được và số đọc tỷ trọng kế. Ghi các giá trị tỷ trọng hoặc trọng lượng riêng với độ chính xác tới 0,0001 hoặc 0,1 đối với trọng lượng API, cuối cùng hiệu chỉnh số đọc nhiệt kế. Sau khi áp dụng tất cả các hiệu chỉnh có liên quan đến độ chính xác 0,5oC, quan sát thang chia nhiệt độ ngay trước và sau số đọc tỷ trọng kế cuối cùng.
Để chuyển đổi các giá trị đã hiểu chỉnh trên về nhiệt độ tiêu chuẩn, cần dùng bảng đo lường dầu mỏ. Báo cáo giá trị cuối cùng là tỷ trọng kg/l ở 15oC hoặc trọng lượng riêngở 60oF hoặctrọng lượng API thích hợp.
2.1.6. Độ chính xác và độ sai lệch
Độ chính xác: độ chính xác của phương pháp được xác định bằng khảo sát thống kê các kết quả giữa các phịng thí nghiệm.
Bảng 2.3.Giá trị độ lặp lại và độ tái diễn cho phép có thể tham khảo
Sản phẩm Giới hạn nhiệt độ
Đơn vị Độlặp lại Độtái diễn
Trong suốt -2 đến 24,5oC Tỷtrọng 0,0005 0,0012 Không nhớt 29 đến 76 oF 42 đến 78OF Trọng lượng riêng Trọng lượng API 0,0005 0,1 0,0012 0,3 Mờ đục -2 đến 24,5oC 29 đến 76oF 42 đến 78oF Tỷtrọng Trọng lượng riêng Trọng lượng API 0,0006 0,0006 0,2 0,0015 0,0015 0,5
Độ lặp lại: sự khác nhau giữa hai kết quả thử nghiệm thu được từ cùng một người làm trên cùng một thiết bị dưới các điều kiện không thay đổi đối với cùng một nguyên liệu mẫu.
Độ tái diễn: sự khác nhau giữa hai kết quả độc lập và đơn lẻ thu được từ hai người làmở hai phịng thí nghiệm khác nhau trên cùng một nguyên liệu mẫu.
2.2. Xác định thành phần cất theo tiêu chuẩn ASTM D 86
2.2.1. Phạm vi áp dụng
Phương pháp này xác định thành phần cất của các sản phẩm dầu mỏ bằng thiết bị chưng cất.
Một số thuật ngữ dành cho tiêu chuẩn ASTM D86:
Điểm phân hủy: số đo của nhiệt kế tại thời điểm chất lỏng trong bình chưng cất có biểu hiện đầu tiên của sự phân hủy nhiệt. Các biểu hiện đặc trưng cho sự phân hủy nhiệt là sự tạo hơi và các số đo của nhiệt kế không ổn định, thường giảm xuống sau mỗi lần chỉnh để điều chỉnh lại nhiệt.
Điểm khô: số đo của nhiệt kế đọc được tại thời điểm giọt lỏng cuối cùng bay hơi khỏi điểm thấp nhất của bình cất. Khơng quan tâm đến giọt hay màng chất lỏng nào cịn trên thành bình hoặc nhiệt kế.
Điểm cuối(điểm sơi cuối): số đo cao nhất của nhiệt kế thu được trong khi chưng cất. Nó thường xuất hiện sau khi bay hơi hết tất cả chất lỏng khỏi đáy của bình cất. Điểm cuối được ưa dùng hơn điểm khô trong cách sử dụng nói chung.
Điểm sơi đầu: số đo của nhiệt kế thu được tại thời điểm giọt đầu tiên của chất lỏng ngưng tụ rơi xuống từ đầu dưới của ống sinh hàn.
Phần trăm bay hơi:tổng số phần trăm cất được và phần trăm hao hụt. Phần trăm hao hụt: một trăm phần trăm trừ đi phần trăm tổng thu hồi.
Phần trăm cất được: lượng chất lỏng ngưng tụ tính theo ml quan sát được trong ống hứng đã chiađộ sẵn ứng với số đo của nhiệt kế đọc được đồng thời.
Phần trăm thu hồi: phần trăm lớn nhất thu được như quan sát. Phầm trăm cặn: lượng cặn tính theo ml đo được.
Phần trăm tổng thu hối: toàn bộ phần trăm thu hồi và cặn trong bình.
2.2.2. Ý nghĩa của phép đo thành phần cất