7. Các điểm mới chủ yếu của luận án
1.4. Tình hình nghiên cứu ứng dụng ethanol trên động cơ đốt trong
1.4.1. Những đặc tính cơ bản của nhiên liệu ethanol
Ethanol là nhiên liệu dạng cồn, được sản xuất bằng phương pháp lên men và
chưng cất các loại ngũ cốc chứa tinh bột có thể chuyển hóa thành đường đơn như
ngơ, lúa mạch, lúa mì, củ cải đường, củ sắn…
Hình 1.7: Cấu trúc phân tử của ethanol và liên kết phân tử
Về mặt hóa học ethanol (C2H5OH) là hợp chất hữu cơ, nằm trong dãy đồng
đẳng của cồn etylic, dễ cháy, không màu, mùi thơm dễ chịu, vị cay, nhẹ hơn nước
(khối lượng riêng 0,7917 g/ml ở 200C) sơi ở nhiệt độ 78,39C, hóa rắn ở -114,15C,
tan trong nước vô hạn do sự tạo hành liên kết hydro giữa các phân tử cồn với nhau
và với nước [14].
Sự hiện diện của nhóm (-OH) trong cồn làm cho chúng trở thành chất lỏng ở
15
loại cồn mạch ngắn (C1÷C2) có điểm sơi thấp, nên khó phối trộn vào xăng và dầu diesel với tỷ lệ caọ Các cồn C3÷C8 có điểm sơi cao hơn nằm ở giữa khoảng điểm sôi của xăng và dầu diesel, nên chúng có thể pha trộn với các nhiên liệu dầu mỏ ở nồng độ lớn hơn với tác động nhỏ hơn đến đặc tính bay hơi của nhiên liệụ
Cồn để pha vào xăng ngày nay đã được tiêu chuẩn hóa theo tiêu chuẩn
ASTM D4806 hoặc tiêu chuẩn quốc gia các nước và về cơ bản vẫn phải tuân theo các chỉ tiêu cụ thể như sau:
Bảng 1.3: Yêu cầu kỹ thuật đối với ethanol nhiên liệu biến tính [8]
STT Tên chỉ tiêu Giới hạn
1 Ethanol, % thể tích, min 92,1
2 Methanol, % thể tích, max 0,5
3 Hàm lượng nhựa và rửa qua dung môi, mg/100ml, max 5,0
4 Hàm lượng nước, % thể tích, max 1,0
5 Hàm lượng chất biến tính, % thể tích, max 1,96 ÷ 5,0
6 Hàm lượng clorua vô cơ, mg/L (ppm khối lượng), max 32 (40)
7 Hàm lượng đồng, mg/kg, max 0,1
8 Độ axit (axit axêtic CH3COOH), % khối lượng (mg/L), max 0,007 (56)
9 Độ pH, min ÷ max 6,5 ÷ 9,0
10 Lưu huỳnh, mg/kg (ppm khối lượng), max 30
11 Sulfat, mg/kg (ppm khối lượng), max 4
12 Khối lượng riêng ở 15C, kg/m3 -
13 Ngoại quan Trong, sạch
Tính chất lý hóa của xăng, ethanol, propane, butane được giới thiệu trên bảng 1.4 dưới đây.
16
Bảng 1.4: Tính chất hóa học và vật lý của ethanol, xăng, propane và butane [14]
STT Tính chất của nhiên liệu Ethanol Xăng Propane Butane
1 Cơng thức hóa học C2H5OH C4 đến C12 C3H8 C4H10
2 Khối lượng phân tử [g/mol] 46,07 105 44 58
3 Cacbon [% khối lượng] 52,2 88 82 83
4 Hydro [% khối lượng] 13,1 12-15 18 17
5 Oxygen [% khối lượng] 34,7 2,7 0 0
6 Tỷ trọng chất lỏng [kg/m3] 790 751 508 584
7 Điểm bay hơi [C] 78 27÷225 -42 -0,5
8 Áp suất bay hơi ở 38C [kPa] 15,9 48-103 858,7 215,1 9 Nhiệt dung riêng [kJ kg-1 K-1] 2,4 2 1,63 1,675
10 Nhiệt ẩn bay hơi [kJ/kg] 840 305 426 385
11 Nhiệt trị thấp [MJ/kg] 26 43 46,1 45,5
12 Nhiệt độ tự cháy [C] 423 257 480 440
13 Trị số octane RON/MON 108,6 98 111 103
14 Tỷ lệ khơng khí/ nhiên liệu 9 14,7 15,65 15,43 15 Tốc độ lan ngọn lửa tầng 100
kPa, 325K (cm/s) 39 33 38 37
So với nhiên liệu xăng, ethanol có nhiệt hóa hơi lớn hơn, số octane lớn hơn, tốc độ ngọn lửa cao hơn và tỷ lệ khơng khí/ nhiên liệu lý thuyết nhỏ hơn. Hơn nữa, sự hiện diện của oxygen trong nhiên liệu ethanol cho phép đốt cháy nhanh và sạch
hơn so với xăng. Mặt khác, nhờ chỉ số octane cao, ethanol có khả năng chống kích
nổ tốt nên động cơ có thể tăng tỉ số nén để nâng cao hiệu suất nhiệt. Nhược điểm của ethanol là nhiệt ẩn hóa hơi lớn làm ảnh hưởng đến q trình bốc hơi nhiên liệu
lỏng, đặc biệt khi nhiệt độ môi trường thấp.