CHƯƠNG 2: KẾT QUẢ KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
2.1 Kết quả thực nghiệm đặc trưng kỹ thuật của mẫu phối trộn
2.1.1 Các đặc trưng kỹ thuật của nhiên liệu Diesel 0,05 Diesel 0,25 và Biodiesel tổng hợp
từ mỡ cá Basa
Dựa trên hai bảng chỉ tiêu của Diesel và Biodiesel ở trên, chúng ta tiến hành xác định các đặc trưng kỹ thuật của nhiên liệu gốc Diesel (0,05 và 0,25) và Biodiesel theo các phương pháp thử chuẩn. Kết quả được trình bày như sau:
Bảng 2.1. Các đặc trưng kỹ thuật của DO 0,05 và DO 0,25 và BD
STT Các chỉ tiêu DO 0.05 DO 0.25 BD
1 Hàm lượng lưu huỳnh, ppm 190,67 768,2 11,3
2 Khối lượng riêng ở 15 oC, kg/l 0,8247 0,8411 0,8566 3 Nhiệt độ cất oC, T10% T50% T90% 197,3 263,5 353,1 224 289 351 264 328 371
4 Điểm chớp cháy cốc kín, oC. 57 62 169
5 Độ nhớt động học ở 40 oC, cSt 2,548 3,668 8,373 6 Cặn Carbon của 10% cặn chưng cất, %m 0,044 0,0095 0,947
7 Điểm đông đặc, oC, max 6 0 0
8 Hàm lượng tro, %m, max 0 0 0
9 Hàm lượng nước, mg/kg, max 86,1 118,6 1178
10 Ăn mòn mảnh đồng ở 50 oC, 3giờ, max 1A 1A 1A 11 Chỉ số Cetane
54,64 52,76 53,03
2.1.2 Đánh giá các đặc trưng kỹ thuật của các hỗn hợp của DO 0,05 và DO 0,25 với
Biodiesel theo các tỷ lệ phối trộn khác nhau 2.1.2.1Khối lượng riêng ở 15oC
NHD: Th.S Nguyễn Đình Thống SVTH: Nguyễn Quốc Thái
Hình 2.1. Đồ thị thể hiện sự biến thiên khối lượng riêng của các mẫu phối trộn với DO 0,05 và DO 0,25
Nhận xét:
Khối lượng riêng của các hỗn hợp tăng dần theo sự tăng tỷ lệ Biodiesel phối trộn vào Diesel do khối lượng riêng của BD (0,8566) lớn hơn khối lượng riêng của DO 0,05 (0,8247) và DO 0,25 (0.8411). Tuy nhiên, với tỷ lệ phối trộn lớn nhất (25%V) thì hỗn hợp vẫn thoả mãn chỉ tiêu về khối lượng riêng (<0,86).
2.1.2.2 Hàm lượng nước
Hình 2.2. Đồ thị thể hiện sự biến thiên của hàm lượng nước có trong các mẫu phối trộn với DO 0,05 và DO 0,25
Nhận xét:
Hàm lượng nước có trong nhiên liệu sẽ ảnh hưởng đến quá trình tồn chứa và sử dụng như: làm gỉ, oxy hóa nhiên liệu, giảm nhiệt trị cháy…và nước có trong nhiên liệu còn gây ăn mòn động cơ, gây trở ngại cho quá trình cháy.
Từ thực nghiệm, ta thấy rằng hàm lượng nước trong các mẫu thử tăng dần theo tỷ lệ Biodiesel phối trộn vào DO. Do nguồn nguyên liệu Biodiesel sử dụng có hàm lượng nước quá lớn (0,106%m). Căn cứ vào bảng kết quả xác định các đặc trưng kỹ thuật của các hỗn hợp mẫu thử với DO 0,05 và DO 0,25 chỉ các mẫu B5, B10 là đạt yêu cầu cho mẫu DO 0,05 và B5 cho mẫu DO 0,25.
2.1.2.3 Hàm lượng lưu huỳnh
Hình 2.3. Đồ thị thể hiện sự biến thiên của hàm lượng S trong các mẫu phối trộn với DO 0,05 và DO 0,25
Nhận xét:
Hàm lượng lưu huỳnh có trong nhiên liệu Diesel càng cao thì nó sẽ làm giảm nhiệt trị cháy của nhiên liệu và nó sẽ làm tăng hàm lượng các HC chưa cháy, bồ hóng, muội trong sản phẩm cháy của động cơ.
Từ kết quả thực nghiệm, ta thấy hàm lượng lưu huỳnh giảm xuống đáng kể so với Diesel 0,05 và Diesel 0,25 ban đầu khi tăng tỷ lệ phối trộn. Do hàm lượng lưu huỳnh của Biodiesel hầu như không có (11,3ppm). Các kết quả này thể hiện ưu điểm về phương diện bảo vệ môi trường khi phối trộn Diesel với Biodiesel.
NHD: Th.S Nguyễn Đình Thống SVTH: Nguyễn Quốc Thái
2.1.2.4 Độ nhớt động học
Hình 2.4. Đồ thị biểu thị sự biến thiên độ nhớt động học của các mẫu phối trộn với DO 0,05 và DO 0,25
Nhận xét:
Độ nhớt động học của Biodiesel khá lớn (=8,371 cSt) nên làm tăng độ nhớt của các hỗn hợp khi tăng tỷ lệ phối trộn, nhưng vẫn đảm bảo chỉ tiêu chất lượng sản phẩm của nhiên liệu Diesel theo TCVN 5689:2005 (<4,5 cSt ở 40oC) khi phối trộn với tỷ lệ 25%V.
2.1.2.5 Điểm chớp cháy cốc kín
Hình 2.5.Đồ thị biểu thị sự biến thiên điểm chớp cháy của các mẫu phối trộn với DO 0,05 và DO 0,25
Nhận xét:
Nhiệt độ chớp cháy có ý nghĩa quan trọng trong quá trình vận chuyển, tồn chứa và sử dụng. Đánh giá mức độ an toàn của nhiên liệu
Điểm chớp cháy của Biodiesel rất cao (169oC), không xác định được bằng phương pháp cốc kín mà phải dùng cốc hở. Do vậy làm điểm chớp cháy của các mẫu phối trộn tăng thỏa mãn chỉ tiêu của Diesel (>55oC).
2.1.2.6 Hàm lượng Cặn Carbon Conradson
Sau khi đã chưng cất còn 10% cặn, lấy 10% cặn này tiến hành đo hàm lượng cặn Carbon.
Hình 2.6. Đồ thị biểu thị sự biến thiên hàm lượng cặn Carbon của các mẫu phối trộn với DO 0,05 và DO 0,25
Nhận xét:
Hàm lượng cặn Carbon là nguyên nhân gây ra hiện tượng khí xả động cơ có màu đen và làm giảm hệ số tỏa nhiệt. Cặn Carbon gây nên sự chênh lệch nhiệt độ giữa những điểm có cặn và những điểm không có cặn làm tăng ứng suất nội của vật liệu làm buồng đốt, dẫn đến biến dạng và có thể phá hủy buồng đốt.
Hàm lượng cặn Carbon đưa ra để đánh giá các hợp chất nhựa, cặn có mặt trong nhiên liệu và các hợp chất có nhựa trong quá trình tồn chứa và sử dụng.
NHD: Th.S Nguyễn Đình Thống SVTH: Nguyễn Quốc Thái
Hàm lượng cặn Carbon của nguyên liệu Biodiesel (0,947%m) mà ta có được, khá cao so với Diesel (0,044%), do vậy làm tăng hàm lượng cặn Carbon của các mẫu phối trộn. Từ bảng kết quả xác định các đặc trưng kỹ thuật của các hỗn hợp mẫu thử với DO 0,05 và DO 0,25 ta thấy tất cả các mẫu đều thỏa mãn chỉ tiêu đặc tính kỹ thuật của Diesel (<0,3%m).
2.1.2.7 Chỉ số Cetane
Hình2.7. Đồ thị biểu thị sự biến thiên chỉ số Cetane của các mẫu phối trộn với DO 0.05 và DO 0,25
Nhận xét
Chỉ số Cetane của Biodiesel tổng hợp từ mỡ cá Basa mua được tương đối cao (53,03), đạt tiêu chuẩn chất lượng của Nhiên liệu sinh học TCVN (>47). Nên khi phối trộn vào Diesel thì chỉ số Cetane của các mẫu hỗn hợp ít thay đổi theo tỷ lệ phối trộn và vẫn thỏa mãn tiêu chuẩn về Diesel (>46).
2.1.2.8 Thành phần cất
Nhiên liệu của động cơ Diesel được phun vào buồng đốt ở dạng sương, sau đó sẽ bốc hơi và tự bốc cháy. Do đó, thành phần cất của nhiên liệu cần phải được khống chế chặt chẽ.
Độ bay hơi thích hợp của nhiên liệu thay đổi theo tốc độ, kích thước của động cơ. Nhiên liệu có độ bay hơi thấp sẽ giảm công suất động cơ, tăng hao phí nhiên liệu. Ngược lại, nhiên liệu có độ bay hơi quá lớn thì động năng của nhiên liệu bé, gây ảnh hưởng đến công suất và hiệu suất động cơ.
Đối với nhiên liệu Diesel, người ta quan tâm đến điểm cất T50%, T90% (khả năng tăng tốc và khả năng cháy hết).
Hình 2.8. Đồ thị điểm cất T50% của Diesel 0,05 và Diesel 0,25 và các mẫu phối trộn
Hình 2.9. Đồ thị điểm cất T90% của Diesel 0,05 và Diesel 0,25 và các mẫu phối trộn
Nhận xét:
Từ kết quả thực nghiệm ta thấy rằng, điểm cất của các mẫu Diesel pha Biodiesel cao hơn nhiệt độ chưng cất của Diesel gốc. Từ bảng kết quả xác định các đặc trưng kỹ thuật của các hỗn hợp mẫu thử với DO 0,05 và DO 0,25 ta thấy các mẫu phối trộn B20 và B25 không đảm bảoTCVN 5689:2005 (T90% <360oC)
NHD: Th.S Nguyễn Đình Thống SVTH: Nguyễn Quốc Thái
Hình 2.10. Đồ thị điểm đông đặccủa Diesel 0,05 và Diesel 0,25 và các mẫu phối trộn
Nhận xét:
Từ kết quả thực nghiệm ta thấy rằng đối với mẫu DO 0,25 điểm đông đặc không đổi, còn đối với mẫu DO 0,05 của Dung Quất thì đã hạ được điểm đông đặc từ +6oC xuống +3oC giúp quá trình sử dụng loại nhiên liệu này ở điều kiện nhiệt độ thấp thuận lợi hơn.
Bảng 2.2. Kết quả đo các đặc trưng kỹ thuật của các hỗn hợp mẫu thử với DO 0,05
Bảng 2.3. Kết quả đo các đặc trưng kỹ thuật của các hỗn hợp mẫu thử với DO 0,25 Mẫu DO 0.25 BD B5 B10 B15 B20 B25 d15 4 kg/l 0,8411 0,8566 0,8417 0,8425 0,8433 0,8440 0,8448 To đông đặc, oC 0 0 0 0 0 0 0 % S, ppm 768,2 11,3 725,59 689,74 653,98 615,18 576,37 T90% , oC 351 371 353,2 355,8 359,7 362,4 366,3 Tochớp cháy cốc kín 62 169 64 67 71 73 76 ν , 40oC cSt 3,668 8,371 3,605 3,971 4,156 4,257 4,409 HL tro, %m 0 0 0 0 0 0 0 Cặn C %m 0,0095 0,947 0,068 0,117 0,159 0,206 0,253 %H2O, ppm 118,6 1059 167,62 214,64 261,37 307,52 357,73 Mẫu DO 0.05 BD B5 B10 B15 B20 B25 d15 4 kg/l 0,8247 0,8566 0,8278 0,8287 0,8301 0,8317 0,8332 To đông đặc, oC 6 0 3 3 3 3 3 % S, ppm 190,67 11,3 180,70 171,73 160,76 153,80 143,83 T90% , oC 353,1 371 355,2 356,7 359,4 363,8 367,2 Tochớp cháy cốc kín 57 169 57 57 57 59 59 ν , 40oC cSt 2,548 8,371 2,723 2,878 3,026 3,147 3,344 HL tro, %m 0 0 0 0 0 0 0 Cặn C %m 0,044 0,947 0,091 0,143 0,179 0,236 0,278 %H2O, ppm 86,1 1059 136,74 184,39 235,03 281,68 330,32 Ăn mòn đồng 1A 1A 1A 1A 1A 1A 1A CI 54,64 53,03 54,56 54,48 54,40 54,32 54,24
NHD: Th.S Nguyễn Đình Thống SVTH: Nguyễn Quốc Thái
Ăn mòn đồng 1A 1A 1A 1A 1A 1A 1A
CI 52,76 53,03 52,77 52,78 52,80 52,81 52,83
2.1.3 Xác định tỷ lệ phối trộn tối ưu Biodiesel vào nhiên liệu Diesel
2.1.3.1 Đối với DO 0,05
Từ bảng kết quả xác định các đặc trưng kỹ thuật của các hỗn hợp mẫu đối với Diesel 0,05 ta thu hẹp được phạm vi tối ưu. Vùng tối ưu nằm trong khoảng từ B10 (thỏa mãn tất cả các tiêu chuẩn của Diesel) đến B15(không thỏa mãn chỉ tiêu hàm lượng nước (235,03)).
Sử dụng nội suy tuyến tính để xác định tỷ lệ phối trộn tối ưu, sau đó tiến hành thực nghiệm xác định các đặc trưng kỹ thuật của mẫu tối ưu (B11)
Bảng 2.4. Các đặc trưng kỹ thuật của mẫu tối ưu (B11) đối với DO 0.05
Mẫu DO 0.05 BD B11 d15 4 kg/l 0,8247 0,8566 0,8291 To đông đặc, oC 6 0 3 % S, ppm 190,67 11,3 168,93 T90% , oC 353,1 371 357,2 Tochớp cháy cốc kín 57 169 57 ν , 40oC cSt 2,548 8,371 2,895 HL tro, %m 0 0 0 Cặn C %m 0,044 0,947 0,143 %H2O, ppm 86,1 1059 194,14 Ăn mòn đồng 1A 1A 1A CI 54,64 53,03 54,46 Nhận xét:
NHD: Th.S Nguyễn Đình Thống SVTH: Nguyễn Quốc Thái
Tỷ lệ B11 (11% Biodiesel + 89% DO 0,05) là tỷ lệ phối trộn tối ưu của Biodiesel vào mẫu DO 0,05 đảm bảo các chỉ tiêu đặc trưng kỹ thuật của Diesel (TCVN 5689:2005).
2.1.3.2 Đối với DO 0,25
Từ bảng kết quả xác định các đặc trưng kỹ thuật của các hỗn hợp mẫu đối với Diesel 0,25 ta thu hẹp được phạm vi tối ưu. Vùng tối ưu nằm trong khoảng từ B5 (thỏa mãn tất cả các tiêu chuẩn của Diesel) đến B10 (không thỏa mãn chỉ tiêu hàm lượng nước (214,64)).
Sử dụng nội suy tuyến tính để xác định tỷ lệ phối trộn tối ưu, sau đó tiến hành thực nghiệm xác định các đặc trưng kỹ thuật của mẫu tối ưu (B8)
Bảng 2.5. Các đặc trưng kỹ thuật của mẫu tối ưu (B8) đối với DO 0,25
Mẫu DO 0.25 BD B8 d15 4 kg/l 0,8411 0,8566 0,8421 To đông đặc, oC 0 0 0 % S, ppm 768,2 11,3 702,65 T90% , oC 351 371 354,3 Tochớp cháy cốc kín 62 169 65 ν , 40oC cSt 3,668 8,371 3,847 HL tro, %m 0 0 0 Cặn C %m 0,0095 0,947 0,092 %H2O, ppm 118,6 1059 195,32 Ăn mòn đồng 1A 1A 1A CI 52,76 53,03 52,78 Nhận xét
Từ kết quả tính toán và thực nghiệm, ta xác định được mẫu B8 là tối ưu đối với Diesel 0,25 (8%V Biodiesel + 92%V Diesel 0,25) đảm bảo các tiêu chuẩn đặc trưng kỹ thuật của Diesel (TCVN 5689:2005).
NHD: Th.S Nguyễn Đình Thống SVTH: Nguyễn Quốc Thái
2.2.1 Xét tính kinh tế cho Diesel 0,05 của nhà máy lọc dầu Dung Quất:
Với giá Diesel 0,05 trên thị trường hiện nay là 21200 VN đồng và giá Biodiesel là 7600VN đồng và nếu phối trộn theo tỷ lệ 11%BD thì mỗi lít thành phẩm ta thu lợi nhuận so với không phối trộn là:
Lợi nhuận = 21200 – (0,11*7600 + 0,89*21200) =1496 VN đồng
2.2.2 Xét tính kinh tế cho Diesel 0,25
Với giá Diesel 0,05 trên thị trường hiện nay là 21200 VN đồng, giá Diesel 0,25(540 ppm) là 21150 VN đồng và giá Biodiesel là 7600VN đồng và nếu phối trộn theo tỷ lệ 8%BD thì mỗi lít thành phẩm ta thu lợi nhuận so với không phối trộn là:
Lợi nhuận = 21150 – (0,08*7600 + 0,92*21150) + (21200 – 21150) =1134 VN đồng
2.3 Nhận xét chung
Quá trình thực nghiệm nhằm mục đích xác định các đặc trưng kỹ thuật của nhiên liệu Diesel sau khi phối trộn theo các tỷ lệ với Biodiesel từ mỡ cá Basa, từ đó xác định được tỷ lệ tối ưu trong việc phối trộn sao cho đảm bảo tiêu chuẩn Diesel TCVN 5689:2005.
Khi phối trộn Biodiesel vào Diesel thương phẩm theo các tỷ lệ trên, các chỉ tiêu về khối lượng riêng, điểm chớp cháy cốc kín, độ nhớt động học tại 40oC, hàm lượng lưu huỳnh, độ ăn mòn mảnh đồng, hàm lượng tro, CCI đều thỏa mãn TCVN 5689:2005 về nhiên liệu Diesel thương phẩm. Tuy nhiên, hàm lượng nước, nhiệt độ cất 90%V, và hàm lượng Cặn Carbon tăng đáng kể khi tăng tỷ lệ phối trộn của Biodiesel.
Qua việc phân tích tính chất vật lý và hóa học của nguyên liệu, ta nhận thấy rằng nguyên liệu BD chứa nhiều acid chưa bão hòa thì độ nhớt cao đồng thời hàm lượng cặn Carbon của Biodiesel khá cao. Tuy nhiên, trong quá trình chuyển hóa ester thì có dùng nước để loại bỏ xúc tác dư, xà phòng, muối và Glycerol dư còn lẫn trong Biodiesel. Nếu nước không được loại bỏ một cách triệt để trong thành phần của Biodiesel thì nó sẽ ảnh hưởng rất lớn đến tỷ lệ phối trộn vào Diesel. Riêng đối với Diesel 0,25 có hàm lượng S là 768,2ppm, nhưng khi phối trộn với Biodiesel ở tỷ lệ 8% Biodiesel thì hàm lượng S giảm xuống còn khoảng 702,65ppm, như vậy kiến nghị là sử dụng Diesel 0,25 nhưng có hàm lượng S khoảng 540ppm thì ở thì lệ phối trộn 8% với Biodiesel nó sẽ có hàm lượng S khoảng 500ppm thuộc loại Diesel 0,05. Từ đó, ta loại bỏ Diesel 0,25 trên thị trường, thay vào đó là Biodiesel và Diesel 0,05. Đây là một trong những bước dần dần đưa đất nước tiến tới việc áp dụng tiêu chuẩn Euro 3.
Độ nhớt của Biodiesel tổng hợp từ mỡ cá Basa thỏa mãn tiêu chuẩn Việt Nam QCVN 1:2009/BKHCN nhưng vượt tiêu chuẩn của nhiên liệu Diesel thông thường, điều này có thể gây ảnh hưởng đến quá trình phun sương của nhiên liệu.
NHD: Th.S Nguyễn Đình Thống SVTH: Nguyễn Quốc Thái
Trong thời gian tồn chứa Biodiesel, thành phần hóa học của nó có sự thay đổi, khối lượng riêng, độ nhớt động học, hàm lượng cặn Carbon đều tăng. Đồng thời, trong Biodiesel còn chứa một lượng Glycerol, chính chất này sẽ bị lắng xuống đáy sau một thời gian tồn chứa, ảnh hưởng đến bộ lọc nhiên liệu và quá trình cháy của động cơ.
Bên cạnh đó, qua quá trình xác định đặc trưng kỹ thuật của Biodiesel, ta nhận ra rằng, tình hình sản xuất Biodiesel ở Việt Nam còn quá thô sơ và nhỏ lẻ so với các nước tiên tiến trên thế giới. Do vậy, chất lượng của Biodiesel chưa cao hay nói cách khác là các công ty sản xuất Biodiesel chủ yếu là để xuất khẩu sang Trung Quốc, còn tiêu thụ trong nước thì còn nhỏ lẻ, chưa phổ biến.
Vả lại, nhiên liệu sinh học đang được quan tâm ở Việt Nam trong những năm trở lại đây là Bioethanol. Bằng chứng là đã xây dựng nhiều nhà máy sản xuât Ethanol và đang đưa vào hoạt động.
NHD: Th.S Nguyễn Đình Thống SVTH: Nguyễn Quốc Thái