Bài giảng Nhiên liệu và nguồn năng lượng cho ô tô

Tă”ng tttt ff TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÀI GIẢNG Nhiên liệu và nguồn năng lượng cho ô tô Đối tượng: Cao học Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực Giảng viên: TS. Đào Chí Cường Hưng Yên, năm 2014 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU VÀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG CHO Ô TÔ 1.1. Nhiên liệu truyền thống và nhiên liệu thay thế 1.1.1. Nguồn năng lượng và tình trạng năng lượng hiện tại 1.1.1. 1. Nguồn năng lượng Năng lượng có vai trò quan trọng đối với sự phát triển kinh tế - xã hội. An ninh quốc gia, an ninh kinh tế luôn gắn liền với an ninh năng lượng của một quốc gia. Vì vậy trong chính sách phát triển kinh tế, xã hội bền vững, chính sách năng lượng nên được đặt lên hàng đầu. Theo số liệu thống kê của Viện Chiến lược và Phát triển giao thông vận tải TDSI) Bộ GTVT, các hoạt động GTVT ở nước ta tiêu thụ một lượng năng lượng lớn, chiếm 30% tổng nhu cầu năng lượng quốc gia và chiếm 60% tổng nhiên liệu tiêu thụ. Năng lượng hoạt động trong lĩnh vực GTVT tăng 10% mỗi năm trong vòng 10 năm qua, trong đó, chủ yếu là vận tải đường bộ với khoảng 68% tổng lượng nhiên liệu của ngành; 90% nhiên liệu cho GTVT là xăng và dầu diesel, trong đó chỉ sử dụng 0,3% là nhiên liệu sạch. Hiện nay, ngoài năng lượng từ các nguồn nhiên liệu truyền thống xăng, dầu, năng lượng từ nguồn nhiên liệu thay thế cũng đang được hết sức quan tâm. Nhiên liệu thay thế dùng cho động cơ đốt trong có thể phân thành hai nhóm có tính chất tương đương: - Nhóm nhiên liệu dùng cho động cơ cháy do nén gồm dầu thực vật (vegetable - oil), diesel sinh học (bio-diesel), dầu thực vật/mỡ động vật hyđrô hóa (HVO), Dimethyl ether (DME) và FT diesel có nguồn gốc sinh khối (BTL), than đá (CTL) và khí (GTL). - Nhóm nhiên liệu dùng cho động cơ đánh lửa cưỡng bức gồm cồn (ethanol, methanol, butanol và propanol), khí thiên nhiên (CNG, LNG), khí hóa lỏng (LPG), hyđrô và khí giàu hyđrô như HHO, syngas. Song song với việc khai thác nguồn năng lượng từ các loại nhiên liệu nói trên, các nhà khoa học cũng đang tìm kiếm một nguồn năng lượng mới cho lĩnh vực giao thông vận tải, đó là nguồn năng lượng mặt trời, pin nhiên liệu.Nguồn năng lượng này cũng đang đem lại rất nhiều hy vọng trong vấn đề khắc phục tình trạng cạn kiệt nguồn nhiên liệu truyền thống và góp phần giảm ô nhiễm môi trường. 1.1.1.2. Tình trạng nguồn năng lượng hiện tại 1. Nguồn nhiên liệu hóa thạch Do nhẹ hơn nước nên dầu xuất hiện lộ thiên ở nhiều nơi, vì thế loài người đã tìm thấy dầu hằng ngàn năm trước Công Nguyên. Thời đó dầu thường được sử dụng 2 trong chiến tranh. Mãi đến thế kỷ 19 người ta mới bắt đầu khai thác dầu theo mô hình công nghiệp, xuất phát từ việc tìm kiếm một chất đốt cho đèn vì dầu cá voi quá đắt tiền chỉ những người giàu mới có khả năng dùng trong khi nến làm bằng mỡ thì lại có mùi khó ngửi. Vì thế giữa thế kỷ thứ 19 một số nhà khoa học đã phát triển nhiều phương pháp để khai thác dầu một cách thương mại. Năm 1852 một nhà bác sĩ và địa chất người Canada tên là Abraham Gessner đã đăng ký một bằng sáng chế sản xuất một chất đốt rẻ tiền và đốt tương đối sạch. Năm 1855 nhà hóa học người Mỹ Benjamin Silliman đề nghị dùng axit sunfuric làm sạch dầu mỏ dùng để làm chất đốt. Người ta cũng bắt đầu đi tìm những mỏ dầu lớn. Những cuộc khoan dầu đầu tiên được tiến hành trong thời gian từ1857 đến 1859. Lần khoan dầu đầu tiên diễn ra ở Wietze, Đức, nhưng cuộc khoan dầu được toàn thế giới biết đến là của Edwin L. Drake vào ngày 27 tháng 8 năm 1859 ở Oil Creek, Pennsylvania. Drake khoan dầu theo lời yêu cầu của nhà công nghiệp người Mỹ George H. Bissel và đã tìm thấy mỏ dầu lớn đầu tiên chỉ ở độ sâu 21,2 m. Dầu mỏ là một trong những nhiên liệu quan trọng nhất của xã hội hiện đại dùng để sản xuất điện và cũng là nhiên liệu của tất cả các phương tiện giao thông vận tải. Hơn nữa, dầu cũng được sử dụng trong công nghiệp hóa dầu để sản xuất các chất dẻo (plastic) và nhiều sản phẩm khác. Vì thế dầu thường được ví như là "vàng đen". Tùy theo nguồn tính toán, trữ lượng dầu mỏ thế giới nằm trong khoảng từ 1.148 tỉ thùng (barrel) (theo BP Statistical Review 2004) đến 1.260 tỉ thùng (theo Oeldorado 2004 của ExxonMobil). Trữ lượng dầu mỏ tìm thấy và có khả năng khai thác mang lại hiệu quả kinh tế với kỹ thuật hiện tại đã tăng lên trong những năm gần đây và đạt mức cao nhất vào năm 2003. Dự đoán trữ lượng dầu mỏ sẽ đủ dùng cho 50 năm nữa. Năm 2011 trữ lượng dầu mỏ nhiều nhất là ở Hoa Kỳ (2855 tỷ thùng), Ả Rập Saudi (262,6 tỉ thùng), Venezuela (211,2 tỉ thùng), Canada (175,2 tì thùng), Iran (137 tỉ thùng), Iraq (115,0 tỉ thùng), kế đến là ở Kuwait, Các Tiểu Vương quốc Ả Rập Thống nhất, Nga, Libya, và Nigeria [2]. Nước khai thác dầu nhiều nhất thế giới trong năm 2003 là Ả Rập Saudi (496,8 triệu tấn), Nga (420 triệu tấn), Mỹ (349,4 triệu tấn), Mexico (187,8 triệu tấn) và Iran (181,7 triệu tấn). Việt Nam được xếp vào các nước xuất khẩu dầu mỏ từ năm 1991 khi sản lượng xuất được vài ba triệu tấn. Đến nay, sản lượng dầu khí khai thác và xuất khẩu hàng năm đạt vào khoảng 20 triệu tấn/năm. Việt Nam cũng là một quốc gia có nguồn dầu mỏ khá dồi dào. Năm 2013, sản lượng dầu mỏ tại Việt Nam đã tăng lên 348.000 thùng mỗi ngày, cao nhất kể từ năm 2006. Theo hãng dầu khí Anh (BP), Việt Nam hiện có trữ lượng dầu lớn nhì Đông Á, với 4,4 tỷ thùng, chỉ sau Trung Quốc. 3 2. Nguồn nhiên liệu thay thế a. Khí dầu mỏ hoá lỏng (LPG) Năm 2010, tổng lượng LPG sản xuất trên toàn thế giới đạt đến 249 triệu tấn, chủ yếu tập trung ở khu vực Trung Đông, nơi có trữ lượng dầu và khí đốt lớn nhất thế giới. Khu vực châu Á - Thái Bình Dương có tốc độ tăng trưởng nhanh, khoảng 4,6%. Từ năm 2010 đến nay, sản lượng LPG ở các quốc gia châu Mỹ gần như không thay đổi, tuy nhiên châu Phi cũng đã bắt đầu cung cấp một lượng nhỏ LPG vào chuỗi giá trị toàn cầu. Khí hoá lỏng LPG có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như cho các phương tiện GTVT, công nghiệp, trồng trọt và dân dụng. Theo số liệu năm 2010, 47% LPG được sử dụng để phục vụ cho nhu cầu nấu nướng và sưởi ấm, 8,1% LPG sử dụng cho lĩnh vực GTVT. Hiện nay, một số quốc gia đã sử dụng LPG làm nhiên liệu cho các phương tiện như xe buýt, xe taxi... Ở Nhật, khoảng 90% taxi sử dụng LPG, ở Mỹ 20-30% các phương tiện sử dụng nhiên liệu này. Hàn Quốc là nước tiêu thụ nhiều LPG nhất trên thế giới, có khoảng 1,7 triệu xe sử dụng LPG. Hiện nay, tất cả các xe taxi ở Hongkong đều sử dụng LPG, một phần ba trong tổng số các xe do hãng Ford sản xuất tại Úc là xe sử dụng LPG... Nhu cầu sử dụng LPG đang ngày càng tăng cao, năm 2010 là khoảng 250 triệu tấn, tăng 50 triệu tấn so với năm 2000. b. Khí thiên nhiên NG và CNG CNG là khí thiên nhiên nén, thành phần chủ yếu là CH4 - metane (chiếm 85%- 95%) được lấy từ những mỏ khí thiên nhiên, mỏ dầu (khí đồng hành) hoặc khí nhà máy (thu được trong quá trình sản xuất của các nhà máy lọc dầu) qua xử lý và nén ở áp suất cao (200 đến 250 bar). Theo thống kê, hiện nay, trên thế giới trữ lượng của khí thiên nhiên vào khoảng: 177 - 182 nghìn tỉ m³, sản lượng khai thác khoảng 2,957 nghìn tỉ m³/năm, như vậy, chỉ sau 60 năm nữa thì khí thiên nhiên cũng bị cạn kiệt. Năm 2010, lượng khí thiên nhiên khai thác trên toàn thế giới đạt 3.193,3 tỷ m3, tăng 7,3% so với năm 2009. Cụ thể, Nga tăng 11,6%; Mỹ tăng 4,7%; Qatar tăng 30,7%. Nga là quốc gia có trữ lượng khí thiên nhiên lớn nhất thế giới (khoảng 44.800 tỷ m3), tiếp theo là Iran với 29.600 tỷ, Qatar là 25.300 tỷ m3. Tuy nhiên, Mỹ là nước sản xuất chính của thế giới, khoảng 611 tỷ m3/năm, trong khi sản lượng của Nga là 588,9 tỷ m3; Canada là 159,8 tỷ m3; Iran 138 và Qatar 116,7 tỷ m3. Trong tổng lượng khí thiên nhiên sản xuất được năm 2010 của toàn thế giới, các nước thuộc tổ chức hợp tác và phát triển kinh tế (OECD) chiếm 1.159,8 tỷ m3; các quốc gia ngoài tổ chức này chiếm 2.033,5 tỷ m3, châu Âu chỉ chiếm một lượng rất nhỏ, khoảng 174,9 tỷ m3. Năm 2010, lượng khí thiên nhiên tiêu thụ tăng 7,4%, nhanh nhất kể từ năm 1984. Mỹ là nước sử dụng nhiều khí thiên nhiên nhất, tăng 5,6%. Châu Á có tốc độ 4 tiêu thụ khí thiên nhiên rất nhanh, 10,7%, trong đó Ấn Độ tăng tới 21,5%. Năm 2010, Mỹ là nước tiêu thụ hết 683,4 tỷ m3 (chiếm khoảng 21,7%), nhiều nhất thế giới; Nga là nước đứng thứ hai với 414,1 tỷ m3 (khoảng 13%), Iran và Trung Quốc ở các vị trí tiếp theo với 136,9 và 109 tỷ m3. Tổng lượng khí thiên nhiên tiêu thụ trong năm 2010 của thế giới là 3.169 tỷ m3, trong đó các quốc gia thuộc tổ chức OECD sử dụng 1.546,2 tỷ m 3, tương đương 48,9% . c. Cồn ethanol và methanol Hiện nay, trên thế giới có khoảng hơn 50 nước đã tiến hành nghiên cứu sản xuất và đưa vào sử dụng nhiên liệu sinh học (NLSH). NLSH được sử dụng trong lĩnh vực giao thông bao gồm các loại dầu thực vật sạch, ethanol, diesel sinh học, dimetyl ether (DME), ethyl tertiary butyl ether (ETBE) và các sản phẩm từ chúng. Các thống kê trên thế giới cho thấy: Năm 2003 đã sản xuất được 38 tỷ lít ethanol, năm 2006 là 50 tỷ lít ethanol (75% trong số đó được dùng làm nhiên liệu) và theo dự kiến năm 2012 sẽ khoảng 80 tỷ lít ethanol ra đời. Còn với nhiên liệu biodiesel, năm 2005 đã có 4 triệu tấn diesel sinh học (B100) được xuất xưởng, năm 2010 lên đến trên 20 triệu tấn. Năm 2006 tổng số nhiên liệu sinh học được sử dụng là 13%, trong đó 0,3% nhiên liệu sinh học được dùng làm nhiên liệu cho các phương tiện giao thông. Từ năm 2000 đến 2007 sản lượng nhiên liệu sinh học được sản xuất đã tăng từ 17 tỷ lít lên hơn 52 tỷ lít và cung cấp đến 1,8% nhiên liệu cho các phương tiện cơ giới. Mỹ và Brazil là hai quốc gia có sản lượng ethanol lớn nhất thế giới, chiếm khoảng 86% toàn bộ lượng ethanol sản xuất toàn cầu. Nguyên liệu chính để sản xuất ethanol tại Mỹ là ngô, trong khi tại Brazil, mía là nguồn cung cấp chính. Năm 1995, Mỹ sản xuất được tổng cộng là 6,5 tỷ lít methanol (1,7 triệu gallon), đứng thứ 21 trong các chất hoá học được sử dụng nhiều nhất. Hiện nay, Trung Quốc đang là nước sản xuất methanol lớn nhất trên thế giới (chủ yếu từ than đá). Năm 2010, sản lượng methanol của Trung Quốc đạt đến 48,24 tỷ lít và dự kiến sẽ tăng lên 62,8 tỷ lít vào năm 2015. Những năm thập niên 30, methanol đã được sử dụng thay thế cho xăng trên động cơ hiệu suất cao trong cuộc đua Grand Prix, và 2 thập niên sau, methanol vẫn được sử dụng trong cuộc đua xe ở Indianapolis 500. Hiện tại, Trung Quốc đang là nước tiêu thụ nhiều methanol nhất trên thế giới, 28,5 tỷ lít trong năm 2010, tương đương 40% lượng methanol tiêu thụ toàn cầu. Trong đó khoảng 8,8 tỷ lít là phục vụ cho lĩnh vực GTVT. Ở Mỹ hiện có khoảng 21 nghìn phương tiện linh hoạt sử dụng nhiên liệu M85. d. Dầu thực vật và bio-diesel Sản lượng dầu thực vật sản xuất trên toàn thế giới tăng dần theo từng năm, đạt đến khoảng 141 tỷ lít vào năm 2008. Trong đó dầu cọ chiếm khoảng 30%, dầu đậu 5 nành khoảng 28%, dầu cải dầu 15% và dầu hướng dương 9%. Trung bình hàng năm, sản lượng dầu cọ tăng 8,1%, dầu đậu nành tăng 5,7%, dầu cải dầu tăng 4,8%... và đối với tất cả các nguồn nguyên liệu, sản lượng dầu thực vật tăng 5,2% mỗi năm. Dầu cọ tập trung chủ yếu ở Malaysia và Indonesia, chiếm khoảng 80-85% sản lượng của thế giới. Dầu đậu nành ở các quốc gia châu Mỹ như Mỹ, Brazil và Argentina, trong đó Mỹ chiếm khoảng 30-40%, Brazil, 20-40% và Argentina, 15-25% sản lượng dầu đậu nành của thế giới. Trung Quốc cũng đang nổi lên là một nước có tiềm năng lớn về dầu thực vật sản xuất từ đậu nành. Dầu từ hạt cải dầu được sản xuất chủ yếu tại châu Âu, Trung Quốc, Ấn Độ và Canada. Dầu thực vật chủ yếu được sử dụng ở hai dạng chính: làm dầu ăn và làm nhiên liệu cho động cơ. Đến năm 2008, tỷ lệ dầu thực vật sử dụng trong việc chế biến thực phẩm chiếm khoảng 80%, tiếp theo là đến phục vụ cho công nghiệp và sản xuất bio- diesel. Tổng lượng dầu thực vật tiêu thụ cho cả 3 lĩnh vực trên trong năm 2008 là khoảng 137 tỷ lít. Năm 2010, tăng lên tới 160 tỷ lít. Năm 2005, bio-diesel được sản xuất chủ yếu ở châu Âu (Đức và Pháp), chiếm khoảng 80% sản lượng thế giới. Tuy nhiên, trong các năm gần đây, Nam Mỹ - cụ thể là Brazil, Argentina, Colombia và châu Á đang dần mở rộng quy mô sản xuất. Theo số liệu năm 2010, có khoảng 17,61 tỷ lít bio-diesel được sản xuất trên toàn thế giới, tập trung chủ yếu tại châu Âu với khoảng 9,2 tỷ lít, trong đó chủ yếu được sản xuất từ dầu thực vật. Hình 1.1 Tỷ trọng bio-diesel sản xuất (a) và tiêu thụ (b) của thế giới theo các khu vực năm 2010 10,8% 52,2% 3,6% 0,32% 0,57% 20,5% 12%,1 Bắc Mỹ Tây Âu Châu Đại Dương Các nước khác Châu Phi Trung/Nam Mỹ Châu Á-TBD 50,25% 6,4% 0,34%0,78% 0,06% 30,4% 11,7% Bắc Mỹ Tây Âu Châu Đại Dương Các nước khác Châu Phi Trung/Nam Mỹ Châu Á-TBD 6,8% 66,3% 3,8% 0,35% 0% 13,5% 9,2% Bắc Mỹ Tây Âu Châu Đại Dương Các nước khác Châu Phi Trung/Nam Mỹ Châu Á-TBD a) b) a) 6 Hình 1.1a thể hiện tỷ trọng bio-diesel tiêu thụ theo khu vực trong năm 2010. Phần lớn bio-diesel được tiêu thụ tại châu Âu. Trong đó Đức là nước đi đầu cả về sản xuất lẫn tiêu thụ. Nước Đức đã có chính sách khuyến khích sử dụng hoàn toàn bio- diesel (B100). Hiện tại châu Âu đang có kế hoạch nâng cao lượng nhiên liệu tái tạo trong nhiên liệu sử dụng cho các phương tiện GTVT lên 10% trong năm 2020, nên kể từ năm 2006-2007, châu Âu bắt đầu phải nhập khẩu nguồn nguyên liệu từ bên ngoài, chủ yếu là từ Mỹ, các quốc gia Nam Mỹ và châu Á. Theo thống kê, thế giới tiêu thụ hết khoảng 16,31 tỷ lít bio-diesel trong năm 2010, tập trung chủ yếu tại khu vực Tây Âu với khoảng 66,3% (hình 1.1b). e. Hyđrô Theo số liệu năm 2008, trung bình hàng năm tổng lượng hyđrô sản xuất được vào khoảng 45 triệu tấn, trong đó khoảng 40% lượng hyđrô được sản xuất từ khí thiên nhiên, 30% từ dầu thô và các sản phẩm hoá dầu, 18% từ than đá, 4% từ quá trình điện phân nước và 1% từ sinh khối. Hiện nay, 40% hyđrô được sử dụng trong ngành công nghiệp hoá chất, 40% dùng trong các phòng thí nghiệm lọc hoá dầu, và 20% dùng trong các lĩnh vực khác. Trong 20% đó, hyđrô chủ yếu được sử dụng trong các trạm phát điện pin nhiên liệu và trên các phương tiện GTVT. Nước Mỹ mỗi năm sản xuất ra khoảng 11 triệu tấn hyđrô, đủ cung cấp cho khoảng 20-30 triệu xe con (sử dụng 700-1000 gallon năng lượng tương đương/xe/năm). Để sản xuất được 11 triệu tấn hyđrô thì phải tiêu thụ hết 5% lượng khí thiên nhiên của nước Mỹ và thải ra 77 triệu tấn CO2 . g) Dimethyl Ether (DME) Hiện nay, DME chủ yếu được sản xuất ở quy mô nhỏ do giá thành sản xuất cao. Trung Quốc là nước có sản lượng methanol lớn, nên rất thuận tiện và có tiềm năng cho quá trình điều chế DME. Một số quốc gia khác cũng đã bắt đầu nghiên cứu và sản xuất DME như Indonesia, Nhật Bản, Thuỵ Điển, Iran và Ấn Độ. Năm 2010, Ai Cập cũng bắt đầu có dự án phát triển DME. Tại Trung Quốc, năm 2008, sản lượng DME vào khoảng 7,6 tỷ lít nhờ có thêm một số dự án mới như của tập đoàn Heibei Kaiyue (1,5 tỷ lít); Henan Yima Coal và Hubei Biocause Pharmaceutical (cùng 300 triệu lít), trong đó khoảng 80% DME được sản xuất từ than đá. Lượng DME sử dụng của toàn thế giới vào khoảng 38-50 tỷ lít/năm, chủ yếu cho lĩnh vực công nghiệp. 1.1.2. Nhiªn liÖu X¨ng X¨ng lµ mét chÊt láng trong suèt, kh«ng mµu, thµnh phÇn chñ yÕu lµ c¸c hîp chÊt Hydrocacbon dÔ bay h¬i, dÔ ch¸y m¹nh nÕu ®èt trong kh«ng khÝ. C¸c Hydrocacbon ®-îc trén lÉn víi nhau mçi lo¹i biÓu hiÖn mét ®Æc tÝnh nhÊt ®Þnh ®Ó t¹o ra mét nhiªn liÖu phï hîp. 7 1.1.2.1. C«ng dông chÝnh cña nhiªn liÖu x¨ng T¸c dông chÝnh cña x¨ng dïng trªn «t« lµ t¹o thµnh hçn hîp nhiÖn liÖu phï hîp khi hoµ trén cïng kh«ng khÝ, ®-îc hót vµ xilanh vµ bÞ ®èt ch¸y sinh c«ng lµm quay ®éng c¬. 1.1.2.2. Thµnh phÇn cña x¨ng X¨ng lµ mét nhiªn liÖu ®-îc t¹o thµnh do qóa tr×nh tr-ng cÊt dÇu má do vËy thành phÇn chÝnh cña x¨ng lµ c¸c gèc dÇu má dÔ bay h¬i. Ngoµi ra ®Ó c¶i thiÖn tÝnh chÊt cña x¨ng ng-êi ta cho vµo x¨ng mét sè chÊt phô gia. Ngoµi thµnh phÇn gèc ®Çu má x¨ng cßn chøa mét l-îng t¹p chÊt nhÊt ®Þnh do nguyªn nh©n kh¸c nhau t¹o thµnh. 1.1.2.2.1. Thµnh phÇn gèc dÇu má cña x¨ng Tuú thuéc vµo c«ng nghÖ ch-ng cÊt mµ c¸c x¨ng th-¬ng phÈm t¹o ra cã c¸c thµnh phÇn vµ chÊt l-îng kh¸c nhau, nh-ng thµnh phÇn gèc dÇu má chñ yÕu cña tÊt c¶ c¸c lo¹i x¨ng gåm c¸c nhãm sau: - Nhãm gèc Ankal chiÕm chñ yÕu lµ c¸c chÊt nh-: Heptan (C7H16) Octan n - octan: CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 Izo – octan: CH3 - C(CH3)2 - CH2 - CH(CH3 ) - CH3 - Nhãm gèc Anken nh-: n - octen: CH3 - CH2 - CH2 - CH = CH - CH2 - CH2 - CH3 Izo – octen: CH3 - C(CH3)2 - CH=CH(CH3 ) - CH3 - C¸c Hydrocacbon gèc th¬m chøa thµnh phÇn rÊt nhá, dÔ bÞ «xy ho¸, t¹o cÆn. Metybenzen Ankynbenzen - Ngoµi ra cßn mét sè hµm l-îng nhá cña rÊt nhiÒu hîp chÊt kh¸c nhau 1.1.2.2.2. Thµnh phÇn chÊt phô gia dïng trong x¨ng ChÊt phô gia ®-îc ®-a vµo x¨ng nh»m n©ng cao trÞ sè octan, chèng bèc ch¸y bÒ mÆt, t¾c nghÏn bugi, chèng t¹o keo, chèng gØ, chèng l¹nh bé chÕ hoµ khÝ , chèng t¹o thµnh chÊt l¾ng cÆn trong cöa n¹p. Trong hÇu hÕt mäi tr-êng hîp mét hîp chÊt ho¸ häc sÏ ®¸p øng ®-îc mét trong c¸c chøc n¨ng nµy. 1. ChÊt phô gia chèng kÝch næ Hîp chÊt chèng kÝch næ ®-îc dïng ®Ó chèng x¨ng kÝch næ trong ®éng c¬ ®èt ch¸y b»ng bugi. Lý t-ëng nhÊt lµ x¨ng ch¸y ªm vµ hoµn toµn trong buång ®èt cña ®éng c¬. Tuy nhiªn, x¨ng ®-îc cÊu t¹o bëi hµng tr¨m gèc Hydrocabon kh¸c nhau nªn vµi gèc Hydrocacbon sÏ ph¶n øng d÷ déi khi bÞ nÐn vµ nung nãng víi sù cã mÆt cña kh«ng khÝ. CH3 R 8 Sau khi bèc ch¸y phÇn tr-íc bèc ch¸y lan réng trong buång ®èt sÏ nÐn vµ lµm nãng hçn hîp kh«ng khÝ, nhiªn liÖu ë phÝa tr-íc nã vµ ®èt ch¸y thµnh phÇn Hydrocabon cßn l¹i t¹o ra sãng va ®Ëp víi tÇn sè cao g©y ra tiÕng ån gäi lµ tiÕng gâ . Ngoµi viÖc t¹o ra tiÕng ån, ®éng c¬ bÞ gâ t¹o ra c«ng suÊt thÊp vµ Ýt tiÕt kiÖm nhiªn liÖu. Nh÷ng yÕu tè quyÕt ®Þnh ®Õn tiÕng gâ: Cã tiÕng gâ trong ®éng c¬ hay kh«ng do hai yÕu tè quyÕt ®Þnh: ChÊt l-îng chèng kÝch næ (chØ sè octan) cña x¨ng vµ chØ sè octan mµ ®éng c¬ yªu cÇu. ChØ sè octan cao cã thÓ ®¹t ®-îc theo hai c¸ch: a. Do qu¸ tr×nh tinh luyÖn: Ch¼ng h¹n thay ®æi chÊt xóc t¸c ®Ó chuyÓn tõ Hydrocac bon cã chØ sè octan thÊp lªn Hydrocacbon cã chØ sè octan cao. b. Dïng chÊt phô gia chèng kÝch næ. Yªu cÇu vÒ trÞ sè octan cña ®éng c¬ th-êng phô thuéc vµo thiÕt kÕ cña nã vµ ®iÒu kiÖn vËn hµnh cña ®éng c¬. - Ch× Tetra etyl (TEL) Trong qu¸ tr×nh ch¸y cña h¬i x¨ng trong buång ®èt . Cã sù t¹o thµnh vµ tÝch tô cña c¸c hîp chÊt Peoxyt. Nh÷ng chÊt nµy lµ nguyªn nh©n dÉn ®Õn kÝch næ, khi nång ®é cña chóng ®¹t ®Õn mét gi¸ trÞ giíi h¹n nµo ®ã. Do vËy ®Ó tr¸nh hiÖn t-îng kÝch næ ph¶i ng¨n chÆn sù t¹o thµnh c¸c hîp chÊt Peoxyt ®ã. Mét trong nh÷ng c«ng viÖc cã hiÖu qu¶ râ rÖt lµ pha vµo x¨ng mét hçn hîp cã tªn lµ “n­íc ch×”. N­íc ch× lµ tªn gäi ®¬n gi¶n cña hçn hîp láng cã thµnh phÇn lµ hîp chÊt tetra etyl. Ch× [pb(C2H5)] vµ bromnuaetan BrC2H5 hoÆc ®ibromnua etan(BrC2H5Br). T¸c dông cña(Tel) lµ ph¸ huû c¸c hîp chÊt peoxyt vµ ng¨n c¶n sù tÝch luü chóng trong xi lanh do ®ã tr¸nh ®-îc hiÖn t-îng kÝch næ. Nh- vËy(Tel) cã t¸c dông t¨ng(TSOT) cña x¨ng lªn Bromnua etan hoÆc ®ibromnua etan ®­îc gäi lµ chÊt l«i kÐo v× chóng gióp cho muéi ch× sau qu¸ tr×nh ch¸y kh«ng ®äng l¹i trong xi lanh, piston, xup¸pmµ theo khãi ®en x¶ ra ngoµi n-íc ch× cã t¸c dông gi¶m tÝnh kÝch næ cña x¨ng râ rÖt. Xong nã lµ chÊt ®éc g©y tæn th-¬ng ®Õn hÖ thÇn kinh cña con ng-êi. V× thÕ nång ®é cho phÐp cña bôi ch× trong kh«ng khÝ kh«ng v-ît qu¸ 0,005mmg/cm3 . Còng do t¸c h¹i ®Õn m«i tr-êng khÝ do vËy x¨ng ch× ®ang ®-îc dÇn thay thÕ bëi x¨ng kh«ng khÝ ch× chÊt l-îng cao. - C¸c phô gia chèng kÝch næ chøa «xy Do yªu cÇu b¶o vÖ søc khoÎ vµ m«i tr-êng sèng nªn x¨ng pha ch× ngµy cµng h¹n chÕ ®-îc sö dông vµ thay vµo ®ã lµ x¨ng kh«ng ch×. Trong ®ã chøa c¸c phô gia lµm t¨ng trÞ sè octan nh-: Metanol (CH3OH), Etanol(C2H5OH), Metybutyl ete(CH3 - O - C4H9), Amyl ete (CH3 - O - C5H11).Nh÷ng hîp chÊt nµy ng¨n c¶n sù tÝch tô cña Peoxyt, s¶n phÈn ch¸y cña chóng kh«ng ®éc nh­ cña “n­íc ch×”. 2. Phô gia chÊt chèng «xy ho¸ 9 ChÊt chèng «xy ho¸ cho vµo x¨ng ®Ó chãng t¹o keo, keo xuÊt hiÖn trong x¨ng khi c¸c gèc Hydrocacbon kÕt hîp víi «xy hay kÕt hîp víi nhau, sù t¹o keo trong x¨ng ®-îc quyÕt ®Þnh bëi lo¹i dÇu th« s¶n xuÊt ra x¨ng, qu¸ tr×nh tinh läc, qu¸ tr×nh cÊt gi÷ vµ sù hiÖn diÖn cña kh«ng khÝ vµ thêi gian cÊt gi÷. Khi keo h×nh thµnh nã t¹o chÊt n¾ng nh- s¬n dÇu phñ lªn lµm t¾c ®-êng èng nhiªn liÖu, gicl¬ chÕ hoµ khÝ vµ cã thÓ lµm cho van bÞ kÑt chÆt. Do vËy cã thÓ t¨ng tÝnh «xy ho¸ cña x¨ng b»ng c¸c c¸ch kh¸c nhau trong ®ã cã c¸ch thªm vµo trong x¨ng mét l-îng hîp chÊt phô gia chèng «xy ho¸ vµ Polyme ho¸ c¸c Hydrocabon kh«ng bÒn mÆc dï c¬ chÕ ho¹t ®éng nµy kh«ng râ nh-ng chÊt «xy ho¸ ®-îc xem nh- lµ ng-êi ph¸ xÝch trong ph¶n øng ho¸ häc vµ Polyme ho¸. 3. C¸c chÊt chèng rØ RØ vµ mµi mßn g©y ra nhiÒu vÊn ®Ò nghiªm träng trong thïng chøa, ®-êng èng vµ hÖ thèng nhiªn liÖu ®éng c¬ ch¼ng h¹n rØ c¶n chë qu¸ tr×nh vËn hµnh ®éng c¬ do bÞ t¾c bÇu läc vµ gicl¬ chÕ hoµ khÝ, ngoµi ra chØ cÇn mét mÈu nhá rØ trong van kim cña chÕ hoµ khÝ th× cã thÓ lµm cho buång phao ®Çy sau ®ã t¾c m¸y do trµn x¨ng. S¾t vµ c¸c phÇn l-ìng kim bÞ rØ vµ ¨n mßn t¨ng lªn do mét phÇn nhá n-íc vµ kh«ng khÝ hoµ tan trong x¨ng, n-íc cã thÓ vµo trong hÖ thèng nhiªn liÖu cña ®éng c¬ do sù ng-ng tô h¬i n-íc trong thïng nhiªn liÖu hoÆc do lÉn vµo cïng víi qu¸ tr×nh b¬m x¨ng. Cã mét vµi lo¹i hîp chÊt Hydrocacbon dÔ tan th-êng dïng nh- axÝt amin bÐo, ankyl phèt ph¸t... HÇu hÕt nh÷ng chÊt nµy ho¹t ®éng ®-îc lµ do kim lo¹i d-îc phñ mét líp phim b¶o vÖ rÊt máng ®Ó gi÷ cho mÆt ngoµi kh«ng tiÕp xóc víi n-íc còng nhê líp b¶o vÖ nµy mµ gióp bé chÕ hoµ khÝ kh«ng bÞ n¾ng cÆn. 4. C¸c chÊt chèng ®ãng b¨ng Cã hiÖn t-îng ®ãng b¨ng xen vµo qu¸ tr×nh vËn hµnh m¸y lµ do ®-êng èng nhiªn liÖu hoÆc chÕ bÞ bÝt xuÊt ph¸t tõ viÖc cã n-íc trong nhiªn liÖu, trong qu¸ tr×nh khëi ®éng l¹nh d-íi møc quy ®Þnh (-1 ®Õn -100C) víi ®é Èm t-¬ng ®èi cao 65% th× h¬i l¹nh cña nhiªn liÖu bèc h¬i trong bé chÕ hoµ khÝ vµ ®äng l¹i g©y t¾c m¹ch x¨ng. Hai lo¹i chung cña c¸c chÊt phô gia chèng ®ãng b¨ng bé chÕ hoµ khÝ vµ chÊt lµm gi¶m ®iÓm ®«ng vµ chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt ®-îc dïng cho nhiÒu lo¹i x¨ng . C¸c chÊt lµm gi¶m ®iÓm ®«ng ®-îc coi nh- lµ chÊt chèng ®«ng cung cÊp chÊt b¶o vÖ l¹nh trong hÖ thèng nguéi cña ®éng c¬. Nh÷ng chÊt phô gia chèng ®«ng nµy bao gåm cån glycol lµm gi¶m l¹nh do h¹ ®iÓm ®«ng l¹nh cña h¬i n-íc. Nh÷ng t¸c nh©n ho¹t ®éng bÒ mÆt cung cÊp mét sù b¶o vÖ kh¸c. Víi nh÷ng t¸c nh©n nµy, c¸c thµnh phÇn lµm l¹nh ®-îc t¹o thµnh. Tuy nhiªn chÊt phô gia cung cÊp mét chÊt b¶o vÖ ng¨n c¶n thµnh phÇn nµy kh«ng kÕt dÝnh víi nhau hoÆc kh«ng tËp hîp trªn bÒ mÆt kim lo¹i cña bé chÕ hoµ khÝ. Cho lªn c¸c thµnh phÇn lµm l¹nh kh«ng lµm 10 h¹i g× khi ®i qua bé chÕ hoµ khÝ vµ èng n¹p. C¸c chÊt phô gia nµy lµ Amin, Amin hoÆc muèi Amoniumphosphat, 5. C¸c chÊt tÈy röa bé chÕ hoµ khÝ C¸c chÊt phô gi¸ tÈy röa th-êng ®-îc dïng ®Ó ng¨n c¶n chÊt l¾ng ®äng vµ lÊy ®i chÊt l¾ng ®äng ®· cã trong bé chÕ hoµ khÝ. Nh÷ng chÊt tÈy röa nµy bao gåm Amin, Aminphosphat XuÊt ph¸t tõ ®Æc tÝnh cña chÊt ho¹tt ®éng bÒ mÆt. 6. ChÊt phô gia t¹o mµu s¾c Mµu s¾c ®-îc cho vµo x¨ng ®Ó cho thÊy sù cã mÆt cña c¸c chÊt chèng næ, lµm t¨ng vÎ hÊp dÉn khi b¸n, cho thÊy cã nhiÒu lo¹i, nhiÒu nh·n hiÖu x¨ng. Mµu s¾c cña x¨ng lµ mµu cña c¸c hîp chÊt h÷u c¬ dÔ tan Hydrocacbon ®-îc chän cho mµu s¾c mµ chóng truyÒn cho x¨ng. 1.1.2.2.2. Thµnh phần t¹p chÊt chøa trong x¨ng - Thµnh phÇn chÊt cÆn ®-îc t¹o thµnh do Hydrocacbon trong x¨ng bÞ «xy ho¸, do c¸c cÆn bÈn, m¹t kim lo¹i, bôi lät vµo trong qu¸ tr×nh vËn chuyÓn, cÊt gi÷. - Mét sè nh÷ng chÊt v« c¬ nh- l-u huúnh tån t¹i d-íi d¹ng l-u huúnh tù do hoÆc d¹ng sum fua. 1.1.2.3. §Æc tÝnh vµ chØ tiªu chÊt l-îng x¨ng 1.1.2.3.1. TÝnh bay h¬i vµ ¶nh h-ëng cña tÝnh bay h¬i tíi ®éng c¬ dïng chÕ hoµ khÝ A) TÝnh bay h¬i Yªu cÇu x¨ng ph¶i cã tÝnh bay h¬i thÝch hîp. NÕu x¨ng bay h¬i qu¸ dÔ sÏ ho¸ h¬i ngay trªn ®-êng èng dÉn g©y hiÖn t-îng ngÏn h¬i, lµm x¨ng phun ra lÉn bät do vËy kh«ng ®¶m b¶o x¨ng cung cÊp ®ñ cho ®éng c¬. X¨ng bay h¬i kÐm, (khã bay h¬i) g©y lªn hiÖn t-îng khã khëi ®éng ®éng c¬, khã ®iÒu chØnh, l·ng phÝ nhiªn liÖu do ch¸y kh«ng hÕt, t¹o muéi than lµm bÈn m¸y, lo·ng dÇu nhên TÝnh bay h¬i cña x¨ng ®-îc ®¸nh gi¸ b»ng chØ tiªu phÈm chÊt: - Thµnh phÇn ®iÓm s«i - ¸p suÊt h¬i b·o hoµ - Tû träng hay khèi l-îng riªng 1. Thµnh phÇn ®iÓm s«i ChØ tiªu nµy ®-îc x¸c ®Þnh trong dung cô tr-ng cÊt ®· tiªu chuÈn ho¸. §èi víi x¨ng cÇn x¸c ®Þnh thµnh phÇn ®iÓm s«i nh- sau: - §iÓm s«i ®Çu - §iÓm s«i 10% - §iÓm s«i 50% - §iÓm s«i 90% - §iÓm s«i cuèi 11 a)§iÓm s«i ®Çu vµ ®iÓm s«i 10%: §Æc tr-ng cho tÝnh khëi ®éng m¸y, kh¶ n¨ng g©y nghÏn h¬i vµ hao mßn tù nhiªn. §iÓm s«i ®Çu thÊp h¬n quy ®Þnh cµng nhiÒu th× x¨ng cµng dÔ hao hôt, sÏ sinh nghÏn khÝ. §iÓm s«i 10% cao h¬n quy ®Þnh cµng nhiÒu, cµng khã khëi ®éng m¸y. §èi víi «t« viÖc khëi ®éng m¸y cã liªn quan ®Õn nhiÖt ®é kh«ng khÝ vµ t10%v theo c«ng thøc kinh nghiÖm sau: TMin=1/2 t10%v- 50,5 Trong ®ã: - tMin : NhiÖt ®é tèi thiÓu cña kh«ng khÝ - t10%v : §é cÊt 10% b). §iÓm s«i 50%: BiÓu thÞ kh¶ n¨ng thay ®æi tèc ®é cña m¸y. NÕu ®iÓm s«i 50% cao qu¸ quy ®Þnh th× khi t¨ng tèc l-îng h¬i x¨ng vµo m¸y nhiÒu nh-ng ®èt ch¸y kh«ng kÞp do khã bèc h¬i do ®ã m¸y yÕu, ®iÒu khiÓn m¸y khã kh¨n. c). §iÓm s«i 90% vµ ®iÓm s«i cuèi: BiÓu thÞ ®é bay h¬i hoµn toµn cña x¨ng. NÕu ®iÓm s«i nµy lín qu¸ quy ®Þnh th× x¨ng khã bay h¬i hoµn toµn g©y hiÖn t-îng pha lo·ng dÇu nhên, lµm m¸y dÔ bÞ mµi mßn còng nh- l·ng phÝ nhiªn liÖu. Trªn c¬ së ý nghÜa cña thµnh phÇn ®iÓm s«i cho thÊy c¸c lo¹i x¨ng ph¶i cã tÝnh bay h¬i phï hîp. Theo quy ®Þnh ®iÓm s«i ®Çu kh«ng d-íi 30 – 400C. §Ó cã thÓ dÔ dµng khëi ®éng ®éng c¬ khi cßn nguéi. Yªu cÇu 60 – 700C x¨ng ph¶i bay h¬i ®-îc 10% thÓ tÝch. §Ó dÔ dµng t¨ng tèc ®-a ®éng c¬ vµo chÕ ®é lµm viÖc æn ®Þnh, yªu cÇu ë 115 – 1200C ph¶i bay h¬i ®-îc 50%V. §Ó x¨ng ch¸y hÕt hoµn toµn trong ®éng c¬ yªu cÇu ë 180 – 1900C x¨ng ph¶i bay h¬i ®-îc 90%V vµ ë 195 – 2000C x¨ng ph¶i bay h¬i hoµn toµn. NÕu ®èi víi mét lo¹i x¨ng th-¬ng phÈm, kiÓm tra chÊt l-îng ban ®Çu cho thÊy thµnh phÇn cÊt ®¹t tiªu chuÈn quy ®Þnh. Nh-ng sau mét thêi gian vËn chuyÓn b¬m, hót, b¶o qu¶n, kiÓm tra l¹i thÊy thµnh phÇn ®iÓm s«i cao v-ît qu¸ quy ®Þnh, suy ®o¸n ra cã thÓ do mét thµnh phÇn nhÑ bay h¬i hoÆc do c¸c hîp phÇn nhiªn liÖu nÆng nh- dÇu ho¶ nhiªn liÖu Diezel ®· lÉn vµo. Khi ®ã nÕu x¨ng nµy tiÕp tôc ch¹y m¸y sÏ g©y nhiÒu t¸c h¹i nh- trªn. 2. ¸p suÊt h¬i b·o hoµ Tiªu chuÈn x¸c ®Þnh astm d 323, TCVN 5731 - 1993 Lµ ¸p suÊt h¬i x¨ng ë tr¹ng th¸i c©n b»ng víi thÓ láng trong bom Ried ®o ®-îc t¹i nhiÖt ®é x¸c ®Þnh lµ 1000F. ¸p suÊt h¬i b·o hµo lµ mét chØ tiªu vÒ tÝnh bay h¬i c¸c lo¹i x¨ng. Dùa vµo ¸p suÊt h¬i b·o hµo cã thÓ ®¸nh gi¸ nhiªn liÖu vÒ tÝnh khëi ®éng, kh¶ n¨ng t¹o nót h¬i, hao hôt do bay h¬i trong b¶o qu¶n vµ møc nguy hiÓm do ch¸y. ¸p suÊt h¬i b·o hµo cµng cao th× kh¶ n¨ng bay h¬i cµng m¹nh do vËy yªu cÇu c¸c lo¹i x¨ng ph¶i cã ¸p suÊt h¬i b·o hoµ phï hîp kh«ng qu¸ cao, kh«ng qu¸ thÊp. 3) Khèi l-îng riªng 12 Tiªu chuÈn x¸c ®Þnh astm d 1298, astm d 941, TCVN 2691 - 78 - Khèi l-îng riªng ®o b»ng g/cm3 hay kg/m3 lµ khèi l-îng cña mét ®¬n vÞ thÓ tÝch. - Tû träng lµ tû sè khèi l-îng riªng cña mét chÊt ë nhiÖt ®é nµo ®ã so víi khèi l-îng riªng cña n-íc ë 40C ký hiÖu dt/4 trong ®ã t 0C lµ nhiÖt ®é t¹i ®ã x¸c ®Þnh tû träng, th«ng th-êng chän tû träng tiªu chuÈn ë 200C ký hiÖu d20/4 hoÆc tû träng tiªu chuÈn ë 150C ký hiÖu d15/4. B) ¶nh h-ëng tÝnh bay h¬i cña x¨ng tíi tÝnh n¨ng ho¹t ®éng cña ®éng c¬ dïng chÕ hßa khÝ. 1. TÝnh n¨ng khëi ®éng Khi bËt tia löa ®iÖn hoµ khÝ dÔ bÐn löa nhÊt lµ ë tû lÖ hoµ trén m = 12:1- 13:1, Khi khëi tèc ®é ®éng c¬ rÊt chËm, kh«ng khÝ vµ x¨ng hoµ chén kh«ng tèt, nhiÖt ®é bÒ mÆt thµnh èng n¹p, xilanh, piston.rÊt thÊp, do ®ã chØ cã kho¶ng 1/10 – 1/5 x¨ng ®-îc bay h¬i. NÕu bé chÕ hµo khÝ ®-îc ®iÒu chØnh ë thµnh phÇn hoµ khÝ tè nhÊt th× hoµ khÝ thøc tÕ lóc vµo ®éng c¬ rÊt nh¹t (§Æc biÖt lµ khi trêi l¹nh), rÊt khã bÐn löa vµ khëi ®éng v× vËy ph¶i ®ãng b-ím giã ®Ó cung cÊp hµo khÝ cã thµnh phÇn m  1:1 lµm cho hoµ khÝ vµo xilanh s¸t víi hoµ khÝ tèt nhÊt lóc Êy chØ cÇn 8% x¨ng phun vµo bay h¬i lµ ®ñ t-¬ng øng víi ®iÓm bay h¬i 10%. 2. HiÖn t-îng nót h¬i Nhiªn liÖu cã ®iÓm 10% cµng thÊp cµng dÔ h×nh thµnh bät khÝ , t¹o thµnh nót h¬i trªn ®-êng tõ thïng chøa tíi chÕ hoµ khÝ khi trêi nãng khiÕn l-u ®éng cña ®-êng x¨ng kÐm linh ho¹t lµm ®éng c¬ x¨ng ch¹y kh«ng æn ®Þnh t×nh tr¹ng Êy dÔ lµm cho xe ch¹y nhanh, t¶i träng lín ®ét nhiªn dõng l¹i vµ dõng h¼n do ®ã ®iÓm s«i 10% kh«ng thÓ qu¸ thÊp, th«ng th-êng ¸p suÊt b·o hµo kh«ng qu¸ 500mmHg. 3. Ch¹y Êm m¸y Sau khi hkëi ®éng cÇn cho ®éng c¬ chËy chËm ®îi m¸y Êm dÇn. §Ó x¨ng ®äng trªn thµnh èng kÞp bay h¬i sau ®ã míi cã thÓ t¨ng t¶i dÇn cho ®éng c¬. Thêi gian tõ lóc khëi ®éng tíi lóc t¨ng t¶i lµ thêi gian ch¹y Êm m¸y. ThÝ nghiÖm chØ ra r»ng: x¨ng cã ®iÓm 20% - 50% cµng thÊp th× thêi gian ch¹y Êm m¸y cµng thÊp vµ tÝnh c¬ ®éng cña ®éng c¬ cµng tèt. 4. TÝnh t¨ng tèc Lóc më b-ím ga ®ét ngét lµm ®éng c¬ t¨ng tèc mÆc dï c¶ nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ ®i vµo chÕ hoµ khÝ ®Òu t¨ng nh-ng mét phÇn x¨ng ch-a kÞp bay h¬i ®äng l¹i trªn thµnh èng lµm cho hoµ khÝ thùc tÕ ®i vµo xi lanh lo·ng, g©y ¶nh h-ëng tíi tÝnh n¨ng tèc ®é cña ®éng c¬. NÕu nhiÖt ®é cña ®-êng èng n¹p lín mµ dïng x¨ng dÔ bay h¬i, trong ®éng c¬ cã sö dông thiÕt bÞ t¨ng tèc cã thÓ lµm cho hoµ khÝ ®Ëm g©y t¸c h¹i xÊu ®Õm tÝnh n¨ng t¨ng tèc. Nh×n chung muèn cho ®éng c¬ dÔ t¨ng tèc cÇn dïng ®éng c¬ cã ®iÓm s«i 35 – 60% t-¬ng ®èi thÊp. Th«ng th-êng lÊy ®iÓm 50% lµm tiªu chuÈn ®¸nh gi¸ tÝnh t¨ng tèc. 13 5. TÝnh ph©n phèi Thùc nghiÖm chØ ra r»ng kho¶ng 1/2 x¨ng kÞp bay h¬i trªn ®-êng n¹p sÏ ®¶m b¶o nhiªn liÖu ph©n phèi ®Òu vµo khoang xi lanh. Do ®ã ®iÓm s«i 50% cã ý nghÜa quan träng ®èi víi chÊt l-îng ph©n phèi x¨ng vµo xi lanh. 6. TÝnh ch¸y Muèn cã chÊt l-îng ch¸y tèt trong ®éng c¬ x¨ng cÇn kÞp thêi bay h¬i hÕt tr-íc khi bËt tia löa ®iÖn do ®ã ®iÓm hãa s-¬ng mï cña hoµ khÝ ph¶i rÊt thÊp ®iÓm s-¬ng mï l¹i phô thuéc vµo ®iÓm 90%. NÕu ®iÓm 90% cao qu¸ lµm nhiªn liÖu ch¸y kh«ng kiÖt, t¹o khãi ®en, trong buång ch¸y cã nhiÒu muéi than. NÕu ®iÓm 90% thÊp qu¸ sÏ lµm hoµ khÝ vµo xi lanh qu¸ kh« g©y gi¶m hÖ sè n¹p, gi¶m c«ng suÊt vµ gi¶m khuynh h-íng kÝch næ. 7. ¶nh h-ëng tíi dÇu nhên trong ®¸y c¸c te NÕu tÝnh bay h¬i chung cña x¨ng kh«ng tèt vµ nÕu ®iÓm s-¬ng mï cña hoµ khÝ qu¸ cao, x¨ng cã thÓ ng-ng ®äng trªn thµnh xi lanh lät xuèng ®¸y c¸c te lµm lo·ng vµ ph¸ háng dÇu nhên. T×nh tr¹ng nµy cµng trÇm träng khi khëi ®éng l¹nh vµ khi ch¹y Êm m¸y v× vËy ®iÓm 90% cña ®-êng tr-ng cÊt kh«ng ®-îc cao qu¸. 8. ¶nh h-ëng tíi chÊt l-îng hçn hîp khÝ n¹p NÕu nhiÖt ®é ®-êng n¹p thÊp sÏ lµm t¨ng mËt ®é khÝ n¹p do ®ã tÝnh bay h¬i cña nhiªn liÖu cµng tèt. 1.1.2.3.2. TÝnh ch¸y cña x¨ng 1. Qóa tr×nh ch¸y cña x¨ng Qu¸ tr×nh ch¸y cña h¬i x¨ng trong buång ®èt lµ mét qu¸ tr×nh ch¸y c-ìng bøc, thùc hiÖn ®-îc lµ nhê tia löa ®iÖn cña bugi, qu¸ tr×nh ch¸y nh- vËy lµ rÊt nhanh nh-ng kh«ng ph¶i xÈy ra tøc kh¾c trong toµn bé thÓ tÝch xilanh mµ b¾t ®Çu ch¸y tõ bugi sau ®ã lan dÇn ra toµn bé thÓ tÝch xi lanh, lóc ®ã chu tr×nh ch¸y kÕt thóc. Trong qu¸ tr×nh ®èt ch¸y hçn hîp trong xilanh xÈy ra hiÖn t-îng ch¸y b×nh tr-êng vµ hiÖn t-îng ch¸y kh«ng b×nh th-êng. - HiÖn tt-îng ch¸y b×nh th-êng: Sau khi bu gi bËt tia löa ®iÖn tèc ®é lan truyÒn cña mµng löa lµ 20 – 25 m/s. víi tèc ®é nh- vËy ¸p suÊt h¬i trong xilanh t¨ng ®Òu ®Æn, ®éng c¬ ho¹t ®éng b×nh th-êng. 14 - HiÖn t-îng ch¸y kh«ng b×nh th-êng: V× mét lý do nµo ®ã nh- x¨ng dïng kh«ng ®óng tiªu chuÈn ký thuËt ch¼ng h¹n sÏ g©y hiÖn t-îng ch¸y kh«ng b×nh th-êng nh- hiÖn t-îng kÝch næ tøc lµ t¹i mét ®iÓm nµo ®ã trong xilanh, dï mÆt cÇu löa ch-a lan tíi nh-ng h¬i nhiªn liÖu ®· bèc ch¸y ®ét ngét víi tèc ®é ch¸y lan truyÒn gÊp tr¨m lÇn tèc ®é ch¸y b×nh th-êng do ®ã ¸p suÊt trong xilanh t¨ng vät tíi kho¶ng 160kg/cm2 chÝnh sù t¨ng ¸p suÊt ®ét ngét ®ã t¹o ra mét sãng h¬i xung ®éng va ®Ëp vµo v¸ch xilanh vµ ph¸t tiÕng kªu l¸ch c¸ch, m¸y næ rung giËt vµ nãng h¬n b×nh th-êng, lµm gi¶m ¸p suÊt m¸y, tiªu hao nhiªn liÖu do ch¸y kh«ng hÕt, dÉn ®Õn mßn c¸c chi tiÕt m¸y, thËm chÝ cßn g©y r¹n nøt piston nªn ®Ó ®éng c¬ ho¹t ®éng b×nh th­êng th× x¨ng ph¶i cã tÝnh chèng kÝch næ tèt phï hîp víi tõng ®iÒu kiÖn ho¹t ®éng cña ®éng c¬ b»ng c¸ch dïng lo¹i x¨ng phï hîp víi tû sè nÐn cña ®éng c¬. 2. BiÖn ph¸p c¶i thiÖn tÝnh n¨ng ch¸y cña ®éng c¬ Thùc tÕ cho thÊy qu¸ tr×nh ch¸y kÝch næ cña ®éng c¬ x¨ng cã liªn quan chÆt chÏ tíi thµnh phÇn ho¸ häc cña x¨ng. So s¸nh c¸c nhãm Hydrocacbon cho thÊy Hydrocacbon n-parafin dÔ bÞ ch¸y kÝch næ nhÊt ng-îc l¹i nhãm Hydrocacbon izo- parafin vµ Hydrocacbon th¬m khã bÞ kÝch næ. §Ó ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng ch¸y kÝch næ cña mét lo¹i x¨ng nµo ®ã ng-êi ta ph¸t minh ra mét ph-¬ng ph¸p thùc nghiÖm dùa trªn sù so s¸nh qu¸ tr×nh ch¸y víi c¸c lo¹i nhiªn liÖu tiªu chuÈn tõ ®ã x¸c ®Þnh mét chØ tiªu chuÈn cã tªn lµ trÞ sè Octan(TSOT). TrÞ sè octan cña mét lo¹i x¨ng cµng cao cµng khã bÞ kÝch næ khi ch¸y trong ®éng c¬ vµ ng-îc l¹i. Do vËy ®Ó ng¨n c¶n hiÖn t-îng ch¸y kÝch næ x¶y ra ng-êi ta t×m biÖn ph¸p n©ng cao chØ sè octan. 3. C¸c lo¹i trÞ sè octan a). TrÞ sè octan x¸c ®Þnh theo ph-¬ng ph¸p M«t¬ (Motor Octan Number) ký hiÖu lµ MON. - TrÞ sè MON thÓ hiÖn ®Æc tÝnh cña x¨ng dïng trong ®éng c¬ trong ®iÒu kiÖn ho¹t ®éng trªn xa lé, tèc ®é cao nh-ng ®Òu ®Æn hoÆc khi ®éng c¬ chuyªn chë nÆng. b). TrÞ sè octan x¸c ®Þnh theo ph-¬ng ph¸p nghiªn cøu (Research Octan Number - RON). TrÞ sè RON thÓ hiÖn ®Æc tÝnh cña x¨ng dïng cho ®éng c¬ ho¹t ®éng trong thµnh phè, tèc ®é thÊp l¹i hay ph¶i gi¶m ga ®ét ngét. Cïng mét mÉu x¨ng, TrÞ sè RON bao giê còng lín h¬n MON do vËy khi nãi trÞ sè x¨ng cña mét lo¹i x¨ng nµo ®ã cÇn ph©n biÖt lµ RON hay MON ®Ó tr¸nh nhÇm lÉn, hiÖu sè cña cña hai trÞ sè RON, MON biÕu thÞ cho sù thay ®æi tÝnh chÊt cña x¨ng. §é nh¹y c¶m cña mét lo¹i x¨ng thÊp cã nghi· lµ lo¹i x¨ng ®ã Ýt thay ®æi kh¶ n¨ng ch¸y trong c¸c ®iÒu kiÖn ho¹t ®éng kh¸c nhau cña ®éng c¬. c). TrÞ sè octan th«ng dông (Popullar Octan Number - PON). ë mét sè n-íc sö dông PON b»ng trung b×nh céng RON vµ MON ®Ó ®Æc tr-ng cho tÝnh chèng kÝch næ cña x¨ng thay v× dïng RON hay MON riªng rÏ. 15 1.1.2.3.3. TÝnh æn ®Þnh ho¸ häc cña x¨ng TÝnh æn ®Þnh kh¶ «xy ho¸ cña x¨ng biÓu thÞ kh¶ n¨ng x¨ng duy tr× ®-îc chÊt l-îng ban ®Çu trong qu¸ tr×ng b¬m hót, vËn chuyÓn, tån chøa, b¶o qu¶n. §¸nh gi¸ tÝnh æn ®Þnh ho¸ häc cña x¨ng b»ng chØ tiªu chÊt l-îng: Hµm l-îng nhùa thùc tÕ vµ ®é bÒn «xy. 1. Nhùa thùc tÕ Tiªu chuÈn x¸c ®Þnh astm d 381 Lµ l-îng cÆn r¾n cßn l¹i sau khi lµm bay h¬i mét thÓ tÝch x¨ng nhÊt ®Þnh, t¹i nh-ng ®iÒu kiÖn nhÊt ®Þnh b»ng c¸ch thæi dßng kh«ng khÝ vµ h¬i n-íc ë nhiÖt ®é quy ®Þnh qua mÉu x¨ng thÝ nghiÖm. §-îc ®o b»ng mg/100ml. X¨ng míi cã hµm l-îng thùc tÕ nhá h¬n x¨ng tån chøa l©u ngµy. Hµm l-îng nhùa thùc tÕ t¨ng lªn lµ do d­íi ¶nh h­ëng cña nhiÖt ®é, kh«ng khÝ, kim lo¹i.c¸c hîp phÇn kÐm æn ®Þnh trong x¨ng bÞ «xy ho¸ t¹o thµnh nh÷ng hîp chÊt keo nhùa. C¸c lo¹i x¨ng cã tÝnh æn ®Þnh ho¸ häc kh¸c nhau tuú thuéc vµo thµnh phÇn ho¸ häc cña chóng, x¨ng cã hµm l-îng nhùa thùc tÕ nhá th× cã ®é æn ®Þnh ho¸ häc cµng cao vµ ng-îc l¹i. Hµm l-îng nhùa cña c¸c lo¹i x¨ng kh«ng ®-îc v-ît qu¸ quy ®Þnh lµ 4 -5mg/100ml t¹i n¬i s¶n xuÊt vµ 8mg/100ml t¹i n¬i chøa. NÕu hµm l-îng nhùa thùc tÕ v-ît qu¸ quy ®Þnh sÏ ¶nh h-ëng kh«ng tèt ®Õn chØ tiªu chÊt l-îng kh¸c cña x¨ng nh- tÝnh chèng kÝch næ, tÝnh ¨n mßn, tÝnh bay h¬i. 2. TÝnh æn ®Þnh «xy ho¸ TÝnh æn ®Þnh «xy ho¸ ®-îc ®o b»ng chu kú c¶m øng, chu kú c¶m øng lµ kho¶ng thêi gian ®o b»ng phót mµ trong x¨ng kh«ng x¶y ra sù kÕt tña vµ vÈn ®ôc khi bÞ «xy ho¸ bëi «xy trong kh«ng khÝ t¹i ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é thÝch hîp chu kú c¶m øng cña mÉu x¨ng thÝ nghiÖm cµng dµi th× tÝnh æn ®Þnh «xy ho¸ cña x¨ng cµng tèt. NÕu x¨ng ®-îc b¶o qu¶n trong tr-êng hîp kh«ng tèt, bÞ biÕn chÊt th× chu kú c¶m øng sÏ t¨ng lªn. Theo quy ®Þnh chu kú c¶m øng cña x¨ng kh«ng v-ît qu¸ 240 phót. 1.1.2.3.4. TÝnh ¨n mßn kim lo¹i cña x¨ng Thµnh phÇn chñ yÕu cña x¨ng lµ c¸c hîp chÊt Hydrocacbon hoµn toµn kh«ng cã t¸c dông ¨n mßn kim lo¹i tuy vËy trong x¨ng cã chøa mét sè t¹p chÊt ch-a ®-îc lo¹i bá triÖt ®Ó khái x¨ng, hoÆc trong qu¸ tr×nh tån chøa, vËn chuyÓn x¨ng bÞ nhiÔm bÈn bëi c¸c t¹p chÊt, nh÷ng t¹p chÊt nµy cã t¸c dông ¨n mßn kim lo¹i lµm ¶nh h-ëng tíi tuæi thä ho¹t ®éng cña m¸y. Do ®ã cÇn kiÓm nghiÖm c¸c chØ tiªu chÊt l-îng x¨ng nµy. §Ó ®¸nh gi¸ c¸c chØ tÝnh ¨n mßn kim lo¹i cña c¸c lo¹i x¨ng ng-êi ta sö dông c¸c chØ tiªu sau ®©y: 1. Hµm l-îng l-u huúnh tæng sè 16 §-îc x¸c ®Þnh b»ng phÇn tr¨m khèi l-îng so víi mÉu x¨ng (%kl). Theo c¸c tiªu chuÈn ë ViÖt Nam quy ®Þnh l-u huúnh tæng sè trong c¸c lo¹i x¨ng «t« kh«ng v-ît qu¸ (0,1 – 0,15 %kl). 2. §é axÝt §é axÝt ®-îc ®o b»ng l-îng KOH ®ñ ®Ó trung hoµ l-îng a xÝt h÷u c¬ cã trong 100ml x¨ng (mg/100ml). Ngoµi ra ®Ó ®¸nh gi¸ tÝnh ¨n mßn kim lo¹i cña x¨ng ng-êi ta cßn x¸c ®Þnh ®é a xÝt, Baz¬ tan trong n-íc trong c¸c lo¹i x¨ng 1.1.2.4. Ph©n lo¹i x¨ng «t« §Ó ph©n lo¹i x¨ng th-¬ng phÈm dïng cho «t«, xe m¸y ng-êi ta ph©n lo¹i chóng theo trÞ sè octan (TSOT). 1.1.2.4.1. Ph©n lo¹i trªn thÞ tr-êng thÕ giíi X¨ng «t« xe m¸y ®-îc ph©n lµm ba lo¹i: X¨ng th-êng, x¨ng cao cÊp vµ x¨ng ®Æc biÖt. 1. X¨ng th-êng: Lµ x¨ng cã RON tõ 92 trë xuèng vµ ®-îc sö dông cho c¸c läi ®éng c¬ xe t¶i, xe g¾n m¸y cã tû sè nÐn tõ 7 – 8,5, lo¹i x¨ng th-êng nµy còng ph©n lµm hai nhãm ®-îc s¶n xuÊt theo tiªu chuÈn kh¸c nhau cña tõng n-íc, t-êng khu vùc. X¨ng th-êng cã RON tõ 90 – 92 ®-îc s¶n xuÊt tõ thËp niªn 70 trë l¹i ®©y, ®Ó thay thÕ lo¹i x¨ng th-êng cã TSOT thÊp h¬n (RON = 80 – 86). 2. X¨ng cao cÊp(Super): Lµ lo¹i x¨ng cã TSOT tõ (93 - 100) sö dông thÝch hîp cho tÊt c¶ c¸c lo¹i xe m«t« g¾n m¸y ®êi míi cã tû sè nÐn tõ (8,8 - 10), tuú thuéc vµo khu vùc mµ ®-îc chia lµm hai nhãm: - X¨ng cao cÊp cã RON 98 – 100 ®-îc s¶n xuÊt ë c¸c n-íc c«ng nghiÖp ph¸t triÓn. - X¨ng cao cÊp RON = 93 – 98 hiÖn ®ang ®-îc s¶n xuÊt taÞ c¸c khu vùc Ch©u ¢u vµ Ch©u ¸. 3. X¨ng th-îng h¹ng Lo¹i x¨ng nµy cã chÊt l-îng tèt nhÊt ®-îc dïng ë c¸c n-íc c«ng nghiÖp ph¸t triÓn, dïng cho c¸c lo¹i xe cã tû sè nÐn tõ 10 trë lªn. 1.1.2.4.2. Ph©n lo¹i ë thÞ tr-êng ViÖt Nam Tr-êng trªn thÞ tr-¬ng ViÖt Nam tr-íc ®©y tån t¹i c¸c lo¹i x¨ng nh-: x¨ng ch× 83, 90, 92. Tõ 01/11/2001 cÊm sö dông x¨ng pha ch× trªn toµn l·nh thæ ViÖt Nam (thÕ giíi lo¹i bá x¨ng pha ch× tõ nh÷ng n¨m 1990) Dùa trªn trÞ sè octan x¨ng ®-îc chia lµm ba lo¹i sau: 1. X¨ng th-êng: Cã trÞ sè octan x¸c ®Þnh theo ph-¬ng ph¸p nghiªn cøu, TSOT = 83 gäi lµ x¨ng ch× 83. 17 2. X¨ng chÊt l-îng cao: Cã trÞ sè octan x¸c ®Þnh theo ph-¬ng ph¸p nghiªm cøu kh«ng nhá h¬n 92 gäi lµ x¨ng ch× 92. 3. X¨ng ®Æc biÖt: Cã TSOT x¸c ®Þnh theo ph-¬ng ph¸p nghiªn cøu kh«ng nhá h¬n 97 gäi lµ x¨ng ch× 97. B¶ng 1.1 ChØ tiªu chÊt l-îng x¨ng ch× 18 B¶ng 1.2 ChØ tiªu x¨ng cao cÊp cña nhËt b¶n ChØ tiªu X¨ng pha ch× Ph-¬ng ph¸p thö 1. TrÞ sè octan kh«ng nhá h¬n theo ph-¬ng ph¸p nghiªn cøu 83 92 97 ASTM D 2699 2. Thµnh phÇn s«i ph©n ®o¹n - §iÓm s«i ®Çu(00C, kh«ng lín h¬n - 10%V(00C), kh«ng lín h¬n - 50%V(00C), kh«ng lín h¬n - 90%V(00C), kh«ng lín h¬n - §iÓm s«i cuèi(00C), kh«ng lín h¬n - C¨n cuèi %V(00C), kh«ng lín h¬n - 70 120 190 210 2,0 TCVN 2698 – 95 3. ¡n mßn m¶nh ®ång ë 500C/3h, kh«ng lín h¬n N01 TCVN 2694 – 95 4. Hµm l-îng nhùa thùc tÕ mg/100ml, kh«ng lín h¬n - Khi s¶n xuÊt - Khi tån chøa, sö dông 5 8 ASTM D 381 – 94 5. §é æn ®Þnh «xy ho¸(min) kh«ng nhá h¬n 240 ASTM D 525 – 95 6. Hµm l-îng l-u huúnh tæng (%kl) kh«ng lín h¬n 0,15 ASTM D 1266 – 95 7. Hµm l-îng ch× (g/l), kh«ng lín h¬n 0,15 TCVN 6020 – 95 8. ¸p suÊt h¬i b·o hoµ(Reid) ë 37,80C(kPa). 43,8 TCVN 5731 – 93 19 Tªn chØ tiªu Tiªu chuÈn Møc quy ®Þnh 1. Hµm l-îng l-u huúnh (ppm) ASTM D 1266 Max 300,0 2. ¨n mßn m¶nh ®ång (3h/500C) ASTM D 130 Max 1 3. Nhùa thùc tÕ (mg/100ml) ASTM D 381 Max 4,00 4. Hµm l-îng ch× (g/l) Max 0,001 5. ¸p suÊt h¬i b·o hoµ (Psi/37,80C) ASTM D 4935 6,04 – 9,25 6. TrÞ sè octan - MON - RON ASTM D 2700 ASTM D 2699 Min 81,0 Min 91,0 7. Hµm l-îng olefin (%V) Max 25,0 8. Thµnh phÇn ®iÓm s«i - §iÓm s«i 800C (%V) - §iÓm s«i 2000C (%V) - §iÓm s«i cuèi (FBP) (%C) ASTM D 86 Min 90,00 Min 97,00 Max 210,0 B¶ng 1.3. Tiªu chuÈn x¨ng chÊt cao cÊp cã ch× cña Trung Quèc Tªn chØ tiªu Tiªu chuÈn Møc quy ®Þnh KÕt qu¶ ®Æc tr-ng 1. Tû träng d600F/600F ASTM D 1298 - 0,7188 2. Hµm l-îng l-u huúnh (%kl) ASTM D 1266 Max 0,10 0,005 3. ¨n mßn m¶nh ®ång (3h/500C) ASTM D 130 Max 1 1 4. Nhùa thùc tÕ (mg/100ml) ASTM D 381 Max 5,00 1,50 5. Hµm l-îng ch× (g/l) ASTM D 3237 Max 0,13 0,11 6. §é æn ®Þnh «xy ho¸ (min) ASTM D 525 Min 480,00 480,00 7. ¸p suÊt h¬i b·o hoµ (Psi/37,80C) ASTM D 4935 Max 9,0 8,70 8. TrÞ sè octan 20 - RON ASTM D 2699 Min 91,0 92 9. Thµnh phÇn ®iÓm s«i (0C) - §iÓm s«i 10%V - §iÓm s«i 50%V - §iÓm s«i cuèi (FBP) ASTM D 86 Max 70,0 Max 120,0 Max 205,0 49,0 100,0 195,0 B¶ng 1.4. Tiªu chuÈn chÊt l-îng x¨ng cña c¸c quèc gia SNG (Liªn x« cò) Tªn chØ tiªu Tiªu chuÈn GOST Møc quy ®Þnh A-76 A-93 A-95 (1) (2) (3) (4) (5) 1. Hµm l-îng l-u quúnh(g/l) G.19121 Max 0,1 0,1 0,1 2. Nhùa thùc tÕ (mg/100ml) G.1567 Max 3,0 5,0 5,0 3. Hµm l-îng ch× (g/l) Max 0,013 0,013 0,013 4. §é æn ®Þnh oxy ho¸ (min) G.4039 Min 1200 1200 900 5. ¸p xuÊt b·ohoµ(kpa/37,80C) G.1756 66,7-99,3 66,7-99,3 66,7-99,3 6.TrÞ sè octan - MON - RON G.8226 G.511 Min 76 - 85 93 85 95 7. Axit tæng(mg KOH/100ml) G.5985 Max 1,0 0,8 2,0 8. N-íc vµ t¹p chÊt c¬ häc G.6370 Kh«ng Kh«ng Kh«ng 9. Axit vµ baz¬ trong n-íc G.6307 Kh«ng Kh«ng Kh«ng 10. Thµnh phÇn ®iÓm s«i (0C) - §iÓm s«i ®Çu( IBP) - §iÓm s«i 50%V - §iÓm s«i cuèi (FBP) ASTM D 86 Min 35,0 Max115,0 Max195,0 35,0 115,0 205,0 30,0 120,0 205,0 B¶ng 1.5. Tiªu chuÈn x¨ng cao cÊp kh«ng ch× cña Trung Quèc 21 Tªn chØ tiªu Tiªu chuÈn Cao cÊp 93 §Æc biÖt 95 1. Hµm l-îng l-u huúnh (%kl) ASTM D 1266 Max 0,05 Max 0,05 2. ¨n mßn m¶nh ®ång (3h/500C) ASTM D 130 Max 1 Max 1 3. Nhùa thùc tÕ (mg/100ml) ASTM D 381 Max 5,00 Max 5,00 4. Hµm l-îng ch× (g/l) ASTM D 3237 Max 0,001 Max 0,001 5. §é æn ®Þnh «xy ho¸ (min) ASTM D 525 Min 480,00 Min 480,00 6. ¸p suÊt h¬i b·o hoµ (Psi/37,80C) ASTM D 4935 Max 9,0 Max 9,0 7. TrÞ sè octan - RON ASTM D 2699 Min 92,6 Min 94,6 8. Thµnh phÇn ®iÓm s«i (0C) - §iÓm s«i 10%V - §iÓm s«i 50%V - §iÓm s«i cuèi (FBP) ASTM D 86 Max 70,0 Max 120,0 Max 205,0 Max 70,0 Max 120,0 Max 205,0 B¶ng 1.6. PhÈm chÊt x¨ng «t« kh«ng cã ch× mét sè n-íc trong khu vùc Tªn chØ tiªu Tªn n-íc Singapo Malaysia Th¸i lan Hongkong 1. TrÞ sè octan - RON - MON Min98 Min86 Min97 Min85 Min95 Min84 Min98 Min87 2. Hµm l-îng ch× (g/l) Max0.005 Max0.013 Max0.013 Max0.003 3. ¸p suÊt h¬i b·o hoµ (kPa/37,80C) 60 - 70 Max70 Max62 - 22 4. Hµm l-îng l-u huúnh (%kl) Max 0,1 Max 0,15 Max 0,1 Max 0,05 5. ¨n mßn m¶nh ®ång (3h/500C) Max N01 Max N01 Max N01 Max N01 6. Hµm l-îng MTBE (%kl) Max15 Max15 5,5 – 11,0 - 7. Benzen (%V) Max15 - - - 8. Thµnh phÇn ®iÓm s« (0C) - §iÓm s«i 10%V - §iÓm s«i 50%V - §iÓm s«i 90%V - §iÓm s«i cuèi Max74 Max120 Max190 Max225 Max74 Max120 Max190 Max240 Max74 Max100 Max170 Max200 Max74 Max100 Max180 Max205 9. Thêi kú c¶m øng (min) 240 240 360 300 B¶ng 1.7. Mét sè x¨ng kh«ng ch× ®ang dÇn ®-îc l-u hµnh réng r·i t¹i viÖt Nam STT Tªn chØ tiªu X¨ng kh«ng ch× Ph-¬ng ph¸p thö 90 92 95 1 Trị số Octan theo phương ph¸p nghiªn cứu (RON), kh«ng nhỏ hơn 90 92 95 ASTM D 2699 2 Hàm lượng ch×, g/l, kh«ng lớn hơn 0,013 TCVN 6704:2000/ (ASTM D 5059)/ ASTM D 3237 3 Thành phần cất ph©n đoạn - Điểm sôi đầu, oC B¸o c¸o ASTM D 86 - 10% thể tÝch, oC, kh«ng lớn hơn 70 - 50% thể tÝch, oC, kh«ng lớn hơn 120 - 90% thể tÝch, oC, kh«ng lớn hơn 190 - Điểm s«i cuối, oC, kh«ng lớn hơn 215 - Cặn cuối, %thể tÝch, kh«ng lớn hơn 2,0 4 Ăn mßn mảnh đồng ở 50oC/ 3h, kh«ng lớn hơn 1 TCVN 2694:2000/ (ASTM D 130) 5 Hàm lượng nhựa thực tế (đã rửa dung môi), mg/ 100ml, kh«ng lớn 5 TCVN 6593:2000/ (ASTM D 381) 23 STT Tªn chØ tiªu X¨ng kh«ng ch× Ph-¬ng ph¸p thö 90 92 95 1 Trị số Octan theo phương ph¸p nghiªn cứu (RON), kh«ng nhỏ hơn 90 92 95 ASTM D 2699 6 Độ ổn định oxy hóa, phút, không nhỏ hơn 240 TCVN 6778:2000/ (ASTM D 525) 7 Hàm lượng lưu huỳnh, %khối lượng, kh«ng lớn hơn 0,15 ASTM D 1266 8 Áp suất hơi (Reid) ở 37.8 oC, kPa 43 - 80 TCVN 5731:2000/ (ASTM D 323)/ ASTM D 4953 9 Hàm lượng benzen, %thể tÝch, Kh«ng lớn hơn 5 TCVN 6703:2000/ (ASTM D 3606) 10 Khối lượng riªng (ở 15oC), kg/ m3 Báo cáo TCVN 6594:2000/ (ASTM D 1298) 11 Ngoại quan Trong suốt, kh«ng cã tạp chất lơ lửng Kiểm tra bằng mắt thường 1.1.2.4.5. Ph¹m vi sö dông x¨ng Tïy vµo tû sè nÐn cña ®éng c¬ l¾p trªn xe mµ ®-îc sö dông c¸c lo¹i x¨ng kh¸c nhau, dùa vµo mèi quan hÖ gi÷a tû sè nÐn cña ®éng c¬ vµ trÞ sè octan cña x¨ng. ViÖc lùa chän TSOT cña x¨ng sö dông phô thuéc vµo tû sè nÐn cña ®éng c¬. §éng c¬ cã tû sè nÐn cao lµ ®ßi hái x¨ng sö dông ph¶i cã trÞ sè octan cao. NÕu dïng lo¹i cã trÞ sè octan thÊp sÏ g©y hiÖn t-îng kÝch næ. NÕu dïng lo¹i x¨ng cã trÞ sè octan cao h¬n yªu cÇu cña ®éng c¬ còng kh«ng tèt g©y l·ng phÝ x¨ng, ®éng c¬ ho¹t ®éng kh«ng æn ®Þnh, dÔ nãng m¸y. Với hai loại xăng bán trên thị trường hiện nay là Mogas 90 và Mogas 92, các xe gắn máy có tỷ số nén từ 7:1 đến 8:1 đều có thể hoạt động một các trơn tru nếu đảm bảo được các thông số kỹ thuật khác như: tình trạng sạch sẽ của động cơ, vị trí đánh lửa và thông số quán tính vận hành “Run-on” (“Run-on” là thuật ngữ dùng để chỉ xu hướng tiếp tục hoạt động của động cơ khi ngắt nguồn điện bugi, nếu quán tính này càng lớn, động cơ càng dễ bị kích nổ). Dòng xe cao cấp của các hãng xe 24 hơi danh tiếng như Mercedes-Benz, GM Daewoo, Lexus, BMW đang hoạt động ở Việt Nam, động cơ được trang bị hệ thống điều hành tự động gồm hai hệ thống thứ cấp: Hệ thống kiểm soát lưu lượng dòng không khí, lưu lượng dòng nhiên liệu, thời gian đánh lửa bugi; và hệ thống cảm biến các thông số nồng độ oxy trong khí thải, mức độ kích nổ, nhiệt độ khí thải, nhiệt độ chất làm mát và nhiệt độ van nạp. Trong trường hợp sử dụng loại xăng có chỉ số Octan khác loại đang dùng, hệ thống sẽ lập tức đưa động cơ về trạng thái hoạt động tối ưu nhất đối với loại xăng đó bằng cách thay đổi thông số dòng nhiên liệu, dòng không khí để điều chỉnh hỗn hợp xăng-gió, ra lệnh cho bugi đánh lửa sớm hay muộn (Góc đánh lửa sớm tỷ lệ thuận với chỉ số Octan, 60 đối với xăng 93, 80 với xăng 96). Tuy nhiên, trên thực tế, vẫn có một giá trị về chỉ số Octan tối ưu dành cho từng loại động cơ ở từng điều kiện vận hành nhất định, giá trị này thường được các nhà sản xuất đưa ra. Nếu loại nhiên liệu sử dụng có chỉ số Octan cao hơn, c«ng suÊt ®éng c¬ còng kh«ng cao hơn so với sử dụng loại nhiên liệu có chỉ số Octan đúng như yêu cầu. Động cơ đang vận hành trơn tru ở điều kiện tối ưu, vì thế, một nhiên liệu có chỉ số Octan cao hơn sẽ chẳng có ảnh hưởng đáng kể nào đến hoạt động của chúng. Khi sö dông một chiếc xe được trang bị những hệ thống hiện đại như vậy, cần phải lưu rằng hai yếu tố công suất động cơ và sử dụng nhiên liệu một cách kinh tế có vai trò ngang nhau. Nhiên liệu có chỉ số Octan cao hơn đương nhiên sẽ đắt hơn, và như vậy sẽ phải chi nhiều tiền hơn. Còn nếu nhiên liệu có chỉ số Octan thấp hơn chỉ số Octan tối ưu không đáng kể thì việc sử dụng nhiên liệu có chỉ số Octan cao hơn sẽ làm cho hệ thống điều hành tự động chuyển về điều kiện vận hành tối ưu, lúc đó động cơ làm việc khoẻ hơn, đồng thời vấn đề kinh tế cũng được cải thiện. Mét l-u ý n÷a khi sö dông x¨ng lµ nên thay đổi chỉ số Octan ở các mùa khác nhau (chọn loại xăng có chỉ số Octan thấp hơn về mùa đông) để tiết kiệm tiền mà không làm giảm c«ng suÊt của động cơ. §Ó ThuËn tiÖn trong qu¸ tr×nh sö dông c¸c n-íc t©y ©u vµ Liªn X« cò ®· ®-a ra quy ®Þnh t-¬ng quan gi÷a tû sè nÐn víi trÞ sè Octan nh- sau: B¶ng 1.8. T-¬ng quan gi÷a tû sè nÐn víi trÞ sè Octan cña T©y ¢u A. Quy ®Þnh cña T©y ¢u Tªn n-íc Tû sè nÐn cña ®éng c¬ TrÞ sè Octan Min Max Min Max Anh 8,0 10,5 78,5 101,5 Ph¸p 7,8 10,5 80,5 98 25 §øc 7,8 11,0 82,5 101,0 Italia 8,1 9,5 84,0 102,0 B¶ng 1.9. T-¬ng quan gi÷a tû sè nÐn víi trÞ sè Octan cña Liªn X« B. Quy ®Þnh cña Liªn X« §éng c¬ X¨ng §-êng kÝch Xilanh Tû sè nÐn MON RON 100 9,0 89 95 100 8,5 89 95 76 8,8 85 98 92 6,6 72 - 92 7,65 85 93 82 9,0 85 93 76 7,0 72 - 76 7,0 76 - 72 6,5 76 - 82 6,2 66 – 72 - B¶ng 1. 10 Mét sè lo¹i X¨ng cao cÊp kh¸c Tû sè nÐn ChØ sè octan tèi -u Tû sè nÐn ChØ sè octan tèi -u 5:1 72 9:1 96 6:1 81 10:1 100 7:1 87 11:1 104 8:1 92 12:1 108 26 1.1.3. Nhiªn liÖu Diesel 1.1.3.1. C«ng dông cña dÇu Diesel DÇu Diesel lµ lo¹i nhiªn liÖu ®-îc t¹o thµnh tõ qu¸ tr×nh tinh chÕ dÇu má, ®-îc t¹o ra tõ dÇu nÆng h¬n sau khi ®· rót x¨ng ra. C«ng dông chñ yÕu cña dÇu Diesel lµ lµm nhiªn liÖu ®èt ch¸y cho ®éng c¬ cã tû sè nÐn cao, gäi lµ déng c¬ Diesel. §Æc ®iÓm kh¸c víi x¨ng lµ dÇu Diesel cã kh¶ n¨ng tù bèc ch¸y trong kh«ng khÝ cã ¸p suÊt, nhiÖt ®é cao. 1.1.3.2. Thµnh phÇn ho¸ häc cña dÇu Diesel Thµnh phÇn chñ yÕu cña nhiªn liËu Diesel dïng cho ®éng c¬ «t« bao gåm: - Thµnh phÇn gèc dÇu má. - Thµnh phÇn chÊt phô gia. - Thµnh phÇn t¹p chÊt. 1.1.3.2.1. Thµnh phÇn gèc dÇu má Thµnh phÇn gèc dÇu má lµ hçn hîp phøc t¹p cña c¸c nhãm Hydrocacbon kh¸c nhau, bao gåm c¸c nhãm sau: - Hy®rocabon m¹ch th¼ng(c¸c ankal) chñ yÕu lµ thµnh phÇn Xetan (C16H34)(Cã kh¶ n¨ng tù bèc ch¸y cao), Decan (C10H20).. - Hydrocacbon no m¹ch vßng Alkyl Cycl - Thµnh phÇn Hydrocacbon th¬m thuéc lo¹i benzen, cã kh¶ n¨ng tù bèc ch¸y thÊp, gåm c¸c nhãm: Metyl benzen. (C6H5- CH3) Alkyl bezen. (C6H5- R) - Ngoµi ra cßn mét sè Hydrocacbon kh¸c víi hµm l-îng nhá còng ¶nh h-ëng phÇn nµo ®Õn tÝnh chÊt cña dÇu. R CH3 R 27 1.1.3.2.2. Thµnh phÇn chÊt phô gia §ã lµ c¸c chÊt ho¸ häc bæ xung vµo nhiªn liÖu víi hµm l-îng nhá ®Ó c¶i thiÖn mét vµi tÝnh chÊt khai th¸c cña dÇu Diesel. Trong qu¸ tr×nh nghiªn cøu, s¶n xuÊt vµ øng dông ng-êi ta t¹o ra nhiÒu chÊt phô gia kh¸c nhau. D-íi ®©y lµ mét sè chÊt phô gia ®-îc dïng phæ biÕn: 1. ChÊt t¨ng c-êng tù bèc ch¸y. Lµm t¨ng chØ sè Xetan cña nhiªn liÖu chÊt phô gia nµy bao gåm c¸c ete nitrit cña mét sè r-îu(ankol). §ång ®¼ng Propi Nitorat, Xyclohekxyn, Nh÷ng chÊt nµy kÐm æn ®Þnh, ®ã lµ nguån t¹o ra chÊt tù do. 2. ChÊt phô gia chèng «xy ho¸: §Ó gi¶m hay ng¨n ngõa kh¶ n¨ng «xy ho¸ cña nhiªn liÖu ng-êi ta dïng c¸c hîp chÊt cña Fenol. 3. ChÊt phô gia æn ®Þnh: ChÊt nµy ng¨n ngõa sù l¾ng ®äng n-íc trong nhiªn liÖu khi b¶o vÖ nã. ChÊt phô gia ®-îc sö dông lµ c¸c Amin m¹ch th¼ng, Cao ph©n tö vµ mét sè chÊt ®ång ph©n m¹ch th¼ng. 4. ChÊt phô gia chèng ®«ng ®Æc: ChÊt nµy lµm gi¶m nhiÖt ®é ®«ng ®Æc cña nhiªn liÖu, chÊt phô gia ®-îc dïng lµ s¶n phÈm ®ång trïng hîp Etylen – Vinyl Xetan. HiÖu qu¶ nhÊt cña chÊt phô gia nµy lµ chØ cÇn hµm l-îng nhá cã trong dÇu Diesel kho¶ng 5 – 8%. 5. Ngoµi ra cßn cã nhiÒu chÊt phô gia kh¸c nh-: ChÊt phô gia tÈy röa, chÊt chèng ®«ng tô. 1.1.3.2.3. Thµnh phÇn c¸c t¹p chÊt 1. Hµm l-îng cèc Tiªu chuÈn x¸c ®Þnh astm d 198, TCVN 6324 - 97 Hµm l-îng cèc ®-îc ®¸nh gi¸ b»ng ®é cèc, lµ l-îng cÆn dÇu h×nh thµnh trªn bÒ mÆt bÞ sÊy nãng do sù ph©n huû nhiªn liÖu ë nhiÖt ®é cao. Sö dông nhiªn liÖu cã ®é cèc ho¸ cao dÉn ®Õn h×nh thµnh cÆn dÇu trªn miÖng vßi phun, trªn r·nh xÐc m¨ng, trªn thµnh buång ch¸y, trªn thµnh èng x¶.Ngoµi ra ®é cèc ho¸ cña nhiªn liÖu cao dÉn ®Õn h×nh thµnh keo trªn thµnh Piston, èng lãt xilanh, r·nh c¸c xÐc m¨ng khÝ v× thÓ lµm t¨ng tæn thÊt c¬ giíi nh­ kÑt xÐc m¨ng, x­íc piston N­íc ta quy ®Þnh ®é cèc ho¸ kh«ng qu¸ 0,3kl. 2. Hµm l-îng tro. Tiªu chuÈn x¸c ®Þnh astm d 482, TCVN 3690 - 97 Hµm l-îng tro ®-îc ®¸nh gi¸ b»ng ®é tro, lµ nh÷ng chÊt cÆn kh«ng bÞ ®èt ch¸y cña nhiªn liÖu. Bao gåm c¸c muèi oxit kim lo¹i, t¹p chÊt c¬ häc r¬i vµo dÇu trong qu¸ tr×nh vËn chuyÓn, b¶o qu¶n. §é tro ®-îc ®¸nh gi¸ b»ng kÝch th-íc h¹t cøng t¹o thµnh sau khi ®èt chÊy nhiªn liÖu, nã cã kh¶ n¨ng mµi mßn c¸c chi tiÕt. Khi nhiÖt ®é kh«ng lín h¬n 5500C, tro t¹o thµnh khi nhiªn liÖu ch¸y vµ ®-îc th¶i ra ngoµi cïng khÝ th¶i. §é tro ®-îc tÝnh theo % trong khèi l-îng nhiªn liÖu. Víi nhiªn liÖu Diesel ®é tro kh«ng qu¸ 0,01% (TCVN 2690 - 1995). 28 3. Hµm l-îng l-u huúnh Tiªu chuÈn x¸c ®Þnh astm d 129, 2622 L-u huúnh lµ mét chÊt cã h¹i v× hîp chÊt cña nã trong ®iÒu kiÖn x¸c ®Þnh cã kh¶ n¨ng ¨n mßn c¸c chi tiÕt kim lo¹i nh­: Piston, xilanh, ®­êng èng x¶.. Hîp chÊt l-u huúnh h×nh thµnh lµ do ch¸y l-u huúnh lµ mét trong nh-ng nguyªn nh©n chñ yÕu ¨n mßn èng lãt xilanh. Do liªn kÕt Anhydrit sufuric víi h¬i n-íc chøa trong s¶n phÈm ch¸y t¹o thµnh h¬i axÝt vµ a xÝt ¨n mßn kim lo¹i. Ngoµi ra khi nhiÖt ®é thµnh xilanh thÊp g©y ng-ng tô a xÝt l-u huúnh dÉn ®Õn ¨n mßn. Ngoµi ra s¶n phÈn ch¸y l-u huúnh vµ hîp chÊt cña nã, lµm t¨ng mµi mßn c¸c chi tiÕt lµm viÖc v× chóng cã ®é cøng cao do ®ã dÇu b«i tr¬n cÇn cã ®é bÒn thÝch hîp. Yªu cÇu hµm l-îng l-u huúnh kh«ng v-ît qu¸ (0,5 – 1% kl). Qua nghiªn cøu cho thÊy khi hµm l-îng l-u huúnh t¨ng tõ 0,12 – 0,57 th× møc ®é ¨n mßn piston t¨ng 5,5 lÇn, xilanh t¨ng 3,5 lÇn. 4. Hµm l-îng n-íc Tiªu chuÈn x¸c ®Þnh astm d 95 N-íc lÉn vµo nhiªn liÖu trong qu¸ tr×nh vËn chuyÓn, b¶o qu¶n. Nhiªn liÖu chøa n-íc lµm t¨ng møc ®é ®iÖn ly cña c¸c chÊt g©y ¨n mßn lÉn trong nhiªn liÖu do ®ã nã g©y ¨n mßn c¸c thiÕt bÞ chøa, do ®ã dÉn ®Õn ®éng c¬ khã khëi ®éng g©y gi¸n ®o¹n sù lµm viÖc cña ®éng c¬. Theo mét sè quy ®Þnh, hµm l-îng n-íc kh«ng qu¸ 1%. 5. Hµm l-îng t¹p chÊt c¬ häc Tiªu chuÈn x¸c ®Þnh astm d 2709, 95, 96 T¹p chÊt c¬ hoc trong nhiªn liÖu chñ yÕu lµ c¸c h¹t cèc c¬ häc, kim lo¹i, rØ s¾t r¬i vµo nhiªn liÖu khi ®iÒu chÕ, b¶o qu¶n, vËn chuyÓn.T¹p chÊt nµy lµm bÈn kÐt ®ùng, mµng läc, lµm t¨ng ®é mµi mßn cña c¸c chi tiÕt nh- èng lãt xilanh, xÐc m¨ng, vßi phun. Theo tiªu chuÈn trong nhiªn liÖu Diesel kh«ng cho phÐp chøa c¸c t¹p chÊt c¬ häc. 1.1.3.3. §Æc tÝnh vµ chØ tiªu chÊt l-îng dÇu Diesel 1.1.3.3.1. TÝnh ch¸y cña nhiªn liÖu Diesel Trong xilanh ®éng c¬, kh«ng khÝ ®-îc nÐn tíi mét nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt nhÊt ®Þnh, lóc nµy nhiªn liÖu ®-îc phun d-íi d¹ng t¬i s-¬ng vµo buång ®èt, gÆp kh«ng khÝ nãng, nhiªn liÖu nãng dÇn lªn ®¹t tíi nhiÖt ®é tù ch¸y khi ®ã h¬i nhiªn liÖu tù bïng ch¸y mµ kh«ng cÇn tia löa cña bugi. Khi h¬i nhiªn liÖu Diesel tù bïng ch¸y th× ®éng c¬ b¾t ®Çu lµm viÖc. §Ó thùc hiÖn chu kú lµm viÖc b×nh th-êng th× nhiÖt ®é kh«ng khÝ cuèi kú nÐn ph¸i cao h¬n nhiÖt ®é bèc ch¸y cña nhiªn liÖu. VÝ dô nhiªn liÖu ®éng c¬ «t« nhiÖt ®é bÐn ch¸y cao h¬n 650C. HiÖn t-îng ch¸y cña nhiªn liÖu Diesel xÈy ra hai tr-êng hîp ®ã lµ hiÖn t-îng ch¸y b×nh th-êng vµ hiÖn t-îng ch¸y kh«ng b×nh th-êng . 1. HiÖn t-îng ch¸y b×nh th-êng: NÕu h¬i nhiªn liÖu cã nhiÖt ®é ch¸y thÝch hîp, dÔ tù bÐn ch¸y, thêi gian bÐn ch¸y ®ñ ng¾n, th× khi b¾t ®Çu ch¸y h¬i nhiªn liÖu tÝch tô 29 trong buång ch¸y nhiÒu, hiÖn t-îng ch¸y xÈy ra b×nh th-êng, ¸p suÊt, nhiÖt ®é ch¸y t¨ng ®Òu ®Æn. 2. HiÖn t-îng ch¸y kh«ng b×nh th-êng: NÕu h¬i nhiªn liÖu khã tù ch¸y, thêi gian ch¸y trÔ kÐo dµi lµm cho h¬i nhiªn liÖu tÝch luü kh¸ nhiÒu trong buång ®èt. Do vËy khi b¾t ®Çu tù ch¸y, h¬i nhiªn liÖu sÏ ch¸y mét c¸ch m·nh liÖt lµm ¸p suÊt, nhiÖt ®é buång ch¸y t¨ng m·nh liÖt lµm ¸p suÊt, nhiÖt ®é buång ch¸y t¨ng ®ét ngét, g©y sãng chÊn ®éng ®Ëp vµo thµnh xilanh t¹o tiÕg ®éng, h¬i nhiªn liÖu ch¸y kh«ng kÞp, x¶ khãi ®en ®ã lµ tÊt c¶ biÓu hiÖn cña qu¸ tr×nh ch¸y kh«ng b×nh th-êng gièng hiÖn t-îng kÝch næ cña h¬i x¨ng trong ®éng c¬ x¨ng. - §Ó ®¸nh gi¸ tÝnh tù ch¸y cña nhiªn liÖu Diesel ng-êi ta dïng trÞ sè Xetan (TSXT). Nhiªn liÖu cã trÞ sè Xetan cao th× nhiÖt ®é tù bèc ch¸y cµng thÊp, tÝnh tù ch¸y tèt. TSXT cña nhiªn liÖu ®éng c¬ Diesel ®-îc x¸c ®Þnh trong m¸y ®o trÞ sè Xetan, dùa trªn so s¸nh sù bÐn ch¸y trïng lÆp cña nhiªn liÖu thÝ ngiÖn víi nhiªn liÖu chuÈn. TSXT cña nhiªn liÖu Diesel cã liªn quan trùc tiÕp tíi tèc ®é quay cña ®éng c¬, do vËy muèn ®éng c¬ ho¹t ®éng b×nh th-êng, b¶o ®¶m c«ng suÊt th× ®ßi hái niªn liÖu ph¶i cã trÞ sè Xetan phï hîp tèc ®é quay cña ®éng c¬, ë ®éng c¬ «t« tèc ®é th-êng lín h¬n 100vßng/phót nªn trÞ sè Xetan ph¶i trªn 50. Khi ®éng c¬ lµm viªc ªm, ®¹t c«ng suÊt cao mµ trÞ sè Xetan thÊp h¬n yªu cÇu th× ®éng c¬ lµm viÖc khã kh¨n, m¸y nãng, c«ng suÊt gi¶m. Khi trÞ sè xetan cña nhiªn liÖu cao h¬n møc yªu cÇu, th× h¬i nhiªn liÖu tù ch¸y qu¸ nhanh nªn ch¸y kh«ng hoµn toµn, x¶ khãi ®en, bÈn m¸y, tiªu hao nhiªn liÖu vµ g©y « nhiÔm m«i tr-êng. Th«ng th-êng trÞ sè nhiªn liÖu cã TSXT vµo kho¶ng 40 – 50 sö dông tÊt cho c¸c ®éng c¬ ho¹t ®éng vµo mïa hÌ vµ TSXT kho¶ng 50 – 55 tèt cho ®éng c¬ lµm viÖc vµo mïa ®«ng. 1.1.3.3.2. TÝnh bay h¬i cña nhiªn liÖu TÝnh bay h¬i cña nhiªn liÖu ¶nh h-ëng rÊt lín ®Õn sù h×nh thµnh hçn hîp nhiªn liÖu trong kh«ng khÝ khi qu¸ tr×nh t¹o hçn hîp ch¸y thùc hiÖn ®Òu ®Æn ®éng c¬ sÏ ho¹t ®éng b×nh th-êng vµ æn ®Þnh, khi qu¸ tr×nh ch¸y t¹o ra bÊt th-êng sÏ lµm cho ho¹t ®éng cña ®éng c¬ kh«ng æn ®Þnh. §Ó ®¸nh gi¸ ®é bay h¬i cña nhiªn liÖu Diesel ng-êi ta x¸c ®Þnh thµnh phÇn ®iÓm s«i. - Tiªu chuÈn x¸c ®Þnh thµnh phÇn ®iÓm s«i: ChØ tiªu chÊt l-îng nµy ®-îc x¸c ®Þnh trong dông cô tr-ng cÊt tiªu chuÈn ho¸. §èi víi dÇu Diesel cÇn x¸c ®Þnh thµnh phÇn ®iÓm s«i nh- sau: - §iÓm s«i 10% - §iÓm s«i 50% - §iÓm s«i 90% Thµnh phÇn ®iÓm s«i cña nhiªn liÖu Diesel cã ý nghÜa thùc tÕ khi sö dông. 30 1. §iÕm s«i 10%: BiÓu thÞ cho thµnh phÇn nhÑ trong dÇu Diesel yªu cÇu thµnh phÇn nµy chiÕm mét tû lÖ nhÊt ®Þnh. Thùc tÕ yªu cÇu T10%  200 0C. NÕu T10%< 200 0 chøng tá trong dÇu Diesel cã tû lÖ hîp phÇn nhÑ cao, khi ch¸y sÏ lµm t¨ng nhanh ¸p suÊt ®Ó dÉn tíi ch¸y kÝch næ. NÕu thµnh phÇn nhÑ qu¸ nhiÒu dÉn ®Õn sù phun s-¬ng kh«ng tèt, gi¶m tÝnh ®ång nhÊt cña hçn hîp dÉn ®Õn nhiªn liÖu khi ch¸y t¹o khãi ®en, muéi than lµm bÈn m¸y vµ pha lo·ng dÇu nhên, ®éng c¬ lµm viÖc kÐm c«ng suÊt. 2. §iÎm s«i 50%V: ¶nh h-ëng ®Õn tÝnh khëi ®éng m¸y. Nhiªn liÖu cã ®iÓm s«i T50% thÝch hîp (2800C) sÏ khiÕn ®éng c¬ khëi ®éng dÔ dµng. 3. §iÓm s«i 90%: BiÓu hiÖn cho kh¶ n¨ng ch¸y hoµn toµn cña h¬i nhiªn liÖu. T90% cña dÇu Diesel kh«ng lªn v-ît qu¸ nhiÖt ®é 3700C. Qua thùc tÕ cho thÊy thµnh phÇn ®iÓm s«i cña nhiªn liÖu Diesel ¶nh h-ëng rÊt lín tíi c«ng suÊt lµm viÖc vµ tuæi thä cña ®éng c¬. - Khi ë 3000C cÊt ®-îc 93% thÓ tÝch th× nhiªn liÖu tiªu hao lµ 100% - Khi ë 3000C cÊt ®-îc 80% thÓ tÝch th× nhiªn liÖu tiªu hao lµ 117% - Khi ë 3000C cÊt ®-îc 20% thÓ tÝch th× nhiªn liÖu tiªu hao lµ 131% Thµnh phÇn ®iÓm s«i kh«ng hîp lý g©y mßn xÐc m¨ng, xilanh - Khi cÊt ®-îc 50% ë 2300C th× khe hë xÐc m¨ng lµ 0,6mm - Khi cÊt ®-îc 50% ë 3000C th× khe hë xÐc m¨ng lµ 0,8mm - Khi cÊt ®-îc 50% ë 3500C th× khe hë xÐc m¨ng lµ 1,2mm Thµnh phÇn ®iÎm s«i cßn ¶nh h-ëng tíi l-îng khÝ x¶. - Khi ë 3000C cÊt ®-îc 95% thÓ tÝch th× l-îng khãi x¶ ra lµ 43 ®¬n vÞ khãi - Khi ë 3000C cÊt ®-îc 75% thÓ tÝch th× l-îng khãi x¶ ra lµ 63 ®¬n vÞ khãi - Khi ë 3000C cÊt ®-îc 20% thÓ tÝch th× l-îng khãi x¶ ra lµ 85 ®¬n vÞ khãi 1.1.3.3.3 §é nhít cña nhiªn liÖu Mét trong nh÷ng chØ tiªu quan träng nhÊt cña nhiªn liÖu Diesel lµ sù l-u chuyÓn dÔ dµng trong hÖ thèng cung cÊp nhiªn liÖu vµ n¹p nhiªn liÖu vµo buång ®èt cña ®éng c¬. TÝnh chÊt nµy cßn ®Æc biÖt quan trong khi ®éng c¬ ho¹t ®éng ë n¬i cã nhiÖt ®é m«i tr-êng thÊp nh- c¸c xø l¹nh chÊt l-îng nµy ®-îc ®¸nh gÝa b»ng chØ tiªu ®é nhít vµ nhiÖt ®é ®«ng ®Æc. 1. §é nhít ®éng häc Tiªu chuÈn x¸c ®Þnh astm d 445, TCVN 3171 - 95 Cã nhiÒu lo¹i ®é nhít nh-ng th«ng th-êng sö dông ®é nhít ®éng häc ®Ó ®¸nh gi¸ tÝnh l-u chuyÓn cña nhiªn liÖu Diesel. C¬ sè cña ph-¬ng ph¸p x¸c ®Þnh ®é nhít ®éng häc lµ ®o thêi gian l-u chuyÓn cña mét l-îng thÓ láng qua mao qu¶n cña èng ®o ®é nhít. Nh÷ng yÕu tè ¶nh h-ëng ®Õn ®é nhít ®éng häc cña nhiªn liÖu Diesel. a). ¶nh h-ëng cña cÊu tróc ph©n tö thÓ láng 31 Thùc tÕ cho thÊy ph©n tö cµng cång kÒnh, nhiÒu nh¸nh, nhiÒu m¹ch th× ®é nhít cµng cao. b). ¶nh h-ëng cña nhiÖt ®é. NhiÖt ®é t¨ng vµ ®é nhít cña cña dÇu gi¶m vµ ng-îc l¹i, ®Æc bÞªt ®é nhít thay ®æi nhanh trong ph¹m vi nhiÖt ®é d-íi 00C. Yªu cÇu nhiªn liÖu Diesel cã ®é nhít ®éng häc phï hîp nÕu ®é nhít nhiªn liÖu Diesel cao, tÝnh l-u chuyÓn bÞ h¹n chÕ, nhiªn liÖu khã vËn chuyÓn vµ n¹p cho buång ®èt. NhÊt lµ khi ®éng c¬ lµm viÖc trong m«i tr-êng nhiÖt ®é thÊp. NÕu ®é nhít qu¸ thÊp sÏ lµm gi¶m hÖ sè n¹p nhiªn liÖu do ®ã ®Ó x¸c ®Þnh tÝnh phï hîp cña ®é nhít dèi víi tõng lo¹i ®éng c¬ vµ tõng vïng khÝ hËu kh¸c nhau th× ®é nhít cña dÇu Diesel ë 2000C tõ 1,5 – 6 lµ phï hîp. ë n-íc ta sö dông nhiªn liÖu dïng cho mïa hÌ cã ®é nhít tõ 3 – 6 ë 200C. 2. NhiÖt ®é ®«ng ®Æc ë n-íc ta dung nhiÖt ®é ®«ng ®Æc kh«ng qu¸ 5 -90C, cßn ë c¸c n-íc xø l¹nh th× dïng lo¹i nhiªn liÖu ph©n biÖt theo mïa do vËy nhiÖt ®é ®«ng ®Æc cã thÓ lµ: -450C. 1.1.3.3.4. TÝnh ¨n mßn cña nhiªn liÖu Diesel Còng nh- trong nhiªn liÖu x¨ng trong nhiªn liÖu Diesel cã mét l-îng t¹p chÊt mang tÝnh ¨n mßn nhÊt ®Þnh. Yªu cÇu l-îng t¹p chÊt nµy kh«ng d-îc v-ît q¸u giíi h¹n cho phÐp ®Ó tÝnh ¨n mßn kh«ng ¶nh h-ëng tíi chÊt l-îng nhiªn liÖu. TÝnh ¨n mßn kim lo¹i cña nhiªn liÖu Diesel ®-îc ®¸nh gi¸ b»ng chØ tiªu chÊt l-îng: KiÓm nghiÖm ¨n mßn m¶nh ®ång, hµm l-îng l-u huúnh tæng sè vµ ®é axit cña nhiªn liÖu. 1. KiÓm nghiÖm tÝnh ¨n mßn m¶nh ®ång Tiªu chuÈn x¸c ®Þnh astm d 130, TCVN 2694 - 95 C¸c nhiªn liÖu Diesel cÇn ®-îc kiÓm nghiÖm tÝnh ¨n mßn m¶nh ®ång ë nhiÖt ®é x¸c ®Þnh trong kho¶ng thêi gian quy ®Þnh. B»ng c¸ch ng©m m¶nh ®ång vµo dÇu trong thêi gian ba giê ë nhiÖt ®é 500C sau ®ã so s¸nh vãi mµu s¾c cña m¶nh ®ång víi mµu s¾c quy ®Þnh vµ rót ra kÕt luËn. 2. Hµm l-îng l-u huúnh Hµm l-îng l-u huúnh kh«ng d-îc v-ît qu¸ quy ®Þnh nh- dÉ tr×nh bµy. 3. §é axit Tiªu chuÈn x¸c ®Þnh astm d 974, 664, TCVN 2695 §é axit trong dÇu ®-îc x¸c ®Þnh b»ng l-îng KOH ®ñ ®Ó trung hoµ víi l-îng axit trong dÇu, ®¬n vÞ ®o (mgKOH/g). 1.1.3.3.5. TÝnh mµi mßn cña nhiªn liÖu Diesel Khi vËn hµnh ë bÊt cø lo¹i ®éng c¬ ®èt trong nµo ®Òu cã c¸c cÆn c¸cbon t¹o thµnh ë c¸c d¹ng kh¸c nhau. HiÖn t-îng nµy ®Æc biÖt thÊy râ trong ®éng c¬ Diesel. Do nhiªn liÖu Diesel t-¬ng ®èi nÆng vµ ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña ®éng c¬ kh¸ kh¾c nhiÖt. CÆn 32 c¸cbon t¹o thµnh lµ nguyªn nh©n c¬ b¶n t¨ng tÝnh mµi mßn cña ®éng c¬. Ngoµi ra trong nhiªn liÖu Diesel cã thÓ lÉn c¸c lo¹i c¸t, bôi, m¹t kim lo¹i.cã tªn chung lµ t¹p chÊt c¬ häc, c¸c t¹p chÊt nµy cïng víi cÆn c¸cbon t¨ng tÝnh mµi mßn ®èi víi c¸c chi tiÕt m¸y. TÝnh ¨n mßn cña kim lo¹i ®-îc ®¸nh gi¸ b»ng chØ tiªu chÊt l-îng hµm l-îng tro, ®é cèc, hµm l-îng t¹p chÊt. 1.1.3.3.6 TÝnh n¨ng an toµn chèng ch¸y næ §Ó ®Æc tr-ng cho tÝnh an toµn chèng ch¸y næ cña ®Çu Diesel, ng-êi ta quy ®Þnh nhiÖt ®é bÐn ch¸y cña dÇu. NhiÖt ®é bÐn ch¸y lµ t¹i ®ã h¬i nhiªn liÖu ®-îc ®èt nãng t¹o thµnh hçn hîp víi kh«ng khÝ vµ bÞ bÐn ch¸y khi cã måi löa ë gÇn. NhiÖt ®é bÐn ch¸y cña ®Çu Diesel theo quy ®Þnh kh«ng thÊp h¬n 50 – 650C. 1.1.3.4. Ph©n lo¹i dÇu Diesel 1.1.3.4.1. Ph©n lo¹i theo sè vßng quay cña ®éng c¬ vµ trÞ sè xetan - Nhãm 1: Nhiªn liÖu dïng cho ®éng c¬ cao tèc ph©n lµm hai lo¹i nhiªn liÖu. - Lo¹i Super – cã trÞ sã xetan b»ng 50 vµ ph¹m vi ®é s«i lµ 180 – 3200C ®-îc dïng cho ®éng c¬ tèc ®é cao nh- ®éng c¬ «t«. - Lo¹i th-êng trÞ sè xetan b»ng 52 nh-ng ®é s«i réng h¬n 175 – 3450C nh-ng ®-îc s¶n xuÊt b»ng c¸ch pha trén tû lÖ hîp lý c¸c s¶n phÈm kh¸c nhau cña qu¸ tr×nh ch-ng cÊt dÇu. Nhiªn liÖu nµy dïng cho ®éng c¬ cao tèc nh-ng chÊt l-îng kÐm h¬n lo¹i Super. - Nhãm 2: Nhiªn liÖu dïng cho lo¹i ®éng c¬ thÊp tèc còng ®ßi hái chÊt l-îng tiªu chuÈn nhiªn liÖu nh- nhiªn liÖu dïng cho ®éng c¬ cao tèc tuy nhiªn trÞ sè xetan nhá h¬n, lµm trong kho¶ng 40 – 45, ®é bay h¬i thÊp, ®iÓm s«i cuèi cao h¬n kho¶ng (360 – 3700C). 1.1.3.4.2 . Ph©n lo¹i nhiªn liÖu theo hµm l-îng l-u huúnh - Nhiªn liÖu Diesel cã hµm l-îng l-u huúnh kh«ng lín h¬n 0,5% khèi l-îng, ký hiÖu DO 0,5%S. - Nhiªn liÖu Diesel cã hµm l-îng l-u huúnh tõ 0,5 – 1% khèi l-îng, ký hiÖu DO 1%S. 1.1.3.5. Yªu cÇu kü thuËt cña nhiªn liÖu Diesel Theo tiªu chuÈn cña ViÖt Nam DÇu Diesel cã nh÷ng ®Æc tÝnh sau: B¶ng 1.11. ChØ tiªu chÊt l-îng nhiªn liÖu Diesel Tªn chØ tiªu Møc Ph-¬ng ph¸p thö DO 0.5%S DO 1,0%S 1. TrÞ sè Xetan kh«ng nhá h¬n 50 45 ASTM D 976 2. Hµm l-îng l-u huúnh(%kl) kh«ng lín h¬n 0,5 1,0 ASTM D 129 ASTM D 2622 3. NhiÖt ®é cÊt (0C) 90% thÓ tÝch kh«ng 370 370 TCVN 2698 – 95 33 lín h¬n 4. §iÓm bÐn ch¸y cèc kÝn (0C), kh«ng nhá h¬n 60 50 TCVN 2693 – 95 ASTM D 93 5. §é nhít ®éng häc ë 400C (cSt,mm2/100ml) 1,8-5,0 1,8-5,0 ASTM D 445 6. CÆn c¸c bon cña 10% ch-ng cÊt (%kl), kh«ng lín h¬n 0,3 0,3 TCVN 6324 – 97 ASTM D 189 7. §iÓm ®éng ®Æc (0C), kh«ng lín h¬n - C¸c tØnh phÝa b¾c - C¸c tØnh phÝa nam (Tõ §µ N½ng trë vµo) +5 +9 +5 +9 TCVN 3753 – 95 ASTM D 97 8. Hµm l-îng tro(%kl), kh«ng lín h¬n 0,01 0,01 TCVN 2690 – 95 ASTM D 482 9. Hµm l-îng n-íc – t¹p chÊt c¬ häc (%kl), kh«ng lín h¬n 0,05 0,05 ASTM D 2709 10. ¨n mßn m¶nh ®ång ë 500C trong 3h, kh«ng lín h¬n N01 N01 ASTM D 130 TCVN 2694 - 95 11. Nhùa thùc tÕ(mg/100ml) 1.1.3.6. §Æc tÝnh, chñng lo¹i dÇu Diesel trªn thÞ tr-êng. 1.1.3.6.1. Trªn thÞ tr-êng thÕ giíi B¶ng 1.12. ChÊt l-îng nhiªn liÖu Diesel cña c¸c n-íc SNG 34 B¶ng 1.13. ChÊt l-îng nhiªn liÖu Diesel Trung Quèc Tªn chØ tiªu Tiªu chuÈn Møc quy ®Þnh Mïa ®«ng Mïa hÌ 1. Tû träng ë 150C GOST 3900 Max0.84 0,860 2. TrÞ sè Xetan GOST 3122 Min 45,0 45,0 3. Hµm l-îng l-u huúnh(%kl) - Lo¹i 1 - Lo¹i 2 GOST 19121 Max0,2 Max0,5 0,2 0,5 4. Hµm l-îng n-íc (%V) GOST 5985 Kh«ng Kh«ng 5. §é axit (mgKOH/100ml) GOST 2477 Max5,0 5,0 6. NhiÖt ®é bÐn ch¸y cèc kÝn (0C) - Diesel th-¬ng m¹i - Diesel th«ng dông GOST 6356 Min40,0 Min35,0 62,0 40,0 7. §é nhít ®éng häc ë 200C GOST 33 1,8 – 5,0 3,0 – 6,0 8. Hµm l-îng tro (%kl) GOST 1461 Max0,01 0,01 9. NhiÖt ®é ®«ng ®Æc (0C) GOST 5066 Max-35,0 -10,0 10. Thµnh phÇn ®iÓm s«i(0C) - 50% thÓ tÝch - 90% thÓ tÝch GOST 2177 Max 280 Max 340 280,0 360,0 Tªn chØ tiªu Tiªu chuÈn Møc quy ®Þnh KÕt qu¶ ®¨c tr-ng 1. Tû träng ë 600F ASTM D 1298 Max 0,8494 - 2. Hµm l-îng l-u huúnh(%kl) G. B 380 Max 0,30 0,031 3. ¨n mßn m¶nh ®ång3h/500C ASTM D 130 Max1 1 4. CÆn cacbon (%kl) ASTM D 189 Max 0,15 - 5. NhiÖt ®é bÐn ch¸y cèc kÝn (0C) ASTM D 93 Min 66,00 86,0 6. §é nhít ®éng häc ë 200C ASTM D 445 Max 8,00 4,69 35 1.1.3.6.2. Trªn thÞ tr-êng ViÖt Nam(C«ng ty PP) B¶ng 1.14 SỐ THỨ TỰ TÊN CHỈ TIÊU MỨC PHƯƠNG PHÁP THỬ DO 0,05%S DO 0,25%S DO 0,50%S 1 Chỉ số xetan, không nhỏ hơn 45 45 45 ASTM D976 2 Hàm lượng lưu huỳnh, %khối lượng, không lớn hơn 0,05 0,25 0,5 TCVN 2708:2002/(ASTM D 1266)/ TCVN 6701:2002(ASTM D 2622)/ ASTM D129/ ASTM D 4294 3 Nhiệt độ cất, oC, 90% thể tích, không lớn hơn 370 370 370 TCVN 2698:2002/ (ASTM D 86) 4 Điểm chớp cháy cốc kín, oC, không nhỏ hơn 50 50 50 TCVN 6608:2000/ (ASTM D 3828)/ ASTM D 93 5 Độ nhớt động học ở 40oC, cSt(mm2/ s) 1,6 - 5,5 1,6 - 5,5 1,6 - 5,5 ASTM D 445 7.§é axit (mgKOH/100ml) ASTM D 974 - 0,04 8.Hµm l-îng tro (%kl) ASTM D 482 Max0,01 - 9. TrÞ sè Xetan ASTM D 976 Min48,00 66,00 10.Hµm l-îng n-íc (%V) ASTM D 95 Max0,05 cã vÕt 11.NhiÖt ®é ®«ng ®Æc (0C) ASTM D 97 Max0,00 - 12.Mµu s¾c ASTM D 1500 Max1 1 13. Thµnh phÇn ®iÓm s«i(0C) - 50% thÓ tÝch - 90% thÓ tÝch ASTM D 86 Max280,00 Max330,00 274 319 36 SỐ THỨ TỰ TÊN CHỈ TIÊU MỨC PHƯƠNG PHÁP THỬ DO 0,05%S DO 0,25%S DO 0,50%S 6 Cặn các bon của 10% cặn chưng cất, %khối lượng, không lớn hơn 0,3 0,3 0,3 TCVN 6324:1997/ (ASTM D 189)/ ASTM D 4530 7 Điểm đông đặc, oC, không lớn hơn 9 9 9 TCVN 3753:1995/ ASTM D 97 8 Hàm lượng tro, %khối lượng, không lớn hơn 0,01 0,01 0,01 TCVN 2690:1995/ ASTM D 482 9 Hàm lượng nước và tạp chất cơ học, %thể tích, không lớn hơn 0,05 0,05 0,05 ASTM D 2709 10 Ăn mòn mảnh đồng ở 50oC, 3 giờ, không lớn hơn 1 1 1 TCVN 2694: 2000/ (ASTM D 130-88) 11 Khối lượng riêng ở 15oC, kg/l Báo cáo Báo cáo Báo cáo TCVN 6594: 2000/ (ASTM D 1298) 1.1.4. Giới thiệu về nhiên liệu thay thế Nhiên liệu thay thế có thể được phân thành 2 nhóm: - Nhóm các nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch gồm: Ethanol, khí thiên nhiên (NG- Natural Gas), khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG- Liquefied Petroleum Gas), methanol, hyđrô, khí hóa lỏng (GTL-Gas To Liquid), than đá hóa lỏng (CTL-Coal To Liquid), và Dimethyl ether (DME). - Nhóm các loại nhiên liệu có nguồn gốc tái tạo (nhiên liệu sinh học) gồm: Khí sinh học (biogas), Ethanol sinh học (bio-ethanol), methanol sinh học (bio-methanol), hyđrô, dầu thực vật (vegetable oil), diesel sinh học (bio-diesel hay FAME – Fatty Acid Methyl Ester), dầu thực vật/mỡ động vật hyđrô hóa (HVO – Hydrotreating Vegetable Oil) và sinh khối hóa lỏng (BTL – Bio-mass To Liquid). 37 Tóm lược về việc lựa chọn nhiên liệu thay thế cho động cơ đốt trong được thể hiện trên Hình 1.1 Hình 1.1 Các loại nhiên liệu thay thế cho động cơ đốt trong (nguồn: Daimler AG) Các loại nhiên liệu sinh học (nhiên liệu có nguồn gốc tái tạo) được chia thành các thế hệ như: Nhiên liệu sinh học thế hệ I (sản xuất từ thực phẩm), thế hệ II (sản xuất từ nguồn thực phẩm không ăn được) và thế hệ III (sản xuất từ vi tảo). Trong đó, nhiên liệu sinh học thế hệ I đang chiếm sản lượng chính mặc dù vấn đề an ninh lương thực đang được đặc biệt quan tâm; nhiên liệu sinh học thế hệ II và III đang trong giai đoạn hoàn thiện công nghệ và bắt đầu được sản xuất ở quy mô thử nghiệm để tiến tới quy mô thương mại. 1.1.4.1. Nhiên liệu sinh học Theo tính toán của các chuyên gia kinh tế năng lượng, dầu mỏ và khí đốt hiện chiếm khoảng 60-80% cán cân năng lượng thế giới. Diễn biến phức tạp của giá xăng dầu gần đây là do nhu cầu dầu thô ngày càng lớn và những bất ổn chính trị tại những nước sản xuất dầu mỏ. Để đối phó tình hình đó, cần tìm ra các nguồn năng lượng thay thế, ưu tiên hàng đầu cho các nguồn năng lượng tái sinh và thân thiện với môi trường. Trong số các nguồn năng lượng thay thế dầu mỏ đang sử dụng hiện nay (năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng hạt nhân,), năng lượng sinh học đang là xu thế phát triển tất yếu, nhất là ở các nước nông nghiệp và nhập khẩu nhiên liệu, do các lợi ích của nó như: công nghệ sản xuất không qua phức tạp, tận dụng nguồn nguyên liệu tại chỗ, tăng hiệu quả kinh tế nông nghiệp, không cần thay đổi cấu trúc động cơ cũng như cơ sở hạ tầng hiện có và giá thành cạnh tranh so với xăng dầu 1.1.4.1.1. Lý do sử dụng nhiên liệu sinh học - Giảm sự phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch vì nguồn nhiên liệu hóa thạch là có hạn và đang dần bị cạn kiệt. 38 - Nhu cầu về năng lượng tăng nhanh. - Giảm phát thải gây hiệu ứng Nhà kính. - Phát triển kinh tế ở các vùng xa trung tâm. 1.1.4.1.2. Những lợi ích của việc sản xuất nhiên liệu sinh học NLSH có thể giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch đắt đỏ, đang cạn kiệt: Do NLSH có thể thay thế nhiên liệu hóa thạch sử dụng trong các phương tiện giao thông và các thiết bị năng lượng, triển vọng của loại nhiên liệu này là khả quan, đây là loại nhiên liệu bền vững thay cho các nguồn năng lượng hóa thạch đắt đỏ đang bị cạn kiệt. Loại nhiên liệu này có thể xuất hiện trong một phạm vi nhất định, nhưng vẫn không khắc phục được tình trạng “đói nhiên liệu” đang gia tăng hiện nay trên thế giới. NLSH có thể giải quyết các vấn đề biến đổi khí hậu: Các cây trồng nông nghiệp và các nguyên liệu sinh khối khác được coi là các nguyên liệu góp phần làm trung hòa cácbon bởi chu kỳ sống thực tế của nó, thực vật thu cácbon điôxit thông qua quá trình quang hợp.Tuy nhiên, các nguyên liệu đầu vào sử dụng trong quá trình sản xuất NLSH được coi là nguyên liệu tái tạo và có khả năng làm giảm phát thải khí nhà kính (GHG). Nhưng, cho dù các nhiên liệu đầu vào tự chúng có khả năng trung hòa cácbon, thì quá trình chuyển đổi các vật liệu thô thành NLSH có thể gây phát thải cácbon vào khí quyển. Vì vậy, NLSH phải góp phần vào giảm phát thải các bon, chúng phải được chứng minh giảm thải thực sự GHG trong tất cả chu trình sản xuất và sử dụng NLSH. NLSH có thể tăng cường an ninh năng lượng quốc gia: Sự phụ thuộc vào dầu nhập khẩu có thể không những làm suy kiệt dự trữ ngoại tệ của quốc gia, mà còn tạo ra sự mất ổn định về an ninh năng lượng của quốc gia đó. Từ khi NLSH được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu bản địa của nhiều nước châu Á, loại nhiên liệu này có vai trò là nhiên liệu thay thế cho các nhiên liệu hóa thạch có thể giảm sự phụ thuộc nhập khẩu dầu và tăng cường an ninh năng lượng quốc gia.Tuy nhiên, điều quan tâm là một số nước đang bị lôi cuốn bởi nhiều hứa hẹn về an ninh năng lượng hơn và họ tiếp tục bỏ chi phí để đảm bảo an ninh của các nhu cầu khác nữa như an ninh lương thực, an ninh về nguồn cung cấp nước và không quan tâm tới việc bảo vệ các nguồn tài nguyên thiên nhiên như rừng tự nhiên và sự đa dạng sinh học của chúng. NLSH có thể hình thành sự tham gia của các xí nghiệp nhỏ và vừa (SMEs): Khác với nhiên liệu dầu và khí, thậm chí là than cần phải xây dựng cơ sở hạ tầng lớn để khai thác và xử lý, với sự tham gia của các tập đoàn lớn và các công ty đa quốc gia, việc sản xuất NLSH sẽ không đòi hỏi đầu tư và xây dựng các nhà máy xử lý 39 tổng hợp lớn. Vì vậy, đầu tư và quy trình sản xuất NLSH có thể nằm trong phạm vi SMEs có thể chấp nhận được. Dựa vào nguyên liệu đầu vào và khả năng đầu ra, công suất của các nhà máy sản xuất NLSH có thể thiết kế phù hợp với yêu cầu đặc thù. Các hoạt động sản xuất NLSH dựa vào các nguyên liệu nông nghiệp hoặc các hệ thống modul có thể được thực hiện để sản xuất NLSH phục vụ cho tiêu thụ cục bộ của các thiết bị có động cơ tại các trang trại. Đầu tư cho NLSH có thể mở ra các cơ hội tham gia của các công ty trong nước. NLSH có thể đóng góp vào phát triển kinh tế- xã hội của các cộng đồng địa phương và các ngành kinh tế đang phát triển: Vai trò của ngành nông nghiệp trang trại trong dây chuyền sản xuất NLSH sẽ mở ra cơ hội cho các cộng đồng địa phương kết hợp hoạt động và thu được các lợi ích nhất định để có thể tạo ra phát triển kinh tế-xã hội. Việc mở rộng sản xuất nông nghiệp do tăng nhu cầu các nguyên liệu thô cho sản xuất NLSH có thể tạo ra việc làm mới và thu nhập nhiều hơn cho nông dân. Tạo cơ hội việc làm trong sản xuất NLSH là rất lớn. Bằng việc quản lý phù hợp, an toàn và linh hoạt sản xuất NLSH có khả năng tạo ra phát triển kinh tế-xã hội tốt hơn đối với cộng đồng và đặc biệt là đóng góp vào công cuộc giảm đói nghèo. 1.1.4.1.3. Nguyên liệu sản xuất nhiên liệu sinh học ( NLSH ) Nguyên liệu để sản xuất NLSH rất đa dạng, phong phú có nguồn gốc từ các vật liệu sinh khối như củi, gỗ, rơm, trấu, phân và mỡ động vật... nhưng đây chỉ là những dạng nhiên liệu thô. NLSH dùng cho giao thông vận tải chủ yếu gồm: các loại cồn sản xuất bằng công nghệ sinh học để sản xuất ra Gasohol (Methanol, Ethanol, Buthanol, nhiên liệu tổng hợp Fischer Tropsch); các loại dầu sinh học để sản xuất diesel sinh học (dầu thực vật, dầu thực vật phế thải, mỡ động vật). Hay nói cách khác; NLSH là loại nhiên liệu được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc động thực vật (sinh học). Tính chất thân thiện với môi trường. Nguồn nhiên liệu tái sinh: các nhiên liệu này lấy từ hoạt động sản xuất nông nghiệp và có thể tái sinh. Chúng giúp giảm sự lệ thuộc vào nguồn tài nguyên nhiên liệu không tái sinh truyền thống Tuy nhiên hiện nay vấn đề sử dụng NLSH vào đời sống còn nhiều hạn chế do chưa hạ được giá thành sản xuất xuống thấp hơn so với nhiên liệu truyền thống. Trong tương lai, khi nguồn nhiên liệu truyền thống cạn kiệt, NLSH có khả năng là nguồn thay thế. NLSH có thể được tạm chia thành các nhóm sau: * Nhiên liệu sinh học rắn Một số loại nhiên liệu sinh học rắn mà các nước đang phát triển sử dụng hàng ngày trong công việc nấu nướng hay sưởi ấm là gỗ, than và các loại phân thú khô. Tuy 40 nhiên do yêu cầu của nhiên liệu sử dụng cho động cơ đốt trong phải là nhiên liệu có nhiệt trị cao, hơn nữa phải tạo ra rất ít muội than Do đó nhiên liệu sinh học rắn không thích hợp sử dụng cho động cơ đốt trong. * Nhiên liệu lỏng Xăng sinh học (Gasohol): Bao gồm Bio-metanol, Bio-ethanol, Bio-butanol Trong số các dạng xăng sinh học này, Bio-ethanol là loại nhiên liệu sinh học thông dụng nhất hiện nay trên thế giới vì có khả năng sản xuất ở quy mô công nghiệp từ nguyên liệu chứa đường như mía, củ cải đường và nguyên liệu chứa tinh bột như ngũ cốc, khoai tây, sắn,. Xăng chứa ethanol có trị số octane cao hơn xăng thường nên động cơ mau nóng hơn, máy cũng mau hao mòn hơn, nhất là các vòng đệm cao su. Bất lợi của Ethanol là hút ẩm nên xăng-ethanol có chứa nhiều nước, làm máy khó “đề”, làm rỉ sét kim loại, hư mòn chất nhựa (plastic), nên đòi hỏi phải thay đổi vật liệu làm động cơ, phải bảo trì xe thường xuyên. Bồn chứa ethanol cũng phải làm từ kim loại đặc biệt, việc chuyên chở cũng khó khăn hơn xăng thường. Diesel sinh học (BioDiesel): Diesel sinh học là một loại nhiên liệu có tính chất tương đương với nhiên liệu dầu diesel nhưng không phải được sản xuất từ dầu mỏ mà được sản xuất từ dầu thực vật hay mỡ động vật bằng phản ứng chuyển hóa este (transesterification). Các chất dầu [còn gọi là fatty acid methyl (hay ethyl) ester (FARME)] trộn với sodium hydroxide và methanol (hay ethanol) tạo ra dầu diesel sinh học và glycerine bằng phản ứng chuyển hóa este. * Khí sinh học ( Biogas ) Biogas hay khí sinh học là hỗn hợp khí methane (CH4) và một số khí khác phát sinh từ sự phân huỷ các vật chất hữu cơ trong môi trường yếm khí. Thành phần chính của Biogas là CH4 (50-60%) và CO2 (>30%) còn lại là các chất khác như hơi nước N2, O2, H2S, CO được thuỷ phân trong môi trường yếm khí, xúc tác nhờ nhiệt độ từ 20-40ºC, nhiệt trị thấp của CH4 là 37,71.103 KJ/m3, do đó có thể sử dụng biogas làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong. Để sử dụng biogas làm nhiên liệu thì phải xử lý biogas trước khi sử dụng tạo nên hỗn hợp nổ với không khí. Khí H2S có thể ăn mòn các chi tiết trong động cơ, sản phẩm của nó là SOx cũng là một khí rất độc. Hơi nước có hàm lượng nhỏ nhưng ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt độ ngọn lửa, giới hạn cháy, nhiệt trị thấp và tỷ lệ không khí/nhiên liệu của biogas. 1.1.4.1.4. Các thế hệ NLSH và quy trình sản xuất NLSH Dựa trên nguồn nguyên liệu dùng để sản xuất NLSH người ta chia NLSH thành bốn thế hệ. 1. NLSH thế hệ thứ nhất a. Khái niệm 41 Nhiên liệu sinh học thế hệ thứ nhất là nhiên liệu sinh học được sản xuất từ các nguyên liệu có bản chất là thực phẩm ví dụ như các nguyên liệu có chứa tinh bột, đường, mỡ động vật, dầu thực vật, b. Quy trình sản xuất Hình 1.2: Quy trình sản xuất NLSH thế hệ thứ nhất c. Một số vấn đề gặp phải với NLSH thế hệ thứ nhất Khi NLSH được làm từ nguồn nguyên liệu là ngũ cốc chúng có tác động tiêu cực lên giá của thực phẩm, nó sẽ làm đẩy giá của thực phẩm tăng lên rất nhiều, đồng thời còn dẫn tới nạn đói do lương thực đã dùng hết vào việc sản xuất NLSH. Khi dựa vào một loại cây trồng như dầu cọ sẽ dẫn đến việc đe dọa sự đa dạng sinh học. Nó không làm giảm hiệu ứng khí nhà kính nhiều do các kỹ thuật trong canh tác trồng trọt (ví dụ như việc tăng các khí oxit nito) 2. NLSH thế hệ thứ hai a. Khái niệm NLSH thế hệ thứ hai khắc phục được các nhược điểm về lương thực của NLSH thế hệ thứ nhất. Thay vì chỉ sử dụng đường, tinh bột, dầu như ở thế hệ đầu tiên, kỹ thuật này cho phép sử dụng tất cả các hình thức sinh khối chứa lignocellulose, gỗ, rác thải, phụ phẩm nông nghiệp và các loại thực phẩm không ăn được như Jatrôpha.... Các loại cỏ cây, các phế phẩm công nghiệp và nông nghiệp đều có thể được chuyển đổi thông qua hai con đường: hóa sinh và nhiệt hóa. 42 Hình 1.3 Cây jatrôpha b. Quy trình sản xuất Đối với các loại phụ phẩm không ăn được thì quy trình sản xuất tương tự nhiên liệu sinh học thế hệ thứ nhất. Quá trình sản xuất nhiên liệu sinh học từ sinh khối được thể hiện ở hình 1.4 Hình 1.4: Quy trình sản xuất NLSH thế hệ thứ hai c. Ưu nhược điểm NLSH thế hệ thứ hai có sự cân bằng cacbon rất tốt, nó có thể làm giảm thiểu lượng khí thải cacbon dioxit lên đến 90% so với nhiên liệu xăng dầu. Hơn nữa nó còn giảm lượng chất phát thải của chất gây ô nhiễm lớn khác như NOx và Sox, Tuy nhiên vấn đề sản xuất ethanol từ cellulose là vấn đề kỹ thuật rất khó giải quyết và chi phí cao. 3. NLSH thế hệ thứ 3 a. Khái niệm NLSH thế hệ thứ nhất có những hạn chế đáng kể về kinh tế và môi trường. NLSH thế hệ thứ hai ra đời nhằm sản xuất ra nhiên liệu từ sinh khối chứa 43 lignocellulose. NLSH thế hệ thứ hai không gây ra sự cạnh tranh về lương thực, nhưng sự chuyển đổi gỗ thành đường lên men đòi hỏi công nghệ cao, sử dụng enzyme đặc biệt do đó gây tốn kém và chính vì thế nên đến nay NLSH thế hệ thứ hai vẫn chưa được sản xuất trên quy mô lớn. Do đó NLSH thế hệ thứ 3 có nguồn gốc từ tảo ra đời và được coi là một năng lượng thay thế khả thi. b. Những ưu điểm của NLSH sản xuất từ tảo Nó tránh được các hạn chế từ NLSH thế hệ đầu tiên và thế hệ thứ 2. Vi tảo có thể sản xuất nhiều dầu hơn 15 -300 lần để sản xuất biodiesel, hơn nữa so với cây trồng thông thường được thu hoạch 1 – 2 lần trong một năm thì vi tảo có chu kỳ thu hoạch rất ngắn (khoảng 1-10 ngày tùy thuộc vào từng tiến trình) cho phép thu hoạch nhiều và liên tục với năng suất đáng kể. Ý tưởng dùng vi tảo để sản xuất NLSH không còn là mới, nhưng nó đang được xem xét một cách nghiêm túc do giá xăng dầu tăng cao, và mối quan tâm mới nổi về sự nóng lên trên toàn cầu do đốt các nhiên liệu hóa thạch. Vi tảo có nhiều ưu điểm hơn so với thực vật bậc cao để sản xuất NLSH: + Vi tảo tổng hợp và tích lũy một lượng lớn chất béo trung tính (20-50% trọng lượng khô sinh khối) và phát triển với tốc độ cao + Vi tảo có thể sản xuất quanh năm nên nó có thể vượt quá năng suất cao nhất của hạt có dầu + Nó cần ít nước hơn nên giảm tải về các nguồn nước ngọt + Canh tác không đỏi hỏi thuốc trừ sâu, chất diệt cỏ + Vi tảo hấp thu CO2 từ khí thải phát ra do sử dụng nhiên liệu hóa thạch, và khí thải từ các nhà máy do đó làm giảm phát thải khí nhà kính lớn (1 kg sinh khối tảo khô sử dụng khoảng 1,83 kg CO2 ) Hình 1.5:Laurencia, một giống tảo biển màu đỏ. 44 Hình 1.6:Tảo biển phủ kín bờ biển tại thành phố Thanh Đảo Trung Quốc. + Có thể trồng trên vùng nước mặn, lợ, vùng ven biển trên đất không canh tác do đó không cạnh tranh với diện tích đất nông nghiệp Hình 1.7. Quy trình sản xuất nhiên liệu sinh học từ tảo 4. Nhiên liệu sinh học thế hệ thứ tư a. Khái niệm Hiện nay, rất khó đưa ra một định nghĩa chính xác về NLSH thứ 4 vì nó có rất nhiều những định nghĩa khác nhau. Một định nghĩa trong số đó là NLSH thế hệ thứ tư là loại cây trồng được biến đổi gen để tiêu thụ khí CO2 nhiều hơn là khi nó thải ra trong quá trình đốt làm nhiên liệu. Một định nghĩa khác thì nó cũng là một loại cây trồng được biến đổi gen tiêu thụ CO2 trước khi kết hợp với vi khuẩn để chuyển đổi thành NLSH Cũng có định nghĩa cho rằng là các vi khuẩn được biển đổi gen để chúng có thể chuyển đổi trực tiếp khí CO2 từ khí quyển thành nhiên liệu sử dụng được. 45 Ta có thể thấy rằng có rất nhiều các định nghĩa khác nhau và thực sự rất khó để đưa ra một định nghĩa chính xác về NLSH thế thế thứ 4, nhưng có một đặc điểm chung giữa các định nghĩa này là chúng đều liên quan đến kỹ thuật di truyền. Từ các định nghĩa khác nhau người ta có thể hình dung là NLSH thế hệ thứ 4 là loại nhiên liệu được sản xuất từ một loại cây được biến đổi gen có khả năng tiêu thụ CO2 từ khí quyển nhiều hơn là nó thải ra trong quá trình đốt làm nhiên liệu. Trong hệ thống sản tuất NLSH thế hệ thứ tư thì cây trồng được xem như là một bộ máy thu CO2 từ khí quyển và giữ nó lại trong thân, lá, và các cành của nó. Các sinh khối giàu cacbon sau đó được chuyển đổi thành nhiên liệu dựa vào các kỹ thuật công nghệ của thế hệ thứ hai. b. Một số các nghiên cứu về NLSH thế hệ thứ tư trên thế giới Các nhà nghiên cứu tại Viện nghiên cứu Lâm nghiệp Đài Loan và phía Bắc bang Carolina Mỹ đã nghiên cứu phát triển cây bạch đàn biến đổi gen có khả năng thu khí CO2 nhiều hơn từ khí quyển. Các nhà khoa học Úc đang tiến hành thử nghiệm một máy thời gian để xem cây bạch đàn ứng phó như thế nào với sự tăng hàm lượng CO2 và sự nóng lên của trái đất. Nhiều nghiên cứu Quốc tế đang nỗ lực giải trình tự bộ gen cây sắn để làm cho hàm lượng tinh bột cao. Sắn là một trong những cây có khả năng hấp thu CO2 với tỷ lệ cao, đồng thời nó cũng dễ dàng tổng hợp sucrose. Các nhà khoa học ở Đại học bang Ohaio đang nghiên cứu phát triển chuyển gen sắn để cho hàm lượng tinh bột cao gấp 2,6 lần so với cây bình thường bằng cách tăng lượng cacbonhydrat ở trong cây. Điều này làm cho sắn trở thành một “siêu cây” (super crop) vì vừa có khả năng hấp thu CO2 vừa có khả năng sản xuất tinh bột, đường làm nguyên liệu cho ethanol. Trung tâm công nghệ và tổng hợp gen châu Á đã nghiên cứu nhiều năm để giải trình tự và phân tích bộ gen cây cọ. Trong phân tích sâu về gen sẽ phân tích gốc của cây cọ và hệ vi sinh vật lá để xác định các con đường trao đổi chất có ảnh hưởng đến khả năng tăng trưởng và tồn tại của cây hay không . 1.1.4.1.5. Khả năng sử dụng NLSH trên động cơ đốt trong 1. Các tính chất và sự tương thích của nhiên liệu diesel sinh học đối với động cơ đốt trong. a) Các tính chất của nhiên liệu diesel sinh học so với diesel truyền thống. Nhiên liệu diesel sinh học được sản xuất với mục đích thay thế và giảm dần việc phụ thuộc vào nhiên liệu diesel truyền thống. Vì lý do đó, nhiên liệu diesel sinh học cần có những tính chất gần giống hoặc tốt hơn nhiên liệu diesel truyền thống. Với mỗi loại nhiên liệu sử dụng cho động cơ đốt trong diesel, có nhiều thông số ảnh hưởng đến quá trình làm việc của động cơ. Các thông số này ảnh hưởng đến đường đặc tính làm việc và tuổi thọ của động cơ. 46 Bảng 1.15. Tính chất của nhiên liệu diesel truyền thống và một số nhiên liệu diesel sinh học [1]. Tính chất/đơn vị Diesel (EN590) Biodiesel Dầu thực vật BtL* Khối lượng riêng ở 15oC kg/m3 820-845 860-900 900-930 770-785 Độ nhớt ở 40oC mm2/s 2,0-4,5 3,5-5,0 38 3,2-4,5 Số Xê-tan >51 54-58 40-44 73-81 Nhiệt trị MJ/kg 42,5 37 36 43,8 Điểm bắt lửa oC >50 100-135 189 >70 BtL: Biomass to Liquid. So sánh một số tính chất của vài loại nhiên liệu diesel sinh học đối với nhiên liệu diesel truyền thống ở bảng trên, ta có một số nhận xét như sau. * Khối lượng riêng: Khối lượng riêng của biodiesel và dầu thực vật cao hơn nhiên liệu diesel truyền thống, trong khi đó khối lượng riêng của BtL thấp hơn. Khối lượng riêng của nhiên liệu diesel sẽ ảnh hưởng đến phát thải hạt rắn và hạt hòa tan (SOF). Khối lượng riêng lớn, nhất là dầu thực vật (khối lượng riêng 900-930 kg/m3 so với 820-845 kg/m 3 của diesel truyền thống), hàm lượng phát thải hạt rắn và SOF sẽ tăng. * Độ nhớt ở 40oC: Độ nhớt của các loại diesel sinh học đều cao hơn diesel truyền thống. Đặc biệt, dầu hạt cải có độ nhớt ở 40oC cao gấp 13 lần diesel truyền thống. Độ nhớt ảnh hưởng tới khả năng bôi trơn của nhiên liệu và hệ thống cung cấp nhiên liệu. Độ nhớt cao sẽ đảm bảo khả năng bôi trơn tốt của nhiên liệu, tuy nhiên lại yêu cầu tăng áp suất trong hệ thống cung cấp nhiên liệu để đảm bảo cung cấp một lượng nhiên liệu tương đương. * Số xê-tan: Số xê-tan của biodiesel (54-58) và BtL (73-81) cao hơn so với diesel truyền thống, trong khi số xê-tan của dầu thực vật (40-44) lại thấp hơn. Số xê-tan đặc trưng cho khả năng tự cháy của nhiên liệu diesel. Số xê-tan càng cao, thời gian trế giữa thời điểm phun và thời điểm tăng áp suất của quá trình cháy càng nhỏ. * Nhiệt trị: Nhiệt trị của biodiesel (37MJ/kg) và dầu thực vật (36MJ/kg) nhỏ hơn so với diesel truyền thống (42,5MJ/kg), trong khi đó nhiệt trị của BtL (43,8MJ/kg) cao hơn một chút. Nhiệt trị là một thông số quan trọng của nhiên liệu, ảnh hưởng đến công suất động cơ. Với cùng một động cơ, nếu sử dụng nhiên liệu có nhiệt trị cao hơn thì công suất của động cơ sẽ lớn hơn. Như vậy, nếu thay thế một phần hoặc hoàn toàn nhiên liệu diesel truyền thống bằng diesel sinh học để vận hành động cơ, cần phải điều chỉnh tăng mức nhiên liệu nếu muốn giữ được công suất ban đầu. * Điểm bắt lửa: Điểm bắt lửa của các nhiên liệu sinh học trong bảng trên cao hơn khá nhiều so với nhiên liệu diesel sinh học. Điểm bắt lửa là nhiệt độ mà tại đó nhiên liệu tự bốc cháy nếu có đủ ô-xy. Điểm bắt lửa càng cao, nhiệt độ để nhiên liệu tự bốc cháy càng cao. Nhiên liệu có điểm bắt lửa cao sẽ có lợi thế về mặt an toàn trong lưu trữ, vận chuyển so với nhiên liệu có điểm bắt lửa thấp hơn. Tuy nhiên, nhiên liệu dùng cho 47 động cơ diesel có điểm bắt lửa cao yêu cầu nhiệt độ buồng cháy tại thời điểm phun lớn, tức là yêu cầu áp suất nén lớn hơn. Ngoài ra, nhiên liệu diesel sinh học còn có một tính chất khác như sau: * Làm biến tính cao su: Tính chất này ảnh hưởng xấu đến động cơ, làm biến tính các vật liệu ống dẫn và làm kín bằng cao su. * Hàm lượng lưu huỳnh rất thấp: So với nhiên liệu diesel truyền thống chưng cất từ dầu mỏ, nhiên liệu diesel sinh học có hàm lượng lưu huỳnh rất thấp. Như vậy, các loại nhiên liệu diesel sinh học hiện nay đều có một số tính chất kém hơn so với nhiên liệu diesel truyền thống, nhất là đặc tính nhiệt trị và độ nhớt. Để có thể sử dụng các loại nhiên liệu này cho các động cơ diesel, giải pháp được đưa ra hiện nay là trộn nhiên liệu diesel sinh học với nhiên liệu diesel truyền thống (B5 hoặc B10) và thay đổi kết cấu động cơ nếu cần thiết. b) Sự tương thích của nhiên liệu diesel sinh học đối với động cơ diesel. Trong quá trình chuyển từ thay thế một phần tới thay thế hoàn toàn nhiên liệu diesel truyền thống bằng nhiên liệu diesel sinh học để sử dụng cho động cơ diesel, hiện nay đang gặp phải các vấn đề như công nghệ sản suất, giá thành, sự hỗ trợ của chính phủ và các nhà sản suất động cơ. Ngoài ra, còn có một vấn đề về kỹ thuật rất quan trọng là khả năng tương thích của các loại nhiên liệu này với các động cơ diesel sẵn có, đây là vấn đề mấu chốt quyết định nhiên liệu diesel sinh học có được sử dụng rộng rãi hay không. Tính tương thích của nhiên liệu diesel sinh học với động cơ diesel phụ thuộc vào sự khác biệt giữa các tính chất giữa nó và nhiên liệu diesel truyền thống. Như đã trình bày ở trên, đặc tính về nhiệt trị, khối lượng riêng có thể làm giảm công suất động cơ và tăng phát thải khí xả. Tuy nhiên vấn đề tương thích lớn nhất nằm ở chất lượng vận hành, cũng như tuổi thọ động cơ diesel bị giảm khi sử dụng nhiên liệu diesel sinh học mà không có sự cải tiến nào về mặt kết cấu động cơ. Hiện nay, với mục đích sử dụng thay thế dần, nhiên liệu diesel truyền thống dùng cho động cơ diesel được trộn thêm diesel sinh học theo các tỉ lệ 10, 20% và được gọi là diesel B10, B20 tương ứng. Nhiên liệu ký hiệu B100 là nhiên liệu 100% diesel sinh học. Nhiên liệu B10, B20 có tính chất không khác nhiều so với nhiên liệu diesel truyền thống và đã được sử dụng cho các phương tiện giao thông. Bảng 1.16. Một số tính chất nhiên liệu B6-B20 và B100 theo tiêu chuẩn ASTM7467-10. Thông số Đơn vị B6-B20 B100 Điểm bắt lửa oC Nhỏ nhất 52 Nhỏ nhất 93 Hàm lượng nước và cặn % thế tích Lớn nhất 0,05 Lớn nhất 0,05 Độ nhớt ở 40oC mm2/s 1,9-4,1 1,9-6,0 Số xê-tan Nhỏ nhất 40 Nhỏ nhất 43 B20 là hỗn hợp nhiên liệu được sử dụng rộng rãi nhất ở Hoa Kỳ, sử dụng B20 có tỏ ra ưu việt hơn B100 ở tính năng khởi động lạnh, tương thích vật liệu và không 48 yêu cầu phải thay đổi động cơ. Tuy nhiên không phải tất cả các nhà sản suất động cơ diesel đều công khai chấp nhận bảo hành cho các sản phẩm của họ sử dụng nhiên liệu B20 và các loại diesel sinh học khác nói chung. 2. Các tính chất và sự tương thích của nhiên liệu xăng sinh học với động cơ xăng. a) Các tính chất của nhiên liệu xăng sinh học so với xăng truyền thống. Nhiên liệu xăng sinh học được sản xuất với mục đích thay thế và giảm dần việc phụ thuộc vào nhiên liệu xăng truyền thống, nhất là trong lĩnh vực giao thông vận tải sử dụng động cơ xăng. Vì lý do đó, nhiên liệu xăng sinh học cần có những tính chất ảnh hưởng tới sự làm việc của động cơ xăng gần giống hoặc tốt hơn nhiên liệu xăng truyền thống. Với mỗi loại nhiên liệu sử dụng cho động cơ đốt trong xăng, có nhiều thông số ảnh hưởng đến quá trình làm việc của động cơ. Các thông số này ảnh hưởng đến đường đặc tính làm việc và tuổi thọ của động cơ. Hiện nay nhiên liệu xăng sinh học được sử dụng phổ biến nhất là ethanol, được sản xuất chủ yếu bằng cách lên men thực phẩm giàu tinh bột và đường (thế hệ I) hoặc từ sinh khối khác (thế hệ II). Bảng 1.17. Một số tính chất của nhiên liệu xăng truyền thống và ethanol. Thông số Đơn vị Xăng Ethanol Khối lượng riêng kg/m3 720-775 789 Nhiệt trị MJ/l 32,4 21,2-26,8 Số Ốc-tan (RON) Thấp nhất 91-98 100 Từ bảng trên, ta thấy nhiên liệu ethanol so với nhiên liệu xăng truyền thống có một số tính chất như sau. * Khối lượng riêng: Khối lượng riêng của ethanol (789 kg/m3) lớn hơn nhiên liệu xăng truyền thống (720-775 kg/m3) không đáng kể. Như vậy ảnh hưởng của sự khác biệt về khối lượng riêng của nhiên liệu ethanol so với xăng truyền thống tới động cơ là không đáng kể. * Nhiệt trị: Không như khối lượng riêng, nhiệt trị của nhiên liệu ethanol (21,2-26,8 MJ/l) thấp hơn nhiều so với xăng truyền thống (32,4 MJ/l), chỉ bằng khoảng 65-83 %. Nhiệt trị thấp hơn nhiều so với xăng truyền thống khiến công suất động cơ sử dụng ethanol giảm, hoặc phải tăng suất tiêu hao nhiên liệu để duy trì công suất ban đầu. * Số ốc-tan: Số ốc-tan của nhiên liệu ethanol (100) cao hơn xăng (91-98). Như vậy khả năng chống kích nổ của nhiên liệu ethanol cao hơn xăng truyền thống. Ngoài ra, so với nhiên liệu xăng truyền thống, ethanol còn có một số nhược điểm sau. * Hòa tan cao su: Ethanol có khả năng hòa tan các chi tiết làm kín, ống dẫn bằng vật liệu cao su thông thường. Như vậy nếu chuyển sang dùng nhiên liệu ethanol, cần phải thay thế các chi tiết trên bằng chi tiết làm từ vật liệu không tác dụng với ethanol. 49 * Tính ăn mòn cao: Ethanol có tính hút nước, muối và các a-xít, các chất này khi lẫn vào trong nhiên liệu có thể ăn mòn các chi tiết bình chứa, buồng cháy. Như vậy nếu chuyển sang dùng nhiên liệu ethanol, cần phải có các thiết bị lọc tách các chất nếu trên ra khỏi nhiên liệu. Như vậy, nhiên liệu ethanol và các nhiên liệu xăng sinh học (gọi chung là ethanol) hiện nay đều có một số tính chất kém hơn so với nhiên liệu xăng truyền thống, nhất là thông số nhiệt trị và tính ăn mòn. Để có thể sử dụng các loại nhiên liệu này cho các động cơ xăng, giải pháp được đưa ra hiện nay là trộn nhiên liệu ethanol với nhiên liệu xăng truyền thống (E5 hoặc E10) và thay đổi kết cấu động cơ nếu cần thiết b) Sự tương thích của nhiên liệu xăng sinh học đối với động cơ xăng. Trong quá trình chuyển từ thay thế một phần tới thay thế hoàn toàn nhiên liệu xăng truyền thống bằng nhiên liệu ethanol, hiện nay đang gặp phải các vấn đề như công nghệ sản suất, giá thành, sự hỗ trợ của chính phủ và các nhà sản suất động cơ. Ngoài ra, còn có một vấn đề về kỹ thuật rất quan trọng là khả năng tương thích của các loại nhiên liệu này với các động cơ xăng sẵn có, đây là vấn đề mấu chốt quyết định nhiên liệu ethanol có được sử dụng rộng rãi hay không. Tính tương thích của nhiên liệu ethanol với động cơ xăng phụ thuộc vào sự khác biệt giữa các tính chất giữa nó và nhiên liệu xăng truyền thống. Như đã trình bày ở trên, đặc tính về nhiệt trị, khối lượng riêng có thể làm giảm công suất động cơ và tăng phát thải khí xả. Tuy nhiên vấn đề tương thích lớn nhất nằm ở chất lượng vận hành, cũng như tuổi thọ động cơ xăng bị giảm khi sử dụng nhiên liệu ethanol mà không có sự cải tiến nào về mặt kết cấu động cơ. Hiện nay, với mục đích sử dụng thay thế dần, nhiên liệu xăng truyền thống dùng cho động cơ xăng được trộn thêm ethanol theo các tỉ lệ 5%, 10%, 85% và được gọi là xăng E5, E10, E85 tương ứng. Nhiên liệu E5, E10 có tính chất không khác nhiều so với nhiên liệu xăng truyền thống và đã được sử dụng cho các phương tiện giao thông. E10 là hỗn hợp nhiên liệu với 10% ethanol và 90% xăng truyền thống, được sử dụng rất rộng rãi ở Hoa Kỳ, sử dụng E10 có tỏ ra ưu việt hơn so với nhiên liệu xăng truyền thống ở số ốc-tan và đặc tính làm việc của động cơ. Xăng E10 có thể được sử dụng tốt cho các động cơ cỡ nhỏ như mô-tơ, thuyền, máy cắt cỏ E85 là hỗn hợp nhiên liệu chứa 85% ethanol và 15% xăng truyền thống, loại nhiên liệu này được sử dụng cho các động cơ FFVs (động cơ sử dụng đa nhiên liệu). So với nhiên liệu biodiesel, nhìn chung nhiên liệu xăng sinh học, nhất là E10 và E85 được sử dụng rộng rãi hơn, và được các nhà sản suất động cơ công nhận nhiều hơn. Bảng 1.18 và 1.19 so sánh một số tính chất vật lý và hoá học điển hình của một số loại nhiên liệu thay thế cho động cơ đốt trong với hai nhiên liệu truyền thống là xăng và diesel. Mặc dù về mặt tính chất LPG/CNG thường được dùng làm nhiên liệu cho động 50 cơ đánh lửa cưỡng bức nhưng các nghiên cứu gần đây cũng cho thấy tiềm năng sử dụng LPG/CNG cho động cơ diesel. Đây được xem là một trong những hướng cân đối về sản lượng thay thế nhiên liệu diesel so với sản lượng thay thế nhiên liệu xăng đang ngày được tăng cao nhờ việc sử dụng rộng rãi bio-ethanol. Bảng 1.18. Tính chất của các loại nhiên liệu dùng cho động cơ đánh lửa cưỡng bức Tính chất Xăng Ethanol Methanol Hyđrô (khí) LPG CNG LNG Khối lượng phân tử (g/mol) 100- 105 46,07 32,04 2,02 44,09 16,04 16,04 Khối lượng riêng (g/l) 690- 790 790 796 0,09 508- 563 0,781 410- 500 Nhiệt trị thấp (MJ/kg) 44,5 26,8 19,8 120 46 38-50 38-50 Nhiệt