Tiểu luận nhiên liệu cho động cơ diesel

MỤC LỤC

Trang

Chương I : Mở đầu 2

Chương II: Nhiên liệu cho động cơ diesel 3

I:Nguyên lý,đặc điểm,quá trình cháy trong động cơ diesel 3

1: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 3

2:Quá trình cháy 5

II: Nhiên liệu diesel 7

1: Trị số xetan 7

2: Thành phần của nhiên liệu diesel 8

3: Các chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu diesel 11

4: Phân loại và yêu cầu kỹ thuật nhiên liệu diesel thương phẩm 24

III: Nhiên liệu sinh học biodiesel: 33

1: Giới thiệu chung về biodiesel 33

2: Các nguồn nguyên liệu để sản xuất biodiesel 34

3: Các phương pháp tổng hợp biodiesel 34

4: So sánh chất lượng biodiesel và diesel khoáng 35

5: Ưu nhược điểm của biodiesel 36

Chương III: Kết luận 37

Chương IV: Tài liệu tham khảo 38

1

TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU CHO

ĐỘNG CƠ DIESEL

CHƯƠNG I: LỜI MỞ ĐẦU

Dầu mỏ đã được loài người đã tìm thấy hàng ngàn năm trước Công Nguyên, tuy

nhiên đến thế kỷ 19 người ta mới bắt đầu khai thác, chế biến dầu theo qui mô công

nghiệp. Ngày nay dầu mỏ là một trong những nhiên liệu quan trọng nhất của xã hội

hiện đại dùng để để sản xuất nhiên liệu cho các phương tiện giao thông, nguyên

liệu cho ngành tổng hợp hữu cơ hoá dầu…Dầu mỏ hầu như phân bố khắp mọi nơi

trên thế giới và thành phần của chúng cũng khác nhau. Để sử dụng được dầu mỏ ta

phải qua các phân đoạn chế biến. Dầu thô khi khai thác lên phải trải qua các quá

trình làm sạch tạp chất sau đó đưa vào quá trình chưng cất phân đoạn với các

khoảng nhiệt độ khác nhau để thu được những sản phẩm nhất định, pha thêm phụ

gia để được các sản phẩm có giá trị thương mại. Mỗi phân đoạn sản phẩm thu

được có thành phần và tính chất khác nhau. Thông thường quá trình chưng cất dầu

mỏ được chia thành các phân đoạn sau :

Phân đoạn xăng, với khoảng nhiệt độ sôi dưới 180C, bao gồm các thành

phần từ C5 ÷C10, C11

Phân đoạn kerosen: Nhiệt độ sôi từ 180 đến 250C, chứa các hydrocacbon từ

C11÷C15, C16

Phân đoạn gasoil nhẹ (Diesel) : Nhiệt độ sôi từ 250 đến 350C, chứa các

thành phần C16÷C20, C21

Phân đoạn gasoil nặng ( còn gọi là phân đoạn dầu nhờn), nhiệt độ sôi từ 350

đến 500C bao gồm C21÷C25 thậm chí đến C40

2

Phân đoạn cặn gudron với nhiệt độ sôi trên 500C gồm các thành phần có số

nguyên tử cacbon từ C41 trở lên, giới hạn cùng có thể lên đến C80

Hiện nay sản phẩm từ dầu mỏ chủ yếu được ứng dụng làm nguyên liệu cho các

động cơ xăng, động cơ Diesel và động cơ phản lực. Trong phạm vi tiểu luận này

sẽ nghiên cứu tổng quan về động cơ Diesel và nhiên liệu sử dụng cho động cơ

Diesel.

CHƯƠNG II: NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG CƠ DIESEL

I. NGUYÊN LÍ, ĐẶC ĐIỂM, QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA ĐỘNG

CƠ DIESEL:

1. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của động cơ diesel:

3

Nếu quá trình vận hành của chu kì 4 thì trong động cơ Diesel chỉ hơi khác so

với động cơ cháy cưỡng bức (động cơ xăng), thì điều kiện cháy của hai loại động

cơ này lại rất khác nhau. Chu kì của động cơ Diesel gồm 4 giai đoạn: nạp/ nén/ nổ,

giãn nở sinh công/xả

4

Nhiên liệuKhông khí nén

không khí vào qua Supap hút

Khí thải

Chu kì 4 thì của động cơ Diesel: 1. Nạp khí; 2. Nén; 3. Nổ và giãn nở; 4. Xả

Chu kì nạp: piston đi xuống hỗn hợp nhiên liệu và không khí được hòa trộn

đều trước khi nạp vào xylanh, ở động cơ Diesel chỉ có không khí được nạp

vào xylanh động cơ ở pha nạp.

Chu kì nén:trong xylanh ở pha nén, không khí bị nén ở áp suất cao làm nhiệt

độ khí tăng theo, nhiệt độ khí thu được sẽ cao hơn nhiệt độ tự cháy (auto-

inflammation) của nhiên liệu sử dụng.

Chu kì nổ và giãn nở: đến cuối chu kì nén 2, khi piston đi gần đến điểm chết

trên, nhiên liệu diesel được phun vào xylanh ở dạng những hạt sương nhỏ;

nhiên liệu hoặc sẽ được phun trực tiếp vào buồng cháy (injection directe),

hoặc được phun vào một buồng hòa trộn trước nhằm cải thiện quá trình cháy

của nhiên liệu khi tiếp xúc với không khí nóng (injection indirecte). Không

khí nóng sẽ hòa trộn với nhiên liệu phun vào, gia nhiệt và hóa hơi nhiên liệu.

Quá trình cháy sau đó diễn ra rất nhanh, áp suất tăng nhanh và có thể đến

cực đại (60 bar đến 100 bar). Không khí ở thời điểm này rất nóng (2000 đến

3000 °C). Trong xylanh áp suất và nhiệt độ cùng tăng.

Chu kì xả: piston đi lên đẩy khí thải ra ngoài qua supap thải, bắt đầu một chu

trình tiếp theo

2. Quá trình cháy trong động cơ diesel:

Trong quá trình vận hành động cơ diesel có thể quan sát thấy trong những

điều kiện cụ thể khác nhau, hai hiện tượng cháy hoàn toàn trái ngược:hiện tượng

cháy bình thường và cháy không bình thường của động cơ. Một trong những

nguyên nhân dẫn tới hiện tượng cháy không bình thường là do việc sử dụng nhiên

liệu không đúng quy định hoặc không đảm bảo chất lượng. Trước hết cần tìm hiểu

được hai hiện tượng cháy của hơi nhiên liệu trong động cơ.

5

2. 1. Hiện tượng cháy bình thường và không bình thường trong động cơ

diesel:

Trong xylanh của động cơ diesel, piston nén không phải hỗn hợp không khí

và hơi nhiên liệu như động cơ xăng mà nén không khí đến khi đạt tới nhiệt độ cần

thiết. Lúc này hơi nhiên liệu được phun sương trực tiếp vào buồng đốt. Gặp không

khí nóng nhiên liệu bốc hơi, nóng dần lên và đạt tới nhiệt độ tự cháy. Thực tế cho

thấy nhiên liệu sau khi phun vào xylanh không tự cháy ngay, mà phải có một thời

gian để oxy hóa sâu các hydrocarbon trong nhiên liệu, tạo hợp chất chứa oxy trung

gian, có khả năng tự bốc cháy. Khoảng thời gian đó gọi là thời gian cảm ứng hay

thời gian cháy trễ . Kết thúc thời gian này, sự cháy trong buồng đốt mới bắt đầu.

Thời gian cảm ứng càng ngắn càng tốt, lúc đó nhiên liệu sẽ cháy điều hòa.

2. 1. 1. Hiện tượng cháy bình thường:

Nếu hơi nhiên liệu có nhiệt độ tự cháy thích hợp, dễ tự bén cháy, thời gian

cháy trễ đủ ngắn thì khi bắt đầu cháy hơi nhiên liệu tích tụ trong buồng cháy không

quá nhiều, hiện tượng cháy xảy ra bình thường, áp suất, nhiệt độ buồng cháy tăng

đều đặn. Trường hợp này là cháy bình thường.

2. 1. 2. Hiện tượng cháy không bình thường:

Nếu hơi nhiên liệu khó tự cháy, thời gian cảm ứng kéo dài, làm cho hơi

nhiên liệu tích lũy khá nhiều trong buồng đốt, làm cho khi bắt đầu tự cháy, hơi

nhiên liệu sẽ cháy một cách mãnh liệt, làm áp suất, nhiệt độ buồng cháy tăng đột

ngột, gây sóng chấn động đập vào vách xylanh, tạo tiếng động lách cách. Hơi

nhiên liệu cháy không hết, xả ra khói đen là hydrocarbon dư…giống như hiện

tượng cháy kích nổ của động cơ xăng và gây ra tác hại tới tuổi thọ động cơ, lãng

phí nhiên liệu, ô nhiễm môi trường.

Như vậy để có thời gian cháy trễ ngắn thì trong nhiên liệu phải có nhiều các

chất n-parafin, vì các cấu tử này dễ bị oxy hóa, tức là rất dễ tự bốc cháy. Còn các

6

izo-parafin và các hợp chất hydrocarbon thơm rất khó bị oxy hóa nên thời gian

cháy trễ dài, khả năng tự bốc cháy kém. Có thể sắp xếp thứ tự theo chiều giảm khả

năng oxy hóa ( tức là tăng thời gian cảm ứng ) của các hydrocarbon như sau:

n-parafin< naphten < n-olefin < izo-naphten < izo-parafin <izo-olefin

<hydrocarbon thơm .

Như vậy, quy luật về ảnh hưởng của thành phần hydrocarbon đến tính chất

cháy của nhiên liệu trong động cơ diesel hoàn toàn trái ngược với tính chất cháy

trong động cơ xăng.

II-NHIÊN LIỆU DIESEL:

1. TRỊ SỐ XETAN:

1. 1. Khái niệm:

Để đặc trưng cho khả năng tự bốc cháy của nhiên liệu, người ta sử dụng đại

lượng trị số xetan. Trị số xetan là đơn vị đo quy ước, đặc trưng cho khả năng tự bắt

cháy của nhiên liệu diesel, là một số nguyên, có giá trị đúng bằng giá trị của hỗn

hợp chuẩn có cùng khả năng tự bắt cháy. Hỗn hợp chuẩn này gồm hai hydrocarbon

n-xetan( n-C16H34 ) :công thức cấu tạo mạch thẳng, dễ tự cháy được quy định

có trị số xetan là 10

α-metyl naphtalen ( C11H10 ) là chất rất khó tự cháy, nhiệt cháy cao, quy định

có trị số xetan là 0

Hỗn hợp của hai chất này sẽ có trị số xetan bằng số % thể tích của n-xetan trong

hỗn hợp.

1. 2. Cơ sở phương pháp xác định trị số xetan của nhiên liệu:

Cho nhiên liệu diesel thí nghiệm cần đo trị số xetan vào thiết bị xác định.

Ghi nhận trạng thái tự cháy của nhiên liệu đem thử. Cho từng nhiên liệu chuẩn có

trị số xetan khác nhau vào thử trong thiết bị và cũng ghi nhận trạng thái tự cháy

7

của nhiên liệu thử với các nhiên liệu chuẩn để tìm ra trạng thái tự cháy giống nhau

của nhiên liệu thử với một nhiên liệu chuẩn xác định nào đó. Từ đó suy ra nhiên

liệu thử có trị số xetan bằng với nhiên liệu chuẩn này.

1. 3. Trị số xetan của các nhóm hydrocarbon:

Các hydrocarbon khác nhau đều có trị số xetan khác nhau, có thể tóm tắt như sau:

Khi có cùng một số nguyên tử hydrocarbon trong mạch thì hydrocarbon n-

parafin có trị số xetan cao nhất, rồi tới hydrocarbon naphten, hydrocarbon

dạng izo có trị số xetan thấp hơn, còn hydrocarbon thơm có trị số xetan thấp

nhất.

Trong cùng một dãy đồng đẳng hydrocarbon, mạch hydrocarbon càng dài, trị

số xetan càng cao.

Trị số xetan của một số hydrocarbon cho dưới bảng sau:

Hydrocarbon Công thức Trị số xetan

n-dodecan C12H26 75

3-etyldecan C12H26 48

4, 5-dietyloctan C12H26 20

n-hexadecan (xetan ) C16H34 100

7, 8-dimetyl hexadecan C16H34 41

n-hexadexen ( xeten ) C16H34 91

5-butyl dohexen C16H32 47

n-hexyl benzen C16H32 27

n-heptyl benzen C13H20 36

n-octyl benzen C14H22 51

α –metyl naphtalen C11H10 0

Butyl naphtalen bậc 3 C14H16 3

Butyl decalin bậc 3 C14H26 24

8

n-dodexyl benzen C18H30 60

Phân đoạn gasoil chưng cất trực tiếp từ dầu mỏ bao giờ cũng có trị số xetan

rất cao. Ví dụ, trị số xetan của gasoil từ dầu mỏ Bacu: 60, từ dầu mỏ

Grosny :75÷80. Nói chung, gasoil khai thác trực tiếp từ dầu mỏ không cần qua quá

trình biến đổi hóa học thích hợp nào vẫn thích hợp để sử dụng làm nhiên liệu

diesel. Yêu cầu về trị số xetan của động cơ diesel tốc độ chậm (dưới 500 vg/ph) chỉ

cần khoảng 45 đến 50. Với động cơ diesel chạy nhanh (500÷1000 vg/ph) chỉ cần

trên 50.

Nếu trị số xetan cao quá sẽ không cần thiết vì gây lãng phí nhiên liệu, một số

thành phần nhiên liệu trước khi cháy, ở nhiệt độ cao trong xylanh bị thiếu oxy nên

phân hủy thành cacbon tự do, tạo thành muội theo phản ứng:

t C

CxHy xC + H2

Nếu trị số xetan thấp sẽ xảy ra quá trình cháy kích nổ do:trong nhiên liệu có

nhiều thành phần khó bị oxy hóa, khi lượng nhiên liệu phun vào trong xylanh quá

nhiều mới xảy ra quá trình tự cháy, dẫn đến cháy cùng lúc, gây tỏa nhiệt mạnh, áp

suất tăng mạnh, động cơ rung giật…. gọi là cháy kích nổ.

Để tăng trị số xetan, có thể thêm vào nhiên liệu các phụ gia thúc đẩy quá

trình oxy hóa như: izo-propyl nitrat, amyl nitrat…Với lượng khoảng 1. 5 % thể

tích, chất phụ gia có thể làm tăng trị số xetan lên 15 đến 20 đơn vị .

2. THÀNH PHẦN CỦA NHIÊN LIỆU DIESEL:

Có nhiều loại động cơ diesel, được chia thành 3 nhóm. Phù hợp với 3 nhóm

động cơ này có ba nhóm nhiên liệu diesel khác nhau về tính chất.

9

Nhóm động cơ diesel cao tốc, có số vòng quay lớn hơn 1000vg/ph dùng cho

các loại ô tô buýt, ô tô tải, máy nông nghiệp . . Các loại động cơ này đòi hỏi

nhiên liệu có phạm vi nhiệt độ sôi thấp, chất lượng cao

Nhóm động cơ có số vòng quay trung bình 500 ÷1000 vg/ph, dùng cho tàu

hỏa, xe lu, xe ủi, xe làm đường, . . động cơ diesel tĩnh tại, động cơ phụ trợ

trên tàu biển, …Loại nhiên liệu dùng cho động cơ này có phạm vi nhiệt độ

sôi cao hơn và độ nhớt cũng lớn hơn.

Nhóm động cơ có số vòng quay thấp dưới 500 vg/ph dùng cho tàu thủy, các

nhà máy phát điện, . . Nhiên liệu cho loại động cơ này khá nặng, bao gồm

một phần nhiên liệu đốt lò.

Thành phần chủ yếu của nhiên liệu diesel là các hợp chất hydrocarbon có trong

các phân đoạn gasoil nhẹ, trung bình và nặng trong quá trình chưng cất trực tiếp

dầu mỏ. Phạm vi nhiệt độ sôi của phân đoạn gasoil thông thường trong khoảng

200÷3600C (cũng có thể mở rộng thêm tùy theo yêu cầu sản xuất ). Ngoài các phân

đoạn gasoil của chưng cất trực tiếp, còn dùng các phân đoạn gasoil của các quá

trình chế biến thứ cấp khác như cracking, hydrocracking, nhiệt phân và cốc hóa.

Về bản chất hóa học, nhiên liệu diesel là hỗn hợp hydrocarbon có nhiệt độ sôi phù

hợp với phạm vi nhiệt độ sôi của phân đoạn gasoil nhẹ. Thành phần có chất lượng

tốt nhất cho nhiên liệu diesel là các hydrocarbon n-parafin. Các hydrocarbon dạng

naphten và mạch nhánh có chất lượng kém hơn và kém nhất là các hydrocarbon

thơm.

Như vậy nhiên liệu diesel phù hợp với các cấu tử trái ngược với cấu tử

hydrocarbon trong xăng. Nguyên nhân sự khác nhau này là do sự khác nhau về

nguyên lí hoạt động của hai loại động cơ. Do đó trong công tác bảo quản và vận

chuyển cần tránh để hai loại nguyên liệu này trộn lẫn vào nhau. Sự trộn lẫn hai

10

nhiên liệu khác nhau đó sẽ gây nên những hoạt động không bình thường trong cả

hai loại động cơ.

Ngoài ra, trong nhiên liệu diesel còn có chứa một số phụ gia nhằm nâng cao

chất lượng nhiên liệu như phụ gia cải thiện trị số xetan, phụ gia chống đông, …

3. CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG CỦA NHIÊN LIỆU DIESEL:

Để động cơ diesel làm việc ổn định, đòi hỏi nhiên liệu diesel phải đảm bảo các

chỉ tiêu chất lượng như sau:

Tính tự cháy phù hợp

Độ bay hơi thích hợp

Tính lưu chuyển tốt trong mọi điều kiện thời tiết

Không gây ăn mòn và bào mòn máy

Bảo đảm an toàn, chống cháy nổ

3. 1.Tính cháy của nhiên liệu diesel:

Tính cháy của nhiên liệu diesel biểu thị khả năng tự cháy thông qua chỉ tiêu

chất lượng là trị số xetan . Trị số xetan của nhiên liệu diesel có thể xác định bằng

phương pháp thực nghiệm hoặc tính toán

1. Trị số xetan xác định bằng phương pháp thực nghiệm:

Tiêu chuẩn xác định: ASTM D 613

Phương pháp thực nghiệm xác định trị số xetan chỉ có thể tiến hành trong

thiết bị chuyên dụng với các loại nhiên liệu tiêu chuẩn. Loại thiết bị chuyên dụng

này là một loại động cơ diesel đặc biệt cho phép ta quan sát được hiện tượng cháy

trong động cơ. Thiết bị đo trị số xetan chỉ có ở các phòng thí nghiệm nơi sản xuất

hoặc các cục tiêu chuẩn đo lường quốc gia.

2. Trị số xetan xác định gián tiếp qua tính toán:

Tiêu chuẩn xác định: ASTM D 976

11

Khi không có điều kiện xác định trị số xetan trong thiết bị đo trị số xetan, có

thể xác định gián tiếp qua điểm sôi 50% V và °API theo công thức:

TSXT = 454. 74 - 1641. 416 D + 774. 74 D² - 0. 554 B+97. 803 (log B)²

Trong đó: TSXT: Trị số xetan

D: Tỷ trọng của nhiên liệu diesel d15/15

B:Điểm sôi 50%V đo bằng °C

Cũng có thể tính trị số xetan theo công thức khác như sau:

TSXT = -420. 34 +0. 016 G² + 0. 192 G logM + 65. 01(logM)² - 0. 0001809M²

Trong đó: G: Độ °API

M: Điểm sôi 50% V đo bằng °F

Cũng có thể không cần tính toán mà sử dụng biểu đồ quan hệ giữa °API và điểm

sôi 50%V để xác định TSXT của nhiên liệu diesel

3. 2. Tính bay hơi của nhiên liệu diesel:

Tính bay hơi của nhiên liệu diesel ảnh hưởng rất lớn đến sự tạo thành hỗn

hợp nhiên liệu và không khí. Khi quá trình tạo hỗn hợp cháy thực hiện đều đặn,

động cơ sẽ hoạt động bình thường và ổn định. Khi quá trình tạo hỗn hợp cháy xảy

ra thất thường sẽ làm cho hoạt động của động cơ bị trục trặc. Để đánh giá độ bay

hơi của nhiên liệu diesel, cũng như xăng, người ta xác định thành phần điểm sôi, tỷ

trọng và một chỉ tiêu có quan hệ tới tỷ trọng là màu sắc nhiên liệu. Không xác định

áp suất hơi bão hòa do trong diesel không có các thành phần hydrocarbon nhẹ

1. Thành phần điểm sôi:

Tiêu chuẩn xác định: TCVN 2698-1995, ASTM D 86

Chỉ tiêu chất lượng này được xác định trong dụng cụ chưng cất đã tiêu chuẩn

hóa. Đối với nhiên liệu diesel cần xác định thành phần điểm sôi như sau:

Điểm sôi 10%V

Điểm sôi 50%V

12

Điểm sôi 90%V

Thành phần điểm sôi của nhiên liệu diesel có ý nghĩa thực tế khi sử dụng

a) Điểm sôi 10%V biểu thị cho thành phần nhẹ trong nhiên liệu diesel. Yêu

cầu thành phần này chỉ chiếm một tỷ lệ thích hợp. Thực tế yêu cầu t10% không thấp

hơn 200°C. Nếu t10% thấp hơn 200°C, chứng tỏ trong nhiên liệu diesel có tỉ lệ hợp

phần nhẹ cao, khi cháy sẽ làm tăng nhanh áp suất, động cơ làm việc quá ‘cứng’ dẫn

đến cháy kích nổ. Phần nhẹ quá nhiều khiến sự phun sương không tốt, giảm tính

chất đồng nhất của hỗn hợp cháy, làm cho khi cháy tạo nhiều khói đen, tạo muội,

làm bẩn máy và pha loãng dầu nhờn, động cơ làm việc kém công suất, giảm tuổi

thọ.

b)Điểm sôi 50%V ảnh hưởng đến tính khởi động máy. Nhiên liệu có t50%

thích hợp(không vượt quá 280°C) sẽ khiến động cơ khởi động dễ dàng hơn.

c)Điểm sôi 90%V biểu hiện cho khả năng cháy hoàn toàn của hơi nhiên liệu,

t90% của nhiên liệu diesel không nên vượt quá 370°C.

Những điều trình bày ở trên là những hiểu biết chung về tính bay hơi thích hợp của

nhiên liệu diesel. Tuy nhiên thành phần điểm sôi của nhiên liệu diesel phải được

đánh giá thực tế trên cơ sở khả năng làm việc của động cơ và điều kiện sử dụng

của nhiên liệu.

Thực tế cho thấy thành phần điểm sôi của nhiên liệu diesel cũng ảnh hưởng tới

công suất làm việc và tuổi thọ của động cơ. Thành phần điểm sôi phù hợp đảm bảo

nhiên liệu sẽ được đốt cháy hoàn toàn trong động cơ, không xả khói đen và dư lại

làm loãng dầu bôi trơn. Người ta có những khảo sát để chứng minh rằng nếu nhiên

liệu nặng quá yêu cầu đòi hỏi thì tiêu hao nhiên liệu sẽ tăng rõ rệt.

Khi ở 300°C cất được 93%V thì tiêu hao nhiên liệu là 100%.

Khi ở 300°C cất được 80%V thì tiêu hao nhiên liệu là 117%.

Khi ở 300°C cất được 20%V thì tiêu hao nhiên liệu là 131%

13

Đồng thời khi thành phần điểm sôi không hợp lí (quá nặng ) sẽ tăng sự mài mòn

secmang và xylanh do nhiên liệu cháy không hết còn đọng lại trên thành xylanh

làm loãng dầu bôi trơn giữa hai chi tiết ma sát này.

o Khi cất được 50% V ở 230°C thì khe hở miệng xecmang là 0. 6mm.

o Khi cất được 50%V ở 300°C thì khe hở miệng xecmang là 0. 8mm.

o Khi cất được 50%V ở 350°C thì khe hở miệng xecmang là 1. 2mm.

Khi thành phần cất quá nặng còn làm tăng lượng khói độc ở khí xả, ảnh hưởng tới

vấn đề an toàn môi trường, nhất là ở những nơi đông dân cư.

o Khi ở 300°C cất được 95% khói xả ra là 43 đơn vị khói.



2. Khối lượng riêng và tỷ trọng của nhiên liệu diesel:

Tiêu chuẩn xác định

TCVN 3893-84, ASTM D 1298 : xác định tỷ trọng bằng phù kế

(aerometer).

TCVN 2691-78, ASTM D 941: xác định tỷ trọng bằng bình đo tỷ trọng

mao quản với các dạng mao quản khác nhau.

ASTM D 1217, ASTM 1480 : xác định tỷ trọng bằng bình đo tỷ trọng mao

quản, dùng cho chất lỏng nhớt.

ASTM 4052 : xác định tỷ trọng bằng máy đo tỷ trọng hiện số.

Để suy tỷ trọng từ các nhiệt độ khác nhau về tỷ trọng tiêu chuẩn có công thức tính

hoặc sử dụng bảng số chuyển đổi:

d20/4 = dt/4 + γ (t – 20 )

Trong đó : t ⇢ nhiệt độ bất kì

γ ⇢ hệ số điều chỉnh tỷ trọng

14

Tỷ trọng của các loại nhiên liệu dùng cho các loại động cơ trong khoảng 0.

820-0. 920 là phù hợp.

3. Màu sắc của nhiên liệu diesel :

Tiêu chuẩn xác định : TCVN 4354-86, ASTM D 156, ASTM D 1500

Các loại sản phẩm dầu mỏ thường được xác định màu sắc, để trên cơ sở đó

xem xét sản phẩm còn giữ được chất lượng hay không.

Các loại xăng không quy định đo màu sắc. Xăng thô thường không màu,

xăng thương phẩm thường được pha thêm chất màu như vàng, đỏ, xanh lam, nhằm

phân biệt với xăng không pha chì . Chỉ từ dầu hỏa trở lên cho tới các loại dầu nhờn

thì mới kiểm tra màu sắc. Sản phẩm có màu sáng, sản phẩm tồn chứa lâu, bị biến

chất màu sậm hơn.

Nguyên tắc xác định màu sắc là so sánh màu của sản phẩm với màu chuẩn

bằng mắt thường hoặc màu của máy so màu. Trên thực tế có hai thang màu chuẩn

dành cho hai tiêu chuẩn xác định khác nhau.

TCVN 4354- 86 và ASTM D 156 là tiêu chuẩn xác định màu theo thang

chuẩn Saybolt ( Saybolt colour scale ) có màu dầu sẫm nhất là -16 cho tới màu

sáng nhất là +30 . Tiêu chuẩn ASTM D 156 thường dùng đối với các sản phẩm

dầu sáng màu như dầu hỏa .

ASTM D 1500 là tiêu chuẩn xác định màu theo thang chuẩn màu ASTM

(ASTM colour scale ), hai mức liền nhau hơn kém nhau 0. 5 đơn vị. Có 16 chuẩn

màu được đánh số từ 0. 5 cho tới 8. 0 biểu thị màu từ sáng tới tối dần. Tiêu chuẩn

ASTM D 1500 dùng đối với các sản phẩm nặng như nhiên liệu diesel và dầu

nhờn .

3.3. Tính lưu chuyển của nhiên liệu diesel

Một trong những chỉ tiêu chất lượng quan trọng của nhiên liệu diesel là sự

lưu chuyển dễ dàng trong hệ thống cung cấp và nạp nhiên liệu vào buồng đốt của

15

động cơ. Tính chất đặc biệt quan trọng khi động cơ diesel làm việc ở các khu vực

có nhiệt độ môi trường thấp như các vùng lạnh, có tuyết.

Chất lượng này được đánh giá qua chỉ tiêu độ nhớt và nhiệt độ đông đặc

3.3.1. Độ nhớt động học

Tiêu chuẩn xác định TCVN 3171-1995, ASTM D 445

Có nhiều loại độ nhớt, thông thường sử dụng độ nhớt động học để đánh giá

tính lưu chuyển của nhiên liệu diesel. Cơ sở của phương pháp xác định độ nhớt

động học là đo thời gian chảy của một lượng thể lỏng xác định qua một ống mao

quản của ống đo độ nhớt. Độ nhớt động học được tính theo công thức:

٧ = C. t

Trong đó : ٧ độ nhớt động học (mm²/sec)

C : hằng số của ống đo độ nhớt

t: thời gian thể lỏng chảy qua mao quản (sec)

Chỉ tiêu độ nhớt biểu hiện cho tính lưu chuyển của thể lỏng được đánh giá

đối với nhiên liệu diesel, nhiên liệu phản lực và dầu nhờn ở những nhiệt độ thích

hợp. Có thể xem xét các yếu tố ảnh hưởng tới độ nhớt động học của nhiên liệu

diesel:

a) Cấu trúc phân tử của thể lỏng :

Phân tử có cấu trúc càng cồng kềnh, nhiều nhánh, nhiều mạch thì độ nhớt

càng lớn. Trong các nhóm hydrocarbon, n-parafin có độ nhớt thấp nhất, kế đến các

hydrocarbon naphten, hydrocarbon thơm. Các hydrocarbon izo parafin có độ nhớt

lớn nhất, độ phân nhánh càng cao thì độ nhớt càng lớn

b) Nhiệt độ

Nhiệt độ tăng thì độ nhớt của thể lỏng giảm và ngược lại. Đặc biệt độ nhớt thay đổi

nhanh trong phạm vi nhiệt độ dưới 0°C. Nhiệt độ có ảnh hưởng khác nhau đối với

16

các nhóm hydrocarbon. Độ nhớt động học của hydrocarbon n-parafin thay đổi ít

theo nhiệt độ, ngược lại các hydrocarbon thơm có độ nhớt thay đổi nhiều.

Yêu cầu nhiên liệu diesel có độ nhớt động học phù hợp. Nếu độ nhớt nhiên liệu

diesel cao, tính lưu chuyển bị hạn chế, nhiên liệu khó vận chuyển và nạp cho

buồng đốt. Nếu độ nhớt quá thấp sẽ làm giảm hệ số nạp liệu và tăng sự mài mòn

của bơm nhiên liệu. Do đó để xác định tính phù hợp về độ nhớt của nhiên liệu với

sự hoạt động của động cơ, cần phải đánh giá cụ thể đối với từng loại động cơ và

từng vùng khí hậu khác nhau trong đó động cơ hoạt động. Thông thường độ nhớt

của nhiên liệu diesel, ở 20°C từ 1. 5 đến 6. 0 là phù hợp. Nhiên liệu diesel mùa

đông có độ nhớt thấp hơn nhiên liệu dùng vào mùa hè, VD ở Liên Xô cũ có quy

định:

Nhiên liệu vào mùa hè có độ nhớt: 3. 0 ÷ 6. 0 cSt ở 20°C

Nhiên liệu vào mùa đông có độ nhớt: 1. 8 ÷ 3. 2 cSt ở 20°C

Nhiên liệu vùng Bắc Cực có độ nhớt: 1. 5 ÷ 2. 5 cSt ở 20°C

3.3. 2. Nhiệt độ đông đặc của nhiên liệu:


Trong phạm vi chỉ tiêu chất lượng này, trên thực tế ở các nước xứ lạnh cần

phân biệt 2 loại nhiên liệu diesel: loại nhiên liệu cho mùa đông và loại nhiên liệu

cho mùa hè. Loại dùng cho mùa đông có nhiệt độ đông đặc rất thấp, đôi khi tới -

45°C. Ngoài ra còn có loại nhiên liệu diesel dùng cho vùng Nam và Bắc cực. Ở các

nước nhiệt đới như nước ta chỉ dùng nhiên liệu diesel cho mùa hè, tùy theo vùng

khí hậu có thể sử dụng nhiên liệu diesel có nhiệt độ đông đặc không vượt quá +5°C

hoặc +9°C.

3.4. Tính ăn mòn của nhiên liệu diesel:

Cũng như xăng, trong nhiên liệu diesel có mặt một lượng tạp chất mang tính ăn mòn kim loại. Yêu cầu lượng tạp chất này không được vượt quá giới hạn cho phép, để tính ăn mòn kim loại không ảnh hưởng đến chất lượng nhiên liệu. Tính ăn

17

mòn kim loại của nhiên liệu diesel được đánh giá bằng các chỉ tiểu chất lượng: Kiểm nghiệm ăn mòn mảnh đồng, hàm lượng lưu huỳnh tổng số và độ axit của nhiên liệu.

3.4.1.Kiểm nghiệm ăn mòn mảnh đồng :


Các nhiên liệu diesel cần phải kiểm nghiệm ăn mòn mảnh đồng, ở nhiệt độ xác đinh trong khoảng thời gian quy định.

3.4.2.Hàm lượng lưu huỳnh tổng số:

Tiêu chuẩn xác định ASTM D129, ASTM D 2622.

Khác với tiêu chuẩn ASTM D 1266 (TCVN 2708-78) chỉ dùng cho các sản phẩm nhẹ, có thể cháy hòan toàn trong dụng cụ đốt đèn. Đối với những sản phẩm cháy không hòan toàn trong dụng cụ đốt đèn như nhiên liệu diesel, nhiên liệu đốt lò, và cả các loại dầu nhờn có hoặc không có phụ gia và mỡ nhờn, không thể sử dụng theo tiêu chuẩn ASTM D1266. Trong những trường hợp này cần dùng tiêu chuẩn ASTM D 129 hoặc ASTM D 2622.

Tiêu chuẩn ASTM D 129 dùng xác định hàm lượng lưu hùynh tổng số (% KL) bằng cách thiêu đốt mẫu phân tích trong bom khí oxy có thể tích không nhỏ hơn 300ml và áp suất cao. Các hợp chất lưu huỳnh cháy trong điều kiện này hình thành SO3, được chuyển thành thể muối kết tủa bari sunfart (BaSO4). Lượng muối này được định lượng theo phương pháp phân tích khối lượng.

Tiêu chuẩn ASTM D 2622 xác định hàm lượng lưu huỳnh tổng số của các sản phẩm dầu lỏng hoặc rắn có thể chuyển thành dạng lỏng bằng cách gia nhiệt vừa phải hoặc hòa tan trong dung môi hữu cơ. Mẫu được đặt trong chùm tia X và đo cường độ của vạch phổ lưu huỳnh. So sánh với cường độ của các mẫu có hàm lượng lưu huỳnh đã chuẩn bị trước, từ đó tính ra hàm lượng lưu huỳnh trong mẫu thí nghiệm. Hàm lượng lưu huỳnh của các loại nhiên liệu diesel yêu cầu phải nhỏ hơn từ 0.5 tới 1% KL.

18

Hàm lượng lưu huỳnh trong động cơ diesel cao sẽ gây nên sự ăn mòn các chi tiết trong động cơ rất nhanh. Khi hàm lượng lưu huỳnh tăng từ 0,12- 0,57, mức ăn mòn xécmăng và piston tăng lên 5,5 lần, còn ăn mòn xi lanh tăng 3,5 lần. Để giảm tác hại ăn mòn người ta dùng các loại dầu nhờn có trị số kiềm tổng cao tương ứng, đủ trung hòa hết phần axit tạo thành khi nhiên liệu cháy trong động cơ. Hiện nay có xu hường tiết giảm hàm lượng lưu huỳnh trong các loại nhiên liệu do các quy định bảo vệ môi trường.

3.4.3. Độ axit:


TCVN 6325-1997, ASTM D 664

Cũng như đối với xăng, để đánh giá tính ăn mòn của nhiên liệu diesel cần xác định độ axit hay tổng axit (TAN) biểu thị bằng lượng kali hydroxit (KOH) đủ trung hòa lượng axit có trong 1 gam nhiên liệu (đơn vị đo mg KOH/g), cũng có thể sử dụng đơn vị đo mg KOH/ 100mL nhiên liệu.

Tiêu chuẩn TCVN 2695-1995, ASTM D 974 được sử dụng để xác định độ axit của nhiên liệu diesel và cả của các loại dầu nhờn bằng chuẩn độ thể tích với chất chỉ thị màu thích hợp.

Tiêu chuẩn TCVN 6325-1997, ASTM D 664 là phương pháp chuẩn độ đo điện thế.

3.4.4.Hàm lượng nước:

Tiêu chuẩn xác định ASTM D 95

Nước lẫn vào nhiên liệu làm tăng sự điện ly của các chất gây ăn mòn có lẫn trong sản phẩm. Hàm lượng nước được xác định đối với các nhiên liệu nặng như diesel, nhiên liệu đốt lò và các loại dầu nhờn. Phương pháp xác định là chưng cất tách nước trong dụng cụ thí nghiệm chuyên dụng. Quy định hàm lượng nước trong nhiên liệu diesel không được vượt quá tỷ lệ cho phép. Cũng có thể xác định hàm lượng nước cùng tạp chất cơ học hoặc cùng với cặn đáy.

3.5.Tính mài mòn kim loại của nhiên liệu diesel:

19

Khi vận hành, ở bất cứ loại hay kiểu động cơ đốt trong nào, cũng đều có cặn cacbon tạo thành ở các dạng khác nhau. Hiện tượng này đặc biệt thấy rõ trong động cơ diesel do nhiên liệu diesel tương đối nặng và điều kiện làm việc của động cơ khá khắc nghiệt. Cặn cacbon tạo thành là nguyên nhân cơ bản làm tăng tính mài mòn các chi tiết ma sát và có thể làm hỏng các chi tiết riêng biệt. Do đó yêu cầu hạn chế hiện tượng mài mòn này tới tối thiểu. Ngoài ra trong nhiên liệu diesel có thể lẫn các loại bụi cát, mùn kim loại… có tên chung là tạp chất cơ học (cặn đáy). Các loại tạp chất này cùng với cặn cacbon làm tăng tính mài mòn đối với các chi tiết máy của động cơ do đó cần được kiểm tra kỹ lưỡng.

Tình mài mòn kim loại của nhiên liệu diesel được đánh giá bằng các chỉ tiêu chất lượng : hàm lượng tro, độ cốc conradson hay độ cốc Ramsbottom, hàm lượng nước và tạp chất cơ học, hàm lượng cặn đáy.

3.5.1.Hàm lượng tro:


Tro là chất cặn không bị đốt cháy của nhiên liệu. Trong tro có những muối, tạp chất vô cơ chứa trong các sản phẩm dầu. Thực chất của phương pháp xác định tro là đốt cháy một lượng sản phẩm dầu rùi nung cặn tới khối lượng không đổi. Hàm lượng trong được xác định theo đơn vị phần trăm khối lượng.

3.5.2.Độ cốc conradson:


Chỉ tiêu này nhằm định lượng cặn than còn lại sau khi đã bay hơi và phân hủy hết một lượng sản phẩm dầu mỏ. Hàm lượng cặn cacbon biểu diễn bằng %KL. Có thể định lượng cặn cacbon trong nhiên liệu diesel ( hoặc trong cặn 10% khối lượng của nó) và xác đinh đối với dầu nhờn. Thực chất của phương pháp này là làm bay hơi và hóa than một lượng sản phẩm dầu mỏ xác định trong điều kiện nhất định, thực hiện trong một bộ dụng cụ chuyên dụng có tên là dụng cụ conradson, sau đó định lượng cặn than tạo thành.

3.5.3.Độ cốc Ramsbottom:

Tiêu chuẩn xác đinh TCVN 6018-1995, ASTM D 524

20

Tương tự độ cốc conradson, độ cốc Ramsbottom biểu hiện cho xu hướng tạo cặn than trong động cơ đốt trong. Nguyên tắc xác định là nung cháy một lượng mẫu tại nhiệt độ cao, không có không khí, để nhiên liệu phân hủy và cháy hết chỉ còn cặn cốc ở lại, đem xác định theo phần trăm khối lượng theo mẫu thí nghiệm. Tiêu chuẩn chất lượng này cũng dành cho nhiên liệu diesel và các loại dầu nhờn.

Hàm lượng tro và độ cốc là những chỉ tiêu chất lượng quan trọng đối với nhiên liệu diesel. Nhiên liệu diesel dùng cho động cơ tốc độ cao ở nước ta theo quy định phải có hàm lượng tro không vượt quá 0,01%KL và độc cốc conradson không được vượt quá 0.3%KL (có nước quy định đánh giá độ cốc Ramsbottom). Ngoài ra còn có thể đánh giá tính chống mài mòn nhờ hai chỉ tiêu hàm lượng nước và tạp chất cơ học.

3.5.4.Nước và tạp chất cơ học:

Tiêu chuẩn xác định ASTM D 2709, ASTM D 95, ASTM D 96

Nước và tạp chất cơ học được đánh giá theo phần trăm thể tích so với nhiên liệu, theo tiêu chuẩn ASTM D 2709 bằng phương pháp ly tâm, theo tiêu chuẩn ASTM D 95 bằng phương pháp chưng cất.

Hàm lượng nước và cặn đáy được đánh giá theo ASTM D 96 sử dụng cho mẫu dầu thô.

Ý nghĩa thực tế của hai chỉ tiêu này theo ASTM D 2709 và ASTM D 95 tương tự như nhau, chỉ khác nhau ở phương pháp thí nghiệm. Yêu cầu các nhiên liệu diesel phải có hàm lượng nước và tạp chất cơ học không vượt qúa 0,05%V.

3.5.5.Hàm lượng cặn đáy:

Tiêu chuẩn xác định ASTM D791, ASTM D 473.

Cặn đáy được xác định theo hai tiêu chuẩn

Tiêu chuẩn ASTM D 791 bằng phương pháp ly tâm và đo bằng phần trăm khối lượng so với mẫu thí nghiệm.

Tiêu chuẩn ASTM D 473 bằng phương pháp triết tách và đo bằng phần trăm khối lượng so với mẫu thí nghiệm.

21

Tính năng an toàn và chống cháy nổ

Để đặc trưng cho tính an toàn chống chảy nổ của các loại sản phẩm dầu mỏ, người ta quy định chỉ tiêu cần xác địn là nhiệt độ chớp cháy (điểm chớp cháy). Nhiệt độ chớp cháy là nhiệt độ mà tại đó hơi nhiên liệu ( hoặc dầu nhờn) được đốt nóng tạo thành hỗn hợp với không khí, bị bén cháy khi có tia lửa ở gần. Người ta phân biệt

Nhiệt độ chớp cháy cốc kín

Tiêu chuẩn xác định TCVN 2693-1995, ASTM D93

Nhiệt độ chớp cháy cốc hở


Hai phép đo này chỉ khác nhau ở chỗ một bên mẫu thí nghiệm đặt trong cốc kim loại đậy kín, một bên đựng trong cốc kim loại để hở. Các mẫu cốc đều được đốt nóng và theo dõi nhiệt độ. Tại thời điểm hơi trên bề mặt cốc bén cháy khi có tia lửa ở gần thì nhiệt độ mẫu tại thời điểm đó là nhiệt độ chớp cháy.

Đối với nhiên liệu và dầu nhờn máy bay, cần xác định nhiệt độ chớp cháy cốc kín. Đối với các loại dầu nhờn xác định theo nhiệt độ chớp cháy cốc hở.

Quy định nhiệt độ chớp cháy của nhiên liệu diesel không được thấp hơn giới hạn cho phép. Nếu nhiệt độ chớp cháy của một loại nhiên liệu diesel thấp hơn giới hạn quy định, nghĩa là nó lẫn nhiên liệu nhẹ hơn và khi sử dụng sẽ gây mất an toàn cháy nổ, nhất là trong không gian nóng và kém thông thoáng. Tùy từng loại nhiên liệu diesel nhiệt độ chớp cháy quy định không thấp hơn 50-65oC.

3.6.Tính năng an toàn và chống cháy nổ:

Để đặc trưng cho tính an toàn chống chảy nổ của các loại sản phẩm dầu mỏ, người ta quy định chỉ tiêu cần xác địn là nhiệt độ chớp cháy (điểm chớp cháy). Nhiệt độ chớp cháy là nhiệt độ mà tại đó hơi nhiên liệu ( hoặc dầu nhờn) được đốt

22

nóng tạo thành hỗn hợp với không khí, bị bén cháy khi có tia lửa ở gần. Người ta phân biệt

1) Nhiệt độ chớp cháy cốc kín:


2) Nhiệt độ chớp cháy cốc hở:


Hai phép đo này chỉ khác nhau ở chỗ một bên mẫu thí nghiệm đặt trong cốc kim loại đậy kín, một bên đựng trong cốc kim loại để hở. Các mẫu cốc đều được đốt nóng và theo dõi nhiệt độ. Tại thời điểm hơi trên bề mặt cốc bén cháy khi có tia lửa ở gần thì nhiệt độ mẫu tại thời điểm đó là nhiệt độ chớp cháy.

Đối với nhiên liệu và dầu nhờn máy bay, cần xác định nhiệt độ chớp cháy cốc kín. Đối với các loại dầu nhờn xác định theo nhiệt độ chớp cháy cốc hở.

Quy định nhiệt độ chớp cháy của nhiên liệu diesel không được thấp hơn giới hạn cho phép. Nếu nhiệt độ chớp cháy của một loại nhiên liệu diesel thấp hơn giới hạn quy định, nghĩa là nó lẫn nhiên liệu nhẹ hơn và khi sử dụng sẽ gây mất an toàn cháy nổ, nhất là trong không gian nóng và kém thông thoáng. Tùy từng loại nhiên liệu diesel nhiệt độ chớp cháy quy định không thấp hơn 50-65oC.

4.PHÂN LOẠI VÀ YÊU CẦU KỸ THUẬT NHIÊN LIỆU DIESEL THƯƠNG PHẨM:

4.1.Phân loại nhiên liệu diesel:

4.1.1.Phân loại nhiên liệu diesel theo số vòng quay động cơ và trị số xetan của nhiên liệu:

Theo cách phân loại này có hai nhóm nhiên liệu diesel:

Nhóm 1: Nhiên liệu diesel dùng cho động cơ cao tốc,phân thành hai loại nhiên liệu:

Loại Super có TSXT bằng 50 và phạm vi nhiệt độ sôi 180÷320°C,được dùng cho động cơ tốc độ cao như xe bus,xe hàng,xe tải,…Loại này thường được sản xuất từ phân đoạn gasoil nhẹ chưng cất trực tiếp.

23

Loại thường có TSXT bằng 52 nhưng phạm vi nhiệt độ sôi rộng hơn 175÷345°C,thường được sản xuất bằng cách pha trộn theo những tỷ lệ hợp lí các phân đoạn naphta,kerosen, gasoil của các dây chuyền chế biến sâu cracking,hydrocracking…Nhiên liệu này cũng dùng cho động cơ cao tốc,nhưng chất lượng kém hơn loại Super.

Nhóm 2: Nhiên liệu diesel cho động cơ tốc độ thấp ,cũng đòi hỏi có những tiêu chuẩn chất lượng tương tự nhiên liệu cho động cơ cao tốc,tuy vậy TSXT của chúng kém hơn,chỉ bằng 40÷45,độ bay hơi thấp,điểm sôi cuối cao hơn (FBP vào khoảng 360÷370°C).

4.1.2.Phân loại nhiên liệu diesel theo hàm lượng lưu huỳnh:

Theo TCVN 5689-1997 ,dựa vào hàm lượng lưu huỳnh có thể phân chia nhiên liệu diesel thành hai loại như sau:

a) Nhiên liệu diesel có hàm lượn lưu huỳnh không lớn hơn 0.5% khối lượng,ký hiệu DO 0.5% S.

b) Nhiên liệu diesel có hàm lượng lưu huỳnh từ lớn hơn 0.5÷1 % khối lượng,ký hiệu DO 1% S.

4.2.Yêu cầu kỹ thuật của nhiên liệu diesel:

4.2.1.Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5689-1997

Trong thời kì kinh tế kế hoạch hóa trước đây,nước ta thường sử dụng các loại nhiên liệu diesel mùa hè,sản xuất ở Liên Xô cũ,dùng cho các loại động cơ có tốc độ cao như các loại nhiên liệu nhãn hiệu DL,DC và L theo GOST 4749-73 và 305-73.Các loại nhiên liệu này tương đương nhiên liệu số 0 và số 10(của Trung Quốc),với loại MIL-16884 (của Mỹ),với loại số 1 và số 2 JISK 2204-1965(của Nhật)

Hiện nay ta thường nhập khẩu nhiên liệu diesel từ các nước trong khu vực.Ta đã xây dựng tiêu chuẩn Việt Nam về yêu cầu kỹ thuật đối với nhiên liệu diesel.Sau đây sẽ trích dẫn nội dung chủ yếu của TCVN 5689-1997 về yêu cầu kỹ thuật với nhiên liệu diesel

24

a) Phạm vi áp dụng:

Tiêu chuẩn này qui định yêu cầu kỹ thuật và các phương pháp thử cho nhiên liệu diesel dùng cho động cơ diesel.Nhiên liệu diesel được ký hiệu là DO.

b) Tiêu chuẩn trích dẫn:

TCVN 2690-1995 Sản phẩm dầu mỏ.Xác định hàm lượng tro.

TCVN 2690-1995 Sản phẩm dầu mỏ.Phương pháp xác định điểm chớp cháy cốc kín.

TCVN 2694-1995 Sản phẩm dầu mỏ.Phương pháp xác định độ ăn mòn mảnh đồng.

TCVN 2698-1995 Sản phẩm dầu mỏ.Phương pháp xác định thành phần cất.

TCVN 2715-1995 Chất lỏng dầu mỏ.Lấy mẫu thủ công.

TCVN 3178-79 Nhiên liệu motor.Xác định nhựa thực tế.

TCVN 3753-1995 Sản phẩm dầu mỏ.phương pháp xác định điểm đông đặc.

TCVN 3891-84 Sản phẩm dầu mỏ.Đong rót,ghi nhãn vận chuyển và bảo quản.

TCVN 6234-1997 Sản phẩm dầu mỏ. Phương pháp xác định cặn cacbon Conradson.

ASTM D 129-91 Xác định hàm lượng lưu huỳnh trong sản phẩm dầu mỏ (phương pháp bom).

ASTM D 445-88 Phương pháp xác định độ nhớt động học của các chất lỏng trong suốt và không trong suốt (và cách tính toán độ nhớt động lực học ).

ASTM D 976-91 Phương pháp xác định trị số xetan trong nhiên liệu chưng cất bằng cách tính.

ASTM D 2622-87 Xác định lưu huỳnh trong sản phẩm dầu mỏ bằng phương pháp quang phổ tia X

25

ASTM D 2709-88 Xác định nước và tạp chất trong nhiên liệu chưng cất bằng phương pháp ly tâm

c)Yêu cầu kỹ thuật:

Chỉ tiêu chất lượng nhiên liệu diesel thông dụng được cho trong bảng sau:

Chỉ tiêu chất lượng

Phương pháp thử theo chất

lượng

Mức quy định theo

Petrolimex nhập khẩu

Tiêu chuẩn Việt Nam

SNG

Phương pháp thử

Mức quy định


Mức quy định

Trị số xetan ASTM-D976

Min 45,00 3180-79

Min 45,00

G.3122 Min 45,00

Thành phần cất, oC

-Điểm cất 50%V

-Điểm cất 90%V

ASTM-D86

Max 290

Max 370

2698-1995

Max 290

Max 370

G.2177

Max 280

Max 360

Độ nhớt, ở 20oC, cSt

ASTM-D445

1,8-5,0(40 oC)

3171-79

3,5 ÷6,0 G.33 3,00÷6,00

Nhiệt độ chớp cháy cốc kín, oC

ASTM-D98

Min 60,00 2693-1995

Min 50,00

G.6356 Min 40,00

Nhựa thực tế, mg/100mL

ASTM-D831

3178-79

Max 50

Hàm lượng tro S, %TL

ASTM-D482

Max 0,02 2690-1995

Max 0,02

G.1461 Max 0,01

26

Hàm lượng nước, %V

ASTM-D95

Max 0,05 2692-1995

Không G.2477 Không

Hàm lượng S, %TL

ASTM-D1551

Max 1,00 2708-78

Max 1,00

G191121 Max 0,50

Ăn mòn đồng 3h/50 oC

ASTM-D130

Max N-1

Màu sắc ASTM

ASTM-D1500

Max N-2

Tỷ trọng ở 15 oC, g/cm3

ASTM-D1298

Max 0,870 3893-84

Max 0,86

G.3900 Max 0,860

Điểm đông đặc, oC

-Mùa đông 1/10÷ 31/3

-Mùa hè 1/4÷ 30/9

ASTM-D97

Max 9,00 3753-1995

Max=-5

Max=+5

G.5066 Max 10,0

Mã hiệu và chỉ tiêu kỹ thuật của nhiên liệu diezen thông dụng

27

Chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu diesel cao tốc cho trong bảng sau:

Chỉ tiêu chất lượng

Phương pháp thử theo chất

lượng

Mức quy định theo

Petrolimex nhập khẩu

Tiêu chuẩn Việt Nam

SNG


Mức quy định


Mức quy định

Trị số xetan

ASTM-D976

Min 48,00 3180-79

Min 50,00 ASTM-D613

Min 50,00

Thành phần cất,

oC

-Điểm cất 50%V

-Điểm cất 90%V

ASTM-D86

Max 270

Max 350

2698-1995

Max 290

Max 370

Độ nhớt, ở 20oC, cSt

ASTM-D445

1,8-5,0(40 oC)

3171-79

4,5 ÷8,0(20oC)

ASTM-D445

2,00÷7,50(38oC)

Nhiệt độ chớp cháy cốc kín, oC

ASTM-D98

Min 60,00 2693-1995

Min 65,00 P.170 Min 60,00

28

Nhựa thực tế,

mg/100mL

ASTM-D831

3178-79

Max 50

Hàm lượng tro S, %TL

ASTM-D482

Max 0,02 2690-1995

Max 0,02 ASTM-D482

Max 0,01

Hàm lượng

nước, %V

ASTM-D95

Max 0,05 2692-1995

Không ASTM-D95

Max 0,05

Hàm lượng S,

%TL

ASTM-D1551

Max 0,50 2708-78

Max 1,00 ASTM-D129

Max 0,01

Ăn mòn đồng

3h/50 oC

ASTM-D130

Max N-1 Max N-1 ASTM-D130

Max 1

Màu sắc ASTM

ASTM-D1500

Max N-2 ASTM-D1500

Max 4,00

Tỷ trọng ở 15 oC, g/cm3

ASTM-D1298

Max 0,870 3893-84

Max 0,86(20oC)

Điểm đông đặc,

oC

-Mùa đông 1/10÷ 31/3

-Mùa hè 1/4÷ 30/9

ASTM-D97

Max 5,00 3753-1995

Max=-5

Max=+5

ASTM-D97

0,00÷6,00

Mã hiệu và chỉ tiêu kỹ thuật của nhiên liệu diezen cao tốc

29

d) Phương pháp thử :

Lấy mẫu thử : Theo TCVN 2715-1995

Phương pháp thử : Các phương pháp thử ứng với từng chỉ tiêu cho từng loại nhiên liệu diesel

e) Đóng gói,ghi nhãn,vận chuyển và bảo quản:

Theo TCVN 3891-84

Chỉ tiêu chất lượng diesel theo tiêu chuẩn Việt Nam mới (TCVN 5689:2005)

TT Tên chỉ tiêu Mức Ph ươ ng pháp thử

1 Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg,

max.

500 2500 TCVN 6701:2002 (ASTM D 2622)/ ASTM D 5453

2 Chỉ số xêtan, min. 46 ASTM D4737

3 Nhiệt độ cất, °C, 90% thể tích, max.

360 TCVN 2698:2002/ (ASTM D 86)

4 Điểm chớp cháy cốc kín, °C, min.

55 TCVN 6608:2000 (ASTM D 3828)/

ASTM D 93

5 Độ nhớt động học ở 40°C, mm2/ s

2 - 4,5 TCVN 3171:2003 (ASTM D 445)

6 Cặn các bon của 10% cặn chưng

cất, %khối lượng, max.

0,3 TCVN 6324:1997 (ASTM D 189)/ ASTM D 4530

7 Điểm đông đặc, + 6 TCVN 3753:1995/

30

°C, max. ASTM D 97

8

Hàm lượng tro, %khối lượng, max.

0,01 TCVN 2690:1995/ ASTM D 482

9 Hàm lượng nước, mg/kg, max.

200 ASTM E203

10 Tạp chất dạng hạt, mg/l, max.

10 ASTM D2276

11 Ăn mòn mảnh đồng ở 50°C, 3

giờ, max.

Loại 1 TCVN 2694: 2000/ (ASTM D 130-88)

12 Khối lượng riêng ở 15°C, kg/m3

820 - 860 TCVN 6594: 2000 (ASTM D 1298)/

ASTM 4052

13 Độ bôi trơn, µm, max.

460 ASTM D6079

14 Ngoại quan Sạch, trong ASTM D4176

4.3.So sánh tiêu chuẩn chất lượng diesel trong nước và thế giới:

Euro II TCVN 2005 Euro IV/V

Poly Aromatics, vol%, max

N/A - 11/6

Lưu huỳnh, ppm, max

2,000 500/2,500 50/10

31

Chỉ số cetane, min 49 46 51

Tỷ trọng ở 15 °C, kg/m3

820 - 860 820 - 860 820 - 845

Nhiệt độ ở T95, °C, max

370 - 360

III-NHIÊN LIỆU SINH HỌC BIODIESEL:

1. Giới thiệu chung về bio-diesel:

Hiện nay,nguồn dầu khoáng đang cạn kiệt dần và vấn đề ô nhiễm môi trường đặt ra cho con người phải tìm ra những loại nhiên liệu thay thế.Trong những năm gần đây,rất nhiều nước trên thế giới đã quan tâm tới sản xuất các loại nhiên liệu sạch,đặc biệt là nhiên liệu sinh học.Biodiesel là nhiên liệu sinh học được quan tâm hơn cả do xu hướng diesel hóa động cơ trên toàn cầu.Ở Việt Nam các nhà khoa học đã bắt tay vào nghiên cứu sản xuất biodiesel trong phòng thí nghiệm và quy mô sản xuất nhỏ và rất có triển vọng.

Biodiesel là các alkyl este của axyt béo,một phụ gia rất tốt cho nhiên liệu diesel để làm giảm lượng khí thải,hơn thế nữa nó là nguồn nguyên liệu có thể tái tạo được.Biodiesel được sản xuất từ các nguồn khác nhau như dầu,mỡ động thực vật,từ cặn dầu thải.

So sánh nhiên liệu sinh học và nhiên liệu từ dầu mỏ:

Nhiên liệu dầu mỏ Nhiên liệu sinh học

Sản xuất từ dầu mỏ Sản xuất từ nguyên liệu thực vật

Hàm lượng lưu huỳnh cao Hàm lượng lưu huỳnh cực thấp32

Chứa hàm lượng chất thơm Không chứa hàm lượng chất thơm

Khó phân hủy sinh học Có khả năng phân hủy sinh học cao

Không chứa hàm lượng oxy Có 11% oxy

Điểm chớp cháy thấp Điểm chớp cháy cao

Như vậy việc phát triển nhiên liệu sinh học có lợi về nhiều mặt như sẽ giúp nhiên liệu cháy triệt để hơn (vì thêm oxy trong thành phần nhiên liệu ),giảm đáng kể các khí thải độc hại như SO2, CO , CO2,các hydrocarbon chưa cháy hết,giảm cặn buồng đốt…mở rộng nguồn năng lượng,đóng góp vào an ninh năng lượng

2.Các nguồn nguyên liệu để sản xuất biodiesel:

Nguyên liệu chính để sản xuất biodiesel là dầu thực vật,trong dầu thực vật có chứa lipit, triglyxerit, photpholipit, sáp ,hợp chất chứa Nito ,Saccarit và dẫn xuất của chúng, nguyên tố khoáng chất ( chất trơ ) ,..trong đó để sản xuất biodiesel chủ yếu sử dụng thành phần triglyxerit của dầu thực vật.

Ngoài ra còn có các nguồn khác như:

Mỡ động vật,với loại nguyên liệu này,ngoài tác nhân trao đổi este là metanol,có thể dùng tác nhân 65% metanol+ 35% etanol cũng thu được độ nhớt cần thiết của biodiesel

Dầu phế thải của nhà máy chế biến dầu,mỡ:Trị số xetan của sản phẩm thu được cũng đạt tới 49,đáp ứng tiêu chuẩn của diesel thông dụng

Dầu tảo: Cho hiệu suất thu hồi biodiesel cao hơn dầu thực vật

3.Các phương pháp tổng hợp biodiesel:

3.1.Tổng hợp biodiesel theo phương pháp trao đổi este:

33

Phương pháp chuyển hóa este tạo biodiesel là tốt nhất,vì các đặc tính vật lý của alkyl este rất gần với nhiên liệu diesel thông dụng và các quá trình này cũng tương đối đơn giản,chi phí thấp

R1COOCH2 CH2-OH R1 COOR │ │R2COOCH + 3ROH ↔ CH-OH + R2 COOR │ │R3 COOCH2 CH2-OH R3 COOR

Dầu thực vật rượu mạch thẳng Gryxerin Biodiesel

Tác nhân phản ứng trao đổi este là các alcol khác nhau,thông thường hay dùng là metanol.

3.2.Tổng hợp biodiesel bằng phương pháp hydrocracking xúc tác dầu thực vật:

Phương pháp này thực hiện ở nhiệt độ cao,450 ÷500° có sử dụng xúc tác.Bản chất là sẽ xảy ra phản ứng cắt đứt liên kết C-H ,liên kết C-OOR để tạo ra các hydrocarbon khác nhau,tách ra CO2, hoặc H2O.Như vậy khác với phương pháp trao đổi este,sản phẩm tạo ra hầu như không còn oxy,thành phần gần giống diesel khoáng.Sản phẩm thu được gọi là Green diesel không chứa oxy có trị số xetan đạt rất cao tới 80,90.

3.3.Nhiệt phân dầu thực vật:

Nhiệt phân là phân hủy các phân tử dầu thực vật bằng nhiệt không có mặt của oxy,kết quả tạo ra các alkan, alkadien ,các axit cacboxylic ,hợp chất thơm và lượng nhỏ các sản phẩm khí

4.So sánh chất lượng biodiesel và diesel khoáng :

Sản phẩm cháy của biodiesel sạch hơn nhiều so với nhiên liệu diesel khoáng,riêng B-20 (20% biodiesel ,80% diesel khoáng ) có thể được sử dụng trong các động cơ diesel mà không cần làm thay đổi kết cấu của động cơ,thực tế các động cơ diesel sẽ chạy tốt hơn khi pha chế 20% diesel

So sánh tính chất của nhiên liệu diesel khoáng với biodiesel

Các chỉ tiêu biodiesel Diesel khoáng

Tỷ trọng 0.87÷0.89 0.81÷0.89

34

Độ nhớt động học ở 40°C,cSt

3.7÷5.8 1.9÷4.1

Trị số xetan 46÷70 40÷55

Nhiệt lượng tỏa ra khi cháy,cal/g

37000 43800

Hàm lượng lưu huỳnh,% 0.0÷0.0024 0.5

Điểm vẩn đục,°C -11÷16 -

Chỉ số iot 60÷135 8.6

5.Ưu điểm của biodiesel:

a) Trị số xetan cao: Biodiesel là các alkyl este mạch thẳng do vậy có trị số xetan cao hơn so với diesel khoáng,trị số xetan của biodiesel thường từ 56÷58

b) Hàm lượng lưu huỳnh thấp : Trong biodiesel hàm lượng lưu huỳnh rất thấp,khoảng 0.001% .Đặc tính này của Biodiesel giúp làm giảm đáng kể khí thải và ăn mòn động cơ

c) Quá trình cháy sạch : Do trong nhiên liệu biodiesel chứa khoảng 11% oxy nên quá trình cháy của nhiên liệu xảy ra hoàn toàn.Vì vậy với những động cơ sử dụng nhiên liệu Biodiesel thì sự tạo muội,đóng cặn trong động cơ giảm đáng kể.

d) Khả năng bôi trơn cao nên giảm mài mòn: Biodiesel có khả năng bôi trơn bên trong rất tốt,khi thêm vào một tỉ lệ thích hợp biodiesel sự mài mòn của động cơ được giảm mạnh

e) Tính ổn định của biodiesel: Sự thuận lợi rất lớn về mặt môi trường của biodiesel là khả năng phân hủy rất nhanh,tuy nhiên cần chú ý trong khâu bảo quản.

f) Khả năng thích hợp cho mùa đông: biodiesel rất phù hợp cho sử dụng vào mùa đông ở -20°C do ít kết tinh và có TSXT cao

g) Giảm lượng khí thái độc hại và nguy cơ gây bệnh ung thư:Do trong biodiesel có rất ít S và các hợp chất thơm,cháy triệt để

h) An toàn về cháy nổ tốt hơn : biodiesel có nhiệt độ chớp cháy cao,trên 110°C so với diesel khoáng chỉ 60°C

35

i) Nguồn nguyên liệu cho tổng hợp hóa học : biodiesel còn dùng sản xuất rượu béo,dược phẩm,…

k) Có khả năng tái sinh: tạo ra nguồn năng lượng độc lập dầu mỏ,tái sinh được

h) Tận dụng dầu thải để làm biodiesel

Bên cạnh đó biodiesel cũng có một số hạn chế như giá thành khá cao ,tính chất thời vụ,có thể gây ô nhiễm nếu quá trình sản xuất không đảm bảo

CHƯƠNG III : KẾT LUẬNHiện nay hàng năm nước ta tiêu thụ một khối lượng xăng dầu khoảng 6-7

triệu tấn và con số tiêu thụ mỗi năm một tăng.Tuy nhiên do hiểu biết chung về kỹ thuật động cơ và chất lượng xăng dầu của người dân còn hạn chế nên việc sử dụng chúng chưa thật đúng quy định.Hiện tượng dùng tự do,tùy tiện các loại xăng dầu có trên thị trường gây ra những hậu quả không tốt cho nhiều hoạt động của một số ngành kinh tế quốc dân cũng như thiệt hại cho người tiêu dùng trong xã hội.

Hiểu được nguyên lí làm việc của các loại động cơ và ý nghĩa các chỉ tiêu chất lượng xăng dầu để kinh doanh và sử dụng xăng dầu đúng chất lượng,đúng nhãn hiệu,đúng quy cách là rất cần thiết và có ý nghĩa kinh tế lớn.Góp phần nâng cao hiệu quả của các ngành sản xuất,bảo đảm công suất tuổi thọ các loại động cơ,…

Trong phạm vi tiểu luận này em trình bày những hiểu biết mình đã đọc và học được trong quá trình tìm hiểu về nhiên liệu cho động cơ diesel.Tuy nội dung còn sơ sài do trình độ của người viết,nhưng em nhận thấy nó đã khá bao quát về nhiên liệu diesel.Em mong được cô giáo giúp đỡ tận tình chỉ bảo thêm những phần còn thiếu sót,để em có thể hoàn thiện thêm hiểu biết của mình.Em xin chân thành cảm ơn.

36

CHƯƠNG IV: TÀI LIỆU THAM KHẢO

1: Hóa học dầu mỏ và khí .PGS.TS Đinh Thị Ngọ.Nhà xuất bản khoa hoc và kỹ

thuật 2009.

2: Nhiên liệu sạch. PGS.TS Đinh Thị Ngọ,TS.Nguyến Khánh Diệu Hồng. Nhà xuất

bản khoa hoc và kỹ thuật 2009.

3: Trang web : congnghedaukhi.com ,petrolimex.com.vn,hoahocvietnam.com ,…

37

4: Hướng dẫn sử dụng nhiên liệu dầu mỡ.Vũ Tam Huề,Nguyễn Phương Tùng.Nhà

xuất bản khoa học và kĩ thuật 2004.

38

Tiểu luận nhiên liệu cho động cơ diesel

Engineering

Transcript of Tiểu luận nhiên liệu cho động cơ diesel