chuyên đề nhiên liệu thay thế dme trên xe bus

CHUYÊN ĐỀ NHIÊN LIỆU THAY THẾ
ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU - ỨNG DỤNG NHIÊN LIỆU THAY THẾ DME
TRÊN XE BUS

NỘI DUNG

LỜI MỞ ĐẦU
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU MÔI
TRƯỜNG CỦA ĐỘNG CƠ DIESL
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU MÔI TRƯỜNG CỦA
ĐỘNG CƠ D1146 TRÊN XE BUS KHI SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU DME
KẾT LUẬN


NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................

..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
Hà Nội, Ngày ….. tháng …... năm 2018
Giáo Viên Hướng Dẫn


MỤC LỤC


DANH MỤC HÌNH VẼ

4


DANH MỤC BẢNG BIỂU

5


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Số thứ tự

Viết tắt

Diễn giải

1

DME

Dimethyl Ether

2

DO

Diesel oil

3

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

4

QCVN

Qui chuẩn Việt Nam

5

BTDC

Before Top Dead Centre (Trước điểm chết trên)

6

BBDC

Before Bottom Dead Centre (Trước điểm chết
dưới)

7

ATDC

After Top Dead Centre (Sau điểm chết trên)

8

ABDC

After Bottom Dead Centre (Sau điểm chết dưới )

9

GQTK

Góc quay trục khuỷu

10

PM

Particulate Matter (Chất thải dạng hạt)

11

PTCGĐB

Phương tiện cơ giới đường bộ

12

QĐ-TTg

Quyết định – Thủ tướng

13

NĐ-CP

Nghị định – Chính phủ

14

TT-BGTVT

Thông tư – Bộ Giao thông Vận tải

15

BKHCN

Bộ Khoa học Công nghệ

16

HSU

Hartridge Smoke Units (Độ khói của khí thải)

17

ASTM

- Standard test method for distillation of petroleum
products at atmospheric pressure
- Phương pháp xác định thành phần cất ở áp suất
6


Số thứ tự

Viết tắt

Diễn giải
khí quyển
Lượng tiêu thụ nhiên liệu cấp cho chu trình công
tác

18

gct

19

Ne

Công suất của động cơ

20

Me

Mô men xoắn của động cơ

21

ge

Suất tiêu thụ nhiên liệu của động cơ

22

Gnl

Lượng tiêu thụ nhiên liệu

7


MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu chứng minh rằng, dimethyl ether
(DME) có thể được sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ diesel, cho phép giải quyết một
loạt vấn đề xuất hiện khi động cơ diesel sử dụng nhiên liệu diesel truyền thống (DO)
như: Không có khói đen vì DME có hàm lượng ôxy cao và không có liên kết cácboncácbon, giảm đáng kể NOx vì DME có chỉ số xê tan cao và thời gian cháy trễ nhỏ, giảm
ồn từ quá trình cháy do tốc độ tăng áp suất trong xy lanh khi cháy thấp.

Trong nước đã có một số nghiên cứu về sử dụng nhiên liệu DME cho động cơ
diesel, song số lượng nghiên cứu vẫn còn hạn chế. Mặt khác các tiêu chuẩn về khí thải
động cơ ngày càng được thiết chặt, nhất là tiêu chuẩn về nồng độ khói đen, với những ưu
điểm của DME thì việc sử dụng DME làm nhiên liệu cho động cơ diesel là có triển vọng.
Đây là lý do để chọn đề tài nghiên cứu.
2. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Nâng cao các chỉ tiêu môi trường của động cơ diesel hiện đại là một bài toán quan
trọng, một trong những lời giải cho bài toán này là sử dụng nhiên liệu thay thế. Một trong
những nhiên liệu thay thế triển vọng được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trên thế giới
trong những năm gần đây là DME.
Hiện nay ở nước ta số lượng xe bus có lắp động cơ diesel D1146 đang lưu hành
lớn, cùng với đó lượng khí thải do chúng thải ra môi trường lớn. Việc sử dụng nhiên liệu
thay thế sạch trên các phương tiện này nhằm giảm ảnh hưởng tiêu cực của khí thải đến
môi trường cần được nghiên cứu và ứng dụng, vì vậy việc “ Ứng dụng phần mềm Diesel
R-K mô phỏng quá trình phun nhiên liệu ; tính toán các chỉ tiêu môi trường của động cơ
D1146 trên xe bus khi sử dụng nhiên liệu thay thế DME "là cấp thiết.
3. MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1. Mục tiêu của đề tài
Mô phỏng quá trình phun nhiên liệu và tính toán các chỉ tiêu môi trường của động
cơ diesel D1146 trên xe bus bằng biện pháp sử dụng DME làm nhiên liệu, trên phần mềm
chuyên dụng.
3.2. Phương pháp nghiên cứu
Dựa trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết tính toán chu trình công tác của động cơ
diesel để xác định các chỉ tiêu môi trường của động cơ diesel khi sử dụng nhiên liệu DO
và DME, so sánh đối chiếu kết quả tính toán và khuyến cáo sử nhiên liệu DME cho động
cơ diesel.
4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
8

Nội dung nghiên cứu của đề tài gồm 4 chương:
Chương 1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Chương 2. Cơ sở lý thuyết tính toán các chỉ tiêu môi trường của động cơ Diesel
Chương 3. Tính toán các chỉ tiêu môi trường của động cơ D1146 trên xe bus khi
sử dụng nhiên liệu DME bằng phần mềm Diesel–RK

9


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. VẤN ĐỀ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG VÀ GIẢM PHÁT THẢI TỪ CÁC
PHƯƠNG TIỆN CƠ GIỚI
Vấn đề tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải từ các phương tiện cơ giới đang
ngày càng trở nên một vấn đề nóng mang tính toàn cầu. Trên thế giới, ô nhiễm môi
trường do khí thải đang được nhiều nước quan tâm. Các nước Châu Âu là cái nôi của
nghành công nghiệp ô tô bởi những phát minh sáng chế đầu tiên về động cơ ra đời từ lục
địa này. Sự phát triển vượt bậc của thị trường ô tô giai đoạn 1960 – 1970 là bài học về cái
chết của 80 người dân New York trong 4 ngày do thời tiết đảo lộn do ô nhiễm không khí
buộc Chính phủ của các nước Châu Âu xây dựng một chương trình cắt giảm khí thải xe
hơi vào năm 1970. Tuy nhiên phải đến năm 1987 dự luật hoàn chỉnh quy định giá trị
nồng độ giới hạn của các loại khí thải mới được thông qua và người ta vẫn gọi là
EURO.O. Trải qua hơn 20 năm thêm 6 tiêu chuẩn nữa được ban hành bao gồm EURO.1
(1991) và EURO.2 (1996) , EURO.3 (2001) , EURO.4 (2005) , EURO.5 (2008) và 2013
áp dụng tiêu chuẩn EURO.6. Các tiêu chuẩn EURO được áp dụng cho tất cả các nước
liên minh Châu Âu và nhiều nước khác trên thế giới cũng áp dụng hệ thống tiêu chuẩn
này.
Mỹ cũng là nước có tiêu chuẩn phát thải rất ngặt nghèo,các tiêu chuẩn phát thải
khác nhau giữa các bang. Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ EPA(Environmental
Perotection Agency) đặt nhiều định mức tiêu chuẩn khác nhau dựa trên tiêu chuẩn của cơ
quan môi trường. California đứng vị trí đầu tiên với yêu cầu tiêu chuẩn động cơ đạt Tier

2 Bin 5. Theo đó 13 bang khác ở Mỹ sẽ áp dụng tiêu chuẩn này. Hiện nay British
Colombia và Quebec áp dụng tiêu chuẩn California trong khi các bang còn lại ở Mỹ và
Canada áp dụng tiêu chuẩn EPA – Tier 2 Bin 8.
Tại Châu Á, một số nước phát triển như Nhật Bản, Trung Quốc, Hàn Quốc, đưa
tiêu chuẩn phát thải từ rất sớm. Một số nước đang phát triển gần đây cũng bắt đầu từng
bước đưa ra những quy định phát thải riêng. Trong đó Việt Nam bắt đầu áp dụng tiêu
chuẩn khí thải EURO.2 từ năm 2007.
Tại Việt nam, mặc dù vấn đề bảo vệ môi trường được quan tâm muộn hơn so với
các nước khác trên thế giới, nhưng thời kỳ phát triển kinh tế của Việt nam từ sau khi giải
phóng hoàn toàn miền Nam, thống nhất đất nước (1975) đến nay đã cho thấy sự ảnh
hưởng rất lớn của khí thải tới chất lượng không khí và môi trường sống. Chính phủ đã đề
ra nhiều biện pháp nhằm quản lý và giảm thiểu các tác hại của khí thải từ các phương tiện
cơ giới. Điều này được thể hiện qua các minh chứng sau đây:
Quyết định số 249/2005/QĐ – TTg của Chính phủ về lộ trình áp dụng tiêu chuẩn
khí thải đối với phương tiện giao thông cơ giới đường bộ đã được ban hành ngày 10
tháng 10 năm 2005. Theo đó từ ngày 1 tháng 7 năm 2007 tất cả các phương tiện giao
thông cơ giới đường bộ mới đều phải đạt tiêu chuẩn khí thải EURO.2. Đối với loại xe cơ
giới mà kiểu loại đã được chứng nhận an toàn kỹ thuật và bảo vệ môi trường trước ngày 1
10


tháng 7 năm 2007 nhưng chưa sản xuất lắp ráp thì thời điểm áp dụng các tiêu chuẩn khí
thải EURO.2 được lùi lại sau 1 năm, từ 1 tháng 7 năm 2008.
Do nhiều khó khăn đặc biệt về kinh tế , cũng như công nghệ nên Việt Nam chưa
thể áp dụng ngay những tiêu chuẩn ngặt nghèo cho khí thải như các nước phát triển khác.
Tuy nhiên đây cũng là bước đi đúng đắn thể hiện sự cố gắng của Việt Nam trong quá
trình hội nhập với thế giới.
Quy định tiêu chuẩn khí thải của Việt Nam cho các phương tiện giao thông được
thể hiện qua các văn bản sau :
- TCVN 7357 : 2003 (tương đương với tiêu chuẩn Châu Âu 97/24/ EC và

2002/51/EC).
- TCVN 7358 : 2003 (tương đương với tiêu chuẩn Châu Âu 97/24/EC).
- TCVN 5667 : 2006 (tương đương với tiêu chuẩn Châu Âu ECE : 49 – 02 hoặc
91/542/EEC).
- TCVN 6785 : 2006 (tương đương với tiêu chuẩn Châu Âu ECE 83 – 03, ECE 83
– 04 hoặc 96/69/EC).
- TCVN 6565 : 2006 (tương đương với tiêu chuẩn Châu Âu ECE 24 – 03 hoặc
72/306/EEC).
Tính đến thời điểm tháng 10 năm 2010 ở nước ta các doanh nghiệp vẫn phải mang
sản phẩm sang các nước khác để thử nghiệm do điều kiện thử nghiệm trong nước còn hạn
chế. Sau thời điểm này trung tâm thử nghiệm khí thải Quốc gia đã được hoàn thành, hệ
thống thử nghiệm này được xây dựng dưới sự giám sát ngặt nghèo, bảo dẩm diều kiện về
kĩ thuật để cho kết quả chính xác. Hệ thống thiệt bị tại trung tâm có thể thử nghiệm, đánh
gia khí thải ở các mức EURO.2, EURO.4. Đây chính là cơ sở để Việt Nam chủ động
trong việc kiểm tra công nhận kiểu khí thải động cơ, ô tô và từng bước xây dựng lộ trình
kiểm soát khí thải theo các tiêu chuẩn ngặt nghèo hơn.
Ngày 1 tháng 9 năm 2011 Thủ tướng Chính phủ đã ban hành quyết định số
49/2011/QĐ – TTg về việc quy định lộ trình áp dụng tiêu chuẩn khí thải đối với ô tô, xe
mô tô 2 bánh sản xuất, lắp ráp và nhập khẩu mới trong đó có các điểm chính sau :
- Các loại xe ô tô sản xuất, lắp ráp và nhập khẩu mới phải áp dụng tiêu chuẩn khí
thải mức 4 (tương đương EURO.4) từ ngày 1 tháng 1 năm 2017.
- Tiêu chuẩn khí thải mức 5 (tương đương EURO.5) từ ngày 1 tháng 1 năm 2022
Tuy nhiên để quyết định này đi vào thực tiễn thì lộ trình tiêu chuẩn về nhiên liệu
sử dụng cho động cơ cũng cần được áp dụng sớm, nhằm đảm bảo cơ sở cho việc thực
hiện, kiểm soát phát thải một cách toàn diện và đồng thời bảo vệ được phương tiện do
những tác hại của việc sử dụng nhiên liệu không đúng chủng loại gây ra.
Bên cạnh các tiêu chuẩn nói trên thì tại Việt Nam vấn đề cải thiện môi trường để
giảm thải các chất độc hại cũng được Chính phủ và các ban nghành rất quan tâm như :
11

Nghiên cứu và sử dụng nhiên liệu sinh học nhằm giảm dần sự phụ thuộc vào nhiên liệu
hóa thạch và giảm ô nhiễm môi trường.
Ngày 20 tháng 11 năm 2007 Thủ tướng Chính phủ kí quyết định 177/2007/QĐ –
TTg phê duyệt Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015 và tầm nhìn đến năm
2020. Hiện nay một số thành phố lớn tại nước ta đã đưa vào sử dụng xăng E5 nhằm giảm
thải ô nhiễm môi trường và các chất độc hại do khí thải của các phương tiện gây ra.
Ngày 17/6/2010, Thủ tướng chính phủ ra quyết định số 909/2010/QĐ_TTG về
việc phê duyệt “Đề án kiểm soát khí thải xe Mô Tô, xe gắn máy tham gia giao thông tại
các thành phố”. Theo quyết định này: Việc kiểm soát khí thải xe Mô tô, xe gắn máy cần
được thực hiện từng bước, có trọng tâm, có trọng điểm , tập trung trước mắt và các đô thị
dang bị ô nhiễm không khí trầm trọng, phạm vi thực hiện tại các thành phố loại đặc biệt,
loại 1 và loại 2 trên cả nước.
- Mục tiêu. Giai đoạn 2010-2013: Tuyên truyền, giáo dục ý thức, trách nhiệm thực
hiện của các cấp, các ngành của nhân dân.
- Phấn đâu 20% số người sử dụng xe Mô tô, xe gắn máy ở Hà Nội và TP.HCM
thực hiện kiểm định và bảo dưỡng, sữa chữa xe Mô tô, xe gắn máy đạt tiêu chuản khí thải
- Hình thành mạng lưới cơ sở kiểm định khí thải xe Mô tô, xe gắn máy, ít nhất với
100 cơ sở tại TP.Hà Nội và 100 cơ sở tại TP.HCM
- Đào tạo tập huấn cho ít nhất 500 cán bộ quản lý kỹ thuật viên nhân viên nghiệp
vụ tại 2 thành phố Hà Nội và TP.HCM .
- Từ 2013-2015: Tăng cường nâng cao nhận thức, trách nhiệm thực hiện của các
cấp, các ngành và của nhân dân
- Thực hiện kiểm định đạt tiêu chuẩn khí thải 80% - 90% số lượng xe Mô tô, xe
gắn máy tham gia giao thông tại 2 thành phố Hà Nội và TP.HCM
Mở rộng mạng lưới cơ sở kiểm định để thực hiện kiểm định đạt tiêu chẩn khí thải
60% số lượng xe Mô tô, xe gắn máy tham gia giao thông tại các thành phố loại 1 và loại
2.
Ngoài ra, các Bộ, ngành và nhất là Bộ GTVT cũng có nhiều các thông tư, văn bản
hướng dẫn thực hiện các chỉ thị của Chính phủ.

+ Ngày 23/10/1012 : Bộ GTVT đã ra thông tư số 44/2012 . TT_BGTVT. Quy định
về kiểm tra chất lượng an toàn kỹ thuật và bảo vệ môi trường xe Môtô – gắn máy và động
cơ nhập khẩu sử dụng sản xuất, lắp ráp xe Moto, xe gắn máy.
+ Ngày 18/5/1011 Bộ GTVT . đã ra thông tư số 41/2011/T_BGTVT về việc sửa
đổi 1 số điều thông tư. 23/2009 TT_BGTVT ngày 15/10/2009 của Bộ trưởng BGTVT
quy định về kiểm tra chất lượng an toàn kỹ thuật vào bảo vệ môi trường xe máy chuyên
dùng.
12


1.2. ĐỘNG CƠ DIESEL - NGUỒN ĐỘNG LỰC CHỦ YẾU TRÊN XE BUS
Động cơ diesel là phát minh của Rudolf Diesel, người đã tốt nghiệp Đại học Kỹ
thuật ở Munich, Đức. Ông đã được cấp bằng sáng chế cho động cơ diesel đầu tiên vào
năm 1892. Một trong những điểm khác biệt cơ bản nhất giữa động cơ diesel và động cơ
xăng là cơ chế đánh lửa. Trong khi động cơ xăng cần có bugi để kích hoạt cháy nổ của
hỗn hợp xăng-không khí, thì động cơ diesel không có bộ phận đánh lửa mà phun nhiên
liệu trực tiếp vào buồng đốt, hỗn hợp của không khí và nhiên liệu tự bốc cháy do nén.
Động cơ xăng nén hòa khí với tỷ số từ 8:1 đến 12:1, trong khi động cơ diesel nén với tỷ
số từ 13:1 đến 25:1. Chính cơ chế tự cháy nổ này khiến động cơ diesel có các ưu điểm
vượt trội so với động cơ xăng như: có suất tiêu thụ nhiên liệu thấp hơn, nhiên liệu diesel
rẻ tiền hơn, chi phí bảo dưỡng thấp hơn...
Trong những năm gần đây, số lượng phương tiện tăng lên một cách nhanh chóng
(hình 1.1) [5] kéo theo sức ép ngày càng lớn đối với môi trường đô thị. Tính đến
31/10/2009, số lượng xe máy đã đạt con số 27,234 triệu chiếc, số lượng ô tô đạt
1.092.614 chiếc . Ở thời điểm hiện tại, số lượng xe máy theo ước tính đã đạt con số 34
triệu chiếc. Phương tiện giao thông tập trung chủ yếu ở các thành phố lớn như Tp.Hồ Chí
Minh, Hà Nội (hình 1.2).

Hình 1. 1: Số lượng phương tiện theo năm

13


Hình 1. 2: Số lượng xe máy trên 1000 người ở các thành phố lớn năm 2006

Hình 1. 3: Số lượng phương tiện đăng ký theo năm ở Tp.Hồ Chí Minh
Theo kết quả báo cáo trên hình 1.3 cho thấy số lượng phương tiện đăng ký và quản
lý ở Tp.Hồ Chí Minh vượt con số 3,1 triệu chiếc (8/2006) chưa kể tới những phương tiện
đăng ký ở các tỉnh nhưng lưu hành ở thành phố, trong đó có trên 2,8 triệu xe máy (91%)
và 0,3 triệu ôtô. Đây cũng là thành phố chiếm tới 1/4 tổng số phương tiện ở Việt Nam. Hà
14


Nội cũng là một thành phố có tốc độ phát triển số lượng phương tiện giao thông đường
bộ ở mức cao, tốc độ tăng trưởng phương tiện hằng năm là 11% đối với ô tô và 15% đối
với xe máy (hình 1.4 và 1.5). Hầu hết các phương tiện giao thông đô thị đều là phương
tiện cá nhân. Giao thông công cộng ở Tp.Hồ Chí Minh chỉ đáp ứng không quá 5% nhu
cầu giao thông. Trên 70% dân số sử dụng phương tiện cá nhân, chủ yếu là mô tô, xe máy.
Mặc dù số lượng ôtô cá nhân tăng lên rất nhanh trong những năm gần đây, mô tô xe máy
vẫn chiếm đa số, ở Tp. Hồ Chí Minh, trên 98% hộ gia đình sở hữu 1 hoặc hơn 1 mô tô/xe
máy.

Hình 1. 4: Số lượng ô tô ở Hà Nội theo năm

15


Hình 1. 5: Số lượng xe con, xe máy đăng kí ở Hà Nội theo năm
Ở Hà Nội, số lượng xe máy chiếm trên 87% phương tiện giao thông. Xe đạp, loại
phương tiện thân thiện với môi trường giảm mạnh. Dịch vụ giao thông công cộng ở Hà

Nội bao gồm xe buýt, taxi, xe ôm, tuy nhiên tỷ lệ giao thông công cộng chỉ chiếm một
phần nhỏ của giao thông đô thị .
Phương tiện lưu hành ở Việt Nam bao gồm nhiều loại, có nhiều phương tiện đã cũ,
tiêu thụ nhiên liệu lớn, ồn và phát thải độc hại rất cao. Thực hiện Nghị định 92/2001/NĐCP ngày 11/12/2001 về điều kiện kinh doanh vận tải bằng ôtô và Nghị định 23/2004/NĐCP ngày 13/01/2004 về niên hạn sử dụng ôtô tải và ôtô chở người, số lượng phương tiện
quá cũ đã được giảm đi đáng kể. Tuy nhiên, chất lượng của phương tiện luôn nhận được
sự quan tâm lớn, đặc biệt là khi tiêu chuẩn khí thải Euro 2 được triển khai áp dụng từ
1/7/2007.
Hệ thống giao thông công cộng ở Hà Nội tồn tại ở 2 dạng. Một dạng được tổ chức
tốt, hoạt động theo tuyến và có khả năng vận chuyển số lượng hành khách lớn. Dạng còn
lại là những hệ thống định hướng vùng gồm taxi và xe ôm.
Hệ thống giao thông công cộng từng được phát triển khá tốt trước thời kỳ đổi mới
(trước năm 1986) với phương tiện giao thông công cộng chủ yếu là xe buýt và tàu điện.
Từ năm 1989, hệ thống tàu điện được dỡ bỏ, giao thông công cộng giảm mạnh. Từ năm

16


2001, hệ thống giao thông công cộng bằng xe buýt được khôi phục lại và phát triển khá
mạnh (hình 1.6) .
Hình 1. 6: Lượt vận chuyển khách bằng phương tiện công cộng
giai đoạn 1979-2005

Tắc nghẽn giao thông là một trong những vấn đề diễn ra hằng ngày ở các thành
phố lớn. Tắc nghẽn giao thông làm gia tăng phát thải và tiếng ồn, gây ô nhiễm nặng nề và
nhiều hệ lụy khác. Ở Hà Nội, diện tích đất dành cho mục đích giao thông ở nội đô chỉ
chiếm 7% tổng diện tích của thành phố (ở Tp.Hồ Chí Minh là 13,42%). Ở các nước phát
triển, diện tích đất dùng cho mục đích giao thông thường nằm trong dải từ 20 ÷ 25% tổng
diện tích đô thị (chưa kể đến diện tích dành cho giao thông dưới lòng đất). Các nguyên
nhân khác gây ra tình trạng trên đó là sự bố trí không hợp lý mạng lưới giao thông, ví dụ
như hầu hết mạng lưới giao thông đều tồn tại các điểm giao cắt, đường chật hẹp, không

được phân làn và không có kiểm soát các khu dân cư và hoạt động dịch vụ dọc theo các
tuyến đường, cũng như sự nhiễu loạn trong các hoạt động xây dựng kết hợp với việc nâng
cấp cơ sở hạ tầng như bảo trì đường sá, đặt cáp ngầm, hệ thống cấp nước…
Hiện nay, tổng số phương tiện trên các tuyến buýt nội đô Hà Nội là 940 xe hiện
đang hoạt động trên 60 tuyến, sức chứa từ 24 đến 80 chỗ (bảng 1.1). Hầu hết phương tiện
hoạt động trên các tuyến là xe từ 45 chỗ trở lên, có 38% xe có sức chứa 80 chỗ và 46%
xe có sức chứa 60 chỗ, chỉ có 3 tuyến chạy xe dưới 30 chỗ với lượng xe chiếm 4% tổng
số xe. Các mác xe sử dụng chủ yếu là Daewoo, Transinco, Mercedes, Huyndai, Thaco.
Trong tổng số 12 tuyến kế cận (bao gồm các tuyến Hà Tây cũ), có 255 xe hoạt
động. Phương tiện chủ yếu là xe 40 ÷ 60 chỗ, thiết kế giống xe buýt nội đô, có chỗ đứng
cho hành khách.
17


Mạng lưới tuyến phát triển không ngừng, dần dần phủ kín khu vực nội thành và
vươn ra những đô thị vệ tinh. Năm 2001 toàn mạng có tổng số 31 tuyến, đến nay đã có 60
tuyến buýt nội đô. Sản lượng vận chuyển hành khách không ngừng tăng lên: từ năm 2001
sản lượng khách vận chuyển đạt 15,3 triệu lượt hành khách, đến năm 2007 đạt gần 350
triệu lượt hành khách.
Tổng số phương tiện xe buýt năm 2001 là 262 thì đến năm 2007 tăng lên thành
1.195 xe, chủ yếu là các loại xe có sức chứa trung bình và lớn.

TT

Nội dung

I

44 tuyến đặt hàng

Mác xe

Số xe có

Tổng số
chỗ(chỗ)

722

Loại 80 chỗ

Daewoo,
Mercedes,
Thaco,
Huyndai

305

24.400

2

Loại 60 chỗ

Daewoo B60,
BS090DL, BS
090

292

17.520

3

Loại 45 chỗ

Transinco

50

2.250

4

Loại 30 chỗ

Transinco

37

1.110

5

Loại 24 chỗ

Huyndai

38

912

II

16 tuyến xã hội
hóa

1

218

Loại 80 chỗ

Daewoo, Hàn
Quốc,
Transinco B80

67

5.360

2

Loại 60 chỗ

Thaco,
Transinco,
Daewoo
BS090DL

137

8.220

3

Loại 30 chỗ

Daewoo

14

420

1

18


III

12 tuyến kế cận
(40 - 60 chỗ)

Daewoo,
Transinco

Tổng cộng

255

12.750

1.195

72.942

Bảng 1. 1: Số lượng phương tiện hoạt động trên mạng lưới
Phương tiện giao thông vận tải đã và đang đóng góp phần quan trọng vào quá trình
công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước. Nhưng mặt trái của nó cũng đang gây ra những
tác động xấu đến môi trường, gây nguy hiểm cho sức khỏe con người và làm suy giảm
đến chất lượng cuộc sống. Hiện này ở các đô thị lớn, phát thải từ các phương tiện tham
gia giao thông hiện nay đang là một trong những tác nhân lớn nhất làm ô nhiễm khí hậu.
Theo đánh giá của các chuyên gia thì ô nhiễm không khí ở các đô thị lớn ở nước ta như
Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh do phương tiện tham gia giao thông gây ra chiếm tỷ lệ
khoảng 70%, trong đó hàm lượng phát thải của các động cơ diesel chiếm một tỷ lệ đáng
kể.
Trong những năm qua, cùng với sự phát triển kinh tế đất nước, nhu cầu đi lại vận
chuyển hàng hóa của người dân tăng nhanh dẫn tới các phương tiện giao thông ngày càng
phát triển, đặc biệt là phương tiện sử dụng nhiên liệu diesel tăng lên rất nhanh như xe
buýt, xe khách, xe tải. Số lượng các xe này tập trung hầu hết ở các thành phố lớn tại nước
ta như ở Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh và đặc biệt là những lượng xe buýt tăng lên
rất nhanh, loại phương tiện này góp phần không nhỏ vào sự lưu thông hàng hóa, con
người trong các khu vực góp phần làm tăng trưởng nền kinh tế của đất nước và làm giảm
ách tắc giao thông tại các thành phố lớn nhưng cũng gây ra ô nhiễm môi trường, ảnh
hưởng đến sức khỏe con người, sinh thái tại các khu đô thị lớn.
Theo báo cáo tại hội nghị quốc tế (về phát triển bền vững và an toàn giao thông
đường bộ Việt Nam năm 2012) thì cả nước có 54/63 tỉnh thành có loại hình vận tải hành
khách công cộng bằng xe buýt với 627 tuyến. trong đó có 499 tuyến nội đô, 127 tuyến kế
cận với hơn 8000 xe. Tại Hà Nội có hơn 1770 xe, thành phố Hồ Chí Minh có 2951 xe.

Tại Hà Nội lượng xe buýt tính đến thời điểm năm 2014 với 15 doanh nghiệp liên kết trên
địa bàn thành phố để vận chuyển hành khách công cộng, hàng hóa lưu thông từ các tỉnh
ngoại thành vào thành phố và ngược lại với hành trăm tuyến giao thông, số lượng xe lên
tới 1770 xe các loại lưu thông trên địa bàn thành phố. Hầu hết các loại xe buýt trên tại địa
bàn cả Hà Nội và TP Hồ Chí Minh đều dùng động cơ diesel kiểu D1146, D1146TT của
các hãng Daewoo, Huyndai….

1.3. DIMETHYL ETHER ( DME ), NHIÊN LIỆU THAY THẾ TRIỂN VỌNG
1.3.1. Các ưu và nhược điểm cơ bản của DME khi sử dụng làm nhiên liệu
19


So với nhiên liệu diesel truyền thống, DME sử dụng trên động cơ có những ưu,
nhược điểm cơ bản như sau:
1.3.1.1. Ưu điểm
+ Tỷ lệ hàm lượng hydro/cácbon cao nên quá trình cháy tạo ra ít phát thải CO2 ;
+ Nhiệt độ sôi thấp giúp DME bay hơi nhanh trong xylanh động cơ;
+ Hàm lượng ôxy cao cùng với không có mối liên kết C- C trong phân tử dẫn đến
quá trình cháy ít hình thành muội than;
+ Trị số xê tan cao do nhiệt độ tự cháy thấp và khả năng bay hơi nhanh, dẫn đến
chất lượng quá trình cháy được cải thiện;
+ Không chứa lưu huỳnh nên không hình thành H2SO4 và các thành phần hạt
sulfate trong khí thải, giúp giảm ô nhiễm môi trường và tăng tuổi thọ của các bộ xử lý
xúc tác.
1.3.1.2. Nhược điểm
+ Nhiệt trị thấp hơn so với nhiên liệu diesel do có chứa ôxy trong phân tử, vì vậy
để đảm bảo công suất động cơ không thay đổi cần cung cấp một lượng nhiên liệu lớn hơ
+ Độ nhớt thấp và tính bôi trơn kém dẫn đến tăng khả năng lọt nhiên liệu, gây mòn
bề mặt của các chi tiết chuyển động trong hệ thống phun nhiên liệu;
+ Mô đun đàn hồi thấp dẫn đến công tiêu hao cho bơm nhiên liệu cao hơn (khoảng

10%);
Qua đó có thể thấy DME là nguồn nhiên liệu thay thế có nhiều triển vọng hiện
nay, tuy nhiên động cơ cũng cần có những thay đổi phù hợp.
1.3.2. Các tính chất lý, hóa của DME
DME có công thức hóa học là CH3-O-CH3 (hình 1.7) là hợp chất hữu cơ không
màu, tồn tại ở thể khí dưới áp suất và nhiệt độ môi trường. Tương tự như LPG, để tăng
lượng năng lượng dự trữ trên đơn vị thể tích bình chứa, DME thường được tồn chứa dưới
dạng lỏng trong bình có áp suất từ 7 bar đến 10 bar. DME ở thể khí có khối lượng riêng
lớn hơn không khí nhưng khi ở thể lỏng khối lượng riêng của DME chỉ bằng 2/3 so với
nước.

Hình 1. 7: Cấu trúc phân tử DME
DME có nhiệt độ sôi -25,1oC nên trong điều kiện thường tồn tại dưới dạng khí
nhưng có thể hóa lỏng tương đối dễ dàng. Áp suất hóa lỏng của DME ở 20oC là 0,5 MPa,
còn ở 38oC là 0,6 MPa. DME có thể sản xuất chế biến thành một loại khí gas hoá lỏng và
20


còn được biết dưới tên methoxymethane, oxybismethane, methyl ether, ether gỗ hay
DME.
Một số tính chất quan trọng của DME được thể hiện trong (Bảng 3.2)
Tính chất

Đơn vị

DME

DO

Trọng lượng phân tử

g/mol

46

190

Hàm lượng các bon

% khối lượng

52,2

87

Hàm lượng hydrô

% khối lượng

13

12,6

Hàm lượng ôxy

% khối lượng

34,8

0,004

Khối lượng riêng ở trạng thái lỏng

kg/m3

668

830

60

48

508

523

8,998

14,6

Trị số xêtan
Nhiệt độ tự cháy

K

Tỷ lệ không khí/nhiên liệu
lý thuyết
Nhiệt độ sôi ở 1 atm

K

248,1

450 – 643

Nhiệt trị thấp

MJ/kg

28,4

42,5

Môđun đàn hồi

N/m2

6,37.108

14,86.108

Độ nhớt động học ở trạng
thái lỏng

cSt

<1

3

Áp suất hơi (tại 298 K)

kPa

530

< 10

Bảng 1. 2: Một số tính chất của DME so với nhiên liệu diesel

21


1.3.3. Các phương pháp sản xuất DME
Dimethyl ether (DME) không phải là sản phẩm khí sẵn có trong tự nhiên mà là sản
phẩm tổng hợp từ khí tự nhiên, dầu mỏ, than đá hoặc chất hữu cơ vi sinh, than bùn, chất
thải lâm nghiệp như cành, ngọn và gốc cây tạp thừa thải trong rừng, nguyên liệu sinh
khối, khí thải công nghiệp, dầu nặng phế thải, khí metane tận thu từ các quá trình xử lý
chất thải…thông qua quá trình khí hóa.
Với các nguồn nguyên liệu ở trên, quy trình chế biến DME có thể thực hiện theo
hai phương pháp: tổng hợp gián tiếp qua phản ứng khử nước trong methanol và tổng hợp
trực tiếp từ khí tổng hợp.
1.3.4. Phương pháp tổng hợp gián tiếp
Theo quy trình này DME được chế biến qua hai bước, trong đó bước thứ nhất là
chuyển đổi khí tổng hợp thành methanol, tiếp theo là làm mất nước của methanol với một
chất xúc tác có tính axit. Phản ứng methanol mất nước xảy ra dễ dàng với hầu hết các
chất xúc tác ở phạm vi nhiệt độ tương đối thấp từ 250°C - 300°C ở trạng thái khí và
không phụ thuộc nhiều vào áp suất. Khí tổng hợp có thể được tạo ra qua việc khí hóa các
nguồn sinh khối khác nhau, than hoặc tạo ra từ nguồn khí thiên nhiên.

Các phản ứng liên quan trong quy trình sản xuất như sau:
+ Tổng hợp methanol
CO + 2H2 → CH3OH, ∆H0rxn = - 90,3kJ mol-1

(1.1)

CO2 + 3H2 → CH3OH + H2O, ∆H0rxn = -49,4 KJ mol-1

(1.2)

+ Khử nước trong methanol:
2CH3OH → CH3OCH3 + H2O, ∆H0rxn = -23,4 KJ mol-1

(1.3)

+ Phản ứng dịch chuyển nước-khí :
H2O + CO → CO2 + H2 , ∆H0rxn = -40,9 KJ mol-1

(1.4)

+ Phản ứng chung toàn bộ:
3H2 + 3CO → CH3OCH3+ CO2, ∆H0rxn = -258,6 KJ mol-1

(1.5)

4H2 + 2CO → CH3OCH3+ H2O, ∆H0rxn = -205. KJ mol-1

(1.6)

Trong đó: ∆H0rxn là biến thiên Entanpi của phản ứng hay còn gọi là hiệu ứng

nhiệt của phản ứng.

22


1.3.5. Phương pháp tổng hợp trực tiếp
Trong phương pháp này, quá trình tổng hợp methanol và quá trình khử nước được
thực hiện kết hợp trong cùng một lò phản ứng tổng hợp DME. Phương pháp này tiết kiệm
hơn vì không cần các công đoạn tách riêng methanol và chuẩn bị methanol cho phản ứng
tổng hợp DME. Trước tiên, nguyên liệu (sinh khối, than đá hoặc khí thiên nhiên) được
chuyển đổi thành khí tổng hợp. Tiếp theo methanol được tổng hợp từ khí tổng hợp (theo
các phản ứng 1.1 và 1.2) và chuyển đổi thành DME qua phản ứng methanol mất nước
(phản ứng 1.3) một cách liên tục nhờ có các chất xúc tác.
Trong tổng hợp trực tiếp DME, một loạt các nguyên liệu thành phần và điều kiện
hoạt động có thể được sử dụng. Sự hợp thành khí, nguồn từ khí và việc lựa chọn chất
xúc tác là các thông số quan trọng của quá trình. Điều kiện phản ứng điển hình của tổng
hợp trực tiếp DME được giới thiệu trong bảng 1.3.
Điều kiện phản ứng

Khoảng giá trị

Nhiệt độ (0 C)

240- 280

Áp suất (bar)

30-80

Tỷ lệ (H2/ CO)

0,5- 2,0

Tỷ lệ chất xúc tác (W/F)

3,0- 8,0

[kg-cal.h/kg-mol]

Bảng 1. 3: Điều kiện phản ứng tổng hợp DME trực tiếp

23


1.4. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT DME TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
1.4.1. Tình hình sản xuất DME tiên thế giới
Sản xuất DME của thế giới hiện nay khoảng 5 triệu tấn mỗi năm, chủ yếu từ
nguồn nguyên liệu methanol.
Hiện nay, Trung Quốc đang đẩy mạnh phát triển DME sản xuất từ than đá, thành
nhiên liệu chủ lực thay thế diesel. Dự tính Trung Quốc cho 20 triệu tấn DME vào năm
2020. Trung Quốc có trữ lượng than đá lớn thứ 3 thế giới và hơn 60% năng lượng của
nước này được tạo ra từ than đá. Ước tính, đến năm 2020, nhu cầu sử dụng than đá trên
thế giới sẽ tăng lên 7,6 tỷ tấn/năm so với mức 5,3 tỷ tấn hiện nay. Trong đó, riêng mức sử
dụng của Trung Quốc sẽ xấp xỉ 3 tỷ tấn. Các chuyên gia thị trường tiêu thụ nhiên liệu cho
biết nhiên liệu DME có thể sản xuất dùng thay thế dầu diesel và có thể giữ được giá dầu
thô trên thế giới ở mức trên 40 đô la Mỹ /thùng. Trong khi giá dầu thô hiện tại trên thế
giới khoảng trên 70 đô la Mỹ/thùng, tăng gần gấp ba lần so với năm năm 2002. Nhiên
liệu DME giá khoảng 1.000 nhân dân tệ/tấn (tương đương với 123 đô la Mỹ) rẻ hơn so
dầu diesel. Nếu nhiên liệu DME này được đưa vào sử dụng thay thế dầu diesel cho toàn
bộ xe bus của Thành phố Thượng Hải có thể tiết kiệm được khoảng hơn 300 triệu nhân

dân tệ (tương đương với 37 nghìn đô la Mỹ) mỗi năm. Chính quyền thành phố đã lên
danh sách ngành công nghiệp hoá nhiên liệu DME là một trong những nhiệm vụ quan
trọng của Thành phố nhằm giảm bớt chi phí nhiên liệu đắt tiền, giảm bớt sự ô nhiễm môi
trường và tiếng ồn. Mặc dù vậy, động cơ xe bus cần phải chỉnh sửa lại một chút trước khi
sử dụng nhiên liệu mới này.
Nhật Bản cũng có các cơ sở sản xuất DME. Tháng 7 năm 2002, một nhà máy sản
xuất DME từ khí tự nhiên công suất 100 tấn/ngày - công suất lớn nhất thế giới ở thời
điểm đó đã được xây dựng tại thành phố Kushiro. Ngày 19 tháng 11 năm 2002, nhà máy
chính thức chạy thử nghiệm. Sau hơn 1 tháng rưỡi hoạt động liên tục, người ta đã thu
được 1240 tấn DME chất lượng khá tốt với độ tinh khiết khoảng 99,5% để chuẩn bị cho
việc sử dụng thử nghiệm. Phương pháp tổng hợp trực tiếp DME mới chỉ thực hiện được
trong những năm gần đây nhờ những thành tựu đạt được trong lĩnh vực về các chất xúc
tác. Phương pháp mới này cho phép giảm giá thành sản xuất DME và khả năng sử dụng
DME thay thế cho nhiên liệu truyền thống trở thành hiện thực. Nhật Bản đang gấp rút
thực hiện chương trình DME như là một trong những giải pháp giảm thiểu ô nhiễm môi
trường và đa dạng hóa các nguồn năng lượng, góp phần tăng cường an ninh năng lượng.
Tuy còn tồn tại một số vấn đề cần giải quyết trước khi đưa vào sản xuất hàng loạt, nhưng
người ta tin chắc rằng chương trình DME của Nhật Bản sẽ thành công, nhất là trong giai
đoạn hiện nay khi giá dầu mỏ tăng rất cao và do áp lực của cơ chế phát triển sạch mà các
nước công nghiệp hàng đầu trên thế giới sẽ phải thực hiện.
Chương trình DME không chỉ có riêng ở Nhật Bản, Trung Quốc mà còn được tiến
hành ở một số nước khác như Hàn Quốc, Đan Mạch, Mỹ, Hà Lan, Áo... Do nhận thức
24


được vai trò quan trọng của nhiên liệu DME trong tương lai, các nước này cũng đã triển
khai chương trình DME của riêng mình từ khoảng mười năm gần đây.
Ở Thụy Điển, Chemrec sử dụng khí hóa nước đen, một dòng chất thải từ quá trình
phương pháp nghiền để sản xuất BioDME. Tổng hợp nhiên liệu sinh học thế hệ thứ hai
giảm rất cao khí thải dioxide carbon so với nhiên liệu diesel thông thường. Tại Đại học

Vaexjoe, các nhà khoa học đang nghiên cứu chế tạo DME, được xem là thế hệ thứ hai của
nhiên liệu sinh học. Sử dụng nguyên liệu là chất thải lâm nghiệp như cành, ngọn và gốc
cây tạp thừa thãi trong rừng, hợp chất khí không mùi này được đánh giá là “nhiên liệu
thay thế hiệu quả nhất”. Dự kiến trong 10 năm nữa, DME sẽ được đưa vào sản xuất trên
diện rộng ở Vaexjoe với công suất 400.000 tấn/năm. Và khi đó, toàn bộ hệ thống giao
thông công cộng ở đây sẽ vận hành bằng DME.
1.4.2. Tình hình sản xuất DME ở Việt Nam
Hiện nay, tại Việt Nam do nền kinh tế ngày càng phát triển nên nhu cầu tiêu thụ
các sản phẩm lọc dầu tăng lên nhanh chóng. Trong tổng sản lượng tiêu thụ các sản phẩm
lọc dầu thì dầu diesel là sản phẩm chiếm tỷ trọng lớn nhất, bên cạnh đó, nhu cầu tiêu thụ
LPG( khí hóa lỏng) cũng khá cao. Tuy nhiên, sản lượng của LPG, diesel sản xuất trong
nước chưa đáp ứng được nhu cầu làm nhiên liệu trong sinh hoạt và sản xuất. Do đó, cần
phải có kế hoạch nâng cao sản lượng LPG và diesel hoặc tìm nguồn nhiên liệu mới thay
thế.
Bên cạnh đó, Việt Nam cũng theo xu hướng chung của thế giới là tìm các nguồn
nhiên liệu sạch thay thế để tránh gây ô nhiễm môi trường. DME là nhiên liệu thay thế
sạch và kinh tế, có thể sử dụng làm nhiên liệu thay thế hoàn toàn hoặc một phần LPG,
diesel. Ngoài ra, nguyên liệu để sản xuất DME cũng phong phú, có thể sản xuất từ khí
thiên nhiên, than đá, hoặc biomass. Quá trình sản xuất DME từ khí nhằm khai thác hết
được tiềm năng dầu khí của Việt Nam, góp phần nâng cao giá trị tài nguyên khí cũng như
mở rộng, đa dạng hóa thị trường khí và đáp ứng trong tương lai. Xuất phát từ những lí do
trên, ngày 07/08/2008, Tập đoàn Dầu khí Việt Nam đã kí hợp đồng số 5672/HĐ-DKVN
với Viện Dầu khí Việt Nam/ Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Chế biến Dầu khí
(PVPro) để thực hiện đề tài “Nghiên cứu khả năng sản xuất và sử dụng DME từ khí”.
Nước ta có nguồn nguyên liệu khí thiên nhiên tương đối lớn bên cạnh nguồn
nguyên liệu than đá không nhỏ, cho nên sự phát triển sản phẩm DME này thực sự có tiềm
năng và đáng quan tâm. Tuy nhiên, tại Việt Nam cho đến nay công nghệ sản xuất chế
biến DME còn rất mới mẻ. Mới đây, tập đoàn Sao Nam (Hà Nội) đã trở thành doanh
nghiệp tư nhân đầu tiên triển khai xây dựng nhà máy sản xuất DME tại Việt Nam.
Hiện Sao Nam Group đã chọn vùng biển Tiền Hải (Thái Bình) là nơi gần mỏ khí

102, 106 để đặt nhà máy sản xuất DME. Hiện họ đang tìm kiếm nguồn nguyên liệu trong
tỉnh Thái Bình hoặc mua ở những mỏ quanh tỉnh này để khi dây chuyền sản xuất hoàn
thành sẽ có nguyên liệu để sản xuất ngay.
25