Nghiên cứu, cải thiện tính chất của nhiên liệu biodiesel từ các loại dầu mở động thực vật tại việt nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

TRẦN BỘI NGỌC

NGHIÊN CỨU, CẢI THIỆN TÍNH CHẤT CỦA NHIÊN LIỆU
BIODIESEL TỪ CÁC LOẠI DẦU MỠ ĐỘNG THỰC VẬT
TẠI VIỆT NAM
Chuyên ngành: CƠNG NGHỆ HĨA HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2011


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Huỳnh Quyền

Cán bộ chấm nhận xét 1 : ...................................................................................
………………………………………………………………………………………..
Cán bộ chấm nhận xét 2 : ...................................................................................
………………………………………………………………………………………..
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày ………. tháng………. năm…………
Thành phần Hội đồng đáng giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. …………………………………………
2. ………………………………………….

3. …………………………………………..
4. …………………………………………..
5. …………………………………………..
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau
khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

Bộ môn quản lý chuyên ngành


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
---oOo---

PHÕNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC
----------------

Tp. HCM, ngày . . . . . tháng . . . . . năm . . . . . .

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: TRẦN BỘI NGỌC

Phái: Nữ

Ngày, tháng, năm sinh: 03/02/1983

Nơi sinh: Khánh Hịa

Chun ngành: Cơng nghệ hóa học

MSSV: 09050110

I- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu, cải thiện tính chất của nhiên liệu biodiesel từ các
loại dầu mỡ động thực vật tại Việt Nam
II- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
1. Nghiên cứu tổng quan lý thuyết
- Tổng quan về tình hình nhiên liệu thế giới
(thành phần, động cơ, yêu cầu kỹ thuật…)

-

- Tổng quan về nhiên liệu biodiesel (BD) (thành phần, tình hình thị trường, yêu
cầu kỹ thuật…)
2. Nghiên cứu thực nghiệm
-

,

3 loại nhiên liệu biodiesel: BD dầu KFC, BD dầu

jatropha, BD mỡ cá basa trên các thiết bị chuyên dụng.
-

,t

3 loại nhiên

liệu BD dựa vào độ ổn định oxy hóa và điểm nghẽn lọc dựa trên một số kết quả
nghiên cứu trên thế giới.


- Nghiên cứu, xây dựng qui trình phối trộn B20 (gồm hỗn hợp 3 loại BD) vào
Diesel gốc
ng cơ diesel 1 xy lanh:

-

o Khảo sát sự thay đổi các tính chất của B20 khi phối trộn cac loại BD với nhau
o Khảo sát sự thay đổi đặc tính của động cơ khi sử dụng các loại dầu phối trộn
o Nghiên cứu, phân tích thành phần khí thải, cơng suất động cơ, tiêu hao nhiên
liệu…
- Định hướng phương pháp phối trộn để có được loại dầu BD đảm bảo tiêu chuẩn
kỹ thuật, giá thành thấp nhằm thúc đẩy việc sử dụng BD vào Việt Nam.
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 05/07/2010
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
V- CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: TS. Huỳnh Quyền

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

TS. Huỳnh Quyền

KHOA QL CHUYÊN NGÀNH

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn:
-

Thầy TS. Huỳnh Quyền đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức,
kinh nghiệm bổ ích và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian
thực hiện luận văn này.

-

Các thầy cơ trong Khoa Cơng nghệ hóa học, Trường Đại học Bách Khoa
Thành Phố Hồ Chí Minh đã giảng dạy, xây dựng cho tôi nền tảng kiến thức
cơ bản, làm cơ sở để tiếp thu những kiến thức sau này.

-

Thầy TS. Nguyễn Ngọc Dũng, ThS. Trần Đăng Long và tập thể các cán bộ
phịng Thí nghiệm Trọng Điểm Động Cơ Đốt Trong, Khoa Kỹ thuật giao
thông, Trường Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh đã nhiệt tình
giúp đỡ tơi trong q trình thử nghiệm động cơ.

-

Các anh chị và các bạn ở Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ Lọc Hóa Dầu,
Trường Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh đã giúp đỡ tơi trong
q trình phối trộn.

-

ThS. Nguyễn Đình Thống, Phịng Thử nghiệm xăng dầu, Cơng ty xăng dầu
khu vực V, Đà Nẵng đã tận tình giúp đỡ tơi trong q trình phân tích thí
nghiệm.

-

Sự quan tâm, giúp đỡ của bạn bè trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu.

-

Sự động viên và giúp đỡ từ phía gia đình, đã tạo điều kiện cho tơi học tập và
nghiên cứu.


TÓM TẮT LUẬN VĂN

Nhiên liệu biodiesel được xem là một trong những nguồn nhiên liệu mới, có
khả năng tái sinh, nhằm giải quyết vấn đề về an ninh năng lượng và chất lượng mơi
trường sống. Mục đích chính của đề tài là khảo sát, phối trộn và đánh giá ảnh hưởng
việc sử dụng các loại nhiên liệu biodiesel khác nhau từ mỡ cá basa, dầu thải và dầu
jatropha đến quá trình phun trực tiếp của động cơ diesel. Đầu tiên, nghiên cứu tập
trung vào việc khảo sát sự liên quan của các axit béo bão hòa và chưa bão hòa. Thứ
hai, những nhiên liệu biodiesel này được phối trộn với những tỷ lệ khác nhau nhằm
tìm ra những nhiên liệu thích hợp, thỏa mãn độ ổn định oxy hóa, khả năng làm việc
ở nhiệt độ thấp, suất tiêu hao nhiên liệu và thành phần khói thải. Cuối cùng, bằng
cách sử dụng những nhiên liệu này và phối trộn chúng với diesel truyền thống,
nghiên cứu đã đánh giá suất tiêu hao nhiên liệu và sự phát thải của động cơ. Các
hỗn hợp biodiesel được thử nghiệm, đã cải thiện đáng kể sự phát thải khí so với
diesel truyền thống. Những nghiên cứu của đề tài nhằm góp phần tạo ra các
biodiesel đạt tiêu chuẩn và thúc đẩy sự sử dụng biodiesel ở Việt Nam.

ABSTRACT

Biodiesel fuel is considering one of the most important new/renewable fuel to
solve the problems of energy security and environmental quality. The main purpose
of this thesis was to survey, to blend and to investigate the influences of using
various biodiesel fuels and from catfish fat, waste cooking oil and jatropha curcas
oil on a direct-injection diesel engine. The research firstly focused on surveying the
saturated and unsaturated fatty axits in concerning. Secondly, these biodiesel fuels
were mixed with various ratios to find fuels, which satisfy the requirement of
oxidation stability, low temperature flow properties, engine performance and
exhaust gas emission. Finally, the research concentrated on performances and
exhaust gas emissions by using these fuels and its blend with diesel on the engine.
The mixed biodiesel fuels were tested and showed the improvement of engine
performance and the reduction of exhaust gas emissions compared to the
conventional diesel fuel. These findings may contribute to get suitable fuels, to
increase the using of biodiesel fuel in Vietnam.


LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, khí thải từ các loại xe cơ giới sử dụng nhiên liệu hóa thạch (như dầu
mỏ, than đá) là nguồn gây ô nhiễm môi trường không khí lớn nhất và nguy hại nhất,
đặc biệt đối với các khu vực đô thị. Hầu như tất cả các khí độc gây ơ nhiễm mơi
trường đều được tạo thành do quá trình đốt cháy nhiên liệu của động cơ xe cơ giới.
Bên cạnh đó, việc hội nhập vào WTO của Việt Nam ngày càng đòi hỏi dùng
xăng dầu chất lượng cao, giảm thiểu khí thải gây ơ nhiễm mơi trường do nhiên liệu
có chất lượng kém thải ra. Để theo kịp các nước trong khu vực và trên toàn thế giới
về chất lượng nhiên liệu và khí thải, nước ta đã có Thơng tư số 20/2009/TTBKHCN ngày 30 tháng 9 năm 2009 về Qui chuẩn Việt Nam (QCVN) QCVN 1 :

2009/BKHCN với nội dung “Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về xăng, nhiên liệu
điêzen và nhiên liệu sinh học”
Theo một số chuyên gia về chiến lược phát triển nhiên liệu tồn cầu, dự báo
nhiên liệu hóa thạch (than, dầu, khí) sẽ cạn kiệt trong vài thập niên tới, sẽ dẫn đến
n
.
Trữ lượng nhiên liệu hóa thạch ngày càng giảm dần, trong khi đó nhu cầu năng
lượng ngày càng tăng, giá dầu sẽ tăng vọt, các nước có thể rơi vào một cuộc khủng
hoảng kinh tế và gây biến động về chính trị. Hiện nay, sự tranh chấp về quyền kiểm
soát các nguồn dầu mỏ đã dẫn đến những xung đột, thậm chí chiến tranh ở một số
vùng có trữ lượng dầu mỏ lớn. Do đó, sự chủ động về nguồn năng lượng sẽ dẫn đến
sự ổn định của một đất nước.
,
, cụ thể như:
Thủ tướng đã có Quyết định số: 177/2007/QĐ-TTg – 20/11/2007: “Đề án phát triển
nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến 2025’’;Quyết định số 1156/QĐDKVN – 24/02/2009: “Kế hoạch và Chương trình triển khai các dự án Nhiên liệu


sinh học của Tập đồn Dầu khí Việt Nam đến năm 2015, tầm nhìn đến năm
2025”…
Việc tìm kiếm các nguồn nhiên liệu mới, sạch và tái tạo để bảo đảm an ninh
năng lượng, phát triển bền vững, bảo vệ môi sinh là vấn đề cấp thiết và có tính
chiến lược lâu dài. Vì thế, với việc sử dụng biodiesel chúng ta sẽ giải quyết được
phần nào các vấn đề nói trên, cũng như giảm được các khí gây hiệu ứng nhà kính.
Trên cơ sở sử dụng các nguồn nguyên liệu sẵn có ở Việt Nam như dầu ăn phế
thải, mỡ cá basa, dầu jatropha và việc tính tốn, phối trộn các hỗn hợp biodiesel này
với nhau vào nhiên liệu diesel gốc nhằm tạo ra một loại biodiesel mới, sẽ hạn chế
được một số nhược điểm như độ ổn định oxy hóa, điểm đơng đặc, thành phần khói
thải ... Đây chính là lý do mà tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu, cải thiện tính chất của
nhiên liệu biodiesel từ các loại dầu mỡ động thực vật tại Việt Nam”.

Ngoài ra, đề tài cũng sẽ góp phần vào việc khai thác và tận dụng các sản phẩm
nông nghiệp, phụ phẩm thủy sản, trồng cây có dầu để chống xói mịn đất, phủ xanh
đất trống đồi trọc, tạo cơng ăn việc làm, xóa đói giảm nghèo cho một số vùng kinh
tế, thúc đẩy nền kinh tế nước ta phát triển và ổn định lâu dài.


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
LỜI CẢM ƠN
TÓM TẮT LUẬN VĂN
ABSTRACT
LỜI MỞ ĐẦU

CHƢƠNG 1.

TỔNG QUAN ................................................................................. 1

1.1. TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI
VIỆT NAM…… ..................................................................................................... 1
1.1.1.
1.1.2.

Tình hình sử dụng nhiên liệu trên thế giới ............................................ 1
Tình hình sử dụng nhiên liệu tại Việt Nam .......................................... 2

1.2. TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU DIESEL ................................................ 3
1.2.1.
1.2.2.
1.2.3.

Tổng quan về diesel .............................................................................. 3
Tổng quan về động cơ diesel ................................................................ 6
Các vấn đề về môi trường ................................................................... 12

1.3. TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL ............................................................... 12
1.3.1.
1.3.2.
1.3.3.
1.3.4.
1.3.5.
1.3.6.
1.3.7.

Giới thiệu ............................................................................................ 12
Lịch sử phát triển ................................................................................ 13
Thành phần một số axit béo trong nhiên liệu biodiesel ...................... 14
Tình hình sản xuất và sử dụng biodiesel trên thế giới và tại Việt Nam16
Một số đặc tính của biodiesel ............................................................. 20
Yêu cầu kỹ thuật của biodiesel ........................................................... 22
Ưu nhược điểm của biodiesel ............................................................. 23

1.4. TỔNG QUAN VỀ DẦU MỠ ĐỘNG THỰC VẬT ................................. 25
1.4.1.
1.4.2.
1.4.3.

Dầu thực vật ........................................................................................ 25
Dầu jatropha ........................................................................................ 27
Mỡ cá basa .......................................................................................... 31

1.5. MỘT VÀI NGHIÊN CỨU VỀ PHỐI TRỘN VÀ THỬ NGHIÊM
BIODIESEL TRÊN ĐỘNG CƠ ĐÃ THỰC HIỆN TRÊN THẾ GIỚI .......... 32


CHƢƠNG 2.

THỰC NGHIỆM .......................................................................... 34

2.1. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ...................................................................... 34
2.2. SƠ ĐỒ THỰC NGHIỆM .......................................................................... 34
2.3. CƠ SỞ PHƢƠNG PHÁP PHỐI TRỘN ................................................... 35
2.3.1.
2.3.2.
2.3.3.

Cơ sở phối trôn các loại dầu biodiesel ................................................ 35
Nhiên liệu phối trộn ............................................................................ 38
Nghiên cứu thử nghiệm trên trên động cơ Diesel 1 xylanh ................ 39

2.4. PHƢƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM ............................................................ 41
2.4.1. Phân tích thành phần axit béo ............................................................. 41
2.4.2. Phân tích độ ổn định oxy hóa .............................................................. 41
2.4.3. Phân tích các tính chất lý hóa cơ bản của diesel/ biodiesel/B20 ........ 42
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ......................................................... 46
3.1. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH BIODIESEL ..................................................... 46
3.1.1.
3.1.2.
3.1.3.
3.1.4.

Kết quả phân tích BD-KFC ................................................................ 46
Kết quả phân tích BD - Dầu Jatropha (BD-JA) .................................. 48
Kết quả phân tích BD-Mỡ cá basa (BD-BA) ...................................... 50
Kết quả so sánh 3 loại biodiesel.......................................................... 52

3.2. PHỐI TRỘN 3 LOẠI BIODIESEL.......................................................... 55
3.2.1. Khảo sát sự biến thiên độ ổn định oxy hóa theo axit Linoleic và
Linolenic ............................................................................................................ 57
3.2.2. Khảo sát sự biến thiên của CFPP theo thành phần axit béo không bão
hòa
………………………………………………………………………58
3.2.3. Lựa chọn tỷ lệ phối trộn ...................................................................... 59
3.3. PHÂN TÍCH CÁC CHỈ TIÊU HĨA LÝ CỦA DIESEL GỐC VÀ 3
LOẠI BIODIESEL PHỐI TRỘN ...................................................................... 60
3.3.1.
3.3.2.
3.3.3.
3.3.4.

Diesel gốc............................................................................................ 60
Biodiesel B20 – Hỗn hợp 1 (BD-HH1) .............................................. 61
Biodiesel B20 – Hỗn hợp 2 (BD-HH2) .............................................. 62
Biodiesel B20 – Hỗn hợp 3 (BD-HH3) .............................................. 63

3.4. KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL 1
XYLANH………… .............................................................................................. 66
3.4.1.
3.4.2.
3.4.3.

Suất tiêu hao nhiên liệu ....................................................................... 66
Đặc tính khí thải của động cơ ............................................................. 69
Nhiệt độ khói thải................................................................................ 78


CHƢƠNG 4.

KẾT LUẬN VÀ ĐINH HƢỚNG NGHIÊN CỨU ..................... 79

4.1. KẾT LUẬN ................................................................................................. 79
4.2. ĐỊNH HƢỚNG NGHIÊN CỨU................................................................ 80
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 82
PHỤ LỤC………… ................................................................................................. 83


MỤC LỤC BẢNG

Bảng 1.1 Yêu cầu kỹ thuật về nhiên liệu Diesel ........................................................... 6
Bảng 1. 2 Yêu cầu kỹ thuật của diesel sinh học gốc .................................................... 23
Bảng 2.1 Một số các axit béo trong thành phần của dầu thực vật, dầu jatropha và
mỡ cá basa .................................................................................................................... 37
Bảng 2.2 Chế độ thử nghiệm....................................................................................... 40
Bảng 3.1 Thành phần axit béo của BD-KFC .............................................................. 46
Bảng 3.2 Kết quả phân tích các tính chất lý hóa cơ bản của biodiesel KFC .............. 47
Bảng 3.3 Thành phần axit béo của biodiesel Jatropha ................................................ 48
Bảng 3.4 Kết quả phân tích các tính chất lý hóa cơ bản của biodiesel Jatropha ........ 49
Bảng 3.5 Thành phần axit béo của biodiesel mỡ cá basa ........................................... 50
Bảng 3.6 Kết quả phân tích các tính chất lý hóa cơ bản của biodiesel mỡ cá basa ... 51
Bảng 3.7 So sánh thành phần axit béo của 3 loại biodiessel....................................... 52
Bảng 3.8 Kết quả so sánh các tính chất lý hóa cơ bản của 3 loại BD ......................... 54

Bảng 3.9 Kết quả sự thay đổi độ ổn định oxy hóa và CFPP của hỗn hợp biodiesel
theo các tỷ lệ phối trộn khác nhau ................................................................................ 56
Bảng 3.10 Kết quả sự thay đổi độ ổn định oxy hóa và CFPP của hỗn hợp biodiesel
thỏa mãn theo yêu cầu .................................................................................................. 59
Bảng 3.11 Tỷ lệ hỗn hợp biodiesel lựa chọn để phối trộn .......................................... 59
Bảng 3.12 Kết quả phân tích các tính chất lý hóa cơ bản của DO ............................. 60
Bảng 3.13 Kết quả phân tích các tính chất lý hóa cơ bản của biodiesel B20-HH1 .... 61
Bảng 3.14 Kết quả phân tích các tính chất lý hóa cơ bản của biodiesel B20-HH2 .... 62
Bảng 3.15 Kết quả phân tích các tính chất lý hóa cơ bản của biodiesel B20-HH3 .... 63
Bảng 3.16 Kết quả phân tích các tính chất lý hóa cơ bản của DO, Biodiesel B100
và Biodiesel B20 .......................................................................................................... 64
Bảng 3.17 Tiêu hao nhiên liệu (Kg/h) của DO/B20 theo các mức tải ........................ 66
Bảng 3.18 Suất tiêu hao nhiên liệu (g/kWh) của DO/B20 theo các mức tải .............. 67
Bảng 3.19 Thành phần khí thải CO của DO/B20 theo các mức tải ............................ 70
Bảng 3.20 Thành phần khí thải CO2 của DO/B20 theo các mức tải .......................... 71
Bảng 3.21 Thành phần khí thải HC của DO/B20 theo các mức tải ............................ 73
Bảng 3.22 Thành phần khí thải NOx của DO/B20 theo các mức tải .......................... 75
Bảng 3.23 Độ mờ khói của DO/B20 theo các mức tải ................................................ 77
Bảng 3.24 Nhiệt độ khí thải của DO/B20 theo các mức tải ........................................ 78


MỤC LỤC HÌNH
Hình 1.1 Ngun lý hoạt động của động cơ Diesel 4 kỳ ............................................. 8
Hình 1.2 Nguyên lý hoạt động của động cơ Diesel 2 thì ........................................... 10
Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel .................................................. 11
Hình 1.4 Cấu trúc phân tử axit Oleic .......................................................................... 14
Hình 1.5 Cấu trúc phân tử axit Linoleic ...................................................................... 15
Hình 1.6 Cấu trúc phân tử axit Linolenic .................................................................... 15
Hình 1.7 Cấu trúc phân tử Palmitic ............................................................................. 16
Hình 1.8 Cơng thức phân tử axit Stearic [8] .............................................................. 16

Hình 1.9 Tổng nhu cầu diesel ở Khu vực Châu Á-Thái Bình Dương [9]................... 17
Hình 1.11 Trị số xêtan theo số nguyên tử C [13] ........................................................ 22
Hình 1.12 Những vùng phân bố chính của Jatropha curcas trên thế giới.[15] ........... 28
Hình 1.13 Một số hình ảnh của jatropha [16] ............................................................ 28
Hình 1.14. Hình ảnh cá basa ....................................................................................... 31
Hình 2.1 Sơ đồ thực nghiệm ....................................................................................... 34
Hình 3.1 Đồ thị so sánh thành phần axit béo của 3 loại biodiessel ............................. 53
Hình 3.2 Sự biến thiên độ ổn định oxy hóa theo hàm lượng axit béo linoleic và
linolenic ........................................................................................................................ 57
Hình 3.3 Sự biến thiên CFPP theo thành phần axit béo khơng bão hịa ..................... 58
Hình 3.4 Suất tiêu hao nhiên liệu DO/B20 theo các mức tải ...................................... 67
Hình 3.5 Thành phần khí thải CO của DO/B20 theo các mức tải .............................. 70
Hình 3.6 Thành phần khí thải CO2 của DO/B20 theo các mức tải ............................. 72
Hình 3.7 Thành phần khí thải HC của DO/B20 theo các mức tải .............................. 74
Hình 3.8 Thành phần khí thải NOx của DO/B20 theo các mức tải ............................ 76
Hình 3.9 Độ mờ khói của DO/B20 theo các mức tải .................................................. 77
Hình 3.10 Nhiệt độ khí thải của DO/B20 theo các mức tải ........................................ 78


1

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT
NAM
1.1.1.

Tình hình sử dụng nhiên liệu trên thế giới

Trong cân bằng năng lượng thế giới, ba dạng năng lượng sơ cấp đóng vai trị
chủ yếu hiện nay là than đá, dầu mỏ và khí thiên nhiên. Đây là những nguồn năng

lượng hữu hạn và không thể tái tạo. Bên cạnh đó, cịn có những nguồn năng lượng
khác như thủy điện, năng lượng nguyên tử, các dạng năng lượng tái tạo (năng lượng
mặt trời, năng lượng gió, năng lượng thủy triều,…). Tuy nhiên, các nguồn này chỉ
chiếm một phần nhỏ trong cân bằng năng lượng toàn cầu. Hiện nay, dầu mỏ và khí
thiên nhiên, nếu chưa bị cạn kiệt, vẫn phải đóng vai trị chủ lực trong việc cân bằng
năng lượng thế giới trong nhiều thập kỷ tới, thậm chí trong suốt cả thế kỷ XXI.
Theo dự báo của Tổ chức các nước xuất khẩu dầu mỏ (OPEC), nhu cầu dầu thô
của nền kinh tế thế giới có xu hướng tăng một cách ổn định . Nhận định này được
công bố ngày 11/11 trong báo cáo hàng tháng của OPEC. Trong báo cáo này, nhu
cầu về dầu thô của thế giới trong năm nay so với năm 2009 tăng 1,32 triệu
thùng/ngày và đạt mức trung bình 85,78 triệu thùng/ngày. Với mức tăng đều đặn
như vậy, sang năm 2011, con số trên có thể đạt tới gần 87 triệu thùng/ngày. Các
quốc gia xuất khẩu dầu mỏ không thuộc OPEC trong năm nay đã tăng sản lượng
khai thác thêm hơn 1 triệu thùng/ngày so với năm ngoái, lên 52,16 triệu thùng/ngày.
Con số này sang năm 2011 có thể tăng đến 52,52 triệu thùng/ngày.
Còn theo các nhà nghiên cứu thuộc Đại học California, thế giới sẽ cạn kiệt dầu
mỏ khoảng 100 năm trước khi có đủ các nguồn năng lượng thay thế nếu việc sử
dụng dầu mỏ và phát triển các nhiên liệu mới tiếp tục với tốc độ như hiện nay. Với
trữ lượng dầu mỏ toàn cầu là 1.332 tỷ thùng theo ước tính vào năm 2008, mức tiêu
thụ 85,22 triệu thùng/ngày và tăng 1,3% mỗi năm, dầu mỏ sẽ cạn kiệt vào năm 2041
hoặc lạc quan hơn là vào năm 2054.


2

Trong khi đó, theo tính tốn của các nhà nghiên cứu, các nguồn năng lượng mới
chỉ có thể thế chỗ của dầu mỏ sớm nhất là vào năm 2140. [1]
1.1.2.

Tình hình sử dụng nhiên liệu tại Việt Nam

Việt Nam là một trong những quốc gia có nguồn tài nguyên dầu mỏ và khí
phong phú . Hiện nay, nhu cầu tiêu thụ các sản phẩm lọc dầu của Việt Nam tăng lên
nhanh chóng trong những năm qua do sự phát triển kinh tế của Việt Nam ngày càng
cao. Tiêu thụ năng lượng của nước ta tăng mạnh hơn tỷ lệ tăng trưởng kinh tế.
Trong giai đoạn 2001-2006, chứng kiến mức tăng trưởng trung bình hàng năm về
nhu cầu tiêu thụ xăng dầu (xăng, DO, FO, kerosene, JetA1, LPG, nhựa đường)
trong nước là 4%/năm. Năm 2006, tổng sản lượng tiêu thụ các sản phẩm lọc dầu
của Việt Nam là 12,3 triệu tấn/năm. Trong các sản phẩm xăng dầu của Việt Nam thì
dầu diesel chiếm tỷ trọng lớn nhất và có mức tăng trưởng trung bình hàng năm là
5,3%/năm cho giai đoạn 2001-2006, đạt mức 5,1 triệu tấn/năm cho năm 2006. Xăng
là sản phẩm chiếm vị trí thứ 2 trong cơ cấu sản phẩm lọc dầu được tiêu thụ tại Việt
Nam với mức tăng trưởng hàng năm cho giai đoạn 2001-2006 là 11,9%/năm, sản
lượng tiêu thụ xăng cho năm 2006 là 3,3 triệu tấn/năm. [2]
Theo báo cáo của nhiều chuyên gia, trong thời gian tới nếu Việt Nam không
phát hiện thêm các mỏ dầu mới có trữ lượng lớn thì với sản lượng khai thác hiện tại,
dự báo đến 2025 Việt Nam về cơ bản cạn kiệt tài nguyên dầu khí. Việt Nam từ chỗ
xuất khẩu năng lượng (dầu thơ, than), trong vịng 15 năm tới sẽ phải nhập năng
lượng, trong đó xăng dầu dùng cho giao thông vận tải chiếm khoảng 30% tổng nhu
cầu năng lượng của cả nước.
Khi nhà máy lọc dầu Dung Quất hoạt động hết công suất, Việt Nam cũng mới
tự cung cấp được khoảng 5,3 triệu tấn xăng dầu dùng cho giao thông vận tải trong
tổng nhu cầu 15,5 - 16 triệu tăng tấn xăng dầu. Do vậy Việt Nam hiện tại vẫn phải
nhập khẩu ít nhất 2/3 nhu cầu xăng dầu từ nước ngoài để phục vụ nhu cầu trong
nước.
Trong khi nguồn năng lượng hóa thạch đang cạn kiệt, chi phí khai thác ngày
càng tăng thì nhu cầu sử dụng của con người vẫn không ngừng tăng lên làm cho giá


3

của các loại nhiên liệu hóa thạch tăng cao, điển hình là giá dầu thơ trên thế giới.
Điều này đã tác động trực tiếp lên giá thành xăng dầu thành phẩm. Việt Nam đang
phải sử dụng một số lượng lớn ngoại tệ để nhập khẩu xăng dầu phục vụ cho nhu cầu
trong nước. [3]
1.2. TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU DIESEL
1.2.1.

Tổng quan về diesel

1.2.1.1. Thành phần
Nhiên liệu diesel là một loại nhiên liệu lỏng, được sản xuất chủ yếu từ phân
đoạn gasoil nhẹ, là sản phẩm của quá trình chưng cất trực tiếp dầu mỏ với khoảng
nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển từ 250 đến 3500C bao gồm các hydrocarbon khác
nhau từ C16 đến C20, 21. Nhiên liệu diesel được sử dụng chủ yếu cho động cơ diesel
(đường bộ, đường sắt, đường thủy…) và cũng được sử dụng trong các tuabin khí
(cơng nghiệp xây dựng, phát điện…)
Ngồi ra, phân đoạn gasoil cũng có thể được trộn chung với các sản phẩm của
quá trình như: cracking nhiệt, cracking xúc tác…để tăng sản lượng và đảm bảo các
yêu cầu kỹ thuật.
Phần lớn trong phân đoạn này là các n-parafin, iso-parafin, naphthene, olefin và
các aromatic, cịn hydrocarbon thơm rất ít. Ở cuối phân đoạn có những n-parafin có
nhiệt độ kết tinh cao, chúng là những thành phần gây mất tính linh động của phân
đoạn ở nhiệt độ thấp. Trong gasoil, ngoại naphthene và thơm 2 vịng chủ yếu,
những chất có 3 vịng bắt đầu tăng lên.
Hàm lượng các hợp chất chứa S, N, O tăng nhanh. Lưu huỳnh ở dạng disunfua,
dị vòng. Trong gasoil đã xuất hiện nhựa, song cịn ít, trọng lượng phân tử của nhựa
còn thấp.
1.2.1.2. Các tiêu chuẩn về chất lƣợng
Để đáp ứng các yêu cầu của động cơ cũng như tiểu chuẩn của môi trường,

nhiên liệu diesel phải thỏa mãn một số chỉ tiêu về chất lượng sản phẩm quy định,
tùy theo điều kiện cụ thể mà mỗi quốc gia, vị trí có những tiêu chuẩn khác nhau,


4

như Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN), ASTM… Một số các tiêu chuẩn quan trọng đối
với diesel:
a.

Trị số xêtan

“Trị số xêtan là đơn vị đo quy ước, đặc trưng cho khả năng tự bắt cháy của
nhiên liệu diesel, có giá trị đúng bằng giá trị của hỗn hợp chuẩn có cùng khả năng
tự bắt cháy. Hỗn hợp chuẩn này gồm 2 hydrocacbon: n-xetan (n-C16H34) quy định
là 100, có khả năng tự bắt cháy tốt, và a-metyl naphtalen (C4H10) quy định là 0,
khả năng tự bốc cháy kém.” [4]
Yêu cầu về trị số xêtan của động cơ diesel tốc độ chậm (dưới 500 vòng/phút)
chỉ cần 45 đến 50. Với động cơ chạy nhanh (đến 1000 vòng/phút) chỉ cần trên 50.
Trị số xetan cao q sẽ lãng phí nhiên liệu vì một số thành phần ở nhiệt độ cao
trong xilanh sẽ phân hủy thành cacbon tự do (tạo muội) trước khi cháy. Trị số xetan
thấp quá sẽ xảy ra cháy kích nổ, do có nhiều thành phần khó bị oxy hóa địi hỏi phải
phun rất nhiều nhiên liệu vào xilanh mới xảy ra quá trình tự cháy, dẫn đến lượng
nhiên liệu bị đốt cháy nhiều hơn yêu cầu, nhiệt lượng sinh ra rất lớn gây tăng mạnh
áp suất, động cơ bị rung giật…
Phân đoạn gasoil nhẹ chưng cất trực tiếp từ dầu mỏ nói chung có trị số xêtan
thích hợp để sử dụng ln làm nhiên liệu diesel.
b.

Độ nhớt

Độ nhớt là tính chất của một chất lỏng, được xem là ma sát nội của chất lỏng và
cản trở sự chảy của chất lỏng. Nguyên nhân có độ nhớt là do ái lực cơ học giữa các
hạt cấu tạo nên chất lỏng.
- Đặc biệt ở những vùng có nhiệt độ mơi trường thấp, nhiên liệu phải lưu động
một cách dễ dàng trong hệ thống nhiên liệu, nhiên liệu sẳn sàng cung cấp đủ và liên
tục.
- Độ nhớt phù hợp, đảm bảo tính chất bơi trơn và bao kín các bộ đơi bơm cao áp
và kim phun. Tuy nhiên, nếu độ nhớt quá cao thì nhiên liệu khó phun tơi và bốc hơi
hồn tồn, gây chất lượng xấu tới chất lượng hỗn hợp và cháy của nhiên liệu. Độ
nhớt động học của nhiên liệu Diesel tối thiểu là υ20oC = 1.5 2.0 cSt.


5

c.

Độ đơng đặc

Đơng đặc là một tính chất của dầu mỏ, chúng bị mất linh động khi nhiệt độ hạ
xuống thấp. Tính linh động là do sự tạo thành những mạng tinh thể parafin hoặc độ
nhớt tăng mạnh.
c.

Thành phần chưng cất

Nhiên liệu có thành phần chưng cất ổn định được đặc trưng bởi nhiệt độ bốc hơi
của nhiên liệu từ 155 375oC. Trong đó 50% nhiên liệu bốc hơi ở to =270 280oC,
96% nhiên liệu bốc hơi ở to =340 360oC. Nhiên liệu có tính bốc hơi tốt thì động cơ
càng dễ khởi động, thời gian chạy hâm nóng máy giảm và nồng độ khói đen trong

khí thải càng ít.
d.

Hàm lượng lưu huỳnh

Nhiên liệu diesel cũng yêu cầu không ăn mòn, mài mòn và kết muội than trước,
sau khi cháy, điều này tùy thuộc vào hàm lượng lưu huỳnh (S), tro và các hợp chất
hữu cơ, vơ cơ, nước.... Vì vậy nhiên liệu trước khi sử dụng phải được lọc thật sạch
và bảo quản tốt.
Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) về nhiên liệu Diesel:


6

Bảng 1.1 Yêu cầu kỹ thuật về nhiên liệu Diesel

Tên chỉ tiêu

STT

MỨC

PHƢƠNG
PHÁP THỬ

1

Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg, max

2

Chỉ số xêtan, khơng nhỏ hơn

3

Nhiệt độ cất oC, 90% thể tích, max

4

Điểm cớp cháy cốc kín, oC, min

5

Độ nhớt động học ở 40 oC, cSt

6

Cặn cacbon của 10% cặn chưng cất, max

0,3

ASTM D 4530/189

7

+6

ASTM D 97

8

o
Điểm
đặc,lượng,
C, max
mmmãđông
% khối
max
Hàm lượng tro, % khối lượng, max

0,01

ASTM D 482

9

Hàm lượng nước, mg/kg, max

200

ASTM E 203

10

Tạp chất dạng hạt, mg/l, max

10

ASTM D 2276

11

Ăn mòn mảnh đồng ở 50 oC, 3giờ, max

Lọai 1

ASTM D 130

12

Khối lượng riêng ở 15 oC, kg/l

820-860

ASTM D 1298/4052

13

Độ bôi trơn, m, max

460

ASTM D 6079

14

Ngọai quan

Sạch, trong

ASTM D 4176

1.2.2.

500
46
2500
360
55
2

4,5

ASTM D - 2622/5453
ASTM D 4737
ASTM D 86
ASTM D 83/3828
ASTM D 445

Tổng quan về động cơ diesel

1.2.2.1. Bản chất quá trình cháy
Nhiên liệu sau khi được phun vào xy lanh không tự cháy ngay mà phải có thời
gian để oxy hóa sâu sắc các hydrocacbon trong nhiên liệu tạo hợp chất oxy trung
gian, có khả năng tự bốc cháy. Khoảng thời gian đó gọi là thời gian cảm ứng hay
thời gian cháy trễ. Thời gian cảm ứng càng ngắn càng tốt, lúc đó nhiên liệu sẽ cháy
điều hòa. Nếu thời gian cảm ứng kéo dài thì một phần nhiên liệu chưa kịp bị oxy
hóa, trong khi một phần khác đã bị oxy hóa và sẽ bốc cháy khiến cả khối nhiên liệu
bị cháy theo cũng một lúc ở điều kiện bắt buộc. Tốc độ cháy này rất lớn làm cho áp
suất trong xylanh tăng đột ngột làm hao tốn công suất động cơ và gây hư hại cho

động cơ.


7

Nguyên lí cơ bản của động cơ diesel là dựa trên nhiệt nén làm bốc cháy nhiên
liệu. Nhiên liệu được tiêm vào buồng nén mà ở đó khơng khí đã được nén tới 1 áp
lực từ 41,5 - 45,5 kg/cm2 và đạt tới nhiệt độ ít nhất là 5000C. Nhiệt độ này đủ để
làm bốc cháy nhiên liệu và khí dãn nở làm tăng áp lực lên tới trên 70 kg/cm2. Áp
lực này tác động lên piston và làm động cơ chuyển động.
Trong chu trình làm việc của động cơ diesel, nhiên liệu tự bốc cháy trong điều
kiện nhiệt độ và áp suất tới hạn, không cần mồi lửa từ bugi. Vì thế tính chất quan
trọng của nhiên liệu diesel là chất lượng cháy của nó. Đầu tiên, nhiên liệu phải có
khả năng dễ dàng cháy ở nhiệt độ nén đủ thấp để đảm bảo sự cháy, thậm chí khi
xuất phát ở điều kiện nhiệt độ thấp. Thứ hai, thời gian giữa khi tiêm nhiên liệu vào
xilanh và cháy phải không được quá dài hay quá nhiều dầu trong xilanh khi sự cháy
xảy ra và như thế áp suất cao không cân bằng sẽ sinh ra và động cơ hoạt động
không tốt.
Khi chất lượng cháy được thử trong một động cơ diesel chuẩn thì kết quả được
biểu thị bằng chỉ số xêtane. [5]
1.2.2.2. Lịch sử phát triển và nguyên lý hoạt động của động cơ Diesel
Rudolf Diesel là nhà phát minh ra động cơ Diesel. Ông sinh
năm 1858, là con một gia đình gốc Đức di cư sang Pháp. Năm
1870 chiến tranh Pháp bùng nổ, gia đình ơng di cư sang Anh,
ông được gửi đi Augsboung (Đức) để ăn học. Sau khi học xong
kỹ thuật ông tiếp tục bậc Đại học ở Munich và nghiên cứu về
động cơ nhiệt. Ông trình bày luận văn với nhan đề “Lý thuyết
kết cấu của một loại động cơ nhiệt thay thế cho máy hơi nước”.
Đây là loại động cơ mới, đốt cháy nhiên liệu mà không cần hệ
thống đánh lửa và bộ chế hịa khí.

Ngày nay động cơ Diesel đã trở thành nguồn lực chủ yếu trên hầu hết các lĩnh
vực như: phát điện, tàu thủy, nguồn động lực tĩnh tại, xe lửa và nhất là ôtô vận tải.


8

1.2.2.3. Các khái niệm cơ bản
Điểm chết: là điểm mà tại đó piston khơng thể tiếp tục đi lên hay đi xuống
được. Vậy có hai điểm chết: điểm chết trên (TDC-top death center) và điểm chết
dưới (BDC-bottom death center).
Hành trình làm việc: là khoảng chạy của piston từ điểm chết này đến điểm chết
kia. Hành trình làm việc người ta cịn gọi là thì.
Chu trình: là số hành trình cần thiết để động cơ sinh cơng một lần. Ta có chu
trình của động cơ hai kỳ (một chu trình gồm hai hành trình của piston) và chu trình
của động cơ bốn kỳ (một chu trình gồm bốn hành trình của piston).
Thể tích buồng đốt: là phần thể tích được giới hạn bởi nắp máy, join nắp máy,
xylanh và piston khi piston ở TDC.
Thể tích cơng tác: là phần thể tích giới hạn bởi xylanh và piston khi piston ở
TDC và BDC.
Thể tích tồn phần: là tổng của thể tích buồng đốt và thể tích cơng tác.
Tỷ số nén: là tỷ số giữa thể tích tồn phần và thể tích buồng đốt. Đối với động
cơ Diesel, tỉ số nén nằm trong khoảng 12 24 (đối với động cơ xăng từ 9 12).
1.2.2.4. Nguyên lý hoạt động của động cơ Diesel 4 thì

Hình 1.1 Nguyên lý hoạt động của động cơ Diesel 4 kỳ


9

Chu trình làm việc của động cơ bốn thì được thực hiện lần lượt theo bốn thì nối tiếp

nhau như sau:
Thì nạp: Nhờ qn tính của thì nổ ở chu trình trước, piston từ TDC di chuyển
xuống BDC tạo nên độ chân không trong xylanh. Đồng thời lúc này nhờ hệ thống
phân phối khí điều khiển xupáp xả đóng kín, xupáp nạp mở, khơng khí được lọc
sạch qua xupáp nạp vào xylanh động cơ. Kết thúc quá trình nạp, xupáp nạp đóng
lại.
Thực tế, q trình nạp của động cơ dài hơn lý thuyết nghĩa là xupáp nạp mở
trước điểm chết trên một góc tương ứng với góc mở sớm của xupáp nạp và nạp
đóng muộn sau BDC một góc tương ứng với góc đóng muộn của xupáp nạp. Điều
này giúp cho q trình nạp khơng khí mới được đầy, cơng suất động cơ tăng. Giá trị
góc mở sớm, đóng muộn của xupáp nạp được thiết kế tùy theo loại động cơ và
thường vào khoảng 30o.
Thì nén: Piston tiếp tục đi từ BDC lên TDC, lúc này hai xupáp nạp và xả đều đóng
kín, khơng khí trong xylanh được nén với áp suất cao (30-35 kg/cm2) và nhiệt độ
lên khoảng 500-600oC. Tùy theo hình dạng của buồng cháy, kiểu buồng cháy mà
xốy lốc của khối khí nóng này ở mức độ khác nhau.
Thực tế q trình nén khơng bắt đầu ngay khi piston ở BDC mà khi xupáp nạp vừa
đóng kín. Quá trình nén kết thúc khi piston ở TDC.
Thì nổ (hay thì cháy giãn nở): khi piston gần TDC (khỏang 20o trước TDC tùy
theo loại động cơ) kim phun phun nhiên liệu vào buồng đốt động cơ. Nhiên liệu gặp
không khí có nhiệt độ cao (nhiệt độ trên nhiệt độ sôi của nhiên liệu) sẽ tự bốc cháy,
sinh công đẩy piston xuống điểm chết dưới. Lúc này cả hai xupáp nạp và xả đều
đóng kín.
Đối với động cơ diesel cũng như động cơ xăng, để công suất đạt cực đại thì giá
trị áp suất max đạt được trong quá trình cháy sau TDC khoảng 5-15o như mơ tả ở
hình bên:
Thì xả: Nhờ quán tính, piston di chuyển từ BDC lên TDC, lúc này xupáp xả mở,
khí cháy (sản vật cháy) thốt ra ngồi qua xupáp xả.

10

Thực tế thì xả cũng kéo dài như ở thì nạp nghĩa là xupáp xả mở trước BDC một góc
tương ứng với góc mở sớm của xupáp xả và đóng muộn sau TDC một góc tương
ứng với góc đóng muộn của xupáp xả. Điều này giúp cho quá trình thải khí cháy
được sạch, cơng suất động cơ tăng. Giá trị góc mở sớm, đóng muộn của xupáp thải
được thiết kế tùy theo loại động cơ và thường vào khoảng 30o. [4]
1.2.2.5. Nguyên lý hoạt động của động cơ Diesel 2 thì
Khác với động cơ bốn kỳ, chu trình làm việc của động cơ hai thì được thực hiện nối
tiếp nhau như sau:

Hình 1.2 Nguyên lý hoạt động của động cơ Diesel 2 thì
Thì thứ 1 (nạp-nén): Khi piston từ BDC lên TDC. Khi piston ở BDC bắt đầu đi
lên, xupáp xả cịn mở, gió được thổi vào xylanh nhờ bơm gió và khí cháy ở chu kỳ
trước được qt ra ngồi qua xupáp thốt. Piston tiếp tục đi lên làm các lỗ xung
quanh piston bị che lại, đồng thời xupáp xả đóng lại, khơng khí trong lịng xylanh bị
nén với áp suất và nhiệt độ cao.
Thì thứ 2 (cháy giản nở-thải): khi piston lên gần TDC (khoảng 17o trục khuỷu tùy
loại động cơ) nhiên liệu được phun vào gặp không khí nhiệt độ cao nên nhiên liệu
tự bốc cháy, sinh công đẩy piston đi xuống. Khi piston đi xuống khoảng ¾ khoảng
chạy, xupáp xả mở ra khí cháy thốt ra ngoài. Piston tiếp tục đi xuống mở các cửa


11

thải xung quanh xylanh và bơm gió qt lượng khí cháy cịn lại ra ngồi đồng thời
cũng nạp khí mới cho thì tiếp theo.
1.2.2.6. Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel
Sơ đồ hệ thống nhiên liệu:

Sơ đồ hệ thống nhiên liệu dộng cơ
HìnhDiesel
1.3 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel
Nguyên tắc làm việc của hệ thống như sau: khi động cơ làm việc, bơm tiếp vận
(supply pump) hút nhiên liệu từ thùng chứa (fuel tank) qua lọc thô (pre-filter), qua
lọc tinh (second-filter) rồi đến bơm cao áp (injection pump). Áp suất nhiên liệu
cung cấp cho bơm cao áp được giữ không đổi theo tốc độ động cơ nhờ vào van ổn
áp, nhiên liệu thừa được xả về thùng chứa hoặc lọc thô. Tại bơm cao áp, nhiên liệu
được nén lên áp lực cao rồi đưa đến kim phun (injectior) phun vào buồng đốt động
cơ đúng thứ tự nổ của động cơ.
Do giữa van kim và đót kim bao giờ cũng có khe hỡ, dầu áp suất cao qua khe
hỡ này theo đường dần hồi (fuel return line) về lại thùng chứa nhiên liệu.
Kim phun và các dạng chùm tia nhiên liệu: