ĐẶT VẤN ĐỀ SVTH: Lê Phƣơng Ánh Tổng hợp & khảo sát sự ảnh hưởng của một số phụ gia lên nhiệt độ vẩn đục (cloud point - CP), nhiệt độ đông đặc (pour point - PP) và độ ổn định oxy hóa (oxidation stability) của Biodiesel B100 và B5 Căn cứ QUYẾT ĐỊNH CỦA THỦ TƢỚNG CHÍNH PHỦ về việc phê duyệt "Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025" [12], trong đó: Mục tiêu tổng quát là: Phát triển nhiên liệu sinh học, một dạng năng lƣợng mới, tái tạo đƣợc để thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch truyền thống, góp phần bảo đảm an ninh năng lƣợng và bảo vệ môi trƣờng. Mục tiêu cụ thể cho từng giai đoạn: 1) Giai đoạn đến năm 2010: - Xây dựng hệ thống cơ chế, chính sách và văn bản quy phạm pháp luật nhằm tạo hành lang pháp lý để thu hút đầu tƣ, khuyến khích sản xuất quy mô công nghiệp và sử dụng nhiên liệu sinh học. Nâng cao nhận thức cộng đồng về vai trò quan trọng và lợi ích to lớn của nhiên liệu sinh học. - Xây dựng lộ trình sử dụng nhiên liệu sinh học để thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch đang sử dụng trong ngành giao thông vận tải, các ngành công nghiệp khác và mô hình thí điểm phân phối nhiên liệu sinh học tại một số tỉnh, thành phố.
- Nghiên cứu, tiếp cận và làm chủ đƣợc các công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học từ sinh khối, công nghệ phối trộn phù hợp và giải quyết vấn đề nâng cao hiệu suất chuyển hóa từ sinh khối thành nhiên liệu. - Quy hoạch và phát triển các vùng nguyên liệu để sản xuất cồn, dầu, mỡ động thực vật (mía, sắn, ngô, cây có dầu, mỡ động vật tận thu,.) để sản xuất nhiên liệu sinh học. - Đào tạo nguồn nhân lực đáp ứng bƣớc đầu nhu cầu phát triển nhiên liệu sinh học. - Đến năm 2010, xây dựng và phát triển đƣợc các mô hình sản xuất thử nghiệm và sử dụng nhiên liệu sinh học quy mô 100 nghìn tấn E5 và 50 nghìn tấn B5/năm, bảo đảm đáp ứng 0,4% nhu cầu xăng dầu của cả nƣớc.
- Tiếp cận và làm chủ đƣợc công nghệ sản xuất giống cây trồng cho năng suất cao để sản xuất nhiên liệu sinh học. 2) Giai đoạn 2011 - 2015: - Nghiên cứu, làm chủ và sản xuất các vật liệu, chất phụ gia phục vụ sản xuất nhiên liệu sinh học. SVTH: Lê Phƣơng Ánh Trang 1 Tổng hợp & khảo sát sự ảnh hưởng của một số phụ gia lên nhiệt độ vẩn đục (cloud point - CP), nhiệt độ đông đặc (pour point - PP) và độ ổn định oxy hóa (oxidation stability) của Biodiesel B100 và B5 - Phát triển sản xuất và sử dụng rộng rãi nhiên liệu sinh học để thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch truyền thống. Mở rộng quy mô các cơ sở sản xuất nhiên liệu sinh học và mạng lƣới phân phối cho mục đích giao thông và sản xuất công nghiệp khác.
- Xây dựng và phát triển các cơ sở sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học trên phạm vi cả nƣớc. Đến năm 2015, sản lƣợng ethanol và dầu thực vật đạt 250 nghìn tấn (pha đƣợc 5 triệu tấn E5, B5), đáp ứng 1% nhu cầu xăng dầu của cả nƣớc. - Đào tạo đƣợc một đội ngũ cán bộ chuyên sâu về những lĩnh vực chủ yếu liên quan đến quá trình sản xuất nhiên liệu sinh học và đào tạo phổ cập lực lƣợng công nhân kỹ thuật đáp ứng nguồn nhân lực cho quá trình phát triển nhiên liệu sinh học. 3) Tầm nhìn đến năm 2025: Công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học ở nƣớc ta đạt trình độ tiên tiến trên thế giới.
Sản lƣợng ethanol và dầu thực vật đạt 1,8 triệu tấn, đáp ứng khoảng 5% nhu cầu xăng dầu của cả nƣớc. Nội dung tóm tắt trên đây của Đề án phát triển nhiên liệu sinh học của chính phủ tạo ra những tiền đề quan trọng trong việc sử dụng nhiên liệu từ nguồn sinh khối của Việt Nam, thúc đẩy một bƣớc sự hình thành và phát triển nền kinh tế cacbon thấp ở nƣớc ta trong tƣơng lai, tạo tiền đề cho các lĩnh vực khác phát triển. a/ Về mặt kinh tế xã hội: Việc ứng dụng nhiên liệu sinh học để thay thế nhiên liệu hóa thạch là một chính sách đúng và phù hợp với xu thế thời đại. Nhiên liệu sinh học nói chung và Diesel sinh học nói riêng góp phần bảo vệ môi trƣờng trên hai khía cạnh: - Khí thải của động cơ sử dụng Diesel sinh học giảm lƣợng CO2 đáng kể.
- Trồng cây có dầu để bảo vệ đất, chống xói mòn, tăng lƣợng O2, giảm lƣợng CO2 trong bầu khí quyển. Sử dụng nhiên liệu Diesel sinh học không những cho phép giải quyết nhu cầu năng lƣợng mà còn tích cực tham gia vào việc xóa đói giảm nghèo cho dân cƣ vùng đất đồi, núi. b/ Về mặt khoa học, công nghệ : Mặc dù Việt Nam đã xây dựng xong TCVN về Biodiesel, tuy nhiên các cơ sở khoa học về việc pha 5, 10, 15, 20% cũng nhƣ các chất phụ gia của nó vẫn chƣa SVTH: Lê Phƣơng Ánh Trang 2 Tổng hợp & khảo sát sự ảnh hưởng của một số phụ gia lên nhiệt độ vẩn đục (cloud point - CP), nhiệt độ đông đặc (pour point - PP) và độ ổn định oxy hóa (oxidation stability) của Biodiesel B100 và B5 đƣợc chuẩn hóa - vì chƣa có một công trình nào đƣợc nghiên cứu cụ thể. Cũng nhƣ phụ gia cho Diesel đi từ dầu mỏ, phụ gia cho Biodiesel cũng có những yêu cầu khắt khe về mặt khoa học nhƣ khả năng hòa tan trong Biodiesel, không gây các hiện tƣợng lắng đọng, không tạo ra các chất độc hại trong khí thải, làm tăng các giá trị có lợi cho nhiên liệu.
Đây là một lĩnh vực mới trong ngành công nghiệp hóa chất của Việt Nam. Qua theo dõi trên các tạp chí Khoa Học Công Nghệ đƣợc xuất bản tại Việt Nam trong vòng 10 năm trở lại đây, chúng tôi chƣa ghi nhận đƣợc một công bố nào. Các phụ gia thƣờng đƣợc nhập khẩu song song với nhiên liệu. Vì vậy, mục tiêu của công trình này là nghiên cứu tổng hợp một số chất làm phụ gia để cải thiện nhiệt độ vẩn đục, nhiệt độ đông đặc cũng như khảo sát sự ảnh hưởng của chúng với chỉ số ổn định oxy hóa của Biodiesel.
Để thực hiện mục tiêu đó, nội dung của luận văn này tập trung vào giải quyết các vấn đề sau đây: 1. Tổng hợp mẫu Biodiesel B100 đạt tiêu chuẩn Việt Nam để làm cơ sở nghiên cứu phụ gia cho nó và cho hỗn hợp phối trộn với Diesel dầu mỏ. Chiết xuất & tổng hợp phụ gia trên cơ sở các hợp chất tự nhiên đƣợc chuyển hóa bằng các phản ứng hóa học. Khảo sát sự ảnh hƣởng của các phụ gia lên nhiệt độ vẩn đục (CP), nhiệt độ đông đặc (PP) và chỉ số ổn định oxy hóa của Diesel dầu mỏ, Biodiesel B100 chuẩn và hỗn hợp phối trộn của chúng.
Rút ra kết luận về các phụ gia đã tổng hợp, làm cơ sở tham khảo cho phát triển công nghệ sản xuất phụ gia cho Biodiesel của Việt Nam trong tƣơng lai. SVTH: Lê Phƣơng Ánh Trang 3 Tổng hợp & khảo sát sự ảnh hưởng của một số phụ gia lên nhiệt độ vẩn đục (cloud point - CP), nhiệt độ đông đặc (pour point - PP) và độ ổn định oxy hóa (oxidation stability) của Biodiesel B100 và B5 PHẦN 2 TỔNG QUAN SVTH: Lê Phƣơng Ánh Tổng hợp & khảo sát sự ảnh hưởng của một số phụ gia lên nhiệt độ vẩn đục (cloud point - CP), nhiệt độ đông đặc (pour point - PP) và độ ổn định oxy hóa (oxidation stability) của Biodiesel B100 và B5 2. Giới thiệu về động cơ Diesel: [1] Động cơ Diesel (hay còn gọi là động cơ cháy nén) là một loại động cơ đốt trong đƣợc sử dụng khá phổ biến cho các loại xe ôtô, tàu thủy, xe lửa, máy phát điện, máy bơm. Nguyên lý hoạt động dựa trên hiện tƣợng kích nổ đƣợc thực hiện bằng tia lửa điện của bugi, sự cháy trong buồng đốt của động cơ Diesel là sự tự cháy.
Quá trình cháy trong động cơ Diesel: trong xilanh của động cơ Diesel, piston nén không phải nén hỗn hợp khí và hơi nhiên liệu mà chỉ nén không khí cho tới khi đạt đƣợc nhiệt độ cần thiết. Lúc này, nhiên liệu đƣợc một thiết bị phun tạo thành sƣơng phun trực tiếp vào buồng đốt, gặp không khí nóng, nhiên liệu ở dạng sƣơng nóng dần lên đến một nhiệt độ nhất định, tự bùng cháy. Nhiệt độ đó đƣợc gọi là nhiệt chớp cháy. Khi hơi nhiên liệu Diesel tự bùng cháy, động cơ bắt đầu làm việc theo đúng những chu kỳ của động cơ đốt trong.
Để thực hiện chu kỳ làm việc bình thƣờng thì nhiệt độ không khí trong buồng đốt ở thời điểm trƣớc khi phun nhiên liệu phải cao hơn nhiệt chớp cháy của nhiên liệu. Nhƣ thế, nhiên liệu mới có khả năng tự bốc cháy và động cơ mới có thể hoạt động. Thực tế cho thấy hiện tƣợng tự cháy của nhiên liệu không xảy ra tức thì ngay sau khi phun nhiên liệu vào buồng đốt mà có một khoảng thời gian giữa lúc bắt đầu phun và lúc bắt đầu cháy. Trong khoảng thời gian ngắn đó, đã kịp xảy ra quá trình oxy hóa các thành phần trong nhiên liệu dƣới dạng hơi sƣơng.
Khoảng thời gian đó đƣợc gọi là thời gian trễ hay thời gian cảm ứng. Kết thúc khoảng thời gian đó thì sự cháy trong buồng đốt mới bắt đầu. Nếu nhiên liệu có thành phần hóa học và nhiệt chớp cháy phù hợp, hơi trong buồng đốt sẽ không tích tụ nhiều thì hiện tƣợng cháy xảy ra bình thƣờng. Nếu nhiên liệu khó cháy, thời gian cảm ứng dài làm cho hơi nhiên liệu tích tụ trong buồng đốt, khi sự cháy bắt đầu nhiệt độ và áp suất tăng đột ngột, gây chấn động xilanh, khói đen thoát ra và có nhiều tiếng nổ.
Đó gọi là hiện tƣợng cháy không bình thƣờng, hay còn gọi là cháy kích nổ. Cháy kích nổ trong động cơ tức là tại một điểm nào đó trong xilanh, mặt cầu lửa chƣa lan tới mà hơi nhiên liệu đã bốc cháy đột ngột với tốc độ cháy lan truyền nhanh gấp trăm lần cháy bình thƣờng và áp suất trong xilanh tăng vọt lên. Cháy kích nổ trong động cơ phá vỡ chế độ làm việc bình thƣờng, làm giảm công suất máy, tiêu hao nhiên liệu do SVTH: Lê Phƣơng Ánh Trang 4 Tổng hợp & khảo sát sự ảnh hưởng của một số phụ gia lên nhiệt độ vẩn đục (cloud point - CP), nhiệt độ đông đặc (pour point - PP) và độ ổn định oxy hóa (oxidation stability) của Biodiesel B100 và B5 cháy không hết, mài mòn chi tiết máy, rạn nứt piston,.