Vehicles and greenhouse gas emissions impacts of fuel ethanol

VEHICLES AND GREENHOUSE GAS EMISSIONS IMPACTS OF FUEL ETHANOL INSTRUCTOR: Dr. PHẠM QUANG DỰ TEAM: NGUYỄN HUỲNH HƯNG MỸ VÕ NHƯ HOÀNG PHƯỚC NGUYỄN ĐÌNH PHÚC VŨ MÃO 11/1/2013 NỘI DUNG TRÌNH BÀY 11/1/2013 I. Tổng quan về cồn nhiên liệu II. Các ảnh hưởng của cồn nhiên liệu khi pha vào xăng III. Khả năng tương thích của cồn/ xăng sinh học đối với cơ sở hạ tầng xăng dầu hiện hữu IV. Tình hình sử dụng xăng sinh học trên thế giới. Các khuyến cáo về xăng sinh học V. Các phương pháp phối trộn, tồn trữ và phân phối xăng sinh học VI. Thử nghiệm xăng sinh học trên động cơ, ô tô VII. Đánh giá tác động của khí thải xăng sinh học đến môi trường NỘI DUNG TRÌNH BÀY 11/1/2013 I. Tổng quan về cồn nhiên liệu II. Các ảnh hưởng của cồn nhiên liệu khi pha vào xăng III. Khả năng tương thích của cồn/ xăng sinh học đối với cơ sở hạ tầng xăng dầu hiện hữu IV. Tình hình sử dụng xăng sinh học trên thế giới. Các khuyến cáo về xăng sinh học V. Các phương pháp phối trộn, tồn trữ và phân phối xăng sinh học VI. Thử nghiệm xăng sinh học trên động cơ, ô tô VII. Đánh giá tác động của khí thải xăng sinh học đến môi trường I. Tổng quan về cồn nhiên liệu I.1 Thành phần cồn nhiên liệu I.2 Tình hình sử dụng cồn nhiên liệu của các nước trên thế giới I.1 Thành phần cồn nhiên liệu  Cồn tuyệt đối:  Etanol: min 99 %tt;  Nước: thường < 1 %tt  Tạp chất:  Cồn biến tính:  Etanol: min 92,1 %tt;  Nước: max 1 %tt  Chất biến tính: 1,96 – 4,76 (5) %tt  Tạp chất: Một số quy định chỉ tiêu cồn tuyệt đối Một số quy định chỉ tiêu cồn tuyệt đối (tt) TT TÊN CHỈ TIÊU Định mức Phương pháp thử Hàm lượng ethanol ở 20oC, % thể tích Min 99,6 BP2001 Hàm lượng ethyl acetate, ppm 9 BP2001 Hàm lượng methanol, ppm 51 BP2001 Hàm lượng furfuron, ppm 0 BP2001 Hàm lượng iso pentanol, ppm 5 BP2001 Hàm lượng n- propanol, ppm 10,6 BP2001 Độ axit (như axit acetic), ppm 10,8 TCVN 1051:1971 Hàm lượng isobutanol, ppm 0 BP2001 Hàm lượng aldehyt (như acetaldehyde), ppm 15 BP2001 Hàm lượng este theo ethyl acetate, ppm 9 BP2001 Hàm lượng cặn không bay hơi, ppm 0,2 DĐVN3-2002 Hàm lượng nước, % khối lượng 0,24 ASTM E 203-01 Hàm lượng nhựa đã rửa dung môi, mg/100ml 0,5 D 381 pH 6,9 Hàm lượng kim loại nặng (Cu, Pb), mg/l - AOAC 2006 Khối lượng riêng ở 15oC, kg/m3 789 ASTM D 1298 Ngoại quan Trong, không tạp chất  Chất lượng cồn tuyệt đối xuất sang Nhật Ghi chú: dấu “-” là không phát hiện Tiêu chuẩn kỹ thuật cồn nhiên liệu biến tính  ASTM D 4806 – Yêu cầu kỹ thuật cồn biến tính  TCVN 7716 : 2007 – Yêu cầu kỹ thuật cồn biến tính Tiêu chuẩn kỹ thuật cồn nhiên liệu biến tính I.2 Tình hình sử dụng cồn nhiên liệu của các nước trên thế giới Country Specifications of ethanol fuel Anhydrous ethanol Denatured ethanol US ASTM D 4806 Australia (follow ASTM D 4806) China GB 18350 (follow ASTM D 4806) Philippine PNS/DOE QS 007 (follow ASTM D 4806) Viet Nam TCVN 7716 (follow ASTM D 4806) Europe EN 15376 Brazil ANP xx Thailand B.E.xx Japan JASO M 361 India, Sweden, Poland...  Biến tính cồn  Biến tính cồn: o Nhằm phân biệt ứng dụng & quản lý  Chất biến tính o Là các HC nằm trong dải sôi của xăng: xăng tự nhiên, các thành phần xăng, xăng không chì (< 2%tt cồn NL) o Lưu ý các chất biến tính bị cấm sử dụng NỘI DUNG TRÌNH BÀY 11/1/2013 I. Tổng quan về cồn nhiên liệu II. Các ảnh hưởng của cồn nhiên liệu khi pha vào xăng III. Khả năng tương thích của cồn/ xăng sinh học đối với cơ sở hạ tầng xăng dầu hiện hữu IV. Tình hình sử dụng xăng sinh học trên thế giới. Các khuyến cáo về xăng sinh học V. Các phương pháp phối trộn, tồn trữ và phân phối xăng sinh học VI. Thử nghiệm xăng sinh học trên động cơ, ô tô VII. Đánh giá tác động của khí thải xăng sinh học đến môi trường 1. Trị số octan 2. Áp suất hơi bão hòa 3. Đường cong chưng cất 4. Chỉ số DI 5. Hàm lượng oxy II.1 Ảnh hưởng đến các tính chất lý hóa 1. Trị số octan (RON)  Trị số octan đơn chất của etanol: ~ 108  Trị số octan phối trộn của etanol: 115 - 141 (Technip)  Khi pha cồn vào xăng, RON phụ thuộc thành phần của xăng nền: theo số liệu thực nghiệm  Xăng nền condensat/napha: 1 %tt etanol tăng ~ 0,5 - 0,6 đ.v RON;  Xăng thương phẩm (NK & DQR): 1 %tt etanol tăng ~ 0,3 – 0,4 đ.v RON. 1. Trị số octan (RON) 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 0 5 10 15 20 25 % V Etanol RON Số liệu đo trên sắc ký khí (condensat) Số liệu đo trên sắc ký khí (xăng) Số liệu thực tế trên motor Số liệu của Hixon thep phương pháp motor 2. Áp suất hơi bão hòa (RVP)  Khi pha etanol vào xăng: áp suất hơi bão hòa hỗn hợp tăng mạnh trong khoảng từ 1 – 5 %tt etanol 2. Áp suất hơi bão hòa (RVP) Stt Nồng độ etanol %tt Áp suất hơi bão hòa 37,80C Etanol 99,5%, 15,45 KPa Etanol 95%, 15,45 KPa 1 2 3 4 5 6 0% 2% 5% 10% 15% 20% 5,88 6,87 6,88 6,86 6,77 6,86 5,88 6,80 6,82 6,80 6,79 6,81 5 6 7 0 5 10 15 20 Nồng độ etanol (%V) Áp s uấ t h ơ i b ão h òa (p si ) Etanol 99,5% Etanol 95% 2. Áp suất hơi bão hòa (RVP)  Khả năng tăng áp suất RVP của các oxygenates: Metanol > Metanol + TBA (1 : 1) > Etanol > MTBE > TBA... 2. Áp suất hơi bão hòa (RVP) Stt Mẫu xăng Thời gian tồn chứa ( tuần ) 0 1 2 3 4 5 1 2 3 M1 M2 Mogas 92 6,75 6,82 7,12 6,70 6,72 7,02 6,60 6,61 6,92 6,48 6,52 6,82 6,40 6, 41 6,70 6,30 6,30 6,60 5.6 5.8 6 6.2 6.4 6.6 6.8 7 7.2 7.4 7.6 0 1 2 3 4 5 Thời gian, tuần RVP, psi Mẫu 1 Mẫu 2 Mogas 92 3. Đường cong chưng cất 3. Đường cong chưng cất ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ CỒN 99,5% ĐẾN CÁC ĐIỂM SÔI CỦA GASOHOL 40 60 80 100 120 140 160 180 0 5 10 15 20 25 % thể tích cồn N hi ệt đ ộ C Tsđ T10% T50% T90% Tsc 3. Đường cong chưng cất ĐƯỜNG CHƯNG CẤT ASTM CỦA XĂNG GỐC VÀ CÁC GASOHOL PHA CỒN 99,5% 40 60 80 100 120 140 160 180 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % thể tích cất N hi ệt đ ộ C XG 90 (BH) XG 90 (BH) + 5%Et XG 90 (BH) + 10%Et XG 90 (BH) + 15%Et XG 90 (BH) + 20%Et 3. Đường cong chưng cất  Theo TCVN quy định T50% đạt max là 120oC. Tuy không quy định tối thiểu là bao nhiêu oC, nhưng phù hợp thì T50%phải có min là 90oC.  Qua đó, ta thấy rằng trong điều kiện sử dụng bình thường, việc pha chế etanol vào xăng cũng không nên vượt quá 10% tt. 5. Chỉ số DI (Driveability index)  Chỉ số vận hành DI thể hiện tính tương quan giữa nhiệt độ các điểm sôi (T10, T50 và T90) và đặc trưng khả năng khởi động của xe khi động cơ ở trạng thái nguội.  Chỉ số DI có công thức tính như sau: DI = 1,5 T10 + 3,0 T50 + 1,0 T90  Tính toán thực nghiệm:  Xăng gasohol 92: DI = 1,5  120,74 + 3,0  149,72 + 1,0  329,72 = 959,99 oF.  Xăng thị trường M92: DI = 1,5  121,64 + 3,0  160,7 + 1,0  317,84 = 982,4 oF. 5. Chỉ số DI (Driveability index)  Nhận xét:  Giá trị chỉ số DI của gasohol 92 và xăng thị trường gần bằng nhau  chỉ tiêu độ bốc hơi của xăng pha etanol (gaoshol 92) hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu của động cơ.  Xăng dùng vào mùa hè thường có giá trị DI cao  nhằm cho độ bay hơi và suất tiêu hao nhiên liệu thấp;  Ngược lại, xăng dùng vào mùa đông thường có DI thấp. 6. Hàm lượng oxy 1. Hiện tượng tách lớp: khả năng hút ẩm/nhiễm nước dẫn đến tách lớp nhiên liệu 2. Hiện tượng ăn mòn: Ăn mòn thiết bị II.2 Ảnh hưởng đến tách lớp & ăn mòn 1. Hiện tượng tách lớp  Khả năng hấp thụ nước của gasohol phụ thuộc vào các yếu tố: o Thành phần: etanol, ete, thơm, olefin... o Nhiệt độ  Giảm to đến một ngưỡng nào đó sẽ dẫn đến sự tách lớp nước – cồn trong nhiên liệu  gasohol bị biến chất 1. Hiện tượng tách lớp  Tăng hàm lượng cồn trong gasohol khả năng hòa tan nước tăng nhưng không tuyến tính 1. Hiện tượng tách lớp  Khả năng hòa tan nước của gasohol giảm tuyến tính khi giảm nhiệt độ 1. Hiện tượng tách lớp  Khả năng hòa tan nước tăng khi xăng đã có sẵn hợp chất đồng dung môi (các oxygenate như: MTBE, TAME, ETBE), alcohol bậc cao…  Hợp chất đồng dung môi có to tách lớp thấp. III. Phase separation problem and gasohol additives 1. Hiện tượng tách lớp Tỷ lệ, %tt Nhiệt độ ổn định pha của gasohol pha từ etanol 95%, oC n-butanol t-butanol 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 36 30 19 12 4 1,0 < 0 36 30 22 16 11 7,5 2,5 0 10 20 30 40 0 1 2 3 n-butanol t-butanol Nồng độ etanol, %V Nhiệt độ tách pha, độ C 1. Hiện tượng tách lớp  Nhận xét: (tt)  Rượu n-butanol (hoặc ter-butanol) cũng có tác dụng tăng RON của xăng, đồng thời hai loại cồn này là sản phẩm phụ của nhà máy sản xuất etanol bằng công nghệ lên men sinh học (có ở đáy tháp chưng cất etanol).  Điều này mở ra khả năng dùng etanol công nghiệp thay cho etanol tuyệt đối để pha chế gasohol 1. Hiện tượng tách lớp  Nhận xét: (tt)  Đề xuất khả năng sử dụng etanol công nghiệp (CN) một cách hiệu quả: o Phải có sự cải tiến kết cấu động cơ:  Pha trộn etanol CN vào xăng không phải ở thể lỏng (không tạo ra gasohol);  Phun trực tiếp etanol CN (thể hơi) và riêng biệt với xăng vào buồng cháy của động cơ. 1. Hiện tượng tách lớp  Xác định nhiệt độ tách lớp theo tiêu chuẩn ASTM D 6422.  Trước khi xảy ra hiện tượng tách lớp trong nhiên liệu, luôn có hiện tượng mờ đục xuất hiện có thể quan sát được.  Nguyên do phổ biến nhất của hiện tượng tách lớp là sự chênh lệch to giữa ngày và đêm. 1. Hiện tượng tách lớp  Nhiệt độ tách lớp phụ thuộc vào hàm lượng nước, cồn, HC trong xăng gốc.  Nhận xét: o Nếu xăng gốc có sự chênh lệch thành phần thơm và olefin thì có ảnh hưởng đến nhiệt độ tách lớp của gasohol. Nếu giữ hàm lượng nước không đổi:  Điểm mờ đục hay to tách lớp sẽ thấp  nếu tăng hàm lượng aromatic và olefin trong xăng;  Tăng hàm lượng cồn pha chế thì to tách lớp giảm.  Nếu bỏ qua ảnh hưởng của thành phần xăng gốc thì phương trình biểu diễn to tách lớp của gasohol theo hàm lượng nước có thể nhận được bằng đường hồi quy tuyến tính như hình sau: 1. Hiện tượng tách lớp  Tóm lại, trên cơ sở các dữ liệu thực nghiệm và thu thập có thể kết luận rằng muốn nhiệt độ tách lớp của gasohol thấp về mặt kỹ thuật có thể can thiệp bằng một số giải pháp sau:  Tăng hàm lượng thơm + olefin trong xăng gốc;  Thêm chất chứa oxy (MTBE, ETBE), cồn bậc cao vào nhiên liệu nhưng vẫn đảm bảo 2,7%kl oxy trong sản phẩm theo TCVN;  Giảm thiểu ảnh hưởng của độ ẩm đến bể tồn trữ và phân phối. 1. Hiện tượng tách lớp 2. Hiện tượng ăn mòn  Hiện tượng ăn mòn thiết bị, linh kiện, phụ kiện...  Đối với xăng E5: trương nở chất liệu phi kim loại (một số chất liệu nhựa, cao su)  Đối với xăng E10: trương nở chất liệu phi kim loại (một số chất liệu nhựa, cao su)  Đối với E20-E85: ăn mòn thiết bị, linh kiện, phụ kiện kim loại & trương nở chất liệu phi kim loại 2. Hiện tượng ăn mòn  Các kiểm nghiệm & thực trạng ăn mòn/trương nở: 2. Hiện tượng ăn mòn  Các kiểm nghiệm & thực trạng ăn mòn/trương nở: 2. Hiện tượng ăn mòn  Các kiểm nghiệm & thực trạng ăn mòn/trương nở: 2. Hiện tượng ăn mòn  Các kiểm nghiệm & thực trạng ăn mòn/trương nở: 2. Hiện tượng ăn mòn  Các kiểm nghiệm & thực trạng ăn mòn/trương nở: 2. Hiện tượng ăn mòn  Các kiểm nghiệm & thực trạng ăn mòn/trương nở: NỘI DUNG TRÌNH BÀY 11/1/2013 I. Tổng quan về cồn nhiên liệu II. Các ảnh hưởng của cồn nhiên liệu khi pha vào xăng III. Khả năng tương thích của cồn/ xăng sinh học đối với cơ sở hạ tầng xăng dầu hiện hữu IV. Tình hình sử dụng xăng sinh học trên thế giới. Các khuyến cáo về xăng sinh học V. Các phương pháp phối trộn, tồn trữ và phân phối xăng sinh học VI. Thử nghiệm xăng sinh học trên động cơ, ô tô VII. Đánh giá tác động của khí thải xăng sinh học đến môi trường 1. Các chất liệu, vật liệu tương thích với etanol/gasohol 1. Đặc tính của ethanol gasoline:  Ethanol có thểmài mòn hệthống.  Ethanol là chất dẫn điện  Gasoline là chất cách điện  Ethanol pha trộn tốt với gasoline  Ethanol và nước hòa tan tốt  Gasoline và nước không hòa tan  Hỗn hợp nước/ethanol sẽ táchpha khỏi gasoline khi lượng nướctrong tank đạt đến 1 lượng nhất định 1. Các chất liệu, vật liệu tương thích với etanol/gasohol 1. Các kim loại không tương thích: Aluminum Brass Copper Alloys Lead Lead Solder Zinc Plated steel (lead-tin alloy) or terne plated 2. Các kim loại tương thích  Carbon steel  Bronze  Stainless steel  (nozzles, drop tubes, fittings, connectors)  Unplated steel (tanks)  Black iron (pipe, fittings, connectors) 1. Các chất liệu, vật liệu tương thích với etanol/gasohol 1. Các loại cao su không tương thích:  Natural rubber  Cork gasket material  Neoprene (seals only)  Buna-N (seals only)  Urethane rubber 2. Các loại cao su tương thích  Buna-N (hoses, gaskets)  Neoprene rubber (hoses, gaskets)  Nitrile rubber (gaskets, O-rings, seals)  Teflon  Viton (O-rings and seals) 1. Các chất liệu, vật liệu tương thích với etanol/gasohol 1. Các loại polymer không tương thích:  Polyurethane  PVC  Polyamides (certain manufactured fibers) certain epoxies and polyester resins manufactured between 1970s and 80s  Alcohol-based thread sealant 2. Các loại polymer tương thích  Reinforced thermoset plastic (rigid fiberglass) for tanks and piping  Thermoplastic (flexible or semi-rigid) used for sumps and flex piping ( tham khảo thêm tại API RP 1626) 1. Các chất liệu, vật liệu tương thích với etanol/gasohol  Fill Pipe  Spill prevention  Drop tube  Overfill / Auto Shut-off  Tank  Gaskets  Bushings  Couplings  Piping  Pipe sealant / adhesive  Flex connectors  Sump  Grommets / boots  Submersible pump / Pump impeller  Leak detection Probe Sensors  Float  Dispenser Gaskets Nozzle Filters Swivel Piping Pump/meter Hoses Các thiết bị/vật liệu cần kiểm tra sự tương thích với nhiên liệu E-gasoline 2. Khả năng tương thích của cơ sở hạ tầng hiện hữu để tồn trữ gasohol  Ethanol, ngay ở 5% hỗn hợp với gasoline vẫn hấp thụtốt nước. Nó có thể hấp thụ nước từ không khí. Khilượng nước bị hấp thụ tăng lên, thì khả năng tách pha sẽxảy ra mà kết quả là hh nước/ethanol sẽ lắng xuống đáytank. Hh này có thể phá hủy tank chứa cũng như bơm,và các thành phần khác của hệ thống, đặc biệt nghiêmtrọng khi lượng nước/ethanol này tồn tại trong tanktrong 1 thời gian dài. 2. Khả năng tương thích của cơ sở hạ tầng hiện hữu để tồn trữ gasohol 2. Khả năng tương thích của cơ sở hạ tầng hiện hữu để tồn trữ gasohol A. HỆ THỐNG KHO CHỨA I. Công tác chuẩn bị đối với hệ thống kho chứa:  Lựa chọn tank chứa phù hợp với E-gasoline  Xác nhận tính tương thích của vật liệutồn chứa với E-gasoline. Có thể liên hệvới nhà cung cấp thiết bị về vấn đề nàyvà trang bị những thiết bị mới phùhợp.  Nước là vấn đề đặc biệt nghiêm trọng trong hệthống do vấn đề tách pha. Do đó, hệ thống cần đảm bảo là không có nước. Để chắc chắn, tất cảcác bích nối tại đỉnh tank cần phải được siết chặt(không có hơi thoát ra và nước vào hệ thống), vàtất cả các bể góp cũng như đê chắn có khả năngchống thấm nước. Bất cứ sự xâm nhập nào củanước cũng cần phải được khắc phục.  Tiếp theo cần phải làm sạch tank và loại bỏ tất cảcáu cặn còn lại trong tank.  Trang bị bộ lọc 10µm cho hệ thống cấp phát  Xác định đúng đường ống nhập liệu (cần sơn đường ống sao cho dễ nhận biết – API RP 1637color code)  Kiểm tra và hiệu chỉnh các thiết bị đo đếm 2. Khả năng tương thích của cơ sở hạ tầng hiện hữu để tồn trữ gasohol III. Kiểm tra cho lần nhập đầu tiên đối với hệ thống kho chứa:  Kiểm tra lại sự tồn tại của nước dưới đáy tank và loại bỏ nếu có trước khi nhậpE-gasoline  Tuân thủ theo quy trình nhập gasoline  Xác nhận vị trí bồn sẽ được nhập  Bơm nên ngừng hoạt động trước quá trình nhập  Cần làm sạch đường ống từ tank đến hệ thống cấp phát.  Thay đổi nhãn mác cho phù hợp  Nhập E-Gasoline vào bồn đến ít nhất 80% dung tích. Lưu giữ ít nhất 7-10ngày  Ngay khi sản phẩm đã ổn định, cần kiểm tra độ kín của hệ thống nhằm đảmbảo độ kín và các thiết bị phát hiện rò rỉ hoạt động ổn định.  Kiểm tra hàm lượng nước dưới đáy tank tại đầu mỗi ca trong 48 giờ đầu tiêntừ lúc nhập liệu. (Cần sử dụng bột nhão tương thích với ethanol, chất kiểm tranày cần phải đặt trong tank trong 1 khoảng thời gian nhất định tùy thuộc vàonhà sản xuất mà thông thường là 10”-30”)  Kiểm tra lượng nước dưới đáy tank hàng ngày  Ký xác nhận trong trường hợp xuất hiện nước dưới đáy tank.  Thay thế bộ lọc nếu bơm hay bộ cấp phát chảy chậm (sau vài tháng sử dụng)  Hiệu chỉnh lại bơm sau 2 tuần vận hành 2. Khả năng tương thích của cơ sở hạ tầng hiện hữu để tồn trữ gasohol IV. Quy trình bảo dưỡng đối với hệ thống kho chứa:  Kiểm tra nước trong đáy tank.  Quy trình vận hành và tồn chứa E-gasoline nên tuânthủ theo tiêu chuẩn API RP 1626  Quy trình làm sạch tank nên tuân theo tiêu chuẩn APIRP 2015 2. Khả năng tương thích của cơ sở hạ tầng hiện hữu để tồn trữ gasohol Các nguyên nhân gây nhiễm nước trong hệ thống tank chứa 2. Khả năng tương thích của cơ sở hạ tầng hiện hữu để tồn trữ gasohol A. HỆ THỐNG BÁN LẺ  Tương tự hệ thống tồn chứa, ta cần đánhgiá sự tương thích của hệ thống hiện hữu đối với E-gasoline trước khi tiến hành tồnchứa và phân phối.  Các bước chuẩn bị và chuyển đổi tương tự như hệ thốngtồn chứa.  Trang bị bộ lọc 10 µm cho tất cả trạm bán lẻ và bơm.Hoặc có thể sử dụng bộ lọc kiểu “water slug” NỘI DUNG TRÌNH BÀY 11/1/2013 I. Tổng quan về cồn nhiên liệu II. Các ảnh hưởng của cồn nhiên liệu khi pha vào xăng III. Khả năng tương thích của cồn/ xăng sinh học đối với cơ sở hạ tầng xăng dầu hiện hữu IV. Tình hình sử dụng xăng sinh học trên thế giới. Các khuyến cáo về xăng sinh học V. Các phương pháp phối trộn, tồn trữ và phân phối xăng sinh học VI. Thử nghiệm xăng sinh học trên động cơ, ô tô VII. Đánh giá tác động của khí thải xăng sinh học đến môi trường Lịch sử hình thành & phát triển gasohol • Cồn đã được nghiên cứu làm nhiên liệu từ đầu những năm 20 của thế kỉ trước. • Năm 1931 Brazil đã tiến hành pha cồn vào xăng, đến 1975 thì đã đạt đến 20% • Năm 1976 Mỹ bắt đầu nghiên cứu về gasohol. • Trung Quốc bắt đầu sử dụng gasohol từ 6/2004. • Tại Thái Lan, năm 1985, nhà vua đã khởi xướng dự án hoàng gia về nhiên liệu sinh học. • Tại Ấn Độ, xăng pha 5% cồn đã được sử dụng ở 9 bang và 4 tiểu vùng từ ngày 1/1/2003. Lịch sử hình thành & phát triển gasohol Quốc Gia- Vùng lãnh thổ % Thể tích Ethanol Nhiên liệu truyền thống Gasohol Bắc Mỹ US 9 - 10 Canada 0,5 max 5 - 10 Trung và Nam Mỹ Brazil 1 max 20, (E22), 24 ±1 Chile 5 max Colombia 10 Rosta Rica 7 Jamaica 10 Paraguay 12 Nam Phi 7,5 max 9,5 max Australia Australia 10 max New Zealand < 1 10 max Lịch sử hình thành & phát triển gasohol Quốc gia - Vùng lãnh thổ % Thể tích Ethanol Nhiên liệu truyền thống Gasohol Châu Âu Germany 5 French 5 max 10 max England 5 Sweden 5 Spain 5 Denmark 5 Finland 5 Lịch sử hình thành & phát triển gasohol Sự phân lớp và phụ gia cho gasohol • Do Ethanol hấp thụ nước rất cao, lượng nước đó nếu đủ sẽ làm cho Gasohol bị phân lớp. • Lượng nước bị hấp thụ phụ thuộc vào nhiệt độ và hàm lượng của Ethanol.  Sự Phân Lớp Sự phân lớp và phụ gia cho gasohol  Phụ Gia • Phụ gia cần cho vào Gasohol nhằm: – Tránh sự phân lớp. – Chống ănmòn. Sự phân lớp và phụ gia cho gasohol Một số loại phụ gia 1. VpCI-705-Cortec Corporation  Đóng vai trò là chất ức chế ăn mòn, ổn định nhiên liệu và chống tách lớp nước cho xăng, diesel và gasohol.  Cách dùng: 0.1-0.15 vol% Sự phân lớp và phụ gia cho gasohol Một số loại phụ gia 2. Ultrazol LZ 8219 Cách dùng: 0.01 – 0.05 vol% 3. GasoLIFT 4. RACOR Một số nghiên cứu & khuyến cáo cho động cơ sử dụng gasohol Kết Quả Nghiên Cứu • Cơ quan hợp tác nghiên cứu (C.R.C.I) đã tiến hành thí nghiệm để xác định hiệu quả của gasohol 10% về các sự phát tán, tính kinh tế, khả năng dẫn động của 14 ô tô đời 1980. Họ thấy rằng nếu trộn 10% ethanol vào gasoline, sẽ có những sự thay đổi quan trọng về sự phát tán, khả năng dẫn động và hiệu suất. • Phòng thí nghiệm của công ty General motor đã nghiên cứu việc sử dụng nhiên liệu ethanol trong động cơ 1 xi lanh. Các nhà nghiên cứu đã nhận thấy rằng hiệu suất nhiệt của động cơ đã tăng lên khoảng 3% khi so sánh với gasoline ở cùng tỷ số nén. Hơn thế nữa, việc tăng tỷ số nén từ 7,5:1 tới 18:1 khi dùng ethanol đã tăng hiệu suất lên 18% so với gasoline. Một số nghiên cứu & khuyến cáo cho động cơ sử dụng gasohol Kết Quả Nghiên Cứu • Tuy nhiên do đặc tính hữu cực của cồn nên nó có thể gây ra ăn mòn kim loại, làm hư hại các chi tiết cao su, nhựa có trong động cơ đốt trong. • Đối với các loại động cơ ôtô, xe máy thông dụng, chỉ được phép sử dụng xăng pha cồn với hàm lượng cồn tối đa là 10% (xăng E10). Xăng E10 hoàn toàn đáp ứng mọi hoạt động bình thường cho ôtô xe máy (không gây ăn mòn hay hỏng hóc cho động cơ hoặc bình chứa nhiên liệu…). Một số nghiên cứu & khuyến cáo cho động cơ sử dụng gasohol Kết Quả Nghiên Cứu (tt) • Động cơ Saab 9-5 Ở các nước trên thế giới, để sử dụng loại nhiên liệu có hàm lượng cồn cao như nhiên liệu E85 của Mỹ (85% thể tích là cồn) thì động cơ phải được sản xuất riêng nhưmẫu xe Saab 9-5 hoặc Ford Focus ở châu Âu. Một số nghiên cứu & khuyến cáo cho động cơ sử dụng gasohol Khuyến cáo cho động cơ dùng Gasohol Items % volume of ethanol /gasohol blend  5 5 - 10 10 - 25 25 - 85  85 Carburettor A ll ve hi cl es A co rd in g to B ra zi lia n ap pl ic at io n A cc or di ng to th e U S a pp lic at io n A co rd in g to B ra zi lia n ap pl ic at io nFuel sprayer 10 - 15 y ea r ol d ve hi cl es Fuel pump Pressure gauge Filter Ignition system Fuel line Vehicle fuel tank Catalytic converter Main engine Engine lubricant Valve Exhaust gas system Cold starting system Notes: No need to modification of the engine Need to modification of the engine NỘI DUNG TRÌNH BÀY 11/1/2013 I. Tổng quan về cồn nhiên liệu II. Các ảnh hưởng của cồn nhiên liệu khi pha vào xăng III. Khả năng tương thích của cồn/ xăng sinh học đối với cơ sở hạ tầng xăng dầu hiện hữu IV. Tình hình sử dụng xăng sinh học trên thế giới. Các khuyến cáo về xăng sinh học V. Các phương pháp phối trộn, tồn trữ và phân phối xăng sinh học VI. Thử nghiệm xăng sinh học trên động cơ, ô tô VII. Đánh giá tác động của khí thải xăng sinh học đến môi trường Phương pháp phối trộn, tồn trữ, vận chuyển ethanol/gasohol • V.1. Bioethanol-gasoline blending methods • V.2. Storage • V.3. Transportation Phương pháp phối trộn, tồn trữ, vận chuyển ethanol/gasohol V.1.Bioethanol-gasoline blending methods Cồn sinh học có thể phối trộn với xăng nền bằng một số phương pháp sau : In-tank blending; Static mixer blending; Tank truck loading rack blending Phương pháp phối trộn, tồn trữ, vận chuyển ethanol/gasohol In-tank blending Phương pháp phối trộn, tồn trữ, vận chuyển ethanol/gasohol In-tank blending • Advantages: – Đã được hợp quy tại Việt Nam; – Nếu thiết kế bơm đồng thời 2 dòng ( xăng gốc & cồn biến tính) vào dòng pha trộn và đặt ống nhập lệch tâm bồn thì có thể không cần tốn thời gian, năng lượng để bơm trộn tuần hoàn vì hỗn hợp sẽ tự hòa trộn trong lúc bơm nhập liệu. • Disadvantages: – Chi phí đầu tư cao; – Chi phí năng lượng cao; – Pha với mẽ lớn nếu không xuất xe bồn kịp sản phẩm sẽ bị tồn trữ ở tổng kho lâu ngày Phương pháp phối trộn, tồn trữ, vận chuyển ethanol/gasohol Static mixer Blending Phương pháp phối trộn, tồn trữ, vận chuyển ethanol/gasohol Static mixer Blending • Advantages: – Đã được hợp quy ở Việt Nam; – Không cần tuần hoàn trong bồn sản phẩm • Disadvantages: – Chí phí đầu tư cao; – Pha với mẽ lớn nếu không xuất xe bồn kịp sản phẩn sẽ bị tồn trữ ở tổng kho lâu ngày. Phương pháp phối trộn, tồn trữ, vận chuyển ethanol/gasohol Tank truck loading rack blending Gasoline base tank Ethanol fuel Additive ACCULOAD III SERVICE STATION UST tank Phương pháp phối trộn, tồn trữ, vận chuyển ethanol/gasohol Tank truck loading rack blending Phương pháp phối trộn, tồn trữ, vận chuyển ethanol/gasohol Tank truck loading rack blending • Advantages: – Pha trộn/xuất hàng theo nhu cầu của thị trường. – Áp dụng cho giai đoạn phân phối đại trà. – Sản phẩm không bị lưu ở tổng kho. – Chi phí đầu tư thấp. • Disadvantages: – Thủ tục xin hợp quy, hợp chẩn Phương pháp phối trộn, tồn trữ, vận chuyển ethanol/gasohol V.2.Storage Tồn trữ cồn nhiên liệu bằng bồn đứng:  Đối với nhà máy sản xuất ethanol, sản phẩm sau khi xuất ra phải được thêm vào một lượng nhỏ chất biến tính trước khi cho vào bồn trữ.  Bồn chứa nhiên liệu ethanol phải làm bằng vật liệu tương thích.  Ngoài ra một số nước còn sử dụng chất hoạt động bềmặt vào bồn trụ chứa ethanol, lớp chất này sẽ ngăn không cho hơi ẩm từ không khí hấp thu vào nhiên liệu tồn trữ Phương pháp phối trộn, tồn trữ, vận chuyển ethanol/gasohol V.2.Storage (tt) Tồn trữ xăng sinh học bằng bồn ngầm: Đối với xăng sinh học ( E5,E10) có thể sử dụng cơ sở tại cửa hàng xăng dầu( CHXD) sẵn có tuy nhiên cần áp dụng một số biện pháp kỹ thuật để cải tạo CHXD cho phù hợp với đặc tính của xăng xinh học. Phương pháp phối trộn, tồn trữ, vận chuyển ethanol/gasohol No List of available equi ments in gasoline retail List of equipments need to reform Actions 1 Underground storage tank and facilities - Underground storage tank  - Khi chuyển sang chứa xăng sinh học bồn ngầm phải được vệ sinh cặn bùn và ráo nước. - Thay thế đệm nắp bồn hiện có bằng nắp làm bằng flexible graphite hoặc asbestos. - Piping - Cover plate  Sau khi vệ sinh bồn chứa ngầm thì thay mới nắp bồn nếu cần - Breath valve - Vapor recovery system - Water finding paste (Kolor Kut)  Thay thế loại thuốc thử nước tương thích với xăng pha cồn như: Sargel, Gasoila... 2 Dispenser: (Tatsuno, Bennet, Gilbarco, Tokico, Peco 5,…) - Hose  Thay thế loại ống nối mềm bằng loại ống nối mềm tương thích với xăng pha cồn như Goodyear, Parker, Unigawa... Phương pháp phối trộn, tồn trữ, vận chuyển ethanol/gasohol V.3.Transportation • Việc vận chuyển cồn nhiên liệu, xăng sinh học có thể tiến hành theo một số phương thức chủ yếu sau : vận chuyển bằng đường ống, đường bộ ( xe bồn), đường sắt và đường biển. Means of transportation Ethanol fuel Gasohol Notes Highway (petrol tankers)  Some countries Existing tankers  Waterway (ship, barge)  Philippin Railroad  US Piping  Brazil, Philippin Phương pháp phối trộn, tồn trữ, vận chuyển ethanol/gasohol V.3.Transportation Vận chuyển bằng đường ống: o Hệ thống đường ống dù được vệ sinh thật kỹ cũng không thể nào loại bỏ được hết tạp chất và nước lẫn trong đường ống. Ở brazin- nước đi đầu trong lĩnh vực xăng pha cồn- sản lượng xăng pha cồn vận chuyển bằng đường ống chỉ chiếm khoảng 30% đến năm 2025. o Việc vận chuyển nhiên liệu này bằng đường ống phát sinh một số hạn chế sau: – Hệ thống đường ống thường có lẫn tạp chất không làm sạch được hoàn toàn. – Tính dẫn điện ănmòn nhanh của nhiên liệu này đối với các mối nối bên trong đường ống so với xăng truyền thống – Công tác kiểm tra, vệ sinh, bảo dưỡng phúc tạp – Sản lượng nhiên liệu này sản xuất không đủ lớn để vận chuyển bằng đường ống. Phương pháp phối trộn, tồn trữ, vận chuyển ethanol/gasohol Vận chuyển bằng xe bồn:  Xe bồn là phương tiện chuyên chở các sản phẩm xăng dầu thông dụng nhất. Vận chuyển bằng xe bồn có tính cơ động cao so với các phương tiện vận tải khác.  Đối với xe bồn chuyên chở cồn nhiên liệu phải là xe bồn chuyên dụng (bồn xe được chế tạo từ stainless steel, carbon steel; đệm van nạp đáy bằng kim loại; đệm nắp xe bồn bằng flexible graphite...). Phương pháp phối trộn, tồn trữ, vận chuyển ethanol/gasohol Vận chuyển bằng đường sắt Giống như phương tiện xe bồn, bồn toa xe lửa được chế tạo bằng chất liệu tương thích. Mỹ là nước phát triển mạnh phương cách vận chuyển cồn nhiên liệu bằng xe lửa Vận chuyển bằng sà lan Do điều kiện địa lý và vận chuyển thương mại cồn nhiên liệu có thể được vận chuyển bằng phương tiện sà lan Một số nước như Brazil, Australia… cũng chọn lựa phương cách vận chuyển ethanol bằng sà lan nhưng chiếm tải trọng thấp so với đường bộ. Sà lan vận chuyển cồn nhiên liệu bằng đường thủy là loại chuyên dụng có 2 lớp đáy. Phương pháp phối trộn, tồn trữ, vận chuyển ethanol/gasohol Xu hướng lựa chọn phương thức vận chuyển trên thế giới • Vận chuyển cồn nhiên liệu bằng đường sắt và đường biển là hai phương thức vận chuyển mang tính kinh tế cao vì vận chuyển hàng hóa có tải trọng lớn, đi được khoảng cách xa No Means of transportation Percent 1 Highway (petrol tanker) 60% 2 Railroad 30% 3 Waterway (ship, barge) 10% NỘI DUNG TRÌNH BÀY 11/1/2013 I. Tổng quan về cồn nhiên liệu II. Các ảnh hưởng của cồn nhiên liệu khi pha vào xăng III. Khả năng tương thích của cồn/ xăng sinh học đối với cơ sở hạ tầng xăng dầu hiện hữu IV. Tình hình sử dụng xăng sinh học trên thế giới. Các khuyến cáo về xăng sinh học V. Các phương pháp phối trộn, tồn trữ và phân phối xăng sinh học VI. Thử nghiệm xăng sinh học trên động cơ, ô tô VII. Đánh giá tác động của khí thải xăng sinh học đến môi trường Quy trình thử nghiệm 1 loại nhiên liệu mới  Các thử nghiệm động cơ/ô tô:  Results from the performance test program indicate that gasohol E10 performed as well as conventional fuel in terms of: o Engine power o Cylinder compressed pressure o Vapor lock o Carter leakage o Power test for drawbar o Sloping contempt (surpass) o Speed acceleration o Emissions (COx, HC, NOx) o Fuel consumption… Quy trình thử nghiệm 1 loại nhiên liệu mới  Thử nghiệm động cơ: test engine – động cơ Daewoo Quy trình thử nghiệm 1 loại nhiên liệu mới  Thử nghiệm động cơ: Torque moment 30 40 50 60 70 80 90 100 110 1000 1400 1800 2200 2600 3000 3400 3800 4200 4600 5000 Xăng A92 Xăng pha cồn 99,5 Xăng pha cồn 95 Quy trình thử nghiệm 1 loại nhiên liệu mới  Thử nghiệm ô tô trên băng thử: Picture: Conveyer Portal Dynamic System ( AVL chassis dynamometer 48”) Quy trình thử nghiệm 1 loại nhiên liệu mới  Thử nghiệm ô tô thực địa đường đèo dốc: Quy trình thử nghiệm 1 loại nhiên liệu mới  Thử nghiệm đội ô tô hiện trường để đánh giá ý kiến NTD: Quy trình thử nghiệm 1 loại nhiên liệu mới  Xe ford chạy E20 của Thái Lan: Quy trình thử nghiệm 1 loại nhiên liệu mới  Thử nghiệm đánh giá độ bền động cơ: NỘI DUNG TRÌNH BÀY 11/1/2013 I. Tổng quan về cồn nhiên liệu II. Các ảnh hưởng của cồn nhiên liệu khi pha vào xăng III. Khả năng tương thích của cồn/ xăng sinh học đối với cơ sở hạ tầng xăng dầu hiện hữu IV. Tình hình sử dụng xăng sinh học trên thế giới. Các khuyến cáo về xăng sinh học V. Các phương pháp phối trộn, tồn trữ và phân phối xăng sinh học VI. Thử nghiệm xăng sinh học trên động cơ, ô tô VII. Đánh giá tác động của khí thải xăng sinh học đến môi trường Tác hại của các chất gây ô nhiễm trong khí xả động cơ  Quá trình cháy lý tưởng của hỗn hợp NL + không khí  CO2, H2O và N2;  Tuy nhiên, do sự không đồng nhất của hỗn hợp 1 cách lý tưởng, do tính chất phức tạp của hiện tượng lý hóa diễn ra trong quá trình cháy, nên trong khí xả luôn chứa đáng kể hàm lượng các chất độc hại như: NOx (NO, NO2, N2O), CO, HC, PM (đặc biệt là bồ hóng). Khí xả Động cơ xăng Động cơ Diesel CO Đáng kể Không đáng kể NOx có = 20% đ.cơ xăng HC Tương đương PM Không đáng kể Đáng kể Sự gia tăng các chất gây ô nhiễm trong khí quyển Sự gia tăng các chất gây ô nhiễm trong khí quyển  Sự phát thải gây ô nhiễm ở Nhật, % Tính toán khối lượng khí phát thải gây ô nhiễm môi trường Tính toán khối lượng khí phát thải gây ô nhiễm môi trường  Dựa vào kết quả đo kiểm khí xả của xe cộ thực tế và công thức trên, tính toán được thành phần khí thải khi đốt 1 kg xăng truyền thống như sau: Khí xả Đơn vị Kết quả CO g/kg 59,3 HC g/kg 8,05 NOx g/kg 7,24 Đánh giá độ giảm thiểu gây ô nhiễm của gasohol  Thành phần khí xả xe chạy E10 ở chế độ đầy tải: xe Mercedes Benz MB 140 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 M92 Gasohol92 % CO 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 M92 Gasohol92 HC, ppm NOx, ppm Thành phần khí xả Gasohol 92 / M92 Sai lệch trung bình, % CO, %tt 0,0167 / 0,0289 - 42,31 HC, ppm 5,94 / 5,67 - 4,90 NOx,ppm 416,0 / 437,8 - 5,00 Đánh giá độ giảm thiểu gây ô nhiễm của gasohol  Kết quả đo khí phát thải gây ô nhiễm môi trường của xăng E10 so với M92: Khí xả của E10 Đơn vị Mức tăng/giảm tương đối so với M92 CO %tt - 42,31 HC ppm - 4,9 NOx ppm - 5,0  Quy đổi tương đối lượng khí phát thải khi đốt 1kg xăng E10 so với 1kg xăng thông thường: Khí xả Đơn vị M92 E10 CO g/kg 59,3 25,09 HC g/kg 8,05 8,0451 NOx g/kg 7,24 7,2350 Đánh giá độ giảm thiểu gây ô nhiễm của gasohol  Sản lượng cồn sản xuất trong nước: tr.lít 2010 2011 2012 2013 Đồng Xanh 10 60 60 60 Tùng Lâm 20 60 60 60 PCB 50 100 100 OBF 100 100 PVB 100 100 Tổng 30 170 420 420 Đánh giá độ giảm thiểu gây ô nhiễm của gasohol  Nhu cầu tiêu thụ xăng trong nước: tr.lít 2010 2011 2012 2013 M92 4.252 4.478 4.723 5.003 M95 871 917 967 1.025 Tổng 5.123 5.396 5.691 6.028  Kịch bản: sử dụng toàn bộ lượng cồn trong nước để pha E10 tr.lít 2010 2011 2012 2013 SL cồn 30 170 420 420 Nhu cầu xăng 5.123 5.396 5.691 6.028 Xăng E10 300 1.700 4.200 4.200 (Xăng dư) 4.823 3.696 1.491 1.828 Đánh giá độ giảm thiểu gây ô nhiễm của gasohol  Tổng lượng khí tính toán theo nhu cầu tiêu thụ xăng truyền thống Khí thải, tấn 2010 2011 2012 2013 Xăng truyền thống 5.123 5.396 5.691 6.028 CO 226.326 238.387 251.420 266.308 HC 30.724 32.361 34.130 36.151 NOx 27.632 29.105 30.696 32.514 Tổng, tấn 284.683 299.853 316.246 334.973 Đánh giá độ giảm thiểu gây ô nhiễm của gasohol  Tổng lượng khí thải giảm thiểu khi sử dụng xăng E10 thay thế một phần xăng truyền thống Khí thải, tấn 2010 2011 2012 2013 Xăng truyền thống 300 1.700 4.200 4.200 CO 13.254 75.103 185.550 185.550 HC 1.799 10.195 25.188 25.188 NOx 1.618 9.169 22.654 22.654 Tổng, tấn 16.671 94.468 233.392 233.392 Xăng gasohol 300 1.700 4.200 4.200 CO 5.608 31.776 78.506 78.506 HC 1.798 10.189 25.173 25.173 NOx 1.617 9.163 22.638 22.638 Tổng, tấn 9.023 51.129 126.318 126.318  Giảm thiểu 7.648 43.340 107.075 107.075 % Giảm thiểu tổng 2,69 14,45 33,86 31,97 Đánh giá độ giảm thiểu gây ô nhiễm của gasohol 11/1/2013 THANK YOU VERY MUCH!