Đề tài Đánh giá khả năng ứng dụng butanol sinh học trong động cơ đốt trong để thay thế một phần xăng thông dụng tại Việt Nam

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU KHÍ ĐỀ CƯƠNG NGHIÊN CỨU Đề tài ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG BUTANOL SINH HỌC TRONG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ĐỂ THAY THẾ MỘT PHẦN XĂNG THÔNG DỤNG TẠI VIỆT NAM CÁN BỘ HD: HV: NGUYỄN HUỲNH HƯNG MỸ MSHV: 10400159 TP.HỒ CHÍ MINH, 6/2011 1/6 ĐỀ CƯƠNG NGHIÊN CỨU I CÁC THÔNG TIN CHUNG 1. Tên đề tài: Đánh giá khả năng ứng dụng butanol sinh học trong động cơ đốt trong để thay thế một phần xăng thông dụng tại Việt Nam. 2. Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa dầu 3. Họ và tên học viên: Nguyễn Huỳnh Hưng Mỹ 4. Mã số HV: 10400159 5. Cán bộ hướng dẫn: 6. Thời gian thực hiện (tháng): II NỘI DUNG 1. Đặt vấn đề: Hiện nay thế giới đang có xu hướng tìm kiếm và sử dụng nhiên liệu sạch, có khả năng tái tạo để hạn chế ô nhiễm môi trường sống, đồng thời thay thế nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt. Nhà nước đang rất quan tâm đến việc sử dụng nhiên liệu sinh học. Nhiều nhà máy sản xuất cồn sinh học được đầu tư xây dựng khắp trên cả nước ngay sau khi Đề án phát triển nhiên liệu sinh học (NLSH) của Chính phủ có hiệu lực như: Tập đoàn Dầu khí Việt Nam đầu tư 3 nhà máy sản xuất (NMSX) cồn ở tỉnh Phú Thọ, Quảng Ngãi và Bình Phước; tỉnh Quảng Nam có NMSX cồn Đồng Xanh; tỉnh Đồng Nai có NMSX cồn Tùng Lâm; tỉnh Đắc Lắc có NMSX cồn Đại Việt... Trên thế giới ngoài etanol sinh học ra, butanol sinh học cũng được chú ý ứng dụng làm nhiên liệu trong thời gian gần đây. Butanol sinh học được đánh giá có nhiều tiềm năng thay thế xăng nhiên liệu hóa thạch cho giao thông vận tải. Butanol có nhiều ưu điểm hơn so với etanol: - Nhiệt trị cháy cao hơn cồn (do butanol có cấu trúc carbon dài hơn); - Áp suất hơi bão hòa thấp hơn nên độ an toàn cao hơn, dễ dàng cho việc phối trộn với xăng; - Pha trộn với xăng theo khoảng tỷ lệ rộng và có thể dùng trực tiếp (100% butanol) trong động cơ mà không cần hoán cải động cơ (trong khi đó cồn chỉ có thể pha chế tối đa tới E85 và phải có những hoán cải động cơ phù hợp); - Ít tan trong nước nên dễ dàng vận chuyển bằng đường ống hiện hữu, giảm thiểu gây ăn mòn thiết bị (trong khi đây là nhược điểm lớn của cồn); - Nguồn nguyên liệu và công nghệ sản xuất butanol sinh học tương tự như sản xuất etanol sinh học. Trên thế giới, nhiều tập đoàn, tổ chức nhận thấy tiềm năng ứng dụng butanol sinh học làm nhiên liệu thay thế trong lĩnh vực giao thông vận tải và nhất là có thể sản xuất từ nguồn nguyên liệu sinh khối như: BP, Dupont, Chevron, Honda, Baer Enterprises… đang tiến hành nghiên cứu triển khai các dự án lớn về sản xuất và sử dụng butanol sinh học để giảm thiểu sự phụ thuộc vào năng lượng dầu mỏ cũng như giảm sự phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính ra môi trường khí quyển. 2/6 Tại Việt Nam, butanol chủ yếu được sử dụng làm hóa chất, dung môi trong ngành công nghiệp sơn và nhựa, hiện chưa có nghiên cứu và ứng dụng loại ancol này làm nhiên liệu cho ngành giao thông vận tải. Thông tin gần đây, Công ty Cổ Phần mía đường Lam Sơn (Lasuco) đã ký thỏa thuận hợp tác với Công ty TNHH một thành viên - Tổng công ty Dầu Việt Nam (PVOil), Công ty cổ phần Zarubezhnef thuộc tập đoàn Dầu Khí của Nga và Tổng Công ty Công nghệ Sinh học của Nga (KBT) thành lập Công ty CP Công nghệ Sinh học Việt Nam để thực hiện dự án xây dựng nhà máy sản xuất biobutanol có công suất 100.000 tấn/năm tại tỉnh Thanh Hóa. Nhà máy sử dụng nguyên liệu có chứa cenlulose từ nguồn phụ phẩm nông lâm nghiệp tại Việt Nam. Như vậy có thể thấy rằng song song với các dự án sản xuất bioetanol thì dự án đầu tư sản xuất biobutanol để pha chế nhiên liệu cũng được quan tâm ở Việt Nam. Trong tương lai gần, việc ứng dụng của loại nhiên liệu này được đánh giá cao trong lĩnh vực giao thông vận tải thì nhiên liệu xăng pha biobutanol sẽ có khả năng thay thế một phần xăng truyền thống và góp phần đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia. Việc nghiên cứu khả năng sử dụng butanol ở Việt Nam là một hướng đi thiết thực trong bối cảnh thiếu hụt năng lượng như hiện nay và phù hợp với xu hướng phát triển của thế giới nói chung và Đề án phát triển NLSH của Chính Phủ nói riêng. Kết quả nghiên cứu là cơ sở định hướng cho nhà nước trong việc đánh giá khả năng đầu tư xây dựng cơ sở hạ tầng cho sản xuất và sử dụng đại trà butanol sinh học tại Việt Nam. 2. Mục tiêu nghiên cứu: Đánh giá sự phù hợp về mặt kỹ thuật, môi trường và tính kinh tế của xăng pha butanol đối với điều kiện Việt Nam, từ đó đề xuất tỷ lệ pha trộn thích hợp của butanol vào xăng. 3. Nội dung/nhiệm vụ nghiên cứu: 3.1. Tổng quan về tình hình sản xuất và sử dụng butanol sinh học làm nhiên liệu thay thế xăng thông dụng của các nước trong khu vực và thế giới: - Tình hình nghiện cứu, sản xuất và sử dụng butanol sinh học cho mục đích làm nhiên liệu giao thông vận tải; - Thông tin về các nguồn nguyên liệu sản xuất butanol sinh học phổ biến hiện nay trên thế giới. Tiềm năng về nguồn nguyên liệu sản xuất butanol sinh học tại Việt Nam; - Kết luận về tình hình sản xuất và sử dụng butanol sinh học trong khu vực và thế giới, tiềm năng và xu hướng sử dụng butanol làm nhiên liệu trong tương lai. 3.2. Pha chế hỗn hợp xăng pha butanol có quy cách phẩm chất tương đương với xăng thông dụng Việt Nam: - Tìm hiểu đặc tính hóa lý của butanol (tập trung n-butanol); - Pha chế trong phòng thí nghiệm:  Phương pháp pha chế: pha chế tìm tỷ lệ lớn nhất của n-butanol pha vào xăng thông dụng sao cho các chỉ tiêu kỹ thuật của nhiên liệu pha chế đáp ứng tương đương theo tiêu chuẩn xăng thông dụng RON 95;  Thành phần cấu tử pha chế:  n-butanol; 3/6  Xăng thông dụng A 95 (của Nhà máy lọc dầu Dung Quất).  Xác định tỷ lệ n-butanol pha trộn vào xăng A95 sao cho đáp ứng được một số chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản theo TCVN 6776:2005 như: RON, hàm lượng oxy.  So sánh và đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật còn lại của xăng pha butanol (RON 95) so với xăng thông dụng RON 95 để hiệu chỉnh công thức pha chế nhằm tạo ra mẫu xăng pha butanol có các chỉ tiêu kỹ thuật hoàn toàn đáp ứng theo tiêu chuẩn TCVN 6776 : 2005;  Đánh giá thêm một số chỉ tiêu khác liên quan đến độ ổn định chất lượng sản phẩm như: hàm lượng nước, độ nhớt. - Kết luận về tỷ lệ và đặc tính kỹ thuật của xăng pha butanol sử dụng cho động cơ; - Đánh giá độ ổn định chất lượng của xăng pha butanol ở quy mô phòng thí nghiệm theo thời gian tồn trữ 3 tháng: hiện tượng tách lớp, biến chất. 3.3. Thử nghiệm xăng pha butanol chạy ô tô trên băng tải (autotest) so với xăng thông dụng Đặc tính lực cản tổng cộng của ô tô chạy ngoài được sá thực tế được mô phỏng trên băng thử bao gồm:  Lực cản lăn;  Lực cản khí động;  Quán tính ôtô được băng thử tạo ra tương tự như khi ô tô đang chạy trên đường sá. - Nội dung thử nghiệm: đo kiểm đánh giá các thông số kinh tế kỹ thuật của động cơ và thành phần khí xả gây ô nhiễm môi trường.  Nhiên liệu thử nghiệm: xăng pha butanol RON 95 và xăng thông dụng cùng trị số octan;  Phương tiện thử nghiệm: 1xe tải nhẹ Suzuki Carry Truck đời 2008.  Thời gian thử nghiệm: 1 tháng;  Quy trình thử nghiệm: bao gồm 2 chế độ thử nghiệm sau o Chế độ 1 (theo chu trình thử nghiệm 504): đánh giá tiêu hao nhiên liệu tiêu thụ, độ phát thải gây ô nhiễm giữa hai loại nhiên liệu khi ô tô chạy trên băng thử CD-48” được mô phỏng trên cùng một loại đường; o Chế độ 2: đo kiểm đặc tính lực kéo và xác định tốc độ cực đại của ôtô tương ứng với các chế độ tải (25, 50, 75 và 100% vị trí bướm ga cung cấp nhiên liệu). Chế độ này cho phép so sánh đặc tính động lực học của ôtô giữa hai loại nhiên liệu khi xe chạy trên cùng một loại đường; o Ngoài ra, quy trình còn đo kiểm độ giảm áp suất nén trong các xy- lanh động cơ trước và sau quá trình thử nghiệm. - Kết quả thử nghiệm: trình bày kết quả so sánh khách quan tương đối số liệu thử 4/6 nghiệm giữa hai loại nhiên liệu về các thông số kinh tế kỹ thuật (công suất có ích, tốc độ, lượng nhiên liệu tiêu thụ, độ giảm áp suất nén trong xy-lanh) và thành phần khí phát thải gây ô nhiễm (COx, NOx, HC); - Đơn vị thử nghiệm: Phòng thí nghiệm động cơ đốt trong, trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng. 3.4. Đánh giá khả năng sử dụng xăng pha butanol làm nhiên liệu động cơ xăng tại Việt Nam - Về kỹ thuật:  Khả năng pha trộn butanol vào xăng, các ưu nhược điểm trong quá trình tồn trữ và sử dụng;  Đánh giá các ảnh hưởng của xăng pha butanol đến các thông số kinh tế kỹ thuật của phương tiện sử dụng. - Yếu tố kinh tế - xã hội:  Tính toán sơ bộ và so sánh giá 1 lít xăng pha butanol so với xăng truyền thống cùng trị số octan;  Sự tương thích của cơ sở hạ tầng hiện có cho việc sử dụng xăng pha butanol: hệ thống tồn trữ, vận chuyển và phân phối; - Yếu tố môi trường:  Đánh giá độ phát thải gây ô nhiễm môi trường của xăng pha butanol so với xăng thông dụng; 3.5. Kết luận và kiến nghị - Kết luận về sự phù hợp của butanol khi sử dụng pha chế làm nhiên liệu động cơ xăng; - Kết luận về tính khả thi khi ứng dụng butanol với mục đích làm nhiên liệu giao thông vận tải ở điều kiện Việt Nam ở góc độ về cơ sở hạ tầng hiện có và yếu tố môi trường. 4. Phương pháp nghiên cứu: - Thu thập, xử lý các thông tin liên quan đến tình hình sản xuất và ứng dụng butanol sinh học làm nhiên liệu ở các nước trong khu vực và thế giới; - Pha chế, kiểm tra đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật của hỗn hợp xăng pha butanol trong phòng thí nghiệm theo tiêu chuẩn TCVN, ASTM; - Thực hiện thử nghiệm phương tiện sử dụng xăng pha butanol trên băng thử ô tô so với xăng thông dụng. 5/6 5. Kết quả nghiên cứu: Yêu cầu khoa học, kinh tế đối với sản phẩm tạo ra: Stt Tên sản phẩm Yêu cầu khoa học, kinh tế Ghi chú 1 Báo cáo “Đánh giá khả năng ứng dụng butanol sinh học trong động cơ đốt trong để thay thế một phần xăng thông dụng tại Việt Nam”. Báo cáo trình bày kết quả thực nghiệm pha chế, tồn trữ và chạy ô tô trên băng thử so với xăng thông dụng.  Độ ổn định chất lượng theo thời gian tồn chứa;  Đánh giá các thông số kinh tế kỹ thuật của ô tô trên băng thử;  Độ phát thải gây ô nhiễm môi trường. 6. Bố cục của Báo cáo tổng kết (dự kiến sơ lược): 6.1. Mở đầu 6.2. Tổng quan về tình hình sản xuất và sử dụng butanol sinh học làm nhiên liệu thay thế xăng thông dụng của các nước trong khu vực và thế giới: 6.2.1. Tình hình nghiện cứu, sản xuất và sử dụng butanol sinh học cho mục đích làm nhiên liệu giao thông vận tải; 6.2.2. Nguồn nguyên liệu sản xuất butanol sinh học trên thế giới, tiềm năng nguyên liệu sản xuất butanol sinh học tại Việt Nam; 6.2.3. Tiềm năng và xu hướng sử dụng butanol sinh học làm nhiên liệu trong tương lai. 6.3. Pha chế hỗn hợp xăng pha butanol có quy cách phẩm chất tương đương với xăng thông dụng Việt Nam: 6.3.1. Đặc tính lý hóa của butanol; 6.3.2. Công thức pha chế xăng pha butanol và đánh giá đặc tính kỹ thuật của xăng pha butanol sử dụng cho động cơ; 6.3.3. Tồn trữ xăng pha butanol trong phòng thí nghiệm: kết quả đánh giá độ ổn định chất lượng của xăng pha butanol theo thời gian tồn trữ. 6.4. Thử nghiệm xăng pha butanol chạy ô tô trên băng thử (autotest) so với xăng thông dụng 6.4.1. Thuyết minh quy trình thử nghiệm: chế độ - thông số thử nghiệm, thời gian, phương tiện, thiết bị sử dụng thử nghiệm; 6.4.2. Kết quả chạy thử nghiệm xăng pha butanol trên xe ô tô so với xăng thông dụng; 6.4.3. Đánh giá và kết luận về các thông số kinh tế kỹ thuật và độ phát thải gây ô nhiễm môi trường của xăng pha butanol so với xăng thông dụng. 6.5. Đánh giá khả năng sử dụng xăng pha butanol làm nhiên liệu động cơ xăng tại Việt Nam 6.5.1. Kỹ thuật; 6.5.2. Kinh tế - xã hội; 6.5.3. Môi trường. 6.6. Kết luận và kiến nghị 6/6 7. Tiến độ thực hiện Stt Nội dung công việc Tiến độ triển khai Thời gian Bắt đầu Kết thúc 3.1 Tổng quan về tình hình sản xuất và sử dụng butanol sinh học làm nhiên liệu thay thế xăng thông dụng của các nước trong khu vực và thế giới. 1 tháng Tháng 7 Tháng 7 3.2 Pha chế hỗn hợp xăng pha butanol có quy cách phẩm chất tương đương với xăng thông dụng Việt Nam. 2 tháng Tháng 7 Tháng 8 3.3 Thử nghiệm xăng pha butanol chạy ô tô trên băng thử (autotest) so với xăng thông dụng. 1 tháng Tháng 9 Tháng 9 3.4 Đánh giá khả năng sử dụng xăng pha butanol làm nhiên liệu động cơ xăng tại Việt Nam. 1 tháng Tháng 9 Tháng 9 3.5 Kết luận và kiến nghị 1/2 tháng Tháng 10 Tháng 10 3.6 Tổng hợp viết báo cáo tổng kết 1 tháng Tháng 10 Tháng 10 8. Dự toán kinh phí: