Nhiên liệu diesel là một lọai nhiên liệu lỏng, có khỏang nhiệt độ sôi cao hơn dầu lửa và xăng. Nhiên liệu diesel được sản xuất chủ yếu từ phân đọan gasoil, là sản phẩm của quá trình chưng cất trực tiếp dầu mỏ, vói khỏang nhiệt độ sôi từ 250 đến 370°c. Nhiên liệu diesel được sử dụng chủ yếu cho động cơ diesel (đường bộ, đường sắt, đường thủy, ...) và một phần được sử dụng trong các tuabin khí (trong công nghiệp phát điện, xây dựng, ...). Thành phần phân đọan gasoil gồm có paraffin, naphthene, oleíin và aromatic với số nguyên tử cacbon từ C14 đến C20- Ngòai ra, phân đọan gasoil cũng có thể được trộn chung với các sản phẩm của các quá trình khác: cracking xúc tác, hydrocracking, ... để tăng sản lượng, đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật.
Thành phần của nhiên liệu diesel chủ yếu bao gồm chất nền và các chất phụ gia. Chất nền chính là phân đọan gasoil thu từ các quá trình khác nhau. Các chất phụ gia được bổ xung vào thành phần chất nền nhằm cải thiện các chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm diesel.
Các chất nền:
o Gasoil từ chưng cất dầu thô (chiếm chủ yếu từ 60 - 90%).
o Gasoil từ cracking xúc tác.
o Gasoil từ cracking nhiệt,
o Gasoil từ hydrocracking.
Các chất phụ gia tween polysorbate 80, triethanolamine tea:
o Phụ gia làm giảm điểm chảy.
o Phụ gia làm giảm điểm vẩn đục.
o Phụ gia tăng chỉ số cetane.
o Phụ gia chống sự oxy hóa, ngăn cản tạo nhựa, o Phụ gia khử họat tính kim lọai.
o Phụ gia chống ăn mòn.
o Phụ gia khử nhũ.
o Phụ gia tạo màu.
Những yêu cầu đối vói nhiên liệu diesel gồm có [10]:
Đảm bảo cấp nhiên liệu liên tục và tin cậy vào buồng cháy, phù hợp vói quá trình làm việc của động cơ.
Có khả năng tự cháy và bay hoi phù hợp để động cơ khỏi động dễ dàng, có tốc độ tăng áp suất xi lanh không quá lớn và có tốc độ cháy đủ lớn. ít đóng cặn trong hệ thống cấp nhiên liệu và trong xy lanh.
Có tính ăn mòn thấp.
Để đánh giá chất lượng dầu nhớt diesel, người ta thường xác định một số chỉ tiêu kỳ thuật của nhiên liệu diesel theo các tiêu chuẩn như TCVN, ASTM, ... Một số tiêu chuẩn quan trọng đối vói nhiên liệu diesel được liệt kê dưới đây.
• Chỉ số cetane:
Đây là chỉ tiêu chất lượng quan trọng nhất của nhiên liệu diesel, đặc trưng cho khả năng tự bốc cháy của nhiên liệu diesel. Trị số cetane là một đại lượng quy ước, có giá trị bằng tỷ số phần trăm thể tích của cetane (Ci6H34) trong hỗn hợp với
a-metyl naphthalene (C10H7CH3) sao cho hỗn hợp này có khả năng tự bốc cháy tương đương với mẫu nhiên liệu diesel trong điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn.
Độ nhớt của nguyên liệu dầu nhớt:
Đây cũng là một chỉ tiêu chất lượng quan trọng của nhiên liệu dầu nhớt diesel. Độ nhớt quyết định khả năng lưu động và hóa sương của nhiên liệu, do đó cũng quyết định đặc tính cháy của nhiên liệu trong xi lanh.
Hàm lượng nước.
Hàm lượng lưu huỳnh:
Hàm lượng lưu huỳnh là nguyên nhân trực tiếp gây nên sự ăn mòn của các thiết bị tồn trữ cũng như các chi tiết động cơ. Hiện nay hàm lượng lưu huỳnh trong DO là 0, 05% và 0, 25%
Tỷ trọng.
Điểm vẩn đục và điểm chảy.
Nhiệt độ chớp cháy:
Nhiệt độ chớt cháy là nhiệt độ thấp nhất mà tại đó nhiên liệu bay hoi tạo vói không khí một hỗn hợp có thể phụt cháy rồi tắt ngay như một tia chớp khi đưa ngọn lửa đến gần.
Nhiệt độ chớp cháy được xác định trong hai loại thiết bị cốc kín và cốc hở khác nhau nên tương ứng ta cũng có hai loại nhiệt độ chớt cháy cốc kín và cốc hở. loại cốc kín thường dùng cho các loại sản phẩm có độ bay hoi lớn còn loại cốc hở thường dùng cho các phân đoạn nặng.
Bảng 1 trình bày những yêu cầu về chất lượng của nhiên liệu diesel theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5689:2005.
Bảng 1: Tiêu chuẩn Việt Nam đối với nhiên liệu diesel (TCVN 5689:2005)
Những ảnh hưởng khỉ sử dụng nhiên liệu dầu nhớt diesel truyền thống:
Nói chung, nhiên liệu diesel truyền thống được sản xuất bằng phương pháp chưng cất trực tiếp dầu thô từ các mỏ khóang dầu. Vì vậy, nguồn nhiên liệu diesel sử dụng trên thế giói phải phụ thuộc vào nguồn cung cấp này. Tuy nhiên, sản lượng dầu khai thác của thế giói đang giảm và không ổn định trong tình hình chính trị của thế giói hiện nay. Vì vậy, giá dầu thô tăng rất cao (= USD 56/thùng).
Mặt khác, việc sử dụng nhiên liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ đã thải ra môi trường một lượng khí thải rất lớn. Trong thực tế, khi động cơ diesel họat động, nó thải ra một lượng rất lớn các hợp chất độc hại như COx, NOx, S02, hơi hydrocacbon, ... Khi nhu cầu sử dụng các sản phẩm dầu mỏ nói chung và nhiên liệu diesel nói riêng gia tăng, nạn ô nhiễm môi trường cũng gia tăng, dẫn đến thúc đẩy hiện tượng nóng lên của bề mặt trái đất hay còn gọi là hiệu ứng nhà kính. Theo các nhà nghiên cứu trên thế giói thì cứ 1 kg nhiên liệu diesel truyền thống khi cháy sẽ thải ra 3,2 kg C02. Bảng 8 trình bày mức độ gia tăng của các chất gây ô nhiễm trong khí quyển.
Bảng 2; Sự gia tăng các chất ô nhiễm trong khí quyển
Như vậy, có thể nói rằng, trong quá khứ, khi nguồn nhiên liệu hóa thạch còn dồi dào thì việc sử dụng nhiên liệu diesel cũng như các sản phẩm nhiên liệu khác đi từ nguồn nhiên liệu hóa thạch nhằm cung cấp năng lượng đã góp một phần to lớn trong việc phát triển khoa học kỹ thuật cũng như kinh tế của một quốc gia. Tuy nhiên, trong bối cảnh hiện nay, nguồn cung cấp này đã trở nên không ổn định và những tác hại xấu về môi trường từ việc sử dụng chúng đang là một vấn đề cần được giảm thiểu. Do đó, việc tìm ra những nguồn nhiên liệu thay thế là hết sức cấp bách.
Những nhiên liệu có khả năng thay thế nhiên liệu diesel truyền thống:
Ngay từ những năm cuối thế kỷ 19, thế giới đã bắt đầu nghiên cứu về các nhiên liệu có thể thay thế cho nhiên liệu diesel truyền thống .vấn đề này càng được phát triển mạnh trong những năm xảy ra chiến tranh thế giới, giai đọan khủng hỏang dầu mỏ và nhất là trong những năm gần đây. Các nhà nghiên cứu đã tìm ra hướng giải quyết cho nhiên liệu diesel truyền thống như sau
• Dầu thực vật: Từ những năm thuộc thập kỷ 80 của thế kỷ trước, trên thế giới đã có những thử nghiệm những nguồn thay thế cho nhiên liệu diesel truyền thống như dầu cải, dầu lạc, dầu hướng dương, dầu đậu nành, dầu cọ, ... do dầu thực vật có khối lượng riêng, chỉ số cetane, nhiệt trị chỉ thấp hơn nhiên liệu diesel một ít. Ưu điểm của lọai nhiên liệu này là chất thải ít gây ô nhiễm môi trường, có nguồn nguyên liệu vô tận, giảm thiểu được lượng nhập khẩu dầu nhớt từ nhiên liệu khóang, vì vậy, giải quyết được vấn đề năng lượng đối vói những nước không có nguồn khóang mỏ. Những thử nghiệm về việc sử dụng dầu thực vật làm nhiên liệu cho động cơ diesel được thực hiện bằng cách tiến hành sử dụng trực tiếp dầu thực vật, hoặc hỗn hợp của dầu thực vật vói dầu diesel theo một tỷ lệ nhất định. Kết quả thử nghiệm cho thấy nếu sử dụng trực tiếp dầu thực vật thì công suất động cơ giảm, suất tiêu hao nhiên liệu cao, hàm lượng oxít nitơ thải ra cao hơn, hàm lượng oxít cacbon thấp hơn. Ngòai ra, khi sử dụng trực tiếp dầu thực vật thì gặp khó khăn ở bộ phận phun nhiên liệu và họat động của động cơ do dầu thực vật có độ nhớt cao hơn nhiều so vói nhiên liệu diesel.
Nhiên liệu nhũ tương D0/H20: Đây là một dạng nhiên liệu mới kết hợp giữa nước và dầu diesel, nhiên liệu nhũ tương có các ưu điểm nổi bật sau.
_Tiết kiệm nhiên liệu hơn so vói sử dụng nhiên liệu truyền thống.
_Giảm được khí thải NOx trên cùng một lượng nhiên liệu.
Nhiên liệu hòan nguyên: Đây là nguồn năng lượng chuyển hóa từ các nguồn nhiên liệu có sẵn trong tự nhiên: năng lượng mặt trời, năng lượng thủy lực, năng lượng gió, ...; hay là nguồn năng lượng nhân tạo: năng lượng điện, ...Hiện nay, người ta còn đang thử nghiệm những nguồn năng lượng của hải dương và nguồn năng lượng của trung tâm địa cầu. Ưu điểm của nguồn năng lượng này là: nguồn năng lượng sạch, tận dụng được những lọi thế của tự nhiên, là nguồn năng lượng vô tận. Tuy nhiên, việc ứng dụng các nguồn năng lượng này vẫn còn hạn chế và chỉ mới ở mức độ thử nghiệm.