Đề tài Nhiên liệu hàng hải (Marine Fuel)

NHIÊN LIỆU HÀNG HẢI (MARINE FUEL) NHÓM 4: ĐỖ THỊ LIÊN NGUYỄN NGỌC NGHIỆP CONTENT Thực trạng Lịch sử hình thành động cơ hàng hải  Động cơ hàng hải Nhiên liệu hàng hải và nguồn gốc Tiêu chuẩn đánh giá Tính chất nhiên liệu và phụ gia Nhiên liệu hàng hải trong tương lai MARINE TRAFFIC 300,000 cubic metres in Singapore 300,000 cubic metres in Tanjung Bin Delivery Locations 275,000 cubic metres floating storage in Tanjung Pelepas anchorage Dung quất 70.000 tones = 56,000 cubic metres IN VIET NAM SO SÁNH GIÁ CẢ DIESEL, XĂNG, MARINE Sản phẩm Vùng 1 Vùng 2 Xăng RON 95 24.710 25.200 Xăng RON 92 24.210 24.690 DO 0,05S 22.960 23.410 DO 0,25S 22.910 23.360 Dầu hoả 22.400 22.840 PRICES Diesel oil: 990.77 USD/ tone HISTORY OF MARINE ENGINE First half of 20th century •Steamship popular 1920s •Diesel and residual increase •Diesel more benefit due to small difference of cost 1950s • Innovations for diesel engine to use heavier fuels. •High alkalinity cylinder lubricants for high sulphur residual fuels 1960s Considerable benefit due to cheaper residual fuels. Diesel ship using residual fuels popular Start of 21st century Diesel ships accounted for 98% fleet. NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ HÀNG HẢI  Động cơ 2 thì: tạo công và nén trước; nén và hút Ưu điểm: hiệu suất riêng (hiệu suất trên dung tích) cao. Thiết kế đơn giản động cơ hai thì mang lại nhiều ưu điểm như dễ bảo trì hơn và có khối lượng di động (trục khuỷu, píttông,...) nhỏ hơn. Vận tốc pittong nhỏ Thích hợp cho tàu thủy công suất lớn (nòng xy lanh 1 mét) ĐỘNG CƠ 4 KÌ Tốc độ pittong bé hơn, công suất nhỏ hơn, cháy sạch hơn hai kỳ. Chỉ thích hợp cho loại tàu thủy hạng nhẹ TIÊU CHUẨN KHÍ THẢI CHO MARINE FUEL Category Displacement (D) CO NOx+THC PM Date dm3 per cylinder g/kWh g/kWh g/kWh 1 Power ≥ 37 kW D < 0.9 5.0 7.5 0.40 2005 0.9 ≤ D < 1.2 5.0 7.2 0.30 2004 1.2 ≤ D < 2.5 5.0 7.2 0.20 2004 2.5 ≤ D < 5.0 5.0 7.2 0.20 2007a 2 5.0 ≤ D < 15 5.0 7.8 0.27 2007a 15 ≤ D < 20 Power < 3300 kW 5.0 8.7 0.50 2007a 15 ≤ D < 20 Power ≥ 3300 kW 5.0 9.8 0.50 2007a 20 ≤ D < 25 5.0 9.8 0.50 2007a 25 ≤ D < 30 5.0 11.0 0.50 2007a * - Tier 1 standards are equivalent to the MARPOL Annex VI Tier I NOx limits a - Tier 1 certification requirement starts in 2004 Tier 2* Marine Emission Standards Displacement (D) NOx+THC PM dm3 per cylinder g/kWh g/kWh Power ≥ 37 kW & D < 0.9 4.0 0.24 0.9 ≤ D < 1.2 4.0 0.18 1.2 ≤ D < 2.5 4.0 0.12 2.5 ≤ D < 5.0 5.0 0.12 5.0 ≤ D < 15 5.0 0.16 15 ≤ D < 20 & Power < 3300 kW 5.2 0.30 15 ≤ D < 20 & Power ≥ 3300 kW 5.9 0.30 20 ≤ D < 25 5.9 0.30 25 ≤ D < 30 6.6 0.30 “Blue Sky Series” Voluntary Emission Standards Power (P) Displacement (D) NOx+HC† PM Date kW dm3 per cylinder g/kWh g/kWh P < 19 D < 0.9 7.5 0.40 2009 19 ≤ P < 75 D < 0.9a 7.5 0.30 2009 4.7b 0.30b 2014 75 ≤ P < 3700 D < 0.9 5.4 0.14 2012 0.9 ≤ D < 1.2 5.4 0.12 2013 1.2 ≤ D < 2.5 5.6 0.11c 2014 2.5 ≤ D < 3.5 5.6 0.11c 2013 3.5 ≤ D < 7 5.8 0.11c 2012 † Tier 3 NOx+HC standards do not apply to 2000-3700 kW engines. a - < 75 kW engines ≥ 0.9 dm3/cylinder are subject to the corresponding 75-3700 kW standards. b - Option: 0.20 g/kWh PM & 5.8 g/kWh NOx+HC in 2014. c - This standard level drops to 0.10 g/kWh in 2018 for < 600 kW engines. Tier 3 Standards for Marine Diesel Category 1 Commercial Standard Power Density (≤ 35 kW/dm3) Engines Power (P) Displacement (D) NOx+HC PM Date kW dm3 per cylinder g/kWh g/kWh P < 19 D < 0.9 7.5 0.40 2009 19 ≤ P < 75 D < 0.9a 7.5 0.30 2009 4.7b 0.30b 2014 75 ≤ P < 3700 D < 0.9 5.8 0.15 2012 0.9 ≤ D < 1.2 5.8 0.14 2013 1.2 ≤ D < 2.5 5.8 0.12 2014 2.5 ≤ D < 3.5 5.8 0.12 2013 3.5 ≤ D < 7 5.8 0.11 2012 a - < 75 kW engines ≥ 0.9 dm3/cylinder are subject to the corresponding 75-3700 kW standards. b - Option: 0.20 g/kWh PM & 5.8 g/kWh NOx+HC in 2014. Tier 3 Standards for Marine Diesel Category 1 Commercial High Power Density (> 35 kW/dm3) Engines And All Diesel Recreational Engines TYPES OF MARINE FUELS  MGO (Marine gas oil) made from distillate only.  MDO (Marine diesel oil) - A blend of heavy gasoil that may contain very small amounts of black refinery feed stocks, but has a low viscosity up to 12 cSt so it need not be heated for use in internal combustion engines  IFO (Intermediate fuel oil) A blend of gasoil and heavy fuel oil, with less gasoil than marine diesel oil  MFO (Marine fuel oil) or HFO (Heavy fuel oil) - Pure or nearly pure residual oil. MGO MDO IFO MFO Distillate Fuels Residual Fuels OTHER CLASSIFICATION DMX • special light distillate intended mainly for use in emergency engines. DMA • Also called MGO • free from traces of residual fuel DMB • Also called MDO • May have traces of residual fuel • can be high in sulfur DMC • contain residual fuel, and is often a residual fuel blend RX* • Residual (non- distillate) • identified by their nominal viscosity (e.g., RMA10, RMG35,…) • According ISO 8217 standard: Distillate Fuels Residual Fuels Standards have also been developed for biodiesel fuels and their blends. CII (CALCULATED IGNITION INDEX )  Same CN CCAI (CALCULATED CARBON AROMATICITY INDEX) STOCKS FOR MARINE FUELS BLENDING (SIMPLE REFINERY)  Atmospheric crude distillation and further refining of distillates: STOCKS FOR MARINE FUELS BLENDING (SIMPLE REFINERY)  MGO and MDO: kerosene + light gasoil (diesel) + heavy gasoil  For DMC distillate marine diesel up to 10–15%, residual fuel can be added.  Straight run IFO 380: the atmospheric residue (800 mm2/s at 50°C) + a gasoil fraction  IFOs + gasoil (or MDO) to lower grade below IFO 380. IFOs have good ignition characteristics and lighter density due to the high percentage of paraffinic. STOCKS FOR MARINE FUELS BLENDING (COMPLEX REFINERY)  Complex refinery with (fluid) catalytic cracking and visbreaking: Don’t use for blending STOCKS FOR MARINE FUELS BLENDING (COMPLEX REFINERY)  Due to aromatic nature, heavier density.  With MGO and MDO, need to control sulfur content.  MGO: have new blending component LC(G)O (60% aromatic), no different performance with atm. gasoil to be expected, 0.3% sulfur content.  MDO: more LC(G)O, higher density and lower cetane number.  IFO 380: visbroken residue + HCO and + LC(G)O  IFO<380: IFOs + LC(G)O (or MDO, MGO) BLEND FUELS COMPONENT THÀNH PHẦN DIESEL REQUIREMENTS FOR MARINE DISTILLATE FUELS REQUIREMENTS FOR MARINE RESIDUAL FUELS TCCS 03 TCCS 05 HEATING VALVE ĐẶC ĐIỂM NHIÊN LIỆU Tính chất nào quan trọng??????????? ĐẶC ĐIỂM NHIÊN LIỆU • Trị số xetan • Điểm chớp cháy • Độ nhớt • Nhiệt độ điểm chảy • Hàm lượng lưu huỳnh • Hàm lượng nước • Hàm lượng asphanten • Hàm lượng kim loại • Màu và mùi nhiên liệu NHIỆT ĐỘ ĐIỂM CHẢY • Ảnh hưởng đến hoạt động bơm phun nhiên liệu trong động cơ. • Nguyên nhân do sự hình thành các tinh thể. • Cần thêm phụ gia hạn chế mầm tinh thể phát triển hoặc thay đổi cấu trúc tinh thể HÀM LƯỢNG LƯU HUỲNH (HOẶC H2S)  Ảnh hưởng đến ăn mòn (động cơ và bể chứa  Ảnh hưởng môi trường  Mùi nhiên liệu  Yêu cầu tối đa với Distillate Marine Fuels là:  DMX: 1.00  DMA: 1.50  DMB: 2.00  DMC: 2.00 Date Sulfur Limit in Fuel (% m/m) SOx ECA Global 2000 1.5% 4.5% 2010.07 1.0% 2012 3.5% 2015 0.1% 2020a 0.5% a - alternative date is 2025, to be decided by a review in 2018 Emission Control Areas: ECA HÀM LƯỢNG NƯỚC Nước là một chất ô nhiễm: Giảm nhiệt cháy của nhiên liệu Hòa tan các muối vô cơ gây lắng đọng kim loại trong nhiên liệu Khắc phục: Áp dụng khi nhiên liệu trong bể chứa Sử dụng phụ gia làm tăng kích thước các giọt nước và lắng xuống đáy bể. SỰ ỔN ĐỊNH ASPHANTEN Marine fuel là sự pha trộn của các phân đoạn Phần nặng bị tách ra lắng xuống thành dạng bùn Khó khăn khi bơm hút và ảnh hưởng đến khả năng cháy của nhiên liệu. Cần thêm phụ gia phân tán đều các phân tử “nặng” asphanten. Với nhiên liệu cần phải kiểm tra trước khi sử dụng HÀM LƯỢNG KIM LOẠI Kim loại Vanadi và natri gây tác hại với nhiên liệu. Hình thành xỉ gây ra vấn đề ô nhiễm và ăn mòn trong động cơ diesel :xi lanh, van, tăng áp và hệ thống khí xả. Va xúc tiến hình thành SO3 gây ăn mòn Cần thêm phụ gia chứa magie ức chế sự hoạt động của các kim loại này MÙI NHIÊN LIỆU • Nguyên nhân do H2S, mecaptan olefin hoặc amin. • Phương pháp xử lý: trung hòa hoặc hydro hóa. THẢO LUẬN VÊ KHÍ HÓA LỎNG LÀM NHIÊN LIỆU HẰNG HẢI Tier Date NOx Limit, g/kWh n < 130 130 ≤ n < 2000 n ≥ 2000 Tier I 2000 17.0 45 · n- 0.2 9.8 Tier II 2011 14.4 44 · n- 0.23 7.7 Tier III 2016† 3.4 9 · n-0.2 1.96 † In NOx Emission Control Areas (Tier II standards apply outside ECAs). Emission Control Areas: ECA THẢO LUẬN VÊ KHÍ HÓA LỎNG LÀM NHIÊN LIỆU HẰNG HẢI PHẠM VI ÁP DỤNG VẤN ĐỀ ĐẶT RA • Thiết kế khoang chứa nhiên liệu phải thật an toàn. • Khoang nhiên liệu chiếm thể tích lớn. • Vấn đề chiết nạp, tiếp nhiên liệu cần phải chú ý.